JP4497181B2 - 液滴吐出方法、及び液滴吐出装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、実際の吐出重量を正確に測定して、当該測定値に対応して吐出量が正確な値となるように調整することによって、正確な液滴吐出が実施できる液滴吐出システム、液滴吐出ヘッドの吐出量測定方法、及び液滴吐出ヘッドの吐出量適正化方法が開示されている。
なお、給除材工程は、処理済みの基材を実際に取外したり、次に処理するべき基材を実際に取付けたりする、実際に給除材を実施する工程に加えて、取付けた基材の位置合わせの工程や、給除材のために、基材を載置するためのステージを移動させる工程なども含んでいる。
この液滴吐出方法によれば、重量測定吐出工程と状態情報取得工程とを実施する時間をずらすことにより、両工程を同時に実施できるように各装置を配置することが不要となることから、各装置の配置の自由度が保たれるため、液滴を吐出するための装置が大型になることを抑制することができる。
また、液滴吐出ヘッドと液状体を受ける装置と状態情報取得装置と測定対象とのいずれかを一体に移動させることも可能となり、移動用の装置を削減することができる。
なお、給除材時間は、処理済みの基材を実際に取外したり、次に処理するべき基材を実際に取付けたりする、実際に給除材を実施するための時間や、給除材のために、基材を載置するためのステージを移動させるための時間に加えて、取付けた基材の位置合わせのための時間なども含んでいる。
この液滴吐出装置によれば、重量測定吐出と状態情報の取得とを実施する時間をずらすことにより、重量測定吐出と状態情報の取得とを同時に実施できるように各装置を配置することが不要となることによって、各装置の配置の自由度が保たれるため、液滴吐出装置が大型になることを抑制することができる。
また、液滴吐出ヘッドと重量測定ユニットと状態観測装置と検査吐出着弾シートとのいずれかを一体に移動させることも可能となるため、移動用の装置を削減することができる。
なお、給除材工程は、処理済みの基材を実際に取外したり、次に処理するべき基材を実際に取付けたりするような、実際に給除材を実施する工程に加えて、取付けた基材の位置合わせの工程や、給除材のために基材を載置するためのステージを移動させる工程なども含んでいる。
なお、給除材時間は、処理済みの基材を実際に取外したり、次に処理するべき基材を実際に取付けたりする、給除材を実施する時間や、給除材のために、基材を載置するためのステージを移動させるための時間に加えて、取付けた基材の位置合わせのための時間なども含んでいる。
最初に、カラーフィルタなどの形成に用いられる液滴吐出法について説明する。液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式等が挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に30kg/cm2程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。
次に、液滴吐出装置の全体構成について、図1を参照して説明する。図1は、液滴吐出装置の概略構成を示す平面図である。
吐出ユニット2は、液状体である機能液を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド17を120個有している。ワークユニット3は、液滴吐出ヘッド17から吐出された液滴の吐出対象であるワークWを載置するワーク載置台21を有している。機能液供給部は、機能液を貯留する貯留タンク(図示省略)を有し、液滴吐出ヘッド17への機能液の供給を行う。検査ユニット4は、液滴吐出ヘッド17からの吐出状態を検査するための、吐出検査ユニット18及び重量測定ユニット19を有しており、重量測定ユニット19にはフラッシングユニット14が併設されている。メンテナンスユニット5は、液滴吐出ヘッド17の保守を行う吸引ユニット15及びワイピングユニット16を有している。吐出装置制御部6は、これら各機構部等を総括的に制御する。後述する重量測定処理、描画処理、吐出検査処理、及びびメンテナンス処理などは、吐出装置制御部6による制御に基づいて行われている。吐出装置制御部6が、重量測定制御部、又は吐出検査制御部に相当する。
X軸テーブル11及びY軸テーブル12の駆動と同期して液滴吐出ヘッド17を吐出駆動させることにより、機能液滴を吐出させ、ワーク載置台21の上に載置されたワークWに対して、任意の描画パターンを描画する。
図1、図2、又は図3に示すように、X軸テーブル11は、X軸第1スライダ22と、X軸第2スライダ23と、左右一対のX軸リニアモータ26と、一対のX軸共通支持ベース24と、を備えている。
次に、液滴吐出ヘッド17について、図4を参照して説明する。図4は、液滴吐出ヘッドの概要を示す外観斜視図である。
次に、ヘッドユニット54について、図5を参照して説明する。図5は、ヘッドユニットの概略構成を示す平面図である。図5に示したX軸及びY軸は、ヘッドユニット54が液滴吐出装置1に取付けられた状態において、図1に示したX軸及びY軸と一致している。図5に示すように、ヘッドユニット54は、サブキャリッジ53と、サブキャリッジ53に搭載された12個の液滴吐出ヘッド17と、を有している。液滴吐出ヘッド17は、サブキャリッジ53に固定されており、ヘッド本体74がサブキャリッジ53に形成された孔(図示省略)に遊嵌して、ノズル形成面76aが、サブキャリッジ53の面より突出している。図5は、ノズル形成面76a側から見た図である。12個の液滴吐出ヘッド17は、Y軸方向に分かれて、それぞれ6個ずつの液滴吐出ヘッド17を有するヘッド群55を2群形成している。それぞれの液滴吐出ヘッド17のノズル列78bはY軸方向に延在している。
隣合うヘッドユニット54も、それぞれのヘッド群55が、互いにY軸方向に一つのヘッド群55分の間隔を隔てて配置されるように位置することが可能である。従って、ノズル群線の長さ相当のY軸方向の移動を挟んで、それぞれ、吐出ユニット2が有する各吐出ノズル78に一滴ずつ機能液を吐出させることで、Y軸方向に延在する一直線を形成することができる。この、吐出ユニット2が有する全120個の液滴吐出ヘッド17が各二回の吐出で描画できるラインの長さは、ワーク載置台21に搭載可能な最大サイズのワークWの幅に対応している。
次に、上述したような構成を有する液滴吐出装置1を駆動するための電気的構成について、図6を参照して説明する。図6は、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気構成ブロック図である。液滴吐出装置1は、制御装置65を介してデータの入力や、稼働開始や停止などの制御指令の入力を行うことで、制御される。制御装置65は、演算処理を行うホストコンピュータ66と、液滴吐出装置1に入出力する情報を入出力するための入出力装置68とを有し、インタフェイス(I/F)67を介して吐出装置制御部6と接続されている。入出力装置68は、情報を入力可能なキーボード、記録媒体を介して情報を入出力する外部入出力装置、外部入出力装置を介して入力された情報を保存しておく記録部、モニタ装置などである。
次に、吐出検査ユニット18について、図7を参照して説明する。図1を参照して説明したように、吐出検査ユニット18は、検査描画ユニット161と、撮像ユニット162とを有している。検査描画ユニット161は、重量測定ユニット19及びフラッシングユニット14と一体に移動するように構成されている。図7は、検査描画ユニットの全体構成を示す外観斜視図である。
次に、重量測定ユニット19及びフラッシングユニット14について、図8を参照して説明する。図8は、重量測定ユニットの部分及びフラッシングユニットの部分を含む重量測定ブロックの図である。図8(a)は、重量測定ブロックの平面図であり、図8(b)は、重量測定ブロックの側面図である。上述したように、重量測定ユニット19、フラッシングユニット14、及び検査描画ユニット161が一体に設けられた吐出検査ブロック4aが、一体に移動するように構成されている。
重量測定時フラッシングボックス95及び定期フラッシングボックス93内には、機能液吸収材97が、その両長辺部を一対の押えプレート98により押え付けた状態で敷設されている。なお、受液容器94は、各液滴吐出ヘッド17に対し、ノズル列単位で機能液を受け得る大きさに形成されている。
次に、重量測定時フラッシングボックス95と、定期フラッシングボックス93の形状、及び検査カメラ163及び液滴吐出ヘッド17(ヘッド群55)に対する位置関係について、図9を参照して説明する。図9は、検査カメラと、液滴吐出ヘッドと、重量測定時フラッシングボックス及び定期フラッシングボックスと、の位置関係を示す模式図である。
次に、各受液容器94に向けて、各ヘッド群55の1番目の液滴吐出ヘッド17aの全ノズルから、重量測定吐出を実施する。このとき、各ヘッド群55の2番目から6番目の液滴吐出ヘッド17b〜17fは、重量測定時フラッシングボックス95に対向しており、重量測定時フラッシングボックス95に向けて捨て吐出を実施する。
次に、液滴吐出装置1によって、ワークWの所定の位置に機能液を配置する描画工程について、図14を参照して説明する。図14は、描画工程を示すフローチャートである。
図14のステップS1,S2,S3,S4,S5の各ステップは、液滴吐出装置1の給除材に関わる各装置よって実施され、ステップS21からステップS34の各ステップは、吐出ユニット2や検査ユニット4などによって実施される。液滴吐出装置1の各装置は、図14のステップS1,S2,S3,S4,S5の各ステップと、ステップS21からステップS34の各ステップとを並行して実施できるように構成されている。
次に、ステップS2では、ワーク載置台21に載置されたワークWのアライメントを実施する。ワークWのアライメントは、画像認識ユニット80のアライメントカメラ81によってワークWに形成されたアライメントマークMの画像を取得し、撮像結果に基づいて、θテーブル32によってワークWのθ補正を実行することで実施する。
次に、ステップS3では、ワーク載置台21をX軸方向に移動する。ワーク載置台21は、X軸リニアモータ26によってX軸第1スライダ22を駆動することで、給除材位置でアライメントされたワークWが次の描画吐出工程を開始する開始位置に位置するように移動される。
次に、ステップS5では、描画パターンが形成されたワークWを、ワーク載置台21から除材する。ワークWの除材は、給材ロボットなどによって実施される。
ステップS5の次には、ステップS1に進み、ステップS1,S2,S3,S21,S4,S5を繰り返す。ステップS4,S5,S1,S2,S3が、給除材工程に相当する。上述したように、ステップS4,S5,S1,S2,S3は、X軸リニアモータ26や、画像認識ユニット80や、θテーブル32や、給材ロボットなどを用いて実施される。
移動中の吐出検査ブロック4aにおける検査描画ユニット161の検査シート171が、吐出ユニット2の液滴吐出ヘッド17のそれぞれと対向した時点で、当該液滴吐出ヘッド17から検査シート171に向けて、検査吐出が実施される。それぞれの液滴吐出ヘッド17の吐出タイミングは、吐出ユニット2の液滴吐出ヘッド17のそれぞれから吐出されて検査シート171に着弾した機能液の液滴が、検査シート171上にY軸方向に延在する一直線を形成するよう規定されている。吐出検査ブロック4aは、検査シート171に着弾した機能液の液滴が形成した一直線が、吐出検査ユニット18の検査カメラ163によって撮像可能となる位置に位置するように移動させられる。検査シート171が、吐出ユニット2の液滴吐出ヘッド17と対向した時点で、当該液滴吐出ヘッド17から検査シート171に向けて、検査吐出が実施されるのが、検査吐出工程に相当する。描画吐出を終了する前に、検査吐出を実施するための吐出検査ブロック4aの移動が開始されているため、液滴吐出ヘッド17は、描画吐出に略連続して、検査吐出を実施する。従って、描画吐出と検査吐出の間で、液滴吐出ヘッド17の状態の変化は実質的にないため、検査吐出では、描画吐出と同じ吐出が再現される。
このとき、図11及び図12を参照して説明したように、各ヘッド群55における受液容器94に臨んでいない各5個の液滴吐出ヘッド17は、重量測定時フラッシングボックス95に対向しており、重量測定時フラッシングボックス95に向けて捨て吐出を実施する。
吐出重量の誤差が規格値に適合する場合(ステップS26でYES)には、ステップS27に進む。
ステップS26の次に、ステップS27では、各ヘッド群55がそれぞれ有する6個の液滴吐出ヘッド17の全てについて、重量測定が終了したか否かを判定する。
ステップS28では、重量測定を実施することなく、描画を実施する。重量測定を実施しない描画の期間は、一定の吐出状態が維持できる期間や一定の吐出状態を維持して描画できるワークWの描画枚数などを、実験などで予め求めることによって、定める。定められた重量測定を実施しない描画の期間の間、ステップS28を実施した後は、ステップS21に進み、新たにワーク載置台21の上に載置されたワークWを描画対象として、ステップS21からステップS27、及びステップS29からステップS34を実施する。
ステップS26の次に、ステップS29では、測定された吐出重量の値の規格値に対する誤差が、所定の値以下であるか否かを判定する。吐出重量の誤差の所定の値は、例えば、液滴吐出ヘッド17の駆動条件を調整することによって補正可能な誤差量を予め求めたものである。
ステップS30では、測定対象としている液滴吐出ヘッド17に印加する駆動電圧を、測定された吐出重量の値の規格値に対する誤差の大きさに対応して、調整する。
ステップS30の次には、ステップS25に進み、ステップS25からステップS29を繰り返す。
ステップS31では、上述したステップS25と同様に、各ヘッド群55において受液容器94に臨んでいる一つの液滴吐出ヘッド17から各受液容器94に向けて、液滴吐出ヘッド17の全ノズルから、重量測定吐出を実施する。受液容器94に着弾した機能液の重量が、電子天秤99によって測定される。
各ヘッド群55における受液容器94に臨んでいない各5個の液滴吐出ヘッド17は、重量測定時フラッシングボックス95に向けて捨て吐出を実施する。
吐出重量は、一時的に変動して直ぐに適正状態に戻る場合もある。ステップS31からステップS34の各ステップは、ステップS29において、測定された吐出重量の値の規格値に対する誤差が所定の値を超えると判定されたことが、一時的な変動に起因するものであるか否かを検証するためのステップである。一時的な変動に起因して誤差が所定の値を超えた場合は、ステップS32、ステップS33、ステップS34の各ステップを実施することでステップS21からの各ステップに戻ることができる。
ステップS35では、調整処置を実施する。調整処置としては、吸引ユニット15による機能液の強制排出や、ワイピングユニット16によるノズル形成面76aの拭取などの保守作業が挙げられる。或は、液滴吐出ヘッド17自体の劣化が進行している場合には、液滴吐出ヘッド17を新しいものに交換する。
(1)液滴吐出ヘッド17が吐出を実施していることを必要としない給除材工程(ステップS4,S5,S1,S2,S3)の間に、液滴吐出ヘッドが吐出を実施することが必須の重量測定吐出工程(ステップS25)が実施される。液滴吐出ヘッドの言わば休止時間に、重量測定吐出工程を実施することによって、重量測定吐出工程のための時間が新たに発生することがないため、液滴吐出による描画のための作業時間の増加を抑制することができる。
前記実施形態においては、撮像ユニット162の検査カメラ163(状態観測装置)によって、検査シート171(検査吐出着弾シート)に着弾した機能液の液滴の画像を取得するステップ(状態情報取得工程)の後で、液滴吐出ヘッド17から重量測定ユニット19の受液容器94に向けて重量測定吐出(重量測定吐出工程)を実施していた。しかし、検査吐出着弾シートと、重量測定ユニットとをそれぞれ個別に主走査方向に移動させるように構成することで、検査吐出着弾シートが状態観測装置に対向している状態で、重量測定ユニットと液滴吐出ヘッドとを対向させることを可能ならしめ、状態情報取得工程と、重量測定吐出工程とを、略並行して実施することができる。
前記実施形態においては、液滴吐出ヘッド17のみがY軸方向に移動可能であるため、上記各装置間のY軸方向の相対移動は、液滴吐出ヘッド17のY軸方向への移動によってなされていた。例えば、受液容器94にヘッド群55を構成する6個の液滴吐出ヘッド17の一個を対向させると、ヘッド群55のY軸方向の位置が、必ずしも、検査描画ユニット161の検査シート171の適切な位置に対向しないため、液滴吐出ヘッド17が対向するべき装置ごとに、液滴吐出ヘッド17のY軸方向への移動を行う必要があった。Y軸方向移動装置を設けることによって、検査描画ユニット161の検査シート171、撮像ユニット162、及び重量測定ユニット19の相互間の相対移動が可能となるため、相互間のY軸方向の位置合わせを実施することができる。これにより、これらの装置に対する液滴吐出ヘッド17の位置合わせのための液滴吐出ヘッド17のY軸方向への移動及び位置合わせの必要回数を、少なくすることができる。
また、前記実施形態においては、液滴吐出ヘッド17と、ワーク載置台21、検査描画ユニット161、重量測定ユニット19、又はフラッシングユニット14と、のY軸方向の相対移動は、液滴吐出ヘッド17を有する吐出ユニット2をY軸方向に移動することで実施していた。当該相対移動は、吐出検査ブロック4aをY軸方向に移動することで実施する構成であってもよい。
さらに、上記X軸方向及びY軸方向の相対移動を、ワーク載置台21、吐出検査ブロック4a、液滴吐出ヘッド17、又は撮像ユニット162をX軸方向及びY軸方向に移動させることによって実施する構成であってもよい。
Claims (14)
- 液滴吐出ヘッドから液状体を吐出すると共に、前記液状体を着弾させる対象である基材と前記液滴吐出ヘッドとを相対移動させることによって、
前記基材上に前記液状体を配置する描画吐出工程と、
前記液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に対して前記基材の給除材を実施するための給除材工程と、
前記液滴吐出ヘッドが、重量測定のために前記液状体を吐出する重量測定吐出工程と、
前記重量測定吐出工程で吐出された前記液状体の重量を測定する重量測定工程と、
を有し、
前記給除材工程が実施されている間に、前記重量測定吐出工程を実施し、
前記重量測定吐出工程の実施状態に拠って、前記重量測定吐出工程で吐出された前記液状体を収容する重量測定受器の交換指示を出すことを特徴とする液滴吐出方法。 - 前記液滴吐出ヘッドが、前記液滴吐出ヘッドの状態を維持するための捨て吐出を実施する捨て吐出工程と、
前記液滴吐出ヘッドの吐出状態を検査するための検査吐出を、前記液滴吐出ヘッドが実施する検査吐出工程と、検査吐出されて着弾した液状体の状態の情報を取得する状態情報取得工程と、を含み、前記液滴吐出ヘッドの吐出状態を検査する吐出検査工程と、をさらに有し、
前記給除材工程が実施されている間に、前記捨て吐出工程及び前記検査吐出工程を実施することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出方法。 - 前記液滴吐出ヘッドを複数有する組に含まれる1台の前記液滴吐出ヘッドは、前記重量測定のために前記液状体の吐出を実施し、当該組に含まれる前記重量測定のために前記液状体の吐出を行う前記液滴吐出ヘッド以外の前記液滴吐出ヘッドは、前記捨て吐出を実施することを特徴とする請求項2に記載の液滴吐出方法。
- 前記状態情報取得工程と、前記重量測定吐出工程とを、それぞれの工程を実施する時刻を互いにずらして実施することを特徴とする請求項2又は3に記載の液滴吐出方法。
- 前記状態情報取得工程に略並行して、前記重量測定吐出工程を実施することを特徴とする請求項2又は3に記載の液滴吐出方法。
- 前記重量測定工程において測定された前記液状体の重量の測定値の、基準値に対する差異が、所定の値を超えた場合には、確認検査を実施することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液滴吐出方法。
- 前記確認検査が、前記重量測定工程であることを特徴とする請求項6に記載の液滴吐出方法。
- 前記確認検査が、前記吐出検査工程であることを特徴とする請求項6に記載の液滴吐出方法。
- 前記重量測定工程において測定された前記液状体の重量の測定値の、基準値に対する差異が、第一の値を超えると共に、第二の値以下である場合には、前記液滴吐出ヘッドにおける吐出条件の補正を実施することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液滴吐出方法。
- 前記液滴吐出ヘッドの駆動源は圧電素子であって、前記吐出条件の一つは、前記液滴吐出ヘッドに印加する駆動電圧であり、前記補正は、駆動電圧値の補正又は駆動電圧波形の補正を含むことを特徴とする、請求項9に記載の液滴吐出方法。
- 前記給除材工程が一回実施される間に、一台の前記液滴吐出ヘッドによる前記重量測定吐出工程を実施することを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の液滴吐出方法。
- 複数の前記液滴吐出ヘッドを含むヘッド組を規定し、
前記ヘッド組に含まれる全ての前記液滴吐出ヘッドがそれぞれ一回の前記重量測定吐出工程を順次実施し、それぞれの前記液滴吐出ヘッドが吐出した前記液状体の重量測定を実施するヘッド組重量測定工程と、
前記重量測定吐出工程を並行して実施することなく前記給除材工程を所定の回数実施する重量測定休止工程と、を有することを特徴とする、請求項11に記載の液滴吐出方法。 - 前記重量測定吐出工程における前記重量測定吐出の吐出数を累計し、当該吐出数の累計が所定の数値を超えた時点で、前記重量測定受器の交換指示を出すことを特徴とする、請求項1ないし12に記載の液滴吐出方法。
- 前記重量測定工程において測定された前記液状体の重量を累計し、当該重量の累計が所定の数値を超えた時点で、前記重量測定受器の交換指示を出すことを特徴とする、請求項1ないし12に記載の液滴吐出方法。
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