JP4665509B2 - インキジェット塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、インキジェット方式を用いたインキジェット塗工装置に関するものであり、特に、液晶カラー表示装置のカラーフィルタやその他フラットパネル型表示装置の部材の製造に用いられる精密塗工装置としてのインキジェット塗工装置に関するものである。

近年、電圧の印加で変形する圧電素子（ピエゾ素子）を吐出孔（ノズル）に備えたインキジェットヘッドを用いたインキジェットプリンタの高性能化に伴い、これら方式を用いたインキジェット塗工装置として、液晶カラー表示素子のカラーフィルタや有機ＥＬディスプレイ等のディスプレイ用部材の製造に用いられるようになった。

しかしながら、１色につき１つの吐出孔しか設けられていない従来のインキジェットヘッドでは、描画するために非常に多くの時間を要する問題があった。そこで、複数のインキ吐出孔を持つインキジェットヘッドをさらに多数配列させたいわゆるインキジェットヘッドアレイを備えたインキジェット塗工装置が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特に、ディスプレイ関連部材へ応用するには、上記のようなインキジェットヘッドアレイを用い、より少ないヘッドアレイの走査回数で塗布し、精密さと量産性を高められるようになってきた。このようなインキジェットヘッドアレイにおいて、一般的にインキジェットヘッドに複数設けられた吐出孔のそれぞれの間隔は、必要な画素ピッチとは必ずしも一致しておらず、搬送ステージの走査方向に対してインキジェットヘッドを所定角度に正確に固定し、インキの吐出タイミングを制御することによって、精密な塗工が実現されている。特にカラーフィルタなどのような画素の塗り分けには上記のヘッドアレイの正確な配置の他に、ヘッドに設けられた吐出孔のそれぞれの相対位置の測定と、それぞれの吐出孔から吐出されるインキのインキ量や着弾精度の測定が必要とされ、ヘッド横側から光学センサーを用いて吐出量のモニターをする方法がある（例えば、特許文献２参照。）。

また、上記搬送ステージの上部に設けられたインキジェットヘッドアレイ側部の側近に光学的測定装置を置いて、必要な測定・検出を行う方法がある（例えば、特許文献３参照。）。

以下に、上記先行技術文献を示す。
特開平８−２７１７２４号公報 特開平１０−２０６６２４号公報 特開平８−２９２３１７号公報

しかし、上記の従来技術において、上述のように、通常の印刷物とは異なりディスプレイ部材などの高精細な塗工を必要とするインキジェット塗工装置では、特に吐出孔から吐出されるインキの着弾精度の正確さが要求される。この着弾精度の向上には、インキジェットヘッドと搬送ステージに置かれたターゲット基板とのアライメントの正確さや搬送ステージの移動制御の正確さはもとより、ヘッドアレイに組み込まれたそれぞれのヘッドの
位置調整やそのヘッドに設けられた吐出孔の相対位置、さらに吐出孔から吐出されるインキのインキ量の個体差や使用状況に応じたインキ量の変化、インキ吐出位置（着弾点）のバラツキの把握が必要となる。

例えば、インキジェットヘッドアレイに組み込まれた各ヘッド自体の固定位置のバラツキは、基本的には装置への組込み時に確認され、ヘッドアレイの規模が大きくなるほど運用時やヘッドの交換時の測定が困難となっていた。また、それぞれのヘッドに設けられた吐出孔の相対位置はヘッドの個体差があり、ヘッド周りの温調などで変化することからできるだけ塗工時の状態と同じ状態や、塗工ラインの使用時の合間に確認する必要があり、測定したヘッド固定位置や吐出孔の相対位置を元にインキの吐出タイミングを制御する必要がある。

また、各吐出孔より吐出される吐出量の変化を確認するために個々の吐出孔にセンサー等を設置する方法は吐出孔を複数もつインキジェットヘッドアレイには応用することが困難となる。

このように、インキジェットヘッドアレイを用いたインキジェット塗工装置の場合、インキの吐出の正確性や連続運転を円滑に行うために、メンテナンスやヘッド交換時の分解・組立て・調整に大規模な検出装置の追加が必要であった。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、インキジェットヘッドアレイを備えたインキジェット塗工装置において、インキ吐出時のインキ量及び着弾精度等の測定に加え、そのメンテナンスやヘッド交換時の分解・組立て・調製に、および各インキジェットヘッドの位置及び該ヘッドに設けられた各吐出口（ノズル）の相対位置の検出に、より簡便な測定・観察手段でインキ着弾精度を向上せしめるインキジェット塗工装置を提供することにある。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、複数のインキ吐出孔が配列されたインキジェットヘッドが複数個配列されているインキジェットアレイと、該インキジェットアレイにより塗工される透過性の被塗工物が載せられ、搬送する搬送ステージとを備えたインキジェット塗工装置において、前記搬送ステージは開口部を有し、前記搬送ステージの下部にインキジェットヘッドの測定・観察手段を有し、前記測定・検出手段それ自体が移動ステージまたはレールの上に設けられており移動可能であり、かつ透過性の被塗工物に対する位置検出機能を備え、該被塗工物及び前記開口部を介してインキの着弾精度を測定し、該測定・観察手段による測定・観察結果を基に各インキジェットヘッドのインキ吐出タイミングを制御する制御機構を備えていることを特徴とするインキジェット塗工装置としたものである。

また、請求項２の発明では、前記測定・観察手段による測定・観察結果を基にインキ吐出量の異常を検出し、該異常が検出された吐出孔を他の吐出孔で補完する制御機構を備えていることを特徴とする請求項１記載のインキジェット塗工装置としたものである。

また、請求項３の発明では、前記測定・検出手段が倒立顕微鏡であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載のインキジェット塗工装置としたものである。

本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。

即ち、上記請求項１に係る発明によれば、搬送ステージの下部に取り付けられた測定・観察手段により、インキジェットヘッドアレイを構成する複数個のインキジェットヘッド間の取り付け位置の確認や、それぞれのインキジェットヘッドに設けられた吐出孔の観察を行うことができる。また、ライン駆動時と同じ状況下で、（ヘッドなどの分解・取出し等を行うことなく）該吐出孔の相互位置の関係を把握し、その結果を吐出タイミングの制御機構に反映させることにより、機械的調整が困難な吐出孔の位置補正を吐出タイミングの制御という電気的制御に置き換えることができ、インキ着弾精度の向上が図られる。

また、上記請求項２に係る発明によれば、搬送ステージの下部に取り付けられた測定・観察手段により、インキ吐出孔をモニタリングする為の大規模な検出機構を必要とせずに、ライン駆動時と同じ状況下で、（インキジェットヘッドなどの分解・取出し等を行う必要がなく）インキジェットヘッドに設けられた複数の吐出孔の観察を行うことができ、インキ不吐出状態やインキ吐出量異常の観察を行うことができ、これまで使用ごとに必要であった吐出孔の定期的メンテナンスを最小限に抑えられ、かつ異常発生前に必要に応じたメンテナンスを行うことができる。また、不吐出や吐出量の異常が見られた吐出孔を正確に把握することによって、この吐出孔を補完する制御を行うことができ、不良率の低減に寄与することができる。

また、上記請求項３に係る発明によれば、搬送ステージ下層に取り付けられた測定・観察手段と、被塗工物の位置検出機能を有する測定・観察手段を用いることにより、透明な被塗工物上に、吐出したインキの着弾精度を被塗工物を固定したまま測定・観察手段を移動することによって、ライン駆動時と同じ状況下で、被塗工物の移動や取出しを伴うことなく、精密にインキの着弾精度を測定することができ、よってインキヘッドアレイの位置調整や吐出タイミング調整を迅速に行うことができる。

さらにまた、上記請求項４に係る発明によれば、測定・検出手段を倒立顕微鏡とすることによって、測定・検出が迅速でかつ精度のよいものとすることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明に係るインキジェット塗工装置の一部であるインキジェットヘッドアレイ１の一事例を概略的に示す説明図であり、該インキジェットヘッドアレイ１は、複数の吐出孔を持つインキジェットヘッド２をＸ方向に複数個配列したものである。さらにこのインキジェットヘッドアレイ１をＹ方向に複数個配列することもできる。

上記インキジェットヘッド２には、図１（ｂ）に示すように、圧電素子の動作によりインキをドロップレットとして吐出するための吐出孔３がＹ方向に複数設けられている。これらインキジェットヘッド２は、それぞれ電源や制御配線の他にインキの供給配管によって接続されている。本発明のインキジェット塗工装置によって製造するディスプレイ関連部材によって異なるが、例えば、カラーフィルター基板を作成する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ三色のインキをそれぞれのインキジェットヘッド２に割り当てて運用することができる。

また図２は、本発明に係るインキジェット塗工装置９を概略的に示したもので、例えば、測定・観察手段としての倒立顕微鏡７の取り付け位置の一例を示す説明図であり、本発明の実施の形態としては、搬送ステージ６を跨ぐようにして設置された架台にインキジェットヘッドアレイ１及び制御ボード５やインキ供給に関するその他の制御部が搭載されており、アームに沿うように搬送ステージ６の移動範囲内へインキジェットヘッドアレイ１を移動し固定することができ、インキジェットヘッドアレイ１と搬送ステージ６の相対的な移動を用いて、ステージ面積と同程度の範囲へ描画を行うことができる。

上記倒立顕微鏡７は、インキジェット塗工装置９に設けられた搬送ステージ６の下部に設けられており、この搬送ステージ６に設けられた開口部１０を介して被塗工物やインキジェットヘッドアレイ１の観察を行うことができる。なお、搬送ステージ６は、水平性や防振処理が施され、その移動量を精密に制御したり、移動量を確認できるものが望ましく、モーターなど電子制御を基にしたものだけでなく、搬送ステージ６内のマーキングを基準に移動量を測長できる測定または制御方式の搭載もできる。

また、上記搬送ステージは、その走査方向と副走査方向に移動でき、被塗工物を載置固定することができる。この搬送ステージ６の開口部１０は、倒立顕微鏡７が被塗工物やインキジェットヘッドアレイ１の観察を妨げるものでなければ、ガラスなどの透明な被塗工物で覆われていてもよい。さらに倒立顕微鏡７はそれ自体が移動距離を正確に測定できる移動ステージ、レール等の上に設けられており移動可能なものである。

また、上記倒立顕微鏡７は光学顕微鏡、ＣＣＤ顕微鏡のどちらであっても良いが、オートフォーカス、電気的に制御可能な手動焦点制御機構のいずれか、もしくはその両方の機能を必要とし、測定や観察の為に外部に設置したモニターや測長の為の画像処理装置へのインターフェースを持つものとすることができる。

また、上記インキジェットヘッドアレイ１を制御する制御ボード５は、ＦＰＧＡ（Firld Progranmable Gate Aray）、マイコン、電源回路、インターフェース回路から構成され、インキジェットヘッドアレイ１に設けられたそれぞれのインキジェットヘッドに制御信号、ヘッド駆動電源などを供給し、ヘッド駆動のタイミングや描画パターンを基にした吐出シーケンスによるインキジェットヘッドアレイ１の制御や搬送ステージ６の制御を行う制御基板５である。この制御基板５からインキジェットヘッドアレイ１へ供給される信号線はその線数が多く煩雑になりやすい為、インキジェットヘッドアレイ１の近傍に設置されるのが好ましい。また、この制御ボード５は、インキジェットヘッドアレイ１に設けられた吐出孔のうち吐出異常が見られる吐出孔に対応する制御の切り替えが可能で、指定した吐出孔の使用制限や、その吐出孔の代わりに他の吐出孔を用いた吐出制御を行えるようなシーケンスの変更が可能である。また、前記倒立顕微鏡７で観察した吐出孔の相互位置のずれ量や、透明基材に試し吐出したインキ滴から算出した吐出精度を基に吐出タイミングの制御が可能である。

また図３は、本発明に係るインキジェット塗工装置９を概略的に示したもので、被塗工物８に対し吐出を実施する様子を示す説明図である。搬送ステージ６上に被塗工物８を載置固定後、この被塗工物８に設けられたマーキングを基準に位置調整を行う。なお、被塗工物８が透明基材である場合、搬送ステージ６の下部に設置した倒立顕微鏡７にて位置確認や、吐出開始点の確認を行うこともできる。このように設置された被塗工物８を載置固定した搬送ステージ６を、搬送ステージ６の移動可能領域の上方に固定されたインキジェットヘッドアレイ１の吐出可能位置へ移動させ、随時吐出を行うことで塗工を行うことができる。

本発明のインキジェット塗工装置を構成するインキジェットヘッドアレイの一事例を説明するもので、（ａ）は、その斜視図であり、（ｂ）は、インキジェットヘッドの模式図である。 本発明のインキジェット塗工装置の一事例を示す斜視図であり、その測定・観察手段の取り付け位置の一例を示す説明図である。 本発明のインキジェット塗工装置の一事例を示す全体図であり、被塗工物に塗工する状態を説明する斜視図である。

符号の説明

１‥‥インキジェットヘッドアレイ
２‥‥インキジェットヘッド
３‥‥吐出孔
４‥‥インキ供給配管
５‥‥制御基板
６‥‥搬送ステージ
７‥‥倒立顕微鏡
８‥‥被塗工物
９‥‥インキジェット塗工装置
１０‥‥搬送ステージの開口部

Claims (3)

1. 複数のインキ吐出孔が配列されたインキジェットヘッドが複数個配列されているインキジェットアレイと、該インキジェットアレイにより塗工される透過性の被塗工物が載せられ、搬送する搬送ステージとを備えたインキジェット塗工装置において、
   前記搬送ステージは開口部を有し、
   前記搬送ステージの下部にインキジェットヘッドの測定・観察手段を有し、
   前記測定・検出手段それ自体が移動ステージまたはレールの上に設けられており移動可能であり、かつ透過性の被塗工物に対する位置検出機能を備え、該被塗工物及び前記開口部を介してインキの着弾精度を測定し、
   該測定・観察手段による測定・観察結果を基に各インキジェットヘッドのインキ吐出タイミングを制御する制御機構を備えていることを特徴とするインキジェット塗工装置。
2. 前記測定・観察手段による測定・観察結果を基にインキ吐出量の異常を検出し、該異常が検出された吐出孔を他の吐出孔で補完する制御機構を備えていることを特徴とする請求項１記載のインキジェット塗工装置。
3. 前記測定・検出手段が倒立顕微鏡であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載のインキジェット塗工装置。
   

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