JP4807184B2

JP4807184B2 - インク吐出装置

Info

Publication number: JP4807184B2
Application number: JP2006231774A
Authority: JP
Inventors: 康裕三井; 康裕小橋; 勝増田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-08-29
Also published as: JP2008055248A

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等の、例えば、カラーフィルタの色画素パターンを形成するために用いるインク吐出装置に関する。

カラーフィルタを例にとって説明する。従来の液晶ディスプレイなどに用いられるカラーフィルタ（以下ＣＦ）の製造方法は、フォトリソグラフィによる方法（以下フォトリソ方式）が一般的であった。この方式では、感光性レジストを角型のガラス基板に塗工し、露光、現像、乾燥の一連の処理工程を各々色毎に複数回繰り返すことで、ＢＭパターンの開口部に格子状カラーパターンを得ることができる。

しかしながら、近年、ＣＦ用の基板の大型化が進むと共に、パネル価格の下落に伴ってＣＦのコストダウン要求も更に厳しくなっている。従って、次世代の２ｍを超える基板サイズのＣＦ製造ラインをフォトリソ方式で構築する場合、装置自体のコストが現ライン以上に高くなると共に、製造ラインのサイズアップによるフットプリントの拡大によって、建屋等にかかるコストも嵩んでしまい、イニシャルコストの大幅なアップとなることが予想される。また、基板の大型化と共に、レジストの塗工及び現像される余分なレジスト量の増加や、現像液等の材料使用量の増加により、ランニングコストも更に上がることが予想でき、前述したコストダウン要求を満たすことは困難である。

そこで、フォトリソ方式に替わる新しいＣＦ製造方法の一つとして、インク吐出方式が注目されている。

このインク吐出方式を用いたＣＦ製造方法では、インク吐出ヘッドを用いてＢＭパターン開口部に直接カラーパターンを複数色同時に塗工していくため、フォトリソ方式で必要であった露光、現像等の処理工程を削減できると同時に、その装置のフットプリントを大幅に削減することが可能となる。また、塗工するインキ材料も必要量しか使用せず、更にフォトリソ方式で必要であった現像液等が不要となるため、ランニングコストも削減することが可能である。

上記インク吐出方式において、インクをガラス基板に吐出するためのインク吐出系統を整備する事は非常に重要である。通常インク吐出ヘッドは、１つのインク吐出装置に複数個搭載されており、それぞれのインク吐出ヘッドにインクを分配供給するために、供給経路の途中にインク分配器と呼ばれる冶具を備えている。

図４は、従来のインク分配器を表した説明図であり、（ａ）は上面図で、（ｂ）は、その水平断面図であり、（ｃ）は、正面図である。インク吐出装置は、図４に示すインク分配器を搭載した装置であって、そのインク分配器１は複数のインク吐出ヘッドと、その吐出ヘッドへインクを分配供給するヘッド分配供給口５と、インクを貯留しておくためのインクマニホールド１１と、インクを供給系統よりインクマニホールドへ供給するためのインク供給口６と、インクマニホールドへ溜まったエアーを排出するためのエアーベント口１４を備え、インク分配部を加温するための加温部３と、インクマニホールドを密閉するための蓋４とからなる装置である。

図４（ａ）は、図４に示す通り、従来のインク分配器１は、主にインク分配部２、加温部３、蓋４により構成されている。図下面にヘッド分配供給口５が配置され、インク分配器１の上面で、中央にインク供給口６、その左右に温水返還口８、温水供給口７が直線状
に配置されている。

図４（ｂ）は、インク分配部２の内部にはインクを貯留しておくためのインクマニホールド１１が形成されている。インクマニホールド１１の開口部は図右側向きで、ヘッド分配供給口５の開口部に対して垂直方向、すなわち、図上側に向けられており、その合流部１３の曲面精密仕上げ加工が困難である。

尚且つ、インクマニホールド１１に蓋４をした上で、加温部３を両側から挟み込むように配置する事で、インクマニホールド１１の温調を行っていた。

図４（ｃ）は、且つヘッド分配供給口５は１列直線上に配置されている。インク分配器１の上面に温水返還口８、インク供給口６、温水供給口７と、装置下面にエアーベント口１４が配置されている。

しかしながら、ガラス基板のサイズアップやタクトアップに伴って、必要なインク吐出ヘッドの個数も増えて、ヘッド分配供給口５及び分岐経路も増えるため、その分インク分配器１の上面、下面方向に長くなり、大型化となり、より大きいスペースが必要となった。また、それに伴ってインクマニホールド１１の容積も大きくなるため、それがインクの滞留を引き起こし、更に、前述したように、インクマニホールド１１とヘッド分配供給口５の合流部１３の曲面精密仕上げ加工が困難であり、それがインク凝集異物の発生に繋がって、インク異物の吐出による欠陥やインク吐出ヘッドの目詰まりによる不吐出を引き起こしていた。

以下に公知文献を記す。
特開２００３−１２７３４３号公報

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、複数のインク吐出ヘッドへインクを分配供給するためのヘッド分配供給口と、インクを貯留しておくためのインクマニホールドと、インクを供給系統よりインクマニホールドへ供給するためのインク供給口と、インクマニホールドへ溜まったエアーを排出するためのエアーベント口を備えたインク分配部と、インク分配部を加温するための加温部と、インクマニホールドを密閉するための蓋とからなるインク分配器を搭載したインク吐出装置において、インクマニホールドの容積を極力小さくする事でインクの滞留を軽減し、且つインクマニホールド内部の曲面精密仕上げ加工によってインク凝集異物の発生を抑制させ、尚且つインク分配器自体を小型化、省スペース化することが可能なインク分配器を搭載したインク吐出装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、精密駆動機構７３上に装備したステージ７１と、ステージ７１の上方に向き合う位置に配置したインク分配器２１を搭載し、
インク分配器２１が、複数のインク吐出ヘッド６１、インクを分配供給するヘッド分配供給口２５、インクを貯留するためのインクマニホールド３１、インクマニホールドへ供給するインク供給口２６、インクマニホールドへ溜まったエアーを排出するエアーベント口３４を備えたインク分配部２２と、
インクを加温するための加温部２３と、
インクマニホールドを密閉するための蓋とからなるインク吐出装置において、
前記インクマニホールドの開口部が、インクマニホールド内のヘッド分配供給口２５の開
口部と同一方向で相対しており、
且つ、前記加温部２３がインクマニホールドの開口部上面に配置し、加温部２３が蓋として兼用され、
尚且つ、前記ヘッド分配供給口２５が２列千鳥に配置されており、
前記インクマニホールド３１が、２列千鳥の配置に合わせて２列に分岐して形成されたインク分配器を搭載したことを特徴とするインク吐出装置である。

本発明に係わるインク吐出装置、すなわち、複数のインク吐出ヘッドへインクを分配供給するヘッド分配供給口とインクを貯留するインクマニホールドとインクをインクマニホールドへ供給するインク供給口とインクマニホールドへ溜まったエアーを排出するエアーベント口を備えたインク分配部と、インク分配部を加温する加温部からなるインク分配器によれば、加温部をインク分配器上方のみに配置して蓋と兼用し、且つヘッド分配供給口を千鳥に配置することにより、省スペース化を計ることができた。

また、本発明に係わるインク吐出装置によれば、インクマニホールドを分岐することにより、インク貯留容積を小さくし、インクの滞留を低減させることができた。

更にまた、本発明に係わるインク吐出装置によれば、インクマニホールドの開口部とヘッド分配供給口の開口部を同じ向きにして、相対させることにより、合流部の曲面精密仕上げ加工状態が良好になり、インク凝集異物の発生を抑制することができた。

本発明のインク吐出装置を一実施形態に基づいて以下説明する。

図１は、本発明に係わるインク分配器を表した説明図であり、（ａ）は、全体の斜視図であり、（ｂ）は、上面図で、（ｃ）は、その水平断面図であり、（ｄ）は正面図で、（ｅ）は、その正面断面図である。

図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）、（ｅ）で示す通り、図１（ａ）は、本発明のインク分配器２１の全体図であり、インク分配部２２と加温部２３からなっている。本発明のインク吐出装置は、精密駆動機構７３上に装備したステージ７１と、ステージ７１の上方に向き合うよう位置に配置したインク分配器２１を搭載し装置である。前記インク分配器２１は、図１（ａ）に示すように、複数のインク吐出ヘッドと、インクを分配供給するヘッド分配供給口２５、インクを貯留するためのインクマニホールド３１、インクマニホールドへ供給するインク供給口２６、インクマニホールドへ溜まったエアーを排出するエアーベント口３４を備えたインク分配部２２と、インクを加温するための加温部２３から構成されている。

図１（ｂ）は、加温部２３には温水供給口２７、温水返還口２８があり、インク分配部２２にはインク供給口２６がある。加温部２３は、インク分配部２２を覆い、蓋の役割を荷っている。図下面には２列に並んだヘッド分配供給口２５が配置されている。

図１（ｃ）は、インクマニホールド３１の開口方向は図上側向であり、ヘッド分配供給口２５の開口方向、すなわち、図上側と相対する方向に設置されているため、その合流部３３の曲面精密仕上げ加工がし易く、仕上げ精度を従来品よりも向上する事ができる。

その加温部２３の内部には温水マニホールド３２が設けられており、形状を円筒形状にする事で蓋の代用となる構造とした。また、加温部２３をインク分配部２２上方に設置する事で、加温部２３の個数を削減し、且つインクマニホールド３１の蓋を兼用する事で、
より省スペースになるようにした。

図１（ｄ）では、インク分配部２２よりインク吐出ヘッドへインクを分配供給するためのヘッド分配供給口２５は、インク吐出ヘッドの個数だけ２列千鳥状に配列されている。各々のヘッド分配供給口２５の間隔Ｘは、従来のインク分配器１のヘッド分配供給口５の間隔Ｘと同じ長さに設定しているため、本発明のインク分配器２１の方が、上面、下面の長さをより短くすることができる。加温部２３の上面、下面方向の両端には温水供給口２７と温水返還口２８が設けられており、常に一定温度の温水を循環させる事で、インク分配部２２内部のインクを温調する。また、インク分配部２２の上面、下面方向の両端にはインク供給口２６とエアーベント口３４が設けられている。

更に、図１（ｅ）は、インク分配部２２の内部にインクマニホールド３１があり、その上面と下面両端にはインクマニホールド３１にインクを供給するためのインク供給口２６と、インクマニホールド３１に溜まったエアー及び不要インクを排出するためのエアーベント口３４が設けられている。また、インクマニホールドの容積をより少なくするために、インク分配部２２の内部にはインクマニホールド３１が平行して２列設けられており、それらはインク分配部２２の上面、下面の両端で合流している。この合流部の形状は流体シミュレーションにより、予め滞留を起こさないような形状とする必要がある。

図２は、本発明に係わるインク吐出装置を説明する斜視図である。

図２で示す通り、インク分配器２１にはヘッド分配配管６２を介してインク吐出ヘッド６１が接続されている。また、インク分配器２１の加温部には温水循環装置６３が接続されており、その間には温水を加温部へ供給するための温水供給バルブ６４と温水供給配管６５、温水を温水循環装置６３へ返還するための温水返還バルブ６６と温水返還配管６７が設けられている。

インク分配器２１へインクを供給するための供給系統は、主に供給タンク４１、ポンプ４８、圧力制御装置５１から構成される。供給タンク４１とポンプ４８の間にはポンプ供給バルブ４４とフィルター４７が設けられている。また、ポンプ４８と圧力制御装置５１の間にはポンプ吐出バルブ４９が設けられている。圧力制御装置５１からインク供給配管５２を経由しインク供給バブル５３からインク分配器２１に接続されている。更に、ポンプ４８の内部に溜まったエアーの排出はポンプエアーベントバルブ５０により行う。

供給タンク４１にはエアー加圧を行うための加圧バルブ４６とレギュレーター４５、圧力表示器４３が接続されている。

分配器エアーベントバルブ５４とポンプエアーベントバルブ５０を含む排液系統はエアーベント配管５５を介して廃液タンク４２に接続されている。

ステージ７１には塗工されるガラス基板７２が載置される。インク吐出ヘッド６１とガラス基板７２との間には一定の狭隙間が設けられている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係わるインク吐出装置の動作を説明する側断面図である。

図３（ａ）で示す通り、ステージ７１は、精密駆動機構７３によって水平移動することができる。また、インク吐出ヘッド６１よりガラス基板７２への塗布開始前にインクを予備吐出するためのメンテナンスポッド７４が備えられている。なお、このステージ状態をＡ位置と記す。

図３（ｂ）は、真空吸着及び予備吐出動作が終わると、ステージ７１は塗工開始位置であるＢ位置まで移動する。

図３（ｃ）は、ステージ７１は塗工開始位置からインク吐出ヘッド６１よりガラス基板７２へ順次インクを吐出しながら塗工終了位置であるＣ位置までの方向に一定の速度で水平移動する。

本発明のカラーフィルタ用インク吐出装置を用いて、ＢＭパターニング基板上にインクを塗工した。その実施例１を以下説明する（図２、図３参照）。

実施例１では、塗工するインクは市販のレッドインク（以下Ｒインクと記す）を用い、塗工するガラス基板は無アルカリガラスで、サイズは６８０ｍｍ×８８０ｍｍ×０．７ｍｍ厚の基板を使用した。前記基板は、樹脂ＢＭパターニング品を用いた。インク吐出装置のフィルター及びインク吐出ヘッドは市販品を用い、インク吐出ヘッドの配列数は６個とした。

以下に、実施例１のインク吐出装置の動作を詳細に示す。塗工の事前準備として、Ｒインクを配管系統、インク分配器及びインク吐出ヘッドへ供給した。まず、供給タンク４１にＲインクを充填し、加圧バルブ４６を開いてエアーを供給タンク４１内に供給し、レギュレーター４５と圧力表示器４３にてタンク内圧力を調節した。実施例１では圧力を２０ｋＰａに設定した。

次に、ポンプ供給バルブ４４を開きながらポンプ４８を作動させ、エアーによる加圧サポートを受けながらポンプ４８の内部にＲインクを供給した。この時、Ｒインクはフィルター４７を通過することで、Ｒインクの初期混入異物の除去を行った。ポンプ４８の内部にＲインクが充填されたあと、ポンプ供給バルブ４４を閉じてポンプエアーベントバルブ５０を開き、再びポンプ４４を作動させて、ポンプ内部に溜まったエアーを廃液タンク４２に排出した。この動作によりポンプ内部のエアーが完全に抜けた。

次に、再度ポンプ４４にＲインクを充填し、ポンプ吐出バルブ４９を開きながらポンプ４４を作動させることで、圧力制御装置５１にＲインクを供給した。この動作により圧力制御装置５１内部にインクが充填した。

圧力制御装置５１内部にインクが充填された後、インク供給バルブ５３及び分配器エアーベントバルブ５４を開きながらポンプ４４を作動させてインク分配器２１にＲインクを供給しつつ、廃液タンク４２へエアーを排出した。

インクマニホールド内部のエアーが完全に抜けた後、分配器エアーベントバルブ５４を閉じて、インク吐出ヘッド６１へＲインクを供給した。この時、ステージ７１は、図３（ａ）で示す通り待機位置Ａに位置しており、インク吐出ヘッドの直下にはメンテナンスポッド７４が配置され、このメンテナンスポッド７４上でＲインクを吐出させた。

全てのインク吐出ヘッド６１にＲインクが完全に充填された後、ポンプ４８の動作を止めてポンプ吐出バルブ４９を閉じ、供給バルブ５３は開いたままで圧力制御装置５１により配管内部の圧力を調節した。

また、Ｒインクが配管内に充填された時点で、温水循環装置６３を作動させて温水供給バルブ６４及び温水返還バルブ６６を開き、温水を加温部に循環させてインク分配器２１
内部のＲインクは所望のインク温度に到達した。実施例１では、Ｒインクの温度を４５℃に設定した。なお、Ｒインク温度が設定値に達したら、塗工待機状態となる。塗工準備が完了した。

次いで、塗工待機状態になると、この時、ステージ７１は、待機位置Ａに位置しており、インク吐出ヘッドの直下にはメンテナンスポッド７４が配置されおり、ステージ７１上に図示されない基板搬送ロボットによりガラス基板７２が載置して、真空吸着した。前記作業と並行して、インク吐出ヘッド６１よりメンテナンスポッド７４にインクを予備吐出し（図３（ａ）参照）、真空吸着及び予備吐出動作が終わると、ステージ７１は塗工開始位置Ｂ（図３（ｂ）参照）と、塗工終了位置Ｃ（図３（ｃ）参照）の方向に一定の速度で水平移動した。本実施例では移動速度を５０ｍｍ／秒に設定した。

その水平移動の際に、塗工開始位置Ｂ（図３（ｂ）参照）に達した時点からインク吐出ヘッド６１よりＲインクを吐出しながら、ガラス基板７２にＲインク塗工を実行した。ステージ７１が塗工終了位置Ｃ（図３（ｃ）参照）まで移動するとインクの吐出を停止し、その後ステージ７１を停止させて、塗工終了した。次いで、塗工が終了すると、ステージ７１は再び待機位置Ａまで水平移動し、次のガラス基板がステージに移載されるまで待機する。

ステージ７１が待機位置Ａまで移動すると、塗工されたガラス基板７２の吸着を解除し、再び図示されない基板搬送ロボットによりガラス基板は回収した。

以上でガラス基板への塗工の一サイクルが終了する。

なお、本発明のインク吐出装置では、一定量のインクが吐出されると、ポンプ吐出バルブ４９を開きつつポンプ４８を作動させる事で再び圧力制御装置にインクを供給する。インクの供給が終わるとポンプ４８の動作を停止させてポンプ吐出バルブ４９を閉じる。続いてポンプ供給バルブ４４を開きつつポンプ４８を作動させる事で、再びポンプ４８内部にインクを供給する。

上記塗工サイクルをガラス基板１００枚に対して連続処理した結果、インク凝集異物起因によるインク吐出ヘッドの不吐出等は発生せず、また塗工後のガラス基板を検査した結果、インク凝集異物による異物欠陥は見られなかった。

ＥＬディスプレイの発光材料のパターン形成や回路基板の回路パターン形成に用いることができる。

本発明に係わるインク分配器を表した説明図であり、（ａ）は、斜視図で、（ｂ）は上面図で、（ｃ）は、その水平断面図であり、（ｄ）は、正面図で、（ｅ）は、その正面断面図である。本発明に係わるインク吐出装置を斜視で表した説明図である。本発明に係わるインク吐出装置の動作を側面で模式的に表した説明図である。従来のインク分配器を表した説明図であり、（ａ）は、上面図で、（ｂ）は、その水平断面図であり、（ｃ）は、正面図である。

符号の説明

１…インク分配器
２…インク分配部
３…加温部
４…蓋
５…ヘッド分配供給口
６…インク供給口
７…温水供給口
８…温水返還口
１１…インクマニホールド
１２…温水マニホールド
１３…合流部
１４…エアーベント口
２１…インク分配器
２２…インク分配部
２３…加温部
２５…ヘッド分配供給口
２６…インク供給口
２７…温水供給口
２８…返還口
３１…インクマニホールド
３２…温水マニホールド
３３…合流部
３４…エアーベント口
４１…供給タンク
４２…廃液タンク
４３…圧力表示器
４４…ポンプ供給バルブ
４５…レギュレーター
４６…加圧バルブ
４７…フィルター
４８…ポンプ
４９…ポンプ吐出バルブ
５０…ポンプエアーベントバルブ
５１…圧力制御装置
５２…インク供給配管
５３…インク供給バルブ
５４…分配器エアーベントバルブ
５５…エアーベント配管
６１…インク吐出ヘッド
６２…ヘッド分配配管
６３…温水循環装置
６４…温水供給バルブ
６５…温水供給配管
６６…温水返還バルブ
６７…温水返還配管
７１…ステージ
７２…ガラス基板
７３…精密駆動機構
７４…メンテナンスポッド

Claims

精密駆動機構上に装備したステージと、ステージの上方に向き合う位置に配置したインク分配器を搭載し、
インク分配器が、複数のインク吐出ヘッド、インクを分配供給するヘッド分配供給口、インクを貯留するためのインクマニホールド、インクマニホールドへ供給するインク供給口、インクマニホールドへ溜まったエアーを排出するエアーベント口を備えたインク分配部と、
インクを加温するための加温部と、
インクマニホールドを密閉するための蓋とからなるインク吐出装置において、
前記インクマニホールドの開口部が、インクマニホールド内のヘッド分配供給口の開口部と同一方向で相対しており、
且つ、前記加温部がインクマニホールドの開口部上面に配置し、加温部が蓋として兼用され、
尚且つ、前記ヘッド分配供給口が２列千鳥に配置されており、
前記インクマニホールドが、２列千鳥の配置に合わせて２列に分岐して形成されたインク分配器を搭載したことを特徴とするインク吐出装置。