JP4774890B2 - インキ吐出印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、インキ皮膜を有する印刷物を製造するインキ吐出印刷装置に関する。印刷物及びインキ皮膜として、カラーフィルタの着色層、色変換フィルターの色変換層、回路基板の回路パターン、薄膜トランジスタの配線パターン、マイクロレンズのレンズパターン、バイオチップの流路パターン等を挙げることができる。
本発明は、高精細なパターンを吐出するための吐出パターン生成方法で、フィルムベースのカラーフィルタ製造、ガラスベースのカラーフィルタ製造に関するものである。

例えば、カラーフィルタの製造方法としてはフォトリソグラフィー法、エッチング法等が知られている。フォトリソグラフィー法によるカラーフィルタの製造方法は、基板全体に各色の感光性樹脂層の塗布膜を形成し、パターン状に露光した後に塗布膜の不要な部分を取り除き、残ったパターンを各画素とする。この方法では塗布膜の多くが現像除去されるため、大量の材料が無駄になる。さらに、画素ごとに露光、現像工程を行うため、工程数が多くなる。このフォトリソグラフィー方式は、カラーフィルタに限らず、有機エレクトロルミネッセンス素子等、種々の光学素子や電気素子の製造に利用されている。
しかし、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。カラーフィルタのコストダウン化を図るためには、従来のフォトリソグラフィー工程を繰り返す顔料分散法等は無駄が多く、近年、インキ吐出印刷装置を用いた方法が検討されている。

インキ吐出印刷装置は、複数のノズル（以下、インキ吐出口とする。）が整列配置されたインキ吐出部を備えている。インキ吐出印刷装置では、インキ吐出部と基板置台とを、基板置台面上に沿って相対的に移動させ描画を行っている。基板の大型化に伴い歩留まりを考慮し、インキ吐出印刷装置は、インキ吐出部は複数個整列で配置して備え、吐出液量が均一になるような吐出パターン情報を作成している（特許文献１〜３）。

インキ吐出印刷装置においては、印刷中にインキ吐出口の高い位置精度が要求される。インキ吐出部相互のインキ吐出口位置が正確でなくなると、インキ吐出部間で隙間が生じたりドットが重なったりするためである。このような現象が生じるとスジ状の抜けやムラができ混色等の不良の原因となる。このため、インキ吐出部を配置する際に、複数のインキ吐出部のインキ吐出口面の高さが水平になるように、インキ吐出部間で隙間が生じたりドットが重なったりしないように調整していた。基材が大型になるほど誤差も大きくなるため、特に大型基板を基材として用いる場合にはこのような調整が重要であった。
不良の発生を防止するため、インキ吐出口から吐出され基材に着弾したインキドットの着弾位置を測定して、そのズレ量をインキ吐出口の位置で調整する方法が知られている（特許文献４参照）。

ところで、例えば、インキ吐出印刷装置を用いて液晶用カラーフィルタの着色層を形成する場合、硝子基板を基材として使用する。近年液晶パネルの生産性向上のため、硝子基板の大型化が進められている。基板が大型化した場合はインキ吐出部ユニットの幅を通常よりも長くすれば対応できるが、インキ吐出ユニットの幅には限界がある。
そこで、インキ吐出部ユニットの幅を通常よりも長くし、さらにインキ吐出部ユニットをスライドして複数回往復させることで、大型基板にインキ吐出印刷装置で着色インキを付与することとしている。インキ吐出部ユニットを移動させるため、インキ吐出部ユニットを支える移動軸を設けるが、この移動軸はインキ吐出部ユニットの重量によりたわむ問題があった。基材を搭載するステージをスライドする方法も考えられるが、この方法によると基材の可動域の拡大によってステージが大型化し、ステージの搬送に支障が生じため現実的でない。
そして、基板の大型化が進むとこの移動軸の長さが従来よりも長くなり、インキ吐出部ユニットの長尺化・大重量と共に、移動軸のたわみの増加する原因となった。

たわみが大きくなると、インキ吐出口と基材と接触する懸念が生じるので、インキ吐出口と基材との距離をあらかじめ大きく設定する必要が生じる。しかし、この距離が長くなると着弾精度が悪化し、インキ滴後方にできるサテライトと呼ばれる微小インキ滴が主たるインキ滴と違う位置に着弾して不良を引き起こしてしまう。
また、インキ吐出部ユニットを長尺化すると多数のインキ吐出部を使用することとなり、インキ吐出口の位置等をインキ吐出印刷装置の稼動時間外に逐一調整すると、その調整時間に長尺化のメッリト（スループット向上）が吸収されてしまいかねない。このため、インキ吐出部の相互位置調整は短時間であることが好ましかった。
ところが、上記特許文献４に記載の方法によると、着弾誤差測定およびヘッドアライメントを吐出工程とは別に必要であるため、その調整時間分、生産性が低下するという問題があった。そして、基材に大型硝子基板を用いた場合、特許文献４に記載の方法によっては、不良の発生を抑えることができなかった。さらに、インキ吐出部の移動条件の変化、インキの粘度等によっても、着弾誤差が変わるため条件を変えるたびに着弾誤差測定する必要が生じていた。
特開平９−１０１４１２号公報 特開２００３−１７２８１４号公報 特開２００３−２６５９９６号公報 特開２００２−８２２１６号公報

本発明の課題とするところは、インキ吐出印刷装置において上記問題を解決することである。すなわち大型の基材に対しインキ吐出を高精度で行い、同時に生産性の高いインキ吐出印刷装置を提供することを課題とする。

ところで本発明者らの検討によると、インキ吐出印刷装置のインキ吐出部ユニットを移動軸にそって移動したところ、インキ吐出部ユニットは毎回同じ固有のたわみの移動軌跡を描くことを見出した。また、この移動軌跡はインキ吐出部の交換などによっては変化しないインキ吐出印刷装置に固有のたわみであることを見出した。
インキ吐出部が配列する方向を第１方向とし、第１方向に直交し、基材が移動する方向を第２方向とし、第１方向及び第２方向と直交する方向を第３方向とし、３次元系とし、この固有のたわみを第２方向と第３方向の成分に分解した。
また、本発明者らはインキ吐出部ユニットを移動した場合、インキ吐出ユニットが第３方向に平行な軸を中心として回転することによっても誤差を生じることを見出した。
そして、このインキ吐出印刷装置に固有のたわみの第２方向成分、第３方向成分、回転誤差をあらかじめ測定しておき、これらの情報に基づいてインキ吐出部ユニットの位置を、インキ吐出部ユニットを移動軸に沿って移動する際に修正し、たわみによる誤差のない移動軸の端で結ばれる直線上に予定される位置に戻すことにより、インキ吐出部のズレが矯正され精度が向上することを見出した。
また、第２方向成分のたわみの情報に基づいて、インキ吐出部の吐出のタイミングの情報をあらかじめ調整しておくことにより、第１方向成分のたわみによるずれを修正し精度を向上することができることを見出した。

本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、請求項１に記載の発明は、基材上の所定位置にインキ吐出部からインキを吐出して複数の画素を有する印刷物を製造するインキ吐出印刷装置において、
第１の方向に配列され、インキを吐出する複数のインキ吐出口を有するインキ吐出部と前記第１の方向と垂直な方向に複数のアライメントマークを有するインキ吐出部ベース板からなるインキ吐出部ユニットと；
前記第１の方向に移動軸を有し、インキ吐出部を第１の方向に移動させる移動手段と、前記基材を前記インキ吐出部に対して、前記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に、搬送する搬送手段と；
前記搬送手段による搬送に同期して前記複数のインキ吐出口からインキを吐出させて前記基材上の複数の画素位置にインキを付与する手段と；
前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向を回転軸として、インキ吐出部を回転させる手段と；
前記第３の方向にそってインキ吐出部を昇降する修正手段と；を含み、
前記インキ吐出部は、前記インキ吐出部ベース板に形成されており、かつ、前記アライメントマークを基準にして複数のインキ吐出部を平行に調整されており、
前記搬送手段にインキ吐出部のアライメントマーク位置を検出する検出手段が備わっていることを特徴とするインキ吐出印刷装置である。

本発明によると、インキ吐出印刷装置のインキ吐出部ユニットの第１方向、第２方向、第３方向の誤差を修正し、第３方向に平行な軸を中心として発生するヨーイング誤差を修正することができ、インキ吐出口位置の精度を向上することができた。この結果、インキ吐出印刷装置の固有のたわみ、回転に起因する着弾位置不良による不良を防ぐことができた。
また、本発明によると、上記誤差の修正を予め測定した情報に基づきインキ吐出部ユニットの移動と同時に行なうことができるため、別途インキ吐出部ユニットを調整する必要がなく、インキ吐出印刷装置の生産性を向上させることができた。
また、本発明によると、基材として大型な基板を用いた場合、第１方向、第２方向、第３方向の誤差、ヨーイング誤差は増大してしまうが、本願発明によればあらかじめ固有のたわみを測定し、この測定情報を修正に反映するので大型の基材を用いても、たわみによる不良を生じないため高い精度の吐出を行なうことができた。
また、本発明では、第３方向の誤差を修正することにより、基材とインキ吐出部ユニットの距離を小さくすることができ、高精度の吐出を維持することができた。
また、本発明によれば、特にインキ吐出印刷装置が大型化した場合に、部品の加工精度や組立て精度が十分でなくとも、着弾精度の高いインキ吐出印刷を行うことができるインキ吐出印刷装置を提供することができたのである。

以下、図面を参照し、本発明のインキ吐出印刷装置の一例について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るインキ吐出印刷装置の全体図であり、基材搬送ステージ２、インキ吐出部ユニット１４、インキ吐出部ユニット移動軸４、メインコントローラ１０、吐出制御部９とで、構成されている。
図２は、上記インキ吐出部群１４およびその周辺機構図である。
基材搬送ステージ２は、基材１を固定するための真空吸着穴を備え、基材表面より突出するものなく基材を固定することができる。これによって、基材１とインキ吐出部１３の間隔を極小に近づけられる。また、第２方向（以下、基材搬送方向とする。）先端にインキ吐出部群１４のアライメントマーク２０を検出するための倒立顕微鏡７が２個備えられ、アライメントマークの位置からインキ吐出部ユニットを基材搬送方向と直交するよう調整することができる。この調整によって、各インキ吐出部は基材搬送方向と直交する位置に配置することができる。
インキ吐出部ユニット１４は、アライメントマーク２０を基準にインキ吐出部１３を平行かつ隣り合うインキ吐出部のインキ吐出口間隔調整をインキ吐出印刷装置外の装置（以下、修正装置とする。）にて調整してある。この修正装置は、移動軸上に発生するインキ吐出部ユニットの第３方向の誤差を修正する手段を含むものである。そして、基材を回転しヨーイング誤差を修正する手段と含むものとしてもよい。そして、この修正装置に予め測定した各誤差情報を転送しておき、インキ吐出部を移動軸にそって移動する際に発生するたわみを修正装置が修正する。これにより、インキ吐出印刷装置の本機上で直接各インキ吐出部の位置調整する工程を省くことができる。

インキ吐出部ユニット移動軸４には、図に示すθ方向１８にインキ吐出部ユニット１４を回転させるためのθ調整機構１５が備わっている。これによって、インキ吐出部ユニットのアライメントマークの位置からインキ吐出部ユニットを基材搬送方向と直交するよう修正することができる。また、インキ吐出部群移動軸には、図に示す第３方向（以下、Ｚ方向とする。）１７にインキ吐出部ユニットを昇降させ、修正することで、インキ吐出口と基材との間隔を一定に保つことができる。また、インキ吐出部ユニットの第１方向（以下、Ｘ方向とする。）１２の位置を検出するためのリニアスケール５が備わっており、これにより、インキ吐出部ユニットの位置制御および後述の各補正制御をおこなうことができる。

メインコントローラ１０には、インキ吐出部ユニット移動にともなうヨーイングの測定値を記録する記録部（図示しない）が内蔵されている。これによって、Ｘ軸上の任意の位置でのヨーイング誤差を修正することができ、インキ吐出部ユニット１４を第１方向（以下、Ｘ方向とする。）にそって所望の位置に移動させた後、その位置のヨーイング誤差に応じてθ軸を回転させることで、ヨーイング誤差の補正をすることができる。
また、メインコントローラには、インキ吐出部ユニットの移動に伴うたわみ（Ｚ方向の誤差）の測定値を記憶する記録部が内蔵されている。これによって、Ｘ軸上の任意の位置でのＺ方向の誤差量を把握することができ、インキ吐出部ユニットを所望の位置に移動させた後、その位置のＺ方向の誤差量に応じてインキ吐出部ユニットを昇降させることで、Ｚ方向の誤差の補正することができる。
吐出制御部９には、インキ吐出部群移動にともなうＸ軸上の位置の測定値を記録する記録部が内蔵されている。これによって、Ｘ軸上の任意の位置での予定位置と実際位置の誤差を把握することができ、インキ吐出部ユニット１４を所望の位置に移動させた後、その位置での予定位置と実際位置との誤差に応じてインキ吐出口の吐出のタイミングを変えることで、補正をすることができる。

図３は、本発明のインキ吐出部群内のインキ吐出部の配列およびアライメントマークを示す平面図である。
インキ吐出部１３は、基材搬送方向と直交する方向に平行に配置されている。また、インキ吐出口範囲よりインキ吐出部本体の幅が広いため、隣り合うインキ吐出部は、基材搬送方向にずらした千鳥状の配置としている。このため、隣接するインキ吐出部のＹ方向の位置の違い分だけ吐出タイミングを変えることで、インキ吐出部を直線状に配置した場合と同様に均一なインキ吐出をすることができる。
アライメントマーク２０は、基材搬送ステージ２の倒立顕微鏡７で検出できるようインキ吐出部ユニット本体下側にある。また、このアライメントマーク２０を基準として、各インキ吐出部をＸ方向１２、θ方向１８とも所望の位置に調整する。

図４は、本発明の印刷工程および補正手順を示す図である。
まず、手順１のように、吸着固定された基材１の塗工位置に、インキ吐出部ユニット１４を移動させる。例えば、基材としてブラックマトリクスが形成された硝子基板を用い、これに着色インキを吐出する場合、ブラックマトリクスと相対位置関係が既知のアライメントマーク位置をＣＣＤカメラ等の検出手段（図示しない）で位置検出し、ブラックマトリクスに対応する位置にインキ吐出部ユニットを移動させる。

つぎに、手順２のように、メインコントローラ１０に内蔵の記録部に記録されたインキ吐出部ユニット１４のＸ軸上の位置に対応するヨーイング誤差情報により、ヨーイング誤差分だけθ軸１５を回転させ、ヨーイング補正を行う。
つぎに、メインコントローラ１０に内蔵の記録部（図示しない）のインキ吐出部ユニット１４のＸ軸上の位置に対応するＺ方向の誤差情報により、誤差分だけＺ軸１６を昇降させ、たわみ補正をおこなう。
つぎに、吐出制御部９に内蔵の記録部（図示しない）のインキ吐出部ユニット１４のＸ軸上の位置に対応するＸ方向の予定位置と実際位置との誤差により、塗工中に吐出制御部に内蔵の補正回路（図示しない）で誤差の補正ができるように誤差分だけ吐出タイミングパラメータを変えておく。

ここで、手順３のように、基材を載せた基材搬送ステージ２を搬送手段により搬送させ、ブラックマトリクスの所望の位置にＲＧＢインキをインキ吐出印刷装置により吐出し、吐出が終了すると基材搬送ステージを停止させる。

つぎに、手順４のように、インキ吐出部ユニット１４を次の吐出位置に移動させる。移動させた結果、Ｘ軸上の位置が変わってしまうので、手順５のように、再度上記ヨーイング補正、たわみ補正、直線性補正をおこない、手順６のように、次の塗工をおこなう。
上記手順を繰返し、基板のブラックマトリクス領域すべてを塗工する。

図１は、本発明の実施の形態に係るインキ吐出印刷装置の全体図である。 図２は、本発明のインキ吐出部群およびその周辺機構図である。 図３は、本発明のインキ吐出部群内のインキ吐出部の配列およびアライメントマークを示す平面図である。 図４は、本発明の塗工および補正手順を示す図である。

符号の説明

１…基材
２…基材搬送ステージ
３…メンテナンスステーション
４…インキ吐出部ユニット移動軸（Ｘ軸）
５…リニアスケール
６…インキ吐出部ユニット移動ベース
７…倒立顕微鏡
８…搬送ステージ制御部
９…吐出制御部
１０…メインコントローラ
１１…基材搬送ステージ搬送方向（Ｙ方向）
１２…インキ吐出部ユニット移動方向（Ｘ方向）
１３…インキ吐出部
１４…インキ吐出部ユニット
１５…θ調整機構（θ軸）
１６…昇降機構（Ｚ軸）
１７…Ｚ方向
１８…θ方向
１９…インキ吐出部ベース板
２０…アライメントマーク

Claims (1)

1. 基材上の所定位置にインキ吐出部からインキを吐出して複数の画素を有する印刷物を製造するインキ吐出印刷装置において、
   第１の方向に配列され、インキを吐出する複数のインキ吐出口を有するインキ吐出部と前記第１の方向と垂直な方向に複数のアライメントマークを有するインキ吐出部ベース板からなるインキ吐出部ユニットと；
   前記第１の方向に移動軸を有し、インキ吐出部を第１の方向に移動させる移動手段と、前記基材を前記インキ吐出部に対して、前記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に、搬送する搬送手段と；
   前記搬送手段による搬送に同期して前記複数のインキ吐出口からインキを吐出させて前記基材上の複数の画素位置にインキを付与する手段と；
   前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向を回転軸として、インキ吐出部を回転させる手段と；
   前記第３の方向にそってインキ吐出部を昇降する修正手段と；を含み、
   前記インキ吐出部は、前記インキ吐出部ベース板に形成されており、かつ、前記アライメントマークを基準にして複数のインキ吐出部を平行に調整されており、
   前記搬送手段にインキ吐出部のアライメントマーク位置を検出する検出手段が備わっていることを特徴とするインキ吐出印刷装置。
   

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