JP4950873B2 - 液滴噴射塗布装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴噴射塗布装置の製造方法に関する。

液滴を噴射する液滴噴射塗布装置は、通常、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、電子放出表示装置、プラズマ表示装置及び電気泳動表示装置等の様々な表示装置を製造するために用いられている。

このような液滴噴射塗布装置は、例えば、以下の特許文献１に示すような構成を採用している。すなわち、複数のノズルから微少な液滴をそれぞれ噴射する液滴噴射ヘッド（例えば、インクジェットヘッド）を備えており、その液滴噴射ヘッドにより塗布対象物に液滴を着弾させ、所定のパターンのドット列を形成する。なお、液滴噴射ヘッドは、各ノズルが形成されたノズル面を有している。このノズル面はノズルプレートの外面である。

例えば、液晶表示装置を製造する製造工程では、液滴噴射塗布装置を用いて、塗布対象物である透明基板上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色のインクをドット状に順次塗布することにより、各色のドットが順次配列された塗布体であるカラーフィルタを製造したり、また、液滴噴射塗布装置を用いてカラーフィルタの額縁、すなわちブラックマトリクスを製造したりする。

このカラーフィルタ、或いは、ブラックマトリクスのいずれの製造についても、各々の領域は基板上において微細な面積であるため、互いの領域にはみ出すことなく塗布するには高い塗布精度が要求される。この塗布精度を決定づける要素としては、液滴噴射ヘッドの位置決め精度とノズルからの液滴の着弾精度という、大きく２つの要素がある。

このうち液滴噴射ヘッドの位置決め精度は、液滴噴射塗布装置の製造当初においては個々の液滴噴射塗布装置ごとにバラツキが存在する。すなわち、液滴噴射塗布装置の製造工程において、例えば、液滴噴射ヘッドや基板を載置するテーブル等の各々の部品が組み付けられていくが、厳しい製造管理をもってしてもその部品の精度や組み付け精度にバラツキが生じうる可能性がある。
特開２００６−２６５８４号公報

しかしながら、液滴噴射ヘッドの位置決め精度が低いままでは上述したような微細な領域に対して液滴を塗布することができず、上記特許文献１に記載の液滴噴射塗布装置を使用するにしても、塗布しても塗布状態が不良な基板が発生し歩留まりの低下を招来することになる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡易に液滴噴射ヘッドの位置決め精度を要求される精度まで高めることができ、精度の良い基板を製造するとともに生産性及び生産効率の向上を測ることのできる液滴噴射塗布装置の製造方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、液滴噴射塗布装置の製造方法において、移動可能に設けられ、複数のノズルから液体を液滴としてそれぞれ噴射する液滴噴射ヘッドに替えて設けられた撮影手段を移動させず固定しつつ、撮影手段に対向する位置に基準基板を載置する移動可能なテーブルを駆動させて、基準基板上の複数の測定位置を順に撮影手段にて撮影して測定する第１の測定工程と、第１の測定工程によって測定された値から撮影手段に対するテーブルのずれ量を把握するとともに、ずれ量から近似式を算出する工程と、近似式を基にテーブルの駆動を補正する指示を作成する工程と、補正指示に基づいてテーブルを駆動し、撮影手段により基準基板を撮影して測定する第２の測定工程と、第２の測定工程によって測定された値から撮影手段に対するテーブルのずれ量を把握するとともに、ずれ量が予め規定された範囲内に収まっているか否かを判断する工程とを備える。

本発明によれば、簡易に液滴噴射ヘッドの位置決め精度を要求される精度まで高めることができ、精度の良い基板を製造するとともに生産性及び生産効率の向上を測ることのできる液滴噴射塗布装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る液滴噴射塗布装置１は、液体であるインクをノズル（図示せず）から液滴として噴射する液滴噴射ヘッド２を用いて基板３にインクを塗布するためのインク塗布ボックス１Ａと、そのインク塗布ボックス１Ａにインクを供給するためのインク供給ボックス１Ｂとから構成されている。これらのインク塗布ボックス１Ａ及びインク供給ボックス１Ｂは、互いに隣接して配置され、共に架台４の上面に固定されている。

なお、本発明の実施の形態においては、液滴噴射ヘッド２に替えてカメラＣを装着しているため、図１に示す液滴噴射塗布装置１には液滴噴射ヘッド２は表わされていない。但し、カメラＣの使用終了後、カメラＣに替えて液滴噴射ヘッド２を装着して基板３に対して液滴を塗布することになるため、以下、液滴噴射ヘッド２についても説明を行う。

インク塗布ボックス１Ａの内部には、Ｙ軸方向スライド板５、Ｙ軸方向移動テーブル６、Ｘ軸方向移動テーブル７及び基板保持テーブル８が積層されている。これらのＹ軸方向スライド板５、Ｙ軸方向移動テーブル６、Ｘ軸方向移動テーブル７及び基板保持テーブル８は平板状に形成されている。

Ｙ軸方向スライド板５は架台４の上面に固定されている。Ｙ軸方向スライド板５の上面には、複数のガイド溝５ａがＹ軸方向に沿って設けられている。これらのガイド溝５ａには、Ｙ軸方向移動テーブル６の下面に設けられたガイド用の突起部（図示せず）が係合されている。これにより、Ｙ軸方向移動テーブル６は、Ｙ軸方向に移動可能にＹ軸方向スライド板５の上面に設けられている。このＹ軸方向移動テーブル６は、Ｙ軸方向移動モータを用いる駆動機構により各ガイド溝５ａに沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸方向移動テーブル６の上面には、複数のガイド溝６ａがＸ軸方向に沿って設けられている。これらのガイド溝６ａには、Ｘ軸方向移動テーブル７の下面に設けられたガイド用の突起部（図示せず）が係合されている。これにより、Ｘ軸方向移動テーブル７は、Ｘ軸方向に移動可能にＹ軸方向移動テーブル６の上面に設けられている。このＸ軸方向移動テーブル７は、Ｘ軸方向移動モータを用いる駆動機構により各ガイド溝６ａに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸方向移動テーブル７の上面には、基板３を保持する基板保持テーブル８が固定されている。この基板保持テーブル８は、基板３を把持する基板把持機構９を備えており、その基板把持機構９により基板保持テーブル８上に基板３を密着固定する。基板把持機構９としては、例えばコの字型の挟み金具等を用いる。なお、基板３の保持手段としては、基板把持機構９にかえて、例えば、基板３を吸着する基板吸着機構を設けるようにしてもよい。基板吸着機構としては、例えばゴム吸盤や吸引ポンプ等を用いる。

なお、基板保持テーブル８のＹ軸方向への移動量は、Ｙ軸方向エンコーダのパルス信号（位置信号）に基づいて検出され、同様に、基板保持テーブル８のＸ軸方向への移動量は、Ｘ軸方向エンコーダのパルス信号（位置信号）に基づいて検出される。

インク塗布ボックス１Ａの内部には、一組のコラム（支柱）１０が立設されている。これらのコラム１０は、Ｙ軸方向スライド板５のガイド溝５ａと直交する方向、すなわちＸ軸方向においてＹ軸方向スライド板５を挟む位置に設けられている。

一組のコラム１０には、Ｘ軸方向スライド板１１が横架されている。Ｘ軸方向スライド板１１の前面には、ガイド溝１１ａがＸ軸方向に沿って設けられている。このガイド溝１１ａには、複数のインクジェットヘッドユニット１２を具備するベース板１３の背面に設けられたガイド用の突起部（図示せず）が係合されている。これにより、ベース板１３はＸ軸方向に移動可能にＸ軸方向スライド板１１に設けられている。このベース板１３、すなわちインクジェットヘッドユニット１２は、ヘッドユニット移動モータを用いる駆動機構によりガイド溝１１ａに沿ってＸ軸方向に移動する。

各インクジェットヘッドユニット１２は、ベース板１３に垂設されており、各インクジェットヘッドユニット１２の先端には液滴噴射ヘッド２がそれぞれ着脱可能に設けられる。この液滴噴射ヘッド２は、液滴が噴射される複数のノズル（貫通孔）が形成されたノズル面を有している。このノズル面はノズルプレートの外面である。なお、ノズル面上には、インクの付着等を防止するための撥水膜が設けられている。

なお、本発明の実施の形態においては、各液滴噴射ヘッド２に替えて、液滴噴射ヘッド２ごとに撮影手段であるカメラＣが装着されている。このカメラＣを使用して、後述する基準基板を撮影する。また、このカメラＣも着脱可能であり、カメラＣと基板保持テーブル８とのずれを補正した後には、液滴噴射ヘッド２に交換してカラーフィルタ等の製造を行う。

カメラＣの撮影の対象となる基板３は、実際に液滴を噴射してカラーフィルタ等を製造する際に用いられる基板ではなく、例えばサブミクロンオーダーの高い精度を備える直線が引かれた基板（以下、このような基板を「基準基板３ａ」という。）を使用する。これは、カメラＣ（液滴噴射ヘッド２）に対する基板保持テーブル８のずれ量を把握するために用いるものであり、この基準基板３ａに設けられた複数の測定位置をカメラＣで撮影して、後述する図３に示すフローチャートに表わされた流れでカメラＣと基板保持テーブル８とのずれを補正する。

インクジェットヘッドユニット１２には、基板３面に対して垂直方向、すなわちＺ軸方向に液滴噴射ヘッド２或いはカメラＣを移動させるＺ軸方向移動機構１２ａと、液滴噴射ヘッド２をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動機構１２ｂと、液滴噴射ヘッド２をθ方向に回転させるθ方向回転機構１２ｃとが設けられている（以下、適宜、Ｚ軸方向移動機構１２ａ、Ｙ軸方向移動機構１２ｂ、θ方向回転機構１２ｃをまとめて「インクジェットヘッドユニット駆動機構１２ｄ」と表わす）。これにより、液滴噴射ヘッド２或いはカメラＣは、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に移動可能であり、θ軸方向に回転可能である。

また、インク塗布ボックス１Ａの内部には、各インクジェットヘッドユニット１２の液滴噴射ヘッドを清掃するヘッドメンテユニット１４が設けられている。このヘッドメンテユニット１４は、インクジェットヘッドユニット１２の移動方向の延長線上であってＹ軸方向スライド板５から離して配設されている。なお、各インクジェットヘッドユニット１２の液滴噴射ヘッドがヘッドメンテユニット１４に対向する待機位置まで移動すると、ヘッドメンテユニット１４は各液滴噴射ヘッドを自動的に清掃するようにされている。

一方、インク供給ボックス１Ｂの内部には、図１に示すように、インクを収容する複数のインクタンク１５が設けられている。これらのインクタンク１５は、対応する供給パイプ１６により各液滴噴射ヘッド２にそれぞれ接続されている。また、各供給パイプ１６の途中には、それぞれインクバッファタンク１７が設けられている。

インクバッファタンク１７は、その内部に貯留したインクの液面と液滴噴射ヘッド２のノズル面との水頭差（水頭圧）を利用し、ノズル先端のインクの液面（メニスカス）を調整する。これにより、インクの漏れ出しや噴射不良が防止されている。

液滴噴射ヘッド２は、インクタンク１５からインクバッファタンク１７を介してインクの供給を受ける。インクとしては、水性インク、油性インク及び紫外線硬化インク等の各種のインクを用いる。例えば、油性インクは、顔料、溶剤（インク溶剤）、分散剤、添加剤及び界面活性剤等の各種の成分により構成されている。

架台４の内部には、液滴噴射塗布装置１の各部を制御するための制御手段２０及び各種のプログラムを記憶する記憶手段（図示せず）等が設けられている。制御手段２０は、インクジェットヘッドユニット１２を制御して液滴噴射ヘッド２から基板３に対する液滴の吐出を行い、或いは、液滴噴射ヘッド２の替わりにカメラＣを装着した場合には、基板保持テーブル８上に載置された基準基板３ａを撮影し、その測定結果に基づいて補正を行う。

図２は、制御手段２０の内部構成を示すブロック図である。制御手段２０は、図２に示すように、制御管理手段２１と、噴射制御手段２２と、駆動制御手段２３と、補正手段２４とから構成される。制御管理手段２１は、図示しない記憶手段に記憶される各種のプログラムに基づいて、液滴噴射ヘッド２に液滴の噴射を行わせるための噴射許可信号や基板３の位置等を示すステージ位置信号等をそれぞれ噴射制御手段２２、駆動制御手段２３に送信する等、液滴噴射塗布装置１全体の制御を管理する。また、位置決めの補正を行う場合には、撮影手段であるカメラＣに対して基準基板３ａの撮影を指示するとともに、補正手段２４からの補正指示に基づいて駆動制御手段２３に指示を出す。

噴射制御手段１８ｂは、制御管理手段１８ａからの指示に基づいて指令波形を有する信号を生成し、液滴噴射ヘッド２に送信する。この信号を受けた液滴噴射ヘッド２は信号に基づいて基板３に対して液滴を噴射する。駆動制御手段１８ｃは、制御管理手段１８ａからの指示に基づいてＹ軸方向移動テーブル６の移動制御、Ｘ軸方向移動テーブル７の移動制御、ベース板１３の移動制御、インクジェットヘッドユニット駆動機構１２ｄの駆動制御等を行う。これにより、基板保持テーブル８に保持された基板３（基準基板３ａ）と、ベース板１３に垂設された各インクジェットヘッドユニット１２（液滴噴射ヘッド２或いは、カメラＣ）との相対位置を色々と変化させることができる。

図３は、補正手段２４の内部構成を示すブロック図である。補正手段２４は、受信手段２４ａと、比較・判断手段２４ｂと、近似式算出手段２４ｃと、補正指示作成手段２４ｄと、送信手段２４ｅとから構成される。これら補正手段２４を構成する各手段の働きについては、基準基板３ａ及びカメラＣを用いて基板保持テーブル８とインクジェットヘッドユニット１２における精度を上げることで、液滴噴射ヘッドの位置決め精度向上させる補正の流れを説明しつつ、併せて説明する（図４のフローチャート参照）。

まず、インクジェットヘッドユニット１２の基板３と対向する位置に装着されている液滴噴射ヘッド２を撮影手段であるカメラＣに交換する（ＳＴ１）。また、カメラＣと対向する位置にある基板保持テーブル８には、補正を行うに当たり基準となる基準基板３ａを載置して基板把持機構９によって把持する。

なお、ここでは、Ｙ軸方向移動テーブル６またはＸ軸方向移動テーブル７（基板保持テーブル８）の精度向上を図るための補正の流れを例にとって説明する。従って、カメラＣは固定したままで移動させず、基板保持テーブル８を移動させて補正を行う。但し、以下に説明する補正の流れは、インクジェットヘッドユニット１２の精度向上を図るために行われる補正の場合でも同一である。この場合には、基板保持テーブル８を移動させず固定し、カメラＣをガイド溝１１ａに沿ってＸ軸方向に移動させる。

基準基板３ａが保持された基板保持テーブル８を駆動制御手段２３の指示に基づいて移動させ、カメラＣに基準基板３ａ上に設けられた測定位置を認識させた上で複数の測定位置について撮影を行うことで測定を行う（ＳＴ２）。上述したように、基準基板３ａ上には高い精度をもって直線が引かれており、例えば、この直線上に設けられた測定位置が順次カメラＣに撮影されるように基板保持テーブル８を移動させる。なお、精度の向上を図る上では、基準基板３ａに特別な「測定位置」が設けられていなくても、設けられた直線を所定の間隔ごとにカメラＣで撮影することによって行うこととしても良い。以下「測定位置」の語は、いずれの方法で撮影した場合も含んで使用する。

カメラＣによって撮影されることによって得られる各測定位置での測定値を取得し、比較・判断手段２４ｂにおいて基準基板３ａ上の直線とのずれを比較する（ＳＴ４）。この比較は測定位置ごとに行われる。そして、各測定位置での測定値ごとに得られたずれ量を基に、近似式算出手段２４ｃにおいて近似式を算出する（ＳＴ５）。そして、近似式によって求まる値を各測定位置での測定値に付加し、（ＳＴ６）、この付加された値を含む情報を基に補正指示作成手段２４ｄが基板保持テーブル８の移動に当たって加える補正指示を作成する（ＳＴ７）。

制御管理手段２１では、補正手段２４によって作成された補正指示に基づいて駆動制御手段２３に対して駆動制御の指示を出し、この指示に基づいてＹ軸方向移動テーブル６及びＸ軸方向移動テーブル７が駆動されて基板保持テーブル８が移動する（ＳＴ８）。

この補正指示に基づく基板保持テーブル８の移動をさらにカメラＣで認識、測定する（ＳＴ９）とともに、再度各測定位置での測定値を取得し、比較・判断手段２４ｂにおいて基準基板３ａ上の直線とのずれを比較する（ＳＴ１０）。比較・判断手段２４ｂはさらに補正をした状態で基板保持テーブル８を移動させその結果、各測定位置でのずれ量が予め規定された値よりも小さいか、すなわち、ずれ量が規定値の範囲内に収まっているかを判断する（ＳＴ１１）。

一旦補正を行っていることから、最初に測定したときの値（ＳＴ４参照）よりはそのずれ量は小さくなっていると思われる。ただ、１度の補正で全ての場合に液滴を基板３に噴射させるに当たって求められる精度の範囲内にこのずれ量が入っているということは望めない場合もあり得る。従ってこのような場合には（ＳＴ１１のＮＯ）、改めてステップ５に戻って測定された各測定位置での測定値を基に近似式が算出され、この近似式に基づいて補正指示が作成される（ＳＴ５ないしＳＴ１０）。

このように、ずれ量が規定値の範囲内に収まるまで何度でも補正を行うことで、最終的には望む規定値の範囲内にずれ量が収まることになる。従って、簡易に補正を繰り返して液滴噴射ヘッドの位置決め精度を要求される精度まで高めることができ、このような高い精度を持つ液滴噴射塗布装置を使用することで、精度の良い基板を製造するとともに生産性及び生産効率の向上を測ることのできる液滴噴射塗布装置の製造方法を提供する。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。特に、位置決めの補正方法については、図４のフローチャートを示しつつ説明した近似式を用いてずれ量を解消する補正方法以外の方法であっても良い。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の実施の形態における液滴噴射塗布装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態における制御手段の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における補正手段の内部構成を示すブロック図である。 液滴噴射ヘッドの位置決め精度向上させる補正の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…液滴噴射塗布装置、１Ａ…インク塗布ボックス、１Ｂ…インク供給ボックス、２…液滴噴射ヘッド、３…基板、３ａ…基準基板、４…架台、５…Ｙ軸方向スライド板、６…Ｙ軸方向移動テーブル、７…Ｘ軸方向移動テーブル、８…基板保持テーブル、９…基板把持機構、１０…コラム（支柱）、１１…Ｘ軸方向スライド板、１２…インクジェットヘッドユニット、１３…ベース板、１５…インクタンク、１６…供給パイプ、１７…インクバッファタンク、２０…制御手段、２１…制御管理手段、２２…噴射制御手段、２３…駆動制御手段、２４…補正手段、２４ａ…受信手段、２４ｂ…比較・判断手段、２４ｃ…近似式算出手段、２４ｄ…補正指示作成手段、２４ｅ…送信手段、Ｃ…撮影手段（カメラ）。

Claims (2)

1. 移動可能に設けられ、複数のノズルから液体を液滴としてそれぞれ噴射する液滴噴射ヘッドに替えて設けられた撮影手段を移動させず固定しつつ、前記撮影手段に対向する位置に基準基板を載置する移動可能なテーブルを駆動させて、前記基準基板上の複数の測定位置を順に前記撮影手段にて撮影して測定する第１の測定工程と、
   前記第１の測定工程によって測定された値から前記撮影手段に対する前記テーブルのずれ量を把握するとともに、前記ずれ量から近似式を算出する工程と、
   前記近似式を基に前記テーブルの駆動を補正する指示を作成する工程と、
   前記補正指示に基づいて前記テーブルを駆動し、前記撮影手段により前記基準基板の複数の測定位置を撮影して測定する第２の測定工程と、
   前記第２の測定工程によって測定された値から前記撮影手段に対する前記テーブルのずれ量を把握するとともに、前記ずれ量が予め規定された範囲内に収まっているか否かを判断する工程と、
   を備えることを特徴とする液滴噴射塗布装置の製造方法。
2. 前記判断工程によって、前記ずれ量が予め規定された範囲内に収まっていないと判断された場合には、前記ずれ量が予め規定された範囲内に収まるまでさらに前記第１の測定工程に戻って前記撮影手段に対する前記テーブルのずれを補正する過程を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射塗布装置の製造方法。

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