ディスプレイ製造用高精度インクジェットヘッドの開発
Development of New Inkjet Head for the Display Panel Industry

小松

克明＊

上Komatsu, Katsuaki

田正人＊

Ueda, Masato

浦木信

吾＊

Uraki, Singo

要旨
ディスプレイ製造装置に対応可能なインクジェット荒川裕

明＊＊

Arakawa, Hiroaki

卯野哲

夫＊＊

Uno, Tetsuo

１ 緒言

ヘッドおよび駆動ボードセットを開発した。製造装置か

近年，インクジェット技術をディスプレイパネル製造らの要求に応えるために，ノズル毎の駆動電圧制御及び工程に応用する取り組みが進められている１）。液体を 必

駆動タイミング制御を可能にした。

要な箇所に必要な量だけ非接触で塗布出来る，というイ

本文ではヘッドとボードの構造，駆動波形および実験結果について報告する。

ンクジェットの特性は，パネルの大型化と低コスト化に好適である。要望されるキーポイントは以下の３点であろう。

Abstract・液滴体積のばらつき

Developed have been a special inkjet head for the dis-・トータルの着弾精度

play panel industry, as well as driver board sets. To meet

・部材のインクへの耐性

high-level requirements, the board set utilizes a so called

われわれは従来大判プリンター向けにインクジェット

Drive Per Nozzle technology which controls drive voltage

ヘッドを開発してきたが２），今回新たにこれらのニーズに

and ink firing timing for individual nozzles.

合うヘッドを開発したので報告する。

Structures of the print head and the drive board, a drive
waveform as well as experimental results are described.

２ 課題
インクジェットが適用されるディスプレイの製造工程と要求仕様をTable １に示す。
1DPN技術の必要性
ヘッドの製造プロセスに起因するばらつきのため，各ノズルの特性は一定ではない。上記のように液滴体積を＋/−１％に揃えるためには，ノズルに与えるパルスを個別に調整する必要がある（Drive Per Nozzle）。
体積を補正するには駆動波形の電圧値を変える必要があり，IＣ化は出来ていない。そこで回路は外付けとして，セットで提供する。
Table 1 Required specifications

2着弾精度
液滴を狙った画素に塗布するため，高い着弾精度が求＊コニカミノルタ IJ ㈱＊＊コニカミノルタ IJ ㈱

開発統括部
開発統括部

第２開発部
第３開発部

められる。例えば150pixel/inchのパネルであれば，〜

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25µmφの液滴の印画領域は55µm程度であり，許される着弾誤差は＋/−10µmである。
着弾精度は，射出角度，ノズル位置，液滴速度のトータル誤差によって決まる。精度要因をTable ２に示す。
Table 2 Drop placement error factors

Standoff 500
Scan velocity : drop velocity = 1 : 10
Fig.1 Type 206 print head

3耐溶液特性ディスプレイパネルの製造工程では種々の液体，たとえば芳香族溶媒やNメチル−２−ピロリドン（NMP），強酸，強アルカリが用いられ，ヘッドに使われる部材にはFig.１にヘッドの外観を示す。
ヘッドには３箇所のインク供給口が設けられている。
ヘッドマニホールドには異物の混入を防ぐためのフィル高い耐薬品性が求められる。

ターが設置されているが，２箇所のアウトレットがフィルター上流と下流にそれぞれ連結されていて，ディスプ３ 構成

レイ製造で使われる特殊溶液の置換を容易にしている。

今回開発したヘッドと駆動ボードについて説明する。

Fig.２にヘッド内部の流路を示す。

３．１ ヘッド
アクチュエーター部にはエアチャネルを持つ独立駆動タイプを採用した。個別の電極には２個の狭ピッチコネクターを用いて波形が給電される。インク流路の部材には特殊なエンジニアリングプラスティックとSUS316が用いられ，組み立てには独自開発の接着剤を用いている。
このため一部のアルカリ液を除きほとんどのディスプレイ産業に用いられる材料に耐える。
用途に応じて液量6.5plと15plの２種類を用意している。
代表的な仕様をTable ３に示す。

Table 3 Head operational and physical parameters
Fig.2 Internal ink flow

３．２

DPNボード今回，ヘッドのDPN特性を評価するために駆動ボードも同時に開発した。ボードとヘッドを組み合わせたシステムの構成をFig.３に示す。
駆動ボードは128個の波形発生回路を持ち，各々が独立した波高とタイミングの駆動波形を出力する。制御ボードは最大４枚の駆動ボードを制御できる。内部に画像メモリーを持ち，PCとはUSB2インターフェースにて通信する。このシステムは単なるヘッドの評価だけでなく，

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パネル製造装置への組み込みも可能である。
Table４にボード仕様を示す。

Fig.5 Light emitting polymer at 10kHz2射出角度分布
今回開発したヘッドのために新たに２次元の射出角測Fig.3 DPN head drive system

定装置を開発した。全てのヘッドは出荷前に速度とXY２軸の射出角が測定される。検査結果例をFig.６に示す。
Table 4 DPN board set operational parameters

メディア上の着弾位置はFig.７のようになる。全ての液滴が要求仕様である±７µmの範囲に収まっている。

４ 結果
1速度分布
開発したヘッドと駆動ボードを用いて液滴速度の調整を行った。調整前後の速度分布をFig.４に示す。液滴体積

Fig.6 Velocity and angle deviationと液滴速度に対してリニアに変化する。そのため，速度を＋/−１%に揃えることで体積も＋/−１%に制御できる。
実際に有機ELパネルに使われる発光ポリマーを射出した状態をFig.５に示す。

Fig.4 Velosity for individual jet after DPN calibration

Fig.7 Drop placement error of type216at 0.5mm distance from nozzle

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131射出角度はXY面で等方に分布している。連続して検査した12個のヘッドについて，ノズルごとの射出角度ばらつきをFig.８にヒストグラムで示す。角度ばらつきの標準偏差は1.5mrad（角度レンジ0.51˚）だった。

Fig.10 Cross talk appearance at 1 cycle operation

Fig.11は８サイクル駆動時の速度変動を示しているが，クロストークは１％以下である。

Fig.8 Histogram of ejection angle errors for 12 heads

3ノズル位置精度
ヘッドを組み立てる際に調整工程を入れ，ノズル列の反り（Nozzle bow）を補正している。検査結果の例をFig.
９に示す。仕様値である＋/−3µmを満足している。

Fig.11 Cross talk free at 8 cycle operation

５ まとめ
ディスプレイ製造用途を狙ったヘッドと駆動ボードを開発し，各種性能が当該分野で必要な仕様を満たしていることを示した。なお，本ヘッドは装置メーカーにて評価中である４）。
Fig.9 Nozzle placement error with Y-bow

参考文献
１）M. Fleuster, M. Klein, P. v. Roosmalen, A. d. Wit, “Mass Manufacturing of Full Color Passive-Matrix and Active-Matrix PLED

4クロストーク

Displays” SID symposium 2004, vol.35, pp.1276 − 1279

本ヘッドでは駆動チャネルの間にエアチャネルを設けており，独立した駆動を可能にしている。しかし共通イ
ンク室やPZTウェハーを経由したクロストークが出てしまう。これらは大判プリンターでは大きな問題にならないが，高精度のDPN駆動では無視できない。
Fig.10は射出パターンに拠る速度変化の例である。ノズ

２）竹内良夫，竹内寛，小松克明，西眞一

３）David Albertalli, “New Process for FPD Manufacturing - Latest
Inkjet Technology” FPD international Conference 2004４）David Albertalli, “Gen 7 FPD Inkjet Equipment - development
status” SID symposium 2005, vol.36, pp.1200 − 1203

ルをひとつ一つ駆動した速度分布を基準とした速度差を示している。この特性は使用条件が一定であれば波形によってある程度まで改善できる。
実際のパネル製造に於いては，ヘッドを傾けてノズルピッチを画像ピッチのズレを合わせている。このような駆動では位相をずらすことになり，影響は小さい。

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Tech. Rep., Vol. 2（2005）pp.89

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