JP2021146541A - 液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各吐出ノズルの乾燥（目詰まり・飛行曲がり等）を防ぎつつ、各検査対象ノズルの検査を行うことができる、液滴吐出装置を提供すること。【解決手段】液滴吐出装置であって、ストロボ照明部２、撮像部３、液滴検査部４、制御部５を備え、制御部５は、吐出ノズルＮを検査対象ノズルおよび検査非対象ノズルに設定する検査対象設定部と、検査対象ノズルＮに対する吐出用トリガ信号と、ストロボ照明部２に対する照明用トリガ信号と、撮像部３に対する撮像用トリガ信号とを出力し、液滴検査部４にて検査を行うノズル検査モードと、検査非対象ノズルに対する吐出用トリガ信号を出力する予備吐出モードと、ディレイ時間を登録するディレイ時間登録部を備え、ノズル検査モードの実行後、ディレイ時間が経過した後に、予備吐出モードを実行する、若しくは、予備吐出モードの実行後、ディレイ時間が経過した後に、ノズル検査モードを実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット方式により基板等に液滴を吐出する液滴吐出装置に関する。
特に、液滴を吐出させる吐出ノズルを複数備えた液滴吐出装置に関する。

カラー液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、色形成の中核を成す部材としてカラーフィルタが用いられている。カラーフィルタは、ガラス基板上に微細なＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の画素が多数並べられて形成されている。

このカラーフィルタを製造する装置として、Ｒ、Ｇ、Ｂの各インク（以下、液滴と言う）を吐出するノズル（以下、吐出ノズルと言う）を有する吐出ユニット（いわゆる、インクジェットヘッド）の各ノズルからガラス基板上に形成された多数の微細な画素部に向けて液滴を吐出（つまり、塗布）して、Ｒ、Ｇ、Ｂの色画素を形成するインクジェット方式の塗布装置が近年用いられるようになってきている。

吐出ユニットには各色用の吐出ノズルが多数配列されており、これらの吐出ノズルから複数の画素部へ同時にインクを吐出することにより複数の色画素を同時に形成することができるが、これらノズルからインクが正常に吐出されていなかったり、ノズル近傍に異物が存在したりすると、色抜けや混色のある不良のカラーフィルタとなってしまう。そのため、各吐出ノズルから吐出される液滴ストロボ撮影して、吐出状況（飛翔方向や粒径、目詰まり等）を検査し、吐出された液滴を受けて回収する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

一方、吐出ノズルの乾燥を防ぐために、吐出ノズルから液滴を強制吐出（つまり、フラッシング）する技術が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００４−１６５０３５号公報 特開２０１１−１１４３１号公報

検査対象となる吐出ノズルが複数配置されている場合、フラッシング動作中に吐出された液滴を撮像して検査をしようとすると、同時に吐出された液滴が撮像方向の前後で重なったり、隣接して撮像されたりすると、所望の検査ができなくなる。

しかし、検査対象ノズルから液滴を吐出させる一方で、検査非対象ノズルは液滴を吐出させずに待機状態とすると、待機状態が長くなるにつれて検査非対象ノズルが乾燥してしまうため、目詰まり等の要因となっていた。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
各吐出ノズルの乾燥（目詰まり・飛行曲がり等）を防ぎつつ、各検査対象ノズルの検査を行うことができる、液滴吐出装置を提供することを目的としている。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
液滴を吐出させる吐出ノズルを複数備えた液滴吐出装置であって、
吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴に向けて閃光を照射するストロボ照明部と、
閃光が照射された飛翔中の液滴を撮像する撮像部と、
撮像部で撮像した画像に基づいて飛翔中の液滴を検査する液滴検査部と、
吐出ノズル、ストロボ照明部、撮像部に対して、各々トリガ信号を出力する制御部とを備え、
制御部は、
吐出ノズルを検査対象ノズルおよび検査非対象ノズルに設定する検査対象設定部と、
検査対象ノズルに対する吐出用トリガ信号と、ストロボ照明部対する照明用トリガ信号と、撮像部対する撮像用トリガ信号とを出力し、液滴検査部にて検査を行うノズル検査モードと、
検査非対象ノズルに対する吐出用トリガ信号を出力する予備吐出モードと、
ディレイ時間を登録するディレイ時間登録部を備え、
ノズル検査モードの実行後、ディレイ時間が経過した後に、予備吐出モードを実行する、若しくは、予備吐出モードの実行後、ディレイ時間が経過した後に、ノズル検査モードを実行することを特徴とする。

上述の液滴吐出装置によれば、検査対象ノズルだけでなく、検査非対象ノズルからも所定の時間差で少量ずつ液滴が吐出される。

検査対象ノズルから吐出された液滴と、検査非対象ノズルから吐出された液滴とは、時間差で（ディレイ時間を経過して）吐出されるので、同時に撮像されない。つまり、撮像領域内に検査非対象ノズルから吐出された液滴が映り込むことを防ぎ、検査対象ノズルから吐出された液滴のみを撮像し、所定の検査を行うことができる。さらに、検査対象となる吐出ノズルが多数あっても、各吐出ノズルの乾燥（目詰まり・飛行曲がり等）を防ぐことができる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の一例におけるタイミングチャートである。

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明では、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向と表現し、ＸＹ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をＺ方向と表現する。また、Ｚ方向は、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく方向を下と表現する。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図１には、本発明に係る液滴吐出装置１の概略図が示されている。

液滴吐出装置１は、吐出ノズルＮから塗布液の液滴（以下、単に「液滴」と言う）Ｑを吐出させ、基板Ｗ等に液滴Ｑを各々着弾させるものであり、吐出ノズルＮを複数備えている。なお、図１には、ある吐出ノズルＮａから下向きに吐出された液滴Ｑａを、Ｘ方向から撮像する様子が示されている。

具体的には、液滴吐出装置１は、照明部２、撮像部３、液滴検査部４、制御部５、吐出ノズルＪ、吐液回収部Ｄ、移動部Ｍ等を備えている。

吐出ユニットＪは、吐液回収部Ｄや基板等に向けて液滴Ｑを吐出する吐出ノズルＮを複数備えている。

吐出ノズルＮは、外部からの駆動信号に基づいて、液滴Ｑを逐次吐出するものである。
例えば、吐出ノズルＮは、Ｘ方向に３列、Ｙ方向に数十個備えられている。そして、各列の吐出ノズルＮａ，Ｎｂ，Ｎｃから液滴Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃが吐出される。
より具体的には、吐出ユニットＪには、塗液タンクＴから塗布液が供給される。また、塗液タンクＴには、圧力調節機構（レギュレータ等）が備えられ、内部を所定の圧力（正圧〜負圧）に維持することができる構成をしている。なお、各吐出ノズルＮａ，Ｎｂ，Ｎｃは、吐出ユニットＪの本体内部に備えられた液滴吐出機構（図示せず）と個別に接続されている。具体的には、液滴吐出機構はピエゾバルブなどの体積変化により各液滴Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃを吐出させるものが例示できる。そして、各液滴吐出機構は、後述する制御部５からの制御信号に基づいて、各列の吐出ノズルＮａ，Ｎｂ，Ｎｃ（全て又はいずれかを、単に吐出ノズルＮとも呼ぶ）から液滴Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ（全て又はいずれかを、単に液滴Ｑとも呼ぶ）が吐出される。

吐液回収部Ｄは、吐出ノズルＮから吐出された液滴Ｑ（いわゆる、吐液）を回収するものである。具体的には、吐液回収部Ｄは、吐液を集める容器と、溜まった吐液を排出するドレン配管を備えている。

移動部Ｍは、撮像部３と吐出ユニットＪとの相対位置を変更するものである。
具体的には、移動部Ｍは、撮像部３の光軸Ｌｘ方向（図ではＸ方向）に、吐出ユニットＪを移動させるものである。より具体的には、移動部Ｍは、Ｘ方向に所定量移動し、所定の位置で静止するアクチュエータ（本体部、可動部等を有する）を備えている。そして、アクチュエータの本体部が装置フレーム１０ｆに取り付けられており、アクチュエータの可動部に吐出ユニットＪが取り付けられている。

ストロボ照明部２は、吐出ノズルＮから吐出された液滴Ｑが飛翔する経路に設定された撮像領域Ｆに向けて照明光Ｌを照射するものである。
具体的には、照明部２は、発光部２１と電源部２２を備えたストロボ照明が例示でき、制御部５から出力された制御信号（いわゆる、トリガ信号）を入力して、発光部２１から閃光を発する。

撮像部３は、撮像領域Ｆを撮像するものである。
具体的には、撮像部３は、撮像領域Ｆを通過する液滴を、飛翔方向と直交する方向から撮像するものである。図では、液滴Ｑａが下向きに吐出されており、液滴ＱａをＸ方向から撮像する様子が示されている。
より具体的には、撮像部３は、カメラ本体３０、レンズ３１を備えている。
カメラ本体３０は、に撮像素子３３等を備え、制御部５から出力された制御信号（いわゆる、トリガ信号）を入力して、撮像領域Ｆの像を取り込み、画像信号や画像データとして外部機器（表示器Ｄ等）へ出力するものである。撮像素子３３は、受光した光の強度に応じて電気信号を出力するもので、ＣＭＯＳやＣＣＤ等が例示できる。
レンズ３１は、撮像領域Ｆを通過する液滴Ｑの横断面形状を、撮像部３の撮像素子３３に結像させるものである。

液滴検査部４は、撮像部３で撮像した画像に基づいて飛翔中の液滴Ｑを検査するものである。

例えば、液滴検査部４では、撮像領域Ｆを通過する（つまり、飛翔中の）液滴Ｑの横断面形状から、当該液滴Ｑの飛翔方向や体積、異常吐出に起因する分離やサテライトの有無等を検査する
具体的には、液滴検査部４では、撮像部３で撮像した画像を処理し、液滴Ｑと背景との輪郭を抽出する。そして、抽出した輪郭に基づいて、液滴の延びる方向を飛翔方向とみなしたり、当該輪郭で囲まれた領域の画素をカウントし、１画素当たりの面積から当該液滴Ｑの断面積を算出し、当該液滴Ｑが当該断面積を有する回転体であるとみなして、当該液滴Ｑの体積（つまり、液滴量）を算出する。また、画像内に液滴Ｑの輪郭が複数点在していれば、液滴の分離やサテライト発生（つまり、異常）があるとみなし、検査結果を出力する。

より具体的には、液滴検査部４は、画像処理機能を有するコンピュータ（ハードウェア）とその実行プログラム（ソフトウェア）を備え、上述の処理や演算（輪郭抽出や画素カウント、断面積や体積の算出等）を行う構成をしている。

制御部５は、吐出ノズルＮや、上述の照射部２、撮像部３等に対して制御信号やデータ等を出力し、各部を制御するものである。

具体的には、制御部５は、検査対象設定部と、ノズル検査モードと、予備吐出モードと、ディレイ時間登録部を備えている。さらに、制御部５は、ノズル検査モードの実行後、ディレイ時間Ｔｄが経過した後に、予備吐出モードを実行するものである。

より具体的には、制御部５は、コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、制御用コントローラなど（ハードウェア）と、その実行プログラム（ソフトウェア）で構成されており、信号入出力手段やデータ通信手段などを介して各部を制御することができる。

検査対象設定部は、吐出ノズルＮを検査対象ノズルおよび検査非対象ノズルに設定するものである。

例えば、検査対象設定部では、各列の吐出ノズルＮａ，Ｎｂ，Ｎｃを３相（フェーズＡ，Ｂ，Ｃ）に区分し、各フェーズの切り替えに応じて、下記の様に設定される。
先ず、フェーズＡでは、吐出ノズルＮａを検査対象ノズルに設定し、他の吐出ノズルＮｂ、Ｎｃを検査非対象ノズルに設定する。
次に、フェーズＢでは、吐出ノズルＮｂを検査対象ノズルに設定し、他の吐出ノズルＮａ、Ｎｃを検査非対象ノズルに設定する。
次に、フェーズＣでは、吐出ノズルＮｃを検査対象ノズルに設定し、他の吐出ノズルＮａ、Ｎｂを検査非対象ノズルに設定する。

図２は、本発明を具現化する形態の別の一例におけるタイミングチャートである。図２には、制御部５から各部に出力されるトリガ信号やディレイタイマ等のＯＮ／ＯＦＦ状態が時系列で示されている。

ノズル検査モードは、検査対象ノズルに対する吐出用トリガ信号ＴＡ，ＴＢ，ＴＣと、照明部２対する照明用トリガ信号ＳＴと、撮像部３対する撮像用トリガ信号ＣＴとを出力し、液滴検査部４にて検査を行うものである。

予備吐出モードは、検査非対象ノズルに対する吐出用トリガ信号ＴＡ，ＴＢ，ＴＣを出力するものである。

ディレイ時間登録部は、ディレイ時間Ｔｄを登録するものである。

例えば、フェーズＡでは、検査対象ノズルに設定された吐出ノズルＮａに対する吐出用トリガ信号ＴＡを出力（つまり、ノズル検査モードを実行）後、ディレイ時間Ｔｄが経過した後に、検査非対象ノズルに設定された吐出ノズルＮｂ、Ｎｃに対する吐出用トリガ信号ＴＢ，ＴＣを出力する。そして、時間Ｔ１毎に、各トリガ信号を出力（つまり、ノズル検査モードを実行）する。
次に、フェーズＢでは、検査対象ノズルに設定された吐出ノズルＮｂに対する吐出用トリガ信号ＴＢを出力（つまり、ノズル検査モードを実行）後、ディレイ時間Ｔｄが経過した後に、検査非対象ノズルに設定された吐出ノズルＮａ、Ｎｃに対する吐出用トリガ信号ＴＡ，ＴＣを出力する。そして、時間Ｔ１毎に、各トリガ信号を出力（つまり、ノズル検査モードを実行）する。
次に、フェーズＣでは、検査対象ノズルに設定された吐出ノズルＮｃに対する吐出用トリガ信号ＴＣを出力（つまり、ノズル検査モードを実行）後、ディレイ時間Ｔｄが経過した後に、検査非対象ノズルに設定された吐出ノズルＮａ、Ｎｂに対する吐出用トリガ信号ＴＡ，ＴＢを出力する。そして、時間Ｔ１毎に、各トリガ信号を出力（つまり、ノズル検査モードを実行）する。

なお、制御部５から吐出ノズルノズルＮ、照射部２、撮像部３に出力される制御信号は、吐出した液滴Ｑが撮像エリアＦに収まるタイミングとなるよう、それぞれ適宜ディレイ時間が設定されている。
具体的には、照明用トリガ信号ＳＴのディレイ時間Ｔｓや撮像用トリガ信号ＣＴのディレイ時間Ｔｍが設定されており、各フェーズで検査対象ノズルに設定された吐出ノズルに対する吐出用トリガ信号を出力後、これら時間が経過後に各トリガ信号ＳＴ，ＣＴが出力される。

さらに、予備吐出モードが実行された後、所定のインターバル時間が経過するまで、次の予備吐出モードの実行をスキップさせる構成とすることが好ましい。

具体的には、検査非対象ノズルに設定された吐出ノズルに対する吐出用トリガ信号を出力（つまり、予備吐出モードを実行）後、所定のインターバル時間Ｔｚが経過するまで、検査非対象ノズルに設定された吐出ノズルに対する吐出用トリガ信号の出力（つまり、次の予備吐出モードを実行）をスキップさせる。

より具体的には、図２中の破線で図示する吐出用トリガ信号ＴＢ，ＴＣ，ＴＡを出力しない。

この様な構成をしているため、本発明に係る液滴吐出装置１は、検査対象ノズルだけでなく、検査非対象ノズルからも所定の時間差で少量ずつ液滴が吐出される。

そのため、検査対象となる吐出ノズルが多数あっても、各吐出ノズルの乾燥（目詰まり・飛行曲がり等）を防ぐことができる。また、検査対象ノズルから吐出された液滴と、検査非対象ノズルから吐出された液滴とは、時間差で（ディレイ時間を経過して）吐出されるので、同時に撮像されない。つまり、撮像領域内に検査非対象ノズルから吐出された液滴が映り込むことを防ぎ、検査対象ノズルから吐出された液滴のみを撮像し、所定の検査を行うことができる。

なお上述では、各フェーズＡ，Ｂ，Ｃにおいて、吐出用トリガ信号を時間Ｔ１毎に繰り返し出力（つまり、ノズル検査モードを実行）する構成を例示した。
具体的には、本発明に係る液滴吐出装置１は、時間Ｔ１の間に移動部Ｍを駆動し、撮像位置を逐次変更（例えば、Ｙ方向に移動）する。そうすることで、Ｙ方向に亘って、検査対象ノズルから液滴Ｑを吐出させながら、撮像（検査）を逐次行うことができる。そうすることで、撮像部３で撮像する画像中に、検査対象ノズルから吐出された液滴だけが含まれ、検査非対象ノズルから吐出された液滴が含まれないようにすることができる。

［変形例］
なお上述では、予備吐出モードが実行された後、所定のインターバル時間が経過するまで、次の予備吐出モードの実行をスキップさせる構成を例示した。この様な構成であれば、液滴の使用量をより削減しつつ、各吐出ノズルの乾燥（目詰まり・飛行曲がり等）を防ぐことができるので、より好ましい。

しかし、本発明を具現化する上で、この様な構成は必須ではなく、予備吐出モードの実行をスキップさせなくても良い。具体的には、図２中の破線で図示する吐出用トリガ信号ＴＢ，ＴＣ，ＴＡを毎回出力する。この場合でも、各吐出ノズルの乾燥（目詰まり・飛行曲がり等）を防ぐことができる。

なお上述では、制御部５は、ノズル検査モードの実行後、ディレイ時間Ｔｄが経過した後に、予備吐出モードを実行する構成を示した。

しかし、制御部５は、この様な構成に限定されず、ノズル検査モードを実行に先立って予備吐出モードを実行し、予備吐出モードの実行後、ディレイ時間Ｔｄが経過した後に、ノズル検査モードを実行する構成としても良い。

なお上述では、移動部Ｍは、照明部２と撮像部３を固定し、吐出ユニットＪを移動させる構成を例示した。しかし、移動部Ｍは、この様な構成に限定されず、吐出ユニットＪを装置フレーム１０ｆ等に固定したまま、照明部２と撮像部３を一体的に移動させる構成であっても良い。

１ 液滴吐出装置
２ 照明部
３ 撮像部
４ 液滴検査部
５ 制御部
１０ｆ 装置フレーム
２１ 発光部
２２ 電源部
３０ カメラ本体
３１ レンズ
３３ 撮像素子
Ｎ 吐出ノズル
Ｊ 吐出ユニット
Ｄ 吐液回収部
Ｍ 移動部
Ｑ 液滴
Ｆ 撮像領域
Ｌｘ 撮像光軸

Claims (2)

1. 液滴を吐出させる吐出ノズルを複数備えた液滴吐出装置であって、
   前記吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴に向けて閃光を照射するストロボ照明部と、
   前記閃光が照射された前記飛翔中の液滴を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像した画像に基づいて前記飛翔中の液滴を検査する液滴検査部と、
   前記吐出ノズル、前記ストロボ照明部、前記撮像部に対して、各々トリガ信号を出力する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記吐出ノズルを検査対象ノズルおよび検査非対象ノズルに設定する検査対象設定部と、
   前記検査対象ノズルに対する吐出用トリガ信号と、前記ストロボ照明部対する照明用トリガ信号と、前記撮像部対する撮像用トリガ信号とを出力し、前記液滴検査部にて検査を行うノズル検査モードと、
   前記検査非対象ノズルに対する吐出用トリガ信号を出力する予備吐出モードと、
   ディレイ時間を登録するディレイ時間登録部を備え、
   前記ノズル検査モードの実行後、前記ディレイ時間が経過した後に、前記予備吐出モードを実行する、若しくは、前記予備吐出モードの実行後、前記ディレイ時間が経過した後に、前記ノズル検査モードを実行する
   ことを特徴とする、液滴吐出装置。
2. 前記制御部は、
   前記予備吐出モードが実行された後、所定のインターバル時間が経過するまで、次の予備吐出モードの実行をスキップさせる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出装置。

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