JP5482417B2

JP5482417B2 - インクジェット装置

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Publication number: JP5482417B2
Application number: JP2010107832A
Authority: JP
Inventors: 善夫金田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: JP2011235225A

Description

本発明は、インクジェット装置に関するものである。

従来のインクジェット装置としては、移動体の両端位置に沿って敷設されたリニアスケールによりヨーイング補正を行い、レーザー測長器により移動体中央の位置を測ることで高精度にインクを塗布するものが知られる（例えば、特許文献１参照。）。

図１０および図１１は、上記特許文献１に記載のインクジェット装置を示すものある。但し、本発明に関係しない部分は、一部省略して図示している。図１０は、従来のインクジェット装置の要部構成を示し、図１１は同装置の斜視図である。

図１０および図１１において、基板１０１を保持する基板保持部１０２は、基板搬送部１０３によりベース構造体１０４の上面両端に設置された２本の走査軸１０５（それぞれ１０５ａと１０５ｂとして表記している）に沿って、Ｘ軸方向に移動することができる。また、ヘッドユニット１０６はガントリー１０７に設置され、ガントリー１０７はベース構造体１０４に設置されている。そして、走査軸１０５の近傍には２本のリニアスケール１０８（それぞれ１０８ａと１０８ｂとして表記している）が設置されており、基板保持部１０２に設置された２台の位置測定ユニット１０９（それぞれ１０９ａと１０９ｂとして表記している）がリニアスケール１０８を読むことで基板保持部１０２の両端におけるＸ軸方向の位置を検出する。更に、位置演算部１１０が位置データを走査制御部１１１に送り２本のリニアスケールの読みの偏差がゼロになるように走行を制御することで、ヨーイング補正を行う。

一方、反射板１１２は、基板保持部１０２のＹ軸方向の中心に設置され、ベース構造体１０４に設置されたレーザー測長器１１３により基板保持部１０２の移動距離が測定される。そして、測定された距離データをインクジェット制御部１１４に送り、このデータに基づきインクジェット制御部１１４はヘッドユニット１０６のインクの吐出タイミングを制御している。なお、基板１０１とヘッドユニット１０６の相対位置関係を決めるための２個のアライメントマーク１１５（それぞれ１１５ａと１１５ｂとして表記している）が基板１０１の平面上に予め形成されており、アライメントマーク１１５の位置を検出するためのアライメントカメラ１１６が、ヘッドユニット１０６が設置されているガントリー１０７に設置されている。そして図示されていないＹ軸方向の基板搬送部とＺ軸周りの回転軸方向の基板搬送部により、基板が所定の位置に位置決めされる。

特開２００９−１２８８３０号公報

しかしながら、上記従来のインクジェット装置では、以下の５つの問題を有することになる。

第１の問題点：ヘッドユニット１０６から、ガントリー１０７、ベース構造体１０４、及び、リニアスケール１０８に至る構造体において温度変化による歪みが生じやすくなる。特にＧ８（２２００ｍｍ×２５００ｍｍ）やＧ１０（２８８０ｍｍ×３１３０ｍｍ）などの大基板にインクジェット法で微細なインク塗布を行う用途（例えば、液晶のカラーフィルタや有機ＥＬディスプレイなど）では、ヘッドユニット１０６とリニアスケール１０８の相対位置が変化することで赤色、緑色、青色のインクの各着弾位置がずれやすく、混色と呼ばれる不良が生じやすくなる。加えて、インクが所定の各着弾位置に供給されないと、インク塗布量が不足し、輝度ムラと呼ばれる不良をも発生しやすくなるという課題を有することになる。

なお、４Ｋ２Ｋと呼ばれる超高精細ディスプレイとなると、各画素の塗布領域の大きさは５０μｍ×２００μｍ程度となり、インクの着弾精度は総合で±１０μｍ以下が必要とされる。これはインクジェット装置のノズルから吐出されるインク液滴の吐出角ばらつき等も含まれる。従って、基板とヘッドユニット間の相対運動精度としては、±３〜±６μｍが要求される。一方、ヘッドユニット１０６からリニアスケール１０８に至る主要構造体の長さが３ｍとし、材質を鉄とすると、温度が１℃変化したときの構造体の伸びは、鉄の線熱膨張係数は１１．５×１０^-6／℃のため、３ｍ×１１．５×１０^-6／℃＝３４．５μｍ／℃となる。実際にはこれに構造体のねじれ等が加わるため、ヘッドユニット１０６とリニアスケール１０８間の相対位置変化は要求精度に対して、無視できない誤差要因となる。

第２の問題点：ヘッドユニット１０６からガントリー１０７、ベース構造体１０４、及び、レーザー測長器１１３に至る構造体においても、上記第１の問題点と同様に、温度変化による歪が生じやすく、Ｘ方向にインクの着弾位置がずれるという課題を有している。

第３の問題点：基板１０１そのものも温度変化による伸縮が発生し、インクの着弾位置のずれを生じる。例えば、Ｇ８基板で基材であるガラスの線熱膨張係数が３．４×１０―⁶／℃の場合、その伸び量は３１３０ｍｍ×３．４×１０―⁶／℃＝１０．６μｍ／℃となる。従って、±５μｍ以内に押さえ込むには基板温度を±０．５℃に保つ必要があるが、実際に±０．５℃以内に環境を含めて温度制御することは難易度が高く、仮に温度制御を可能とした場合でも、維持に大きなランニングコストが発生するという課題を有する。

第４の問題点：リニアスケール１０８そのものも温度変化による伸縮が発生し、例えば温度差や温度ムラ等により、２本のリニアスケール１０８ａ，１０８ｂが同じ挙動を示す保証はない。リニアスケール１０８が線熱膨張係数１０．４×１０―⁶／℃のステンレス鋼の場合、２本のリニアスケールにおいて温度が１℃違うとすると、３０００ｍｍストロークでは３０００ｍｍ×１０．４×１０―⁶／℃＝３１．２μｍの差が生じることになる。これがヨーイング補正の誤差となる。その結果、特に基板の左右両端でインクの着弾位置がずれるという課題を有する。

第５の問題点：走査軸１０５が温度変化や残留応力による経時変化により撓みが生じた場合、基板搬送部１０３の走査の移動真直度が変化することになる。しかしながら、前述の従来のインクジェット装置では、これを補正する機能はなく、真直度方向、すなわち、Ｙ軸方向にインクの着弾位置がずれるという課題を有する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、温度変化の影響を受けずに、長期間にわたってインクを基板上の所定の位置に正確に着弾させることが可能な、インクジェット装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のインクジェット装置は、複数のノズルを有するヘッドユニットと、基板を保持する基板保持部とを具備するインクジェット装置において、前記ヘッドユニットと前記基板保持部とを第１方向に相対的に移動可能とする搬送機構を備え、前記ヘッドユニットにおいて、前記複数のノズルの外側に第１及び第２センサをそれぞれ一対設けると共に、前記第１センサは前記第２センサに対して外側に配設され、かつ、前記第１センサは受光素子であり、前記第２センサは透過式のエッジセンサで構成されることを特徴とする。

上記構成によって、走査方向のヨーイング方向においては、基板上のスケールパターンをヘッドユニットから見て補正をかけるため、ガントリーなどの装置を構成する構造部材の温度変化による歪みの影響を受けることなくインクを基板上の所定の位置に常に正確に着弾させることができる。

このとき、前記基板保持部のうち前記基板の外周部に光源が配置されてなると好適である。また、前記基板保持部は前記光源の上方にガラスが嵌め込まれてなると良い。

また、前記基板の前記ヘッドユニットと対向する表面のうち回路層が形成される領域の外側に、前記第１方向に沿って直線パターンと、前記直線パターンの外側かつ前記第１方向に垂直な第２方向に沿ってスケールパターンとが形成されることが好適である。

このとき、前記第１センサによって前記スケールパターンを検出し、一対の第１センサからの信号を受けて前記第１センサ間の信号ずれをゼロまたは所定値になるように、前記搬送機構にヨーイング補正信号を送る位置演算部を設けると好適である。

また、前記第２センサは、前記第１方向に延びる直線パターンのエッジを検出すると共に、前記第２センサからの信号を受けて、前記第２センサからの信号が一定値または前記第１方向の座標値で決まる指定値となるように、前記搬送機構に真直度補正信号を送る位置演算部を設けると良い。更に、前記位置演算部は、前記第１センサからの信号をさらにインクジェット制御部に送り、前記インクジェット制御部は、前記第１センサからの信号によりノズルから吐出されるインクの吐出タイミングを補正することが望ましい。

以上のように、本発明のインクジェット装置によれば、基板およびインクジェット装置を構成する部材が環境温度変化により膨張または収縮した場合でも、塗布すべき基板上の所定の位置に常に精度良くインク液滴を着弾させることができ、混色や塗布量不足による輝度ムラなどの不良を低減することができる。

本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の要部構成図本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の斜視図本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の検出部平面図本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の検出部断面図本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の吐出タイミングを補正しない場合のインクの着弾位置を示す平面図本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の吐出タイミングをくぼみ単位で補正した場合のインクの着弾位置を示す平面図本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の第１および第２センサを各４個とした場合のセンサの平面配置図本発明の実施の形態２におけるインクジェット装置の要部構成図本発明の実施の形態２におけるインクジェット装置の検出部断面図特許文献１に記載された従来のインクジェット装置の要部構成図特許文献１に記載された従来のインクジェット装置の斜視図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるインクジェット装置の要部構成図、図２は同インクジェット装置の斜視図、図３は同インクジェット装置の検出部の平面図、図４は同検出部の断面図である。なお、図１〜図４において、図１０、図１１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１および図２において、基板２０１は、走査方向（図１及び図２に示す座標系のＸ方向）に対して、両側に一定ピッチの横線列からなるスケールパターン２０２と、縦の直線からなる直線パターン２０３とを有し、基板保持部１０２に保持される。基板保持部１０２は、走査軸１０５に沿って走査方向（図１及び図２に示す座標系のＸ方向）に移動する機能を持つＸ軸搬送部２０４と、Ｘ軸搬送部２０４の上部にあって、走査軸と垂直方向（Ｙ軸方向）に移動する機能を持つＹ軸搬送部２０５と、Ｙ軸搬送部２０５の上部にあって鉛直軸（Ｚ軸）を中心に回転する機能を持つθ軸搬送部２０６とからなる搬送機構の上に設置されている。Ｘ軸搬送部２０４、Ｙ軸搬送部２０５、及び、θ軸搬送部２０６は、搬送制御部２０７により駆動制御される。一方、ガントリー１０７に設置されＹ軸方向に並んだ複数のノズル２０８を有するヘッドユニット２０９の下部には、スケールパターン２０２を検出する第１センサ２１０と直線パターン２０３を検出する第２センサ２１１が、ノズル列と同じ直線上の両端に設置されている。ノズル２０８によるインクの吐出はインクジェット制御部２１２により制御される。

位置演算部２１３は、位置測定ユニット１０９からの入力信号（現在値）と予め設定されているＸ軸方向（走査）の目標値との差分である偏差を算出し、搬送制御部２０７に与えると共に、第１センサ２１０と第２センサ２１１からの入力信号に基づいて走査時のヨーイングと真直度のずれを計算し、搬送制御部２０７に偏差として与える。搬送制御部２０７は、各偏差がゼロになるようにＸ軸搬送部２０４とＹ軸搬送部２０５とθ軸搬送部２０６を駆動制御する。また位置演算部２１３は、位置測定ユニット１０９からの入力信号に基づき、インクジェットの吐出タイミング信号を生成し、インクジェット制御部２１２に与えるが、必要に応じて第１センサ２１０からの入力信号に基づき、インクジェットの吐出タイミングを補正するよう構成されている。

図３および図４において、基板２０１の基材は通常、透明ガラスであり、有機ＥＬディスプレイの場合は、その上面にディスプレイとしての表示面２１４の範囲にトランジスタなどの回路層２１５が形成されている。回路層２１５の上にインクジェット装置により、インクを塗布し乾燥させることで有機ＥＬの発光層が形成されるが、そのまま回路層２１５の上面にインクを塗布しても、インクが散逸してしまうため、回路層２１５の上面にバンク層２１６と呼ばれる層が形成されている。バンク層２１６が無い部分であるくぼみ２１７にインクを塗布することで、インクを乾燥するまでその位置に留めることができる。

バンク層２１６は、基板２０１上のスケールパターン２０２と直線パターン２０３を回路層２１５が存在しない両端に形成している。特にスケールパターン２０２は、表示面２１４のくぼみ２１７と同じピッチで形成されている。基板保持部１０２は、図４に示す通り光源２１８が設置され、光源２１８の上方にはカバーガラス２１９がはめ込まれ、光源２１８の光がカバーガラス２１９と、基板２０１の透明ガラス部分を透過して第１センサ２１０および第２センサ２１１に到達するよう構成されている。

本実施の形態では、第１センサ２１０はフォトセルと呼ばれる受光素子、第２センサ２１１は透過式のエッジセンサ、光源２１８は、ＣＣＦＬと呼ばれる冷極陰線管を一例として考えている。なお、エッジセンサは通常テープの巻き取り機などにおいて、テープのエッジ位置を検出し、テープが蛇行しないように制御するために用いられ、ＣＣＦＬは例えば液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる。

かかる構成によれば、基板２０１をＸ軸方向に走査すると、第１センサ２１０よりスケールパターン２０２を形成するバンク層２１６の層がある場所は暗レベルの信号が、バンク層２１６の層が無い場所は明レベルの信号が出力される。スケールパターンのうち、図面の左側のスケールパターン２０２ａと、くぼみ２１７の横列のパターンと、右側のスケールパターン２０２ｂとは横方向に一直線に並ぶようバンク層２１６が形成されている。そのため、基板２０１がヘッドユニット２０９のノズル列に対して傾き（ヨーイング方向のずれ）が生じない限り、左側の第１センサ２１０ａと右側の第１センサ２１０ｂの出力信号の波形は同一となる。

インクジェット装置の周囲温度が変化し、熱膨張により走査軸１０５やガントリー１０７などの構成部材が変形し、ヘッドユニット２０９のノズル列と、くぼみ２１７の横列に相対的な角度ずれ、すなわち、ヨーイング方向に変化が生じた場合には、基板２０１の両端部でＸ軸方向に着弾位置がずれ、くぼみ２１７にインクが塗布されなくなると共に右側の第１センサ２１０ａと、左側の第１センサ２１０ｂの出力信号に位相ずれが生じる。位置演算部２１３はこの位相ずれを検出し、ずれ量とずれの方向をリアルタイムで搬送制御部２０７に送り、搬送制御部２０７はこのずれ量がゼロになるよう、θ軸搬送部２０６のＺ軸周りの回転運動をフィードバック制御する。

その結果、ヘッドユニット２０９のノズル列と基板２０１上のくぼみ２１７の横列に相対的な角度ずれが生じず、ノズル２０８から吐出されたインクは、常に正確にくぼみ２１７に着弾することができる。

また、インクジェット装置は、通常、リニアスケール１０８の位置情報を読み取る位置測定ユニット１０９からの信号によりノズル２０８のインクの吐出タイミングを生成しているため、基板２０１、若しくは、リニアスケール１０８が周囲の温度変化により熱膨張若しくは熱収縮した場合、走査方向すなわちＸ軸方向に吐出タイミングがずれ、結果としてインクの着弾位置がずれる。反面、本実施の形態では、位置演算部２１３が第１センサ２１０からの信号と、位置測定ユニット１０９からの信号とを常時に比較し、両者のずれが予め設定された許容値を超えると、次の吐出タイミング以降はその差分をオフセットすることにより、温度変化による収縮分が補正され、正確にくぼみ２１７に着弾することができる。

具体的には、ずれの許容値が１μｍで、ステンレス製のリニアスケールのみが１℃温度が上昇した場合、ステンレスの線熱膨張係数は１０．４×１０^-6／℃なので、１μｍ／１０．４×１０^-6＝９６．１５ｍｍ、すなわち、走査時、約９６．１５ｍｍＸ軸方向に移動する毎にインクジェットの吐出タイミングは１μｍの補正されることになる。若しくは、第１センサ２１０から得られた信号の明部の数をカウントし、予め決められたカウント数で、位置測定ユニット１０９の本来あるべき位置と、実際の位置とのずれ量を算出することで吐出タイミングの補正を行っても良い。

更には、図３に示す通り、スケールパターン２０２の明部がくぼみ２１７とＹ軸方向に同一線上に形成されている場合は、スケールパターン２０２が暗から明に変わるタイミングで毎回インクの吐出タイミングを補正することで、インクの吐出ピッチを最大化できる。以下、前述する効果を図５および図６を参照しながら説明する。

図５は、本実施の形態における、インクの吐出タイミングを補正しない場合のインク着弾位置を示す平面図であり、図６は、インクの吐出タイミングをくぼみ単位で補正した場合のインク着弾位置を示す平面図である。

通常のインクジェット装置は、走査方向に対して垂直、すなわちＹ方向にある一定のピッチで複数個設置されるノズル２０８から、一定周期の吐出信号に同期してインクが吐出される。図５において、ノズル２０８の中心を通るＸ軸方向の直線と、Ｙ軸方向にＰ１のピッチで並ぶ直線の交点がインクが塗布可能な位置となり、それ以外の位置には塗布することができない。例えば、くぼみ２１７の巾がＷで１ノズルあたり２点塗布する必要がある場合、くぼみ２１７のピッチＰＷは塗布ピッチＰ１の整数倍である保証はない。したがって、確実に２点塗布させようとするとＰ１は１／３Ｗ以下とする必要がある（但し、インク液滴の中心がくぼみ２１７のエッジの内側にあれば、くぼみ内にインクが塗布されると仮定した場合に限る）。

一方、図６において、スケールパターン２０２のエッジ、すなわち、くぼみ２１７のエッジを検出した後（図６における「ａ」の時）に、毎回、吐出信号の補正を行うとすると、塗布ピッチＰ２は最大１Ｗでよい（ａ＝０の場合）。すなわち、Ｐ２＝３×Ｐ１となり、これは、吐出周波数が同じであれば、走査速度を３倍に向上でき、走査速度が同じであれば吐出周波数を１／３に低減できることを意味する。前者は生産性の向上が図られ、後者はインク吐出の安定性向上や低性能低コストと言ったインクジェットが使用できるというメリットを有する。

次に、基板２０１をＸ軸方向に走査すると、第２センサ２１１ａより、直線パターン２０３のバンク層２１６がある場所と、バンク層２１６が無い場所のＸ軸方向のエッジラインのＹ軸方向の位置に応じたレベルの信号が出力される。直線パターン２０３のエッジラインは、くぼみ２１７の縦列のラインと平行になるようバンク層２１６が形成されているため、基板２０１がヘッドユニット２０９に対して正確に真直に移動する限り、第２センサ２１１ａからの信号レベルは一定のまま推移し、インクはくぼみ２１７に着弾する。

インクジェット装置の周囲温度が変化し、熱膨張により走査軸１０５やガントリー１０７などの構成部材が変形し、基板２０１がヘッドユニット２０９に対し真直に移動しなくなると、Ｙ軸方向に着弾位置がずれると共に、第２センサ２１１ａの信号レベルが変化する。位置演算部２１３は、第２センサ２１１ａの信号レベルの初期値からの変化量をリアルタイムで搬送制御部２０７に送り、搬送制御部２０７はこの変化量がゼロになるよう、Ｙ軸搬送部２０５のＹ軸方向の運動をフィードバック制御する。前述のようなフィードバック制御により、ヘッドユニット２０９と基板２０１とは、Ｙ軸方向のずれが生じず、ノズル２０８から吐出されたインクは常に正確にくぼみ２１７に着弾することができる。

更に、本実施の形態では、基板２０１の右側にも直線パターン２０３ｂと第２センサ２１１ｂがあり、第２センサ２１１ａ，２１１ｂの２個のセンサの平均値を初期値からの変化量として算出することで、真直度の検出精度を向上させることができる。また、基板２０１が周囲の温度変化によりＹ軸方向に熱膨張、若しくは熱収縮した場合、２個の第２センサ２１１ａ，２１１ｂのピッチ間距離が変化し、その変化量を位置演算部２１３が算出し、インクジェット制御部２１２へ送り、インクジェット制御部２１２は、その変化量に基づき、当初のノズルがくぼみからはずれた場合はくぼみ内にある他のノズルに変更することで、基板２０１がＹ軸方向に伸び縮みしてもくぼみ２１７に所定の数のインク液滴を着弾させることができる。

なお、本実施の形態では、検出の信頼性を向上させる目的で、スケールパターン２０２、直線パターン２０３の直下の基板保持部１０２に光源２１８を設け、第１センサ２１０を受光素子、第２センサ２１１を透過式のエッジセンサとしたが、第１センサ２１０を反射式の光電管、第２センサ２１１を反射式のエッジセンサとして、光源２１８を無くす構成としてもよい。また、本実施の形態では、スケールパターン２０２および直線パターン２０３は、くぼみ２１７と同じバンク層２１６で形成されるとしたが、相関位置精度が保てれば、バンク層２１６とは別個の層で形成してもよい。また、スケールパターン２０２と直線パターン２０３の明部と暗部とは、図４に示す形態と逆でも良い。

なお、本実施の形態では、第１センサ２１０および第２センサ２１１を各２個としたが、各４個とすることで、平均化効果により検出精度を高め、さらに着弾精度を高めることができる。その場合の各センサの配置の例を図７に示す。なお、本実施の形態では、ノズル２０８は第２方向、すなわち、Ｙ軸方向にすべて一直線に並んで配置されるとしたが、結果的にインクの着弾点がＹ軸方向に定ピッチであればよく、ノズル２０８はＹ軸方向に複数列に千鳥で配置されていても、斜めに配置されていても良い。

また、本実施の形態では、走査方向のヨーイング、すなわち、Ｚ軸周りの回転方向の補正をθ軸搬送部２０６で行う一例を示した。しかし、事前に基板をアライメントすることで補正量を微少にできれば、図１に示すような、移動体の両端に２系統のリニアスケールと駆動源をを有するＸ軸搬送部において、走査軸が空気軸受けであれば、空気軸受けのクリアランスを利用して、Ｘ軸搬送部の左右の移動量をわずかに変えることでヨーイングの補正を行える。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２のインクジェット装置の要部構成図であり、図９はインクジェット装置の検出部の断面図である。図８および図９において、図１、図３及び図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図８および図９において、基板３０１は、くぼみ２１７と、くぼみ２１７と常に同じ位置関係にあるように形成された２個のアライメントマーク３０２ａ，３０２ｂとを有しており、基板保持部３０３の上面に保持されている。ここで、アライメントマーク３０２ａ，３０２ｂは、基板３０１の走査軸線上、すなわち、図８に示す座標系のＸ軸方向の基板３０１の一辺の近傍で、Ｘ軸方向に一直線になるよう構成されている。

基板保持部３０３は、θ軸搬送部３０４上に設置されており、θ軸方向（Ｚ軸まわり）に回転可能となっている。θ軸搬送部３０４は、ベース構造体１０４に設置されている。ベース構造体１０４上には、ほぼ真直な面を有するストレートエッジ３０５が、Ｘ軸方向に、基板３０１のアライメントマーク３０２が付与された辺の近傍に基板保持部３０３と重ならない位置に設置されている。一方、ノズル２０８を有するヘッドユニット３０６は、Ｙ軸搬送部３０７を介してガントリー３０８に設置されており、Ｙ軸方向に移動可能となっている。ガントリー３０８の下部は、Ｘ軸搬送部３０９となっている。ガントリー３０８は、走査軸１０５に沿ってＸ軸方向に移動可能となっている。また、ヘッドユニット３０６には、アライメントマーク３０２を検出するためのアライメントカメラ３１０と、基板３０１の両端にある２列のくぼみ２１７を検出するための２個の第１センサ３１１と、ストレートエッジ３０５を検出するための第２センサ３１２が設置されている。なお、図９においては、第１センサ３１１を反射式の光電管、第２センサ３１２を反射式のレーザーマイクロとしている。

位置演算部３１３は、位置測定ユニット１０９からの入力信号（現在値）と予め設定されているＸ軸方向（走査）の目標値との差分である偏差を算出し、搬送制御部３１４に与えると共に、第１センサ３１１と第２センサ３１２からの入力信号に基づき、走査時のヨーイングと真直度のずれを計算する。そしてＸ軸の座標値における各ずれ量を記憶部３１５に送り、記憶部３１５はそのずれ量を一時的に記憶する。また、位置演算部３１３は、位置測定ユニット１０９からの入力信号（現在値）と、予め設定されているＸ軸方向（走査）の目標値との差分である偏差を算出し、その偏差に記憶部３１５に記憶されていたヨーイングのずれ量を補正値として加算した後、搬送制御部３１４に最終偏差として与え、真直度のずれ量を偏差として与える。搬送制御部３１４は、各偏差がゼロになるようにＸ軸搬送部３０９ａ、３０９ｂとＹ軸搬送部３０７を駆動制御する。

また、位置演算部３１３は、アライメントカメラ３１０からの入力信号に基づき、基板３０１の傾きを計算し、それを搬送制御部３１４に送り、搬送制御部３１４は、傾きがゼロになるように、θ軸搬送部３０４を駆動制御できるよう構成されている。

かかる構成によれば、ヘッドユニット３０６は、Ｘ軸搬送部３０９によりＸ軸方向に移動されるが、このとき、第２センサ３１２の出力信号が一定になるように、Ｙ軸搬送部３０７を補正制御することにより、ヘッドユニット３０６はＸ軸方向に真直に移動可能となる。走査軸１０５は、ガントリー３０８、ヘッドユニット３０６の負荷を受けながら、Ｘ軸搬送部３０９を摺動させる機能を有するため、材質と精度に制限があるのに対し、なんら負荷を受けず摺動する機能を持たせる必要がないストレートエッジ３０５は、例えばインバー材やセラミックなど、温度変化による変形の小さい材料を使用することができ、常に真直度が保たれる。

それゆえ、走査軸１０５が温度変化や軌道面の磨耗や異物付着等で軌道が経時変化した場合でも、ストレートエッジ３０５の真直な平面に倣うように、Ｙ軸搬送部３０７を動かすことで、ヘッドユニット３０６は真直に移動することができる。その結果、真直度方向にインクの着弾位置がずれることなく、所定の位置に正確に塗布することができる。

なお、ストレートエッジ３０５は、ほぼ真直な面を持つ長方形またはＩ型断面を持つビームで、ベース構造体１０４に設置されている。そのため、インク塗布前に基板３０１のくぼみ２１７の列方向を、ストレートエッジ３０５に平行に、すなわち、くぼみ２１７の行（ぎょう）方向をストレートエッジ３０５に垂直になるように、基板３０１のθ方向の角度を予めアライメントしておく必要がある。これはヘッドユニット３０６が、第２センサ３１２の出力信号が一定になるように、Ｙ軸搬送部３０７を補正制御しながらＸ軸方向に移動したときの、アライメントカメラ３１０上のアライメントマーク３０２ａ，３０２ｂの位置がＸ軸方向に一直線に並ぶように、θ軸搬送部３０４を位置決め制御することで実現できる。

前述の通り、Ｙ軸搬送部３０７を補正制御しながら、インクを吐出させずにＸ軸搬送部３０９にてヘッドユニット３０６をＸ軸方向に走査すると、第１センサ３１１よりバンク層２１６の層がある場所は暗レベルの信号が、層が無い場所は明レベルの信号が出力される。これは回路層２１５の反射率がバンク層２１６より高いことによる。くぼみ２１７のパターンは横方向に一直線に並ぶようバンク層２１６が形成されているため、基板３０１がヘッドユニット３０６のノズル列に対して傾き、すなわち、ヨーイング方向にずれが生じない限り、左側の第１センサ３１１ａと右側の第１センサ３１１ｂの出力信号の波形は同一となる。

インクジェット装置の周囲温度が変化し、熱膨張により走査軸１０５やガントリー３０８などの構成部材が変形し、ヘッドユニット３０６のノズル列とくぼみ２１７の横列に相対的な角度ずれ（ヨーイング方向に変化）が生じた場合、右側の第１センサ３１１ａと左側の第１センサ３１１ｂの出力信号に位相ずれが生じる。位置演算部３１３は、Ｘ軸方向の各位置における前記位相ずれを検出し、ずれ量とずれの方向を記憶部３１５に送り、記憶部３１５は一旦そのデータを記憶する。

次に、ヘッドユニット３０６を、インクを吐出させてＸ軸方向に走査させるが、その前に搬送制御部３１４は記憶部３１５より、位相ずれのデータを受領し、搬送制御部３１４はこのずれ量がゼロになるよう、ストレートエッジ３０５と反対側にあるＸ軸搬送部３０９ｂを補正制御する。その結果、ヘッドユニット３０６のノズル列と基板３０１上のくぼみ２１７の横列に相対的な角度ずれが生じず、ノズル２０８から吐出されたインクは常に正確にくぼみ２１７に着弾することができる。ここで、Ｘ軸搬送部３０９は、その軸受けに僅かに動く場合、たとえばエア軸受けの場合はギャップがあり、わずかながらヨーイング方向に可動できる。したがって、ストレートエッジ３０５側にあるＸ軸搬送部３０９ａをマスターにし、反対側に遠く離れたＸ軸搬送部３０９ｂをスレーブ側とすることで、このギャップの範囲内でヨーイング補正できる。

なお、本実施形態において、ストレートエッジ３０５はベース構造体１０４に固定設置としたが、ストレートエッジ３０５をＸ軸周りに反転できる機構を付加すれば、いわゆる真直度測定における反転法を利用することができ、より高い精度の真直度補正を行うことができる。

以上のように、本実施の形態２はディスプレイとしての制約から、基板にスケールパターンや直線パターンを付与するスペースを準備できない場合に、有効である。

本発明のインクジェット装置は、周囲環境の温度変化により生じるインク塗布走査時の真直度ずれやヨーイングの誤差を補正する機能を有し、大型の基板等を搬送しつつ基板にインクを所望のパターンで安定して高精度に塗布するインクジェット装置として好適に用いることができる。また、インクジェット用のノズルの代わりにラインセンサを装備すると基板を撮像して欠陥を検査する欠陥検査装置として使用できるなど、インクジェット装置以外のさまざまな装置にも適用できる。

２０１基板
２０２スケールパターン
２０３直線パターン
２０４Ｘ軸搬送部
２０５Ｙ軸搬送部
２０６ θ軸搬送部
２０７搬送制御部
２０８ノズル
２０９ヘッドユニット
２１０第１センサ
２１１第２センサ
２１２インクジェット制御部
２１３位置演算部

Claims

複数のノズルを有するヘッドユニットと、基板を保持する基板保持部とを具備するインクジェット装置において、
前記ヘッドユニットと前記基板保持部とを第１方向に相対的に移動可能とする搬送機構を備え、前記ヘッドユニットにおいて、前記複数のノズルの外側に第１及び第２センサをそれぞれ一対設けると共に、前記第１センサは前記第２センサに対して外側に配設され、かつ、前記第１センサは受光素子であり、前記第２センサは透過式のエッジセンサで構成されることを特徴とするインクジェット装置。
前記基板保持部のうち前記基板の外周部に光源が配置されてなる、請求項１記載のインクジェット装置。
前記基板保持部は前記光源の上方にガラスが嵌め込まれてなる、請求項２記載のインクジェット装置。
前記基板の前記ヘッドユニットと対向する表面のうち回路層が形成される領域の外側に、前記第１方向に沿って直線パターンと、前記直線パターンの外側かつ前記第１方向に垂直な第２方向に沿ってスケールパターンとが形成される、請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェット装置。
前記第１センサによって前記スケールパターンを検出し、一対の第１センサからの信号を受けて前記第１センサ間の信号ずれをゼロまたは所定値になるように、前記搬送機構にヨーイング補正信号を送る位置演算部を設ける、請求項４記載のインクジェット装置。
前記第２センサは、前記第１方向に延びる直線パターンのエッジを検出すると共に、前記第２センサからの信号を受けて、前記第２センサからの信号が一定値または前記第１方向の座標値で決まる指定値となるように、前記搬送機構に真直度補正信号を送る位置演算部を設ける、請求項４記載のインクジェット装置。
前記位置演算部は、前記第１センサからの信号をさらにインクジェット制御部に送り、
前記インクジェット制御部は、前記第１センサからの信号によりノズルから吐出されるインクの吐出タイミングを補正する、請求項５又は６に記載のインクジェット装置。