JP4619859B2 - スペーサ塗布装置、スペーサ塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等にスペーサを配置するスペーサ塗布装置に関する。

従来より、液晶パネルの液晶を保持する基板間には、基板間の間隔を一定にするためにスペーサが挿入されている。
カラーＴＶ用大型パネル対応では、現状ＯＤＦ（液晶滴下）方式が採用されており、スペーサを従来のボールスペーサの散布により形成すると、液晶滴下時にボールスペーサが流されてしまうことから、フォトスペーサが現在主流となっている。

フォトスペーサは、基板全面にフォトスペーサ材料をスピン塗布した後、フォトリソグラフィ工程により、カラム状のスペーサを各ピクセルの所定位置にのみ残し、溶剤処理によって有機材料を溶解除去することで、残った有機材料がフォトスペーサとなる。欠点は、材料の無駄、フォトリソグラフィと言う高価な工程が入る事がコスト上の問題点である。また基板の大型化に伴い、スピン塗布後のフォトスペーサ材料の基板内の膜厚の均一性を取るのも難しくなってきている。

インクジェットプリンタは、インクの吐出量や配置位置の精密制御が可能であることから、インクに替え、スペーサが分散液中に分散された吐出液を吐出させ、乾燥すると基板等の処理対象物上にスペーサを配置することができる。乾燥及び熱処理によってスペーサが処理対象物の表面に固着され、また、無駄な材料が少ないことから、フォトスペーサ方式よりも有利である。

しかしながら、処理対象物上に一定量の吐出液を吐出しても、その吐出液中に常に同じ個数のスペーサが含有されているとは限らない。スペーサが不足する配置位置があると、基板間の距離が不均一になり、色むら等の原因となる。

スペーサの配置方法については、下記のような先行技術がある。
特開平１１−２４０８３号公報 特開２００２−３７２７１７号公報 特開２００２−７２２１８号公報 特開２００５−４０９４号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、負担の重い検査をせずに、所望の位置にスペーサを配置できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、スペーサが配置されるべき処理対象物上の配置位置を示す位置情報が記憶された制御装置と、前記スペーサを含む吐出液を吐出する第一の印刷ヘッドが配置された印刷装置と、前記処理対象物上の表面を検査する検査装置と、前記吐出液を吐出する第二の印刷ヘッドとが配置された修正装置とを有し、前記第一の印刷ヘッドは前記位置情報に従い、前記配置位置に前記吐出液を吐出するように構成され、前記検査装置は、前記位置情報に従い、前記配置位置を検査し、前記第二の印刷ヘッドは、前記検査の結果から特定された前記スペーサの不足位置に前記吐出液を吐出するように構成されたスペーサ塗布装置である。
また、本発明は、前記印刷装置を複数有し、前記各印刷装置は前記位置情報が示す前記吐出位置に前記吐出液を吐出するように構成されたスペーサ塗布装置である。
また、本発明は、前記修正装置を複数有し、前記各修正装置は前記位置情報が示す前記吐出位置を検査するように構成されたスペーサ塗布装置である。
また、本発明は、スペーサを含む吐出液を吐出する第一、第二の印刷ヘッドと、処理対象物上の表面を検査する検査装置とが配置されたスペーサ塗布装置により、前記処理対象物の所定の配置位置に前記スペーサを配置するスペーサ塗布方法であって、制御装置に予め処理対象物に応じた配置位置を示す位置情報を記憶させておき、前記第一の印刷ヘッドに配置された前記処理対象物の種類から前記処理対象物の前記配置位置を判別し、前記位置情報に基いて、前記第一の印刷ヘッドから前記吐出液を吐出させ、前記処理対象物を前記検査装置に移動させ、前記処理対象物の種類から前記配置位置を判別し、前記位置情報に基いて、前記配置位置を検査して、前記配置位置毎にスペーサ個数を計数して前記スペーサが不足する不足位置を特定し、前記不足位置に、前記第二の印刷ヘッドから前記吐出液を吐出させるスペーサ塗布方法である。
また、本発明は、前記スペーサ個数は、前記配置位置毎に表面を撮影し、画像解析によって前記スペーサを判別して計数するスペーサ塗布方法である。

本発明は上記のように構成されており、印刷装置と修正装置がそれぞれ処理しようとする処理対象物の吐出位置が分かるため、配置位置毎に画像処理を行うことができる。従って、配置位置以外の領域を画像処理しなくて済み、画像処理の負担が軽い。
配置位置が並んだ列毎に画像処理することもできる。この場合、配置位置が並んだ列の間の領域は、画像処理しなくて済む。

本発明では、位置情報を種類と対応付けて記憶している制御装置が、印刷装置と修正装置の動作を制御してもよいし、位置情報を中央制御装置に記憶させ、各印刷装置及び各修正装置に配置した個別制御装置で動作を制御してもよい。また、動作を制御する個別制御装置に位置情報を記憶させても良い。

本発明では、印刷装置と修正装置を分離したので、処理能力の比率に応じ、印刷装置の台数と修正装置の台数の比率を変えることができる。
処理対象物の種類に応じた配置位置の位置情報が与えられるので、処理対象物の一部領域を画像処理するだけで配置位置のスペーサ個数を計数することができる。処理対象物の全表面を撮影する場合に比べ、画像解析の負担が軽くなる。特に、吐出位置だけを撮影すると画像解析の負担を大幅に軽減させることができる。
印刷装置と修正装置で処理対象物の種類を確認し、種類に応じた配置位置の位置情報を得ているから、異なる種類の処理対象物を混在させても、配置位置を誤ることはない。

図１の符号１は、本発明のスペーサ塗布装置を示している。
このスペーサ塗布装置１は、中央制御装置１１と、一又は二以上の印刷装置１２₁〜１２_mと、一又は二以上の修正装置１３₁〜１３_nを有している。添字ｍ、ｎは二以上の整数を表す。
各印刷装置１２₁〜１２_mは同じ構成であり、それらを代表し、図３、図４の印刷装置１２ａを用いて説明する。

図３は、印刷装置１２ａを横方向から見た側面図であり、図４は上方から見た平面図である。
印刷装置１２ａは印刷台２１を有しており、印刷台２１上には処理対象物６が配置されている。

処理対象物６は、液晶装置の基板や、液晶装置に取りつけられるカラーフィルタ等であり、カラーフィルタである場合のスペーサ塗布の手順について説明する。但し、本発明の処理対象物６はカラーフィルタに限定されるものではない。

図１４は、本スペーサ塗布装置１によって処理する前の処理対象物６の表面を説明するための平面図である。カラーフィルタの場合、その表面には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応した赤、緑、青の窓部５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂが規則正しく配置されており、各色の窓部５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂは、ＢＭ(ブラックマトリクス)線５６によって区分けされている。
ＢＭ線５６は縦横に伸び、格子状に形成されており、横方向Ｘと縦方向Ｙの交差位置Ａ_x、yが、スペーサを固定するために適した配置位置Ａ_x、yになっている。

図１４及び後述する図１５、図１６では、配置位置Ａ_x、yの処理対象物６〜８上の位置を示す添字のｘは１〜４の範囲であり、ｙは１，２の範囲である。図１４〜図１６には、Ａ_1,1からＡ_4,2の８個の配置位置が示されている。

印刷装置１２ａには、個別制御装置２０が設けられている。
処理対象物６上には、処理対象物６の種類を示す記号が配置されている。印刷台２１には、その記号を読み取る読取装置２８が設けられている。読取り装置２８は、個別制御装置２０を介して中央制御装置１１に接続されており、処理対象物６上の記号が読取り装置２８によって読み取られると、その結果は中央制御装置１１に送信される。

中央制御装置１１には、スペーサを配置すべき配置位置が処理対象物６の種類と対応付けて位置情報として記憶されており、印刷装置１２ａから送信された読み取り結果を記憶内容と照合し、その読み取り結果が示す種類に対応する位置情報を、読み取り結果を送信してきた印刷装置１２ａに返信する。従って、各印刷装置１２₁〜１２_mに異なる種類の処理対象物６が配置された場合であっても、それらに対応する配置位置Ａ_x,yの位置情報が各印刷装置１２₁〜１２_mにそれぞれ返信される。

受信した位置情報は、各１２₁〜１２_mの個別制御装置２０に記憶される。
印刷台２１には不図示の搬送装置及び基板位置合わせ装置が設けられており、個別制御装置２０はその搬送装置を制御し、処理対象物６を移動させる。
図３、図４の符号２４は、処理対象物６の移動方向を示している。

印刷台２１上には、第一の印刷ヘッド２３ａが配置されている。第一の印刷ヘッド２３は、移動装置２２ａに取りつけられており、処理対象物６の表面と平行な平面内で、処理対象物６の移動方向２４とは垂直な方向に移動できるように構成されている。符号２９ａは、第一の印刷ヘッド２３ａの移動経路方向を示している。

処理対象物６は、配置位置Ａ_x,yのｘ方向、又はｙ方向の列が第一の印刷ヘッド２３ａの移動方向と平行に配置されている。
例えば、処理対象物６には位置情報の基準となる基点が設けられている場合、印刷装置２１に配置されたセンサによって基点が検出され、個別制御装置２０が配置位置Ａ_x,yの座標と処理対象物６の移動量とから、配置位置Ａ_x,yの最初の一乃至数列が第一の印刷ヘッド２３ａの移動範囲の下方位置に到達したことを検出すると、処理対象物６は静止される。
第一の印刷ヘッド２３ａは、図１３に示すように、それぞれ複数のノズルＮ₁〜Ｎ_nを有している。

第一の印刷ヘッド２３ａには、液供給系２５が接続されている。液供給系２５には、スペーサが分散液中に分散された吐出液が蓄液されており、個別制御装置２０から入力される吐出信号により、各ノズルＮ₁〜Ｎ_nの一個乃至全部から吐出液を吐出できるように構成されている。第一の印刷ヘッド２３の移動と吐出は個別制御装置２０によって制御される。

ノズルＮ₁〜Ｎ_nは等間隔に一列に配置されているが、配置位置Ａ_x、yの間隔は製品によって異なるため、一般的に配置位置Ａ_x、yの間隔とノズルＮ₁〜Ｎ_nの間隔は等しくない。

第一の印刷ヘッド２３ａは印刷台２１に対する角度が調節可能であり、ノズルＮ₁〜Ｎ_nの列が、配置位置Ａ_x、yに対して成す角度を調整することで、第一の印刷ヘッド２３ａがその移動方向２９ａに沿って移動したときに、各ノズルＮ₁〜Ｎ_nが配置位置Ａ_x,yの真上を通過するようにされている。

個別制御装置２０は、ノズルＮ₁〜Ｎ_nが配置位置Ａ_x,y上を通過するとき、各ノズルＮ₁〜Ｎ_nから吐出液を吐出させる。
ノズルＮ₁〜Ｎ_nの数Ｍと同数の列に位置する配置位置Ａ_x,yに着弾されると、処理対象物６は、隣接するＭ個の列分だけ下流側に移動し、第一の印刷ヘッド２３ａの移動範囲の下方に、未吐出の配置位置Ａ_x,yがＭ列配置され、それらの配置位置Ａ_x,yに吐出液が吐出される。

以上のように、処理対象物６の移動と、吐出が繰り返されると、処理対象物６上の各配置位置Ａ_x,yに吐出液が吐出され、着弾する。

図１５の符号７は、印刷装置１２ａによって吐出液が吐出された後の処理対象物を示しており、符号５１は着弾した吐出液、符号５３はその吐出液５１に含まれているスペーサを示している。スペーサ５３は、直径４μｍ〜５μｍの樹脂粒子や無機粒子である。
印刷装置１２ａで処理された後の処理対象物７は、各印刷装置１２₁〜１２_mから取り出され、所望の修正装置１３₁〜１３_nに移動される。

各修正装置１３₁〜１３_nは同じ構成であり、それらの一例の修正装置を図５、図６の符号１３ａで示して説明する。
図５は、修正装置１３を横方向から見た側面図であり、図６は上方から見た平面図である。

この修正装置１３ａは修正台３１を有しており、修正台３１上には吐出液が吐出された処理対象物７が配置されている。
上記印刷台２１と同様に、修正台３１には不図示の搬送装置及び基板位置合わせ装置が設けられており、その搬送装置によって処理対象物７は印刷台３１上を移動される。
図５、図６の符号３４ａは、処理対象物７の移動方向を示している。

修正台３１上には、検査装置３３ａと、第二の印刷ヘッド４３ａとが配置されている。処理対象物７の移動方向に対し、検査装置３３ａが上流側、第二の印刷ヘッド４３ａが下流側である。

検査装置３３ａと、第二の印刷ヘッド３３ａは、それぞれ移動装置３２ａ、４２ａに取りつけられており、処理対象物７の表面と平行な平面内で、処理対象物７の移動方向３４ａとは垂直な方向にそれぞれ往復移動できるように構成されている。

符号３９ａ、４９ａは、検査装置３３ａと第二の印刷ヘッド４３ａの移動経路方向をそれぞれ示している。
この第二の印刷ヘッド４３ａ、及び後述する他の第二の印刷ヘッド４３ｂ、４３ｃは、図１３に示すように、第一の印刷ヘッド２３ａと同様の複数のノズルＮ₁〜Ｎ_nをそれぞれ有している。ここでは各ノズルＮ₁〜Ｎ_nは一列に配置されており、処理対象物７の配置位置Ａ_x、yに対する角度は調節され、各ノズルＮ₁〜Ｎ_nが配置位置Ａ_x,yの真上を通過するようになっている。

修正台３１には、処理対象物７上の記号を読み取る読取装置３８が取りつけられている。
修正装置１３ａには、個別制御装置３０が設けられている。

読取装置３８は、個別制御装置３０を介して中央制御装置１１に接続されており、記号を読み取り、中央制御装置１１に送信すると、中央制御装置１１から処理対象物７の配置位置Ａ_x,yの位置情報が送信される。

処理対象物７が移動し、最初の一乃至複数個の配置位置Ａ_x,yが検査装置３３ａの移動範囲の下方位置に到達したところで、処理対象物７は一旦静止される。
検査装置３３ａは高精細のカメラであり、検査装置３３ａは移動経路３９ａ上を移動しながら、配置位置Ａ_x,y毎に表面を撮影し、撮影結果を個別制御装置３０に出力する。

個別制御装置３０では、撮影結果と配置位置Ａ_x,yは対応づけられており、撮影結果を画像解析し、スペーサ個数を計数し、配置位置Ａ_x,y毎に基準個数と比較し、基準個数未満の配置位置を不足位置特定する。図１５の処理対象物７では、一カ所の配置位置Ａ_2,1のスペーサ個数が不足しており、画像解析により、この配置位置Ａ_2,1が不足位置として特定され、記憶される。

処理対象物７が移動され、不足位置Ａ_2,1が第二の印刷ヘッド４３ａのノズルＮ₁〜Ｎ_nの移動経路のいずれかの真下に位置したところで処理対象物７は一旦静止され、第二の印刷ヘッド４２ａが移動し、不足位置Ａ_2,1に対して吐出液を吐出する。このとき、スペーサが基準個数以上配置されている配置位置Ａ_x,yには吐出液は吐出されない。

処理対象物７上の一乃至複数個の不足位置Ａ_m,nに第二の印刷ヘッド４３ａから吐出液が吐出された後、乾燥されると、各配置位置Ａ_x,yに基準個数以上の個数のスペーサが配置された処理基板が得られる。
図１６の符号８は、そのような処理基板を示しており、不足位置Ａ_2,1にスペーサが追加され、スペーサ不足が解消されている。

以上は、中央制御装置１１を設け、中央制御装置１１に配置位置Ａ_x,yの位置情報を処理対象物６、７の種類に対応付けて記憶させていたが、各印刷装置１２₁〜１２_m及び修正装置１３₁〜１３_nの個別制御装置２０、３０に、配置位置Ａ_x,yの位置情報を処理対象物６、７の種類に対応付けて記憶させてもよい。

その場合、図２のスペーサ塗布装置２のように、各印刷装置１２₁〜１２_m及び修正装置１３₁〜１３_nの個別制御装置２０、３０同士を接続し、互いに通信可能に構成することができる。例えば、一台の印刷装置１２_xに種類と配置位置の位置情報を入力するだけで、各個別制御装置２０、３０に、その位置情報を共有させることもできる。

次に、本発明の他の例について説明する。
上記修正装置１３ａでは、検査装置３３ａと第二の印刷ヘッド４３ａとが独立に往復移動可能に構成されていたが、本発明はそれに限定されるものではない。

図７、図８の符号１３ｂは、その一例の修正装置を示している。
この修正装置１３ｂ及び後述する修正装置１３ｃ、１３ｄでは、上記修正装置１３ａと同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。

該修正装置１３ｂは、検査装置３３ｂと第二の印刷ヘッド４３ｂとが一台の移動装置３２ｂに取りつけられており、処理対象物７の移動方向３４とは垂直な方向３９ｂ、４９ｂに一緒に往復移動するように構成されている。

不足位置が検査装置３３ｂによって見つけられると、第二の印刷ヘッド４３ｂによって、不足位置にだけ吐出液が吐出され、スペーサが追加される。これにより、スペーサ不足が解消される。
また、修正装置には第二の印刷ヘッド又は検査装置を複数設けることができる。

図９、図１０の符号１３ｃは、第二の印刷ヘッド４３ｃの両脇に検査装置３３ｃ₁、３３ｃ₂がそれぞれ配置された修正装置を示している。検査装置３３ｃ₁、３３ｃ₂は第二の印刷装置４３ｃの移動経路と同じ移動経路上を、第二の印刷ヘッド４３ｃと一緒に往復移動するように構成されており、第二の印刷ヘッド４３ｃが往復移動するときに、いずれか一方の検査装置３３ｃ₁、３３ｃ₂が先頭になり、先頭の方で処理対象物７の配置位置Ａ_x,yを撮影し、不足位置を特定し、後続する第二の印刷ヘッド４３ｃによって、不足位置に吐出液を吐出してスペーサ不足を解消することができる。

それとは逆に、一台の検査装置の両脇に第二の印刷ヘッドを配置すると、いずれか一方の第二の印刷ヘッドが検査装置の後尾となるから、検査装置で不足位置を特定し、後続する後尾の印刷ヘッドによって不足位置に吐出液を吐出し、スペーサ不足を解消することができる。

以上の例では処理対象物６、７と第一、第二の印刷ヘッド及び検査装置とが移動していたが、処理対象物１１を静止させ、第一、第二の印刷ヘッドと検査装置を、処理対象物６、７の表面に沿ってＸ軸方向、Ｙ軸方向の二方向に移動させてもよい。

図１１の印刷装置１２ｂと図１２の修正装置１３ｄは、第一の印刷ヘッド２３ｂが取りつけられた移動装置２２ｂはレール上２７上に配置されている。また、検査装置３３ｄが取りつけられた移動装置３２ｄと第二の印刷ヘッド４３ｂが取りつけられた移動装置４２ｄは、同じレール３７上に配置されている。

レール２７、３７には、モータ等が内蔵されており、移動装置２２ｂ、３２ｄ、４２ｄをレール２７、３７に沿って個別に往復移動させるように構成されている。図１１、図１２の符号２４ｂ、３４ｄは、移動装置２２ｂ、３２ｄ、４２ｄの往復移動の方向を示している。

第一の印刷ヘッド２３ｂと、検査装置３３ｄと、第二の印刷ヘッド４３ｂは、処理対象物６、７の表面と平行な平面内で、移動装置２２ｂ、３２ｄ、４２ｄの移動方向とは垂直な方向２９ｂ、３９ｄ、４９ｄに移動できるように構成されている。

移動装置２２ｂ、３２ｄ、４２ｄの位置や、第一、第二の印刷ヘッド２３ｂ、４３ｄ、検査装置３３ｄの位置及び動作は個別制御装置２０、３０によって制御されており、上記各例と同様に、読取り装置２８、３８の読取結果から得られた配置位置Ａ_x,yの位置情報に従い、吐出液の吐出と検査とスペーサの追加が行われる。

なお、上記処理対象物６〜８では、その種類を示す記号が処理対象物６〜８上に配置されていたが、種類を記載したタグや、種類を入力したＩＣタグなどを取りつけても良い。

また、上記検査装置３３ａ、３３ｂ、３３ｃ₁、３３ｃ₂、３３ｄでは、配置位置Ａ_x,y毎に撮影していたが、検査装置が移動しながら配置位置Ａ_x,yが並ぶ列を撮影し、画像解析を列毎に行い、配置位置Ａ_x,y毎にスペーサ個数を計数してもよい。
また、複数の配置位置Ａ_x,yを含む範囲を一括して撮影し、画像を各配置位置Ａ_x,yを一個ずつ含む狭い範囲に区分けし、その範囲毎に画像解析を行ってもよい。

本発明のスペーサ塗布装置の一例 本発明のスペーサ塗布装置の他の例 印刷装置の第一例を説明するための側面図 その平面図 修正装置の第一例を説明するための側面図 その平面図 修正装置の第二例を説明するための側面図 その平面図 修正装置の第三例を説明するための側面図 その平面図 印刷装置の第二例を説明するための平面図 修正装置の第四例を説明するための平面図 ノズルの配置を説明するための図 処理対象物の構造を説明するための平面図 処理対象物表面に吐出液が着弾した状態を説明するための平面図 処理対象物の不足位置にスペーサが追加された状態を説明するための平面図

符号の説明

１、２……スペーサ塗布装置
６〜８……処理対象物
１２、１２₁〜１２_m、１２a、１２ｂ……印刷装置
１３、１３₁〜１３_n、１３a〜１３ｄ……修正装置
５１……吐出液
５２、５３……スペーサ
２３ａ、２３ｂ……第一の印刷ヘッド
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ₁、３３ｃ₂、３３ｄ……検査装置
４３ａ〜４３ｄ……第二の印刷ヘッド
Ａ_x,y……吐出位置
Ｎ₁〜Ｎ_n……吐出孔

Claims (5)

1. スペーサが配置されるべき処理対象物上の配置位置を示す位置情報が記憶された制御装置と、
   前記スペーサを含む吐出液を吐出する第一の印刷ヘッドが配置された印刷装置と、
   前記処理対象物上の表面を検査する検査装置と、前記吐出液を吐出する第二の印刷ヘッドとが配置された修正装置とを有し、
   前記第一の印刷ヘッドは前記位置情報に従い、前記配置位置に前記吐出液を吐出するように構成され、
   前記検査装置は、前記位置情報に従い、前記配置位置を検査し、前記第二の印刷ヘッドは、前記検査の結果から特定された前記スペーサの不足位置に前記吐出液を吐出するように構成されたスペーサ塗布装置。
2. 前記印刷装置を複数有し、前記各印刷装置は前記位置情報が示す前記吐出位置に前記吐出液を吐出するように構成された請求項１記載のスペーサ塗布装置。
3. 前記修正装置を複数有し、前記各修正装置は前記位置情報が示す前記吐出位置を検査するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスペーサ塗布装置。
4. スペーサを含む吐出液を吐出する第一、第二の印刷ヘッドと、
   処理対象物上の表面を検査する検査装置とが配置されたスペーサ塗布装置により、前記処理対象物の所定の配置位置に前記スペーサを配置するスペーサ塗布方法であって、
   制御装置に予め処理対象物に応じた配置位置を示す位置情報を記憶させておき、
   前記第一の印刷ヘッドに配置された前記処理対象物の種類から前記処理対象物の前記配置位置を判別し、前記位置情報に基いて、前記第一の印刷ヘッドから前記吐出液を吐出させ、
   前記処理対象物を前記検査装置に移動させ、
   前記処理対象物の種類から前記配置位置を判別し、前記位置情報に基いて、前記配置位置を検査して、前記配置位置毎にスペーサ個数を計数して前記スペーサが不足する不足位置を特定し、
   前記不足位置に、前記第二の印刷ヘッドから前記吐出液を吐出させるスペーサ塗布方法。
5. 前記スペーサ個数は、前記配置位置毎に表面を撮影し、画像解析によって前記スペーサを判別して計数する請求項４記載のスペーサ塗布方法。

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