JP2013064831A

JP2013064831A - インクジェット塗工装置

Info

Publication number: JP2013064831A
Application number: JP2011202968A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Otaka; 一真大▲高▼
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-04-11

Abstract

【課題】インクジェット方式によるカラーフィルタの製造過程において、ノズルの不吐出による白抜け欠陥の発生を完全になくすことができる、インクジェット塗工装置を提供すること。
【解決手段】基板を保持するステージ２の上に、複数のノズルを有するインクジェットヘッド１４を一つ以上備えたヘッドユニット３と、基板上の各開口部が正常に塗工されているかを確認し、塗工異常部を特定するカメラ５とを配置する。本塗工に付随して塗工検査を行うことで、即座に白抜け欠陥発生を検知することが可能であり、同時に不吐出ノズルの発生も検知できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高精細なパターンを形成するためのインクジェット塗工装置に係わり、特に、隔壁により区画された開口部の一部に対し、塗工量の不足を自動で検出し選択的な追加塗工を可能にするインクジェット塗工装置に関する。このインキジェット塗工装置は、例えば、液晶表示装置のカラーフィルタを製造する工程で利用できる。

カラーフィルタは、２次元平面上に分割形成された色別の領域を通して、色の分離または合成を行うための機能を有する部品であって、上記の分割形成された色別の領域を画素または着色画素と称する。例えば表示のための画素サイズは人間の視覚の適性に応じて、数十〜数百μｍ程度が多いが、これらの微細な着色画素間は遮光パターンで光学的に仕切らており、この遮光パターンは表示特性の向上のために使用される。

カラーフィルタの基板サイズは年々大型化が進んでいる。従来では、フォトリソグラフィ工程を繰り返す顔料分散法等が用いられてきたが、カラーフィルタのコストダウンを図るために、近年は工程数が少なく、カラーフィルタの各着色層を同時に形成することが可能なインクジェット塗工装置を用いた方法が検討されている。

このインクジェット塗工装置を用いた方法（インクジェット方式）では、基板上に設けられた前記遮光パターンを隔壁とし、この隔壁に囲まれた領域を画素として、この画素に対してインキジェットノズルから着色インクを吐出し塗工して着色層を形成する。単一のノズルによって１回吐出しただけでは十分な着色濃度が得られないことから、一般に、多数のノズルを搭載したインクジェットヘッドを使用し、さらにこのインクジェットヘッドを多数使用することにより、１つの画素に対して繰り返して吐出し塗工して、必要な濃度の着色画素を形成する。

ところが、インクジェット方式によりカラーフィルタの製造を行う際に、インクジェットヘッドにおいてノズル詰まりやヘッド内への空気異物の混入が発生すると、ノズルの不吐出が発生する。その結果、カラーフィルタ上に着色層がない、もしくは薄くなった着色画素が生じるが、それらは大別して白抜け欠陥と呼ばれる。白抜け欠陥が多数発生すると製品の良品率が低下してしまう為、欠陥の発生を抑制することが重要である。

前記欠陥への対応としては、特許文献１に開示されている通り、製品の塗工終端近傍に検査用の被塗工物を設置し、その検査結果からノズルの不吐出を検知し、白抜け欠陥の発生を類推する方法がある。一方、特許文献２に開示されている通り、塗工済みの製品を検査することで直接的に白抜け欠陥を検知する方法もある。いずれにしても、白抜け欠陥の発生を早期に検知し、ノズルの不吐出を解消することで欠陥の拡大を抑制するという点では同様である。

インクジェット方式によるカラーフィルタの製造において、ノズルの不吐出による白抜け欠陥の発生範囲は、塗工動作方向に広範囲に及ぶ場合が多い。このような場合、一般的な修正工程では開口部一つひとつを対象とするため作業負荷が甚大であることに加え、修正箇所が広範囲に及ぶためにムラを生じやすく良品化そのものが困難である。そのため、前記欠陥が発生した基板は基本的に廃棄対象となる場合が多い。

特許文献記載の方法は、白抜け欠陥基板の波及枚数の拡大を抑制するものであり、欠陥が発生した当該基板への対処は行われていない。即ち、ノズルの不吐出が発生する度に最
低でも１枚の白抜け欠陥による不良基板を許容していることになる。

特開２００８−１７３５４８号公報特開２００９−１０９２６５号公報

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、その課題とするところは、インクジェット方式によるカラーフィルタの製造工程の中で白抜け欠陥を検出し、したがって、その製造工程中で修正することにより、ノズルの不吐出による白抜け欠陥の発生を完全になくすことができる、インクジェット塗工装置を提供するものである。

以上の課題を達成するためになされ、請求項１に記載の発明は、基板上に設けられたパターン状隔壁で囲まれた各開口部に、これら各開口部のインク総量が互いに等しくなるように、複数のノズルからインクを吐出する装置であって、
前記基板を保持するステージ部と、
複数のノズルを有するインクジェットヘッドを一つ以上備えたヘッドユニットと、
前記基板上の各開口部が正常に塗工されているかを確認し、塗工異常部を特定する塗工検査部と、
これらの各部の動作を制御する制御部と、
を具備していることを特徴とするインクジェット塗工装置である。

また、請求項２に記載の塗工装置は、前記塗工検査部が、塗工状態を画像として取り込む撮像ユニットを有し、かつ、取り込まれた画像から塗工不足の部位を特定して、その位置情報を記録する機能を具備していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗工装置である。

また、請求項３に記載の塗工装置は、ヘッドユニットと塗工検査部が一体化して設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット塗工装置である。

また、請求項４に記載の塗工装置は、基板上に設けられたパターン状隔壁で囲まれた各開口部に、これら各開口部のインク総量が互いに等しくなるように、複数のノズルからインクを吐出する装置であって、
第一塗工部、第二塗工部及びこれらを制御する制御部を有し、
第一塗工部は、前記基板を保持するステージ部と、複数のノズルを有するインクジェットヘッドを一つ以上備えた第一ヘッドユニットと、前記基板上の各開口部が正常に塗工されているかを確認し、塗工異常部を特定する第一塗工検査部とを具備して構成されており、
第二塗工部は、第一塗工部を経由した前記基板を保持するステージ部と、第一ヘッドユニットよりも少ないインクジェットヘッドで構成され、前記第一塗工検査部で特定された塗工異常部に塗工して修正する第二ヘッドユニットと、第一塗工検査部よりも少ない撮像ユニットで構成される小型塗工検査部とを具備して構成されている、
ことを特徴とするインクジェット塗工装置である。

また、請求項６に記載の塗工装置は、前記制御部が、前記第一塗工検査部が記録した情報を元に塗工条件を設定し、前記第二ヘッドユニットへ塗工指令を発することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット塗工装置である。

請求項１に記載の発明によれば、本塗工に付随して塗工検査を行うことで、即座に白抜け欠陥発生を検知することが可能であり、同時に不吐出ノズルの発生も検知できる。その結果、該当位置に再度インクジェット塗工を行うことで白抜け欠陥の解消が可能となり、更にはメンテナンスにより不吐出ノズルを解消することで、以降の白抜け欠陥の発生も防ぐことが出来るため、良品率の向上が期待できる。

また、請求項２に記載の発明によれば、輝度を測定し、この値が正常値よりも高ければ吐出量が少ない状態、即ち白抜け欠陥部であると判断ができる。また、その低減の程度と本来の吐出量を比較することで、不足している吐出量をより正確に見積もることが可能となる。

また、請求項３に記載の発明によれば、塗工と検査という機能の全てが単一のステージ上で完結するため、装置の省スペース化が可能である。また、ヘッドユニットと塗工検査部を一体化させることで、塗工検査部に必要な駆動部を簡略化でき、かつ塗工動作と検査動作をオーバーラップさせることで動作の効率化も図ることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、吐出量が不足している部位に選択的に適正な量の塗工が可能であり、更には一連の塗工プロセスの中で吐出量を補うことができるため、全体の品質を一定に保ち易い。その結果、品質低下を極力抑えながら白抜け欠陥を解消することが可能であり、良品率の向上に貢献できる。

また、請求項５に記載の発明によれば、塗工工程を行なう第一塗工部に加えて、白抜け欠陥が発生した場合にその修正を行う第二塗工部を設けることにより、白抜け欠陥が発生した場合でも製品の滞留を回避することが可能となる。また、白抜け欠陥部への処置を主な目的とする第二塗工部では、必要とされるインクジェットヘッドや撮像ユニットは少数であるため、装置の軽量化、簡素化が可能となる。

また、請求項６に記載の発明によれば、第一塗工部の検査結果を第二塗工部で利用して修正できるから、塗出量が不足している部位に選択的に適正な量の塗工が可能であり、更には一連の塗工プロセスの中で吐出量を補うことができるため、全体の品質を一定に保ち易い。その結果、品質低下を極力抑えながら白抜け欠陥を解消することが可能であり、良品率の向上に貢献できる。

本発明のインクジェット塗工装置の概略の構成を示す説明図本発明の白抜け欠陥を検出する原理を説明するために、吐出正常部における光源からの照明光とその反射光、および撮像系との関係を示す概念図本発明の白抜け欠陥を検出する原理を説明するために、吐出不足部における光源からの照明光とその反射光、および撮像系との関係を示す概念図本発明の白抜け欠陥部への追加塗工を示す概念図

本発明に係わるカラーフィルタ基板は任意のものであって良いが、ガラス基板のように透明かつ平面状のものが好ましい。なお、このカラーフィルタ基板には、これを本発明に係るインクジェット塗工装置に投入する前に、画素を囲んで区画する隔壁を設けることが必要である。この隔壁として、前述の遮光パターンを利用することが可能である。

ところで、遮光パターンには、着色画素の１画素毎に四辺の仕切りを与えるためのセル
形状（この形状の遮光パターン「ブラックマトリクス」と呼ばれている）と、１方向に同色を連ねて色別の着色列を垂直方向に並べさせる規制を与えるためのストライプ形状（この形状の遮光パターン「ブラックストライプ」と呼ばれている）とに分けられるが、本発明においては、セル形状のブラックマトリクスを有するカラーフィルタの場合が特に好ましい。ストライプ形状であると着色インクの流動により画素膜厚が平均化され輝度変化が検出しづらくなるからである。

次に、本発明に係るインクジェット塗工装置の好ましい実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１に、本発明のインクジェット塗工装置について構成の概略を示す。図１に示す塗工装置は、基板１を保持するためのステージ２と、複数のインクジェットヘッドから構成されるヘッドユニット３と、基板１上の塗工状態を取り込むための検査用カメラ４と照明５と、この検査用カメラ４で取り込まれた画像情報を解析し白抜け欠陥を検出するための画像処理部（図示せず）と、これらの動作を制御するための制御部（図示せず）とを少なくとも具備してなるものである。

図１において、基板１はカラーフィルタ基板を示している。このカラーフィルタ基板はステージ２上に載置されており、四角形の表面を有するガラス基板上には先行してブラックマトリクス、すなわち、隔壁が形成されており、この表面の一辺から対向する辺に向けてインクジェット方式により着色層が塗り分けられるものである。

基板１を載置するステージ２としては任意のもので良いが、ステージ表面からの反射ノイズ光を防ぐため、表面黒色のステージを用いることが望ましい。また基板１の載置・固定は、例えば、ステージ２の上面に真空吸着機構を設けて、この機構によって吸着し載置・固定することが可能である。

ヘッドユニット３は複数のノズルを有する複数のインクジェットヘッドからなり、このノズルが好ましい所定の間隔で整列するようにしなければならない。

照明４とカメラ５はヘッドユニット３上に取り付けられており、図２に示すように向かい合った形で傾けられている。また、照射光を基板表面で反射させカメラで受光できるように位置関係を調整する必要がある。

塗工動作においては、ステージ２がヘッドユニット３の下方を通過する際にインクジェットヘッドからインクが吐出され、基板１へ塗工がなされる。

同時に照明４とカメラ５の下方も通過するため、照明４から照射された光は基板１表面で反射し、その反射光がカメラ５へ取り込まれる。そのようにして塗工状態は反射光強度として取り込まれる。

ここで塗工箇所全体を検査しても構わないが、塗工先頭と後尾の一部を検査することで実質的にはほぼ同等の情報が得られるため、塗工中間部の検査は省略しても良い（ここでは中間部は省略したものとして進める）。検査範囲については広げるほどに処理時間も長くなるため、必要に応じて適宜設定すれば良い。

照明光は、測定色に近い波長の反射光強度を測定するため、白色ＬＥＤ、ハロゲンランプあるいは測定色付近に波長のピークを持つ単色ＬＥＤを使用することが望ましい。

カメラ５としては、カラーのラインカメラが好ましく利用できるが、白黒のカメラであ
っても良い。また、分解能２０μｍ以上の高感度カメラを使用することが望ましい。

反射光強度をカメラで捉えた結果の出力はデジタルＡ／Ｄ変換によりデジタル信号化され、２５６階調の輝度値に変換される。

吐出量が正常な画素の輝度値と不足した画素の輝度値には、通常、差異が生じる。図２に示すように吐出量正常部９では着色インクの盛り量は吐出量が不足した画素より多く、インク表面の湾曲も大きくなる傾向がある。このため、照明４からの照明光１１による反射光１２が拡散傾向を有し、カメラ位置より外れる光の割合が大きくなるため、相対的に暗くなる。一方、図３に示すように吐出量不足部１０は吐出量正常部９よりもインクの盛り量が少なく、インク表面の湾曲が小さくなり、結果として反射光１１の拡散傾向が小さいため、カメラに捕捉される光の割合が大きくなり、吐出量正常部９より相対的に明るくなる。

よって、輝度値も吐出量正常部９より吐出量不足部１０の方が高くなるため、これら輝度値がある閾値を越えたものを白抜け欠陥と判断することが可能である。

ここで、インクジェット方式により塗工されたカラーフィルタの不吐出は、インクジェット装置の塗工方向と同一方向に連続的に発生するため、それに伴い発生した白抜け欠陥部が示す高輝度の位置座標も塗工方向に複数個連続する。

そこで、白抜け欠陥部の範囲がどれほどかを精確に知るために、前述の先頭・後尾での検査にて検出された欠陥位置に対して、塗工方向全体へ検査を行う必要がある。欠陥部と判定するまでの流れは同様のため、ここでは説明を省く。

規定の検査動作が完了した後、欠陥発生箇所に限定して追加塗工を実施する。得られた輝度値と正常部の輝度値と本来吐出されるはずだった量との比較により、吐出量が決定される。また、輝度値の比較の際、既知のデータ（例えば各吐出量における輝度の変化割合などのデータ）を用いれば、不足吐出量の見積もりの精度を更に向上させることが可能である。そして、この追加塗工は、この実施形態に係るインクジェット塗工装置を再び利用して行なうことができる。

すなわち、制御部において、塗工検査部で得られた不足吐出量と欠陥位置座標のデータを元に、白抜け欠陥発生部にかかわったノズルを除いて、新たに修正用の塗工条件を生成する。そして、この制御部からヘッドユニットへ塗工指令を発して、追加塗工を実行し、その後メンテナンス動作を実施する。仮に白抜け欠陥発生部にかかわったノズルを除き、それ以外のノズルにて適正な修正用塗工条件が構築できなかった場合には、即座にヘッドユニットのメンテナンス動作を実施する。

なお、このインクジェット塗工装置を第１塗工部として、これに続けて、白抜け欠陥部を修正する第２塗工部を配置すれば、製品の滞留させることなく、製造工程中で修正することができる。

このようなインクジェット塗工装置の第１塗工部は、基板を保持するステージ部と、複数のノズルを有するインクジェットヘッドを一つ以上備えた第一ヘッドユニットと、前記基板上の各開口部が正常に塗工されているかを確認し、塗工異常部を特定する第一塗工検査部とで構成することができる。また、第２塗工部は、第一ステージ部を経由した前記基板を保持するステージ部と、第一ヘッドユニットよりも少ないインクジェットヘッドで構成され、前記第一塗工検査部で特定された塗工異常部に塗工して修正する第二ヘッドユニットと、第一塗工検査部よりも少ない撮像ユニットで構成される小型塗工検査部とで構成
すればよい。第２塗工部のインクジェットヘッドは第１塗工部のインクジェットヘッドより少ないものでよく、また、第２塗工部の撮像ユニットも第１塗工部の撮像ユニットより少ないものでよいから、第２塗工部は装置の軽量化、簡素化が可能となる。なお、第１塗工部と第２塗工部の双方に制御部を接続し、この制御部において、第一塗工検査部が記録した情報を元に塗工条件を設定し、この塗工条件に基づいて第二ヘッドユニットへ塗工指令を発することが望ましい。

１…基板
２…ステージ
３…ヘッドユニット
４…照明
５…カメラ
６…ヘッドユニットガントリー
７…ステージ動作スケール
８…隔壁（ブラックマトリクス）
９…吐出量正常部（画素）
１０…吐出量不足部（画素）
１１…照明光
１２…反射光
１３…白抜け欠陥
１４…インクジェットヘッド
１５…インク滴

Claims

基板上に設けられたパターン状隔壁で囲まれた各開口部に、これら各開口部のインク総量が互いに等しくなるように、複数のノズルからインクを吐出する装置であって、
前記基板を保持するステージ部と、
複数のノズルを有するインクジェットヘッドを一つ以上備えたヘッドユニットと、
前記基板上の各開口部が正常に塗工されているかを確認し、塗工異常部を特定する塗工検査部と、
これらの各部の動作を制御する制御部と、
を具備していることを特徴とするインクジェット塗工装置。
前記塗工検査部は、塗工状態を画像として取り込む撮像ユニットを有し、かつ、取り込まれた画像から塗工不足の部位を特定して、その位置情報を記録する機能を具備していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗工装置。
ヘッドユニットと塗工検査部が一体化して設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット塗工装置。
前記制御部は、前記塗工検査部が記録した情報を元に塗工条件を設定し、前記ヘッドユニットへ塗工指令を発することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗工装置。
基板上に設けられたパターン状隔壁で囲まれた各開口部に、これら各開口部のインク総量が互いに等しくなるように、複数のノズルからインクを吐出する装置であって、
第一ステージ部、第二ステージ部及びこれらを制御する制御部を有し、
第一ステージ部は、前記基板を保持するステージ部と、複数のノズルを有するインクジェットヘッドを一つ以上備えた第一ヘッドユニットと、前記基板上の各開口部が正常に塗工されているかを確認し、塗工異常部を特定する第一塗工検査部とを具備して構成されており、
第二ステージ部は、第一ステージ部を経由した前記基板を保持するステージ部と、第一ヘッドユニットよりも少ないインクジェットヘッドで構成され、前記第一塗工検査部で特定された塗工異常部に塗工して修正する第二ヘッドユニットと、第一塗工検査部よりも少ない撮像ユニットで構成される小型塗工検査部とを具備して構成されている、
ことを特徴とするインクジェット塗工装置。
前記制御部は、前記第一塗工検査部が記録した情報を元に塗工条件を設定し、前記第二ヘッドユニットへ塗工指令を発することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット塗工装置。