JP5400372B2 - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

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Description

本発明は塗布装置に関する。詳しくは、複数のインクジェットノズルと塗布対象となる基板とを対向近接させた状態で相対的に移動(スキャン)させながら、所定位置で所定量のインクを複数のインクジェットノズルから吐出する装置に関し、特にカラーフィルタ製造装置への適用に好適である。
カラー液晶用ディスプレイは、カラーフィルタ、TFT用アレイ基板などにより構成されている。この中でカラーフィルタは、ガラス基板上に格子状のブラックマトリックスで縁取られる各画素を、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)3色に分けて規則正しく形成したもので、カラー液晶用ディスプレイの色形成の中枢をなす部材である。このカラーフィルタは通常は、1)ガラス基板上に黒色のフォトレジスト材の塗布膜を形成してから、フォトリソ法により黒色塗布膜を格子状に加工し(格子状ブラックマトリックスの形成)、2)一旦Rの塗布膜を全面に形成してから、フォトリソ法により格子間のR画素にのみR塗布膜を残し(R画素形成)、3)G、BについてもRと同様の手法により、一旦B、G各々の塗布膜を全面に形成後、B、G画素にのみB、G塗布膜を残す(B、G画素形成)、ことで製造される。上記のフォトリソ法によるR、G、B画素形成では、R、G、Bの全面塗布膜形成、露光、現像、といった多くの工程が必要となる。
近年、これを簡素化するために、ブラックマトリックスの格子で形成される画素部にのみ、R、G、Bの各塗布液を直接インクジェットヘッドにより供給してR、G、Bの色画素を形成する手法が、工業的に行われるようになってきている。このインクジェットヘッドによるR、G、B画素形成方法は、露光、現像といった工程が不要で、色画素形成に必要な量の塗布液のみを使用するので、カラーフィルタ製造の大幅なコストダウンを可能とする(例えば特許文献1,2,3参照)。
インクジェットヘッドを用いたカラーフィルタ製造装置の代表例として、複数のインクジェットノズルを有するインクジェットヘッドと、基板を保持する保持ステージと、インクジェットヘッドと保持ステージとを相対的に移動させる移動手段とを有するものがある。この装置は、複数のインクジェットノズルと基板とを対向近接させた状態で水平方向Xに相対的に移動(スキャン)させながら所定タイミングで所定量のインクを複数のインクジェットノズルから吐出することで、基板にカラーフィルタを形成している。
カラーフィルタは、一般に画素の寸法が100ミクロン程度と小さいため、上記カラーフィルタ製造装置では、インクジェットヘッドの解像度を高くする必要がある。また、生産効率を向上させるため、塗布に要する時間はできるだけ短いことが好ましい。
そこで、例えば図19に示すように、インクジェットヘッド510をスキャン方向Xに直列に複数(図では2個)配置することでヘッドモジュール520を構成することにより、解像度を高めている。また、スキャン方向Xに直交する方向Yに複数のインクジェットヘッド510を並列に配置することで、インクジェットヘッド510のスキャン回数を少なくしている。これにより、基板Kの被塗布箇所全てに塗布するのに要する塗布時間の短縮化を図っている。
従来のカラーフィルタ製造装置は、図19に示すように、ヘッドモジュール520を千鳥状に配置していた。これは次の理由による。即ち、ヘッドモジュール520は、インクジェットノズル540の配列幅Wよりも筐体52Aの幅が大きいため、筐体52Aの端部512とノズル群の端部511との間に間隔Tが存在する。このため、複数のヘッドモジュール520をY軸方向に一列状に配置した状態でX軸方向にスキャンすると、間隔Tの存在によりインクジェットノズル540が全く通過しないノズル非通過領域ができる。ノズル非通過領域の幅は間隔Tの2倍の幅となる。そこで、ヘッドモジュール520を千鳥状に配置し、ノズル非通過領域を生じなくさせている(特許文献4の図2参照)。
特開2006−209140号公報 特開2002−273868号公報 特許第3925525号公報 特願2006−134514号
しかし、従来のカラーフィルタ製造装置では、ヘッドモジュール520を千鳥状に配置することで、ヘッドブロック500全体が大きくなり、スキャンストロークが増大するばかりか、カラーフィルタ製造装置全体が大型化し、これを設置するクリーンルームも大型化するため設備費が高くなるという問題があった。また、インクジェットヘッド510は、ヘッド表面の撥水加工の劣化などで寿命があるため定期的な交換が必要であるが、この交換に際して、ヘッドモジュール520の極めて正確な位置決めが要求され、交換作業に長時間を要するという問題があった。
また、ヘッドモジュール中のインクジェットノズルは全てを均一に作製することはできず、ヘッド毎またノズル毎でインクの吐出量は不均一になる。このようなヘッドモジュールを用いて、X軸方向にスキャンしながら塗布すると、ヘッドモジュールの塗布幅内でのインクの吐出ムラが目立つこととなる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、装置の小型化及びメンテナンスの容易化を図ることができる塗布装置および、ヘッドモジュールの塗布幅内で発生する塗布ムラを改善することのできる塗布方法と装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面は、
複数個のノズルが形成されたヘッドを複数個合わせて構成され、塗布幅Wmを有するヘッドモジュールを配置したインク吐出部が、
インクが塗布される複数個の画素からなる塗布対象物の上方を前記ヘッドモジュールの配置方向であるY軸方向と直交するX軸方向に移動しながら前記ノズルからインクを吐出して塗布を行い、
次に前記インクの吐出を停止して前記Y軸方向に移動する動作を繰り返し行うことで、前記塗布対象物の所定の領域を塗布する塗布方法であって、
前記インク吐出部は一の色のインクを吐出するヘッドモジュールが前記Y軸方向に所定ピッチPで配置され、
前記一の色と異なる色のインクを吐出するヘッドモジュールが前記X軸方向に並置され、かつ前記Y軸方向に前記塗布幅Wm以下の距離だけずれて前記所定ピッチPで配置されており、
前記インク吐出部が前記X軸方向に移動しながら所定の画素にインクを塗布するスキャン塗布工程と、
前記インク吐出部が前記Y軸方向に移動する移動距離yは前記スキャン塗布工程毎に異なり、前記ヘッドモジュールの塗布幅Wmより小さい移動を含むスキャン移動工程を有する塗布方法を提供する。
本局面では、ヘッドモジュールはY軸方向に塗布幅Wmより短い距離の移動を行うので、1度ヘッドモジュールが通過した場所を、再度ヘッドモジュールが通過するラップ部をヘッドモジュールの端部で塗布した部分に設けることができる。このラップ部の形成がヘッドモジュール端部で塗布した領域の乾燥環境をヘッドモジュール中央部で塗布した領域の乾燥環境に近づけることができ、塗布ムラを低減させる。
また、本局面では、異なるインクを吐出するヘッドモジュール同士が千鳥状に配置されているので、ある色のヘッドモジュールの端の部分で塗布した画素は、周辺には他の色で塗布された画素があるので、乾燥環境がヘッドモジュールの中程とあまり違いがなくなり塗布ムラを低減できる。
また、本局面では、特に同色のヘッドモジュールをY軸方向に直線的にピッチPで配置させたインク吐出部の場合において、ヘッドモジュール間の間隔を塗布することができる。従って、ヘッドモジュールを千鳥状に配置しなくても、ヘッドモジュールの非通過箇所がなくなり、インク吐出部を小型化できる。
また、本局面では、ラップ部の幅が場所によって変化してもよい、若しくは結果的にラップ部が形成されるのであれば、Y軸方向に移動距離y以外の距離の移動があってもよい。そのため、乾燥しやすい場所から優先的に塗布を行う猶予ができる。また、Y軸方向に移動する毎に移動距離yがわずかにyからずれていてもよい。
本発明の第の局面は、
前記スキャン移動工程は前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より小さく、最後の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい第の局面の塗布方法を提供する。
本局面では、塗布幅Wmより小さいY軸方向の移動が少なくとも1回は含まれるので、ラップ部が確実に形成される。ただし、Y軸方向の移動は塗布が進むにつれ小さくなる塗布方法である。
本発明の第の局面は、
前記スキャン移動工程は、
前記スキャン塗布工程によって前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最後の移動距離yと前記所定のピッチPとから求めたP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立するk回目の移動距離が(−1)k−1{(S−k)P}/Sで表わされる移動である第の局面の塗布方法を提供する。
本局面では、インク吐出部が外から中に向かうスパイラル状に移動しながら塗布を行うため、ヘッドモジュールの端部で塗布された領域もヘッドモジュールが2回以内のスキャン移動で、隣接領域が塗布される。そのため、ヘッドモジュールの端部で塗布された領域も中央部で塗布された領域と乾燥環境の違いが少なくなり、塗布ムラを低減できる。
本発明の第の局面は、
前記スキャン移動工程は前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より大きく、最初の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい第の局面の塗布方法を提供する。
本局面では、塗布幅Wmより小さいY軸方向の移動が少なくとも1回は含まれるので、ラップ部が確実に形成される。ただし、Y軸方向の移動は塗布が進むにつれ大きくなる塗布方法である。
本発明の第の局面は、
前記スキャン移動工程は、
前記スキャン塗布工程によって前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最後の移動距離yと前記所定のピッチPとからP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立するk回目の移動距離が(−1)k−1(kP)/Sで表わされる移動である第の局面の塗布方法を提供する。
本局面では、インク吐出部が中から外に向かうスパイラル状に移動しながら塗布を行うため、ヘッドモジュールの端部で塗布された領域もヘッドモジュールが2回以内のスキャン移動で、隣接領域が塗布される。そのため、ヘッドモジュールの端部で塗布された領域も中央部で塗布された領域と乾燥環境の違いが少なくなり、塗布ムラを低減できる。
本発明の第の局面は、
前記塗布対象物の特定の領域を
前記ヘッドモジュールの塗布幅の一部が重複して通過するラップ部に属する画素に対して、1度目の前記スキャン塗布工程で塗布される画素と、2度目以降の前記スキャン塗布工程で塗布される画素をランダムに選択する工程をさらに有し、
前記スキャン塗布工程は前記選択する工程によって選択された前記画素を塗布する工程を含む第1乃至第の局面の塗布方法を提供する。
本局面では、複数回ヘッドモジュールが通過するラップ部については、最初の通過の際に塗布する画素と2回目以降に塗布する画素をランダムに選択して塗布するので、乾燥の際の塗布ムラがランダムに分散され目立ちにくくなる。
本発明の第の局面は、
前記ランダムに選択する工程は、
前記ラップ部を前記X軸方向に複数の分割領域に分割し、
前記分割領域毎に1回目と2回目以降に塗布する画素の個数を予め定めた割合で定め、
前記分割領域毎に前記個数分の画素をランダムに選択する工程である第1乃至第の局面の塗布方法を提供する。
本局面によれば、ラップ部を分割したうえに、1回目に塗布する画素と2回目以降に塗布する画素をランダムに選択するので、ランダムに選択した領域が徐徐に変化し、塗布ムラがより目立たなくなる。
本発明の第の局面は、
塗布対象物を保持し、X軸方向および前記X軸方向に直交するY軸方向を有するステージと、
複数個のノズルが形成されたヘッドを複数個合わせて構成され、一の色のインクを吐出する塗布幅Wmを有するヘッドモジュールが前記Y軸方向に所定ピッチPで配置され、前記一の色と異なる色のインクを吐出する塗布幅Wmを有するヘッドモジュールが前記X軸方向に並置され、かつ前記Y軸方向に前記塗布幅Wm以下の距離だけずれて前記所定ピッチPで配置されているインク吐出部と、
前記インク吐出部を前記X軸方向および前記Y軸方向に移動させる駆動手段と、
前記インク吐出部の位置情報を検出する位置検出手段と、
前記インク吐出部と前記駆動手段と前記位置検出手段に接続され、
前記インク吐出部を前記X軸方向に移動させるX軸方向移動指示と、
前記インク吐出部を前記Y軸方向に移動させるY軸方向移動指示と、
前記ノズルからインクを吐出させる吐出指示と、
前記インク吐出部のX座標とY座標と前記吐出指示の関係および前記Y軸方向移動指示を出力するタイミングを示す吐出予定情報を有する制御部を有し、
前記Y軸方向移動指示は
前記インク吐出部の前記X軸方向の移動の度に、前記Y軸方向の移動距離yが異なる移動指示であり、前記移動距離yが前記塗布幅Wmより少ない移動指示を含む塗布装置を提供する。
また、本発明の第の局面は、
前記Y軸方向移動指示は、前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より小さく、最後の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい移動指示である第の局面の塗布装置を提供する。
また、本発明の第10の局面は、
前記Y軸方向移動指示は、
前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最後の移動距離yと前記所定のピッチPとから求めたP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立する前記インク吐出部のk回目の前記Y軸方向への移動距離が(−1)k−1{(S−k)P}/Sとなる移動指示である第の局面の塗布装置を提供する。
また、本発明の第11の局面は、
前記Y軸方向移動指示は、前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より大きく、最初の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい移動指示である第の局面の塗布装置を提供する。
また、本発明の第12の局面は、
前記Y軸方向移動指示は、
前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最初の移動距離yと前記所定のピッチPとから求めたP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立する前記インク吐出部のk回目の前記Y軸方向への移動距離が(−1)k−1(kP)/Sとなる移動指示である第11局面の塗布装置を提供する。
また、本発明の第13の局面は、
前記吐出予定情報の前記インク吐出部のX座標とY座標と前記吐出指示の関係は、
前記塗布対象物の特定の領域に属する画素のうち、1回目に塗布する画素と2回目以降に塗布する画素がランダムに選択された状態に対応した関係である第乃至第12の局面の塗布装置を提供する。
また、本発明の第14の局面は、
前記吐出予定情報の前記インク吐出部のX座標と前記吐出指示の関係は、
前記塗布対象物の特定の領域を前記Y軸方向に複数の分割領域に分割し、
前記分割領域毎に1回目と2回目以降に塗布する画素の個数を予め定めた割合で定め、
前記分割領域毎に前記個数分の前記画素をランダムに選択された状態に対応した関係である第乃至第13の局面の塗布装置を提供する。
本発明によると、装置の小型化及びメンテナンスの容易化を図ることができる塗布装置が提供される。
また、ヘッドモジュール幅内での塗布ムラや乾燥ムラのない塗布を行える方法および装置を提供できる。
(実施の形態1)
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明に係るカラーフィルタ製造装置を示す斜視図、図2は本発明に係るカラーフィルタ製造装置の要部を示す平面図、図3はインク吐出部の平面概略図、図4はヘッドブロックの平面概略図である。これら各図において、直交座標系の3軸をX,Y,Zとし、XY平面を水平面、Z軸方向を鉛直方向、鉛直軸周りの回転方向をθ方向とする。また、図1のx方向の紙面手前側を上流とし、x方向の紙面奥側を下流とする。つまり、図1ではA方向が上流、B方向が下流となる。そして、上流から下流に向かう動作を往動、下流から上流に向かう動作を復動とする。また、往動または復動をスキャン動作と呼ぶ。
図1に示すように、本発明に係るカラーフィルタ製造装置(以後「塗布装置」とも呼ぶ)1は、機台2、吸着ステージ3、塗布ガントリー4、インク吐出部5、カメラガントリー6、アラインメントカメラ7、スキャンカメラ8、基板搬送ロボット9及び制御装置10などを備える。
機台2は、カラーフィルタ製造装置1の主構成部(例えば吸着ステージ3、塗布ガントリー4、カメラガントリー6など)を可動に支持する台座として機能し、主として石材により構成される。石材とするのは温度変化に伴う変形を最小限に抑えるためである。
吸着ステージ3は、図2に示すように、カラーインクの塗布対象となるガラス基板Kを、十分な平面度を確保して載置可能な載置面31を有し、機台2と同様に石材で構成される。その載置面31には、複数の真空吸着孔32と複数のリフトピン孔33とが穿設される。真空吸着孔32は、配管及び三方バルブを介して吸引ポンプに接続される。リフトピン孔33からは、ガラス基板Kを支承するためのリフトピン34が出没可能とされる。吸着ステージ3は、図示しないステージ回転駆動手段によりθ方向に回動駆動可能とされる。なお、吸着ステージは単に「ステージ」ともいう。
塗布ガントリー4は、吸着ステージ3を跨ぐことのできるサイズの門型形状とされ、少なくとも吸着ステージ3の幅間隔を隔てて立設した2本の支柱部41と、2本の支柱部41間に架設した水平枠部42とを備える。そして、吸着ステージ3を跨いだ状態で、一対の第1リニアモータ43によりX軸方向に走行可能となるように、機台2上に支持される。一対の第1リニアモータ43は、機台2におけるY軸方向両サイドにX軸に沿って互いに平行となるように取り付けられる。
上記水平枠部42は、2本の支柱部41にそれぞれ設けられたサーボモータ機構44によりZ軸方向に昇降可能とされる。サーボモータ機構44は、例えば、Z軸方向に沿って設けられたリニアモータで構成することができる。或いは、Z軸方向に沿って配設されたボールネジ軸、ボールネジ軸をその軸線回りに正逆回転駆動する回転サーボモータ、及びボールネジ軸に螺合しボールネジ軸の回転によりZ軸方向に進退移動するボールナットなどで構成してもよい。水平枠部42には、インク吐出部5が第2リニアモータ45によりY軸方向に走行可能となるように設けられる。第2リニアモータ45は、水平枠部42にその長手方向(Y軸方向)に沿って取り付けられる。
インク吐出部5は、図3に示すように、赤色インクを塗布するためのヘッドブロック50R、緑色インクを塗布するためのヘッドブロック50G、及び青色インクを塗布するためのヘッドブロック50Bをこの順でX軸方向に直列に並設した構成とされる。なお、これらヘッドブロックの符号については、色毎に区別する必要のある場合は「50」の末尾に「R」「G」「B」を付すが、区別する必要のない場合は単に「50」と記す。
赤色インクジェットのヘッドブロック50Rは、図4に示すように、Y軸方向にQ個配置したヘッドモジュール52を備える。各インクジェットモジュール52は、それぞれX軸方向にM段配置(本図ではM=5)したインクジェットヘッド51を備える。
各インクジェットヘッド51は、それぞれノズル群55を備える。ノズル群55は、Y軸方向に等間隔で配列されたN個(本図ではN=10)のインクジェットノズル54からなり、その配列幅はWである。従って、インクジェットヘッド51の塗布幅はWである。N個のインクジェットノズル54は、同一色を吐出可能とされる。例えば、赤色インクジェットのヘッドブロック50Rに対応するインクジェットノズル54からは、全て赤色インクが吐出される。同様に、緑色インクジェットのヘッドブロック50Gに対応するインクジェットノズル54からは、全て緑色インクが吐出され、青色インクジェットのヘッドブロック50Bに対応するインクジェットノズル54からは、全て青色インクが吐出される。なお、インクジェットノズルは単にノズルともいい、インクジェットヘッドは単にヘッドともいう。
なお、インクジェットヘッドが複数段配置されたヘッドモジュールでは、すべてのノズルを使用しない場合や、わずかにインクジェットヘッドをずらして配置する場合もある。すなわち、ヘッドモジュールとしての塗布幅はインクジェットヘッド51の塗布幅とは必ずしも一致しない。そこで、ヘッドモジュールとしての塗布幅をWmとする。なお、本実施の形態では、塗布幅Wおよび塗布幅Wmは同じとしてよい。
また、インクジェットノズルはインクジェットヘッド上の予め決められた位置に形成されており、インクジェットヘッドは所定の精度で配列されインクジェットモジュールとなる。そして、インクジェットヘッド同士も所定の精度でインクジェットブロックに組み上げられ、インクジェットブロックも所定の精度でインク吐出部5として組み上げられる。従って、インク吐出部の可動範囲内において、インク吐出部の位置が決まれば、すべてのインクジェットノズルの位置も所定の精度で決めることができる。
ヘッドモジュール52は、次の条件を満たす配置とされる。即ち、Y軸方向に互いに隣り合うもの同士で、ノズル群55間のピッチがPとされる。
S,W,Pを下記のように定義するとき、SとWとPとは次式で示す関係を満たす。
(S/2)・W<P<S・W
S:インクジェットヘッド51がガラス基板Kにおける画素gs全てにインクを塗布するのに必要なスキャン回数(2以上の整数)
W:インクジェットモジュールの塗布幅
P:Y軸方向についてのヘッドモジュール52の配列ピッチ
なお、SはピッチPの間を塗布する回数であるともいえる。
ヘッドブロック50G及びヘッドブロック50Bについても、上記ヘッドブロック50Rと同様な構成とされる。ガラス基板Kの幅をGW、ヘッドブロック50に搭載された両端のインクジェットノズル54の距離をLとすると、L>GW−(P−W)の関係となるように、ヘッドモジュール52の配置数Qが決定されている。
カメラガントリー6は、塗布ガントリー4と同様に、吸着ステージ3を跨ぐことのできるサイズの門型形状とされ、少なくとも吸着ステージ3の幅間隔を隔てて立設した2本の支柱部61と、2本の支柱部61間に架設した水平枠部62とを備える。そして、吸着ステージ3を跨いだ状態で、一対の第1リニアモータ43によりX軸方向に走行可能となるように、機台2上に支持される。
上記水平枠部62には、2台のアラインメントカメラ7が第3リニアモータ64によりY軸方向に走行可能となるように設けられる。また、1台のスキャンカメラ8が第4リニアモータ63によりY軸方向に走行可能となるように設けられる。アラインメントカメラ7及びスキャンカメラ8は、いずれもCCD(Charge Coupled Device)を搭載しており、撮像により得た画像データを制御装置10に送信可能に構成される。各カメラ7,8は、それぞれ吸着ステージ3に吸着保持されたガラス基板Kを撮像可能なように撮像方向は下向きとされる。
基板搬送ロボット9は、モータ91、アーム92及び可動支持台93を備える。可動支持台93は、ガラス基板Kを載置可能なフォーク形状とされ、モータ91の駆動によりアーム92を介してXYZθ各方向に移動自在に構成される。
制御装置10は、タッチパネル等の入出力装置、メモリチップやマイクロプロセッサなどを主体とした適当なハードウエア、このハードウエアを動作させるためのコンピュータプログラムを組み込んだハードディスク装置、及びカラーフィルタ製造装置1における各駆動装置等の構成部とデータ通信を行う適当なインターフェイス回路などから構成され、カラーフィルタ製造装置1に一連の動作を行わせるように構成される。
より具体的には、制御装置10は、第1リニアモータ43、第2リニアモータ45、サーボモータ機構44といった駆動手段と、インク吐出部5にそれぞれ移動指示を送信することができる。この移動指示には、少なくともX軸方向に移動するX軸方向移動指示およびY軸方向に移動するY軸移動指示は含まれる。
またそれぞれの要素から、現在の位置に関する情報を受信することができる。ここで位置に関する情報(以後「位置情報」ともいう。)とは、インク吐出部5の可動範囲内に定義される座標であってもよい。なお、位置に関する情報は別途位置センサ等を配置して、そこから取得してもよい。このようにインク吐出部5の位置に関する情報を検出する要素を総称して位置検出手段という。
また、制御装置10は、少なくとも塗布の工程を予め定めたプログラムを内蔵することができ、このプログラムに従って、上記の駆動手段とインク吐出部5を制御することができる。プログラムは特に限定されるものではないが、少なくともインク吐出部5の位置情報を入手したときに、全てのインクジェットノズルに対してインクを吐出するかしないかの指示が記載されてあればよい。なお、ノズルに対する吐出の指示を吐出指示と呼ぶ。
制御装置10は、このプログラムに従って、インク吐出部5の位置情報からどのノズルからインクを吐出するか、吐出しないかを決定し、実行する。すなわち、このようなプログラムは位置情報(X座標、Y座標)と吐出指示との関係およびY軸方向移動指示を出力するタイミングを示す吐出予定情報と言える。吐出予定情報は、制御装置10が保持するメモリ中に記録されている。
次に、図5から図9も参照して、上記のように構成されたカラーフィルタ製造装置1の動作を説明する。図5はカラーフィルタの形成対象となるガラス基板の平面図、図6は本発明に係るカラーフィルタ製造装置の動作概要を示すフローチャート、図7は図6における塗布動作を詳しく示すフローチャート、図8は塗布時におけるスキャン動作を説明するための図、図9は塗布時におけるスキャン動作を更に詳しく説明するための図である。なお、これらのフローは制御部10が第1リニアモータ43等の要素から位置情報などを得て、予め決められたフローによって判断し、各要素に指示を送ることで実現される。
カラーフィルタの形成対象となるガラス基板Kの表面には、図5に示すように、カラーインクの塗布区画であるブラックマトリクスBM、及びアラインメントマークM1が予め形成されている。図中の「R」「G」「B」は赤、緑、青色のそれぞれの目的色に対応する画素であることを示す。また、カラーフィルタ製造装置1は次の初期状態であるとする。即ち、吸着ステージ3は非吸着状態、塗布ガントリー4は最上流位置、インク吐出部5は非吐出状態、カメラガントリー6は最下流位置である。基板搬送ロボット9における可動支持台93上には、ガラス基板Kが載置されている。
〔ガラス基板搬入(ステップS1)〕
まず基板搬送ロボット9は、ガラス基板Kが吸着ステージ3の真上に来るように、可動支持台93を駆動制御する。続いて、リフトピン孔33からリフトピン34を突出させて、ガラス受取位置である最上位置まで上昇させる。続いて、基板搬送ロボット9は、可動支持台93を徐々に降下させ、ガラス基板Kをリフトピン34の先端部に載せる。ガラス基板Kをリフトピン34に載せた後、基板搬送ロボット9は、可動支持台93を待避させる。続いて、吸着ステージ3は、ガラス基板Kを支承したリフトピン34を降下させる。ガラス基板Kが降下して載置面31に到達したときに、吸着ステージ3は、真空吸着孔32に真空圧を発生させ、ガラス基板Kを載置面31上に真空吸着保持する。
〔ガラス基板位置決め(ステップS2)〕
まず第1リニアモータ43は、アラインメントカメラ7がアラインメントマークM1の上方に来るように、カメラガントリー6を駆動制御する。続いて、アラインメントカメラ7はアラインメントマークM1を撮像し、得られた画像データを制御装置10に送る。制御装置10では、送られた画像データに適当な画像処理を施すことにより、所定位置からのガラス基板Kのズレ量を算出する。このズレ量に基づきステージ回転駆動手段を駆動制御することにより、ガラス基板Kの位置決めを行う。
この位置決めによってインク吐出部の座標と塗布される画素gsの位置の対応関係を決めることができる。すなわち、インク吐出部5の位置座標が分かれば、その位置でのすべてのインクジェットノズルがどの画素gsに対して塗布が可能か否かを決めることができる。
〔塗布前準備(ステップS3)〕
まず第1リニアモータ43は、ガラス基板Kにおける上流側の塗布開始位置にインク吐出部5が来るように、塗布ガントリー4を駆動制御する。続いて、サーボモータ機構44は、インクジェットノズル54の吐出口とガラス基板Kの表面との隙間が0.5mm〜1.0mm程度の微少距離となるように、インク吐出部5を降下させる。
〔インク塗布(ステップS4)〕
〔1回目の往動による塗布〕
第1リニアモータ43は、塗布ガントリー4を往動させる。これによりインク塗布部5は、図8の矢印X1に示すように、インクジェットノズル54の吐出口とガラス基板Kの表面とが微少距離を隔てて対向近接した状態で往動する。制御部10は、塗布目的とする画素gsに、目的とする色のインクを吐出するように、インク吐出部5に指令を送る。より具体的には、インク吐出部の位置座標から塗布目的とする画素gsに塗布できるインクジェットノズルにインク塗布の指令を送信する。これにより、往動中のインク吐出部5は、所定の位置で所定量のインクを吐出する。これのようにX軸方向に移動しながら塗布する工程をスキャン塗布工程と呼ぶ。そして、ガラス基板KのブラックマトリクスBMにおける各画素gsに、目的とする色のインク液を塗布していく(図7のステップS42,S43参照)。なお、ステップS42で「画素上方」とは、画素のz軸方向で上方を意味する。
インク吐出部5がガラス基板Kにおける下流側の塗布終了位置に到達したら(ステップS44でイエス)、第1リニアモータ43は、塗布ガントリー4の往動を停止させる。これによりインク塗布部5は停止する(図8の一点鎖線参照)。第2リニアモータ45は、図8の矢印Y1に示すように、インク吐出部5をY軸方向に所定距離だけシフトさせる(図8の二点鎖線参照)。この移動距離yは、具体的にはP/Sである(ステップS45参照)。このP/Sという移動距離yは、ヘッドモジュールの塗布幅であるWより小さい。また、X軸方向の移動の度に同じ距離P/Sだけ移動を行う。なお、これらの動作は制御部10の指示によって行われる。このY軸方向への移動をスキャン移動工程という。
〔1回目の復動による塗布〕
第1リニアモータ43は、塗布ガントリー4を復動させる(ステップS41)。これによりインク吐出部5は、図8の矢印X2に示すように復動する。制御部10は、塗布目的とする画素gsに、目的とする色のインクを吐出するように、インク吐出部5に指令を送る。これにより、復動中のインク吐出部5は、所定の位置で所定の量のインクを吐出することで、ガラス基板KのブラックマトリクスBMにおける各画素gsに、目的とする色のインク液を塗布していく(図7のステップS42,S43参照)。
インク吐出部5がガラス基板Kにおける上流側の塗布終了位置に到達したら(ステップS44でイエス)、第1リニアモータ43は、復動方向への塗布ガントリー4の走行を停止させる。これによりインク塗布部5は停止する。第2リニアモータ45は、図8の矢印Y2に示すように、インク吐出部5をY軸方向に所定ピッチだけシフトさせる。このピッチ量は、上記往動停止後のシフトと同様に、P/Sである(ステップS45参照)。
〔2回目の往動による塗布〕
1回目の往動による塗布動作と同様に、図8の矢印X3に示すようにインク塗布部5を往動させながら塗布する。
〔2回目の復動による塗布〕
図8の矢印Y3に示すように、インク吐出部5をY軸方向に所定ピッチだけシフトさせた後、1回目の復動による塗布動作と同様に、図8の矢印X4に示すようにインク塗布部5を復動させながら塗布する。
以上のように、1回目の往動(図9の矢印X1参照)、1回目の復動(図9の矢印X2参照)、2回目の往動(図9の矢印X3参照)及び2回目の復動(図9の矢印X4参照)というように合計4回のスキャンを行うことで、ガラス基板Kにおける全ての画素gsに、目的とする色のインクを塗布していく。
なお、上記各塗布動作中は、インクの塗布動作に伴い、カメラガントリー6及び第3リニアモータの駆動によりスキャンカメラ8がXY軸各方向に移動しながら、塗布した液滴を撮像し、画像データを制御装置10に送る。制御装置10は、送られた画像データに基づき、適当な画像処理により、インクの着弾状態を評価する。不良箇所が著しい場合は、このガラス基板Kは後段工程において不良品として排除されるようにしてもよい。
〔塗布後処置(ステップS5)〕
まずサーボモータ機構44は、水平枠部42を上昇駆動することにより、インク吐出部5を上昇させる。これにより、インクジェットノズル54の吐出口とガラス基板Kの表面とを離隔させる。続いて第1リニアモータ44は、塗布ガントリー4を復動制御し、インク吐出部5を吸着ステージ3の上流端へ退避させる。
〔基板搬出(ステップS6)〕
吸着ステージ3は真空吸着孔32に生じていた真空圧を大気圧に戻す。リフトピン34がリフトピン孔33から突出し、ガラス基板Kを支承した状態で最上位置まで上昇する。基板搬送ロボット9は、インク塗布済みのガラス基板Kを可動支持台93により受取り、次工程である例えば減圧乾燥工程へと引き渡す。
以上に説明したように、本発明に係るカラーフィルタ製造装置1は、次のようにして、ガラス基板Kにおける全画素gsに対して、目的色のインクを塗布する。即ち、第1リニアモータ43の駆動により、ヘッドブロック50をガラス基板Kに対してX軸方向に相対移動させる。この相対移動の間、インクジェットヘッド51は、ガラス基板Kとインクジェットノズル54との所定の位置関係で、目的色の所定量のインクをガラス基板Kにおける目的色に対応する画素gsに吐出する。X軸方向への相対移動が終了すると、第2リニアモータ45の駆動により、ヘッドブロック50とガラス基板KとをP/Sの所定量だけY軸方向に相対移動させる。Y軸方向への相対移動の後、再びX軸方向への相対移動を行い、前述と同様にインクジェットヘッド51からインクをガラス基板Kに吐出する。以後、該一連の動作をS回繰り返す。
カラーフィルタ製造装置1によると、1色のヘッドブロック50は、ヘッドモジュール52を所定の配列ピッチPでY軸方向に1列だけ配置して構成される。また、第2リニアモータ45は、ヘッドブロック50によるX軸方向への1回のスキャンが終了する毎に所定量P/Sだけヘッドブロック50をY軸方向にシフトするように構成される。シフトさせる量を、ヘッドモジュール52によるスキャン回数Sと、ヘッドモジュール52の配列ピッチPとにより設定したことで、ガラス基板Kにおける画素gsの全てにインクを吐出することができる。このため、ヘッドモジュール52を千鳥状に配置することなく、ノズル非通過領域をキャンセルすることができ、ヘッドモジュール52を千鳥状に配置していた従来技術に対して、塗布装置を小型化することができる。
また、ヘッドモジュール52の配列ピッチPを(S/2)・W<P<S・Wの範囲に設定することで、Y軸方向へのヘッドモジュール52のシフト量P/SがWよりも小さくなる。これにより、インクジェットヘッド51におけるインクジェットノズル54の一部が、スキャン毎にガラス基板Kの同じ領域を通過するので、ヘッドモジュール52の取り付け位置が、前記同じ領域を通過する幅以内の誤差であればインクジェットヘッド51におけるインクジェットノズル54が全く通過しない領域(ノズル非通過領域)が発生せず、ヘッドモジュール52の取り付け調整が容易になる。
このように、カラーフィルタ製造装置1によると、装置の小型化及びメンテナンスの容易化を図ることができる。
なお、ヘッドモジュールの塗布幅の両端は、インクの吐出量自体が不均一になる。このような不均一を解消するには、ヘッドモジュールの塗布幅の端部分の塗布に工夫が必要になる。その前提として、インクジェットヘッド51におけるインクジェットノズル54の一部が、スキャン毎にガラス基板Kの同じ領域を通過することが重要である。そこで、このようにヘッドモジュールが複数回重複して通過する塗布対象物上の領域を重複塗布領域と呼び、重複して通過する事をオーバーラップと呼ぶ。また、重複塗布領域の中で同色のヘッドモジュールがオーバーラップする部分をラップ部と呼ぶ。ヘッドモジュールの塗布幅の端部分の塗布方法については、他の実施形態も含め、後述する実施形態5以降によって説明する。
また、配列ピッチPの(S/2)・W<P<S・Wの関係は、Y軸方向の移動距離y(=P/S)の観点から見ると、W/2<y(=P/S)<Wと変形できる。これはY軸方向の移動距離yをW/2<y<Wの範囲で設定し、かつスキャン移動毎に同じ移動量yとしてピッチPの範囲の領域の画素を全て塗布するためには、{Int(P/y)+1}回の塗布回数Sが必要になるともいえる。なお、ここで「Int」は、(P/S)の整数部だけを取り出す関数である。
(実施の形態2)
実施の形態1では、赤インク、緑インク、青インクを塗布するためのヘッドモジュールを隣接するように配置してヘッドブロックとし、そのヘッドブロック同士をX軸方向に直列に並設したので、インク吐出部を小型化することができた。
しかしながら、実施の形態1では、ヘッドブロック同士がX軸方向に直列に並設されているので、最初の往動の際に、ヘッドモジュールの塗布幅Wmの両端部で塗布された画素は、インクが塗布されていない画素が隣接する状況で乾燥が進む。一方、ヘッドモジュールの塗布幅の中央部で塗布された画素は、周囲に塗布された画素が存在する状況で乾燥が進む。このように塗布された画素にとって、乾燥の際の周囲の条件が異なると、乾燥の程度に差ができ、この差が塗布ムラとなって認識されるようになる。
そこで、本実施の形態では、ヘッドモジュールを千鳥状に配置することによって、この問題を回避する。本実施の形態の塗布装置1は、実施の形態1と同じであるので説明を省略する。また、塗布のフローも実施の形態1の図7と同じである。
図10は本発明のインク吐出部5の平面概略図である。本実施の形態では、色の異なるヘッドモジュールを千鳥状に配置する。赤インクを吐出するヘッドモジュール70Rと緑インクを吐出するヘッドモジュール70Gは、互いの塗布幅Wmの端同士が一致するように配置される。また、緑インクを吐出するヘッドモジュール70Gと青インクを吐出するヘッドモジュール70Bも、互いの塗布幅Wmの端同士が一致するように配置される。なお、それぞれのヘッドモジュールは、5つのインクジェットヘッド51から構成されるものとした。
従って、同じ色のインクを吐出するヘッドモジュール同士のピッチPは、3Wmに等しい。このようにヘッドモジュールを配設したインク吐出部5を実施の形態1と同様にY軸方向の移動量が常にP/Sとなるように移動させながら塗布を行う。なお、Sは、インクジェットヘッド51がガラス基板Kにおける画素gs全てにインクを塗布するのに必要なスキャン回数(2以上の整数)であった。
図11は、ヘッドモジュールの動きを模式的に示した図である。インク吐出部5は簡単のため70R、70G、70Bの3つのヘッドモジュールが2セットあるとし、それぞれのヘッドモジュールは矢印で示した。それぞれのヘッドモジュールの塗布幅はWmである。また、本実施の形態では、ヘッドモジュールの配置間隔Pは、同じ色のヘッドモジュール同士の配置間隔である。
ヘッドモジュールが千鳥状に配置されている以外は実施の形態1と同じであるので、図11は、基本的に図9と同じである。ただし、本実施例では、ヘッドモジュールが千鳥状に配置されているので、あるヘッドモジュールの塗布幅の端で塗布された画素は、隣の色のインクが周囲に存在する。
図12(a)はこの状況を示す図である。図5に示すように、塗布されるべき画素は、R、G、Bが列毎に並んでおり、各画素gs間はブラックマトリックスBMで区切られている。ここで、一点鎖線で示した領域77は、赤インクを吐出するヘッドモジュールが塗布した画素の領域である。また、二点鎖線で示した領域78は緑インクを吐出するヘッドモジュールが塗布した画素の領域である。
図12(b)は比較のために実施の形態1の場合のように異色のヘッドモジュール同士が、X軸方向に直列して並んでいる場合の最初のスキャンによる塗布の場合を示す。R、G、Bのヘッドモジュールは直列に並んでいるので、領域77はR、G、Bのすべての画素が塗布されているが、隣のヘッドモジュールとの間になる領域78は何も塗布されていない。
これらの塗布状態を参照して、例えば画素79は赤色であって領域77の中で最も右端に属する画素である。ヘッドが直列していると、画素79の右端は何も塗布されていない画素(領域78の画素)があり、領域77の中程とは乾燥状態が異なる。しかし、異色のヘッドモジュールを千鳥状に配置すると緑が塗布される画素80や81が近くにあり、領域77の中程の画素と比較して乾燥環境に大きな差はない。
ここで乾燥環境とは、塗布されたインクの乾燥速度を決める要因であり、特にここでは、周囲にインクが存在することで、乾燥する溶剤の蒸気の存在の有無を含むと考えてよい。インクを塗布された画素の周囲に溶剤を蒸発させている画素が存在する場合は、溶剤を蒸発させている画素がない場合よりも、よりゆっくり乾燥すると考えられる。従って、乾燥環境に違いが少なければ、乾燥の状態の違いによる塗布ムラが小さくなる。
さらに、異色のヘッドモジュールの塗布領域を重ねて配置してもよい。図13はこの場合のインク吐出部5の平面概略図を示す。R、G、Bのヘッドモジュールは、符号85に示す幅の分だけ塗布領域が重なるように配置されている。図14はこのインク吐出部で塗布した場合の最初の往動での塗布パターンを示す。ヘッドモジュールの塗布領域の両端部はオーバーラップしているので、赤(R)のヘッドモジュールで塗布した領域77と緑(G)のヘッドモジュールで塗布した領域78は一部の領域88で重なっている。これはすでに説明したように重複塗布領域である。
ヘッドモジュールの塗布領域の端部は、周囲に塗布された画素が存在するそのため、ヘッドモジュールの中程と乾燥状態が大きく変わらなくなり、塗布ムラを低減させることができる。例えば、領域77の端の画素79の周囲には図12(a)の場合より多くの塗布された画素がある。しかもこれらの画素は画素79と同時期に塗布されているので、乾燥環境はヘッドモジュールの中央部とそん色がない。すなわち、塗布ムラを抑制することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態の塗布方法について、以下に説明する。再び図11を参照して、実施の形態2では、同じ色が塗布される領域は、インク吐出部5が、X軸方向に往動および復動する毎にY軸方向にP/Sだけ一方向に移動しながら全塗布領域を塗布した。しかし、インク吐出部5が移動していく方向に対して、最も後方に位置する塗布領域端で塗布された画素は、隣のヘッドモジュールが移動してくるまでは、周囲に塗布された画素がない。なお、Sは、インクジェットヘッド51がガラス基板Kにおける画素gs全てにインクを塗布するのに必要なスキャン回数(2以上の整数)であった。
具体的には、図11で、R(赤)のインクを塗布するヘッドモジュールの100の部分でRインクが塗布された画素は、前後にGやBのインクが塗布されるとはいえ、隣のRインクを塗布するヘッドモジュールが移動してくる101のタイミングまでは、Rインクが左隣に来ることはない。つまり、この部分については、乾燥の状態が他の領域の画素とは異なることとなる。これはインク吐出部5が一方向にだけ移動しながら全塗布領域を塗布したためである。
そこで、本実施の形態では、インク吐出部5は、二方向に移動する。本実施の形態において、塗布装置1は実施の形態1と同じである。また、インク吐出部5の構成は実施の形態2と同じである。すなわち、本実施の形態では、異色のヘッドモジュールは千鳥状に配置されている状態である。千鳥状に配置されていれば、異色のヘッドモジュール間で塗布領域が重なっていてよい。もちろん、異色のヘッドモジュール間が千鳥状に配置されてなくても本実施の形態を適用できる。
図15には、本実施の形態におけるヘッドモジュールの軌跡と塗布領域の概念図を示す。図15(a)を参照して、符号5はインク吐出部5を示す。インクヘッドモジュールは3色分が千鳥状に配置されている(70R、70G、70B)。説明のために赤インクを吐出するインクジェットモジュール70Rを黒四角で表した。
インク吐出部5の下には、塗布領域の概念図を符号200で示した。図5で示したように塗布対象物の最小単位はR、G、Bの3色で形成される。図15の塗布領域はこれを2単位だけ示したものである。インク吐出部5の左側にはインク吐出部5の移動軌跡の概念を示す。
また、注目するインクジェットモジュールを符号97で表わす。ヘッドモジュール97は赤インクを吐出するインクヘッドモジュールである。ヘッドモジュール97の左隣のヘッドモジュールは符号98で表わす。
最初にインク吐出部5は初期位置103に設定される。そして次に最初の往動110でインクを塗布する。往路の最終端104まで塗布しながら移動すると、塗布領域200では、インクヘッドモジュールのある部分だけ各色のインクが塗布された状態になる。インクヘッドモジュール97は領域120を塗布した。
次に図15(b)を参照する。インク吐出部5は最終端104から、右Y軸方向に3P/Sだけ移動する。インク吐出部5では、先にインクヘッドモジュール97が塗布した領域120の左端に掛かるように、インクヘッドモジュール98が左Y軸方向から移動したことになる。そして復動111しながらインクを塗布する。
この復動111によって領域121が塗布される。この領域121は、往動110で塗布された領域120に一部重なる。この重複塗布領域201は、同じ色同士の重複塗布領域であるので、すでに説明したようにラップ部である。
次に図15(c)を参照する。X軸方向の塗布最終端105まで進んだインク吐出部5は、左Y軸方向へ2P/Sだけ移動する。インク吐出部5では、先にインクヘッドモジュール97が塗布した領域120の右端に掛かるように、インクヘッドモジュール97が右Y軸方向から戻ってきたことになる。そして2度目の往動112による塗布を行う。これを領域120から見ると、領域120の右端にラップ部をつくりながら塗布122が行われる。
次に図15(d)を参照する。往動112の最終端106まで進んだインク吐出部5は右へP/Sだけ移動する。インク吐出部5では、先にインクヘッドモジュール97が塗布した領域122の右端に掛かるように、インクヘッドモジュール97が左Y軸方向から移動したことになる。そして、復動113による塗布を行う。これによって領域123が塗布される。これによって同じ色のヘッドモジュール間の距離Pの間にあるすべての画素が塗布される。
すなわち、最初の往動110の時に塗布された領域のいずれの端も、塗布されてから2回目のスキャン動作の際の塗布によってオーバーラップされる。従って、周囲に塗布された画素のない状態で長く放置される画素がなくなるので、乾燥ムラを抑制することができる。
なお、上記の説明では、同じ色のヘッドモジュール間隔をPとして、スキャン回数Sを4回で全領域が塗布できる場合を示したが、4回に限定される必要はない。ヘッドモジュールの塗布幅Wmより小さな移動量であれば、4回以上のスキャンであってもよい。ただし、タクトタイムはそれだけ増えてしまう。
また、本実施の形態では、Y軸方向への移動距離はP/Sの整数倍であったが、ラップ部の幅の範囲で長短があってもよい。すなわち、本実施の形態は、k回目の塗布後のY軸方向への移動距離ykはk+1回目の塗布後のY軸方向への移動距離yk+1より小さくなる塗布である。なお、本実施の形態では、ヘッドモジュール間隔Pの間を全て塗布する際の最後のY軸方向の移動距離ytがヘッドモジュールの塗布幅Wmより小さくなる。また、言い換えると、塗布回数Sは、最後のY軸方向の移動距離ytとヘッドモジュール間隔Pから、{Int(P/yt)+1}で求めることができるともいえる。
また、本実施の形態の場合、一般性を失うことなく、k回目のスキャン動作後にY軸方向に移動させる距離は、Y軸方向のいずれか一方を正、逆方向を負として表すと、(−1)k-1{(S−k)・P}/Sであらわされる。または、(−1)k{(S−k)・P}/Sであってもよい。ただし、k≦(S−1)である。スキャン回数kが増えるに従い、分子は小さくなるので、インク吐出部は外側から内側に向かうスパイラル様のスキャン動作を行う。また、実施の形態2が常にP/Sだけ等距離の移動をするのに対して、本実施の形態ではY軸方向の移動(スキャン移動)の工程毎に移動距離が異なる。
また、本実施の形態のインク吐出部5の動きは、制御装置10に記録されているプログラムである吐出予定情報に基づいて制御装置10が駆動部、インク吐出部に指示を出力することで実施される。
(実施の形態4)
実施の形態3では、インク吐出部5はあたかも、外側から内側に向かってスパイラルを描くように往動および復動を行いながら塗布を行った。従って、これと逆の軌跡を辿っても同じ効果を得ることができる。
図16には、本実施の形態におけるヘッドモジュールの軌跡と塗布領域の概念図を示す。なお、図中の表現は図15の場合と同じである。
最初にインク吐出部5は初期位置133に設定される。そして次に最初の往動140でインクを塗布する。往路の最終端134まで塗布しながら移動すると、塗布領域200では、インクヘッドモジュールのある部分だけ各色のインクが塗布された状態になる。インクヘッドモジュール97は領域150を塗布した。
次に図16(b)を参照する。インク吐出部5は最終端134から、右Y軸方向にP/Sだけ移動する。インク吐出部5では、先にインクヘッドモジュール97が塗布した領域150の右端に掛かるように、インクヘッドモジュール97が右Y軸方向に移動したことになる。そして復動141しながらインクを塗布する。
この復動141によって領域151が塗布される。この領域151は、往動140で塗布された領域150に一部重なる。この重複塗布領域201は、実施形態3で説明したようにラップ部である。
次に図16(c)を参照する。X軸方向の塗布最終端135まで進んだインク吐出部5は、左Y軸方向へ2P/Sだけ移動する。インク吐出部5では、先にインクヘッドモジュール97が塗布した領域150の左端に掛かるように、インクヘッドモジュール97が右Y軸方向から戻ってきたことになる。そして2度目の往動142による塗布を行う。これを領域150から見ると、領域150左端にラップ部をつくりながら塗布142が行われる。
次に図16(d)を参照する。往動142の最終端136まで進んだインク吐出部5は右へ3P/Sだけ移動する。インク吐出部5では、先にインクヘッドモジュール97が塗布した領域151の右端に掛かるように、インクヘッドモジュール97が左Y軸方向から移動したことになる。そして、復動143による塗布を行う。これによって領域153が塗布される。これによって同じ色のヘッドモジュール間の距離Pの間にあるすべての画素が塗布される。
すなわち、最初の往動140よって塗布された領域150のいずれの端も、塗布されてから2回目のインク吐出部のスキャン動作でオーバーラップされる。従って、周囲に塗布された画素のない状態で長く放置される画素がなくなるので、乾燥ムラを抑制することができる。
なお、上記の説明では、同じ色のヘッドモジュール間隔をPとして、スキャン回数Sを4回で全領域が塗布できる場合を示したが、4回に限定される必要はない。ヘッドモジュールの塗布幅Wmより小さな移動量であれば、4回以上のスキャンであってもよい。ただし、タクトタイムはそれだけ増えてしまう。
また、本実施の形態では、Y軸方向への移動距離はP/Sの整数倍であったが、ラップ部の幅の範囲で長短があってもよい。すなわち、本実施の形態は、k回目の塗布後のY軸方向への移動距離ykはk+1回目の塗布後のY軸方向への移動距離yk+1より大きくなる塗布である。なお、本実施の形態では、ヘッドモジュール間隔Pの間を全て塗布する際の最初のY軸方向の移動距離ysがヘッドモジュールの塗布幅Wmより小さくなる。また、言い換えると、この場合塗布回数Sは、最初のY軸方向の移動距離ysとヘッドモジュール間隔Pから、{Int(P/ys)+1}で求めることができるともいえる。
また、本実施の形態の場合、一般性を失うことなく、k回目のスキャン動作後にY軸方向に移動させる距離は、Y軸方向のいずれか一方を正、逆方向を負として表すと、(−1)k-1(k・P)/Sで表わされる。または、(−1)k(k・P)/Sであってもよい。ただし、k≦(S−1)である。スキャン回数kが増えるに従い、分子は大きくなるので、インク吐出部は内側から外側に向かうスパイラル様のスキャン動作を行う。また、実施の形態2が常にP/Sだけ等距離の移動をするのに対して、本実施の形態ではY軸方向の移動(スキャン移動)の工程毎に移動距離が異なる。
また、本実施の形態のインク吐出部5の動きは、制御装置10に記録されているプログラムである吐出予定情報に基づいて制御装置10が駆動部、インク吐出部に指示を出力することで実施される。
(実施の形態5)
本実施の形態では、オーバーラップされる領域の処理について説明を行う。実施の形態1乃至4ではいずれもヘッドモジュールの端部で塗布された画素領域は、同じヘッドモジュール若しくは他のヘッドモジュールが再度通過する。このヘッドモジュールの端部による塗布は、形成されたインクジェットノズルの不均一さ、ヘッドモジュールの中央部と端部での吐出量の違い、塗布された画素の乾燥状態の違いなどで塗布ムラを作りやすい。
この塗布ムラを目立たなくするためには、塗布ムラの出現をできるだけ分散させるのが効果的である。そこで、このラップ部分では、画素への塗布を分散して行い、2回目以降のインク吐出部の通過による塗布でこの領域の画素への塗布が完了するようにする。本実施の形態では、このような考えに基づいたラップ部分の塗布方法を提供する。従って、本実施の形態のラップ部分の塗布方法は実施の形態1乃至4のいずれにも適用することができる。
図17には、ラップ部分の模式図を示す。塗布対象物はブラックマトリックスBMで仕切られた画素gsである。説明を簡単にするために、1つの色の画素だけを示す。ヘッドモジュールに搭載されたインクジェットヘッドには、複数個のノズルが形成されている。そして、1つの画素を塗布するには、ヘッドモジュール中の複数のノズルから吐出されるインクで塗布される。この複数のノズルは、1つのインクジェットヘッド中のノズルであってもよいし、複数のインクジェットヘッド中のノズルであってもよい。
そして、ヘッドモジュール中のノズルは、個々にON/OFFを行い、インクを吐出するか、塗布しないかを制御することができる。つまり、ある特定の画素を塗布したり、塗布しなかったりすることができる。そこで本実施の形態では、ラップ部分について、1回目のインク吐出部の通過で塗布する画素を乱数的に選択して塗布を行い、残りの画素については2回目のインク吐出部の通過で塗布を行う。
図17を参照して、領域160は1回目の塗布によってすべての画素を塗布する部分である。領域161は2回目の塗布によってすべての画素を塗布する部分である。領域162がオーバーラップする領域である。ここで、横線の画素は1回目で塗布する画素であり、灰色塗りつぶしの画素は2回目で塗布する画素である。ここで説明のため、ラップ部は3画素分で表した。
ラップ部162のうち、どの画素を1回目、2回目で塗布するかについては、乱数若しくは疑似乱数を用いた決め方であれば、特に限定されない。なお、ここで、疑似乱数とは、関数によって発生させた乱数をいう。例えば、ラップ部分に属する全ての画素について、1回目か2回目かをランダムに決めることで、実現することができる。また、1回目に塗布するか、2回目に塗布するかは制御部10以外のコンピュータを用いて決定し、制御部10が実行するプログラムに反映させてもよい。
また、このようなラップ部での塗布画素の決定は、塗布を行いながら実行してもよいが、予め決めておきプログラム(吐出予定情報)に反映させておいたほうが好ましい。また、ラップ部について1回目に塗布する画素をランダムに決定した吐出予定情報を用いて多数の塗布対象物に塗布を行ってもよい。また、塗布対象物毎に、またラップ部毎に1回目に塗布する画素を決め直しても良い。
ここでは、予めラップ部については、1回目に塗布される画素は予めランダムに決定され、制御部10が実行するプログラム(吐出予定情報)に反映されているものとする。すなわち、制御部10は、インク吐出部5の位置情報を取得したら、吐出予定情報に従って各ノズルにインクの吐出指示を送信する。
言い換えると、制御部10のメモリに記録されている吐出予定情報には、1回目に塗布する画素と2回目以降に塗布する画素がランダムに選択された状態に対応するようにインク吐出部5の位置情報と吐出指示の関係が記録されている。
このようにすると、本実施の形態も、図4の塗布のフローで塗布対象面の全面を塗布することができる。ただし、図4のフローにおいてY軸方向への移動は、実施の形態1だけでなく、2乃至4のいずれの方法でもよい。具体的に再掲すると、実施形態1および2の場合は、Y軸方向にP/Sずつインク吐出部を移動させたが、実施の形態3では、Y軸方向に3P/S、−2P/S、P/Sの順に移動させた。また、実施の形態4では、Y軸方向にP/S、−2P/S、3P/Sの順に移動させた。
以上のように、ラップ部分の画素については、予め何回目のスキャンによって塗布するかを決めておくことで、塗布が分散されるため、塗布ムラの発生を抑制することができる。なお、本実施の形態ではラップ部分はヘッドモジュールが2回通過するとして説明を行ったが、ヘッドモジュールの塗布幅とY軸方向への移動量によっては、2回以上ヘッドモジュールが通過する場合もある。その場合も、予め何回目のスキャンによって塗布されるかを決めておくことで、塗布ムラの発生を抑制することができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、ラップ部分の塗布の方法について、他の方法を示す。図18は、本発明の塗布方法によるラップ部分を示す。領域170は1回目の塗布によってすべての画素を塗布する部分である。領域171は2回目の塗布によってすべての画素を塗布する部分である。領域172乃至176の部分がオーバーラップする領域である。ここで、横線の画素は1回目で塗布する画素であり、灰色塗りつぶしの画素は2回目で塗布する画素である。
本実施の形態の方法では、ラップ部を複数に分割し、それぞれの領域の全画素数の何割を1回目に塗布するかを決める。図18では、ラップ部を均等に5つに分割し、それぞれの領域で1回目に塗布する画素の個数の割合をそれぞれ90%、70%、50%、30%、10%としている。図18では、それぞれの領域で10個の塗布すべき画素が見えている。従って、領域172では、9個の画素が1回目のスキャン塗布で塗布される。つまり横線の画素が9個ある。残りの1つは2回目のスキャン塗布動作で塗布されるので、灰色塗りつぶしの画素である。
同様に領域173では7個の画素、領域174では5個の画素、領域175では3つの画素、そして領域176では1つの画素が1回目のスキャン塗布動作の際に塗布される。次に各領域でどの画素を1回目に塗布するかについては、ランダムに選択する。ランダムな選択方法自体は特に限定されない。
例えば、ラップ部を分割した場合の画素の列をm列、X軸方向にn行あるとすると、この分割領域にはm×n個の画素が存在する。例えば、1回目で塗布する画素数が90%であるとすると、0.9×m×n個の画素を塗布することになる。これらの画素を左上から右下に向かって順に、番号をつけておき、m×n個の整数を乱数で順次発生させる。そして、発生した整数に該当する画素を順に0.9×m×n個選ぶことでランダムに選択された90%の画素を1回目に塗布する画素とすることができる。
他の領域についても同様の手順によって1回目に塗布する画素を決めることができ、残りの画素は2回目に塗布する画素となる。このようにラップ部を複数に分割し、それぞれの分割された領域で塗布する割合を変化させることで、ラップ部分のムラをさらに目立ちにくくすることができる。
なお、ラップ部の領域の分け方や、それぞれの領域でどれだけの画素を1回目で塗布するかについては、特に制限はない。塗布対象物に求められる仕様により変わるものだからである。
また、制御装置10のメモリに記録されている吐出予定情報には、塗布対象物の特定の領域を前記Y軸方向に複数の分割領域に分割し、分割領域毎に1回目と2回目以降に塗布する画素の個数を予め定めた割合で定め、分割領域毎に個数分の前記画素をランダムに選択された状態に対応するようにインク吐出部の位置情報と吐出指示の関係が記録されている。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
本発明の実施の形態1の実施例として、
W=25.4(mm)
N=360(個)
M=5(段)
S=4(回)
とすると、1インチあたりのノズル数で示す解像度は、W(mm)×N/25.4×M=1800(dpi)であり、ピッチPの範囲は次のようになる。
50.8(mm)<P<101.6(mm)である。
本発明に係るカラーフィルタ製造装置を示す斜視図である。 本発明に係るカラーフィルタ製造装置の要部を示す平面図である。 インク吐出部の平面概略図である。 ヘッドブロックの平面概略図である。 カラーフィルタの形成対象となるガラス基板の平面図である。 本発明に係るカラーフィルタ製造装置の動作概要を示すフローチャートである。 図6における塗布動作を詳しく示すフローチャートである。 塗布時におけるスキャン動作を説明するための図である。 塗布時におけるスキャン動作を更に詳しく説明するための図である。 ヘッドモジュールを千鳥状に配置したインク吐出部の平面図である。 図10のインク吐出部がX軸方向のスキャン塗布毎にY軸方向にP/Sだけ移動する様子を説明する図である。 ヘッドモジュールを千鳥状に配置することでヘッドモジュールの端で塗布された画素も周囲に塗布された画素が存在する様子を示す図である。 異なる色のヘッドモジュールの塗布領域が重なるようにしたインク吐出部の平面図である。 図13のインク吐出部で塗布したときに生じるラップ部を説明する図である。 インク吐出部を外から内にスパイラル状に移動させ塗布する様子を示す図である。 インク吐出部を内から外にスパイラル状に移動させ塗布する様子を示す図である。 ラップ部の画素をランダムに選択して塗布する様子を示す図である。 ラップ部を複数の領域に分割してさらにランダムに画素を選択し塗布する様子を示す図である。 従来のヘッドブロックの平面概略図である。
符号の説明
1 カラーフィルタ製造装置(塗布装置)
2 機台
3 吸着ステージ
4 塗布ガントリー
5 インク吐出部
6 カメラガントリー
7 アライメントカメラ
8 スキャンカメラ
9 基板搬送ロボット
10 制御装置
31 載置面
32 真空吸着孔
33 リフトピン孔
34 リフトピン
41 支柱部
42 水平枠部
43 第1リニアモータ
44 サーボモータ機構
45 第2リニアモータ
50R、50G、50B ヘッドブロック
51 インクジェットヘッド
52 ヘッドモジュール
54 インクジェットノズル
55 ノズル群
62 水平枠部
63 第4リニアモータ
64 第3リニアモータ
91 モータ
92 アーム
93 可動支持台
45 第2リニアモータ(ヘッドブロックシフト手段)
50 ヘッドブロック
51 インクジェットヘッド
52 ヘッドモジュール
54 インクジェットノズル
70R、70G、70B ヘッドモジュール
77 、78 ヘッドモジュールの塗布領域
79 領域77の端の画素
80、81 領域78の端の画素
85 異色のヘッドモジュール間の塗布領域が重なる部分
88 重複塗布領域
97 注目するヘッドモジュール
98 ヘッドモジュール97の左隣のヘッドモジュール
103〜106 インク吐出部の位置
110〜113 インク吐出部の移動
120〜123 塗布される領域
133〜136 インク吐出部の位置
140〜143 インク吐出部の移動
150〜153 塗布される画素
160、161 同時に塗布される領域
162 ラップ部
170、171 同時に塗布される領域
172〜176 ラップ部
200 塗布領域
201 ラップ部
gs 画素(被塗布箇所)
K ガラス基板(基板)
X軸方向(スキャン方向)
Y軸方向(スキャン直交方向)

Claims (14)

  1. 複数個のノズルが形成されたヘッドを複数個合わせて構成され、塗布幅Wmを有するヘッドモジュールを配置したインク吐出部が、
    インクが塗布される複数個の画素からなる塗布対象物の上方を前記ヘッドモジュールの配置方向であるY軸方向と直交するX軸方向に移動しながら前記ノズルからインクを吐出して塗布を行い、
    次に前記インクの吐出を停止して前記Y軸方向に移動する動作を繰り返し行うことで、前記塗布対象物の所定の領域を塗布する塗布方法であって、
    前記インク吐出部は一の色のインクを吐出するヘッドモジュールが前記Y軸方向に所定ピッチPで配置され、
    前記一の色と異なる色のインクを吐出するヘッドモジュールが前記X軸方向に並置され、かつ前記Y軸方向に前記塗布幅Wm以下の距離だけずれて前記所定ピッチPで配置されており、
    前記インク吐出部が前記X軸方向に移動しながら所定の画素にインクを塗布するスキャン塗布工程と、
    前記インク吐出部が前記Y軸方向に移動する移動距離yは前記スキャン塗布工程毎に異なり、
    前記ヘッドモジュールの塗布幅Wmより小さい移動を含むスキャン移動工程を有する塗布方法。
  2. 前記スキャン移動工程は前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より小さく、最後の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい請求項に記載された塗布方法。
  3. 前記スキャン移動工程は、
    前記スキャン塗布工程によって前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最後の移動距離yと前記所定のピッチPとから求めたP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
    前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立するk回目の移動距離が(−1)k−1{(S−k)P}/Sで表わされる移動である請求項に記載された塗布方法。
  4. 前記スキャン移動工程は前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より大きく、最初の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい請求項に記載された塗布方法。
  5. 前記スキャン移動工程は、
    前記スキャン塗布工程によって前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最後の移動距離yと前記所定のピッチPとからP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
    前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立するk回目の移動距離が(−1)k−1(kP)/Sで表わされる移動である請求項に記載された塗布方法。
  6. 前記塗布対象物の特定の領域を
    前記ヘッドモジュールの塗布幅の一部が重複して通過するラップ部に属する画素に対して、1度目の前記スキャン塗布工程で塗布される画素と、2度目以降の前記スキャン塗布工程で塗布される画素をランダムに選択する工程をさらに有し、
    前記スキャン塗布工程は前記選択する工程によって選択された前記画素を塗布する工程を含む請求項1乃至のいずれか1の請求項に記載された塗布方法。
  7. 前記ランダムに選択する工程は、
    前記ラップ部を前記X軸方向に複数の分割領域に分割し、
    前記分割領域毎に1回目と2回目以降に塗布する画素の個数を予め定めた割合で定め、
    前記分割領域毎に前記個数分の画素をランダムに選択する工程である請求項1乃至のいずれか1の請求項に記載された塗布方法。
  8. 塗布対象物を保持し、X軸方向および前記X軸方向に直交するY軸方向を有するステージと、
    複数個のノズルが形成されたヘッドを複数個合わせて構成され、一の色のインクを吐出する塗布幅Wmを有するヘッドモジュールが前記Y軸方向に所定ピッチPで配置され、前記一の色と異なる色のインクを吐出する塗布幅Wmを有するヘッドモジュールが前記X軸方向に並置され、かつ前記Y軸方向に前記塗布幅Wm以下の距離だけずれて前記所定ピッチPで配置されているインク吐出部と、
    前記インク吐出部を前記X軸方向および前記Y軸方向に移動させる駆動手段と、
    前記インク吐出部の位置情報を検出する位置検出手段と、
    前記インク吐出部と前記駆動手段と前記位置検出手段に接続され、
    前記インク吐出部を前記X軸方向に移動させるX軸方向移動指示と、
    前記インク吐出部を前記Y軸方向に移動させるY軸方向移動指示と、
    前記ノズルからインクを吐出させる吐出指示と、
    前記インク吐出部のX座標とY座標と前記吐出指示の関係および前記Y軸方向移動指示を出力するタイミングを示す吐出予定情報を有する制御部を有し、
    前記Y軸方向移動指示は
    前記インク吐出部の前記X軸方向の移動の度に、前記Y軸方向の移動距離yが異なる移動指示であり、前記移動距離yが前記塗布幅Wmより少ない移動指示を含む塗布装置。
  9. 前記Y軸方向移動指示は、前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より小さく、最後の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい移動指示である請求項に記載された塗布装置。
  10. 前記Y軸方向移動指示は、
    前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最後の移動距離yと前記所定のピッチPとから求めたP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
    前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立する前記インク吐出部のk回目の前記Y軸方向への移動距離が(−1)k−1{(S−k)P}/Sとなる移動指示である請求項に記載された塗布装置。
  11. 前記Y軸方向移動指示は、前記所定のピッチPの幅の領域を塗布する際のk回目の移動距離yがk+1回目の移動距離yk+1より大きく、最初の移動距離yが前記塗布幅Wmより小さい移動指示である請求項に記載された塗布装置。
  12. 前記Y軸方向移動指示は、
    前記所定ピッチPの間を塗布する回数であって、前記最初の移動距離yと前記所定のピッチPとから求めたP/yの整数部に1を加算して決まる回数をSとして、
    前記Y軸方向の一方の方向を正の方向、他方の方向を負の方向としたときにk≦(S−1)なる関係が成立する前記インク吐出部のk回目の前記Y軸方向への移動距離が(−1)k−1(kP)/Sとなる移動指示である請求項11に記載された塗布装置。
  13. 前記吐出予定情報の前記インク吐出部のX座標とY座標と前記吐出指示の関係は、
    前記塗布対象物の特定の領域に属する画素のうち、1回目に塗布する画素と2回目以降に塗布する画素がランダムに選択された状態に対応した関係である請求項乃至12のいずれか一の請求項に記載された塗布装置。
  14. 前記吐出予定情報の前記インク吐出部のX座標と前記吐出指示の関係は、
    前記塗布対象物の特定の領域を前記Y軸方向に複数の分割領域に分割し、
    前記分割領域毎に1回目と2回目以降に塗布する画素の個数を予め定めた割合で定め、
    前記分割領域毎に前記個数分の前記画素をランダムに選択された状態に対応した関係である請求項乃至13のいずれか一の請求項に記載された塗布装置。
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