KR20100119857A - 도포장치 및 도포방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적은 노즐수로 경계부에 얼룩을 발생시키지 않는 도포장치 및 도포방법을 제공하는 것이다.
복수의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 원색수(N)의 잉크를 도포하여 컬러필터를 제조하는 도포장치에 있어서, 동일한 색의 잉크를 공급하는 1개 이상의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 헤드모듈(52)을 구성하고, 상기 헤드모듈(52)을 적어도 헤드모듈(52)의 잉크 토출폭의 양단이 인접 혹은 겹치도록 피치(P)로 스캔방향으로 배열하고, 이들 헤드모듈(52)을 스캔방향과 직교방향으로 연속하여 길이(L)만큼 배열한 헤드블록(50)을 구성하고, 상기 헤드블록(50)의 헤드모듈(52)별로 순차적으로 색을 바꾸어서 잉크를 공급하고, 또한 컬러필터의 필요 도포폭(W)에 대하여, L이 다음의 식인 것을 특징으로 하는 도포장치.
[식1]
L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )

Description

도포장치 및 도포방법{APPLICATION DEVICE AND APPLICATION METHOD}

본 발명은 도포장치(塗布裝置) 및 도포방법에 관한 것이다. 상세하게는, 복수의 잉크젯 노즐(inkjet nozzle)과 도포대상(塗布對象)이 되는 기판(基板)을 대향(對向)하여 근접시킨 상태에서 상대적으로 이동(스캔)시키면서, 소정의 위치에서 소정량의 잉크를 복수의 잉크젯 노즐(inkjet nozzle)로부터 토출(吐出)하는 도포장치 및 도포방법에 관한 것으로서, 특히 컬러필터 제조장치(color filter 製造裝置)에 적용하는 것이 바람직하다.

컬러 액정용 디스플레이(color 液晶用 display)는, 컬러필터, TFT용 어레이 기판(TFT用 array 基板) 등에 의하여 구성되어 있다. 이 중에서 컬러필터는, 글래스 기판(glass 基板) 상에 격자 모양의 블랙 매트릭스(black matrix)에 의하여 가장자리에 부착되는 각 화소를, 일반적으로는 R(적색), G(녹색), B(청색)의 3색으로 나누어서 규칙적으로 형성한 것으로, 컬러 액정용 디스플레이의 색 형성의 중추적인 역할을 하는 부재이다.

이 컬러필터는 보통은, 1)글래스 기판 상에 흑색(黑色)의 포토레지스트재(photoresist材)의 도포막(塗布膜)을 형성한 후에, 포토리소그래피법(photorithography法)에 의하여 흑색의 도포막(塗布膜)을 격자 모양으로 가공하고(격자 모양 블랙 매트릭스의 형성), 2)일단 R의 도포막을 전체 면에 형성한 후에, 포토리소그래피법에 의하여 격자 사이의 R화소에만 R도포막을 남기고(R화소 형성), 3)G, B에 관해서도 R과 동일한 방법으로 일단 B, G 각각의 도포막을 전체 면에 형성한 후에, B, G화소에만 B, G도포막을 남기는(B, G화소 형성) 등의 절차를 거쳐서 제조된다. 상기한 포토리소그래피법에 의한 R, G, B화소 형성에서는, R, G, B의 전체 면 도포막 형성, 노광(露光), 현상(現像)이라고 하는 많은 공정이 필요하게 된다.

최근에는 이것을 간소화 하기 위하여 블랙 매트릭스의 격자에 형성되는 화소부에만, R, G, B의 각 잉크를 직접 잉크젯 헤드에 의하여 도포하여 R, G, B의 색화소(色畵素)를 형성하는 방법이 공업적으로 이루어지고 있다(예를 들면 특허문헌1 참조). 이 잉크젯 헤드에 의한 R, G, B화소 형성방법은, 노광, 현상이라고 하는 공정이 불필요하여 색화소 형성에 필요한 양의 잉크만을 사용하기 때문에, 컬러필터의 제조에 있어서 대폭적인 비용절감을 가능하게 한다(특허문헌1, 2, 3, 4 참조).

이 특허문헌1에서는 잉크젯에 의한 R, G, B의 각 잉크액의 성질에 관한 최적이 되는 사양을 개시하고 있고, 특허문헌2 및 특허문헌3에서는 잉크젯 헤드를 사용한 컬러필터의 제조장치나 제조방법에 대하여 개시하고 있다.

잉크젯 헤드를 사용한 컬러필터 제조장치의 주요한 구성요소의 일례로서, 복수의 잉크젯 노즐을 구비하는 잉크젯 헤드(inkjet head)와, 기판을 지지하는 지지 스테이지(支持 stage)와, 잉크젯 헤드와 지지 스테이지를 상대적으로 이동시키는 이동수단(移動手段)을 구비하는 것이 있다. 이 장치는, 복수의 잉크젯 노즐과 기판을 대향시켜서 근접시킨 상태에서 수평방향(X)으로 상대적으로 이동(스캔)시키면서 소정의 타이밍에서 소정량의 잉크를 복수의 잉크젯 노즐로부터 토출함으로써 기판에 컬러필터를 형성하고 있다.

컬러필터는 일반적으로 화소의 치수가 100미크론 정도로 작기 때문에, 상기 컬러필터 제조장치에서는 잉크젯 헤드의 해상도(解像度(배열 밀도))를 높게 할 필요가 있다. 또한 생산효율을 향상시키기 위하여 도포에 소요되는 시간은 가능한 한 짧은 것이 바람직하다.

여기에서 특허문헌4에서는, 도10에 나타나 있는 바와 같이 잉크젯 헤드(510)를 스캔방향(X)으로 직렬로 복수(도면에서는 2개) 배치함으로써 헤드모듈(head module)(520)을 구성하여 해상도(배열 밀도)를 높이고 있다. 또한 스캔방향(X)과 직교하는 방향(Y)으로 복수의 헤드모듈(520)을 병렬로 배치함으로써 잉크젯 헤드(510)의 스캔 횟수를 적게 하고 있다. 이에 따라 기판(K)의 피도포장소 모두에 도포하는 데에 필요한 도포시간의 단축화를 도모하고 있다.

이 컬러필터 제조장치의 헤드 배열에서는, 도10에 나타나 있는 바와 같이 헤드모듈(520)을 지그재그 형상으로 배치하고 있다. 이것은 다음과 같은 이유에 의거한다. 즉 헤드모듈(520)은, 잉크젯 노즐(ink jet nozzle)(540)의 배열폭(W0)보다 케이싱(casing)(52A)의 폭이 크기 때문에 케이싱(52A)의 단부(端部)(512)와 노즐군(nozzle群)의 단부(511) 사이에 간격(T)이 존재한다. 이 때문에 복수의 헤드모듈(520)을 Y축방향으로 일렬로 배치한 상태에서 X축방향으로 스캔하면, 간격(T)의 존재에 의하여 잉크젯 노즐(540)이 전혀 통과하지 않는 노즐 비통과영역(nozzle 非通過領域)이 생긴다. 노즐 비통과영역의 폭은 간격(T)의 2배의 폭이 된다. 여기에서 헤드모듈(520)을 지그재그 형상으로 배치하여 노즐 비통과영역이 발생하지 않도록 하고 있다.

액정 디스플레이(液晶 display) 등의 영상기기에 있어서는 항상 영상의 고세밀화, 고품위화의 요구가 있는 한편 영상기기의 대형화도 진행되고 있어, 큰 사이즈의 영상기기용의 컬러필터를 제조하기 위한, 컬러필터의 유효 화소(有效畵素)의 전역에 대하여 잉크를 미세한 화소에 정밀도 좋게 도포할 수 있는 신뢰성이 높고 또한 저가격의 장치에 대한 요구가 높아지고 있다.

그래서 특허문헌2에서는, 노즐 열(nozzle 列)을 형성한 액적토출헤드(液滴吐出 head)를 직선적으로 나란하게 헤드 열(head 列)을 구성하고, 복수의 헤드 열을 상기 액적토출헤드의 단부(端部)를 연결하는 부분이 서로 겹치지 않도록 병렬로 배치하거나, 또는 1개의 노즐 열의 구성을 직선적이 아니라 액적토출헤드의 단부를 서로 겹치도록 배치하여 상기 액적토출헤드가 복수 조합된 헤드 유닛을 구성하여 잉크를 도포함으로써 색 얼룩, 줄무늬 얼룩을 피하고 있다고 되어 있다.

한편 특허문헌3의 컬러필터 제조방법·장치에서는, 노즐의 피치와 복수의 헤드 사이의 배치 및 이동량에 대하여 규정함으로써 필터 엘리먼트(filter element)로서의 표시 도트(表示 dot)에 잉크를 정확하게 토출하는 것에 의한 위치 정밀도의 문제를 해소하고 있다. 또한 복수의 노즐로 형성한 1개의 헤드에 의하여 필터 재료(잉크)를 토출하였을 경우에 있어서의 노즐마다의 잉크 토출량에 어떤 특징적인 편차(토출분포특성)의 발생을 각각의 노즐로부터의 잉크 토출량의 적정화에 의하여 보정하여 해소하고, 필터 엘리먼트의 주주사방향(主走査方向)으로 광투과성(光透過性)의 편차에 의한 세로의 줄무늬가 발생하는 문제라는 2개의 문제를 극복하였다고 되어 있다.

일본국 공개특허 특개2006-209140호 공보 일본국 특허 제3925525호 공보 일본국 공개특허 특개2003-84125호 공보 일본국 특허출원2006-134514호

그러나 특허문헌3과 같이,

헤드의 주주사방향의 이동에 의한 컬러필터 기재(color filter 基材)로의 잉크의 도포를, 부주사방향(副走査方向)으로 헤드를 여러 번 시프트 시키고, 반복 헤드를 주주사방향으로 이동하여 컬러필터 기재에 잉크를 도포하는 방법에 의하여 상기한 바와 같은 대형의 영상기기를 위한 컬러필터 등을 생산하는 경우에는, 헤드가 1회 주사하여 잉크가 도포된 컬러필터 기재의 영역과, 다음 번 이후에 헤드가 주사하여 잉크를 도포한 컬러필터 기재의 인접하는 영역과의 사이에서, 이러한 인접하는 도포영역에 잉크를 도포하는 시간에 차이가 발생한다(특허문헌3 도25 참조).

본 발명자 등은, 이러한 시간 차이에 의하여 화소에 도포된 잉크 건조 후의 표면 형상에 차이가 발현된다는 것이, 잉크젯 방식에 의한 화소로의 잉크 도포방법에 있어서 컬러필터가 광학부품으로서 사용되는 특히 고세밀의 영상기기에 사용되는 것에 있어서는 눈에 보일 수 있는 「줄무늬 얼룩」이 되어 품질을 저하시키고 있다는 것을 찾아내었다.

이것은, 주사방향과 직교하는 방향으로 복수 회로 분할된 헤드의 이동(스캔)에 의하여 컬러필터의 유효 화소 전역에 잉크를 도포하고, 그 건조된 후의 화소가 도포된 잉크 표면을 단면에서 관찰하면, 그 분할하여 도포된 주변의 화소에 있어서, 그 화소의 잉크 표면의 단면 형상이 다른 그 화소의 주변이 동시에 잉크가 도포된 화소의 잉크 표면의 단면 형상과 다르게 되어 있어, 외광반사광(外光反射光)에 의하여 관찰하면 도포 시의 잉크젯 헤드의 이동방향으로 연속한 세로로 발생하는 줄무늬를 확인할 수 있다.

이 세로 줄무늬는, 상기한 바와 같이 도포한 영역과 도포하지 않은 영역의 경계부에 발생하는 도포한 영역의 단부(端部)의 잉크가, 도포하지 않은 영역측에 있어서 건조가 빠르게 되고, 그 때문에 상기 도포하지 않은 영역측의 잉크의 농도가 높아지므로 건조 후의 단면 형상이 도포하지 않은 영역측이 두껍게 됨으로써 발생하는 것이다.

또한 도14를 사용하여 상세하게 설명한다. 여기에서 도14는, 컬러필터 기재(100)(기판이라고도 한다)의 필요 도포폭(W)에 대하여 헤드(101)를 2회 주사시켜서 도포하는 경우를 나타내는 도면이다. 즉 헤드(101)로부터 잉크가 토출됨으로써 Y방향으로 배열된 복수의 화소에 잉크가 도포되고, 이 헤드(101)가 X방향으로 주사함으로써 X방향으로 배열된 복수의 화소에 순차적으로 잉크가 도포된다. 이렇게 하여 헤드(101)가 1회째의 주사를 함으로써 필요 도포폭(W)의 좌측(영역(A)라고 한다)이 도포되고(도14(b)), 그 후에 2회째의 주사를 함으로써 필요 도포폭(W)의 우측(영역(B)라고 한다)이 도포된다(도14(c)). 또 컬러필터 기재(100)라는 것은, 최종적으로 절단됨으로써 제품의 컬러필터가 취득되는 모재(母材)로서, 1장의 컬러필터 기재(100)로부터 복수 매의 필요 도포폭(W)의 컬러필터를 취득할 수 있다.

이 도14에 나타나 있는 바와 같이 도포 전의 컬러필터 기재(100)(도14(a))로부터 1회째의 헤드(101)의 주사에 의하여 영역(A)에 도포를 한 상태(도14(b))에서는, 영역(A)의 중앙부분의 화소와 영역(A)의 단부의 화소에서는 건조상태가 다르게 된다. 즉 영역(A)의 중앙부분의 화소는 그 주위에 잉크가 도포된 화소가 존재하고 있기 때문에, 잉크의 증발량(건조속도)이 그 주위 일대에서 일정하게 되어 있다. 따라서 중앙부분의 화소 자체는 전체적으로 일정한 건조속도로 건조되고, 하나의 화소에 주목하였을 때의 건조 후의 잉크 두께는 균일한 상태에서 건조된다.

그러나 영역(A)의 단부의 화소 즉 영역(A)와 영역(B)의 경계(α)에 인접하는 화소는, 영역(A)측에는 잉크가 도포된 화소가 존재하고 있지만, 영역(B)측의 화소에는 아직 잉크가 도포되어 있지 않다. 이 때문에 영역(A)의 단부의 화소 영역(A)측에서는 다른 화소에 의한 잉크의 증발량이 많고, 영역(B)측에서는 잉크의 증발량이 없는 상태가 되어, 영역(A)의 단부의 화소는 영역(A)에 가까운 부분에서 건조속도가 느리게 되고, 영역(B)에 가까운 부분에서 건조속도가 빠르게 된다는 현상이 발생한다. 따라서 건조 후에 있어서의 영역(A)의 단부의 화소는, 영역(A)측에서 잉크가 두껍게 되고, 영역(B)측에서 잉크가 얇아지게 된 상태에서 건조된다. 그리고 이러한 화소가 경계(α) 부근을 따라 일렬로 형성된다. 마찬가지로 영역(B)에 관해서도, 영역(A)측에서 잉크가 얇고 영역(B)측에서 잉크가 두꺼운 화소가 경계(α) 부근을 따라 형성된다.

따라서 이러한 상태에서 제품의 컬러필터로서 사용하면, 잉크의 두께의 차이로부터 경계(α) 부근의 빛이 투과하는 비율이 다른 부분과 비교하여 커지게 되고, 이것이 「줄무늬 얼룩」으로 눈에 보인다는 문제가 발생한다.

한편 특허문헌2의 장치의 구성에서는, 이러한 투과광량의 차이 또는 외광 반사의 차이에 의한 세로 줄무늬가 없도록 하기 위해서는, 상기의 경계부가 발생하지 않도록 잉크젯 헤드(101)의 이동방향과 직교하는 방향으로 컬러필터의 폭 이상의 폭에, 그 폭 전역에서 필요한 배열 밀도의 노즐을 준비할 필요가 있다. 즉 헤드(101)의 토출폭을 컬러필터 기재(100)의 필요 도포폭(W)까지 연장하여 설치하고(특허문헌2 도2 참조), 필요 도포폭(W)에 대하여 1회의 헤드(101)의 주사에 의하여 도포를 완료시킨다. 이에 따라 경계(α)가 「줄무늬 얼룩」이 되는 원인을 해소할 수 있다. 그러나 이러한 구성에서는, 헤드(101)의 장척화(長尺化)에 따라 비싼 토출 노즐이 대량으로 필요하게 되기 때문에, 장치 전체가 비싸진다는 문제가 있다. 또한 적어도 적색(R) 녹색(G) 청색(B)의 3색의 각 색으로 컬러필터는 구성되어 있기 때문에 노즐의 총수가 3배가 되어, 그 수가 막대한 것이 된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 적은 노즐 수로 경계부에 얼룩을 발생시키지 않는 도포장치 및 도포방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 관한 도포장치는, 단일색(單一色)의 잉크를 토출(吐出)하는 헤드모듈(head module)을 복수 설치하여 N색(N = 1, 2, 3 … )의 잉크를 도포(塗布)할 수 있는 헤드블록(head block)을 구비하고 있고, 이 헤드블록과 기판(基板)을 스캔방향으로 상대적으로 이동시키면서, 상기 헤드블록으로부터 N색의 잉크를 토출시킴으로써 컬러필터(color filter)를 제조하는 도포장치(塗布裝置)로서, 상기 헤드블록에는, 상기 헤드모듈이 N색 각각 순차적으로 색을 바꾸어서 소정의 주기로 스캔방향과 직교하는 방향으로, 소정의 피치(P)로 길이(L)만큼 배열되어 있고, 이 길이(L)와, 컬러필터를 형성하는 컬러필터 형성영역에 있어서의 스캔방향과 직교하는 방향의 필요 도포폭(W)과의 관계가

L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )를 충족하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 의하면, 헤드모듈이 N색 각각 순차적으로 색을 바꾸어서 소정의 주기로 스캔방향과 직교하는 방향으로, 소정의 피치(P)로 설치되어 있기 때문에, 기판 상의 화소에 대하여 1회의 스캔에 의하여 스캔방향과 직교하는 방향으로 연속적으로 동일한 색 또는 다른 색 잉크를 도포할 수 있다. 따라서 도포된 1화소에 대하여 보았을 경우에, 1회의 스캔에 의하여 스캔방향과 직교하는 방향으로 이웃하는 위치에 도포된 화소가 존재하는 상태가 되기 때문에, 도포된 화소의 건조상태를 대략 균일하게 할 수 있다. 즉 종래와 같이 도포된 화소가 스캔방향으로 연속하여 형성되지만 스캔방향과 직교하는 방향으로 이웃하는 화소에는, 다음의 스캔까지 도포되지 않은 상태에서는 건조속도의 차이가 발생하여 건조상태를 균일하게 하는 것이 곤란하였지만, 본 발명에서는 1회의 스캔에 의하여 도포된 화소의 주위에 동일한 색 또는 다른 색의 화소가 대략 동일한 패턴으로 존재하고 있게 함으로써 그 주위의 화소로부터의 잉크의 증발량이 대략 동일하게 되어, 도포된 1화소의 건조속도가 대략 일정하게 된다. 이에 따라 도포된 화소의 건조상태를 대략 균일하게 할 수 있다. 그리고 헤드모듈이 필요 도포폭(W)보다 (N-1)피치 이상 길게 설치되어 있기 때문에, 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 건조상태를 대략 균일하게 할 수 있다. 따라서 건조상태가 기인하는 「줄무늬 얼룩」이 형성되는 것을 억제할 수 있다.

또한 헤드모듈이 N색 순차적으로 색을 바꾸어서 설치되어 있기 때문에, 종래와 같이 단색의 헤드모듈을 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 설치할 필요가 없어 헤드모듈의 전체 수를 감소시킬 수 있다.

또한 복수의 상기 헤드모듈은, 스캔방향과 직교하는 방향으로 배열되는 헤드모듈 상호간이 피치(P)로 배열되고, 또한 이들 헤드모듈 상호간이 스캔방향으로 인접하게 배치됨으로써 계단 모양으로 나란하게 배치된 헤드모듈군(head module 群)을 형성하고, 상기 헤드블록에는, 상기 헤드모듈군이 스캔방향과 직교하는 방향으로 반복하여 배열되어 있는 구성으로 하더라도 좋다.

이 구성에 의하면, 헤드모듈을 스캔방향과 직교하는 방향으로 일렬로 연속적으로 배열하는 경우와 비교하여, 헤드모듈의 수를 감소시킬 수 있기 때문에 장치를 저비용화 할 수 있다.

또한 상기 헤드모듈에는, 잉크를 토출하는 잉크젯 노즐(ink jet nozzle)이 복수 설치되어 있고, 스캔방향과 직교하는 방향으로 배열되는 헤드모듈 상호간은, 상기 잉크젯 노즐의 잉크의 토출영역이 스캔방향에서 보아서 중복되는 상태로 배치되어 있는 구성으로 하더라도 좋다.

이 구성에 의하면, 길이(L)에 걸쳐서 컷 라인이 없이 잉크의 토출영역을 연속시킬 수 있기 때문에, 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 도포 얼룩 없이 화소에 잉크를 도포할 수 있다.

또한 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 관한 도포방법은, 단일색의 잉크를 토출하는 헤드모듈을 복수 설치하여 N색(N = 1, 2, 3 … )의 잉크를 도포할 수 있는 헤드블록을 구비하고 있고, 이 헤드블록과 기판을 스캔방향으로 상대적으로 이동시키면서, 상기 헤드블록으로부터 N색의 잉크를 토출시킴으로써 컬러필터를 제조하는 도포방법으로서, 상기 헤드블록에는, 상기 헤드모듈이 N색 각각 순차적으로 색을 바꾸어서 소정의 주기로 스캔방향과 직교하는 방향으로, 소정의 피치(P)로 길이(L)만큼 배열되어 있고, 이 길이(L)와, 컬러필터를 형성하는 컬러필터 형성영역에 있어서의 스캔방향과 직교하는 방향의 필요 도포폭(W)과의 관계가

L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )

를 충족하도록 형성되어 있고, 헤드블록과 기판을 스캔방향으로 상대적으로 이동시키면서 상기 헤드모듈로부터 잉크를 토출시킴으로써, 다른 색의 잉크에 의하여 도포된 화소 상호간이, 스캔방향과 직교하는 방향 또한 스캔방향으로 이웃하는 위치에, 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 N색 순차적으로 색을 바꾸어서 배치되도록 도포되는 스캔 공정(scan 工程)을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 의하면, 상기 스캔 공정을 구비하고 있음으로써 화소의 건조상태를 대략 균일하게 할 수 있다. 즉 상기 관계를 구비하는 헤드블록의 헤드모듈로부터 잉크가 토출되면, 1회의 스캔에 의하여 스캔방향과 직교하는 방향 또한 스캔방향으로 이웃하는 위치에 도포된 화소가 존재하는 상태로 도포된다. 이에 따라 1회의 스캔에 의하여 도포된 화소의 주위에 동일한 색 또는 다른 색의 화소가 대략 동일한 패턴으로 존재하고 있음으로써 그 주위의 화소로부터의 잉크의 증발량이 대략 동일하게 되어, 도포된 화소의 건조상태를 대략 균일하게 할 수 있다. 따라서 도포된 화소와 이웃하는 화소에 다음의 스캔까지 도포되지 않은 상태가 되는 종래의 도포방법에 비하여, 컬러필터 영역에 걸쳐서 건조상태를 균일하게 할 수 있어, 건조상태가 기인하는 「줄무늬 얼룩」이 형성되는 것을 억제할 수 있다.

또한 상기 스캔 공정과, 상기 헤드블록을 스캔방향과 직교하는 방향으로 이동시키는 시프트 공정(shift 工程)과, 다시 상기 스캔 공정을 순차적으로 반복함으로써 이전의 스캔 공정에서 특정 색의 잉크가 도포된 화소에 인접하는 화소가, 다음의 스캔 공정에서 동일한 색의 잉크가 도포됨으로써 동일한 색의 잉크가 도포된 화소가 스캔방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성되는 구성으로 하더라도 좋다.

이 구성에 의하면, 건조상태를 대략 균일하게 한 상태에서 동일한 색의 잉크에 의하여 도포된 화소가 스캔방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성된 컬러필터를 형성할 수 있다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

복수의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 원색수(原色數)(N)의 잉크를 도포하여 컬러필터를 제조하는 도포장치에 있어서,

동일한 색의 잉크를 공급하는 1개 이상의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 헤드모듈(52)을 구성하고, 상기 헤드모듈(52)을 적어도 헤드모듈(52)의 잉크 토출폭의 양단이 인접 혹은 겹치도록 피치(P)로 스캔방향으로 배열하고, 이들의 헤드모듈(52)을 스캔방향과 직교방향으로 연속하여 길이(L)만큼 배열한 헤드블록(50)을 구성하고, 상기 헤드블록(50)의 헤드모듈(52)별로 순차적으로 색을 바꾸어서 잉크를 공급하고, 또한

컬러필터의 필요 도포폭(W)에 대하여, L이 다음의 식인 것을 특징으로 하는 도포장치.

[식1] L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )

또한 스캔별로 피치(P)만큼 스캔방향과 직교방향으로 시프트 하여 N회 스캔한다.

또한 헤드모듈(52)의 배열 피치(P)가 다음의 식인 것을 특징으로 한다.

[식2] P ≤ (1/N) X W(N = 1, 2, 3 … )

또 「특허청구범위」 및 「과제의 해결 수단」의 각 란에 있어서 각 구성요소에 붙인 괄호 내의 부호는, 후술하는 실시예에 기재되어 있는 구체적 수단과의 대응관계를 나타내는 것이다.

본 발명에 의하면, 도포 대상물인 컬러필터에 있어서 그 유효 화소 전역에 걸쳐서 주요한 광학특성인 투과광량의 평균화 및 잉크 건조 후의 표면 형상도 평탄하여 평균화가 달성되어, 컬러필터 표면의 외광반사가 전체 면에서 균일화 되어 명암의 부분적인 편재가 없는 고품위의 컬러필터를 소형의 장치로 제조할 수 있는 도포장치 및 도포방법이 제공된다.

또한 도포하는 색의 수의 잉크를 토출하는 잉크젯 노즐(54)의 수가 필요 도포폭「W」에 대하여, 각 색을 토출하는 노즐의 필요 노즐수가 (1/N) 또는 (1/N+1)의 값이 되는 폭을 도포하는 수로 충분하기 때문에, 도포장치로서의 설비 비용을 억제할 수 있다.

도1은 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치를 나타내는 사시도이다.
도2는 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치의 요부를 나타내는 평면도이다.
도3은 잉크 토출부의 일부를 나타내는 평면 개략도이다.
도4는 헤드블록의 평면 개략도이다.
도5는 컬러필터의 형성 대상이 되는 글래스 기판의 평면도이다.
도6은 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치의 동작 개요를 나타내는 플로우 차트이다.
도7은 도6에 있어서의 도포동작을 상세하게 나타내는 플로우 차트이다.
도8은 도포 시에 있어서의 스캔동작을 설명하기 위한 도면이다.
도9는 1회의 스캔에 의한 화소로의 잉크 도포상태를 설명하기 위한 도면이다.
도10은 종래의 헤드블록의 평면 개략도이다.
도11은 화소에 도포된 잉크 표면의 촉침식 높이 계측장치의 계측 데이터를 나타내는 도면이다.
도12는 4색의 잉크에 의한 제조장치의 헤드모듈 배치를 나타내는 도면이다.
도13은 도9와 다른 방향에서의 화소로의 잉크 도포상태를 설명하기 위한 도면이다.
도14는 종래의 도포방법을 나타내는 개략도이다.
도15는 1회째의 스캔 공정이 종료하였을 때의 도포상태를 나타내는 도면이다.
도16은 2회째의 스캔 공정이 종료하였을 때의 도포상태를 나타내는 도면이다.
도17은 3회째의 스캔 공정이 종료하였을 때의 도포상태를 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 대하여 적색(R) 녹색(G) 청색(B)의 3색의 잉크를 사용한 컬러필터를 생산하는 장치 및 방법을 설명한다.

도1은 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치를 나타내는 사시도이고, 도2는 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치의 요부를 나타내는 평면도이고, 도3은 잉크 토출부의 일부를 나타내는 평면 개략도이고, 도4는 헤드블록(50)의 평면 개략도이다. 이들 각 도면에 있어서, 직교 좌표계의 3개의 축을 X, Y, Z라고 하고, XY 평면을 수평면, Z축방향을 연직방향, 연직축을 중심으로 한 회전방향을 Θ방향이라고 한다. 또한 도1의 상류로부터 하류를 향하는 동작을 제1동작, 하류로부터 상류를 향하는 동작을 제2동작이라고 한다.

또 본 실시예에서는 직교 좌표계의 X방향을 후술하는 도포 갠트리(塗布 gantry)(4)가 주행하는 방향(스캔방향)이라고 하고, 이것과 직교하는 Y방향을 잉크 토출부(ink 吐出部)(5)가 주행하는 방향(시프트 방향)이라고 한다.

도1에 나타나 있는 바와 같이 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치(color filter 製造裝置)(본 발명의 도포장치(塗布裝置))(1)는, 기대(基臺)(2), 흡착 스테이지(吸着 stage)(3), 도포 갠트리(塗布 ganry)(4), 잉크 토출부(ink 吐出部)(5), 카메라 갠트리(camera ganry)(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)를 구비한다.

기대(2)는, 컬러필터 제조장치(1)의 주요 구성부(흡착 스테이지(3), 도포 갠트리(4), 카메라 갠트리(6))를 가동(可動)하여 지지하는 대좌(臺座)로서 기능을 한다.

흡착 스테이지(3)는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 칼라잉크(color ink)의 도포대상이 되는 글래스 기판(glass 基板)(K)을 충분한 평면도(平面度)를 확보하여 재치(載置)할 수 있는 재치면(載置面)(31)을 구비한다. 이 재치면(31)에는, 복수의 진공흡착구멍(眞空吸着 hole)(32)과 복수의 리프트핀 구멍(lift pin hole)(33)이 형성된다. 진공흡착구멍(32)은, 배관(配管) 및 3방향 밸브를 통하여 흡인펌프(吸引 pump)에 접속된다. 리프트핀 구멍(33)으로부터는, 글래스 기판(K)을 피벗지지(pivot 支持) 하기 위한 리프트핀(34)이 출몰(出沒) 가능하게 된다. 흡착 스테이지(3)는, 도면에 나타나 있지 않은 스테이지 회전구동수단(stage 回轉驅動手段)에 의하여 Θ방향으로 회전구동 가능하게 된다.

또 컬러필터는 기판(K)의 일부에 형성되는 것으로서, 본 실시예에서는 기판(K) 1장에 대하여 1개의 컬러필터가 형성되는 경우를 나타내고 있다. 이 때에 컬러필터가 형성되는 기판(K)에 있어서의 소정의 영역 즉 컬러필터 형성영역(color filter 形成領域)(R)에 잉크를 도포하지만, 본 실시예에서는 이 컬러필터 형성영역(R)의 Y방향 치수를 필요 도포폭(W)으로 하고 있다(도2, 도15∼도17 참조).

도포 갠트리(4)는 흡착 스테이지(3)를 넘어갈 수 있는 크기의 문(門) 모양으로 하고, 적어도 흡착 스테이지(3)의 폭 간격을 두고 세워서 설치되는 2개의 지주부(支柱部)(41)와, 2개의 지주부(41) 사이에 가설(架設)된 수평 프레임부(水平 frame部)(42)를 구비한다. 그리고 흡착 스테이지(3)를 넘어서 걸쳐진 상태에서, 한 쌍의 제1리니어 모터(first linear motor)(43)에 의하여 X축방향으로 주행 가능하게 되도록 기대(2) 상에 지지된다. 한 쌍의 제1리니어 모터(43)는, 기대(2)에 있어서의 Y축방향의 양쪽 사이드에 X축을 따라 서로 평행하게 되도록 부착된다.

상기 수평 프레임부(42)는, 2개의 지주부(41)에 각각 설치된 서보모터 기구(servo motor 機構)(44)에 의하여 Z축방향으로 승강(昇降) 가능하게 된다. 서보모터 기구(44)는 예를 들면 Z축방향을 따라 설치된 리니어 모터로 구성할 수 있다. 또는 Z축방향을 따라 설치된 볼나사축(ball screw 軸), 볼나사축의 그 축선을 중심으로 하여 정역회전(正逆回轉) 구동하는 회전 서보모터(回轉 servo motor) 및 볼나사축에 나사결합하여 볼나사축의 회전에 의하여 Z축방향으로 진퇴이동하는 볼너트 등으로 구성하더라도 좋다. 수평 프레임부(42)에는, 잉크 토출부(ink 吐出部)(5)가 제2리니어 모터(45)에 의하여 Y축방향으로 주행 가능하게 되도록 설치된다. 제2리니어 모터(45)는 수평 프레임부(42)에 그 길이방향(Y축방향)을 따라 부착된다.

잉크 토출부(5)에 탑재된 헤드모듈(head module)(52)은, 도3 및 도4에 나타나 있는 바와 같이 Y방향으로 배치된다. 각 헤드모듈(52)은, 도3에 나타나 있는 바와 같이 각각 X방향으로 D단(본 도면에서는 D = 5) 배치된 잉크젯 헤드(ink head jet)(51)를 구비한다. 또 도3은 잉크 토출부(5)의 일부 즉 적색의 헤드모듈(52)만을 나타내고 있다.

각 잉크젯 헤드(51)는, 각각 Y방향으로 동일한 간격으로 배열된 J개(본 도면에서는 J = 10)의 잉크젯 노즐(ink jet nozzle)(54)로 이루어지고, 그 잉크 토출폭(ink 吐出幅)은 H이다. J개의 잉크젯 노즐(54)은, 동일한 색을 토출할 수 있게 된다. 예를 들면 적색 잉크의 헤드모듈(52)에 대응하는 잉크젯 노즐(54)로부터는 모두 적색 잉크가 토출된다.

이 헤드모듈(52)을 적어도 헤드모듈(52)의 잉크 토출폭의 양단이 인접 혹은 겹치도록 피치(P)로 스캔방향으로 배열하고 있다. 이들 헤드모듈(52)을 스캔방향과 직교방향으로 연속하여 길이(L)만큼 배열된 헤드블록(head block)(50)을 구성하고, 상기 헤드블록(50)의 헤드모듈(52)별로 순차적으로 색을 바꾸어서 잉크를 공급한다.

더 상세하게 설명하면, 헤드블록(50)에는 복수의 헤드모듈(52)이 설치되어 있고, 본 실시예에서는 도4에 나타나 있는 바와 같이 모든 헤드모듈(52)이 Y방향으로 피치(P)로 나란하게 배열되어 있다. 구체적으로는, X방향을 따라 3개의 헤드모듈(52)이 계단 모양으로 배열되어 있고, 이 계단 모양으로 배열된 1개의 구성단위를 헤드모듈군(head module 群)으로 하여 Y방향으로 반복하여 복수 배열되어 있다.

이 헤드모듈군은 X방향을 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 잉크를 토출하는 헤드모듈(52)을 1개로 하여 구성되어 있고, 이들의 헤드모듈(52)이 각각 X방향으로 인접하고 또한 Y방향으로 피치(P)로 배열되어 있다. 바꾸어 말하면, 이웃하는 헤드모듈(52) 상호간이 X방향 또한 Y방향으로 떨어져서 배치됨으로써 계단 모양으로 나란하게 배열되어 있다. 이 헤드모듈군이 Y방향으로 반복하여 배열됨으로써 Y방향에 대하여 보면, 헤드모듈(52)이 3색 각각 순차적으로 색을 바꾸어서 소정의 주기(본 실시예에서는 3색 주기)로 배열되어 있다. 또 도4에 있어서의 52(R), 52(G), 52(B)는 각각 적색, 녹색, 청색의 잉크를 토출하는 헤드모듈(52)을 나타내고 있다.

헤드모듈(52)은 단일색(單一色)의 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드(51)를 복수 구비하고 있고, 헤드모듈(52) 단체(單體)에서는 단일색의 잉크를 도포할 수 있다. 즉 잉크젯 헤드(51)는 복수의 잉크젯 노즐(54)을 구비하고 있고, 이 잉크젯 노즐(54)로부터 단일색의 잉크가 토출되도록 되어 있다. 이 잉크젯 노즐(54)은 Y방향으로 배열되어 있고, 이 잉크젯 노즐(54)에 의하여 잉크를 토출할 수 있는 Y방향의 영역이 잉크의 토출영역이다. 본 실시예에서는, 피치(P)는 이 잉크의 토출영역이 X방향에서 볼 때에 중복되도록 설정되어 있다. 이에 따라 Y방향으로 이웃하는 모든 헤드모듈(52)(예를 들면 적색 잉크를 토출하는 헤드모듈(52)과 녹색 잉크를 토출하는 헤드모듈(52))은, 토출영역이 X방향에서 볼 때에 중복되는 상태로 배치되어 있다. 또 Y방향으로 이웃하는 헤드모듈(52)이란, Y방향으로 1개 어긋난 헤드모듈(52) 상호간을 말한다. 즉 예를 들면 도4에 있어서, 적색의 헤드모듈(52)(도면의 좌측 상부)과 이웃하는 헤드모듈(52)은 녹색의 헤드모듈(52)이다.

여기에서 복수의 헤드모듈(52)은, 도4에 나타나 있는 바와 같이 본 실시예에서는 피치(P)로 길이(L)만큼 배열되어 있다. 그리고 컬러필터의 필요 도포폭(W)에 대하여 L은 다음의 식이다.

[식1]L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )

또한 헤드모듈(52)의 배열 피치(P)는 다음의 식이다.

[식2]P ≤ (1/N) X W(N = 1, 2, 3 … )

즉 어떤 가로·세로의 크기인 컬러필터에 대하여, 도포장치에 그 컬러필터를 올려놓았을 때에 있어서의 도포하기 위한 헤드블록(50)의 스캔방향과 직교하는 방향의 필요 도포폭이 도5와 같이 「W」인 경우에 도포하는 잉크의 수「N」이 3이고, 각 색의 잉크 토출폭이 인접 또는 겹치도록 각각 피치「P」로 어긋나게 놓아서 스캔방향과 직교하는 방향으로 연속하여 (W+2P) 이상의 길이「L」만큼 배열한 헤드블록(50)으로 한다.

즉 헤드블록(50)에 설치된 복수의 헤드모듈(52) 전체의 Y방향 치수는 필요 도포폭(W)보다 2P만큼 길게 설정되고, 헤드블록(50)과 기판(K)이 대면(對面)한 상태에서는 2개의 헤드모듈(52)이 필요 도포폭(W)의 Y방향 외측에 위치하는 상태가 된다.

또한 헤드블록(50)에 구비되는 잉크젯 노즐(54)의 수가 적어지게 되도록 각 색의 헤드모듈(52)의 배열 피치「P」를 필요 도포폭「W」의 1/N 즉 1/3 이하로 하고, 더 바람직하게는 잉크젯 헤드의 폭 이하로 한다. 피치(P)를 잉크젯 헤드의 폭과 동일하게 하였을 경우에 헤드모듈의 폭은 잉크젯 헤드 1개의 폭이 되어, 헤드블록에 탑재되는 잉크젯 헤드는 최소의 수가 된다.

기대(2)에 탑재된 카메라 갠트리(6)는, 도포 갠트리(4)와 마찬가지로 흡착 스테이지(3)를 넘을 수 있는 크기의 문 모양으로 하고, 적어도 흡착 스테이지(3)의 폭 간격을 두고 세워서 설치된 2개의 지주부(61)와, 2개의 지주부(61) 사이에 가설된 수평 프레임부(62)을 구비한다. 그리고 흡착 스테이지(3)를 넘어서 걸쳐진 상태에서, 한 쌍의 제1리니어 모터(43)에 의하여 X축방향으로 주행 가능하게 되도록 기대(2) 상에 지지된다.

상기 수평 프레임부(62)에는, 2대의 얼라인먼트 카메라(7)가 제3리니어 모터(63)에 의하여 Y축방향으로 주행 가능하게 되도록 설치된다. 기대(2)에 글래스 기판(K)을 장전·취출하는 기판반송 로봇(9)은, 모터(91), 암(92) 및 가동 지지대(可動支持臺)(93)를 구비한다. 가동 지지대(93)는 글래스 기판(K)을 재치할 수 있는 포크(fork) 형상으로 하고, 모터(91)의 구동에 의하여 암(92)을 통하여 XYZΘ의 각 방향으로 이동할 수 있도록 구성된다.

이 장치의 제어장치(10)는 컬러필터 제조장치(1)에 일련의 동작을 하도록 구성된다. 구체적으로는, 기판(K)의 소정 화소(gs) 상에 헤드모듈(52)의 잉크젯 노즐(54)이 위치하였을 경우에, 그 잉크젯 노즐(54)로부터 잉크를 토출하도록 적절하게 제어할 수 있게 되어 있다.

다음에 도5부터 도9를 참조하여 상기한 바와 같이 구성된 컬러필터 제조장치(1)의 동작을 설명한다. 도5는 컬러필터의 형성 대상이 되는 글래스 기판의 평면도이고, 도6은 본 발명에 관한 컬러필터 제조장치의 동작 개요를 나타내는 플로우 차트이고, 도7은 도6에 있어서의 도포동작을 상세하게 나타내는 플로우 차트이고, 도8은 도포 시에 있어서의 스캔동작을 설명하기 위한 도면이고, 도9는 1회의 스캔동작에 의한 화소(gs)로의 잉크 도포상태를 설명하기 위한 도면이다.

컬러필터의 형성 대상이 되는 글래스 기판(K)의 표면에는, 도5에 나타나 있는 바와 같이 컬러잉크의 도포구획(塗布區劃)인 블랙 매트릭스(black matrix)(BM) 및 얼라인먼트 마크(alignment mark)(M1)가 미리 형성되어 있다. 도면에 있어서의 R G B는 적색, 녹색, 청색의 각각의 목적으로 하는 색에 대응하는 화소(gs)인 것을 나타낸다. 또한 컬러필터 제조장치(1)는 다음의 초기상태로 한다. 즉 흡착 스테이지(3)는 비흡착상태, 도포 갠트리(4)는 최상류위치, 잉크 토출부(5)는 비토출상태, 카메라 갠트리(6)는 최하류위치이다. 기판반송 로봇(9)에 있어서의 가동 지지대(93) 상에는 글래스 기판(K)이 재치되어 있다.

[글래스 기판 반입(스텝S1)]

우선 기판반송 로봇(9)은, 글래스 기판(K)이 흡착 스테이지(3)의 바로 위에 오도록 가동 지지대(93)를 구동제어한다. 계속하여 리프트핀 구멍(33)으로부터 리프트핀(34)을 돌출시켜서 글래스 기판(K)의 수취위치인 최상위치까지 상승시킨다. 계속하여 기판반송 로봇(9)은 가동 지지대(93)를 서서히 강하시켜서 글래스 기판(K)을 리프트핀(34)의 선단부에 올려놓는다. 글래스 기판(K)을 리프트핀(34)에 올려놓은 후에 기판반송 로봇(9)은 가동 지지대(93)를 대피시킨다. 계속하여 흡착 스테이지(3)는 글래스 기판(K)을 피벗지지한 리프트핀(34)을 강하시킨다. 글래스 기판(K)이 강하되어 재치면(31)에 도달하였을 때에, 흡착 스테이지(3)는 진공흡착구멍(32)에 진공압력(眞空壓力)을 발생시켜서 글래스 기판(K)을 재치면(31) 상에 진공으로 흡착하여 지지한다.

[글래스 기판 위치결정(스텝S2)]

우선 제1리니어 모터(43)는, 얼라인먼트 카메라(7)가 얼라인먼트 마크(M1)의 상방에 오도록 카메라 갠트리(6)를 구동제어한다. 계속하여 얼라인먼트 카메라(7)는 얼라인먼트 마크(M1)를 촬영하고, 얻어진 화상 데이터를 제어장치(10)로 보낸다. 제어장치(10)에서는, 받은 화상 데이터에 적당한 화상처리를 함으로써 소정 위치로부터의 글래스 기판(K)의 차이량을 산출한다. 이 차이량에 의거하여 스테이지 회전구동수단을 구동제어함으로써 글래스 기판(K)의 위치결정을 한다.

[도포 전 준비(스텝S3)]

우선 제1리니어 모터(43)는, 글래스 기판(K)에 있어서의 상류측의 도포시작위치에 잉크 토출부(5)가 오도록 도포 갠트리(4)를 구동제어한다. 계속하여 서보모터 기구(44)는, 잉크젯 노즐(54)의 토출구(吐出口)와 글래스 기판(K)의 표면의 간격이 0.5mm∼1.0mm 정도의 미소거리가 되도록 잉크 토출부(5)를 강하시킨다.

다음에 이러한 도포동작을 포함한 장치의 동작을 상세하게 설명한다.

[잉크 도포(스텝S4)]

본 발명에 관한 컬러필터 제조장치(1)의 글래스 기판(K)에 있어서의 전체 화소(gs)에 대하여 목적으로 하는 색의 잉크를 도포하는 일련의 동작은, 도8에 나타나 있는 바와 같이 X화살표로 나타나 있는 도포 갠트리(4)의 이동(스캔)에 의한 3회의 도포와, Y화살표로 나타나 있는 잉크 도포부(5)의 소정 피치의 2회의 가로 이동에 의하여 잉크젯 헤드(51)로부터 잉크를 글래스 기판(K)에 토출하여 도포동작을 종료한다. 이하에서 더 상세하게 설명한다.

[1회째의 제1동작에 의한 도포]

우선 스캔 공정이 시작된다. 구체적으로는, 제1리니어 모터(43)는 도포 갠트리(4)를 제1동작시킨다. 이에 따라 잉크 도포부(5)는, 도8의 화살표(X1)로 나타나 있는 바와 같이 잉크젯 노즐(54)의 토출구와 글래스 기판(K)의 표면이 미소거리를 두고 대향(對向)하여 근접한 상태에서 제1동작을 한다. 제어장치(10)는 도포 목적으로 하는 화소(gs)에, 목적으로 하는 색의 잉크를 토출하도록 잉크 토출부(5)로 명령을 보낸다. 이에 따라 제1동작 중의 잉크 토출부(5)는, 소정의 타이밍에서 소정량의 잉크를 토출한다. 그리고 글래스 기판(K)의 블랙 매트릭스(BM)에 있어서의 각 화소(gs)에, 목적으로 하는 색의 잉크액을 도포하여 간다(도7의 스텝S42, S43 참조). 또 도9, 도15에는, 편의상 1개의 헤드모듈(52)에 의하여 3개의 화소(gs)에 도포되는 경우를 나타내고 있다. 그리고 도포를 시작하는 상태 즉 헤드블록(50)과 기판(K)이 대향한 상태에서는, 컬러필터 형성영역(R)보다 헤드모듈(52)이 2피치(P)만큼 Y방향으로 돌출된 상태로 배치된다. 즉 본 실시예에 있어서의 복수의 헤드모듈(52) 전체의 길이(L)는, 필요 도포폭(W)보다 헤드모듈(52)이 2피치 길게 설정되어 있다.

이 1회째의 제1동작 중의 도포에서는, 제어장치(10)의 명령에 의하여 잉크젯 헤드(51)의 잉크젯 노즐(54)로부터의 잉크 토출에 의하여 잉크가 도포된 화소(gs)의 배치는, 도9와 같이 각 색의 잉크 도포폭이 Y방향의 거리에서 인접 또는 겹치도록 되어 있다. 바꾸어 말하면, 3색이 순차적으로 착색된 화소(gs)는, Y방향(스캔방향과 직교하는 방향) 또한 X방향(스캔방향)과 이웃하는 위치에 배열된 상태로 도포되어 있다. 도9, 도15에 나타나 있는 예에서는, 동일한 색의 화소(gs)는 Y방향으로 3개 도포되어 있고, 다른 색의 화소(gs)는 X방향 및 Y방향으로 떨어진 위치(Y방향으로 3화소 떨어지고 또한 X방향으로 1화소 어긋난 위치)에 도포되어 있다. 즉 다른 색 화소(gs)는 X방향으로 1단씩 어긋난 상태에서 Y방향으로 연장되도록 도포되어 있어, 대략 계단 형상으로 도포되어 있다. 그리고 이러한 도포상태가 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 형성되어 있다.

따라서 글래스 기판(K)에 있어서의 컬러필터의 잉크가 도포된 화소(gs) 주위의 화소(gs)에 대하여 보면, 동일한 색의 화소(gs)는 스캔방향 또는 스캔방향과 직교하는 방향으로 인접하는 화소(gs)에 있어서 적어도 한쪽에는 잉크가 동일하게 충전(充塡)되어 있고, 또한 도포된 영역의 단부(端部)에 있는 화소(gs)에 대해서는 경사진 가로의 화소(gs)에 다른 색의 잉크가 충전되어 있다.

즉 컬러필터로서의 유효 화소(gs)의 단부를 제외하고, 헤드블록(50)의 제어장치(10)로부터의 명령에 의한 1회의 스캔에 의하여 잉크젯 헤드(51)의 잉크젯 노즐(54)로부터의 잉크의 토출에 의하여 잉크가 도포된 화소(gs)에 대하여, 인접하는 잉크가 충전된 다른 화소(gs)까지의 거리를 최대에서도 경사진 가로의 화소(gs)까지의 거리로 하여 1회의 잉크의 도포가 이루어진다.

이에 따라 잉크가 도포된 화소(gs)에 있어서의 잉크 표면에 대한 건조의 진행이, 글래스 기판(K)에 있어서의 컬러필터 형성부분의 유효 화소(gs) 영역의 잉크를 도포한 화소(gs) 모두에 있어서 대략 동등하게 된다.

이것은 이하의 이유에 의거한다.

도4의 헤드모듈의 배치에서 알 수 있는 바와 같이 1회째의 스캔에 의하여 도포된 컬러필터는 도포할 때의 화소(gs)의 방향에 의하여 도9 또는 도13에 나타나 있는 바와 같이 RGB 각 색 사이의 1회의 도포영역이 근접하고 있기 때문에, 어떤 색(예를 들면 적색(R))의 잉크가 도포된 화소(gs)의 주변에 다른 색(예를 들면 녹색(G)이나 청색(B))의 잉크가 도포된 화소(gs)가 있음으로써, 1회의 어떤 색의 도포영역의 단부 주위에 다른 색의 도포영역이 존재하게 된다.

이에 따라 어떤 색(예를 들면 적색(R))의 잉크가 도포된 화소(gs)의 그 잉크의 건조 진행이 억제되고, 이것은 어떤 색의 잉크가 연속하는 화소(gs)의 인접 화소(gs)에 잉크가 존재하여 건조가 동일한 분위기(雰圍氣)에서 진행하는 것과 마찬가지이다.

즉 1회의 스캔 공정에 의하여 도포된 화소(gs) 어느 것을 취하더라도 그 주위에 동일한 색 또는 다른 색 화소(gs)가 대략 동일한 패턴으로 반드시 존재하고 있음으로써, 그 주위의 화소(gs)로부터의 잉크의 증발량이 대략 동일하게 된다. 이에 따라 도포 후에 있어서의 어느 쪽의 화소(gs)도 건조가 균일하게 진행한다. 그리고 헤드블록(50)에 헤드모듈(52)이 동일한 피치(P)로 길이(L)만큼 배열되어 있기 때문에, 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 도포상태가 일정하게 되어 있다. 따라서 컬러필터 형성영역(R)에 있어서의 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 도포된 어느 쪽의 화소(gs)도 건조가 균일하게 진행하게 된다. 또 Y방향으로 이웃하는 다른 색 화소(gs) 상호간에 대해서는 X방향으로 1단 어긋나 있지만, 1화소(gs)의 크기가 100㎛ 정도이기 때문에 이웃하는 화소(gs)가 1스캔 늦게 도포되는 경우와 비교하여, 이 X방향의 어긋남의 영향은 작기 때문에 무시할 수 있어 건조는 균일하게 진행하는 것으로 간주할 수 있다. 또 본 발명에 있어서 스캔방향과 직교하는 방향 또한 스캔방향으로 이웃하는 위치란, Y방향으로 이웃하는 위치이고 X방향으로 1단 어긋나고 있는 위치이다.

잉크 토출부(5)가 글래스 기판(K)에 있어서의 하류측의 도포종료위치에 도달하면(스텝S44에서 예스), 제1리니어 모터(43)는 도포 갠트리(4)의 제1동작을 정지시킨다. 이에 따라 잉크 도포부(5)는 정지한다(도8의 일점쇄선 참조). 그리고 시프트 공정이 시작된다. 즉 제2리니어 모터(45)는, 도8의 화살표(Y1)로 나타나 있는 바와 같이 잉크를 토출하는 잉크 도포부(5)를 Y방향으로 소정의 피치(P)만큼 시프트 시킨다(도8의 이점쇄선 참조). 이 소정의 피치량은, 1개의 헤드모듈(52)의 유효 도포폭(토출영역)과 동일하고 또는 그것보다 노즐 수개가 적은 값이면 좋다(스텝S45 참조).

[1회째의 제2동작에 의한 도포]

다음에 다시 스캔 공정에 의하여 제1리니어 모터(43)는 도포 갠트리(4)를 제2동작시킨다(스텝S41). 이에 따라 잉크 토출부(5)는, 도8의 화살표(X2)로 나타나 있는 바와 같이 제2동작을 한다. 제어장치(10)는 도포 목적으로 하는 화소(gs)에, 목적으로 하는 색의 잉크를 토출하도록 잉크 토출부(5)로 명령을 보낸다. 이에 따라 제2동작 중의 잉크 토출부(5)는, 소정의 타이밍에서 소정 양의 잉크를 토출함으로써 글래스 기판(K)의 블랙 매트릭스(BM)에 있어서의 각 화소(gs)에, 목적으로 하는 색의 잉크액을 도포하여 간다(도7의 스텝S42, S43 참조).

이 스캔 공정에 있어서도 도16에 나타나 있는 바와 같이 이전의 스캔 공정과 마찬가지로 3색이 순차적으로 착색된 화소(gs)가, Y방향(스캔방향과 직교하는 방향) 또한 X방향(스캔방향)으로 배열된 상태에서 도포되어 있다(이 스캔 공정에서 도포된 화소(gs)는 짙은 색으로 나타내었다). 그리고 동일한 색의 화소(gs)는 Y방향으로 3개 도포되어 있고, 다른 색의 화소(gs)는 X방향 및 Y방향으로 떨어진 위치(X방향과 Y방향의 합성방향으로 떨어진 위치)에 도포되어 있다. 즉 다른 색의 화소(gs)는 X방향으로 1단씩 어긋난 상태에서 Y방향으로 연장되도록 도포되어 있어, 대략 계단 형상으로 도포되어 있다. 그리고 이러한 도포상태가 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 형성되어 있다. 따라서 이 스캔 공정에서 도포된 화소(gs) 어느 것을 취하더라도 그 주위에 동일한 색 또는 다른 색의 화소(gs)가 대략 동일한 패턴으로 반드시 존재하고 있음으로써, 그 주위의 화소(gs)로부터의 잉크의 증발량이 대략 동일하게 된다. 이에 따라 도포 후에 있어서의 어느 쪽의 화소(gs)도 건조가 균일하게 진행한다.

잉크 토출부(5)가 글래스 기판(K)에 있어서의 상류측의 도포종료위치에 도달하면(스텝S44에서 예스), 제1리니어 모터(43)는 제2동작방향으로의 도포 갠트리(4)의 주행을 정지시킨다. 이에 따라 잉크 도포부(5)는 정지한다. 제2리니어 모터(45)는, 도8의 화살표(Y2)로 나타나 있는 바와 같이 잉크 토출부(5)를 Y방향으로 소정의 피치(P)만큼 시프트 시킨다(시프트 공정). 이 피치량은, 상기한 제1동작 종료 시와 동일한 소정의 피치(P)이다(스텝S45 참조).

[2회째의 제1동작에 의한 도포]

1회째의 제1동작에 의한 도포동작과 마찬가지로 다시 스캔 공정이 시작되어, 도8의 화살표(X3)로 나타나 있는 바와 같이 잉크 도포부(5)를 제1동작시키면서 도포한다. 도포 후의 상태를 도17에 나타내었다. 도17에 나타나 있는 바와 같이 이 스캔 공정에 의하여 컬러필터 형성영역(R)의 화소(gs) 전부에 잉크가 도포된다. 즉 헤드모듈(52)이 필요 도포폭(W)보다 2피치분 길게 설치되어 있기 때문에, 2회의 시프트 공정에 의하여 잉크 토출부(5)가 Y방향으로 2피치 이동하여도 컬러필터 형성영역(R)의 모든 화소(gs)에 대하여 과부족 없이 잉크가 도포된다. 또 컬러필터 형성영역(R) 이외의 영역의 화소(도15∼도17의 좌측)에 대해서는, 헤드모듈(52)로부터 잉크의 토출을 정지시킴으로써 도포하지 않도록 할 수도 있다.

이상과 같이 1회째의 제1동작(도8의 화살표(X1) 참조), 1회째의 제2동작(도8의 화살표(X2) 참조), 2회째의 제1동작(도8의 화살표(X3) 참조)이라고 말한 바와 같이 합계 3회의 스캔을 함으로써, 목적으로 하는 색의 잉크를 도포하는 공정이 완료된다.

이렇게 하여 수회의 도포 갠트리의 이동에 의하여 헤드블록(50)이 글래스 기판(K)에 형성되는 컬러필터 상을 스캔함으로써 유효 화소(gs)의 전역에 잉크를 도포한 컬러필터에 있어서, 모든 화소(gs)에 충전된 잉크 건조 후의 표면의 단면 형상을 동등하게 할 수 있다.

즉 컬러필터 전체 면에서 외광반사(外光反射)를 보더라도 도포된 잉크 표면의 건조 후의 형상이 동등하게 형성되어 표면의 단면 형상이 닮은 모양이 되고, 이렇게 하여 생산된 컬러필터에서는 유효 화소(gs)의 전역에 걸쳐서 주요한 광학특성인 투과광량(透過光量)이 평균화 되고, 그리고 컬러필터 표면에서의 외광반사가 전체 면에서 균일화 되어, 외광반사광에 명암의 부분적인 편재가 없는 고품위의 컬러필터가 된다.

또 상기 각 도포동작 중에는, 잉크의 도포동작에 따라 카메라 갠트리(6) 및 제3리니어 모터의 구동에 의하여 스캔 카메라(8)가 XY방향으로 이동하면서, 테스트 패턴(test pattern)으로서 도포한 액적(液滴)을 촬영하고, 화상 데이터를 제어장치(10)로 보낸다. 제어장치(10)는, 받은 화상 데이터에 의거하여 적당한 화상처리에 의하여 잉크의 착탄(着彈) 상태를 평가한다. 불량장소가 현저한 경우에는, 이 글래스 기판(K)은 후단공정에 있어서 불량품으로서 배제된다.

[도포 후 처치(스텝S5)]

우선 서보모터 기구(44)는 수평 프레임부(42)를 상승하도록 구동시킴으로써 잉크 토출부(5)를 상승시킨다. 이에 따라 잉크젯 노즐(54)의 토출구와 글래스 기판(K)의 표면을 격리시킨다. 계속하여 제1리니어 모터(43)는 도포 갠트리(4)를 제2동작하도록 제어하고, 잉크 토출부(5)를 흡착 스테이지(3)의 상류단(원점)으로 대피시킨다.

[기판 반출(스텝S6)]

흡착 스테이지(3)는 진공흡착구멍(32)에 발생하고 있었던 진공압력을 파괴한다. 리프트핀(34)이 리프트핀 구멍(33)으로부터 돌출되어, 글래스 기판(K)을 피벗지지한 상태에서 최상위치까지 상승한다. 기판반송 로봇(9)은 잉크 도포가 완료된 글래스 기판(K)을 가동 지지대(93)에 의하여 수취하고, 다음 공정인 예를 들면 감압건조공정(減壓乾燥工程)으로 인도한다.

본 발명의 컬러필터 제조장치(1)에 의하면, 도포 재료로서의 잉크의 도포 대상물인 컬러필터에 적용함으로써, 그 유효영역의 전역에 걸쳐서 주요한 광학특성인 투과광량의 평균화 및 잉크 건조 후의 표면형상도 평탄하여 평균화가 달성되어, 컬러필터 표면의 외광반사가 전체 면에서 균일화 됨으로써 명암의 부분적인 편재가 없는 고품위의 컬러필터를 실현한다.

컬러필터로서 잉크를 도포한 화소(gs) 단면 형상의 안정성을 나타내는 것으로서, 이 장치에 의한, 잉크를 도포한 컬러필터의 화소(gs) 표면의 요철(凹凸)을 촉침식(觸針式)의 표면조도계(表面粗度計)로 측정한 측정결과를 도11A에 나타내었고, 다른 방법으로 도포하였을 경우의 계측결과를 도11B에 나타내었다. 본 발명에 의한 컬러필터의 단면 계측결과의 그래프인 도11A는 형상이 평균화 되어 있고, 다른 방식의 단면 형상 계측결과의 그래프인 도11B와 비교하여 분명한 우위 차이가 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명을 하였지만, 위에서 개시한 실시예는 어디까지나 예시이며, 본 발명의 범위는 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는, 특허청구범위의 기재에 의하여 나타나고 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이 의도된다.

(실시예1)

본 발명의 실시예로서, 37인치 크기의 액정컬러TV용 컬러필터를 일례로서 설명한다.

이 37인치 크기의 영상기기의 화면 크기는 가로·세로 비율이 16 : 9의 것에서는, 가로 820mm이고 세로 460mm가 되고, 이 경우에 컬러필터의 필요 도포폭「W」로서, 이 세로의 길이는 460mm로 한다.

헤드블록(50)에는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 「N」이 3인 3색의 잉크젯 헤드(51)의 유효 도포폭을 「P」로 하고, 그 길이를 36mm로 하면 컬러필터의 필요 도포폭「W」에 대하여 15개의 잉크젯 모듈을 배열한다. 헤드블록(50)의 1회째의 제1동작(X1 화살표 방향 이동)에 이어지는 2회째 이후의 도포동작 전에는 헤드블록(50)의 Y방향으로 피치 36mm 이동시킨다.

(실시예2)

컬러필터의 원색(原色)에 대해서는 최근의 색재현성(色再現性) 등의 다양한 요구로부터 레드, 그린, 불루의 3색에 추가하여, 시안(cyan), 마젠타(magenta), 옐로(yellow)의 3색 합계 6색을 사용한 필터도 나타나고 있지만, 여기에서는 다른 실시예의 하나로서 「N」을 4로 하는 4색에 의한 컬러필터를 제조하는 헤드블록(50)에 대하여 설명한다.

도12에 의하여 이 경우에 있어서의, 화소(gs)의 전체 폭과 각 색(이 예에서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 황색(Y))의 헤드블록(50)의 배치를 나타낸다. 컬러필터에 대한 각 색의 도포는, 도12와 같이 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 도포에 추가하여 1색이 증가한 황색(Y)의 피치(P)만큼 스캔방향으로 헤드블록의 길이(L)가 증가하고, 또한 그 증가한 1개의 색의 보완을 위하여 스캔방향과 직교방향으로의 시프트의 공정이 1회 증가되는 도포장치의 동작에 의하여 컬러필터의 유효 화소(gs) 전역으로의 도포를 완료할 수 있다.

이 4헤드 구성에 있어서는, 도12로부터 알 수 있는 바와 같이 증가된 황색(Y)의 배치를 다른 색의 중간에 배치할 수 있어, 스캔방향으로의 장치의 크기를 변경하지 않고 헤드모듈 1개분의 폭이 크게 되는 것만으로 완료된다는 장점이 있다.

1 : 컬러필터 제조장치(도포장치)
45 : 제2리니어 모터(헤드블록 시프트 수단)
50 : 헤드블록
51 : 잉크젯 헤드
52 : 헤드모듈
54 : 잉크젯 노즐
gs : 화소(피도포장소)
K : 글래스 기판(기판)
X방향(스캔방향)
Y방향(스캔직교방향)
W : 필요 도포폭
A : 컬러필터 형성영역

Claims (9)

1. 단일색(單一色)의 잉크를 토출(吐出)하는 헤드모듈(head module)을 복수 설치하여 N색(N = 1, 2, 3 … )의 잉크를 도포(塗布)할 수 있는 헤드블록(head block)을 구비하고 있고, 이 헤드블록과 기판(基板)을 스캔방향으로 상대적으로 이동시키면서, 상기 헤드블록으로부터 N색의 잉크를 토출시킴으로써 컬러필터(color filter)를 제조하는 도포장치(塗布裝置)로서,
   상기 헤드블록에는, 상기 헤드모듈이 N색 각각 순차적으로 색을 바꾸어서 소정의 주기로 스캔방향과 직교하는 방향으로, 소정의 피치(P)로 길이(L)만큼 배열되어 있고,
   이 길이(L)와, 컬러필터를 형성하는 컬러필터 형성영역에 있어서의 스캔방향과 직교하는 방향의 필요 도포폭(W)과의 관계가
   L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )
   를 충족하는 것을 특징으로 하는 도포장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   복수의 상기 헤드모듈은, 스캔방향과 직교하는 방향으로 배열되는 헤드모듈 상호간이 피치(P)로 배열되고, 또한 이들 헤드모듈 상호간이 스캔방향으로 인접하게 배치됨으로써 계단 모양으로 나란하게 배치된 헤드모듈군(head module 群)을 형성하고, 상기 헤드블록에는, 상기 헤드모듈군이 스캔방향과 직교하는 방향으로 반복하여 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 도포장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 헤드모듈에는, 잉크를 토출하는 잉크젯 노즐(ink jet nozzle)이 복수 설치되어 있고, 스캔방향과 직교하는 방향으로 배열되는 헤드모듈 상호간은, 상기 잉크젯 노즐의 잉크의 토출영역이 스캔방향에서 보아서 중복되는 상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도포장치.
   
4. 단일색의 잉크를 토출하는 헤드모듈을 복수 설치하여 N색(N = 1, 2, 3 … )의 잉크를 도포할 수 있는 헤드블록을 구비하고 있고, 이 헤드블록과 기판을 스캔방향으로 상대적으로 이동시키면서, 상기 헤드블록으로부터 N색의 잉크를 토출시킴으로써 컬러필터를 제조하는 도포방법으로서,
   상기 헤드블록에는, 상기 헤드모듈이 N색 각각 순차적으로 색을 바꾸어서 소정의 주기로 스캔방향과 직교하는 방향으로, 소정의 피치(P)로 길이(L)만큼 배열되어 있고,
   이 길이(L)와, 컬러필터를 형성하는 컬러필터 형성영역에 있어서의 스캔방향과 직교하는 방향의 필요 도포폭(W)과의 관계가
   L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )
   를 충족하도록 형성되어 있고,
   헤드블록과 기판을 스캔방향으로 상대적으로 이동시키면서 상기 헤드모듈로부터 잉크를 토출시킴으로써, 다른 색의 잉크에 의하여 도포된 화소 상호간이, 스캔방향과 직교하는 방향 또한 스캔방향으로 이웃하는 위치에, 필요 도포폭(W)에 걸쳐서 N색 순차적으로 색을 바꾸어서 배치되도록 도포되는 스캔 공정(scan 工程)을 구비하는 것을 특징으로 하는 도포방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 스캔 공정과, 상기 헤드블록을 스캔방향과 직교하는 방향으로 이동시키는 시프트 공정(shift 工程)과, 다시 상기 스캔 공정을 순차적으로 반복함으로써 이전의 스캔 공정에서 특정 색의 잉크가 도포된 화소에 인접하는 화소가, 다음의 스캔 공정에서 동일한 색의 잉크가 도포됨으로써 동일한 색의 잉크가 도포된 화소가 스캔방향과 직교하는 방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 도포방법.
   
6. 복수의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 원색수(原色數)(N)의 잉크를 도포하여 컬러필터를 제조하는 도포장치에 있어서,
   동일한 색의 잉크를 공급하는 1개 이상의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 헤드모듈(52)을 구성하고, 상기 헤드모듈(52)을 적어도 헤드모듈(52)의 잉크 토출폭의 양단이 인접 혹은 겹치도록 피치(P)로 스캔방향으로 배열하고, 이들의 헤드모듈(52)을 스캔방향과 직교방향으로 연속하여 길이(L)만큼 배열한 헤드블록(50)을 구성하고, 상기 헤드블록(50)의 헤드모듈(52)별로 순차적으로 색을 바꾸어서 잉크를 공급하고, 또한
   컬러필터의 필요 도포폭(W)에 대하여, L이 다음의 식인 것을 특징으로 하는 도포장치.
   [식1]
   L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )
   
7. 제6항에 있어서,
   헤드모듈(52)의 배열 피치(P)가 다음의 식인 것을 특징으로 하는 도포장치.
   [식2]
   P ≤ (1/N) X W(N = 1, 2, 3 … )
   
8. 복수의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 원색수(N)의 잉크를 도포하여 컬러필터를 제조하는 도포장치에 있어서,
   동일한 색의 잉크를 공급하는 1개 이상의 잉크젯 헤드(51)에 의하여 헤드모듈(52)을 구성하고, 상기 헤드모듈(52)을 적어도 헤드모듈(52)의 잉크 토출폭의 양단이 인접 혹은 겹치도록 피치(P)로 스캔방향으로 배열하고, 이들의 헤드모듈(52)을 스캔방향과 직교방향으로 연속하여 길이(L)만큼 배열한 헤드블록(50)을 구성하고, 상기 헤드블록(50)의 헤드모듈(52)별로 순차적으로 색을 바꾸어서 잉크를 공급하고, 또한
   컬러필터의 필요 도포폭(W)에 대하여, L이 다음의 식으로 되고,
   [식1]
   L ≥ W + (N-1) X P(N = 1, 2, 3 … )
   스캔별로 피치(P)만큼 스캔방향과 직교방향으로 시프트 하고, N 회 스캔하는 것을 특징으로 하는 도포방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   헤드모듈(52)의 배열 피치(P)가 다음의 식인 것을 특징으로 하는 도포방법.
   [식2]
   P ≤ (1/N) X W(N = 1, 2, 3 … )

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