JP2005181476A - パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクセス容易であり、インクジェットヘッドの交換作業、維持管理作業等を円滑かつ迅速に行うことを可能とするパターン形成装置を提供する。
【解決手段】 フレーム１０８は、定盤１１１に固定される門型フレームである。フレーム１０８の幅は、塗布に必要なストローク以上に十分に長くとる。ストロークエンド近傍は、インクジェットヘッドユニットの交換位置（インクジェットヘッドユニット１１４）である。定盤１１１は切り欠き１１６を有し、インクジェットヘッドユニットの交換位置直下付近に交換作業スペース１１３が形成される。パターン形成装置１０１は、インクジェットヘッドを交換位置（インクジェットヘッドユニット１１４）に移動し、交換作業スペース１１３においてインクジェットヘッドユニットの交換作業が行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイにおけるカラーフィルタ等のパターンを形成するパターン形成装置等に関する。より詳細には、インクジェット方式等によりパターンを形成するパターン形成装置等に関する。

従来、基板上に液晶ディスプレイにおけるカラーフィルタのパターンを形成する方法として、染色法、顔料分散法、電着法、印刷法等の各種方法がある。
染色法では、基板上に染色用の水溶性高分子材料を塗布し、フォトリソグラフィ工程をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色について繰り返し、基板上に所望の形状のカラーフィルタパターンを形成する。
顔料分散法では、基板上に感光性樹脂層を形成し、フォトリソグラフィ工程をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色について繰り返し、基板上に所望の形状のカラーフィルタパターンを形成する。
電着法では、基板上に透明電極をパターンニングし、顔料、樹脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬し、これをＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色について繰り返し、基板上に所望の形状のカラーフィルタパターンを形成する。
印刷法では、熱硬化樹脂に顔料を分散させ、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色について印刷を行い、基板上に所望の形状のカラーフィルタパターンを形成する。

しかしながら、上記の方法はいずれもＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色について同一工程を繰り返す必要があるので、コスト、歩留まり等の面で問題点がある。
そこで、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のインクをインクジェット方式により基板上に吐出して着色層パターンを形成するパターン形成装置が提案されている（例えば、［特許文献１］参照。）。
このインクジェット方式によれば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のパターン形成を一度の工程により行い、製造工程を簡素化することができるので、コストの低減、歩留まりの向上等を図ることができる。

図１４は、従来のパターン形成装置１４０１の概略斜視図である。
パターン形成装置１４０１は、インクジェットヘッドユニット１４０２、フレーム１４０３、定盤１４０６等から構成される。

パターン形成装置１４０１は、ガラス基板をステージに載せ、上部に取り付けたインクジェットヘッドでＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）の蛍光材塗布等、高精度なストライプ状あるいはマトリクス状のパターニングを行う。

インクジェットヘッドユニット１４０２は、スライドレール１４０４及び支持・スライド部材１４０５を介して門型のフレーム１４０３（ガントリ）に連結され、フレーム１４０３のスライドレール１４０４に沿って塗布幅方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。
フレーム１４０３は、定盤１４０６に固定される。フレーム１４０３の幅は、塗布に必要なストローク以上に十分に長くとり、インクジェットヘッドユニットの交換位置（インクジェットヘッドユニット１４０８）をストロークエンド近傍とする。
交換作業スペース１４０７は、定盤１４０６の外側の作業スペース、人手等のアクセス領域であり、定盤１４０６の外側に位置する。

図１５及び図１６は、従来のインクジェットヘッドユニットの交換手順を示す図である。
交換用インクジェットヘッドユニット１６０１と使用済インクジェットヘッドユニット１６０２との交換は、インクジェットヘッドユニットをインクジェットヘッドユニット１４０２の位置からインクジェットヘッドユニット１４０８の位置へ移動させ、交換作業スペース１４０７において台車１６０３、人手等のアクセス手段１６０４等を用いて行われる。

特開２００２−３６１８５２号公報

しかしながら、従来のパターン形成装置の場合、定盤の形状は一般に矩形状であるので、台車、人等のアクセス、出入りに際し定盤が障害となり、インクジェットヘッドユニットの交換作業が困難になるという問題点がある。
また、パターン形成対象の基板が大型である場合、基板を支持するステージ、定盤、インクジェットヘッドユニットも大型化するので（例えば、数メートル規模等）、上記問題点は特に顕著である。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、アクセス容易であり、インクジェットヘッドの交換作業、維持管理作業等を円滑かつ迅速に行うことを可能とするパターン形成装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために第１の発明は、基板上にインクを塗布してパターンを形成するパターン形成装置であって、前記基板を移動させる基板移動手段と、インクジェットヘッドを交換位置に移動させるヘッド移動手段と、前記交換位置の近傍に切り欠きを有する定盤と、を具備することを特徴とするパターン形成装置である。

パターン形成装置は、インクジェット方式等によりカラーフィルタ等を製造する装置である。カラーフィルタは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイパネル）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）等に用いられる。

ヘッド移動手段は、インクジェットヘッドを移動させるための直線移動機構であり、定盤に固定されるフレームに設けられるスライドレールに沿って塗布幅方向（Ｙ軸方向）に移動させる。
基板移動手段は、基板を移動させるための直線移動機構であり、定盤に設けられるスライドレールに沿って塗布方向（Ｘ軸方向）に移動させる。

交換位置は、基板の移動経路外に設け、ヘッド移動手段の移動距離は、塗布に要する移動距離よりも大きいことが望ましい。この場合、パターン形成装置は、ヘッド移動手段によりインクジェットヘッドを塗布位置及び交換位置に移動させることができる。

第１の発明では、パターン形成装置は、インクジェットヘッドを定盤に固定されるフレーム（ガントリ）に設けられるスライドレールに沿って塗布幅方向（Ｙ軸方向）に移動させ、基板を定盤に設けられるスライドレールに沿って塗布方向（Ｘ軸方向）に移動させる。
また、パターン形成装置は、インクジェットヘッド及び基板をそれぞれ塗布位置に移動させ、インクジェットヘッドから基板上にインクを吐出してパターン形成を行い、インクジェットヘッドを交換する際、インクジェットヘッドを交換位置（基板の移動経路外、塗布位置外等）に移動させる。
また、パターン形成装置の定盤は、インクジェットヘッドの交換位置の近傍において切り欠きを有し、この切り欠き部分を作業領域として、台車、人の出入り等が行われる。

第１の発明では、パターン形成装置の定盤は、インクジェットヘッドの交換位置の近傍において切り欠きを有するので、当該定盤の切り欠き部分を作業領域として、インクジェットヘッドの交換位置近傍まで台車、人等のアクセスが可能である。
従って、台車、人等のアクセス、出入りに際し定盤が障害とならず、インクジェットヘッドの交換作業を円滑かつ迅速に行うことができる。

本発明によれば、アクセス容易であり、インクジェットヘッドの交換作業、維持管理作業等を円滑かつ迅速に行うことを可能とするパターン形成装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るパターン形成装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

最初に、図１を参照しながら、本発明の実施の形態に係るパターン形成装置１０１の構成について説明する。
図１は、パターン形成装置１０１の概略斜視図である。
尚、θ軸は鉛直方向回転軸を示し、θ方向はその回転方向を示す。Ｙ軸は塗布幅方向を示し、Ｘ軸は塗布方向を示し、θ軸、Ｙ軸、Ｘ軸は、互いに直角をなす。

パターン形成装置１０１は、インクジェット方式によりカラーフィルタを製造する装置である。パターン形成装置１０１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色の色素を含有するインクをインクジェット方式で光透過性の基板上に吐出し、各インクを乾燥させて着色画素部を形成し、当該基板上にカラーフィルタパターンを形成する。

図１に示すパターン形成装置１０１は、インクジェットヘッドユニット１０２、吸着テーブル１０３、アライメントカメラ１０４、θ軸移動ステージ１０５、Ｘ軸移動ステージ１０６、フレーム１０８、スライドレール１０９、支持・スライド部材１１０、定盤１１１、除震機構１１２等により構成される。

パターン形成装置１０１は、石定盤（定盤１１１）上に１軸（Ｘ軸）のエアスライドテーブル（Ｘ軸移動ステージ１０６）を備え、その上部にガラス基板（基板１０７）を回転位置決め可能なようにダイレクトドライブモータ（θ軸移動ステージ１０５）が備えられ、その上部に複数の吸着穴を有する石製のバキューム吸着テーブル（吸着テーブル１０３）が固定される。

インクジェットヘッドユニット１０２は、複数のインクジェットヘッドの位置調整を行い、基板に対してインクを吐出してパターン形成を行う。
インクジェットヘッドユニット１０２は、スライドレール１０９及び支持・スライド部材１１０を介してフレーム１０８（ガントリ）に連結され、塗布幅方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。

吸着テーブル１０３は、パターンを形成する対象となる基板１０７（ガラス基板、フィルム基板等）を吸着して固定するテーブルである。
アライメントカメラ１０４は、インクジェットヘッドユニット１０２、基板１０７の画像を撮像し、その位置（ＸＹ座標、θ方向角度、上下位置等）を検出するカメラであり、フレーム１１５に固定支持される。

パターン形成装置１０１は、θ軸移動ステージ１０５、Ｘ軸移動ステージ１０６、支持・スライド部材１１０により、所定のθ方向角度、所定のＸＹ座標となるように、インクジェットヘッドユニット１０２、基板１０７の位置決めを行う。

θ軸移動ステージ１０５は、回転機構であり、基板１０７のθ方向角度を調整する。
Ｘ軸移動ステージ１０６は、直線移動機構であり、基板１０７をＸ軸方向に移動する。
支持・スライド部材１１０は、支持機構、直線移動機構であり、インクジェットヘッドユニット１０２を支持し、フレーム１０８のスライドレール１０９に沿ってＹ軸方向に移動させる。

尚、支持・スライド部材１１０は、回転機構を設けて、インクジェットヘッドのθ方向角度を調整することもできる。また、支持・スライド部材１１０は、上下位置調整機構（図示しない）を設けて、ガラス基板とインクジェットヘッドとのギャップを調整することもできる。

また、回転機構としては、ダイレクトドライブ方式のサーボモータを用いることができ、この場合、内蔵したスケールの信号を用いてフィードバック制御を行うことが望ましい。
また、直線移動機構としては、シャフト式リニアモータ、ステップモータ、サーボモータ、スライダ、スライドレール等を用いることができる。
また、上下位置調整機構としては、ネジとリニアガイドを用いることができ、この場合、人手、モータ等により調整作業を行う。

フレーム１０８は、定盤１１１に固定される門型フレームである。フレーム１０８の幅は、塗布に必要なストローク以上に十分に長くすることが望ましい。ストロークエンド近傍は、インクジェットヘッドユニットの交換位置（インクジェットヘッドユニット１１４）である。
定盤１１１は切り欠き１１６を有し、インクジェットヘッドユニットの交換位置直下付近に交換作業スペース１１３が形成される。
除震機構１１２は、定盤１１１の振動を防止し、パターン形成の精度を維持する。

次に、図２及び図３を参照しながら、パターン形成装置１０１における、インクジェットヘッドユニット１０２の交換について説明する。
図２及び図３は、インクジェットヘッドユニット１０２の交換手順を示す図である。

パターン形成装置１０１は、インクジェットヘッドを交換位置（インクジェットヘッドユニット１１４）に移動させる。
交換用インクジェットヘッドユニット３０１と使用済インクジェットヘッドユニット３０２との交換は、交換作業スペース１１３において台車３０３、人手等のアクセス手段３０４等を用いて行われる。

このように、定盤１１１は、切り欠き１１６を有するので、当該定盤の切り欠き部分を作業領域として、インクジェットヘッドユニットの交換位置近傍まで台車、人等のアクセスが可能である。
従って、台車、人等のアクセス、出入りに際し定盤が障害とならず、インクジェットヘッドユニットの交換作業を円滑かつ迅速に行うことができる。
また、パターン形成対象の基板が大型であり、基板を支持するステージ、定盤、インクジェットヘッドユニットも大型化する場合（例えば、数メートル規模等）であっても、インクジェットヘッドユニットの交換位置近傍まで台車、人等のアクセス、出入りが可能であり、交換作業を円滑かつ迅速に行うことができる。

次に、図４〜図６を参照しながら、Ｘ軸移動ステージ１０６について説明する。
図４は、Ｘ軸移動ステージ１０６を示す断面図である。
図５は、シャフト式リニアモータ４０１を示す断面図（平面図）である。
図６は、シャフト式リニアモータ４０１を示す断面図（側面図）である。

シャフト式リニアモータ４０１は、Ｘ軸移動ステージ１０６をレール４０２に沿ってＸ軸方向に移動させるアクチュエータである。
シャフト式リニアモータ４０１は、シャフト状のステータ４０６及びその周囲に設けられたコイル４０７を備える。ステータ４０６には永久磁石が埋め込まれる。ステータ４０６は、定盤１１１に取り付けられ、コイル４０７は、Ｘ軸移動ステージ１０６に取り付けられる。

リニアスケール４０４は、シャフト式リニアモータ４０１と平行に設けられ、Ｘ軸移動ステージ１０６の位置を計測する。パターン形成装置１０１は、リニアスケール４０４からの位置情報によりシャフト式リニアモータ４０１の速度及び位置をフィードバック方式等により制御する。
尚、インクジェットヘッドからのインク吐出は、リニアスケール４０４のパルス信号のタイミングに基づいて行われる。

ガイド４０３の空気孔（図示しない）から空気が吹き出され、レール４０２とガイド４０３との間にエア溜まり４０５が形成される。シャフト式リニアモータ４０１が作動すると、Ｘ軸移動ステージ１０６は、浮上した状態でレール４０２上を移動する。

次に、図７及び図８を参照しながら、インクジェットヘッドユニット１０２について説明する。
図７は、インクジェットヘッドの一態様を示す図である。
図８は、インクジェットヘッドユニット１０２を示す図である。

インクジェットヘッドユニット１０２は、複数のインクジェットヘッド７０１が色毎に列状に配置されて構成される（ヘッド列（Ｒ）７０５、ヘッド列（Ｇ）７０６、ヘッド列（Ｂ）７０７）。インクジェットヘッド７０１は、位置決めブロック７０２により位置決めの精度を得る。

インクジェットヘッド７０１は、それぞれ、位置決めブロック７０２を介して、回転テーブル７０３（ダイレクトドライブモータ等）、移動テーブル７０４（シャフト式リニアモータ等）を備える。パターン形成装置１０１は、この回転テーブル７０３及び移動テーブル７０４を制御することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向について、インクジェットヘッド７０１を個別に位置調整する。

次に、図９〜図１２を参照しながら、インクジェットヘッド（ノズル孔）とパターン（画素の並び）との位置調整について説明する。
図９及び図１０は、インクジェットヘッドとパターンとの位置調整に関する説明図である。
図１１は、インクジェットヘッドの回転精度についての説明図である。
図１２は、インクジェットヘッド間の位置調整についての説明図である。

インクジェットヘッド９０１には、インクを噴射するノズル孔９０２が一定間隔で設けられる。
インクジェットヘッド９０１が回転すると、ノズル孔９０２が描画するパターン９０３のピッチが変化する。図９では、パターン間ピッチ９０４は、Ｐ１であり、図１０では、パターン間ピッチ９０４は、Ｐ２である。

尚、インクジェットヘッド９０１の回転角度の精度がピッチ精度に影響するが、例えば、図１１に示すように、インクジェットヘッド９０１のノズル孔９０２のピッチ誤差を１０μｍ以内に抑えるには、その回転角度誤差を約８秒以内に抑える必要がある。

図１２に示すように、パターン形成装置１０１は、インクジェットヘッド９０１を個別に横方向に位置調整することにより、隣接インクジェットヘッド間の部分に関しても、パターン間ピッチ９０５を一定に保つことができる。

次に、図１３を参照しながら、吸着テーブル１０３について説明する。
図１３は、吸着テーブル１０３を示す断面図である。

吸着テーブル１０３は、パターンを形成する対象となる基板１０７（ガラス基板、フィルム基板等）を吸着して固定するテーブルである。基板の吸着は、例えば、吸着テーブルと基板との間の空気を減圧、真空にすることにより行われる。この場合、吸着テーブルには、空気を吸引するための小孔（図示しない）が設けられ、吸着の際には当該孔を通じて真空ポンプ（図示しない）等により空気の吸引が行われる。

また、吸着テーブル１０３から上下方向に伸縮し、基板１０７を支持するリフトピン１３０１を設けるようにしてもよい。この場合、ロボット等のアーム１３０２により基板１０７の受け渡し、搬送等を行うことができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、パターン形成装置は、インクジェットヘッドユニットの交換位置において定盤に切り欠きが設けられ、当該定盤の切り欠き部分を作業領域として台車、人等のアクセスが可能である。
従って、台車、人等のアクセスに際し定盤が障害とならず、インクジェットヘッドユニットの交換作業を円滑かつ迅速に行うことができる。

尚、定盤の切り欠きの形状は、上記の実施の形態に示したものに限定されず、台車、人等のアクセスが容易となるよう種々の形状を採ることができる。また、複数箇所に切り欠き部分を設けるようにしてもよい。
また、切り欠きを有する定盤は、インクジェット方式のパターン形成装置のみならず、ディスペンサ、レーザヘッド等を用いるパターン形成装置等に用いることもできる。

また、定盤の材質は、石、セラミック、鋳物等、限定されない。
また、定盤上に敷設されるスライド軸（スライドレール）は、１軸（Ｘ軸）に限られず、２軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向に設けるようにしてもよい。この場合、フレーム（ガントリ）に設けられるスライド軸（スライドレール）は、主として、交換時のインクジェットヘッドユニットの移動手段として用いられる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかるパターン形成装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

パターン形成装置１０１の概略斜視図 インクジェットヘッドユニット１０２の交換手順を示す図 インクジェットヘッドユニット１０２の交換手順を示す図 Ｘ軸移動ステージ１０６を示す断面図 シャフト式リニアモータ４０１を示す断面図（平面図） シャフト式リニアモータ４０１を示す断面図（側面図） インクジェットヘッドの一態様を示す図 インクジェットヘッドユニット１０２を示す図 インクジェットヘッドとパターンとの位置調整に関する説明図 インクジェットヘッドとパターンとの位置調整に関する説明図 インクジェットヘッドの回転精度についての説明図 インクジェットヘッド間の位置調整についての説明図 吸着テーブル１０３を示す断面図 従来のパターン形成装置１４０１の概略斜視図 従来のインクジェットヘッドユニットの交換手順を示す図 従来のインクジェットヘッドユニットの交換手順を示す図

符号の説明

１０１………パターン形成装置
１０２………インクジェットヘッドユニット
１０８………フレーム
１０９………スライドレール
１１０………支持・スライド部材
１１１………定盤
１１３………交換作業スペース
１１４………インクジェットヘッドユニット（交換時）
１１６………切り欠き
３０１………交換用インクジェットヘッドユニット
３０２………使用済インクジェットヘッドユニット
３０３………台車
３０４………アクセス手段

Claims (5)

1. 基板上にインクを塗布してパターンを形成するパターン形成装置であって、
   前記基板を移動させる基板移動手段と、
   インクジェットヘッドを交換位置に移動させるヘッド移動手段と、
   前記交換位置の近傍に切り欠きを有する定盤と、
   を具備することを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記ヘッド移動手段は、前記定盤に固定されるフレームに設けられるスライドレールに沿って塗布幅方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 前記基板移動手段は、前記定盤に設けられるスライドレールに沿って塗布方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
4. 前記ヘッド移動手段の移動距離は、前記塗布に要する移動距離よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
5. 前記交換位置は、前記基板の移動経路外であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。

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