(57)【要約】【課題】産業用の高精細インクジェット装置に付設したインクジェットヘッド用アライメント装置において、インクの吐出状態の確認がインクジェット装置本体に依存するという不具合を改善するインクジェットヘッドユニットの調整装置を提供することである。【解決手段】ヘッドノズルのアライメントとインク吐出とを併せて行え、吐出状態の評価ができるようにした。インク供給機構、吐出制御機構、インク被着機構、カメラユニットを具備する。ヘッドユニットの調整装置の中で、洗浄液を流してインクジェットヘッドを洗浄する事により、インク変更やノズル詰まりの修正も可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット装置に搭載使用されるインクジェットヘッドユニットをあらかじめ調整するために、インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定し、アライメントする装置において、インク供給機構と吐出制御機構とインク被着機構とを含むことを特徴とするインクジェットヘッドユニットの調整装置。
【請求項２】
請求項１記載の調整装置において、インク吐出および塗布の状態を評価するための撮像手段を有することを特徴とするインクジェットヘッドユニットの調整装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の調整装置において、洗浄液を流してインクジェットヘッドを洗浄する手段を有することを特徴とするインクジェットヘッドユニットの調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー液晶ディスプレー用カラーフィルタの製造に代表される産業用の高精細インクジェット装置に付設して使用されるインクジェットヘッドユニットの調整のための装置に関する。
【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、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形成する。
【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  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。
【００１０】
上記の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目的で、インクジェット塗工装置に搭載する前に、インクジェットヘッドを含むインクジェットヘッドユニットを塗工装置とは別に設けたアライメント装置により、ノズル位置調整を実施し、および／または位置ずれのデータを取得・活用して、塗工装置上での稼動をスムーズに行うための開発が進んでいる（例えば特許文献４参照）。
【特許文献４】特開２００７−２６０５７１号公報  一度塗工機で吐出を行い、使用したヘッドユニットのインクジェットヘッドの交換メンテナンスもしくは定期メンテナンスの際にアライメント装置に運ぶが、従来ではアライメント装置によって吐出評価は出来なかった。その為、アライメント後に塗工機に載せてからの吐出評価となる。その時点で再調整が必要と分かると再度アライメント装置に運ばねばならなかった。
【００１１】
一方、インクの不吐出を防ぐ為に、安定吐出を事前確認するためのメンテナンス装置が塗工機には搭載されている。メンテナンス装置に付随している塗出検査装置によってインクジェットヘッドの不吐出が起きるノズル穴が何処かを知る事が出来る。しかし、ノズルの直径は20μm〜30μm程であり、非常に小さく、全てのノズルから液が吐出されないとムラが発生してしまうので、不吐出ノズルがあるヘッドは交換しなくてはいけなくなる。例えば画素密度150dpiの場合、一個のインクジェットヘッドには有効長50mmに約300個のノズル穴が開いており、不吐出ノズルの発生確率が微小であっても、使用上大きな影響を及ぼす。
【００１２】
このようなインクジェットヘッドはまた、インクの不吐出が発生する前段階として、インクの部分固着の影響で真っ直ぐに吐出されなくなるという悪さも生じるため、吐出／不吐出の判定以外の現状評価も必要である。
【００１３】
しかしながら、上記のアライメント装置においては、特にヘッドのノズル位置を高精度に調整する為のアライメント中は、ヘッドノズル面を継続的に観察する必要があるため、ヘッドノズル内部にインクを含む場合でもインクは含まないが先端部を保護したい場合でも、ヘッドノズル面にキャップを押し当て密閉するキャッピングは実施する事が出来ない。その為にヘッドノズル内部にインクを含むとノズル面が乾燥してしまい、不吐出が起きやすい傾向がある。それにも拘わらず、不吐出が生じたことや不吐出の前段階であることの確認はアライメント装置上では行えず、インクジェットヘッドを含むインクジェットヘッドユニットを塗工装置上に搭載して初めて確認できるという状況であった。
【００１４】
従来においてはインク固着により不吐出が起きたインクジェットヘッドは、ノズル穴径が小さい為にほとんど復活させる事は出来なかった。よって、不吐出が起きたインクジェットヘッドは新品の物に交換しなければならなかった。インクジェットヘッドは高精度に製作されており、非常に高価であるが消耗品のため長く使用できる方法が検討されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、その課題とするところは、産業用の高精細インクジェット装置に付設したインクジェットヘッド用アライメント装置において、インクの吐出状態の確認がインクジェット装置本体に依存するという不具合を改善するインクジェットヘッドユニットの調整装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、インクジェット装置に搭載使用されるインクジェットヘッドユニットをあらかじめ調整するために、インクジェットヘッドのノズル穴の位置を測定し、アライメントする装置において、インク供給機構と吐出制御機構とインク被着機構とを含むことを特徴とするインクジェットヘッドユニットの調整装置である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の調整装置において、インク吐出および塗布の状態を評価するための撮像手段を有することを特徴とするインクジェットヘッドユニットの調整装置である。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の調整装置において、洗浄液を流してインクジェットヘッドを洗浄する手段を有することを特徴とするインクジェットヘッドユニットの調整装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のインクジェットヘッドユニットの調整装置によれば、インクジェット装置としての塗工装置にインクジェットヘッドユニットを搭載する前に、ヘッドノズル穴の位置をアライメントするだけでなく、インク吐出および塗布の状態を評価することにより、塗工装置に搭載後の適正な機能を早期に発揮させることができる。また、従来のインクジェット装置本体での調整作業の一部を外段取りで調整装置に負わせるため、インクジェット装置本体の能力を塗布または描画という主機能に最大限振り向けられる。調整装置での調整作業の能力に応じて、調整装置の台数を決めれば、インクジェット装置本体の能力を最大に活用することができる。
【００２０】
さらに、本発明のインクジェットヘッドユニットの調整装置によれば、インク吐出および塗布の状態の評価を行うにあたり、インク供給機構、吐出制御機構、インク被着機構を有し、他に、撮像手段を有するが、いづれも既存の基本構成要素を利用できるため、装置の製作が容易であり、かつ、コンパクトな設計が可能である。
【００２１】
さらに、本発明のインクジェットヘッドユニットの調整装置によれば、洗浄液を流してインクジェットヘッドを洗浄する事により、調整装置内でのインクの交換が容易になるばかりで無く、インクの不吐出または異常吐出の原因となるインクジェットヘッドのノズル詰まりを直すことも可能になる。また、予備品として待機させておくインクジェットヘッドを新鮮な状態に保ち易い。上記の調整装置を利用する各機能を選択して、効率良く運用すれば、長時間をかけて取れ難い詰まりの洗浄も行うことも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、本発明の装置を製造に適用する代表例として、カラーフィルタについて説明する。インクジェットを利用したカラーフィルタの製造方法には、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後、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撥インク性をもった土手に囲まれた領域中にインクを付与して着色する方法などがあるが、最後の方法が最も一般的である。
【００２３】
図２はカラーフィルタの塗工中の例を示す模式図である。
ブラックマトリクス２１は透明基板に形成されている撥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、２２はＲインク滴、２３はＧインク滴、２４はＢ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適量吐出する。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。
【００２４】
カラーフィルタ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算出する。ブラックマトリクス２１の開口部が約120μm、着地インク滴（集合体を含む）の径が約100μm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の許容誤差は±5μm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。このため、位置合せだけでなく、インク滴の飛ぶ方向がインクジェットヘッドのノズル詰まりが原因で目的の位置とは異なる場所に飛ぶと、混色等の欠陥となってしまう。
【００２５】
そこで、ヘッドユニット内のインクジェットヘッドを±5μm以内に精度良く整列させる事でカラーフィルタの製作が可能となる。具体的には、インクジェットヘッドユニットには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、各ヘッドのノズル穴の座標（ノズル位置データ）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、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。
【００２６】
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。また、機構をコンパクトにする為に、高さ方向は固定として、水平方向のみスライドさせて調整する機構もある。その際、高さ方向は初期に位置決めを行って高さ出しを行なわなければならない。
【００２７】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドユニットの調整装置について説明する。図１は本実施の形態によるインクジェットヘッドユニットの調整装置を示す外観図である。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６が並列に配置されており、アライメント装置のＸ−Ｙステージに支持されている。インクジェットヘッド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。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６とを備え、各インクジェットヘッド６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。
【００２８】
そして、このアライメント装置のステージ上には、２個のノズル穴観察用カメラ１２が設置されている。なお、ノズル穴観察用カメラ１２が２個あることにより、インクジェットヘッドのノズル穴２箇所を同時に観察することが可能である。すなわち、２個のノズル穴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。
【００２９】
Ｘ方向スライダー８、Ｙ方向スライダー９は、インクジェットヘッドのノズル面を観察する際に、カメラを移動させる。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。
【００３０】
ヘッドユニットホルダは、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９とＸ方向スライダー８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。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９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８と平行となるようインクジェットヘッドを揃える。ノズル穴観察用ディスプレー１６は、２個のカメラ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、ノズル穴を揃えるために使用する。
【００３１】
アライメント制御盤２０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。インクジェットヘッドアライメント用コントローラー１７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２０において順番に調整していくインクジェットヘッド６を切り替えていき、その都度、インクジェットヘッドアライメント用コントローラー１７を使用して位置を合わせる。
【００３２】
インクジェットヘッドユニットの調整装置におけるアライメント機能を除く部分について、実施の形態を説明する。本発明は、インクジェットヘッドユニットの調整装置におけるアライメント機能に加えて、インクをインクジェット装置本体に先立って吐出および塗布する手段を有するものである。ヘッドへのインク供給は、先ず、インク供給機構１８内に準備された各インクタンクから配管と送り機構（図示せず）により、インクジェットヘッドユニット１に導き、一方、吐出制御機構７からの信号に応じて、個々のインクジェットヘッド６からの吐出を行う。吐出初めには、インク受けパン１３に吐出を行なう。その後、ウエスを用いてノズル面を拭く。少量のフラッシング吐出をおこない、ノズル穴のメニスカス（微小隙間の液体架橋状態）を安定させる。ノズルのメニスカスを安定させた後にインク被着機構１０に少量の吐出および塗布を行う。
【００３３】
インク被着機構１０において、インクの塗布性とインク被着後の評価適性を考慮してインク被着材料の種類と形態を選択すればよい。種々可能であるが、フィルムを適用する機構、特にロール状のフィルムの巻き出し・巻き取り機構を含む一連のロール処理可能な機構が長期使用には適している。一般にポリエステルフィルムが好ましい。装置の使用環境により、枚葉状のインク被着材料でもよく、また、ステージの一部をインク被着表面として拭き取りを前提に繰り返し使うこともできる。
【００３４】
インク吐出および塗布状態を評価するためには、上記のインク被着機構１０への塗布結果を人が直接拡大観察して判断することができる。しかし、塗布結果を撮像手段により入力し、その結果を利用して評価する方がより実際的である。カメラユニット１１にて撮像し、他のディスプレーに表示した像を人間が評価しても良い。また、上記の撮像結果を画像処理して、一定の判定基準を随時適用することにより、異常吐出や不吐出の有無を判定するプログラムや不具合の程度を判断して後の処理を決めるプログラムを装置に移植して使用することもできる。
【００３５】
インクジェットヘッドユニットの調整装置における他の実施の形態として、洗浄を実施する。インクジェット装置の本体に配管部の洗浄を含めたヘッド洗浄を使うことは一般に行われており、同様の洗浄機構を本発明の調整装置にも用いる。洗浄のための機構は図示
されていないが、インク供給機構の一部を共有することもできる。例えば、インクタンクの一つを洗浄液用に利用し、ヘッドまでの洗浄を行う。ただし、上記の吐出および塗布のための部品や評価のための撮像手段、すなわち、インク被着機構１０やカメラユニット１１との干渉を避けるための特別の配慮が各ケース毎に必要になる。さらにアライメント機構に関わるノズル穴観察用カメラ１２などもスペース設計上の考慮の対象となる。
【００３６】
配管系統に入っているインクを抜いた後に、洗浄液を流す。洗浄液にはカルビトールアセテートを用い、窒素ガスを交互に送ることによって、洗浄を行う。洗浄液はインク供給装置のインク缶の代わりに取り付けることにより供給する。本発明のインクジェットヘッドユニットの調整装置においては、インクジェット装置本体の場合とは異なり、外段取りとしての性質上、異常吐出や不吐出の原因を作っているインク硬化物などを充分な処理時間をとって除去することも生産性を損なうことなく可能になる。詳細実施のための最適化は、個別のケースに応じて、別途必要である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態によるインクジェットヘッドユニットの調整装置を示す外  観図である。
【図２】カラーフィルタの塗工中の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・インクジェットヘッドユニット
６・・・インクジェットヘッド
７・・・吐出制御機構
８・・・Ｘ方向スライダー
９・・・Ｙ方向スライダー
１０・・・インク被着機構
１１・・・カメラユニット
１２・・・ノズル穴観察用カメラ
１３・・・インク受けパン
１５・・・除震台
１６・・・ノズル穴観察用ディスプレー
１７・・・インクジェットヘッドアライメント用コントローラー
１８・・・インク供給機構
２０・・・アライメント制御盤
２１・・・ブラックマトリクス
２２・・・Ｒインク滴
２３・・・Ｇインク滴
２４・・・Ｂインク滴
【図１】
2009122163.tif 000003
【図２】
2009122163.tif 000004