KR20090104661A - 도포장치 및 도포방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 큰 도포영역에 있어서 얼룩이 없고, 색도의 사양에 관한 요구를 충족시키고, 투과광량을 유효범위 전체에서 균일하게 하는 컬러필터 등을 저비용으로 실현시키는 도포장치를 제공하고자 하는 것이다.

복수의 토출 노즐을 구비하는 도포 헤드에 있어서 상기 토출 노즐에 의하여 도포재를 미량의 액적으로 하여 도포 대상물에 도포하는 장치로서, 제어장치의 제어에 의하여 상기 도포 헤드가 대상물과 상대적으로 이동하고, 대상물에 도포재를 공급하여 상기 도포 헤드의 유효 폭 이상의 영역을 도포하는 공정에 있어서, 도포 헤드가 주사방향과는 직각방향으로 이동함으로써 도포영역 일부의 끝부분을 중복하여 주사하는 덧칠도포를 하고, 중복 부분에서 토출 노즐의 토출량은 상기 도포 헤드의 끝부분을 향하여 단계적인 차이를 갖고, 적어도 1왕복 이상의 도포 헤드의 주사에 의하여 대상물 전체 유효영역에 도포재를 균일하게 도포한다.

Description

도포장치 및 도포방법{COATING MACHINE AND COATING METHOD}

본 발명은, 장치 내의 소정의 위치에 지지된 도포 대상물에 대하여, 복수의 토출 노즐(吐出 nozzle)을 구비하는 도포 헤드(塗布 head)에 의하여 착색재료 등 도포하여야 할 재료를 토출하는 도포장치 및 도포방법에 관한 것이다. 특히 도포 대상물의 도포영역이 소구획(화소(畵素)라고 한다)으로 분할된 그 소구획에 다색(多色)의 착색재료를 토출·충전하는 경우 등에 큰 효과를 기대할 수 있다.

최근의 정보단말(情報端末)에서의 화상표시기술의 진전에 있어서 주목할 만한 것으로서, 대형 화면 또는 소형 화면에서도 매우 높은 고밀도(高密度)의 영상표시기기(디스플레이(display))가 제조되어 실용화되고 있다. 이와 같은 상황에서 저비용으로 고품위의 화상표시를 가능하게 하는 디스플레이에 대한 요구가 강하다. 이러한 요구에 대응하는 디스플레이의 키 디바이스(key device)로서 컬러필터(color filter)가 있고, 이 컬러필터의 제 조방법·장치에 관하여도 여러 가지 연구가 진행되고 있다.

이러한 컬러필터의 제조방법·장치에 관한 종래의 코팅기술에서는, 도포 대상물인 글라스 기판(glass 基板) 등에 차광(遮光) 기능을 구비하는 다양한 재료에 의하여 매트릭스(matrix) 모양으로 차광부를 형성한 도포 대상물에 있어서, 그 매트릭스 모양의 차광부에서의 격자 모양의 무늬(소구획인 도포영역 「화소」) 중에 착색재료를 충전시켜서 컬러필터로서의 기능을 실현시키고 있다.

최근에는 이러한 도포 대상물의 「화소」에 착색재료를 충전하는 방법으로서, 복잡한 공정에 의존할 수 밖에 없었던 종래의 코팅기술을 대신하여, 「화소」에 착색재료를 토출·충전시키는 잉크젯 헤드(ink-jet head)를 장착한 도포장치에 의하여 도포 대상물인 매트릭스 모양으로 차광부를 형성한 글라스 기판 등의 위에, 컬러필터 기능을 실현시키기 위하여 필요한 원색(原色) 수의 착색재료를 잉크젯 헤드에 형성된 잉크젯 노즐로부터 토출·충전시켜서 컬러필터를 제조하는 방법이 제안되어 있다.

이러한 잉크젯 헤드를 탑재한 도포장치를 사용하여 착색재료 등을 토출·충전시키는 경우, 대형 화면의 컬러액정 ＴＶ, 플라즈마 ＴＶ 또는 그 이외의 디스플레이 기기에 사용되는 대형의 컬러필터 또는 소형 화면의 정보단말용 디스플레이 등에 사용되는 소형의 컬러필터에서도 한 장의 기판을 다수로 분할시켜서 컬러필터를 얻고자 하는 경우, 한번에 큰 면적의 도포 대상물에 크고 넓게 형성된 다수의 화소에 착색재료 등을 토출·충전 시킬 필요가 있다.

이러한 큰 면적을 가지는 도포 대상물로서의 컬러필터의 생산에 있어서 신속하고 효율적으로 모든 화소에 착색재료의 토출·충전을 완료시키기 위해서는, 복수의 잉크젯 헤드를 직선으로 길게 탑재하여 유효도포폭(有效塗布幅)이 큰 잉크 토출부를 구비한 도포장치라면, 잉크 토출부와 글라스 기판의 상대적인 이동에 있어서 적은 이동 회수에 의하여 글라스 기판 등의 모든 화소에 착색재료를 토출·충전함으로써 가능하다.

또한 개개의 화소에 착색재료를 토출·충전시키는 것을 단시간에 완료하기 위해서는,

1) 1개의 잉크젯 노즐에서 1회에 토출시키는 양을 크게 하거나 또는

2) 화소에 대응하는 잉크젯 노즐의 수를 증가시킨다(= 고밀도로 배열한다)라는 2개의 선택사항이 있다.

그러나 1)에서의 한번에 대량의 착색재료를 토출시키는 방법에 있어서는, 컬러필터에서의 화소의 종횡(가로·세로) 치수가 100미크론 단위로서 작고 매트릭스 모양의 차광부의 분리벽 높이도 수 μｍ 정도로 더 낮아지게 되므로, 착색재료가 1개의 화소로부터 인접하는 화소로 넘쳐 나게 되어 색이 서로 다른 구획이 인접하고 있으면 「혼색(混色)」의 원인이 되고, 또한 같은 색이더라도 건조공정 후의 착색제 충전부의 두께에서 차이가 발생하여 컬러필터의 부분적인 「투과광량(透過光量)의 차이」가 발생하게 되므로, 품위 저하 또는 불량품으로 판정되는 저레벨(低 level)의 착 색재료 도포가 되어 실용적이지 못하다.

따라서 2)에서의 미량의 착색재료를 토출하는 잉크젯 노즐을 고밀도로 배열하는 방법이 선택사항으로서 남는다.

이와 같은 방법의 하나로서 특허문헌1에서는, 노즐 수가 적은 가로 폭에 있어서 복수의 작은 잉크젯 헤드 각각을 동일한 각도로 기울어지게 배열·배치하여 지지수단에 장착한다. 이에 따라 도포장치의 주사방향(走査方向)과는 직각방향의 잉크젯 노즐의 실효배열밀도(實效配列密度)를 높이고, 노즐 사이의 피치(pitch)를 화소(인용례 호칭 : 필터 엘리먼트(filter element))와 인접 화소 사이의 피치와 일치시키는 등등에 의하여, 화소에 착색재료를 토출·충전시키는 것에 필요한 잉크젯 노즐의 배열밀도를 실현시키는 방법이 개시되어 있다.

이에 따라 노즐 수가 많은 큰 폭의 1개의 잉크젯 헤드를 주사방향과는 직각방향으로 동일한 경사각의 경사를 갖게 하였을 경우와 비교하면, 동일한 도포폭이 실현되어 잉크젯 헤드의 주사방향의 치수를 작게 할 수 있으므로, 결과적으로 동일한 도포에 필요한 주사거리와 비교하면 장치의 총 주사거리가 짧아지게 되어 제조시간을 단축시킬 수 있다고 한다.

또한 특허문헌2에서는, 개개의 잉크젯 헤드에 구비된 노즐 사이의 토출량 편차에 따라 컬러필터에 색 얼룩이나 줄무늬 얼룩이 발생하는 것을 해소시키기 위한 대책으로서, 직선으로 잉크젯 헤드를 연결하거나 또는 인접하는 1조의 잉크젯 헤드를 주사방향에 있어서 겹치지 않도록 이동시켜서 그 끝부분이 서로 포개어지도록 병렬로 배치하여 하나의 장척 노즐 열(長尺 nozzle 列)로 한다.

이러한 장척 노즐 열을 복수 조 준비하고, 각각의 장척 노즐 열을 주사방향과는 직각방향으로, 장척 노즐 열의 연결(겹치는) 부분을 주사방향과 겹치지 않도록 이동시켜서 병렬로 배치하여 1개 화소의 영역을 주사하는 노즐을 복수로 하는 구성을 개시하고 있다.

이에 따라 복수의 잉크젯 헤드의 노즐로부터 1개의 화소에 착색재료의 토출·충전을 하기 때문에 잉크젯 개체의 노즐에서의 토출량 편차가 감소되어 색 얼룩이나 줄무늬 얼룩의 발생을 억제시킬 수 있다고 되어 있다.

특허문헌1 : 일본국 공개특허 특개 2002 - 273868호 공보

특허문헌2 : 일본국 특허 제3925525호 공보

그러나 특허문헌1의 방법에 대하여는, 특허문헌2에 개시된 것과 같이 복수의 잉크젯 헤드(인용례 : 액적토출 헤드(液滴吐出 head)) 사이에서 토출량에 다소의 편차가 발생하게 되는 것은 피할 수 없기 때문에, 예를 들면 어떤 잉크젯 헤드에서 착색재료(인용례 : 액상재료(液狀材料))를 토출·충전시킨 화소에서는 색이 짙어지고, 다른 잉크젯 헤드에서 착색재료를 토출·충전시킨 화소에서는 색이 엷어지게 되는 등으로 되어 패널(panel) 내에 색 얼룩을 발생시킨다는 문제가 있었다.

본 발명자 등은 토출량의 편차 요인을 찾아내는 중에 개개의 잉크젯 노즐에서 토출된 착색재료의 양에 주목하였다. 그 결과 개개의 잉크젯 노즐에서 토출되는 양은, 동시에 작동되는 근방의 잉크젯 노즐의 토출에 의한 영향을 받아, 그 잉크젯 노즐에서 단독으로 착색재료를 토출시켰을 경우에 비하여 토출되는 착색재료의 양이 5∼10% 정도 증가하게 되어, 그것에 의한 투과광량(透過光量)의 차이나 색 얼룩이 크다는 것을 확인하였다.

이러한 영향을 특허문헌2의 방법으로 피하기 위해서는, 많은 장척 노즐 열을 준비하고, 이들을 몇 겹으로 병렬로 배치하여 많은 잉크젯 헤드로부터 1개의 화소에 착색재료를 토출·충전시키는 것이 필요하게 되어, 이것을 컬러필터에 사용되는 원색의 수만큼 구비한다는 것은 경제적, 실용적 이지 않다.

또한 본 발명자 등은 종래 방식의 코팅기술 등을 포함시킨 자사(自社)의 컬러필터 생산 경험으로부터 투과광량의 차이나 색 얼룩의 저감에는, 평가 척도인 「색도(色度)」의 허용치를 규정치 이하로 억제함으로써 실용화가 가능하고, 컬러필터로서의 「색도」의 허용치가 유효영역 전체에 있어서 1000분의 3이고, 이 「색도」의 허용치를 실현시키기 위해서는 개개의 화소에 토출·충전되는 착색재료의 도포량 편차 허용치를 3% 이하로 한다는 것을 확인하였다.

본 발명은 이것을 컬러필터의 목표사양으로 하고, 이 사양을 만족시켜서 색 얼룩이나 줄무늬 얼룩이 없도록 화소에 착색재료를 토출·충전시킬 수 있는 도포장치·방법을 실현시키는 것이 목적이다.

본 발명은 상기한 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서,

복수의 토출 노즐(吐出 nozzle)을 구비하는 도포 헤드(塗布 head)에 의하여 도포 대상물에 상기 토출 노즐에 의하여 도포재(塗布材)를 미량(微量)의 액적(液滴)으로 하여 도포하는 장치로서, 제어장치의 제어에 의하여

상기 도포 헤드가 대상물과 상대적으로 이동하고, 대상물에 도포재를 공급하여 상기 도포 헤드의 유효 폭 이상의 영역을 도포하는 공정에 있어서,

도포 헤드가 주사방향(走査方向)과는 직각방향으로 이동함으로써 도포영역 일부의 끝부분을 중복하여 주사하는 덧칠도포를 하고,

중복 부분에서 토출 노즐의 토출량은 상기 도포 헤드의 끝부분을 향하여 단계적인 차이를 갖고,

적어도 1왕복 이상의 도포 헤드의 주사에 의하여 대상물 전체 유효영역에 도포재를 균일하게 도포하는 것을 특징으로 하는 구성으로 되어 있다.

또한 상기 중복되는 영역의 폭이, 적어도 도포 헤드에서 전체 토출 노즐의 양단(兩端)에 위치하고 토출량이 상대적으로 적은 토출 노즐의 도포영역의 폭 및/또는 적어도 3화소 이상인 구성으로 되어 있다.

본 발명에 의하면, 도포 대상물의 유효영역 전체의 면에서 색 얼룩이 적고, 균일하게 도포재를 도포할 수 있고 또한 도포 헤드의 주사방향에 따른 도포량 편차에 의한 직선적인 줄무늬 얼룩이 발생하지 않는 도포가 실현된다.

본 발명을, 도포 대상물(塗布 對象物)로서 컬러필터용(color filter 用)의 글라스 기판(glass 基板), 도포 헤드(塗布 head)로서 다수의 노즐(nozzle) 을 구비하는 잉크젯 헤드(ink-jet head)의 복합체를 사용하는 실시예에 관하여, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색 잉크를 사용하는 컬러필터(color filter)를 생산하는 장치 및 방법에 의하여 첨부된 도면을 참조하면서 이하에서 설명한다.

도1은 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치를 나타내는 사시도이고, 도2는 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치의 주요부를 나타내는 평면도이고, 도3은 잉크젯 헤드의 배열의 일례를 나타내는 평면 개략도이고, 도4는 잉크젯 노즐의 배열을 설명하는 평면도이다.

이들 각 도면에 있어서, 직교 좌표계의 3축을 X, Y, Z라고 하고, ＸＹ평면을 수평면, Z축방향을 연직방향, 연직축을 중심으로 하는 회전방향을 θ방향이라고 한다. 또한 도1에서의 지면(紙面) 앞쪽을 상류(上流)라고 하고, 지면 뒷쪽을 하류(下流)라고 한다. 도2에서는 지면 우측 상류, 지면 좌측이 하류가 된다. 그리고 상류에서 하류로 향하는 동작을 제1이동 동작, 하류에서 상류로 향하는 동작을 제2이동 동작이라고 한다.

도1에 나타나 있는 바와 같이 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치(color filter 製造裝置)(1)는, 기대(基臺)(2), 흡착 스테이지(吸着 stage)(3), 도포 갠트리(塗布 gantry)(4), 잉크 토출부(ink 吐出部)(5), 카메라 갠트리(camera gantry)(6), 얼라인먼트 카메라(alignment camera)(7), 스캔 카메라(scan camera)(8), 기판반송 로봇(基板搬送 robot)(9) 및 제어장치(制御裝置)(10) 등을 구비한다.

기대(2)는, 컬러필터 제조장치(1)의 주요 구성부(예를 들면 흡착 스테이지(3), 도포 갠트리(4), 카메라 갠트리(6) 등)를 가동할 때에 지지하는 대좌(臺座)로서 기능을 하고, 주로 석재(石材)로 구성된다. 석재로 구성하는 것은 온도변화에 따르는 변형을 최소한으로 억제하기 위함이다.

흡착 스테이지(3)는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 매트릭스(matrix) 모양의 차광부(遮光部)를 형성한 글라스 기판(glass 基板)(K)을 재치(載置)할 수 있도록 충분한 평면도(平面度, flatness)를 확보한 재치면(載置面)(31)을 구비하고, 기대(2)와 마찬가지로 석재로 구성된다. 이 재치면(31)에는, 도면에 나타나 있지 않은 흡인 펌프(吸引 pump)에 접속되어 글라스 기판 등에 마이너스 압력(minus 壓力)을 부여하는 복수의 흡착구멍(32)과 복수의 리프트 핀구멍(lift pin hole)(33)이 형성되어 있고, 리프트 핀구멍(33)에는 상하로 이동 가능한 리프트 핀(lift pin)(34)이 구비되어 있다. 그리고 글라스 기판(K)은 기판반송 로봇(9)에 의하여 리프트 핀(34) 위로 반송되고, 이 리프트 핀(34)이 완만하게 강하(降下)된 후에 흡착구멍(32)으로부터의 마이너스 압력에 의하여 재치면에 고정된다.

또한 흡착 스테이지(3)는, 도면에 나타나 있지 않은 스테이지 회전구동수단에 의하여 θ방향으로 회전구동 가능하게 된다.

도포 갠트리(4)는, 흡착 스테이지(3)를 넘어갈 수 있는 크기의 문(門)　모양으로 하고, 적어도 흡착 스테이지(3)를 사이에 두고 세워서 설치되는 2개의 지주부(支柱部)(41)와, 2개의 지주부(41) 사이에 가설(架設)되는 수평 테두리부(42)를 구비한다. 그리고 도포 갠트리(4)는 흡착 스테이지(3)를 넘는 상태에서 한 쌍의 제1리니어 모터(first linear motor)(43)에 의하여 X축방향으로 주행할 수 있도록 기대(2) 상에 지지된다. 한 쌍의 제1리니어 모터(43)는, 기대(2)의 양단(兩端)에 X축을 따라 상호 평행하게 설치된다.

상기 수평 테두리부(42)는, 2개의 지주부(41)에 각각 설치되는 리니어 모터 또는 볼나사(ball screw)에 의한 구동기구 등으로 구성되는 서보모터 기구(servo motor 機構)(44)에 의하여 Z축방향으로 승강(昇降) 가능하다. 수평 테두리부(42)에는, 잉크 토출부(5)가 제2리니어 모터(45)에 의하여 Y축방향으로 주행 가능하도록 설치된다. 제2리니어 모터(45)는 Y방향을 따라 수평 테두리부(42)에 설치된다.

도3에 나타나 있는 잉크젯 헤드의 배열의 일례에 의한 잉크 토출부(5)는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 착색재료 중 어느 하나를 도포하기 위한 것이고, 도면에 특별히 나타내지는 않았지만 다른 착색재료를 도포하기 위한 잉크 토출부(5)도 나란하게 설치되어 있다.

도3의 예에서는, ＲＧＢ 각 색마다의 잉크 토출부(5)는, 잉크젯 헤드(51)를 병렬로 5개 배치한 5단(段)으로 하나의 열(列)을 구성하고, 단을 구성하는 잉크젯 헤드(51)를 3단과 2단으로 2분할하고, 이들을 지그재그(zigzag) 모양으로 6열로 배치한 합계 30헤드로 구성되어 있다.

도4는 1개의 잉크젯 헤드(51)와 병렬 즉 인접하는 잉크젯 헤드(51)에 각각의 잉크젯 노즐(52)이 배치되는 배열피치(配列 pitch)(P)의 관계를 나타 내기 위한 설명의 도면이다. 도면과 같이 잉크젯 헤드(51)에 설치되는 잉크젯 노즐(52)이, 열을 이루는 5개 잉크젯 헤드(51)에 있어서의 5개 잉크젯 노즐(52) 각각이 끝부분으로부터 정연하게 피치(P)만큼 어긋난 위치에 배치되어 있다.

또한 그 열의 다른 끝부분에 있는 잉크젯 노즐(52)로부터, 인접하는 열의 끝부분의 잉크젯 노즐(52)이 피치(P)로 배치된다는 위치관계를 나타내고 있다.

즉 개개의 열을 이루는 잉크젯 헤드(51)에서의 잉크젯 노즐(52)의 사이에 있어서도, 또한 도포폭을 확보하기 위하여 주사방향(走査方向)과는 직각방향으로 직선적으로 인접하는 2개 끝부분의 잉크젯 헤드(51) 사이에 있어서도 모두가 피치(P)로 배치된다.

이에 따라 유효도포폭 전체에 빈틈 없이 필요한 피치(P)의 배치에 의하여 잉크젯 노즐(52)이 존재한다.

도1로 되돌아가서, 얼라인먼트 카메라(7)와 스캔 카메라(8)가 기대(2) 상의 측정 기준위치에서 조정된 후에 카메라 갠트리(6)에 장착·고정되어 있고, 얼라인먼트 카메라(7)에 의하여 글라스 기판(K) 상에 붙여진 얼라인먼트 마크(alignment mark)(도5 참조)를 읽어내고, 기준점으로부터의 차이를 계측하여 기대(2) 상의 글라스 기판(K)의 ＸＹ평면에 있어서의 각도 차이를 계산하고, 계산 결과에 의거하여 흡착 테이블(3)을 회전시킴으로써 글라스 기판(K)의 얼라인먼트와 글라스 기판이 가지는 화소 배치의 위치정보 등으 로부터 글라스 기판의 원점보정(原點補正)을 달성할 수 있다.

또한 카메라 갠트리(6)에는 글라스 기판(K)에 착탄(着彈)된 착색재료를 검출·계측하는 스캔 카메라(8)를 장착·지지하는 것이 더 바람직하고, 이 스캔 카메라(8)는 카메라 갠트리(6) 상을 Y방향, Z방향으로 왕복 이동 가능하도록 장착되어 구동된다.

또 스캔 카메라(8)를 대신하여 2차원 ＣＣＤ 카메라를 채용하는 것에 의하면, 글라스 기판(K)에 착탄된 액적을, 글라스 기판(K) 표면에 있어서의 그 지름으로부터 면적을 연산하고, 높이를 일정 스텝(step)으로 서서히 올려서 각각의 면적을 연산함으로써 액적의 부피를 산출하는 것이 가능하므로, 이 착색재료를 토출한 잉크젯 노즐별로 착색재료의 토출량을 정밀도 높게 계측·연산할 수 있다.

다음에 도5부터 도8을 참조하여 상기한 바와 같이 구성되는 컬러필터 제조장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 도5는 컬러필터의 형성 대상이 되는 글라스 기판(K)의 화소배열 이미지(image) 도면이고, 도6(A), (B)는 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치의 개략적인 동작을 나타내는 플로우차트(folw chart)이고, 도7은 도포량을 단계적으로 차이를 갖게 한 잉크젯 노즐의 선택에 대한 일례를 나타내는 도면이고, 도8은 잉크 토출부(5)의 유효도포폭의 경계부근의 화소에, 1개의 색에 대하여 그 착색재료의 토출·충전량에 단계적인 차이를 갖게 하여 2회의 토출에 의하여 충전되는 이미지 도면이다.

컬러필터를 제작하려고 하는 글라스 기판(K)의 표면에는, 도5에 나타나 있는 바와 같이 컬러 잉크의 도포구획을 형성하는 매트릭스 모양의 차광부인 블랙 매트릭스(back matrix)(BM) 및 얼라인먼트 마크(M1)가 미리 형성되어 있다. 도면에서의 「Ｒ」, 「G」, 「B」는 적색, 녹색, 청색의 각각 목적하는 색에 대응하는 화소를 나타낸다.

또한 컬러필터 제조장치(1)에서는, 흡착 스테이지(3)는 비흡착(非吸着) 상태, 도포 갠트리(4)는 최상류 위치, 잉크 토출부(5)는 비토출 상태, 카메라 갠트리(6)는 최하류 위치이다. 기판반송 로봇(9)에 있어서의 가동 지지대(可動 支持臺)(93) 상에는 글라스 기판(K)이 재치되어 있는 상태에서 설명을 진행한다.

동작은 특별한 설명이 있는 경우를 제외하면, 제어장치(10)의 제어에 의거하여 구동제어된다.

(글라스 기판반입(스텝(S1)))

우선 기판반송 로봇(9)은 가동 지지대(93)를 구동시켜서 글라스 기판(K)을 흡착 스테이지(3)의 바로 위로 반송한다. 병행하여 기대(2)의 흡착 스테이지(3)의 재치면(31)으로부터는 리프트 핀구멍(33)으로부터 리프트 핀(34)을 상승시키고, 기판반송 로봇(9)은 가동 지지대(93)를 서서히 강하시켜서 글라스 기판(K)을 리프트 핀(34)의 선단부(先端部)에 싣는다. 글라스 기판(K)을 리프트 핀(34)에 실은 후에 기판반송 로봇(9)은 가동 지지대(93)를 대피시킨다.

흡착 스테이지(3)는, 글라스 기판(K)을 피벗 지지(pivot 支持)하는 리프트 핀(34)을 하강시켜서 글라스 기판(K)이 하강되어 재치면(31)에 도달하는 것과 대략 동시에 흡인 펌프로 진공흡착구멍(32)에 마이너스 압력을 발생시켜서 재치면(31) 상에 마이너스 압력에 의하여 글라스 기판(K)을 흡착시켜서 지지한다.

(글라스 기판 위치결정(스텝(S2)))

흡착 스테이지에 의하여 글라스 기판(K)의 흡착이 끝난 후에, 제1리니어 모터(43)에 의하여 얼라인먼트 카메라(7)를 얼라인먼트 마크(M1)의 상방으로 이동시킨다.

얼라인먼트 카메라(7)는 얼라인먼트 마크(M1)를 촬영하고, 얻어진 화상 데이터(畵像 data)를 제어장치(10)로 이송하고, 이송 받은 화상 데이터를 화상처리하여 얼라인먼트 마크(M1)의 각각의 좌표를 산출하고, 글라스 기판(K)의 기대(2) 상의 ＸＹ평면에 있어서의 각도 차이와 글라스 기판(K)의 원점위치를 산출하여 보정한다.

글라스 기판(K)의 각도 차이는 도면에 나타나 있지 않은 스테이지 회전구동수단을 구동제어함으로써 글라스 기판(K)의 각도 차이를 수정한다.

(도포 전 준비(스텝(S3)))

제1리니어 모터(43)는 도포 갠트리(4)를 이동시켜서 잉크 토출부(5)가 글라스 기판(K)에 있어서의 상류 측의 도포 시작위치에 맞춘다. 계속하여 서보모터 기구(servo motor 機構)(44)는 잉크젯 노즐(52)의 토출구와 글라스 기 판(K) 표면의 간격이 0.25mm ∼ 1.0mm 정도의 미소한 간격이 되도록 잉크 토출부(5)를 하강시킨다.

다음에 도포동작에 대하여 상세하게 설명한다.

(착색재료 도포(스텝(S4)))

본 발명에 관한 컬러필터 제조장치(1)의 글라스 기판(K)에 있어서의 전체 화소(gs)에 목적하는 색의 착색재료를 도포하는 일련의 동작은, 도8A에 나타나 있는 큰 화살표와 같이 상류에서 하류로 향하는 제1이동 동작의 주사(走査)에 의한 도포, 인접한 도포구획으로 이동하는 Y축방향 이동, 그리고 도8B에 나타나 있는 큰 화살표와 같이 하류에서 상류로 향하는 제2이동 동작의 주사에 의한 도포에 의하여 잉크젯 헤드(51)로부터 착색재료를 글라스 기판(K)에 토출·충전시켜서 도포동작을 종료한다.

이하에서 더 상세하게 설명한다.

(제1이동 동작에 의한 도포)

제1리니어 모터(43)의 구동에 의하여 도포 갠트리(4)를 제1이동 동작으로 작동시킨다. 이에 따라 잉크 토출부(5)는, 도8A의 화살표로 나타나 있는 바와 같이 잉크젯 노즐(52)의 토출구와 글라스 기판(K)의 표면이 미소한 간격을 유지하면서 이동한다. 제어장치(10)는, 도포하려고 하는 화소(gs)에, 소정 색의 착색재료를 소정의 타이밍으로 소정량 토출하도록 잉크 토출부(5)에 명령을 보낸다. 이에 따라 글라스 기판(K)의 블랙 매트릭스(BM)에 있어서의 각 화소(gs)에 적정량의 착색재료가 도포된다(도6B의 스텝(S42), (S43) 참조).

이러한 제1이동 동작에 의한 도포에서는, 제어장치(10)의 명령으로 잉크젯 헤드(51)의 잉크젯 노즐(52)로부터의 착색재료 토출에 의하여 착색재료가 도포된 화소의 충전량은, 도8A와 같이 중복 도포영역에서의 잉크 토출부(5) 도포폭에 있어서 흑백(黑白)의 농담(濃淡)에 의하여 판단할 수 있도록 끝부분을 향하여 단계적으로 차이가 있다. 이 도면에서는 나타내지 않았지만 다른 색도 동일하게 되도록 대략 동시에 도포된다.

(제1이동 동작 도포 종료 후의 잉크 토출부의 Ｙ방향 시프트)

제1리니어 모터(43)의 구동에 의하여 도포 갠트리(4)가 글라스 기판(Ｋ) 상을 소정의 도포 유효영역의 종단 또는 도포 갠트리(4)의 이동 끝부분까지 이동되어 정지된다.

그 후에 제2리니어 모터(45)의 구동에 의하여 잉크 토출부(5)를 Y방향으로 이동시킨다.

이러한 이동량은, 적어도 유효도포폭(W)에 있어서 제2이동 동작의 주사에 의하여 토출량에 단계적인 차이를 갖고 도포되는 화소를 포함하는 영역을 중복하여 주사하고, 착색재료를 토출·보완하여 소정량을 충전시키는 위치로 잉크 토출부(5)를 Y방향으로 이동시키는 거리가 된다.

(제2이동 동작에 의한 도포)

제1리니어 모터(43)의 구동에 의하여 도포 갠트리(4)를 제2이동 동작으로 작동시킨다(스텝(S41)). 이에 따라 잉크 토출부(5)는 도8B의 화살표로 나타나 있는 바와 같이, 상류에서 하류로의 제1이동 동작을 할 때와 마찬가지로 잉크젯 노즐(52)의 토출구와 글라스 기판(K)의 표면이 미소한 간격을 유지하면서 이동하게 된다.

제어장치(10)는, 소정 색의 착색재료를 소정의 타이밍으로 소정량 도포 대상인 화소(gs)에 토출하도록 잉크 토출부(5)에 명령을 보낸다. 이에 따라 글라스 기판(K)의 블랙 매트릭스(BM)에 있어서의 각 화소(gs)에, 즉 단계적인 차이를 갖는 양으로 한 영역도 포함되는 모든 유효 화소에, 총량(總量)이 소정량이 되는 착색재료가 도포된다(도6B의 스텝(S42), (S43) 참조).

이렇게 하여 상류에서 하류로 1회의 왕복주사에 의하여 모든 화소에 착색재료를 소정량 충전할 수 있다.

잉크 토출부(5)가 글라스 기판(K)에 있어서의 상류 측의 도포 종료위치에 도달하면(스텝(S44)에서 YES), 제1리니어 모터(43)는 도포 갠트리(4)를 기대(2)의 X축 원점까지 이동시켜서 그 주행을 정지시킨다.

그 후에 제2리니어 모터(45)의 구동에 의하여 잉크 토출부(5)를 초기위치까지 되돌려서 종료된다(스텝(S45) 참조).

본 발명에 의하여 컬러필터에 착색재료를 도포하는 것에서는, 도포 헤드가 주사방향과는 직각방향으로 이동함으로써 대상이 되는 도포영역 일부의 끝부분이 중복하여 주사되는 덧칠도포를 하고, 중복 부분에서 토출 노즐의 토출량은 상기 도포 헤드의 끝부분을 향하여 단계적으로 차이를 가 짐으로써 적어도 1왕복 이상의 도포 헤드의 주사에 의하여 대상물 전체 유효영역에 도포재를 균일하게 도포할 수 있다.

이 경우의 중복되는 영역의 폭이, 적어도 잉크 토출부에서의 전체 토출 노즐의 양단(兩端)에 위치하고 토출량이 상대적으로 적은 토출 노즐의 도포영역의 폭 및/또는 적어도 3화소 이상인 것이 바람직하다.

다음에 본 발명의 도포장치에 의하여 도포영역 전체 면에 걸쳐서 균일하게 도포하는 구조를 실시예에 근거하여 설명한다.

(실시예1)

본 발명의 실시예로서, 대표적인 37인치 크기의 고밀도 텔레비젼 수상기에 대응할 수 있는 폭 180μm, 길이 530μm 크기의 화소에 있어서, 잉크 토출부(5)를 탑재한 도포 갠트리(4)의 1회 왕복주사에 의하여 도포 헤드가 주사방향과는 직각방향으로 이동하여 도포영역 일부의 끝부분(본 실시예에서는 4개의 화소)을 중복하여 주사하는 덧칠도포를 하고, 중복 부분에서 토출 노즐의 토출량은 상기 도포 헤드의 끝부분을 향하여 단계적인 차이를 갖고서 도포영역 내의 컬러필터로서 유효한 영역의 전체 화소에 소정량의 착색재료를 토출·충전하는 것으로 하여 설명한다.

이 경우에 미소한 액적(液滴)에 의하여 100만이 넘는 상기한 크기의 화소에 3색 각각의 착색재료를 도포하기 때문에, 잉크젯 노즐(52)의 밀도에 있어서도 이에 대응하는 밀도가 필요하고, 이 경우에는 잉크젯 노즐(52)의 배열밀도를 1800dpi로 하고, 1개의 잉크젯 노즐(52)로부터의 착색재료 1발 (적(滴))의 토출량을 30pl(피코 리터(pico liter))로 하여 50발, 합계 1500pl의 착색재료를 글라스 기판(K)에 매트릭스 모양의 차광부를 형성한 글라스 기판(K)의 그 격자 모양의 무늬( = 화소) 중에 토출·충전시켜서 컬러필터를 제조하는 것으로 되어 있다.

그리고 잉크 토출부(5)의 유효도포폭은, 컬러필터 유효 화소영역 폭(W)의 1/2에 더하여, 잉크 토출부에서 전체 토출 노즐의 양단에 위치하고 토출량이 상대적으로 적은 토출 노즐의 도포영역의 폭 및/또는 적어도 화소 3개의 폭 치수 이상을 포함하는 큰 폭으로 되어 있다.

1800dpi의 잉크젯 노즐(52)의 배열피치(P)는 14.11μm가 되지만, 이 14.11μm라고 하는 피치의 값은, 현재 상태의 기본적인 잉크젯 방식에 의한 잉크젯 노즐(52)을 구성하는 부재의 치수·기구 등의 제약 때문에 1개의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 실현시키는 것은 어렵다. 여기에서 이 14.11μm의 피치를 5개(단(段))의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 실현시킨다.

즉 1개의 잉크젯 헤드(51)에 형성되는 잉크젯 노즐(52)의 배열간격은 14.11μm의 5배인 70.56μm(360dpi)로 준비한다.

이 5개의 잉크젯 헤드(51)에서의 각각의 잉크젯 노즐(52)을 피치 14.11μm씩 비키어 놓은 배치로 하여 1개의 열을 구성하고 있다.

또한 이 열 상호 끝부분의 잉크젯 노즐(52)의 배열도 간격 14.11μm로 하여 연속한 배열로 함으로써 잉크 토출부(5)의 도포폭과 배열밀도를 확보한다.

화소(gs)에 착색재료를 토출·충전시키는 것에 관해서는, 잉크젯 노즐(52)에서 토출된 착색재료의 액적이 기판 상에 형성된 매트릭스 모양의 차광부의 분리벽에 올라 타서 인접하는 화소(gs)로 넘치는 것 등에 의하여 쌍방 화소(gs)의 충전량이 소정의 양에서 벗어나거나 또는 분리벽을 타고　 넘어가서 인접하는 화소(gs)의 착색재료와 섞여서 혼색(混色)이 발생하는 것 등의 문제에 대한 대응이 중요하게 된다.

본 발명자 등은 잉크젯 노즐(52)에서 토출된 착색재료의 액적을 사전에 계측하여 기판으로 비상(飛翔) 중인 액적의 지름을 평균하면 40μm인 것을 확인하였기 때문에, 본 실시예에서는, 화소(gs)의 가로·세로 테두리로부터 착색재료가 비상 중인 액적 반경인 20μm의 위치보다 외측 구역을 토출금지영역으로 하고, 화소(gs)의 장변방향으로 490μm, 단변방향으로 140μm의 범위에 잉크젯 노즐(52)로부터의 착색재료의 액적을 비상·착탄시키도록 착색재료의 토출을 제어한다. 이하 ＲＧＢ 어느 것이나 1개의 색에 관한 도포에 관하여 설명한다.

화소의 단변방향(短邊方向)의 140μm 범위에 액적을 착탄시키기 위해서는, 도포 갠트리(4)의 주사(이동)속도와 도포 갠트리(4) 및 착색재료를 착탄시키는 화소(gs)와의 상대위치 관계에 의하여 착색재료의 토출 타이밍을 설정함으로써 고정밀도로 착탄시킬 수 있다. 따라서 도포 갠트리의 속도는 정밀도를 유지하는 범위로서 생산성이 허용되는 범위에서 설정된다.

한편 화소 장변방향(長邊方向)의 착탄위치에 대한 제약은, 목표가 되 는 화소(gs)의 장변방향의 490μm의 폭 위를 통과하는 잉크젯 노즐(52)에서 화소에 착색재료를 토출·충전시키는 것이 필요하다. 따라서 이 490μm의 범위를 통과하는 잉크젯 노즐(52)에 토출·도포의 동작명령을 하도록 제어한다.

착색재료를 토출·충전시키는 것이 가능한 화소영역 내의 폭 490μm 사이에 들어 가는 잉크젯 노즐(52)의 수는, 잉크젯 노즐(52)의 배열피치가 14.11μm이기 때문에 34개가 된다.

이 34개의 잉크젯 노즐(52)에 의하여 착색재료가 화소(gs)로 토출·충전되는 양은 상기한 바와 같이 총량으로 1500pl이다. 본 발명에서는 화소(gs) 중에서 일부(본 실시예에서는 4개의 화소)를 2회의 착색재료 토출·충전에 의하여 소정의 총량을 충전한다. 이렇게 2회로 나누어서 충전되는 화소(gs)로의 착색재료의 토출량, 1회째에는 소정의 충전량에 대하여 단계적인 차이를 갖는 20, 40, 60, 80%의 양, 2회째에는 반대로 80, 60, 40, 20%의 양에 의하여 대상이 되는 화소(gs)에 대하여 2회의 토출·충전되는 양이 조합되어 충전되는 경우에 관하여 상세하게 설명한다.

이 2회의 착색재료 토출에 의한 충전량의 단계적인 차이를 갖는 충전량의 조절은, 본 실시예에서는 개개의 잉크젯 노즐(52)로부터의 토출량을 제어하지 않기 때문에, 화소(gs)로 토출되는 잉크젯 노즐(52)의 수를 제어하여 이루어진다. 그 비율은, 대상이 되는 총수가 34개이기 때문에 7, 14, 20, 27개의 잉크젯 노즐(52)을 도7과 같이 적절하게 분산되도록 하여 선택하고, 이 잉크젯 노즐(52)로부터 소정의 착색재료의 토출·충전을 함으로써 실현시킨다.

더 상세하게 설명하면, 이 34개의 잉크젯 노즐로부터 토출되는 노즐의 선택을 도7과 같이

1) 5개 걸러서 합계 7개. 이것을 A군

2) 1)에 더하여 1)의 노즐에서 1개 건너뛰어 노즐을 선택하여 합계 14개. 이것을 B군

3) 2)에서 선택한 노즐을 반전시킨 노즐 선택. 합계 20개. 이것을 C군

4) 1)에서 선택한 노즐을 반전시킨 노즐 선택. 합계 27개. 이것을 D군

으로 하여,

제1이동 동작(X방향의 상류로부터 하류로의 1회 주사)에서는 잉크젯 헤드의 배열 종단에서 중복 도포하는 위치의 화소에 대하여는 끝부분으로부터 A군, B군, C군, D군의 잉크젯 노즐을 선택하여 착색재료를 토출시키는 제어를 실행하고, 이 이외의 화소에 대하여는 소정의 양(1500pl)을 토출시켜서 도포 갠트리(4)의 이동에 의하여 잉크 토출부(5)를 X방향으로 상류로부터 하류로 주사하고, 인쇄명령이 부여된 잉크젯 노즐(52)로부터의 토출·충전이 이루어져서 도포하여야 할 영역의 끝부분까지 이동시킨다(도8A).

그 후에 잉크 토출부(5)를 Y방향으로 이동시킨다. 이 이동량은, 적어 도 4개 착색재료의 도포량에 단계적으로 차이를 갖는 화소(gs)의 폭을 중복되는 위치로 이동시킨 양으로 한다. 잉크 토출부(5)를 Y방향으로 이동시킨 후에 도포 갠트리(4)를 X방향으로 하류로부터 상류로 주사시킨다.

그리고 제2이동 동작(X방향의 하류로부터 상류로의 주사)에서는, 중복 부분의 4개 화소에는 도포하여야 할 소정량(1500pl)의 착색재료에 단계적으로 차이를 갖는 토출·충전량을 보완하고, 이 이외의 화소에는 소정량(1500pl)을 토출한다. 보완되는 토출·충전이라는 것은, 구체적으로는 제1이동 동작에서 A, B, C, D군의 노즐 선택에 의하여 도포된 각각의 화소에, A군에서 도포된 화소에는 D군의, B군에서 도포된 화소에는 C군의, C군에서 도포된 화소에는 B군의, D군에서 도포된 화소에는 A군의 노즐이 대응되어 선택되도록 제어명령을 받은 잉크젯 노즐(52)로부터 착색재료를 토출·충전시킨다. 중복 도포를 하는 4개의 화소는, 이렇게 하여 왕복주사에 의하여 도포하여야 할 소정량(1500pl)의 착색재료를 보완하여 도포되어 유효영역 전체가 도8B와 같이 균일하게 도포된다.

도8에서는, 1개 색이 도포된 상태를 나타내고 있지만 다른 색의 화소도 마찬가지로 착색재료가 도포된다.

이렇게 단계적으로 차이를 갖는 착색재료 토출량의 설정은 잉크젯 노즐(52)을 도7과 같이 적절하게 분산되도록 하는 것이 바람직하고, 그 이유는 인접하는 잉크젯 노즐(52)에 의한 동작의 영향을 가능한 한 배제하도록 개개의 잉크젯 노즐(52)을 가능한 한 독립시켜서 토출되도록 작동시키는 것이 보다 안정된 착색재료의 토출이 실현되기 때문이다.

이와 같이 본 발명에 의하면,

일부 화소(gs)에 대한 착색재료의 충전은 토출량에 단계적으로 차이를 가지도록 하고, 상기 일부의 화소(gs)를 1왕복 이상의 중복된 주사에 의하여 이와 같이 단계적인 차이가 있는 화소에 대한 충전량을 보완하는 것에 추가하여, 단계적인 차이가 있는 토출량을 1개의 화소범위에서 분산된 위치로부터 선택한 잉크젯 노즐에 의하여 토출·충전시킴으로써 인접하는 다수의 잉크젯 노즐에 의하여 동시에 토출하였을 경우에, 토출된 끝부분 근방의 잉크젯 노즐에서 발생되는 토출량이 다른 것보다 상대적으로 적다는 악영향을 회피하여 도포 헤드의 도포폭 이상의 폭의 도포영역에 균일하게 착색재료를 도포할 수 있다.

즉 개개의 잉크젯 노즐로부터의 토출량에 편차가 없어지게 되고,

컬러필터의 평가척도인 「색도(色度)」의 허용치를 유효영역 전체에 있어서 1000분의 3 이내의 목표가 달성되고,

컬러필터의 유효영역 전체에서 색 얼룩이 없고 또한 잉크 토출부의 주사방향에서도 줄무늬 얼룩이 없는 균일한 도포를 실현시킬 수 있다.

본 실시예에서는 1회의 왕복주사에 의하여 전체 도포영역을 도포하는 예를 들었지만, 도포폭이 큰 경우에는 다음의 도포가 필요한 영역을 향하여 그 접속 부분에 있어서 이와 같은 단계적인 차이를 갖는 토출·충전을 함으로써 대응이 가능하다는 것은 자명하다.

또한 상기의 예에서는 도포 갠트리(4)를 흡착 테이블(3)에 대하여 X방향으로 이동시키도록 한 실시예를 설명하였지만, 도포 갠트리(4)를 고정시키고 흡착 테이블(3)을 이동시키도록 구성할 수도 있다.

이상에서는, 도포장치의 대표적인 응용예로서 액정표시장치 등에 이용되는 글라스 기판의 컬러필터 제조에 대한 적용례를 설명하였지만, 이 장치는 다른 평면적인 부재에 착색재료 또는 피막재료를 도포하는 장치에서 사용하는 것도 적용 가능하다.

도1은 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치를 나타내는 사시도이다.

도2는 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치의 주요부를 나타내는 평면도이다.

도3은 잉크젯 헤드에서의 배열의 일례를 나타내는 평면의 개략도이다.

도4는 잉크젯 노즐의 배열을 설명하는 평면도이다.

도5는 글라스 기판의 화소배열의 이미지 도면이다.

도6은 본 발명의 컬러필터 제조장치의 동작 개요를 나타내는 플로우 차트이다.

도7은 도포량을 단계적으로 차이를 갖는 잉크젯 노즐 선택의 일례이다.

도8은 도포영역에서의 경계 부근의 화소에 단계적인 차이를 갖게 하여 도포되는 이미지 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 컬러필터 제조장치(도포장치)

4: 도포 갠트리

5 : 잉크 토출부

51 : 잉크젯 헤드

52 : 잉크젯 노즐

gs : 화소(피도포(被塗布) 장소）

K　: 글라스 기판(기판）

X방향(스캔방향）

Y방향(스캔방향과 직교하는 방향)

Claims (4)

1. 복수의 토출 노즐(吐出 nozzle)을 구비하는 도포 헤드(塗布 head)에 의하여 도포 대상물에 상기 토출 노즐에 의하여 도포재(塗布材)를 미량(微量)의 액적(液滴)으로 하여 도포하는 장치로서, 제어장치의 제어에 의하여

   상기 도포 헤드가 대상물과 상대적으로 이동하고, 대상물에 도포재를 공급하여 상기 도포 헤드의 유효 폭 이상의 영역을 도포하는 공정에 있어서,

   도포 헤드가 주사방향(走査方向)과는 직각방향으로 이동함으로써 대상이 되는 도포영역 일부의 끝부분이 중복하여 주사하는 덧칠도포를 하고,

   중복 부분에서 토출 노즐의 토출량은 상기 도포 헤드의 끝부분을 향하여 단계적인 차이를 갖고,

   적어도 1왕복 이상의 도포 헤드의 주사에 의하여 대상물 전체 유효영역에 도포재를 균일하게 도포하는 것을 특징으로 하는 도포장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 중복되는 영역의 폭이, 적어도 도포 헤드에서 전체 토출 노즐의 양단(兩端)에 위치하고 토출량이 상대적으로 적은 토출 노즐의 도포영역의 폭 및/또는 적어도 3화소 이상인 것을 특징으로 하는 도포장치.
3. 복수의 토출 노즐을 구비하는 도포 헤드에 의하여 도포 대상물에 상기 토출 노즐에 의하여 도포재를 미량의 액적으로 하여 도포하는 장치로서, 제어장치의 제어에 의하여

   상기 도포 헤드가 대상물과 상대적으로 이동하고, 대상물에 도포재를 공급하여 상기 도포 헤드의 유효 폭 이상의 영역을 도포하는 공정에 있어서,

   도포 헤드가 주사방향과는 직각방향으로 이동함으로써 도포영역 일부의 끝부분을 중복하여 주사하는 덧칠도포를 하고,

   중복 부분에서 토출 노즐의 토출량은 상기 도포 헤드의 끝부분을 향하여 단계적인 차이를 갖고,

   적어도 1왕복 이상의 도포 헤드의 주사에 의하여 대상물 전체 유효영역에 도포재를 균일하게 도포하는 것을 특징으로 하는 도포방법.
4. 제3항에 있어서

   상기 중복되는 영역의 폭이, 적어도 도포 헤드에서의 전체 토출 노즐의 양단에 위치하고 토출량이 상대적으로 적은 토출 노즐의 도포영역의 폭 및/또는 적어도 3화소 이상인 것을 특징으로 하는 도포방법.

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