JP4946129B2 - アライメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレーのカラーフィルター製造や有機ＥＬディスプレーの電極製造に用いられるインク吐出装置におけるインクジェットヘッドの位置決め作業を行うアライメント装置に関する。

近年、パーソナルコンピューターの発達、液晶テレビの大型化、携帯電話の普及などに伴い、カラー液晶ディスプレーの需要が増加する傾向にある。しかし、更なる普及のためにコストダウンは必須であり、コストの比率が大きいカラーフィルターのコストダウンに対する要求が高まっている。

現在、カラーフィルターの製造方法としては、（１）染色法、（２）顔料分散法、（３）印刷法、（４）電着法、（５）インクジェット法が知られている。
（１）染色法は、ガラス基板上に染色させるための水溶性高分子を形成し、これをフォトリソグラフィーの工程を経て所望の形状にパターンニングした後、染色液に浸すことで着色されたパターンを得て、これを３回繰り返し、Ｒ．Ｇ．Ｂ．のカラーフィルター層を得る方法である。
この方法で得られたフィルターは透過率も高く色相も豊富で、技術の完成度も高いため、現在カラー固体撮像素子（ＣＣＤ）に多用されていたが、染料を使用するため耐光性に劣り、製造工程の数も多いことから、液晶表示素子（ＬＣＤ）用としては、近年、顔料分散法に取って代わられている。

（２）顔料分散法は、近年最も主流のカラーフィルターの製造方法である。まず、ガラス基板上に顔料を分散した樹脂層を形成し、フォトリソグラフィー工程を経てパターニングする。これを３回繰り返し、Ｒ．Ｇ．Ｂ．のカラーフィルター層を得る。この製造法は、技術の完成度は高いが工程数が多くコストが高いのが欠点である。
（３）印刷法は、熱硬化型の樹脂に顔料を分散させ、印刷を３回繰り返すことで、Ｒ．Ｇ．Ｂ．を塗り分け、その後で熱を加えて樹脂を硬化させることによりカラーフィルター層を得る。この方法は、Ｒ．Ｇ．Ｂ．層の形成に際しては、フォトリソグラフィーが必要としないが、解像度や膜厚の均一性の点に問題がある。

（４）電着法は、水溶性高分子に顔料を分散させた電解溶液中で、予めパターニングした透明電極上に７０Ｖ程度の高電圧を印加し、電着膜を形成することで電着塗装を行い、これを３回繰り返し、Ｒ．Ｇ．Ｂ．のカラーフィルター層を得る。この方法は、予め透明電極をフォトリソグラフィーによりパターニングして、これを電着用の電極として使用する必要があり、パターンの形状が限定されるため、ＴＦＴ液晶用には使えないという欠点がある。

上記のような欠点を補うべく、インクジェット方式を利用したカラーフィルターの製造方法が盛んに開発、検討されている（例えば特許文献１〜３参照）。インクジェット方式を利用した方法は製造プロセスが簡略で低コストであるという利点がある。

このインクジェット方式を用いたカラーフィルター製造装置は、記録媒体とＲ、Ｇ、ＢもしくはＹ、Ｍ、Ｃの各色に複数のノズルを直線状に配列したインクジェットヘッドが相対的に主走査方向に往復移動し、副走査方向に間欠的に設定量ずつ送る記録媒体送り手段を備え、インクジェットヘッドを主走査方向に移動させつつ、ヘッドからのインク液を圧力発生器で所定圧に加圧し、その圧力に基づいてインクをノズル形成面にあるノズルから記録媒体に向けてコントロールされた大きさのインク滴として吐出して各色に複数の着色部を同時に着色する。

なお、インクジェットヘッドのノズルからのインク吐出特性は、一定に維持される必要がある。従って、このような製造装置においては、各インクジェットヘッドのノズル位置を高精度に調整し、かつ、吐出工程において、各インクジェットヘッドのノズル位置を維持することが重要である。
特開平９−２７７５７１号公報 特開平１０−３３２９２４号公報 特開２００１−３４３５１３号公報

しかしながら、インクジェットヘッドのノズル位置を高精度に調整する作業は、大変時間がかかる。特に大型の記録媒体に吐出する場合、インクジェットヘッドの吐出幅が狭いと何度も往復することになるので、タクトタイム短縮のために、インクジェットヘッドを何個も並べておく必要があり、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の全てのインクジェットヘッドを高精度に調節しなければならない。
そして、塗工装置上で高精度に調整しようとすると、そのための時間がインクジェットヘッドが多いほどかかることから、稼働率の低下につながってしまう。

そこで本発明は、塗工装置とは独立した機能によってインクジェットヘッドのアライメントを行うことができ、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができるアライメント装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、塗工装置用のインクジェットヘッドユニットに設けられた複数のインクジェットヘッドの位置調整を行うアライメント装置であって、除震台と、前記除震台上に水平面上で直交するＸ、Ｙ方向に移動可能に設けられたＸ−Ｙステージと、前記Ｘ−Ｙステージ上に設置され前記インクジェットヘッドユニットが支持されるヘッドユニットホルダーと、前記Ｘ−Ｙステージ上に移動可能に設置されたＸ方向スライダー及び該Ｘ方向スライダー上に該Ｘ方向スライダーと直交する方向に移動可能に設置されたＹ方向スライダーと、前記Ｙ方向スライダー上に設置され前記各インクジェットヘッドのノズル穴の位置２箇所を同時に測定するカメラと、前記ンクジェットヘッドユニットに組み込まれ前記インクジェットヘッドユニットに付されたアライメントマークと前記カメラの測定状態に基づいて得られるノズル位置データを基に前記各インクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整機構とを備え、前記位置調整機構は、微調機構モーターの回転の信号を切り替えるモーター切り替えＢＯＸと、前記モーター切り替えＢＯＸを制御すると共に順番に調整していく前記インクジェットヘッドを切り替えるアライメント制御盤と、前記インクジェットヘッドが切り替えられる毎に、前記カメラでノズル穴の位置を測定して前記ノズル穴の位置を調整するコントローラーを有することを特徴とする。
また、本発明は、塗工装置用のインクジェットヘッドユニットに設けられた複数のインクジェットヘッドの位置調整を行うアライメント装置であって、除震台と、前記インクジェットヘッドユニットを支持するヘッドユニットホルダーと、前記除震台上に設けられたスライダーと、前記スライダーで支持され前記インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定するカメラと、アライメント制御盤と、コントローラーとを有し、前記インクジェットヘッドユニットはモーター切り替えＢＯＸを備え、前記モーター切り替えＢＯＸは、微調機構モーターの回転の信号を切り替えるものであって、前記アライメント制御盤により制御され、前記アライメント制御盤は、順番に調整していく前記インクジェットヘッドを切り替え、その都度、前記インクジェットヘッドは、前記カメラを使用して前記インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定し、前記コントローラーを使用して前記ノズル穴の位置を調整することを特徴とする。

本発明のアライメント装置によれば、従来は塗工装置上で行っていたインクジェットヘッドのアライメント作業を塗工装置とは別の専用のアライメント専用装置によって行うことにより、効率的な作業を行うことができ、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができる効果がある。

本発明の実施の形態では、インクジェット方式によるカラーフィルター製造工程において、微調整機構を用いて各インクジェットヘッドのノズル列方向、回転方向、水平方向および高さ方向の位置調整を行うことにより、高精度なインクジェットヘッド配列にし、かつ、塗工装置の稼働率低下を防ぐことを可能にしたアライメント装置を提供するものである。
このアライメント装置は、図２に示す塗工装置とは独立して設けられ、予め、このアライメント装置で調整したインクジェットヘッドユニットを塗工装置に設置して塗工作業を行う構成となっている。ただし、このアライメント装置で得られたデータを塗工装置に転送して位置合わせに等に用いることが可能となっている。

具体的には、インクジェットヘッドユニットにはアライメントマークが付されており、このアライメントマークを検出するとともに、各ヘッドのノズル穴の座標（ノズル位置データ）を検出し、微調整機構を用いてヘッドを整列させ、各インクジェットヘッドの姿勢を保持させる。そして、アライメントマークからの位置情報（ノズル位置データ）を塗工装置に送って活用できるようにし、塗工の段取り時間を大幅に削減する。

また、微調整機構は、走査方向とは直交する方向にノズル列を平行に並べ、ヘッド端部を走査方向に直進するよう揃え、高さを水平に、また全てのヘッドを塗工ステージ上から一定量に同じ高さにする。これはアライメント装置上だけでなく、コントローラーからの通信によって塗工装置上においても調整可能であるものとする。このような微調整機構には従来公知の様々な構造が採用可能である。

なお、インクジェット法によるカラーフィルターの製造方法は、基本的にガラス基板等の透明基板上にインクを付与し、着色部を形成する。当該方法は、インク自体を硬化して着色する方法、インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層を透明基盤上に形成し、該受容層にインクを付与して着色する方法や透明基板上にブラックマトリクスの溌インク性をもった土手の中にインクを付与し着色する方法などに大別されるが、本発明はいずれの方法にも好ましく適用されるものである。

次に、本実施の形態の特徴となるアライメント装置の説明に先立って、このアライメント装置と組み合わせて用いることができる塗工装置の説明を行う。
図２はインクジェット方式によるカラーフィルター製造装置（塗工装置）の概要を示す外観図である。
図において、インクジェットヘッドユニット１は、複数のインクジェットヘッドを並列に配置したものであり、各インクジェットヘッドに対向して配置される透明基板２にインクの塗布を行う。メンテナンス装置３は、インクジェットヘッドの吐出安定性を維持するためのものである。
また、主走査方向移動装置４と副走査方向移動装置５により、Ｘ−Ｙステージの駆動系を構成している。主走査方向移動装置４はインク塗布の際に往復動作するＹ方向可動部（基板ステージ）を移動する。一方、副走査方向移動装置５はインク塗布の際に必要幅分を透明基板２に塗布するために間歇的に送るＸ方向可動部を移動する。

このようなカラーフィルター製造装置では、予めインクジェットヘッドユニット１を透明基板２と主走査方向に相対的に移動させつつ、ヘッドからインク液を透明基板２に吐出して塗布を行い、所定回数吐出を行った後に、メンテナンス装置３を用いて吐出特性を安定させる。
そして、メンテナンス装置３によってインクジェットヘッドの吐出安定性を向上させた後、カラーフィルターの描画工程に移行する。
まず、副走査方向移動装置５によって透明基板２の端部にインクジェットユニット１を移動させる。そして、主走査方向移動装置４により所定の回数ｎ回（ｎは自然数）だけ主走査を行い、透明基板２上にインクを塗布する。
なお、描画動作時のステージとインク吐出タイミングの関係は、主走査方向に基板ステージが移動し、主走査方向の位置に同期させてインクジェットヘッドのノズルよりインクの吐出を行なう。そして、所定の回数走査させた後に副走査移動装置５により透明基板２の塗られていない部分の端部に移動させ、主走査方向に移動して再度、所定の回数塗布を行う。

次に、上記工程によって得られるカラーフィルターについて説明する。
カラーフィルターは、インク自体を硬化して着色する方法、インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層を透明基板上に形成し、この受容層にインクを付与して着色する方法や透明基板上にブラックマトリクスの溌インク性をもった土手の中にインクを付与し、着色する方法などがある。

図３はカラーフィルターの塗工中の例を示す模式図である。
ブラックマトリクス６は透明基板２に形成されている溌インク性を含んだものであり、インクを硬化させるための障壁となる。また、７はＲインク滴、８はＧインク滴、９はＢインク滴を示している。本例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色部を形成するために、３個のインクジェットヘッドを用い、それぞれブラックマトリクスの開口部に対応してインク滴を付与しなければならない。インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層にインクを付与する場合においても、混色、吐出位置のミスディレクション等を防ぐために所定の場所に吐出しなくてはならない。

カラーフィルターの画素サイズから主走査方向の位置ずれ誤差の許容値を例をとって算出すると、ブラックマトリクス６の開口部が約１２０μｍ、インク滴の径が約１１０μｍであり、ステージの移動誤差、塗出ばらつき等を考慮すると、インクジェットヘッドの許容誤差は±２μｍ程度である。従って、当該装置においてインクジェットヘッドと透明基板との位置合せには非常に高い精度が要求される。

次に、本実施の形態によるインクジェットヘッドアライメント装置について説明する。
図１は本実施の形態のインクジェットヘッドアライメント装置の構成を示す外観図である。
インクジェットヘッドユニット１には、アライメントする複数のインクジェットヘッド１０が並列に配置されており、アライメント装置のＸ−Ｙステージ１１に支持されている。インクジェットヘッドのノズル形成面には、複数のノズルより形成されるノズル列が設けられている。
インクジェットヘッドユニット１は、ホルダと、このホルダに設けられた複数のインクジェットヘッド１０とを備え、各インクジェットヘッド１０はそれぞれ支持機構を介してホルダに対して水平面上で直交する２方向と鉛直方向に微調節可能でかつ鉛直軸の周りに微調節可能に支持されている。なお、このような支持機構には従来公知の様々な構造が採用可能である。
そして、このアライメント装置のステージ１１上には、２個のノズル穴観察用カメラ１２が設置されている。なお、ノズル穴観察用カメラ１２が２個あることにより、インクジェットヘッドのノズル穴２箇所を同時に観察することが可能である。すなわち、２個のノズル穴を観察することにより、インクジェットヘッドのＸ方向とＹ方向を調整するのに非常に有利である。

Ｘ方向スライダー１３、Ｙ方向スライダー１４は、インクジェットヘッドのノズル面を観察する際に、カメラを移動させる。除震台１５は、精密アライメントする際に、振動を受けると精密アライメントに影響が出るため、振動を除去するために設けてある。
ヘッドユニットホルダー１６は、インクジェットヘッドユニット１を受け、Ｙ方向スライダー１４とＸ方向スライダー１３の移動方向がそれぞれ塗工装置の主走査方向と副走査方向と揃うように水平方向で回転する機構となっている。
そして、インクジェットヘッドユニット１に付けられたアライメントマークを読み取り、塗工装置の主走査方向とＹ方向スライダー１４が平行になるように調整し、インクジェットヘッドのノズル列がＸ方向スライダー１３と平行となるようインクジェットヘッドを揃える。ノズル穴観察ディスプレー１７は、２個のカメラ１２からの画像を表示するものであり、レチクル等を画面に示し、ノズル穴を揃えるために使用する。

アライメント制御盤１８は、微調機構モーターの回転の信号の切り替えや調整のために使用する。コントローラー１９は、微調機構のモーターを回転させ、インクジェットヘッドの位置調整の際に使用する。アライメント制御盤１８において順番に調整していくインクジェットヘッドを切り替えていき、その都度、コントローラー１９を使用して位置精度を合わせる。モーター切り替えＢＯＸ２０は、駆動モーターを切り替えるものであり、アライメント制御盤１８により制御する。

インクジェットヘッドユニット１の保持手段は塗工装置と同様に例えばインクジェットヘッドユニットフレームを支える等し、もしヘッドユニットがその自重により弾性変形を起こしたとしても、アライメント装置上でも同様の変形をするために、アライメントには影響が無いものである。
すなわち、アライメント装置の保持手段はヘッドユニットホルダー１６を含み、インクジェットヘッドユニット１の高さおよび位置を調整するものであり、塗工装置においてインクジェットヘッドユニット１が搭載される保持手段と互換性を有するものである。

もし、塗工中に吐出のずれなどが判明し、インクジェットヘッドの位置調整が行ないたい場合は、モーター切り替えＢＯＸ２０にコントローラー１９を接続し、所定のインクジェットヘッドを調整することが可能である。そのため、少数のインクジェットヘッドの調整の場合はアライメント装置までインクジェットヘッドユニットを運ばなくてもよい。
また、アライメント後に所定の位置に配列したインクジェットヘッドのノズル穴位置データを塗工装置に送ることで塗工の際の段取り時間を短縮させることが可能である。

本発明の実施の形態によるアライメント装置を示す外観図である。 塗工装置の一例を示す外観図である。 カラーフィルタの描画方法を示す説明図である。

符号の説明

１……インクジェットヘッドユニット、１０……インクジェットヘッド、１１……ステージ、１２……ノズル穴観察用カメラ、１３……Ｘ方向スライダー３、１４……Ｙ方向スライダー、１５……除震台、１６……ヘッドユニットホルダー、１７……ノズル穴観察ディスプレー、１８……アライメント制御盤、１９……コントローラー、２０……モーター切り替えＢＯＸ。

Claims (8)

1. 塗工装置用のインクジェットヘッドユニットに設けられた複数のインクジェットヘッドの位置調整を行うアライメント装置であって、
   除震台と、
   前記除震台上に水平面上で直交するＸ、Ｙ方向に移動可能に設けられたＸ−Ｙステージと、
   前記Ｘ−Ｙステージ上に設置され前記インクジェットヘッドユニットが支持されるヘッドユニットホルダーと、
   前記Ｘ−Ｙステージ上に移動可能に設置されたＸ方向スライダー及び該Ｘ方向スライダー上に該Ｘ方向スライダーと直交する方向に移動可能に設置されたＹ方向スライダーと、
   前記Ｙ方向スライダー上に設置され前記各インクジェットヘッドのノズル穴の位置２箇所を同時に測定するカメラと、
   前記ンクジェットヘッドユニットに組み込まれ前記インクジェットヘッドユニットに付されたアライメントマークと前記カメラの測定状態に基づいて得られるノズル位置データを基に前記各インクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整機構とを備え、
   前記位置調整機構は、微調機構モーターの回転の信号を切り替えるモーター切り替えＢＯＸと、前記モーター切り替えＢＯＸを制御すると共に順番に調整していく前記インクジェットヘッドを切り替えるアライメント制御盤と、前記インクジェットヘッドが切り替えられる毎に、前記カメラでノズル穴の位置を測定して前記ノズル穴の位置を調整するコントローラーを有する、
   ことを特徴とするアライメント装置。
2. 前記位置調整機構は、インクジェットヘッドのノズル列方向、高さ方向、水平回転方向の位置を調整することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
3. 前記ノズル位置データを塗工装置に送ることで、塗工工程に活用させることを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
4. 前記ヘッドユニットホルダーは、前記インクジェットヘッドユニットを搭載する塗工装置の保持手段と互換性を有することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
5. 塗工装置用のインクジェットヘッドユニットに設けられた複数のインクジェットヘッドの位置調整を行うアライメント装置であって、
   除震台と、
   前記インクジェットヘッドユニットを支持するヘッドユニットホルダーと、
   前記除震台上に設けられたスライダーと、
   前記スライダーで支持され前記インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定するカメラと、
   アライメント制御盤と、
   コントローラーとを有し、
   前記インクジェットヘッドユニットはモーター切り替えＢＯＸを備え、
   前記モーター切り替えＢＯＸは、微調機構モーターの回転の信号を切り替えるものであって、前記アライメント制御盤により制御され、
   前記アライメント制御盤は、順番に調整していく前記インクジェットヘッドを切り替え、その都度、前記インクジェットヘッドは、前記カメラを使用して前記インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定し、前記コントローラーを使用して前記ノズル穴の位置を調整する、
   ことを特徴とするアライメント装置。
6. 前記スライダーと前記ヘッドユニットホルダーは前記除震台上に設置され、
   前記カメラは前記スライダー上に設置され、
   前記インクジェットヘッドユニットは前記ヘッドユニットホルダー上に設置される、
   ことを特徴とする請求項５記載のアライメント装置。
7. 前記塗工装置は、除震台と、ヘッドユニットホルダーと、スライダーとを有し、
   前記アライメント装置の前記除震台と前記ヘッドユニットホルダーと前記スライダーとは、前記塗工装置の前記除震台と前記ヘッドユニットホルダーと前記スライダーと互換性を有することを特徴とする請求項６記載のアライメント装置。
8. 前記コントローラーは、前記インクジェットヘッドユニットが前記ヘッドユニットホルダーを介して前記塗工装置に設置された状態で、前記モーター切り替えＢＯＸと接続されることで、前記インクジェットヘッドの位置を調整することが可能であることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載のアライメント装置。

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