JP5317844B2 - 吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出装置の位置合わせ方法に関する。

近年の情報化社会の伸展に伴い、より大型の液晶表示装置の需要が高まり、その生産性の向上が望まれている。カラー液晶表示装置では、表示画像をカラー化するためにカラーフィルターを用いている。カラーフィルターは、基板上の所定の領域に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のインクを所定のパターンで配置することにより作成される。

従来、多くの吐出装置は、水平な基準面に静置された台座と、台座上に配置され基板を保持する基板移動部と、台座上に配置されヘッドが取り付けられたヘッド保持部とを有している。
特許文献１記載の装置では、ヘッド保持部を基板上を走査するように往復移動させて吐出する方式を採用しているが、この方式では基板の大型化に比例してインクの吐出に長い時間がかかり、また、ムラなく所定の間隔でインクを着弾させるにはインクヘッドの難しい制御が必要であった。

上記方式に対し、特許文献２記載の装置では、台座に対して静止したヘッド保持部が多数のヘッドを保持して、その下を通過する基板にインクを吐出する方式を採用しており、上記の課題を解決している。この方式では、基板上の所定の位置に所定の吐出口を配置するには、基板の移動前に基板とヘッドの位置を正確に認識し、また基板の移動方向以外のズレを修正する位置合わせが必要である。

特許文献２記載の装置では、基板位置の認識とヘッドの認識の両方を、台座に固定された固定カメラで行うので、位置合わせの際にヘッド保持部を固定カメラ上に移動させる必要がある。ヘッド保持部の保持するヘッドの数が増え、ヘッド保持部が大型化するにつれて、ヘッド保持部の移動が不安定になるという不都合があった。

特開平１１−２４８９２５号公報 特開２００２−２５８０２６号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板を多数のヘッドを保持するヘッド保持部の下を通過させてインクを吐出する吐出装置において、着弾位置と吐出口の位置合わせ方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、吐出装置であって、基準面に対して静置された台座と、前記台座に固定されたヘッド保持部と、前記ヘッド保持部に保持された複数のヘッドと、各前記ヘッドに設けられた複数の吐出口と、前記台座に対し、前記基準面に平行な第一の方向に移動可能な基板移動部と、を有し、前記吐出口から前記基板移動部上に配置された基板の着弾位置に向かって前記吐出液を吐出し、前記吐出液の液滴を前記基板上に着弾させる吐出装置であって、前記ヘッド保持部に固定され、前記基板の複数の基板基準点を撮影する複数の固定カメラと、前記基板移動部上で前記基板を前記基準面に平行に回転移動する基板回転機構と、カメラで撮影された画像を処理する処理機能を有する制御装置と、前記基板移動部に設置され、前記基板移動部に対し、前記基準面に平行で前記第一の方向に垂直な第二の方向に移動可能で、前記ヘッドを撮影可能な移動カメラと、前記基板移動部の、前記第一、第二の方向の移動量と移動方向とを測定する測定装置と、前記複数のヘッドを一体として前記第二の方向に移動可能なヘッド移動機構を有し、前記複数の固定カメラは、前記第二の方向に離間して設置され、複数の前記基板基準点と各前記着弾位置との相対位置は予め設定されており、前記制御装置は、前記基板移動部を移動させ、前記移動カメラで、各前記固定カメラのレンズをそれぞれ撮影し、前記測定装置の測定値から各前記固定カメラのカメラ基準点の位置を求め、複数の前記基板基準点を前記固定カメラで撮影し、前記基板基準点を結ぶ線分の前記第二の方向に対する傾きを求め、前記移動カメラによって前記吐出口を撮影し、前記吐出口の位置を求め、前記傾きを修正するように前記基板回転機構を制御して前記基板移動部を回転させ、求められた前記吐出口の位置から、前記ヘッド移動機構によって複数の前記ヘッドを前記第二の方向に移動させ、各前記吐出口の前記第二の方向上の位置が、前記液滴を吐出すべき前記着弾位置の前記第二の方向上の位置に対して、所定の範囲内に位置させるように構成された吐出装置である。
本発明は吐出装置であって、前記固定カメラの前記レンズには、前記カメラ基準点の前記第一、第二の方向上の位置にマークが設けられており、前記制御装置は、前記移動カメラによって前記マークを撮影して前記カメラ基準点の位置を求めて前記固定カメラの位置を求めるようにされた吐出装置である。
本発明は吐出装置であって、前記複数のヘッドを個別に移動可能な個別ヘッド位置修正手段を有し、前記制御装置は、前記移動カメラの画像を処理して前記ヘッドの位置を検出し、複数の前記ヘッドの相互の位置が既定の範囲内になるように前記個別ヘッド位置修正手段を制御する吐出装置である。

第二の方向の移動手段をヘッド保持部に配置することにより、基板移動部は第二の方向の位置合わせ機構が不要となり、振動に強く、基板の保持が安定する。
ヘッドの位置を静止させた状態でインクの吐出を行うので、ヘッドの位置精度を保つことができる。
ヘッド保持部の移動は、位置合わせのために基板の大きさに比べて微少な距離を移動するだけなので、ヘッド保持部の保持するヘッド数が増えても、ヘッド保持部の移動が不安定になりにくい。
静止した複数のヘッドを使用して、短時間で塗布することで、乾燥ムラがなく、高速でプリントできる。

本発明に用いることができる吐出装置の一例の側面図 本発明に用いることができる吐出装置の一例の平面図 第一、第二の固定カメラの画像を一つの平面座標に載せたときの固定カメラの画像の模式図 ヘッドと吐出口の配置を説明する図 複数の吐出口が千鳥配列に並んで一吐出口列を形成している場合のヘッドと吐出口の配置を説明する図

吐出装置をＲＧＢカラーフィルターの製造で使用する場合を一例として説明する。
＜吐出装置の構造＞
図１は本発明で用いる吐出装置１０の側面図を示しており、図２は平面図を示している。

吐出装置１０は、水平な基準面に対して静置された台座７０と、長いレール７１と、基板移動部２０と、ヘッド保持部３０を有している。レール７１は台座７０上に、その上面が水平になるように、配置されている。基板移動部２０はレール７１上に配置されている。ヘッド保持部３０は、台座７０に固定された支柱７２に支えられて、レール７１上の基板移動部２０の高さより高い位置に固定されている。

基板移動部２０はレール上移動機構４１を有している。基板移動部２０はレール上移動機構４１上に配置される。
レール上移動機構４１は、制御装置９２から伝送される信号を受けて、基板移動部２０をレール７１上で移動させる。レール上移動機構４１には例えばモーターが用いられる。
基板移動部２０はレール７１上を移動することにより、ヘッド保持部３０の下を往復移動することができるように構成されている。

以後、レール７１に沿って移動する基板移動部２０の移動方向（第一の方向）をｙ軸方向、それと垂直な水平方向（第二の方向）をｘ軸方向と呼ぶ。
ヘッド保持部３０は、取付板３３と、取付板３３に取り付けられた複数のヘッド３２を有している。

図４はヘッド３２と吐出口３５の配置を説明する模式図である。
各ヘッド３２は、吐出口３５を複数有している。一個のヘッド３２の複数の吐出口３５は、そのヘッド３２の一面に、一列に並んで吐出口列を形成し、又は、互いに平行な複数列に並んで、互いに平行な複数の吐出口列を形成している。
一個のヘッド３２中の吐出口３５は一の方向に等間隔で配置されており、その間隔を吐出口間隔(吐出口の中心間距離)Ｄとすると、各ヘッド３２の吐出口間隔Ｄ同士も同じ値にされている。

本発明では、一個のヘッド３２の複数の吐出口３５が、一の方向に等間隔で配置されている限りでは、必ずしも一直線上に並ぶ必要はなく、例えば図５に示すように千鳥配列に並んで、一吐出口列を形成してもよい。
ここでは、各ヘッド３２は、前記一の方向がｘ軸方向と平行になるような向きで取付板３３に取り付けられている。

各ヘッド３２は、ヘッドの前記一の方向の長さが、吐出口列の長さ(端部の吐出口の中心間の前記一の方向の距離)に吐出口間隔Ｄを加算した長さよりも大きく形成されており、従って、複数のヘッド３２をｘ軸と平行な一列に並べ、ｙ軸上の位置を同一にすると、一のヘッドの吐出口列端部に位置する吐出口と、隣接するヘッドの吐出口列端部に位置する吐出口の間のｘ軸方向の距離は、吐出口間隔Ｄよりも大きな距離で離間してしまう。

本発明では、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数のヘッド３２が、異なるヘッドの端部の吐出口間でもｘ軸方向の距離が吐出口間隔Ｄになるように、隣接するヘッドの吐出口３５はｙ軸上では異なる位置に配置されており、隣接するヘッドの端部がｘ軸上で重なって、異なるヘッドの吐出口間を含めて、各吐出口３５がｘ軸上で吐出口間隔Ｄで並ぶように配置されている。

この場合、ｘ軸に沿って並ぶ複数のヘッド３２の吐出口３５は、ｙ軸上で二種類の位置に配置することができ、隣接するヘッド３２の吐出口列が、二種類の位置に交互に配置されると、そのように配置された一組の複数のヘッド３２は、千鳥配列され、１つのヘッド組３８を構成する。

ヘッド組３８は、複数の組が取付板３３に配置されている。
所定の数ｎのヘッド組３８はヘッドグループを構成し、１個のヘッドグループ中では、１つのヘッド組中の隣接する２個の吐出口３５の間に、他のヘッド組の吐出口３５が、ｘ軸方向に等間隔Ｄ／ｎになるように１個ずつ配置されている。

ヘッド保持部３０は不図示のインクタンクを有し、各インクタンクにはＲ、Ｇ、Ｂの３色のうちの一色のインクが貯蔵されている。各ヘッド３２はインクタンクに接続されている。
各吐出口３５はそれぞれ内部にインク（吐出液）の詰まったインク室を有し、各インク室には圧力発生装置がそれぞれ配置される。各圧力発生装置は外部の制御装置９２から電送される信号を受けて、インク室に所定の圧力を発生させ、吐出口３５から所定の量のインクを吐出させる。

ヘッド保持部３０が３個以上のヘッドグループを有する場合は、各ヘッド３２がヘッドグループ毎に異なる色のインクタンクに接続されることにより、１つのヘッド保持部３０は３色のインクを吐出できる。

基板移動部２０は基板吸着板２４を有している。基板吸着板２４は基板移動部２０上に配置される。
基板吸着板２４の上方を向いた面は不図示の吸引口を有し、吸引口は不図示の真空ポンプに接続されている。基板５０を基板吸着板２４上に配置したのち、真空ポンプで排気を行うと、基板５０は基板吸着板２４上に真空吸着されて保持される。

基板５０上には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色が着弾されるべき領域（着弾位置）が定められている。基板５０は移動方向に対して垂直な方向と平行な方向に格子状のブラックマトリクスを有し、各着弾位置はブラックマトリクスで区画された領域に配置されている。

一枚の基板５０上の着弾位置の移動方向と垂直な方向の並びの両端にそれぞれ位置する着弾位置の中心間の距離は、１個のヘッドグループ中の吐出口列の両端にそれぞれ位置する吐出口３５の中心間のｘ軸方向の距離以下に形成されている。
基板５０の移動方向と垂直な水平方向に隣り合う着弾位置の間隔は、１個のヘッドグループ中のｘ軸方向に隣接する吐出口間隔Ｄ／ｎと同じ、又はｘ軸方向に隣接する吐出口間隔Ｄ／ｎの整数倍の長さに形成されている。

＜インクの吐出工程＞
基板上へのインクの吐出工程を説明する。
後述する第一の位置合わせ工程での位置合わせ作業により、複数のヘッド３２は台座７０上の座標に対して予め位置合わせがされているものとする。台座７０上の座標に対して位置合わせされた複数のヘッド３２をまとめて、以後ヘッドアレイと呼ぶ。

先ず、基板移動部２０を移動開始位置に移動させて静止させる。基板吸着板２４上に、基板５０の有する２つの基板基準点５１を結ぶ線分がｘ軸方向に概略沿うような向きで基板５０を載せ、真空吸着して基板５０を基板吸着板２４上に吸着保持する。
次いで、基板移動部２０と共に基板５０を移動させ、基板５０とヘッドアレイとの位置合わせを行う位置で一端静止させる。ここでは、後述する第二の位置合わせ工程での位置合わせ作業のように、基板５０とヘッドアレイとを、移動カメラ２１と固定カメラ３１とによって位置合わせした後、基板５０をヘッド保持部３０の下方を通過させる。

複数のヘッド３２の台座７０上の座標に対する位置合わせと、基板５０とヘッドアレイとの位置合わせがされている状態では、基板５０がヘッド保持部３０の下方を通過する間に、基板５０上の着弾位置が少なくとも一個の吐出口３５の真下を通過するようになっており、制御装置９２により、一個の着弾位置に対して、一個の吐出口３５からインクが吐出され、各着弾位置には、一色のインクが着弾する。

基板５０がヘッド保持部３０の下方を通過して取り外し位置に到着すると、基板５０上の各着弾位置にはインクが着弾しており、取り外し位置で乾燥させた後、真空吸着を解除して基板吸着板２４上から基板５０を取り外す。

＜第一の位置合わせ工程＞
以下では原点位置合わせ作業と、ヘッドアレイ位置合わせ作業と、固定カメラのカメラ基準点の位置測定作業とから成る第一の位置合わせ工程を説明する。
基板移動部２０は、移動カメラ２１と不図示のカメラ移動機構を有している。移動カメラ２１は、基板移動部２０のｙ軸方向の端に配置されている。移動カメラ２１は上端にレンズを有し、移動カメラ２１で撮影された画像は外部の制御装置９２で画像処理される。制御装置９２には例えばコンピュータが使用される。

基板移動部２０に固定された座標系での、基板移動部２０の移動方向と垂直な水平方向をＸ方向と呼ぶと、カメラ移動機構は制御装置９２から伝送される信号を受けて、移動カメラ２１をＸ方向に移動させる。カメラ移動機構には例えばモーターが用いられる。

＜原点位置合わせ作業＞
先ず、移動カメラ２１によって撮影した画像上の一点のｘｙ座標が分かるように、移動カメラ２１と原点との位置合わせを行う。
外部の測定装置９３には、移動カメラ２１のｘ座標上の移動量を±符号付きで測定するｘ軸方向距離測定装置と、ｙ座標上の移動量を±符号付きで測定するｙ軸方向距離測定装置が設けられており、移動カメラ２１が二点間を移動したときに、移動の始点と終点を結ぶベクトルのｘ成分とｙ成分が分かるようになっている。測定する距離は符号付きであるから、往復移動して始点に戻った場合の測定値はゼロである。
移動カメラ２１が撮影できる範囲である視野内には、視野内で不動の移動基準点が定められている。

この吐出装置１０では、台座７０に対して静止したｘｙ座標の原点が定められている。
移動カメラ２１を移動させ、原点、又は原点を通る垂線が移動カメラ２１で撮影されると仮定したときは原点を通る垂線、を撮影し、原点の画像、又は原点を通る垂線の画像が移動基準点と一致したときに、ｘ軸方向距離測定装置とｙ方向距離測定装置の値をゼロにする。
その状態から移動カメラ２１が移動すると、移動カメラ２１で撮影した画像上の、移動基準点と重なる位置のｘｙ座標が分かることになる。

＜ヘッドアレイ位置合わせ作業＞
次に、基板移動部２０のｙ軸方向への移動と、移動カメラ２１のＸ方向への移動により、移動カメラ２１を１つの吐出口３５の下に位置させる。
移動カメラ２１の画像を見て、移動基準点と、この吐出口３５の画像の中心が一致したとき、測定装置９３の値から、その吐出口３５のｘｙ座標が求まる。

また、移動カメラ２１で撮影された画像は制御装置９２で画像処理され、画像内の所望位置の座標が分かるようになっている。
このような吐出口３５のｘｙ座標の測定作業を、全ての吐出口で繰り返す。
各吐出口３５のｘｙ座標は、予め設定値がそれぞれ定められている。ｘｙ座標の測定値が設定値と誤差がある場合、それぞれのヘッド３２が有する個別ヘッド位置修正手段（微動ネジ）は人の手又は制御装置９２から伝送される信号により制御され、吐出口３５のｘｙ座標を設定値に対して既定の範囲内になるように修正する。

＜固定カメラのカメラ基準点の位置測定作業＞
ヘッド保持部３０は、２個の固定カメラ３１を有している。２個の固定カメラ３１は、ヘッド保持部３０のｙ軸方向の一端に固定されている。固定カメラ３１は下端にレンズを有しているので、下を移動する基板５０を撮影することができる。
２個の固定カメラ３１の配置は、各カメラにそれぞれ設定されたカメラ基準点の２点間の距離が基板５０の有する２つの基板基準点５１の間の距離と同じであり、２個のカメラ基準点を結ぶ線分はｘ軸方向と平行になるように、設計されている。

ただし実際は、２個の固定カメラ３１は、ヘッド保持部３０に固定される際の取付誤差のために、設計値からズレた位置に配置されている。
固定カメラ３１は、レンズ上のカメラ基準点の位置に、外から移動カメラ２１で撮影できるようなマークを有している。移動カメラ２１を移動させ、一方の固定カメラ３１の下に位置させる。移動カメラ２１で撮影した画像上で、固定カメラ３１のマークの画像が移動基準点と一致したとき、測定装置９３の値から、その固定カメラ３１のカメラ基準点のｘｙ座標が測定される。他方の固定カメラのカメラ基準点のｘｙ座標も同様に測定して、それぞれ記憶しておく。

＜第二の位置合わせ工程＞
以下では基板５０とヘッドアレイとの位置合わせ作業を行う第二の位置合わせ工程を説明する。
固定カメラ３１で撮影された画像は制御装置９２で画像処理され、画像内の所望位置の座標が分かるようになっている。

先ず、基板移動部２０をｙ軸方向に移動させて、基板５０が有する２つの基板基準点５１を、２つの固定カメラ３１の下に１つずつ位置させる。
図３は第一、第二の固定カメラの画像８５ａ、８５ｂを一つの平面座標に載せたときの固定カメラ画像の模式図８０を示している。

図３の符号８１ａ、８１ｂは第一、第二の固定カメラのカメラ基準点を示し、符号８２ａ、８２ｂはそれぞれの設計値（第一、第二の設計値）を示している。符号８３ａ、８３ｂは第一、第二の固定カメラがそれぞれ撮影した基板基準点５１の画像（第一、第二の基板基準点）を示している。

制御装置９２は、第一、第二の設計値８２ａ、８２ｂの２点を通る直線と、第一、第二の基板基準点８３ａ、８３ｂの２点を通る直線の成す角度θの値を、各点の座標から計算により求める。
制御装置９２は画像内のｘ軸方向又はｙ軸方向が分かるので、第一、第二の基板基準点８３ａ、８３ｂの２点を通る直線とｘ軸方向又はｙ軸方向との成す角度θを計算により求めてもよい。

基板移動部２０は、基板回転機構４２を有している。基板回転機構４２は制御装置９２から伝送される信号を受けて、基板吸着板２４をその中心軸の周りで水平に回転移動させる。このとき同時に、基板吸着板２４に保持された基板５０も水平に回転移動される。基板回転機構４１には例えば圧搾空気で回転駆動を行うエアスピンドルが用いられる。

基板回転機構４２は制御装置９２から伝送される信号を受けて、基板５０を上記２つの直線が平行な位置関係になるような角度だけ回転移動させる。このとき、２つの基板基準点５１を通る直線はｘ軸方向と平行になっている。
回転移動後の２つの基板基準点５１は、制御装置９２で画像処理されて、それぞれのｘｙ座標が分かる。
基板５０上で２つの基板基準点５１と各着弾位置との相対位置は予め設定されているので、基板基準点５１のｘｙ座標が分かれば、各着弾位置のｘｙ座標が分かる。

各吐出口３５は、前述の第一の位置合わせ工程により位置合わせされているので、ｘｙ座標が分かっている。
ヘッド保持部３０は、不図示のヘッド移動機構を有している。ヘッド移動機構は、制御装置９２から伝送される信号を受けて、取付板３３をｘ軸方向に移動させる。このとき同時に、全てのヘッド３２は各ヘッドの相対位置が維持されたまま、ｘ軸方向に移動される。ヘッド移動機構には、例えばモーターが用いられる。
所定の吐出口３５のｘ座標が所定の着弾位置のｘ座標に対して既定の範囲内になるように、ヘッド移動機構は、全てのヘッド３２をｘ軸方向に所定距離だけ移動させ、静止させる。

以上の手順で第二の位置合わせ工程が完了する。この状態では、所定の吐出口３５と所定の着弾位置にｘ座標の差はなく、ｙ座標の距離の差は分かっている。
本発明はＲＧＢカラーフィルターの製造に限定されるものではなく、例えばＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示素子や液晶表示装置の製造も含まれる。

１０……吐出装置
２０……基板移動部
２１……移動カメラ
３０……ヘッド保持部
３１……固定カメラ
３２……ヘッド
３５……吐出口
４２……基板回転機構
５０……基板
５１……基板基準点
７０……台座
９２……制御装置

Claims (3)

1. 基準面に対して静置された台座と、
   前記台座に固定されたヘッド保持部と、
   前記ヘッド保持部に保持された複数のヘッドと、
   各前記ヘッドに設けられた複数の吐出口と、
   前記台座に対し、前記基準面に平行な第一の方向に移動可能な基板移動部と、
   を有し、
   前記吐出口から前記基板移動部上に配置された基板の着弾位置に向かって前記吐出液を吐出し、前記吐出液の液滴を前記基板上に着弾させる吐出装置であって、
   前記ヘッド保持部に固定され、前記基板の複数の基板基準点を撮影する複数の固定カメラと、
   前記基板移動部上で前記基板を前記基準面に平行に回転移動する基板回転機構と、
   カメラで撮影された画像を処理する処理機能を有する制御装置と、
   前記基板移動部に設置され、前記基板移動部に対し、前記基準面に平行で前記第一の方向に垂直な第二の方向に移動可能で、前記ヘッドを撮影可能な移動カメラと、
   前記基板移動部の、前記第一、第二の方向の移動量と移動方向とを測定する測定装置と、
   前記複数のヘッドを一体として前記第二の方向に移動可能なヘッド移動機構を有し、
   前記複数の固定カメラは、前記第二の方向に離間して設置され、
   複数の前記基板基準点と各前記着弾位置との相対位置は予め設定されており、
   前記制御装置は、
   前記基板移動部を移動させ、前記移動カメラで、各前記固定カメラのレンズをそれぞれ撮影し、前記測定装置の測定値から各前記固定カメラのカメラ基準点の位置を求め、
   複数の前記基板基準点を前記固定カメラで撮影し、前記基板基準点を結ぶ線分の前記第二の方向に対する傾きを求め、
   前記移動カメラによって前記吐出口を撮影し、前記吐出口の位置を求め、
   前記傾きを修正するように前記基板回転機構を制御して前記基板移動部を回転させ、
   求められた前記吐出口の位置から、前記ヘッド移動機構によって複数の前記ヘッドを前記第二の方向に移動させ、各前記吐出口の前記第二の方向上の位置が、前記液滴を吐出すべき前記着弾位置の前記第二の方向上の位置に対して、所定の範囲内に位置させるように構成された吐出装置。
2. 前記固定カメラの前記レンズには、前記カメラ基準点の前記第一、第二の方向上の位置にマークが設けられており、
   前記制御装置は、前記移動カメラによって前記マークを撮影して前記カメラ基準点の位置を求めて前記固定カメラの位置を求めるようにされた請求項１記載の吐出装置。
3. 請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の吐出装置であって、
   前記複数のヘッドを個別に移動可能な個別ヘッド位置修正手段を有し、
   前記制御装置は、
   前記移動カメラの画像を処理して前記ヘッドの位置を検出し、複数の前記ヘッドの相互の位置が既定の範囲内になるように前記個別ヘッド位置修正手段を制御する吐出装置。
   
   

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