KR101000422B1 - 잉크젯 헤드장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 노즐을 가지는 잉크젯 헤드를 사용하여, 기판 상의 복수 부분에 재료를 도포하는 장치에 있어서, 헤드 부착시의 목표위치로부터의 어긋남을 계측하여, 효율좋고 또한 고정밀도로 수정함으로써, 수율좋게 제품 기판을 제조하는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는, 장치에 복수개 설치하고 있는 잉크젯 헤드에서, 중앙 헤드를 기준으로 하고, 노즐 카메라를 사용하여 상기 헤드(1)의 양쪽 끝 노즐(피치 d)의 위치를 계측함으로써, 모든 헤드를 미리 위치 보정한다. 또한 조정용 기판에 재료를 패턴 도포하고, 도포 도트의 위치를 관측함으로써 목표위치로부터의 어긋남(피치 D)를 계측하고, 그 차분으로부터 이동량을 계산하여, 각 헤드 사이의 노즐의 XYθ방향 위치보정을 행한다.

Description

잉크젯 헤드장치{INK-JET HEAD DEVICE}

본 발명은, 액적(液滴)을 토출하는 액적 토출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 헤드 이동 프레임 이동형의 멀티 헤드의 잉크젯 액적 도포장치에 관한 것이다.

잉크젯 헤드란, 기포 또는 압전소자를 이용하여, 소량의 액적을 고정밀도로 토출하기 위한 장치로서, 잉크젯 도포장치는 그것을 사용하여 높은 정밀도로 높은 기밀도의 액적 도포를 실현하는 것을 목적으로 한 장치로서 최근 주목을 모으고 있으며, 여러 분야에서의 적용이 기대되고 있다.

특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 도포 대상이 되는 기판에 대형화에 따라, 장치에 실장되는 잉크젯 헤드도 증가하고 있고, 기판에 대한 고정밀도 도포에서, 그것들 잉크젯 헤드의 설치시의 어긋남에 의한 노즐위치의 불균일이, 도포성능에 큰 영향을 미치게 한다. 그래서 지그를 사용한 헤드 부착이나, 노즐 관측에 의한 위치보정 등으로, 노즐위치 정밀도의 향상을 도모할 필요가 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2004-148180호 공보(도 1)

특허문헌 1의 방법에서는, 헤드부에 설치한 카메라에 의하여 기판에 토출된 액적상태를 관측하고, 설치의 기준위치로부터의 어긋남량을 계산하여, 헤드를 이동함으로써 보정을 행하고 있었다. 또, 고정 카메라에 의하여 도포액의 비상(飛翔)상황으로부터 도포량을 관측하도록 하고 있었다.

그러나, 이 방법에서는, 헤드마다의 사출속도, 사출각도의 차이에 의하여, 실제로 도포한 경우, 각 헤드 사이에서의 도포상태에 차가 발생하여, 막에 줄 얼룩이 발생할 가능성이 있다. 또, 시험용으로 기판을 준비할 필요가 있고, 시험용 토출도 행할 필요가 있어 도포액의 낭비도 생긴다.

본 발명의 목적은, 종래의 노즐위치의 검출결과에 의거하는 노즐위치의 보정 외에, 도포 후의 기판 상의 각 도트 위치를 도트 위치 검출 카메라로 관측하여, 도포 어긋남량을 구하고, 노즐위치를 보정함과 동시에, 실제의 토출 액적의 비상상태를 관측하여, 그 관측결과에 의거하여 토출 제어함으로써, 고정밀도한 도포를 실현한 도포장치를 제공하는 것에 있다.

헤드의 사출상태의 차이에 의한 영향을 없애기 위하여, 기판에 패턴 도포를 행하고, 그 도포 도트의 위치 어긋남을 카메라로 계측하여 이동량을 계산하고, 헤드를 XYθ 방향으로 이동함으로써, 위치 보정을 행한다.

본 발명에서는, 잉크젯 헤드의 사출속도, 사출각도 등의 불균일은, 단일 헤드에서는 비교적 작은 것이나, 배열한 각 헤드의 노즐 사이에서는, 제조시에 생기는 초기 특성 불균일에 의한 것이 매우 큰 것, 장치 설치시의 설치 오차가 생기는 것, 또는 도포를 행할 때의 환경변화, 즉, 예를 들면 기온변화, 사용재료의 점도변화, 눈막힘 등에 의한 상기 잉크젯 헤드의 경시(經時) 특성 변화의 영향이 큰 것에 착안하여, 도포를 행하기 직전에, 각 헤드마다의 사출 특성을 측정하고, 상기 측정결과에 의거하여 도포 제어함으로써, 도포 도트마다의 위치 불균일을 경감하여, 균일하고 얼룩이 없는 고품질의 패널을 제조할 수 있다.

잉크젯 도포장치를 본 발명의 실시예를 예로 들어 설명한다.

도 1 내지 도 2에는 잉크젯 도포장치로서 6개의 잉크젯 헤드를 장착한 것의 개관도를 나타낸다.

본 잉크젯 장치에서는, 도포 대상물인 기판(21)을 탑재하고, 도시 생략한 흡인 흡착기구로 스테이지면 상에 고정하는 기판 스테이지(20)가 설치되어 있다. 이 기판 스테이지(20)에 걸쳐지도록 구성되어, 전후방향으로 이동 가능한 이동 프레임(2)이 설치되어 있다. 이 이동 프레임(2)에는 프레임의 길이방향(좌우방향)으로 이동 가능하게 앞쪽측에 3개의 잉크젯 헤드(1)(이하 헤드라 약칭한다)가, 마찬가지로 뒤쪽측에 3개의 헤드(1)가 설치되어 있다. 이동 프레임(2)의 양쪽 다리부분에는 리니어 모터를 설치한 이동 스테이지(17)가 설치되어 있고, 가대측에 설치한 리니어 레일(18) 상을, 리니어 모터를 구동함으로써 전후방향으로 이동한다. 또, 도 시 생략하였으나, 이동 스테이지(17)에는 이동 프레임(2)를 상하 이동시키는 기구도 구비하고 있다. 각 헤드(1)는 헤드 이동기구(3)에 연결되어 있고, 헤드 이동기구(3)는 이동 프레임(2)에 고정되어 있다.

헤드 이동기구(3)에는 설치 브래킷(4)을 거쳐 헤드(1)가 장착되어 있고, 기판 스테이지(20)에 대하여 헤드(1)의 토출구[노즐(9)]가 간격을 두고 평행해지도록 배치되어 있다. 그것들 헤드 이동기구(3), 설치 브래킷(4) 및 헤드(1)의 조합이 앞줄에 3개, 뒷줄에 3개의 모두 6개가 이동 프레임(2)에 지그재그 형상으로 설치되어 있다. 또, 장치[기판 스테이지(20)] 앞쪽(또는 뒤쪽)에는 노즐 카메라(6) 및 비적(飛滴)검사 카메라(7)가 설치되어 있다. 노즐 카메라(6)는 헤드(1)의 노즐을 관측할 수 있도록, 윗쪽을 향하여 설치되고, 비적검사 카메라(7)는 노즐(9)로부터 토출된 액적의 상태를 관측하기 위하여 수평방향을 향하여 설치되어 있다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같이 이동 프레임(2)의 뒤쪽(또는 앞쪽)측에는 이동 프레임(2)의 뒤쪽측 헤드를 덮는 커버가 설치되어 있고, 그 커버부분에 도포 도트 검사 카메라(8)가 설치되어 있다. 이 도포 도트 검사 카메라(8)는 기판면 상에 도포된 액적의 상태를 관측하기 위하여, 하향으로 설치되어 있다. 이 도포 도트 검사 카메라(8)는 커버부에 설치한 리니어 레일(22)을 따라 프레임(2)의 길이방향으로 이동할 수 있도록 리니어 모터를 구비하고 있다.

다음에, 장치의 각 부분의 기능 및 움직임에 대하여 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 각 헤드(1)는 바닥면에 액재료를 토출하기 위한 복수의 노즐(9)이 2차원으로 복수열 배치되어 있다. 또, 각 헤드(1)에는 노즐(9) 로부터 액적 재료를 토출하기 위한 피에조 구동기구를 내장하고 있다. 또, 노즐(9)은 등간격으로 배치되어 있다. 본 실시예에서는 노즐(9)을 2열로 지그재그 배열하고 있으나, 이것에 한정하지 않고, 1열이어도 되고, 또한 열을 늘린 것이어도 된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 헤드 이동기구(3)는 3개의 클러치(10, 11, 12) 및 샤프트(13, 14, 15) 및 구동력 전달 박스(35)를 구비하고 있다. 클러치(10)는 헤드(1)를 샤프트(13)에 연결 해제하는 것으로, 클러치(10)를 ON함으로써, 헤드를 X축 방향으로 이동할 수 있는 것이다. 클러치(11)는 샤프트(14)와 헤드(1)를 연결해제하기 위한 것으로, 클러치(11)를 ON함으로써 헤드(1)를 Y축 방향으로 이동시키는 것이다. 클러치(12)는 헤드(1)를 샤프트(15)에 연결 해제하기 위한 것으로, 클러치(12)를 ON함으로써 헤드(1)를 θ 방향으로 회전시키기 위한 것이다. 각 샤프트(13, 14, 15)는 연결부(16)에 내장된 헤드 구동용 모터로 회전된다. 그 때문에, 각 클러치를 ON/OFF 함으로써, 각 설치 브래킷과 그것에 장착된 헤드를 선택하여, 임의로 X·Y·θ 방향으로 이동할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 이동 프레임(2)은 이동 스테이지(17)를 거쳐 리니어 레일(18)에 설치되어 있고, 이동 프레임(2)은 이동 스테이지(17)에 대하여 수직방향으로 상하로 이동하기 위한 구동기구와, 리니어 레일(18)을 따라 전후방향으로 이동하는 구동기구를 가지고 있다.

또, 각 헤드(1)의 노즐의 상태를 관측하여, 각 노즐의 눈막힘을 검출하여, 노즐의 청소나 헤드의 교환을 행하기 위한 노즐 카메라(6)가 설치되어 있다. 또 한, 노즐로부터 토출된 액적의 비상상태를 관측하기 위한 비적검사 카메라(7)가 설치되어 있다. 도 5에는 노즐 카메라의 관측상황을, 도 6에는 복수의 헤드의 토출구의 배치상태를 나타내고 있다. 노즐 카메라로 관측한 결과나, 지금까지의 노즐의 사용 내력 등을 사용하여 도시 생략한 제어부에서 청소해야 하는지, 또는 헤드를 교환해야 하는지의 판단을 행하여, 이 판단결과에 의거한 처리를 행하도록 되어 있다.

상기한 노즐 카메라(6) 및 비적검사 카메라(7)는, 기판 스테이지(20)의 앞쪽측에 설치한, 동축의 이동 레일(19)에 좌우방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 먼저, 이동 프레임(2)이 상승한(각 헤드가 윗쪽의) 상태에서, 이동 프레임(2)에 설치하고 있는 헤드(1)의 노즐 위치가 노즐 카메라(6)의 위치(이동 레일 위치)가 되 도록, 리니어 레일(18)을 따라 이동 프레임(2)이 이동한다. 다음에, 관측하는 헤드(1)의 노즐 위치까지 노즐 카메라(6)를 이동함으로써, 각 헤드(1)의 노즐 상태를 하측으로부터 관측할 수 있다. 또, 비적 검사 카메라(7)는, 각 헤드로부터 사출되는 비적을 관측할 수 있는 위치로 이동하여, 비적에 표준을 맞추어, 노즐면과 평행으로 이동하면서 비적의 관측을 행한다. 이 비적을 관측함으로써, 헤드(1)의 어긋남 노즐(9)의 눈막힘 등을 예측할 수 있음과 동시에, 헤드(1)의 구동제어를 위한 정보로서 사용하는 구성으로 되어 있다. 이 비적의 관측시에는, 가능하면, 진공흡착 등에 의하여, 기판 스테이지(20) 상에 조정용 기판(21)을 설치하고, 이동 프레임(2)을 상하방향으로 이동함으로써 각 헤드와 기판(21)의 갭을 제어하고, 이동 프레임(2)의 전후방향의 이동속도(즉 도포속도)를 제어하여 기판(21)에 대한 재료도 포를 실시한다. 이때, 이동속도와 각 헤드의 사출 타이밍을 제어함으로써, 여러가지 패턴의 도포가 가능하다. 또한, 조정용 기판을 사용하지 않고 실제의 도포상태에서 상기 제어를 행하도록 하여도 된다.

도 7에 도포 도트 검사 카메라의 관측상황을 나타낸다. 도 8에 도포 도트 의 확대도를 나타낸다. 이 도포 도트 검사 카메라(8)는 도 2에서 나타낸 바와 같이, 이동 프레임(2)의 뒷부분측에 이동 프레임(2)의 길이방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 즉, 도포 도트 검사 카메라(8)는, 이동 프레임(2)에 설치한 리니어 레일(22)에 설치되어 있고, 이 리니어 레일 상을 도포 도트 검사 카메라(8)가 이동(좌우방향)하고, 또한 이동 프레임(2)을 상하 전후로 이동함으로써, 기판(21)에 도포된 도포 도트(26)를 관측할 수 있다. 이 도포 도트 검사 카메라(8)로 기판(21)을 포착한 화상으로부터, 기판 상에 도포된 도포 액적의 위치를 구하여, 노즐의 위치 보정을 행하는 것이다.

다음에, 노즐 위치 보정(캘리브레이션)방법에 대하여 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9에 노즐 위치 조정방법의 플로우차트를 나타낸다.

먼저, 제 1 단계로서 노즐 카메라(6)에 의한 검사결과에 의거하여 각 노즐의 위치 보정(종래 방법)을 실시한다. 순서로서는, 먼저, 기판 스테이지(20) 및 이동 프레임(2)을 동작시켜 노즐 카메라(6)의 위치로 헤드를 이동한다. 다음에,

(1) 앞줄 중앙 헤드(1)를 기준으로 하여, 헤드(1)의 양쪽 끝 노즐(23, 24)의 위치를 노즐 카메라(6)로 관측하고, 좌표를 X1, Y1이라 한다.

(2) 노즐 카메라(6)와 도포 도트 검사 카메라(8)의 좌표 보정을 실시한다

(3) 이동 프레임(2)과 도포 도트 검사 카메라(8)의 좌표 보정을 실시한다

(4) 헤드(1) 끝부의 노즐(23)과 인접 헤드(30)의 헤드(1)측 노즐(25)과의 어긋남량(dx, dy, dθ)을 산출하고, 헤드의 위치 조정을 실시한다(도 6 참조).

(5) 마찬가지로 전 헤드 사이에서 조정한 후, 노즐 카메라(6)로 양쪽 끝 노즐의 위치를 산출한다. 계속해서 제 2 단계로서 도포 도트 검사 카메라를 사용하여, 기판 상의 도포 도트(26)를 관측하고, 관측결과로부터 도트의 위치 어긋남량을구하여, 헤드의 토출 위치의 보정을 실시한다.

(6) 전 헤드로 조정용 기판(21)에 패턴 도포를 실시한다

(7) 도포 도트(26)의 위치를 위치 도포 도트 검사(8) 카메라로 관측한다

(8) 노즐 카메라와 도포 도트 검사 카메라의 좌표 보정을 실시한다

(9) 이동 프레임과 도포 도트 검사 카메라의 좌표 보정을 실시한다

(10) 헤드(1)의 도포 도트(27)와 인접 헤드(30)의 도포 도트(29)와의 어긋남량(Dx, Dy, Dθ)을 산출하고, 헤드의 위치 조정을 실시한다(도 8 참조)

(11) 마찬가지로 전 헤드 사이에서 조정한 후, 노즐 카메라(6)로 양쪽 끝 노즐의 위치를 산출

(12) 이상으로 캘리브레이션을 종료한다

또, 기판과의 갭을 기판의 휘어짐에 맞추어 교정하기 위한 센서를 탑재함으로써, 더욱 도포 정밀도를 향상하는 것이 가능하다.

도 1은 잉크젯 도포장치의 전체 구조를 나타내는 도,

도 2는 도포장치의 뒤쪽을 나타내는 도,

도 3은 잉크젯 헤드의 노즐 배열을 나타내는 도,

도 4는 헤드 이동기구의 상세를 나타내는 도,

도 5는 노즐의 관측방법을 나타낸 도,

도 6은 노즐 관측에 의한 위치 보정방법을 나타낸 도,

도 7은 도포 도트의 관측방법을 나타낸 도,

도 8은 도 7의 도포 도트의 부분 확대도,

도 9는 노즐 위치 조정방법의 플로우차트이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 잉크젯 헤드 2 : 이동 프레임

3 : 헤드 이동기구 4 : 브래킷

6 : 노즐 카메라 7 : 비적검사 카메라

8 : 도포 도트 검사 카메라 9 : 노즐

17 : 이동 스테이지 18 : 리니어 레일

20 : 기판 스테이지

Claims (4)

1. 복수의 노즐을, 2차원으로 직선형상으로 수열 배치한 잉크젯 헤드와, 상기 잉크젯 헤드를 복수 설치 가능한 이동 프레임과, 각종 기판이 설치 가능한 기판 스테이지를 구비한 잉크젯 헤드장치에 있어서,

   상기 잉크젯 헤드를 설치하기 위한 설치 브래킷과, 상기 설치 브래킷을 거쳐 상기 잉크젯 헤드가 장착되어 있고, 상기 설치 브래킷을 XYθ 방향으로 임의로 구동하는 기능을 가지는 헤드 이동기구와, 각 부분의 상태를 관측하기 위한 카메라를 구비하고,

   상기 헤드 이동기구, 상기 설치 브래킷 및 상기 잉크젯 헤드의 조합은, 상기 이동 프레임에 설치되고, 상기 카메라는, 상기 이동 프레임 및 상기 이동 프레임이 걸쳐져 있는 상기 기판 스테이지에 설치되며, 상기 이동 프레임에는 도포 후의 기판면 상의 도포 도트를 촬상하는 도포 도트 검사 카메라가 설치되고, 상기 기판 스테이지에는, 도포 노즐의 상태를 촬상하는 노즐 카메라와, 노즐로부터 토출된 비적의 상태를 촬상하는 비적검사 카메라가 설치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 잉크젯 헤드와 상기 헤드 이동 프레임을 지지하는 이동 스테이지에, 상기 이동 프레임을 상하방향으로 이동하기 위한 구동기구를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드장치.
3. 제 1항에 있어서,

   진공흡착에 의해 기판을 고정하기 위한 흡착홀과, 진공 빼기를 행하기 위한 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드장치.
4. 삭제

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