JP5475957B2 - 塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、装置内の所定の位置に保持された塗布対象物に対して、複数の吐出ノズルを有する塗布ヘッドによって着色材料などの塗布すべき材料を吐出する塗布装置及び塗布方法に関する。特に塗布対象物の塗布領域が小区画（画素と呼ぶ）に分割されたその小区画に多色の着色材料を吐出・充填する場合等に大きな効果を期待できる。

最近の情報端末の画像表示技術の進展には目を見張るものがあり、大画面のものや、或いは小型の画面でも、非常に高い精細度の映像表示機器（ディスプレイ）が製造、実用化されている。そのような状況の中、低コストで高品位な画像表示を可能とするディスプレイに対する要求が強い。こうした要求に応えるディスプレイのキーデバイスとして、カラーフィルタがあり、そのカラーフィルタの製造方法・装置にも様々な工夫が取り入れられている。

そうしたカラーフィルタの製造方法・装置に関する従来のコーティング技術では、塗布対象物であるガラス基板等に、遮光機能を果たす種々の材料によってマトリクス状に遮光部を形成した塗布対象物において、そのマトリクス状の遮光部のマス目（小区画である塗布領域「画素」）の中に着色材料を充填してカラーフィルタとしての機能を実現している。

最近では、その塗布対象物の「画素」に着色材料を充填する方法として、複雑な工程に頼らざるを得なかった従来のコーティング技術に代わり、「画素」に着色材料を吐出・充填するインクジェットヘッドを装備した塗布装置によって塗布対象物であるマトリクス状に遮光部を形成したガラス基板等上に、カラーフィルタの機能を実現するための必要な原色数の着色材料をインクジェットヘッドに形成されたインクジェットノズルから吐出・充填してカラーフィルタを製造する方法が提案されている。

このインクジェットヘッドを搭載した塗布装置を用いて着色材料等を吐出・充填する場合、大画面のカラー液晶ＴＶ、プラズマＴＶ或いはその他のディスプレイ機器向けの大型のカラーフィルタや、或いは小画面の情報端末用のディスプレイなど小型のカラーフィルタでも一枚の基板から大量に分割してカラーフィルタを得ようとする場合、一度に大きな面積である塗布対象物に大きく拡がり形成された多数の画素に着色材料等を吐出・充填する必要がある。

こうした大きな面積を持つ塗布対象物としてのカラーフィルタの生産において迅速に、効率的に、全ての画素へ着色材料の吐出・充填を完了させるには、複数のインクジェットヘッドを直線的に長く搭載した有効塗布幅の大きなインク吐出部を持った塗布装置であれば、インク吐出部とガラス基板間の相対的な、少ない移動回数でガラス基板等の全ての画素に着色材料を吐出・充填することで可能である。

また、個々の画素に着色材料を吐出・充填することを短時間で完了するには
１）１つのインクジェットノズルからの１回に吐出する量を大にする
か、或いは
２）画素に対応するインクジェットノズルの数を増やす（＝高密度に配列する）
という２つの選択肢がある。

しかし、１）の一度に大量の着色材料を吐出する方法では
カラーフィルタの画素の縦横寸法が百ミクロン単位と小さなもので、さらにマトリクス状の遮光部の隔壁の高さも数μｍ程度と低いので、着色材料が１つの画素から隣接する画素に溢れ出てしまい、色違いの区画が隣接していれば「混色」の原因に、また同じ色であっても乾燥工程後の着色剤充填部の厚みに差が発生して、カラーフィルタの部分的な「透過光量の差」となって品位低下に、或いは不良品と判定される低レベルの着色材料の塗布にとなってしまい、実用的でない。

従って、２）の微量の着色材料を吐出するインクジェットノズルを高密度に配列する方策が選択肢として残る。

その方策の一つとして特許文献１では、ノズル数が少ない横幅の複数の小さなインクジェットヘッドそれぞれを、同じ角度に傾けて配列・配置して支持手段に装着する。それによって塗布装置の走査方向に直角な方向のインクジェットノズルの実効配列密度を高め、ノズル間ピッチを画素（引例呼称；フィルタエレメント）の隣接画素間ピッチに一致させる等などによって、画素への着色材料の吐出・充填に必要なインクジェットノズルの配列密度を実現する方法が開示されている。
これによって、ノズル数の多い大きな幅の１つのインクジェットヘッドを走査方向に直角な方向に同じ傾き角斜を持たせた場合と比べると、同じ塗布幅の実現するに当りインクジェットヘッドの走査方向の寸法を小さくすることができ、結果として同じ塗布に必要な走査距離で比較すると装置の総走査距離が短く、製造時間を短縮できるとしている。

また、特許文献２では、個々のインクジェットヘッドに備えられたノズル間の吐出量のバラツキよってカラーフィルタに色ムラや筋ムラが発生することを解消するための対策として、
直線的にインクジェットヘッドを繋ぐ、或いは隣接する一組のインクジェットヘッドを走査方向にずらしてその端部を重ね合うように並列に配置して一つの長尺ノズル列とする。

その長尺ノズル列を複数組用意し、それぞれの長尺ノズル列を走査方向に直角な方向に、長尺ノズル列の繋ぎ（重ね合わせ）部分をずらして並列に配置し、１つの画素の領域を走査するノズルを複数とする構成を開示している。
これによって、１つの画素に複数のインクジェットヘッドのノズルから着色材料の吐出・充填を行なうので、インクジェット個体のノズルからの吐出量のバラツキが低減され、色ムラや筋ムラの発生が抑えることができるとしている。

特開２００２−２７３８６８号公報 特許第３９２５５２５号公報

しかし、特許文献１の方法については、特許文献２で開示されたように、複数のインクジェットヘッド（引例；液滴吐出ヘッド）間で吐出量に多少のバラツキが生じるのが避けられないため、例えば、あるインクジェットヘッドによって着色材料（引例；液状材料）を吐出・充填された画素では色が濃くなり、他のインクジェットヘッドによって着色材料を吐出・充填された画素では色が薄くなるなどして、パネル内に色ムラを生じるという問題があった。

本発明者等は、吐出量のバラツキの要因を探る中で、個々のインクジェットノズルから吐出された着色材料の量に注目した。その結果、個々のインクジェットノズルからの吐出する量は、同時に作動する近傍のインクジェットノズルの吐出による影響を受け、そのインクジェットノズルから単独で着色材料を吐出した場合に比べ５〜１０％程度吐出する着色材料の量が増加し、それによる透過光量の差や色ムラが大きいことを確認した。
こうした影響を特許文献２の方法で避けるには、多くの長尺ノズル列を準備し、それらを何重にも並列配置して、１つの画素に多くのインクジェットヘッドから着色材料を吐出・充填させることが必要になり、それをカラーフィルタに用いる原色の数だけ備えるのは経済的、実用的ではない。

本発明者等は、また従来方式のコーティング技術等を含めた自社のカラーフィルタ生産の経験から、透過光量の差や色ムラの低減には、評価尺度である「色度」の許容値を規定の値に抑えることにより実用化が可能であり、カラーフィルターとしての「色度」の許容値が、有効領域全体において１０００分の３であり、この「色度」の許容値を実現するには個々の画素に吐出・充填される着色材料の塗布量バラツキの許容値を３％以下にすることであることを確認している。
本発明は、これをカラーフィルタの目標仕様とし、その仕様を満足して色ムラや筋ムラのない画素への着色材料の吐出・充填が可能である塗布装置・方法を実現することを目的としている。

本発明は、上記した問題に鑑み、
複数の吐出ノズルを有した塗布ヘッドにより、塗布対象物に前記吐出ノズルによって塗布材を微量の液滴として塗布する装置であって、制御装置の制御により
前記塗布ヘッドが対象物と相対移動し、対象物に塗布材を供給して、前記塗布ヘッドの有効幅以上の領域を塗布する工程において、
塗布領域の一部を塗布ヘッドの走査方向に直角な方向の移動により、端部を重複走査する重ね塗りとし、
重複部分では、吐出を行う吐出ノズルの位置を分散させながら、前記塗布ヘッドの端に向け、一画素に対する塗布材の充填量に段階的な傾斜を設け、
少なくとも１往復以上の塗布ヘッドの走査により対象物全有効域に塗布材を均一に塗布することを特徴とする構成としている。
また、前記重複する領域の幅が、少なくとも塗布ヘッドの全吐出ノズルの両端に位置する相対吐出量の低い吐出ノズルの塗布領域の幅、及び／或いは少なくとも３画素以上である構成としている。

本発明によれば、塗布対象物有効域全面で色ムラが少なく、均一に塗布材を塗布することができ、また塗布ヘッドの走査方向に沿った直線的な塗布量のバラツキによる筋ムラが発生することもない塗布が実現できる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を、塗布対象物としてカラーフィルタ用ガラス基板、塗布ヘッドとして多数のノズルを持つインクジェットヘッドの複合体を用いる実施形態ついて、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）３色のインクを用いたカラーフィルタを生産する装置及び方法によって説明する。
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はインクジェットヘッドの配列の一例を示す平面概略図、図４はインクジェットノズルの配列を説明する平面図である。

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の紙面手前側を上流とし、紙面奥側を下流とする。図２では紙面右側が上流、紙面左側が下流となる。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。

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、マトリクス状の遮光部を形成したガラス基板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、図示しない吸引ポンプに接続されガラス基板などに負圧を与える複数の吸着孔３２と複数のリフトピン孔３３が形成され、リフトピン孔３３には上下動可能なリフトピン３４とが備えられている。そしてガラス基板Ｋは基板搬送ロボット９によって、リフトピン３４上に搬送され、そのリフトピン３４の緩やかな降下後、載置面に吸着孔３２からの負圧で固定される。
吸着ステージ３はまた、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。

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の両端にＸ軸に沿って互いに平行に取り付けられる。

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リニアモータ或いはボールネジによる駆動機構等で構成するサーボモータ機構４４によりＺ方向に昇降可能とされる。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Ｙ方向に沿って取り付けられる。

図３に示すインクジェットヘッドの配列の一例によったインク吐出部５は、赤（R）、緑（G）、青（B）の着色材料のいずれかを塗布するためのものであり、特には図示していないが、他の着色材料を塗布するためのインク吐出部５も並行に設けられている。

図３の例では、ＲＧＢ各色ごとのインク吐出部５は、インクジェットヘッド５１を５つ並列に配置した５段で一つの列を構成し、段を構成するインクジェットヘッド５１を３段と２段と２分割して、それらを千鳥状に６列配備した合計３０ヘッドで構成している。

図４は１つのインクジェットヘッド５１と並列或いは隣接するインクジェットヘッド５１それぞれのインクジェットノズル５２が配置される配列ピッチＰの関係を示す説明の図である。図のように、インクジェットヘッド５１に設けられたインクジェットノズル５２が、列をなす５つのインクジェットヘッド５１の５つのインクジェットノズル５２それぞれが、端から整然とピッチＰ分ずれた位置に配置されている。
さらに、その列の他端にあるインクジェットノズル５２から、隣接する列の端のインクジェットノズル５２が、ピッチＰで配置されるという位置関係を示している。
つまり個々の列をなすインクジェットヘッド５１のインクジェットノズル５２の間においても、また塗布幅を確保する為に走査方向に直角な向きに直線的に隣接する２つの端のインクジェットヘッド５１の間においても、全てがピッチＰで配置される。
これにより、有効塗布幅全体に隙間なく、必要なピッチＰの配置でインクジェットノズル５２が存在する。

図１に戻って、カメラガントリー６にはアラインメントカメラ７、スキャンカメラ８が機台２上の測定基準位置に調整した上でカメラガントリー６に装着・固定されており、アラインメントカメラ７によってガラス基板Ｋ上に付されたアライメントマーク（図５参照）を読み取り、基準点からのズレを計測して機台２上のガラス基板ＫのＸＹ平面における角度のズレを計算し、計算結果に基づいて吸着テーブル３を回転させることにより、ガラス基板Ｋのアラインメントと、ガラス基板の持つ画素配置の位置情報などからガラス基板の原点補正を達成することができる。

また、カメラガントリー６には、ガラス基板Ｋに着弾した着色材料を検出・計測するスキャンカメラ８を装着・保持することがより好ましく、このスキャンカメラ８は、カメラガントリー６上を、Ｙ方向、Ｚ方向に往復移動可能に装着され、駆動される。

なお、スキャンカメラ８に代えて二次元ＣＣＤカメラを採用することによれば、ガラス基板Ｋに着弾した液滴を、ガラス基板Ｋ表面におけるその直径から面積を演算し、徐々に高さを一定のステップで上げて、それぞれの面積を演算することにより、液滴の体積を算出することが可能であり、その着色材料を吐出したインクジェットノズルごとに着色材料の吐出量を精度高く計測・演算することができる。

次に、図５から図８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Ｋの画素配列のイメージ図、図６Ａ，Ｂは本発明に係るカラーフィルタ製造装置の概略動作を示すフローチャート、図７は塗布量を段階的に傾斜を持たせたインクジェットノズル選択の一例を示す図、図８はインク吐出部５の有効塗布幅の境界付近の画素に、１つの色についてその着色材料の吐出・充填を段階的な傾斜を設けて２回の吐出で充填されるイメージ図である。

カラーフィルタを作成しようとするガラス基板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を形成するマトリクス状の遮光部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、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が載置されている状態として説明を進める。
動作は特別な説明がある場合を除き、制御装置１０の制御に基づき駆動制御される。

〔ガラス基板搬入（ステップＳ１）〕
まず基板搬送ロボット９は、可動支持台９３を駆動してガラス基板Ｋを吸着ステージ３の真上に搬送する。並行して機台２の吸着ステージ３の載置面３１では、リフトピン孔３３からリフトピン３４を上昇し、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。
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、ガラス基板Ｋが降下して載置面３１に到達したとほぼ同時に、吸引ポンプによって真空吸着孔３２に負圧を発生させ、ガラス基板Ｋを載置面３１上に負圧により吸着保持する。

〔ガラス基板位置決め（ステップＳ２）〕
ガラス基板Ｋの吸着ステージへの吸着が終えた後、第１リニアモータ４３によってアラインメントカメラ７をアラインメントマークＭ１の上方に移動する。
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に送り、送られた画像データを画像処理してアライメントマークＭ１のそれぞれの座標を算出し、ガラス基板Ｋの機台２上のＸＹ平面における角度のズレと、ガラス基板Ｋの原点位置を算出補正する。
ガラス基板Ｋの角度のズレは図示しない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の角度ズレの修正を行う。

〔塗布前準備（ステップＳ３）〕
第１リニアモータ４３は、塗布ガントリー４を移動させてインク吐出部５が、ガラス基板Ｋにおける上流側の塗布開始位置に合わせる。続いて、サーボモータ機構４４は、インクジェットノズル５２の吐出口とガラス基板Ｋの表面との隙間が０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の微少間隔となるように、インク吐出部５を降下させる。

次に、塗布動作を詳細に説明する
〔着色材料塗布（ステップＳ４）〕
本発明に係るカラーフィルタ製造装置１のガラス基板Ｋにおける全画素ｇｓに対して、目的色の着色材料を塗布する一連の動作は、図８Ａに示す大きな矢のように上流から下流への往動の走査による塗布、隣接塗布区画へ移るＹ軸方向移動、そして図８Ｂに示す大きな矢のように下流から上流に向かう復動の走査による塗布により、インクジェットヘッド５１から着色材料をガラス基板Ｋに吐出・充填して塗布動作を終了する。
以下にさらに詳しく説明する。

〔往動による塗布〕
第１リニアモータ４３の駆動により、塗布ガントリー４を往動させる。これによりインク吐出部５は、図８Ａの矢に示すように、インクジェットノズル５２の吐出口とガラス基板Ｋの表面とが微少間隔を保ち移動する。制御装置１０は、塗布目的とする画素ｇｓに、所定の色の着色材料を所定タイミングで所定量の着色材料を吐出するように、インク吐出部５に指令を送る。これによって、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、適正量の着色材料が塗布される（図６ＢのステップＳ４２，Ｓ４３参照）。

この往動による塗布では、制御装置１０の指令によってインクジェットヘッド５１のインクジェットノズル５２からの着色材料の吐出により着色材料が塗布された画素の充填量は、図８Ａのように重複塗布領域にあるインク吐出部５の塗布幅において黒白濃淡で判るように、端に向かって段階的に傾斜を設けている。この図では示していないが、他の色も同じように、ほぼ同時に塗布される。

〔往動塗布終了後のインク吐出部のＹ方向シフト〕
第１リニアモータ４３の駆動により、塗布ガントリー４がガラス基板Ｋ上を所定の塗布有効領域の終端、或いは塗布ガントリー４の移動端まで移動して停止する。
その後、第２リニアモータ４５の駆動によりインク吐出部５をＹ方向に移動させる。

この移動量は、少なくとも塗布有効幅Ｗが復路走査で段階的な傾斜を設けて塗布された画素を含む領域を重複して走査し、着色材料を吐出・補完して所定量を充填する位置へとインク吐出部５をＹ方向へ移動させる距離となる。

〔復動による塗布〕
第１リニアモータ４３の駆動により、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８Ｂの矢に示すように下流から上流に、往動時と同じようにインクジェットノズル５２の吐出口とガラス基板Ｋの表面とが微少間隔を保ち移動する。

制御装置１０は、塗布対象である画素ｇｓに、所定の色の着色材料を所定タイミングで所定量の着色材料を吐出するように、インク吐出部５に指令を送る。これによって、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、段階的な傾斜を設けた量とした領域も含め全ての有効画素に、総量で所定量となる着色材料が塗布される（図６ＢのステップＳ４２，Ｓ４３参照）。
こうして上流から下流への１回の往復走査ですべての画素へ、着色材料を所定量充填することができる。

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、機台２のＸ軸原点まで移動し、塗布ガントリー４の走行を停止させる。
その後、第２リニアモータ４５の駆動により、インク吐出部５を初期位置まで戻して終了する（ステップＳ４５参照）。

本発明によるカラーフィルタへの着色材料の塗布では、対象の塗布領域の一部を、塗布ヘッドの走査方向に直角な方向の移動により端部が重複走査する重ね塗りとし、
重複部分で前記塗布ヘッドの端に向け、吐出ノズルの吐出量に段階的な傾斜を設け、
少なくとも１往復以上の塗布ヘッドの走査により対象物全有効域に塗布材を均一に塗布することができる。

この場合の、重複する領域の幅が、少なくともインク吐出部の全吐出ノズルの両端に位置する相対吐出量の低い吐出ノズルの塗布領域の幅、及び／或いは少なくとも３画素以上であることが好ましい。

次に、本発明の塗布装置により塗布領域全面にわたり均一に塗布する仕組みを実施例をもとに説明する。

本発明の実施例として、代表的な３７インチサイズの高精細テレビ受像機に対応できる幅１８０μｍ、長さ５３０μｍの大きさの画素に、インク吐出部５を搭載した塗布ガントリー４の１回の往復走査によって、塗布領域の一部を塗布ヘッドの走査方向に直角な方向の移動により、端部（本実施例では４つの画素）を重複走査する重ね塗りとし、重複部分で前記塗布ヘッドの端に向け、吐出ノズルの吐出量に段階的な傾斜を設け、塗布領域内のカラーフィルタとして有効な領域の全画素に所定量の着色材料を吐出・充填することとして説明する。

この場合、微小な液滴で、１００万を越える上記した大きさの画素に３色それぞれの着色材料を塗布することから、インクジェットノズル５２の密度にもそれに対応した密度が必要であり、この場合にはインクジェットノズル５２の配列密度を１８００ｄｐｉとして、１つのインクジェットノズル５２からの着色材料１発（滴）の吐出量を３０ｐｌ（ピコ・リットル）として５０発、合計１５００ｐｌの着色材料を、ガラス基板Ｋにマトリクス状の遮光部を形成したガラス基板Ｋのそのマス目＝画素の中に吐出・充填してカラーフィルタを製造することとしている。

そして、インク吐出部５の有効塗布幅をカラーフィルタ有効画素領域の幅Ｗの１／２に加え、インク吐出部の全吐出ノズルの両端に位置する相対吐出量の低い吐出ノズルの塗布領域の幅、及び／或いは少なくとも画素３つの幅寸法分以上大きい幅としている。
１８００ｄｐｉのインクジェットノズル５２の配列ピッチＰは、１４．１１μｍとなるが、この１４．１１μｍというピッチの値は、現状の基本的なインクジェット方式によるインクジェットノズル５２を構成する部材寸法・機構上等の制約から１つのインクジェットヘッド５１で実現することが困難である。そこで、この１４．１１μｍのピッチを、５つ（段）のインクジェットヘッド５１で実現する。

つまり１つのインクジェットヘッド５１に形成されるインクジェットノズル５２の配列間隔は、１４．１１μｍの５倍の７０．５６μｍ（３６０ｄｐｉ）で準備する。
その５つのインクジェットヘッド５１のそれぞれのインクジェットノズル５２をピッチ１４．１１μｍづつずらした配置として１つの列を構成している。
さらに、その列相互の端のインクジェットノズル５２の配列も間隔１４．１１μｍとして連続した配列としてインク吐出部５の塗布幅と配列密度を確保する。

画素ｇｓへの着色材料の吐出・充填に関しては、インクジェットノズル５２から吐出された着色材料の液滴が、基板上に形成されたマトリクス状の遮光部の隔壁に乗り上げて隣接する画素ｇｓに溢れるなどにより双方の画素ｇｓの充填量が所定の量から外れたり、或いは隔壁を乗り越えて隣接する画素ｇｓの着色材料と混じって混色が発生する等の問題への対応が重要となる。

本発明者等は、事前のインクジェットノズル５２から吐出された着色材料の液滴の計測で、基板への飛翔中の液滴の直径が平均すると４０μｍであると確認したことから、本実施例では、画素ｇｓの縦横の縁から着色材料の飛翔中の液滴の半径である２０μｍの位置より外側の区域を吐出禁止領域とし、画素ｇｓの長手方向で４９０μｍ、短手方向で１４０μｍの範囲にインクジェットノズル５２からの着色材料の液滴を飛翔・着弾させるよう着色材料の吐出を制御する。以下ＲＧＢどれか１つの色についての塗布を説明する

画素の短手方向の１４０μｍの範囲に液滴を着弾させるには、塗布ガントリー４の走査（移動）速度と、塗布ガントリー４と着色材料を着弾させる画素ｇｓとの相対位置関係と、により着色材料の吐出タイミングを設定することで精度良く着弾させることができる。したがって塗布ガントリーの速度は、精度を維持する範囲であって、生産性が許容する範囲で設定する。

一方、画素の長手方向の着段位置の制約は、目標となる画素ｇｓの長手方向の４９０μｍの幅の上を通過するインクジェットノズル５２から画素に着色材料を吐出・充填すること必要であること。したがって、その４９０μｍの範囲を通過するインクジェットノズル５２に吐出・塗布の動作指令を行なうよう制御をする。

着色材料を吐出・充填することが可能な画素領域内の幅４９０μｍの間に入るインクジェットノズル５２の数は、インクジェットノズル５２の配列ピッチが１４．１１μｍであることから、３４個となる。

この３４個のインクジェットノズル５２で画素ｇｓへの着色材料の吐出・充填する量は前述のように総量で１５００ｐｌである。本発明では画素ｇｓのうち、一部（本実施例では４つの画素）を２回の着色材料の吐出・充填で所定の総量を充填する。その２回に分けて充填する画素ｇｓへの着色材料の吐出量を、１回目は所定の充填量に対して段階的な傾斜を設けた２０，４０，６０，８０％の量、２回目は反対に８０，６０，４０，２０％の量により、対象となる画素ｇｓに対し２回の吐出・充填する量の組合わせとして充填する場合を詳述する。

この２回の着色材料の吐出による充填量の段階的な傾斜を設けた充填量の調節は、本実施例では、個々のインクジェットノズル５２からの吐出量を制御するのでなく、画素ｇｓへの吐出を行なうインクジェットノズル５２の数を制御して行なう。その割合は、対象となる総数が３４個であるから７，１４，２０，２７個のインクジェットノズル５２を図７のように適度に分散させて選択し、そのインクジェットノズル５２から所定の着色材料の吐出・充填をすることで実現する。

さらに詳細に説明すると、この３４個のインクジェットノズルから吐出するノズルの選択を図７のように
１）５つおきに計７個。 これをＡ群
２）１）に加え１）のノズルから１つ飛ばしたノズルで計１４個。 これをＢ群
３）２）の選択の反転したノズル選択。 計２０個。 これをＣ群
４）１）の選択の反転したノズル選択。 計２７個。 これをＤ群
として、
往動（Ｘ方向の上流から下流への１回の走査）ではインクジェットヘッドの配列の終端で重複塗布する位置の画素に対しては端からＡ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群のインクジェットノズルを選択して着色材料を吐出させる制御を実行し、その他の画素に対しては所定の量（１５００ｐｌ）を吐出させて、塗布ガントリー４の移動によりインク吐出部５をＸ方向に上流から下流に走査し、印字指令が与えられたインクジェットノズル５２からの吐出・充填が行なわれて塗布すべき領域の端まで移動させる（図８Ａ）。

その後、インク吐出部５をＹ方向へと移動する。その移動量は、少なくとも４つの着色材料の塗布の量を段階的に傾斜を設けた画素ｇｓの幅を重複する位置への移動量とする。インク吐出部５をＹ方向へと移動させた後、塗布ガントリー４をＸ方向に下流から上流へ走査させる。
そして、復動（Ｘ方向の下流から上流への走査）では、重複部分の４つの画素では塗布すべき所定の量（１５００ｐｌ）の着色材料へ、段階的に傾斜を設けた吐出・充填量を補完し、その他の画素には所定の量（１５００ｐｌ）を吐出する。補完する吐出・充填量は、具体的には、往路でＡ、Ｂ，Ｃ，Ｄ群のノズル選択により塗布されたそれぞれの画素に、Ａ群で塗布された画素にはＤ群の、Ｂ群で塗布された画素にはＣ群の、Ｃ群で塗布された画素にはＢ群の、Ｄ群で塗布された画素にＡ群のノズル選択となるよう、制御指令を受けた対応するインクジェットノズル５２からの着色材料の吐出・充填を行なう。重複塗布を行なう４つの画素は、こうして往復走査によって塗布すべき所定の量（１５００ｐｌ）の着色材料を補完して塗布され、有効領域全体が図８Ｂのように均一に塗布される。
図８では、１つの色の塗布された状態を示しているが、他の色の画素も同じように着色材料が塗布される。

この段階的に傾斜を設けた着色材料の吐出量の設定はインクジェットノズル５２を図７のように適度に分散させることが好ましく、その理由は、隣接するインクジェットノズル５２の動作の影響を可能な限り排除するよう、個々のインクジェットノズル５２を可能な限り独立して吐出作動させることが、より安定した着色材料の吐出が実現できるからである。

このように本発明によれば、
一部の画素ｇｓへの着色材料の充填を段階的に吐出量を傾斜を設け、前記の一部の画素ｇｓを重複した１往復以上の走査によってその段階的な傾斜を設けた画素への充填量を補完することに加え、段階的な傾斜を受けた吐出量を、１つの画素範囲で分散した位置から選択したインクジェットノズルにより吐出・充填すること、により隣接する多数のインクジェットノズルで同時に吐出した場合、吐出した端部近傍のインクジェットノズルに発生する吐出量が他より相対的に低いという悪影響を回避し、塗布ヘッドの塗布幅以上の幅の塗布領域に均一に着色材料を塗布することができる。

つまり、個々のインクジェットノズルからの吐出量にバラツキがなくなり、
カラーフィルタの評価尺度である「色度」の許容値を有効領域全体において１０００分の３以内の目標が達成され、
カラーフィルタの有効領域全体で色ムラのない、インク吐出部の走査方向にも筋ムラのない均一な塗布を実現することができる。

本実施例では１回の往復走査で全塗布領域を塗布する例を上げたが、塗布幅が大きい場合には、次の塗布が必要な領域に向けて、その繋ぎ部分においてこの段階的な傾斜を設けた吐出・充填を行なうことで対応が可能であることは自明である。

また、前述の例では、塗布ガントリー４を吸着テーブル３に対してＸ方向に移動させるようにした実施例を説明したが、塗布ガントリー４を固定し、吸着テーブル３を移動させるように構成することも可能である

以上、塗布装置の代表的な応用例として液晶表示装置などに用いられるガラス基板のカラーフィルタ製造への適用例を述べたが、この装置は他の平面的な部材に着色材料或いは被膜材料を塗布する装置へと展開することも適用可能である。

本発明に係るカラーフィルタ製造装置を示す斜視図 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 インクジェットヘッドの配列の一例を示す平面概略図 インクジェットノズルの配列を説明する平面図 ガラス基板の画素配列のイメージ図 本発明の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 塗布量を段階的に傾斜を設けたインクジェットノズル選択の一例 塗布領域の境界付近の画素に段階的な傾斜を設けて塗布されるイメージ図

符号の説明

１ カラーフィルタ製造装置（塗布装置）
４ 塗布ガントリー
５ インク吐出部
５１ インクジェットヘッド
５２ インクジェットノズル
ｇｓ 画素（被塗布箇所）
Ｋ ガラス基板（基板）
Ｘ 方向（スキャン方向）
Ｙ 方向（スキャン直交方向）

Claims (1)

1. 複数の吐出ノズルを有した塗布ヘッドにより、塗布対象物に前記吐出ノズルによって塗布材を微量の液滴として塗布する装置であって、制御装置の制御により
   前記塗布ヘッドが対象物と相対移動し、対象物に塗布材を供給して、前記塗布ヘッドの有効幅以上の領域を塗布する工程において、
   塗布領域の一部を塗布ヘッドの走査方向に直角な方向の移動により、端部を重複走査する重ね塗りとし、
   重複部分では、吐出を行う吐出ノズルの位置を分散させながら、前記塗布ヘッドの端に向け、一画素に対する塗布材の充填量に段階的な傾斜を設け、
   少なくとも１往復以上の塗布ヘッドの走査により対象物全有効域に塗布材を均一に塗布し、前記重複する領域の幅が、少なくとも塗布ヘッドの全吐出ノズルの両端に位置する相対吐出量の低い吐出ノズルの塗布領域の幅、及び／或いは少なくとも３画素以上であることを特徴とする塗布装置。

Images