JP5352073B2 - Inkjet head device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴を吐出する液滴吐出装置に関し、更に詳細には、ヘッド移動フレーム移動型のマルチヘッドのインクジェット液滴塗布装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge device that discharges droplets, and more particularly, to a multi-head inkjet droplet coating apparatus that is a head moving frame moving type.
インクジェットヘッドとは気泡又は圧電素子を利用して、少量の液滴を高精度に吐出するための装置であり、インクジェット塗布装置はそれを使用して高精度・高機密な液滴塗布を実現すること目的とした装置として近年注目を集めており、さまざまな分野での適用が期待されている。 An inkjet head is a device that uses bubbles or piezoelectric elements to eject a small amount of droplets with high accuracy, and an inkjet coating device uses it to realize highly accurate and highly confidential droplet application. In recent years, it has attracted attention as a special purpose device, and is expected to be applied in various fields.
特許文献1に記載のように、塗布対象となる基板に大型化に伴い、装置実装されるインクジェットヘッドも増加しており、基板への高精度塗布において、それらインクジェットヘッドの取付け時のズレによるノズル位置のばらつきが、塗布性能に大きな影響を及ぼす。そこで治具を使用してのヘッド取付けや、ノズル観測による位置補正のなどで、ノズル位置精度の向上を図る必要がある。
As described in
特許文献1の方法では、ヘッド部に設けたカメラにより、基板に吐出された液滴状態を観測して、取り付けの基準位置からのズレ量を計算し、ヘッドを移動することにより補正を行っていた。また、固定カメラにより塗布液の飛翔状況から塗布量を観測するようにしていた。
In the method of
しかし、この方法ではヘッド毎の射出速度・射出角度の違いにより、実際に塗布した場合、各ヘッド間での塗布状態に差が発生し、膜にスジムラが発生してしまう可能性がある。また、試験用に基板を準備する必要があり、試験用の吐出も行う必要があり塗布液の無駄も生じる。 However, in this method, due to the difference in the injection speed and the injection angle for each head, when actually applied, there is a possibility that a difference occurs in the application state between the heads and the film is uneven. In addition, it is necessary to prepare a substrate for testing, it is necessary to perform ejection for testing, and the coating liquid is wasted.
本発明の目的は、従来のノズル位置の検出結果に基づくノズル位置の補正の他に、塗布後の基板上の各ドット位置をドット位置検出カメラで観測して、塗布ずれ量を求めて、ノズル位置を補正すると共に、実際の吐液滴の飛翔状態を観測して、その観測結果に基づいて吐出制御することで、高精度の塗布を実現した塗布装置を提供することにある。 In addition to correcting the nozzle position based on the detection result of the conventional nozzle position, the object of the present invention is to observe each dot position on the substrate after coating with a dot position detection camera to obtain a coating deviation amount, and An object of the present invention is to provide a coating apparatus that realizes highly accurate coating by correcting the position and observing the actual flying state of the ejected droplets and controlling the ejection based on the observation result.
ヘッドの射出状態の違いによる影響をなくす為、基板にパターン塗布を行い、その塗布ドットの位置ズレをカメラにて計測し移動量を計算し、ヘッドをXYθ方向に移動することで、位置補正を行う。 In order to eliminate the influence of the difference in the ejection state of the head, pattern application is performed on the substrate, the positional deviation of the application dots is measured by the camera, the movement amount is calculated, and the head is moved in the XYθ direction, thereby correcting the position. Do.
本発明では、インクジェットヘッドの射出速度、射出角度等のバラツキは、単一ヘッドにおいては比較的小さいものであるが、配列した各ヘッドのノズル間では、製造時に生じる初期特性バラツキによるものが非常に大きいこと、装置設置の際の取付け誤差が生じること、又は塗布を行う際の環境変化、即ち、例えば気温変化、使用材料の粘度変化、目詰まり等による前記インクジェットヘッドの経時特性変化の影響が大きいことに着目し、塗布を行う直前に、各ヘッド毎の射出特性を測定し、前記測定結果に基づき塗布制御することによって、塗布ドット毎の位置バラツキを軽減し、均一でムラのない高品質なパネルを製造できる。 In the present invention, the variation in the ejection speed, ejection angle, etc. of the inkjet head is relatively small in a single head, but the initial characteristic variation that occurs during manufacturing is very large between the nozzles of each arrayed head. It is large, causes an installation error when installing the apparatus, or changes in the environment during application, i.e., temperature change, viscosity change of the material used, clogging, etc. Paying attention to this, immediately before coating, the ejection characteristics of each head are measured, and by controlling the coating based on the measurement results, the position variation for each coating dot is reduced, and the quality is uniform and uniform. Panels can be manufactured.
インクジェット塗布装置を例に、本発明の実施例を説明する。 An embodiment of the present invention will be described by taking an inkjet coating apparatus as an example.
図1〜2にはインクジェット塗布装置として6個のインクジェットヘッドを装着したものの概観図を示す。 FIG. 1 and FIG. 2 show an outline view of an ink jet coating apparatus equipped with six ink jet heads.
本インクジェット装置では、塗布対象物である基板21を載置し、図示していない吸引吸着機構にてステージ面上に固定する基板ステージ20が設けてある。この基板ステージ20を跨ぐように構成され、前後方向に移動可能な移動フレーム2が設けてある。この移動フレーム2にはフレームの長手方向(左右方向)に移動可能に前方側に3個のインクジェットヘッド1(以下ヘッドと略称する)が、同じく後方側に3個のヘッド1が設けてある。移動フレーム2の両足の部分にはリニアモータを設けた移動ステージ17が設けてあり、架台側に設けたリニアレール18上を、リニアモータを駆動することで前後方向に移動する。また、図示していないが移動ステージ17には移動フレーム2を上下動させる機構も備えている。各ヘッド1はヘッド移動機構3に連結されており、ヘッド移動機構3は移動フレーム2に固定されている。
In this ink jet apparatus, a
ヘッド移動機構3には取付けブラケット4を介してヘッド1が装着されており、基板ステージ20に対してヘッド1の吐出口(ノズル9)が間隔をあけて平行になるように配置されている。それらヘッド移動機構3、取付けブラケット4及びヘッド1の組合せが前列に3個、後列3個の計6個が移動フレーム2に千鳥状に設置されている。また、装置(基板ステージ20)前方(又は後方)にはノズルカメラ6及び飛滴検査カメラ7が設置されている。ノズルカメラ6はヘッド1のノズルを観測できるように、上方に向けて設置され、飛滴検査カメラ7はノズル9から吐出された液滴の状態を観測するために水平方向に向けて設置されている。また、図2に示すように移動フレーム2の後方(又は前方)側には移動フレーム2の後方側ヘッドを覆うカバーが設けてあり、そのカバー部分に塗布ドット検査カメラ8が取付けられている。この塗布ドット検査カメラ8は基板面上に塗布された液滴の状態を観測するために、下向きに設置してある。この塗布ドット検査カメラ8はカバー部に設けたリニアレール22に沿ってフレーム2の長手方向に移動できるようにリニアモータを備えている。
A
次に、装置の各部分の機能及び動きについて説明する。 Next, the function and movement of each part of the apparatus will be described.
図3に示すように、各ヘッド1は底面に液材料を吐出するための複数のノズル9が二次元で複数列配置されている。また、各ヘッド1にはノズル9から液滴材料を吐出するためのピエゾ駆動機構を内蔵している。また、ノズル9は等間隔で配置されている。本実施例ではノズル9を2列に千鳥配列しているが、これに限らず、1列でもよく、さらに列を増やしたものでもよい。
As shown in FIG. 3, each
図4に示すように、ヘッド移動機構3は3個のクラッチ10,11,12及びシャフト13,14,15及び駆動力伝達ボックス35を備えている。クラッチ10はヘッド1をシャフト13に連結解除するもので、クラッチ10をONすることで、ヘッドをX軸方向に移動できるものである。クラッチ11はシャフト14とヘッド1を連結解除するためのもので、クラッチ11をONすることでヘッド1をY軸方向に移動させるものである。クラッチ12はヘッド1をシャフト1に連結解除するためのもので、クラッチ12をONすることでヘッド1をθ方に回転させるためのものである。各シャフト13,14,15は連結部16に内蔵されたヘッド駆動用モータで回転される。そのため、各クラッチをON/OFFすることで、各取付けブラケットとそれに装着されたヘッドを選択して、任意にX・Y・θ方向に移動することができる。
As shown in FIG. 4, the
先に説明したように、移動フレーム2は移動ステージ17を介してリニアレール18に設置されており、移動フレーム2は移動ステージ17に対し垂直方向に上下に移動するための駆動機構と、リニアレール18に沿って前後方向に移動する駆動機構を有している。
As described above, the moving
また、各ヘッド1のノズルの状態を観測して、各ノズルの詰りを検出して、ノズルの清掃やヘッドの交換を行うためのノズルカメラ6が設けてある。さらに、ノズルから吐出された液滴の飛翔状態を観測するための飛滴検査カメラ7が設けてある。図5にはノズルカメラの観測状況を、図6には複数のヘッドの吐出口の配置状態を示している。ノズルカメラで観測した結果や、これまでのノズルの使用来歴等を用いて図示していない制御部で清掃すべきか、あるいはヘッドを交換すべきかの判断を行い、この判断結果に基づいた処理を行うようになっている。
Further, a
前述の、ノズルカメラ6および飛滴検査カメラ7は、基板ステージ20の前方側に設けた、同軸の移動レール19に左右方向に移動可能に設置されている。まず、移動フレーム2が上昇した(各ヘッドが上方の)状態で、移動フレーム2に設けてあるヘッド1のノズル位置がノズルカメラ6の位置(移動レール位置)になるように、リニアレール18に沿って移動フレーム2が移動する。次に、観測するヘッド1のノズルの位置までノズルカメラ6を移動することで、各ヘッド1のノズルの状態を下側から観測できる。また、飛滴検査カメラ7は、各ヘッドから射出される飛滴を観測できる位置に移動し、飛滴に標準を合わせて、ノズル面と平行に移動しながら飛滴の観測をする。この飛滴を観測することで、ヘッド1のずれノズル9の詰り等を予測できると共に、ヘッド1の駆動制御のための情報として使用する構成になっている。この飛滴の観測時には、できれば、真空吸着などにより、基板ステージ20上に調整用基板21を設置し、移動フレーム2を上下方向に移動することで各ヘッドと基板21とのギャップを制御し、移動フレーム2の前後方向の移動速度(即ち塗布速度)を制御して基板21への材料塗布を実施する。この際、移動速度と各ヘッドの射出のタイミングを制御することで、さまざまなパターンの塗布が可能である。なお、調整用基板を用いずに実際の塗布状態で上記制御を行うようにしても良い。
The
図7に塗布ドット検査カメラの観測状況を示す。図8に塗布ドットの拡大図を示す。この塗布ドット検査カメラ8は図2で示したように、移動フレーム2の後部側に移動フレーム2の長手方向に移動可能に設けてある。すなわち、塗布ドット検査カメラ8は、移動フレーム2に設けたリニアレール22に設けてあり、このリニアレール上を塗布ドット検査カメラ8が移動(左右方向)し、かつ移動フレーム2を上下前後に移動することで、基板21に塗布された塗布ドット26を観測することができる。この塗布ドット検査カメラ8で基板21を捉えた画像から、基板上に塗布された塗液滴の位置を求めて、ノズルの位置補正を行うものである。
FIG. 7 shows the observation status of the application dot inspection camera. FIG. 8 shows an enlarged view of the application dots. As shown in FIG. 2, the coating
次に、ノズル位置補正(キャリブレーション)方法について図9を用いて説明する。図9にノズル位置調整方法のフローチャートを示す。
まず、第一段階としてノズルカメラ6による検査結果に基づいて各ノズルの位置補正(従来方法)を実施する。手順としては、まず、基板ステージ20、及び移動フレーム2を動作させてノズルカメラ6の位置にヘッドを移動する。次に、
(1)前列中央のヘッド1を基準とし、ヘッド1の両端ノズル23、24の位置をノズルカメラ6で観測し、座標をX1,Y1とする。
(2)ノズルカメラ6と塗布ドット検査カメラ8の座標補正を実施する
(3)移動フレーム2と塗布ドット検査カメラ8の座標補正を実施する
(4)ヘッド1の端部のノズル23と隣接ヘッド30のヘッド1側のノズル25とのズレ量dx、dy、dθを算出し、ヘッドの位置調整を実施する(図6参照)。
(5)同様に全ヘッド間で調整した後、ノズルカメラ6で両端ノズルの位置を算出する。続いて第二段階として塗布ドット検査カメラを用いて、基板上の塗布ドット26を観測し、観測結果からドットの位置ずれ量を求め、ヘッドの吐出位置の補正を実施する。
(6)全ヘッドにて調整用基板21にパターン塗布を実施する
(7)塗布ドット26の位置を位塗布ドット検査8カメラで観測する
(8)ノズルカメラと塗布ドット検査カメラの座標補正を実施する
(9)移動フレームと塗布ドット検査カメラの座標補正を実施する
(10)ヘッド1の塗布ドット27と隣接ヘッド30の塗布ドット29とのズレ量Dx、Dy、Dθを算出し、ヘッドの位置調整を実施する(図8参照)
(11)同様に全ヘッド間で調整した後、ノズルカメラ6で両端ノズルの位置を算出
(12)以上でキャリブレーションを終了する
また、基板とのギャップを基板の撓みに合わせて校正するためのセンサを搭載することで、更に塗布精度を向上することが可能である。
Next, a nozzle position correction (calibration) method will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a flowchart of the nozzle position adjusting method.
First, as a first step, position correction of each nozzle (conventional method) is performed based on the inspection result by the
(1) Using the
(2) Coordinate correction of
(5) Similarly, after adjusting between all heads, the
(6) Apply pattern to
(11) Similarly, after adjusting between all the heads, calculate the positions of the nozzles at both ends with the nozzle camera 6 (12) End the calibration. Also, calibrate the gap with the substrate according to the deflection of the substrate. By mounting the sensor, it is possible to further improve the coating accuracy.
1…インクジェットヘッド、2…移動フレーム、3…ヘッド移動機構、4…ブラケット、6…ノズルカメラ、7…飛滴検査カメラ、8…塗布ドット検査カメラ、9…ノズル、17…移動ステージ、18…リニアレール、20…基板ステージ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記インクジェットヘッドを装着するための取付けブラケットと、
前記取付けブラケットをXYθ方向に任意に駆動する機能を有するヘッド移動機構と、
各部分の状態を観測するためのカメラとを備え、
前記カメラは、
前記基板ステージの前方側に移動可能に設置され、前記インクジェットヘッドのノズルを観測するノズルカメラと、
前記基板ステージの前方側に移動可能に設置され、前記基板ステージに設置された基板に前記インクジェットヘッドより吐出される微小液滴を観測できる位置に移動して微小液滴の飛翔状態を観測する飛滴検査カメラと、
前記移動フレームの後方側に移動可能に設置され、前記インクジェットヘッドにより前記基板ステージ上の基板に塗布された液滴の状態を観測する塗布ドットカメラで構成され、
前記ノズルカメラと塗布ドットカメラの観測結果に基いて前記ヘッド移動機構により前記インクジェットヘッドをXYθ方向に位置調整すると共に、前記飛滴検査カメラの観測結果に基いて前記インクジェットヘッドの吐出制御を行うことを特徴とするインクジェットヘッド装置。 A frame-movable liquid material application device comprising: an inkjet head in which a plurality of nozzles are arranged in several rows in a two-dimensional line; a movable frame on which a plurality of inkjet heads can be installed; and a substrate stage on which various substrates can be installed. In
A mounting bracket for mounting the inkjet head;
A head moving mechanism having a function of arbitrarily driving the mounting bracket in the XYθ direction;
With a camera for observing the state of each part,
The camera
A nozzle camera that is movably installed on the front side of the substrate stage and observes the nozzles of the inkjet head;
A flying device that is movably installed on the front side of the substrate stage and moves to a position where the droplets discharged from the inkjet head can be observed on the substrate placed on the substrate stage to observe the flying state of the droplets. A drop inspection camera,
It is movably installed on the rear side of the moving frame, and is composed of a coating dot camera that observes the state of liquid droplets coated on the substrate on the substrate stage by the inkjet head.
Adjusting the position of the inkjet head in the XYθ direction by the head moving mechanism based on the observation results of the nozzle camera and the application dot camera, and controlling the ejection of the inkjet head based on the observation results of the droplet inspection camera. An ink jet head device.
前記インクジェットヘッドと前記ヘッド移動フレームを支持する移動ステージに、前記移動フレームを上下方向に移動するための駆動機構を有することを、特徴とするインクジェットヘッド装置。 The inkjet head device according to claim 1,
An ink jet head device comprising: a moving stage that supports the ink jet head and the head moving frame; and a drive mechanism for moving the moving frame in a vertical direction.
真空吸着により基板を固定するための吸着ホールと、真空引きを行うための機構を有することを、特徴とするインクジェットヘッド装置。 The inkjet head device according to claim 1,
An inkjet head device comprising: a suction hole for fixing a substrate by vacuum suction; and a mechanism for performing vacuuming.
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