JP7446854B2 - インク塗布装置、インク塗布装置の制御装置、及びインク塗布方法 - Google Patents

インク塗布装置、インク塗布装置の制御装置、及びインク塗布方法 Download PDF

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Description

本発明は、インク塗布装置、インク塗布装置の制御装置、及びインク塗布方法に関する。
基板に種々の膜を形成する手法として、インクジェット法が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に開示された方法では、インクジェットヘッドを用いて液晶表示装置用の配向材料を基板に塗布する。配向材料として、例えばポリイミド樹脂等の有機高分子材料が用いられる。特許文献1に開示された方法では、配向材料を基板に塗布する前に、基板に紫外線を照射することにより基板の表面を改質させる。この紫外線照射によって、基板の表面が、ポリイミド樹脂等の配向材料に対して親液性を有するものとなる。なお、塗布するインクとして、有機高分子材料以外のインクを用いる方法においても、紫外線照射によって基板や被印刷物の表面の改質が行われる場合がある。
特開2003-75795号公報
基板の表面の改質を行っても、基板にインクを塗布したときに十分な改質効果が発揮されず、所望の形状のインクの膜を形成することができない場合がある。
本発明の目的は、表面の十分な改質効果が発揮されないことによるインクの塗布不良の発生を抑制することが可能なインク塗布装置、インク塗布装置の制御方法、及びインク塗布方法を提供することである。
本発明の一観点によると、
第1搬送装置と、
基板を保持して、相互に直交する2方向に移動させる移動機構と、
前記第1搬送装置で搬送された基板を前記移動機構まで搬送する第2搬送装置と、
前記第1搬送装置を搬送される基板の表面の親液性を変化させる表面改質装置と、
前記移動機構で保持された基板に向かってインクを液滴化して吐出するインクジェットヘッドと、
前記表面改質装置及び前記インクジェットヘッドを制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記移動機構で保持された基板のうち、前記表面改質装置によって表面が改質されてからの経過時間が許容上限値を超えた基板に対しては、前記インクジェットヘッドからのインクの吐出を中止させるインク塗布装置が提供される。
本発明の他の観点によると、
第1搬送装置と、
基板を保持して、相互に直交する2方向に移動させる移動機構と、
前記第1搬送装置で搬送された基板を前記移動機構まで搬送する第2搬送装置と、
前記第1搬送装置を搬送される基板の表面の親液性を変化させる表面改質装置と、
前記移動機構で保持された基板に向かってインクを液滴化して吐出するインクジェットヘッドと
を有するインク塗布装置の制御装置であって、
前記移動機構で保持された基板のうち、前記表面改質装置によって表面が改質された基板のそれぞれについて、改質を行ったときからの経過時間を監視し、表面が改質されてからの経過時間が許容上限値を超えた基板に対しては、インクを液滴化して吐出する処理を中止させる制御装置が提供される。
本発明のさらに他の観点によると、
第1搬送装置を搬送される基板の表面の親液性を変化させる表面改質を行い、
前記第1搬送装置で搬送された基板を、相互に直交する2方向に移動させる移動機構まで第2搬送装置によって搬送し、
前記移動機構に搬送された前記基板の表面に、インクの液滴を着弾させてインクの塗布を行い、
前記基板の表面改質を行った時点からの経過時間を監視し、前記移動機構に搬送された基板のそれぞれについて、インクの塗布を行う前に表面改質を行った時点からの経過時間が許容上限値を超えたら、インクの塗布を中止するインク塗布方法が提供される。
同一の条件で基板の表面を改質しても、基板に付着したインクに対して所望の濡れ性が得られず、インクの塗布不良が生じる場合がある。本願の発明者による種々の評価実験によると、表面の改質を行ってインク塗布装置内に基板が滞留する時間が長くなると、塗布不良が発生しやすいことが判明した。本願の発明では、表面の改質を行ってからの経過時間が許容上限値を超えた基板に対してはインクの吐出を中止させるため、インクの塗布不良の発生を抑制することができる。
図1は、一実施例によるインク塗布装置の概略図である。 図2は、基板保持テーブル、インク吐出ユニット、及び撮像装置の平面視における位置関係を示す図である。 図3は、一実施例によるインク塗布装置を用いてインクの塗布を行う手順を示すフローチャートである。 図4は、許容上限値の定義の一例を示す図表である。 図5は、他の実施例によるインク塗布装置を用いてインクの塗布を行う手順を示すフローチャートである。
図1~図4を参照して、一実施例によるインク塗布装置について説明する。
図1は、本実施例によるインク塗布装置の概略図である。複数のローラからなる第1搬送装置51のローラの上に基板60が載せられて、保管場所から中継場所まで搬送される。第1搬送装置51の上方に表面改質装置10が配置されている。表面改質装置10は、例えば紫外線ランプを含んでおり、第1搬送装置51によって搬送される基板60の表面に紫外線を照射する。この紫外線は、第1搬送装置51による搬送方向に対して直交する方向に長い長尺形状の断面を有しており、搬送される基板60の表面の全域に紫外線を照射することができる。
第2搬送装置52が、第1搬送装置51によって中継場所まで搬送された基板60を、インク塗布部20の基板保持テーブル22Tの上まで搬送する。第2搬送装置52は、リニアガイド54とリフタ53とを備えている。第1搬送装置51の中継場所まで搬送された基板60をリフタ53が保持して上昇する。基板60を保持したリフタ53がリニアガイド54に案内されてインク塗布部20まで移動した後、下降することにより、基板保持テーブル22Tに基板60を保持させる。
さらに、リフタ53は、インクが塗布された基板60を保持して、インク塗布部20から搬出路55まで搬送する。搬出路55まで搬送された基板60は、インク塗布済の基板60の保管場所まで搬送される。
次に、インク塗布部20の構成について説明する。基台21の上に移動機構22が支持されている。移動機構22はX方向移動機構22X、Y方向移動機構22Y、及び基板保持テーブル22Tを含む。x軸及びy軸が水平方向を向き、z軸が鉛直上方を向くxyz直交座標系を定義する。X方向移動機構22Xは基台21に対してY方向移動機構22Yをx方向に移動させ、Y方向移動機構22Yは、基台21に対して基板保持テーブル22Tをy方向に移動させる。移動機構22は、さらに、基板保持テーブル22Tを、z方向に平行な回転軸を回転中心として回転させることにより、xy面内に関して基板60の回転方向の姿勢を変化させることができる。
基板保持テーブル22Tの上面(保持面)に、インク塗布対象である基板60が保持される。基板60は、例えば真空チャックにより基板保持テーブル22Tに固定される。基板保持テーブル22Tの上方にインク吐出ユニット30及び撮像装置35が、例えば門型の支持部材24によって支持されている。インク吐出ユニット30は基台21に対して昇降可能に支持されている。インク吐出ユニット30は、基板60に対向する複数のノズルを有する。各ノズルは、基板60の表面に向かって光硬化性(例えば紫外線硬化性)のインクを吐出する。撮像装置35は、基板60の表面を撮像する。
図1では、基台21に対してインク吐出ユニット30及び撮像装置35を静止させ、基板60を移動させる構成を示したが、その逆に、基台21に対して基板60を静止させ、インク吐出ユニット30及び撮像装置35を移動させる構成を採用してもよい。
制御装置40が、表面改質装置10、第1搬送装置51、第2搬送装置52、移動機構22、及びインク吐出ユニット30を制御する。撮像装置35で撮像された画像データが制御装置40に入力される。
図2は、基板保持テーブル22T、インク吐出ユニット30、及び撮像装置35の平面視における位置関係を示す図である。基板保持テーブル22Tの保持面に基板60が保持されている。基板60の上方にインク吐出ユニット30及び撮像装置35が支持されている。
インク吐出ユニット30は、インクジェットヘッド31及び硬化用光源33を含む。インクジェットヘッド31の、基板60に対向する面に、複数のノズル32が設けられている。複数のノズル32は、x方向に関して等間隔に並んでいる。
硬化用光源33は、y方向に関してインクジェットヘッド31の両側にそれぞれ配置されており、基板60に付着したインクを硬化させる硬化装置として機能する。移動機構22は、制御装置40によって制御されることにより、基板保持テーブル22Tに保持された基板60をx方向及びy方向に移動させる。さらに、制御装置40は、インクジェットヘッド31の各ノズル32からのインクの吐出を制御する。
基板60をy方向に移動させながら、インクジェットヘッド31からインクを吐出することにより、基板60にインクの液滴を付着させることができる。基板60に付着したインクは、基板60の移動方向の下流側に位置する硬化用光源33から放射される光により硬化される。本明細書において、基板60をy方向に移動させながら、インクジェットヘッド31から基板60にインクを付着させる動作を、「スキャン動作」ということとする。基板60に対するインクジェットヘッド31のx方向の位置を異ならせて複数回のスキャン動作を行うことにより、基板60の表面の全域の所望の位置にインクを付着させることができる。
基板60に、複数のアライメントマーク61が設けられている。例えば、基板60の四隅にそれぞれアライメントマーク61が設けられている。制御装置40が移動機構22を制御して、複数のアライメントマーク61を順番に撮像装置35の画角内に配置する。撮像装置35によって撮像されたアライメントマーク61の画像データを、制御装置40が取得する。
制御装置40は、アライメントマーク61の画像データの解析を行うことにより、アライメントマーク61の各々の位置情報を取得する。4つのアライメントマーク61の位置情報から、基板60のx方向及びy方向の位置、回転方向の姿勢、伸縮情報を求める。制御装置40は、回転方向の姿勢の検出結果に基づいて移動機構22を制御し、基板60の回転方向の位置合わせを行う。
制御装置40に、基板60に形成すべきインクの膜の形状および位置を定義する画像データが記憶されている。制御装置40は、この画像データに基づいて、インクジェットヘッド31及び移動機構22を制御するための描画データを生成する。例えば、基板60の伸縮情報に基づいて、形成すべき膜の形状を伸縮させた描画データを生成する。
図3は、本実施例によるインク塗布装置を用いてインクの塗布を行う手順を示すフローチャートである。
まず、次に処理すべき基板60を第1搬送装置51(図1)で保管場所から中継場所まで搬送する(ステップS01)。搬送の途中で、表面改質装置10から基板60の表面に紫外線を照射し、基板表面を改質する(ステップS02)。制御装置40は、基板60の表面の全域の改質を行ったときからの経過時間の監視を開始する(ステップS03)。例えば、基板60の表面の全域の改質が終了した時点を、経過時間漢詩の開始時点とする。その後、第2搬送装置52(図1)が基板60を中継場所から搬出し、インク塗布部20の基板保持テーブル22Tまで搬送する。基板保持テーブル22Tは、搬送されて来た基板60をその上面に保持する(ステップS04)。
続いて、基板60のアライメントを行う(ステップS05)。具体的には、制御装置40が、基板60に設けられたアライメントマーク61の位置を検出し、基板60の位置、回転方向の姿勢、伸縮情報を取得する。必要であれば、基板60の回転方向の位置合わせを行う。アライメントが正常に終了したら(ステップS06)、基板60に形成すべき膜の形状及び位置を定義した画像データと、ステップS05で取得したアライメント情報とに基づいて、描画データを生成する。描画データの生成が正常に終了したら(ステップS07)、基板60の改質を行ったときからの経過時間が許容上限値以下か否かを判定する(ステップS08)。この許容上限値は基板種別ごとに定義されており、制御装置40に記憶されている。
図4は、許容上限値の定義の一例を示す図表である。例えば、基板種別A、B,C、Dに対して、それぞれの許容上限値として2時間、4時間、4時間、及び3時間が設定されている。
基板60の改質を行ったときからの経過時間が許容上限値以下である場合、その基板60に対してインク塗布を行う(ステップS10)。インク塗布が終了したら、基板60をインク塗布部20から搬出し、搬出路55に移送する(ステップS10)。未処理の基板60が残っている場合には、次に処理すべき未処理の基板60に対して、ステップS01からの処理を繰り返す(ステップS11)。
なお、1枚の基板60に対する処理が継続している期間に、次の基板60に対する処理を開始してもよい。例えば、ステップS10でインク塗布済の基板60をインク塗布部20から搬出した直後に、未処理の基板60をインク塗布部20に搬入するとよい。この場合には、インク塗布部20に搬入されている基板60へのインク塗布中(ステップS09)に、次に処理すべき基板60に対する改質処理(ステップS02)を並行して行うことにより、インク塗布終了までに、次に処理する基板60に対する改質処理を終了させておくとよい。
ステップS06でアライメントが正常に終了しなかった場合には、制御装置40はアライメントが正常に終了しなかったことをオペレータに報知する(ステップS12)。例えば、アライメントマーク61の検出ができなかった場合等に、アライメントが正常に終了しない。オペレータは、アライメント不良の原因や状況に応じて、処理を続行するか否かを判断する(ステップS13)。例えば、4個のアライメントマーク61のうち1個のアライメントマーク61が検出できず、残りの3個のアライメントマーク61が正常に検出できている場合は、処理を続行してもよい。このとき、制御装置40は、3個のアライメントマーク61の検出結果に基づいて基板60のアライメントを行う。
処理を続行しない場合には、アライメントが不良であった基板60をインク塗布装置から排除する。例えば、オペレータが制御装置40に対して処理を続行しないというコマンドを与えると、制御装置40は、基板保持テーブル22Tから搬出路55に、インクが塗布されていない基板60を搬出する。アライメント不良の基板60をインク塗布装置から排除したら、制御装置40は、次に処理すべき基板に対してステップS01からの手順を繰り返す。
描画データを正常に生成できなかった場合(ステップS07)、または改質を行ったときからの経過時間が許容上限値を超えていた場合(ステップS08)、制御装置40は、描画データの生成不良、または経過時間の超過をオペレータに報知する(ステップS14)。オペレータは、報知された内容を確認し、基板60を排除するコマンドを制御装置40に与える。制御装置40は、基板保持テーブル22Tから搬出路55に基板60を搬出する(ステップS15)。基板60をインク塗布装置から排除したら、制御装置40は、次に処理すべき基板に対してステップS01からの手順を繰り返す。
ステップS15で排除された基板60については、オペレータが排除原因に応じた処理を行うとよい。排除の原因が基板60自体にある場合には、その基板60は廃棄するとよい。排除の原因がインク塗布装置にあり、基板60自体は正常である場合には、オペレータは、インク塗布装置のメンテナンスを行った後、その基板60に対して、ステップS01からの手順を再度実行するとよい。
次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本願の発明者は、種々の評価実験により、基板表面の改質処理を行っても、改質処理終了からの経過時間が長くなると改質の効果が低減し、十分な親液性が得られなくなることを見出した。十分な親液性を持たない基板60にインクジェットヘッド31からインクを吐出してインク塗布を行うと、基板60に付着したインクが表面上で広がらず、所望の形状の膜を形成できない場合がある。
本実施例では、基板60の表面の改質を行ったときからの経過時間を監視し、経過時間が許容上限値を超えたらインク塗布を中止している。このため、所望の形状の膜が形成されていない不良な基板60の発生を抑制することができる。また、正常な形状の膜が形成できなくなる程度まで改質の効果が低減してしまう時間は、基板60の表面の材質や、形成すべき膜の形状等に依存する。本実施例では、基板種別ごとに経過時間の許容上限値を設定しているため、基板60にインクを塗布するか否かの判定の精度を高めることができる。
次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、表面改質装置10として、紫外線を照射する紫外線ランプを用いたが、他の方法で表面の改質を行ってもよい。例えば、エキシマレーザの照射、プラズマの照射等を行ってもよい。
上記実施例では、ステップS07(図3)で描画データを生成した後に、表面改質からの経過時間が許容上限値以下か否かの判定を行っているが、ステップS03で経過時間の監視を開始した後、経過時間が許容上限値に達した時点でオペレータに報知(ステップS13)するようにしてもよい。
次に、図5を参照して他の実施例について説明する。以下、図1~図4に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。本実施例によるインク塗布装置においては、第1搬送装置51の上方に表面改質装置10(図1)が配置されていない。本実施例では、硬化用光源33(図2)を表面改質装置の光源として用いる。
図5は、本実施例によるインク塗布装置を用いてインクの塗布を行う手順を示すフローチャートである。本実施例では、次に処理すべき基板60を第1搬送装置51での搬送中(ステップS01)に基板60の表面の改質を行うことなく、基板60を基板保持テーブル22Tに保持させる(ステップS04)。
基板60を撮像装置35及び硬化用光源33に対して移動させて、アライメントマーク61の検出と、硬化用光源33から基板60への紫外線照射とを並行して行う(ステップS21)。硬化用光源33からの紫外線の照射によって、基板60の表面が改質される。基板60の表面の全域の改質が終了したら、改質処理終了からの経過時間の監視を開始する(ステップS22)。ステップS06以降の手順は、図3に示した手順と同一である。
次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においても、図1~図4に示した実施例と同様に、所望の形状の膜が形成されていない不良な基板60の発生を抑制することができる。さらに、本実施例では、硬化用光源33を改質用光源としても利用するため、図1に示した表面改質装置10に相当する光源が不要である。これにより、インク塗布装置の部品点数の削減、及び低価格化を図ることができる。
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
10 表面改質装置
20 インク塗布部
21 基台
22 移動機構
22X X方向移動機構
22Y Y方向移動機構
22T 基板保持テーブル
24 支持部材
30 インク吐出ユニット
31 インクジェットヘッド
32 ノズル
33 硬化用光源
35 撮像装置
40 制御装置
51 第1搬送装置
52 第2搬送装置
53 リフタ
54 リニアガイド
55 搬出路
60 基板
61 アライメントマーク

Claims (7)

  1. 第1搬送装置と、
    基板を保持して、相互に直交する2方向に移動させる移動機構と、
    前記第1搬送装置で搬送された基板を前記移動機構まで搬送する第2搬送装置と、
    前記第1搬送装置を搬送される基板の表面の親液性を変化させる表面改質装置と、
    前記移動機構で保持された基板に向かってインクを液滴化して吐出するインクジェットヘッドと、
    前記表面改質装置及び前記インクジェットヘッドを制御する制御装置と
    を有し、
    前記制御装置は、
    前記移動機構で保持された基板のうち、前記表面改質装置によって表面が改質されてからの経過時間が許容上限値を超えた基板に対しては、前記インクジェットヘッドからのインクの吐出を中止させるインク塗布装置。
  2. 前記表面改質装置は、前記第1搬送装置を搬送される基板に紫外線を照射することにより、基板の表面の改質を行う請求項1に記載のインク塗布装置。
  3. さらに、前記移動機構に保持された基板が移動する範囲の一部の領域の上方に配置された撮像装置を有しており、
    前記制御装置は前記撮像装置で、前記移動機構に保持された基板のアライメントマークを検出し、基板の位置情報を取得する請求項1または2に記載のインク塗布装置。
  4. 前記制御装置は、前記アライメントマークの位置の検出結果から得られた基板の位置情報と、基板に形成すべき膜の形状及び位置を定義した画像データとに基づいて、描画データを形成し、前記描画データに基づいて、前記インクジェットヘッド及び前記移動機構を制御する請求項3に記載のインク塗布装置。
  5. 前記制御装置は、処理する基板の基板種別ごとに前記許容上限値を記憶しており、表面が改質された基板の基板種別に対応する前記許容上限値を用いて、インクの吐出を中止させるか否かを判定する請求項3または4に記載のインク塗布装置。
  6. 第1搬送装置と、
    基板を保持して、相互に直交する2方向に移動させる移動機構と、
    前記第1搬送装置で搬送された基板を前記移動機構まで搬送する第2搬送装置と、
    前記第1搬送装置を搬送される基板の表面の親液性を変化させる表面改質装置と、
    前記移動機構で保持された基板に向かってインクを液滴化して吐出するインクジェットヘッドと
    を有するインク塗布装置の制御装置であって、
    前記移動機構で保持された基板のうち、前記表面改質装置によって表面が改質された基板のそれぞれについて、改質を行ったときからの経過時間を監視し、表面が改質されてからの経過時間が許容上限値を超えた基板に対しては、インクを液滴化して吐出する処理を中止させる制御装置。
  7. 第1搬送装置を搬送される基板の表面の親液性を変化させる表面改質を行い、
    前記第1搬送装置で搬送された基板を、相互に直交する2方向に移動させる移動機構まで第2搬送装置によって搬送し、
    前記移動機構に搬送された前記基板の表面に、インクの液滴を着弾させてインクの塗布を行い、
    前記基板の表面改質を行った時点からの経過時間を監視し、前記移動機構に搬送された基板のそれぞれについて、インクの塗布を行う前に表面改質を行った時点からの経過時間が許容上限値を超えたら、インクの塗布を中止するインク塗布方法。
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