(57)【要約】【課題】塗工装置とは独立した機構によってインクジェットヘッドのアライメントを高精度に自動で行うこと等ができるアライメント装置を提供する。【解決手段】インクジェットヘッドユニットに設けられたインクジェットヘッドに位置調整基準となるヘッドアライメントマークをマーキングするレーザー照射器と、  前記レーザー照射器によってマーキンングされたヘッドアライメントマークの位置とインクジェットヘッドのノズル穴位置を測定するカメラと、  前記レーザー照射器と前記カメラの相対位置関係を測定するための相対位置測定マーク部と、  前記カメラの測定状態に基づいてヘッドアライメントマーク位置データを取得する制御手段と、  前記ヘッドアライメンントマーク位置データに基づいてインクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整機構と、  前記インクジェットヘッドユニットの高さおよび位置を調整する保持手段と、  を有することを特徴とするアライメント装置。【選択図】図１
2008209704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドユニットに設けられたインクジェットヘッドに位置調整基準となるヘッドアライメントマークをマーキングするレーザー照射器と、
前記レーザー照射器によってマーキンングされたヘッドアライメントマークの位置とインクジェットヘッドのノズル穴位置を測定するカメラと、
前記レーザー照射器と前記カメラの相対位置関係を測定するための相対位置測定マーク部と、
前記カメラの測定状態に基づいてヘッドアライメントマーク位置データを取得する制御手段と、
前記ヘッドアライメンントマーク位置データに基づいてインクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整機構と、
前記インクジェットヘッドユニットの高さおよび位置を調整する保持手段と、
を有することを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
前記レーザー照射器は、出力調整機能を有し、吐出不良ノズルの付着物をレーザー光照射で除去し、インクジェットヘッドの補修機能を有することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
【請求項３】
前記カメラを複数有することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
【請求項４】
前記位置調整機構は、インクジェットヘッドのノズル列方向、高さ方向、水平回転方向の位置を調整することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
【請求項５】
前記位置調整機構は、インクジェットヘッドユニットに設けられたアライメントマークを基準としてインクジェットヘッドの位置を調整することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
【請求項６】
前記ノズル位置データを塗工装置に送ることで、塗工工程に活用させることを特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
【請求項７】
前記保持手段は、インクジェットヘッドユニットを搭載する塗工装置の保持手段と互換性を有することを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレーのカラーフィルター製造や有機ＥＬディスプレーの電極製造に用いられるインク吐出装置におけるインクジェットヘッドの位置決め作業を行うアライメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューターの発達、液晶テレビの大型化、携帯電話の普及などに伴い、カラー液晶ディスプレーの需要が増加する傾向にある。しかし、更なる普及のためにコストダウンは必須であり、コストの比率が大きいカラーフィルターのコストダウンに対する要求が高まっている。
【０００３】
現在、カラーフィルターの製造方法としては、（１）染色法、（２）顔料分散法、（３）印刷法、（４）電着法、（５）インクジェット法が知られている。
【０００４】
（１）染色法は、ガラス基板上に染色させるための水溶性高分子を形成し、これをフォトリソグラフィーの工程を経て所望の形状にパターンニングした後、染色液に浸すことで着色されたパターンを得て、これを３回繰り返し、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター層を得る方法である。この方法で得られたフィルターは透過率も高く色相も豊富で、技術の完成度も高いため、現在カラー固体撮像素子（ＣＣＤ）に多用されていたが、染料を使用するため耐光性に劣り、製造工程の数も多いことから、液晶表示素子（ＬＣＤ）用としては、近年、顔料分散法に取って代わられている。
【０００５】
（２）顔料分散法は、近年最も主流のカラーフィルターの製造方法である。まず、ガラス基板上に顔料を分散した樹脂層を形成し、フォトリソグラフィー工程を経てパターニングする。これを３回繰り返し、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター層を得る。この製造法は、技術の完成度は高いが工程数が多くコストが高いのが欠点である。
【０００６】
（３）印刷法は、熱硬化型の樹脂に顔料を分散させ、印刷を３回繰り返すことで、Ｒ、Ｇ、Ｂを塗り分け、その後で熱を加えて樹脂を硬化させることによりカラーフィルター層を得る。この方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂ層の形成に際しては、フォトリソグラフィーを必要としないが、解像度や膜厚の均一性の点に問題がある。
【０００７】
（４）電着法は、水溶性高分子に顔料を分散させた電解溶液中で、予めパターニングした透明電極上に７０Ｖ程度の高電圧を印加し、電着膜を形成することで電着塗装を行い、これを３回繰り返し、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター層を得る。この方法は、予め透明電極をフォトリソグラフィーによりパターニングして、これを電着用の電極として使用する必要があり、パターンの形状が限定されるため、ＴＦＴ液晶用には使えないという欠点がある。
【０００８】
上記のような欠点を補うべく、インクジェット方式を利用したカラーフィルターの製造方法が盛んに開発、検討されている（例えば特許文献１〜３参照）。インクジェット方式を利用した方法は製造プロセスが簡略で低コストであるという利点がある。
【０００９】
このインクジェット方式を用いたカラーフィルターの製造方法によるカラーフィルター製造装置は、記録媒体とＲ、Ｇ、ＢもしくはＹ、Ｍ、Ｃの各色に複数のノズルを直線状に配列したインクジェットヘッドが相対的に主走査方向に往復移動し、副走査方向に間欠的に設定量ずつ送る記録媒体送り手段を備え、インクジェットヘッドを主走査方向に移動さ
せつつ、ヘッドからインク液を記録媒体に圧力発生器でインクを所定圧で加圧し、その圧力に基づいてインクをノズル形成面にあるノズルから記録媒体に向けてコントロールされた大きさのインク滴として吐出して各色に複数の着色部を同時に着色する。
【００１０】
なお、インクジェットヘッドのノズルからのインク吐出特性は、一定に維持される必要がある。従って、このような製造装置においては、各インクジェットヘッドのノズル位置を高精度に調整し、かつ、吐出工程において、各インクジェットヘッドのノズル位置を維持することが重要である。
【特許文献１】特開平９−２７７５７１号公報
【特許文献２】特開平１０−３３２９２４号公報
【特許文献３】特開２００１−３４３５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、インクジェットヘッドのノズル位置を高精度に調整する作業は、大変時間がかかる。特に大型の記録媒体に吐出する場合、インクジェットヘッドの吐出幅が狭いと何度も往復することになるので、タクトタイム短縮のために、インクジェットヘッドを何個も並べておく必要があり、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の全てのインクジェットヘッドを高精度に調節しなければならない。
【００１２】
そして、塗工装置上で高精度に調整しようとすると、そのための時間がインクジェットヘッドが多いほどかかることから、稼働率の低下につながってしまう。
【００１３】
また、使用中のヘッドノズル面は、使用期間が長い場合やノズル面のメンテナンスが良好でない場合、インクの変質物が付着しやすく、それがノズルの縁にあるとノズル穴位置測定の障害となりアライメント精度低下につながってしまうとともに、アライメント自動化の障害となっている。
【００１４】
さらに、多くのインクジェットヘッドを使用することは、使用ノズルの数が増えることになりインクジェットヘッドユニットととしては、ノズル詰まりによる吐出不良（不吐出）の確立が増えることになる。従来このような場合、インクジェットヘッド交換をし、そのヘッド交換後に位置調整もおこなわなければならず、これも稼働率の低下およびコストアップにつながってしまう。
【００１５】
そこで本発明は、塗工装置とは独立した機構によってインクジェットヘッドのアライメントを高精度に自動で行うことができ、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができるとともに、不吐出ノズルの補修ができることで、ヘッド交換時間を短縮し、さらに交換後の位置調整時間をなくす、アライメント装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、インクジェットヘッドユニットに設けられたインクジェットヘッドに位置調整基準となるヘッドアライメントマークをマーキングするレーザー照射器と、
前記レーザー照射器によってマーキンングされたヘッドアライメントマークの位置とインクジェットヘッドのノズル穴位置を測定するカメラと、
前記レーザー照射器と前記カメラの相対位置関係を測定するための相対位置測定マーク部と、
前記カメラの測定状態に基づいてヘッドアライメントマーク位置データを取得する制御手段と、
前記ヘッドアライメンントマーク位置データに基づいてインクジェットヘッドの位置調整を行う位置調整機構と、
前記インクジェットヘッドユニットの高さおよび位置を調整する保持手段と、
を有することを特徴とするアライメント装置としたものである。
【００１７】
また請求項２の発明では、前記レーザー照射器は、出力調整機能を有し、吐出不良ノズルの付着物をレーザー光照射で除去し、インクジェットヘッドの補修機能を有することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置としたものである。
【００１８】
また請求項３の発明では前記カメラを複数有することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置としたものである。
【００１９】
また請求項４の発明では、前記位置調整機構は、インクジェットヘッドのノズル列方向、高さ方向、水平回転方向の位置を調整することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置としたものである。
【００２０】
また請求項５の発明では、前記位置調整機構は、インクジェットヘッドユニットに設けられたアライメントマークを基準としてインクジェットヘッドの位置を調整することを特徴とする請求項１記載のアライメント装置としたものである。
【００２１】
また請求項６の発明では、前記ノズル位置データを塗工装置に送ることで、塗工工程に活用させることを特徴とする請求項１記載のアライメント装置としたものである。
【００２２】
また請求項７の発明では、前記保持手段は、インクジェットヘッドユニットを搭載する塗工装置の保持手段と互換性を有することを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置としたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のアライメント装置によれば、従来は塗工装置上で行っていたインクジェットヘッドのアライメント作業を塗工装置とは別の専用のアライメント専用装置によって高精度に自動で行うことができ、これにより、効率的な作業を行うことができ、塗工の際の段取り時間を大幅に減らすことができるとともに、不吐出発生時に交換していたヘッドを補修し再利用できることで、交換時間を短縮し、交換後の位置調整時間をなくし、さらにヘッド費用を抑制するという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態では、インクジェット方式によるカラーフィルター製造工程において、微調整機構を用いて各インクジェットヘッドのノズル列方向、回転方向、水平方向および高さ方向の位置調整を行うことにより、高精度なインクジェットヘッド配列にし、かつ、塗工装置の稼働率低下を防ぐことを可能にするとともに、不吐出ヘッドの補修をおこなうことで、不吐出ヘッドの交換作業をなくすことを可能にする、アライメント装置を提供するものである。
【００２５】
このアライメント装置は、図２に示す塗工装置とは独立して設けられ、予め、このアライメント装置で調整したインクジェットヘッドユニットを塗工装置に設置して塗工作業を行う構成となっている。ただし、このアライメント装置で得られたデータを塗工装置に転送して位置合わせに等に用いることが可能となっている。
【００２６】
具体的には、インクジェットヘッドユニットにはユニットアライメントマークが付されており、このアライメントマークを検出するとともに、各ヘッドのヘッドアライメントマークの座標（ヘッド位置データ）を検出し、微調整機構を用いてヘッドを整列させ、各インクジェットヘッドの姿勢を保持させる。そして、ヘッドアライメントマークからの位置情報（ノズル位置データ）を塗工装置に送って活用できるようにし、塗工の段取り時間を大幅に削減する。
【００２７】
また、微調整機構は、走査方向とは直交する方向にノズル列を平行に並べ、ヘッド端部を走査方向に直進するよう揃え、高さを水平に、また全てのヘッドを塗工ステージ上から一定量に同じ高さにする。これはアライメント装置上だけでなく、コントローラーからの通信によって塗工装置上においても調整可能であるものとする。このような微調整機構には従来公知の様々な構造が採用可能である。
【００２８】
なお、インクジェット法によるカラーフィルターの製造方法は、基本的にガラス基板等の透明基板上にインクを付与し、着色部を形成する。当該方法は、インク自体を硬化して着色する方法、インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層を透明基盤上に形成し、該受容層にインクを付与して着色する方法や透明基板上にブラックマトリクスの溌インク性をもった土手の中にインクを付与し着色する方法などに大別されるが、本発明はいずれの方法にも好ましく適用されるものである。
【００２９】
まず、本実施形態のアライメント装置の説明に先立って、このアライメント装置と組み合わせて用いることができる塗工装置（インクジェット方式によるカラーフィルター製造装置）の説明を行う。
【００３０】
図２は塗工装置の一例を示す外観図である。
【００３１】
図において、インクジェットヘッドユニット１は、複数のインクジェットヘッドを並列に配置したものであり、各インクジェットヘッドに対向して配置される透明基板２にインクの塗布を行う。メンテナンス装置３は、インクジェットヘッドの吐出安定性を維持するためのものである。
【００３２】
また、主走査方向移動装置４と副走査方向移動装置５により、Ｘ−Ｙステージの駆動系を構成している。主走査方向移動装置４はインク塗布の際に往復動作するＹ方向可動部（基板ステージ）を移動する。一方、副走査方向移動装置５はインク塗布の際に必要幅分を透明基板２に塗布するために間歇的に送るＸ方向可動部を移動する。
【００３３】
このようなカラーフィルター製造装置では、予めインクジェットヘッドユニット１を透明基板２と主走査方向に相対的に移動させつつ、ヘッドからインク液を透明基板２に吐出して塗布を行い、所定回数吐出を行った後に、メンテナンス装置３を用いて吐出特性を安定させる。
【００３４】
そして、メンテナンス装置３によってインクジェットヘッドの吐出安定性を向上させた後、カラーフィルターの描画工程に移行する。
【００３５】
まず、副走査方向移動装置５によって透明基板２の端部にインクジェットユニット１を移動させる。そして、主走査方向移動装置４により所定の回数ｎ回（ｎは自然数）だけ主走査を行い、透明基板２上にインクを塗布する。
【００３６】
なお、描画動作時のステージとインク吐出タイミングの関係は、主走査方向に基板ステージが移動し、主走査方向の位置に同期させてインクジェットヘッドのノズルよりインクの吐出を行なう。そして、所定の回数走査させた後に副走査移動装置５により透明基板２の塗られていない部分の端部に移動させ、主走査方向に移動して再度、所定の回数塗布を行う。
【００３７】
次に、上記工程によって得られるカラーフィルターについて説明する。
【００３８】
なお、上述したように、カラーフィルターの製造方法には、インク自体を硬化して着色する方法、インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層を透明基板上に形成し、この受容層にインクを付与して着色する方法や透明基板上にブラックマトリクスの溌インク性をもった土手の中にインクを付与し、着色する方法などがある。
【００３９】
図３はカラーフィルターの塗工中の例を示す模式図である。
【００４０】
ブラックマトリクス６は透明基板２に形成されている溌インク性を含んだものであり、インクを硬化させるための障壁となる。また、７はＲｅｄインク滴、８はＧｒｅｅｎインク滴、９はＢｌｕｅインク滴を示している。本例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色部を形成するために、３個のインクジェットヘッドを用い、それぞれブラックマトリクスの開口部に対応してインク滴を付与しなければならない。インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層にインクを付与する場合においても、混色、吐出位置のミスディレクション等を防ぐために所定の場所に吐出しなくてはならない。
【００４１】
カラーフィルターの画素サイズから主走査方向の位置ずれ誤差の許容値を例をとって算出すると、ブラックマトリクス６の開口部が約１２０μｍ、インク滴の径が約１１０μｍであり、ステージの移動誤差、塗出ばらつき等を考慮すると、インクジェットヘッド位置調整の許容誤差は±２μｍ程度である。従って、当該装置においてインクジェットヘッドと透明基板との位置合せには非常に高い精度が要求される。
【００４２】
次に、本実施形態によるインクジェットヘッドのアライメント装置について説明する。
【００４３】
図１は本実施形態によるインクジェットヘッドのアライメント装置の構成を示す外観図である。
【００４４】
インクジェットヘッドユニット１には、アライメントする複数のインクジェットヘッド１０が並列に配置されており、アライメント装置のＸ−Ｙステージ１１に支持されている。インクジェットヘッド１０のノズル形成面には、複数のノズルより形成されるノズル列が設けられている。
【００４５】
インクジェットヘッドユニット１は、ホルダと、このホルダに設けられた複数のインクジェットヘッド１０とを備え、各インクジェットヘッド１０はそれぞれ支持機構を介してホルダに対して水平面上で直交する２方向と鉛直方向に微調節可能でかつ鉛直軸の周りに微調節可能に支持されている。なお、このような支持機構には従来公知の様々な構造が採用可能である。
【００４６】
そして、このアライメント装置のＸ−Ｙステージ１１上には、インクジェットヘッドヘッド１０にアライメントマークのマーキングおよび不吐出ノズルの補修ができるレーザー照射器が設置されている。
【００４７】
これまで、ノズル穴位置を測定してヘッド位置調整をおこなっていたが、使用中のヘッドノズル面には、インクの変質物が付着している場合があり、これがノズル穴の縁にあると、ノズル穴位置測定の障害となりアライメント精度の低下およびアライメント自動化の
障害となっていた。このため、図４に示すように、ヘッドアライメントマークをインク変質物が付着しないノズル穴両端にある２箇所のインク非付着エリア３３にレーザー光でマーキングし、その位置を測定することで、高精度に自動アライメントすることが可能となった。
【００４８】
ここで、ヘッドのアライメントは、ヘッドアライメントマークの位置を、ノズル穴３２の位置の代用としておこなうため、それらの相対位置関係は正確でなければならない。このため、図５に示す相対位置測定マーキング部２１に設置したマーク基材２２にレーザー照射器でマーキングし、その時のスライダーの位置座標と観察用カメラ１２で測定したと時の座標から相対位置関係を正確に把握することができる。こうしたことで、ヘッドアライメントマーク位置が認識できれば、ノズル穴位置を把握できることになる。
【００４９】
また、上記のごとくレーザー照射器と観察用カメラ１２の相対位置関係が正確に把握できていることから、ノズル穴に付着したインク変質物や異物をレーザー光の照射により除去することができる。
【００５０】
さらに、Ｘ−Ｙステージ１１上の２個のヘッドアライメントマークおよび観察用カメラ１２は、２個あることにより、インクジェットヘッドのアライメントマーク２箇所を同時に観察することが可能である。すなわち、２個のアライメントマークを観察することにより、インクジェットヘッドのＸ方向とＹ方向を調整するのに非常に有利である。
【００５１】
Ｘ方向スライダー１３、Ｙ方向スライダー１４は、インクジェットヘッド１０のヘッドノズル面３１を観察する際に、観察用カメラ１２を移動させる。除震台１５は、精密アライメントする際に、振動を受けると精密アライメントに影響が出るため、振動を除去するために設けてある。
【００５２】
ヘッドユニットホルダー１６は、インクジェットヘッドユニット１を受け、Ｙ方向スライダー１４とＸ方向スライダー１３の移動方向がそれぞれ塗工装置の主走査方向と副走査方向と揃うように水平方向で回転する機構となっている。
【００５３】
そして、インクジェットヘッドユニット１に付けられたアライメントマークを読み取り、塗工装置の主走査方向とＹ方向スライダー１４が平行になるように調整し、インクジェットヘッドのノズル列がＸ方向スライダー１３と平行となるようインクジェットヘッドを揃える。観察ディスプレー１７は、２個の観察用カメラ１２からの画像を表示するものであり、レチクル等を画面に示し、ヘッドアライメントマークを揃えるために使用する。
【００５４】
アライメント制御盤１８は、微調機構モーターの回転の信号を切り替えや調整のために使用する。コントローラー１９は、微調機構のモーターを回転させ、インクジェットヘッドの位置調整の際に使用する。アライメント制御盤１８において順番に調整していくインクジェットヘッドを切り替えていき、その都度、コントローラー１９を使用して位置精度を合わせる。モーター切り替えＢＯＸ２０は、駆動モーターを切り替えるものであり、アライメント制御盤１８により制御する。
【００５５】
インクジェットヘッドユニット１の保持手段は塗工装置と同様に例えばインクジェットヘッドユニットフレームを支える等し、もしヘッドユニットがその自重により弾性変形を起こしたとしても、アライメント装置上でも同様の変形をするために、アライメントには影響が無いものである。
【００５６】
すなわち、アライメント装置の保持手段はヘッドユニットホルダー１６を含み、インクジェットヘッドユニット１の高さおよび位置を調整するものであり、塗工装置においてイ
ンクジェットヘッドユニット１が搭載される保持手段と互換性を有するものである。
【００５７】
もし、塗工中に吐出のずれなどが判明し、インクジェットヘッドの位置調整が行ないたい場合は、モーター切り替えＢＯＸ２０にコントローラー１９を接続し、所定のインクジェットヘッドを調整することが可能である。そのため、少数のインクジェットヘッドの調整の場合はアライメント装置までインクジェットヘッドユニットを運ばなくてもよい。
【００５８】
また、アライメント後に所定の位置に配列したインクジェットヘッドのノズル穴位置データを塗工装置に送ることで塗工の際の段取り時間を短縮させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態によるインクジェットヘッドのアライメント装置の構成を示す外観図である。
【図２】塗工装置の一例を示す外観図である。
【図３】カラーフィルターの塗工中の例を示す模式図である。
【図４】ヘッドアライメントマーク位置を示す説明図である。
【図５】相対位置測定マーキング部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…インクジェットヘッドユニット
２…透明基板
３…メンテナンス装置
４…主走査方向移動装置
５…副走査方向移動装置
６…ブラックマトリクス
７…Ｒｅｄインク滴
８…Ｇｒｅｅｎインク滴
９…Ｂｌｕｅインク滴
１０…インクジェットヘッド
１１……Ｘ−Ｙステージ
１２…観察用カメラ
１３…Ｘ方向スライダー
１４…Ｙ方向スライダー
１５…除震台
１６…ヘッドユニットホルダー
１７…観察ディスプレー
１８…アライメント制御盤
１９…コントローラー
２０…モーター切り替えＢＯＸ
２１…相対位置測定マーキング部
２２……マーク基材
３１……ヘッドノズル面
３２……ノズル穴
３３……インク非付着エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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