カラーフィルタ製造装置

【課題】大ストローク位置決めステージを用いたカラーフィルタ製造装置の位置決め精度の向上を図る。
【解決手段】インクジェットヘッドを光透過性の基体に対して相対的に走査させながら着色剤を吐出させ、前記基体上に前記着色剤により着色されたフィルタエレメントを複数個並べて形成してカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置において、前記基体の基準位置に対するズレを測定すためのアライメント光学系と複数の前記へッドを１つのユニットとして取り付け可能なチャッキングユニットに、位置評価用光学系として画像認識用の光学系を取り付け可能に構成する。この光学系を用いて各色の着弾位置を評価し、その評価結果に応じてカラーフィルタを製造時における基体の位置決めおよび送りを補正する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大ストロークを必要とするＸＹ位置決めステージ装置を用いて、カラーテレビ、パーソナルコンピュータ等に使用されるカラー液晶ディスプレイなどのカラーフィルタの製造する装置に関するもので、特に、インクジェット記録技術を利用したカラーフィルタ製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、カラーフィルタの製造方法としては、染料法、顔料分散法、電着法、印刷法等がある。この４種類の方法に共通しているのは、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色を着色するために同一行程を３回繰り返す必要があり、工程数が多いために、歩留まりが低下し、コストが高くなる、等の欠点を有することである。
【０００３】そこで、これらの欠点を補うべく、ガラス基板上にインクジェットを吐出させてフィルタのパターンを形成する技術が提案されている（特開昭６１−２４５１０６号公報、特開平８−８６９１３号公報、特開平８−２９２３１７号公報等）。
【０００４】これは、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のインクジェットヘッドに対し、基板を搭載したステージを走査させ、かつ、ステージの走査に同期させてインクジェットヘッドによりインク滴を吐出させ、基板を着色することによりカラーフィルタを製造するものである。着色される基体上には、あらかじめブラックマトリクスと呼ばれる格子状のパターンが設けられており、その格子内にインク滴を着弾させるため、高精度な位置決めステージ技術が利用されている。特に、特開平８−８６９１３号公報では、インク滴と基板の位置合わせの精度を上げるためへッドに光学系を埋め込むと言う提案がされているが、へッドが複雑になる、ファイバーによる光学系のため画像認識の解像度を上げるための処理が必要である、測定時の振動の影響など別の問題が考えられる。
【０００５】また、液晶パネル製造のトレンドからインクジェット吐出を用いたカラーフィルタ製造技術への要望として、液晶パネルの大型化や、コストダウンを目的とし１枚の基板からパネルを多面取りすることによる基板サイズの大判化への対応が不可欠となっている。インクジェット吐出を用いたカラーフィルタ製造装置のさらなる発展のためには、基板ステージの大判基板対応大ストロークの高精度位置決めステージの技術的確立が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大判基板対応のカラーフィルタ製造装置においては、ステージおよびインクジェットヘッド保持部の基準となる本体定盤が大きくなり、かつ、ステージの可動部の重量が大きいことにより、その移動にともなう本体定盤の変形が発生し、インクジェットヘッドとステージの位置関係が走査移動に伴い徐々にずれるという問題が発生している。
【０００７】本発明は、上述事情に鑑みなされたものであって、大ストローク位置決めステージを用いた高精度なカラーフィルタ製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明では、インクジェットヘッド（ヘッド）を光透過性の基体に対して相対的に走査させながら着色剤を吐出させ、基体上に着色剤により着色されたフィルタエレメントを複数個並べて形成してカラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造装置において、基体の基準位置に対するズレを測定すためのアライメント光学系と複数のへッドを１つのユニットとして取り付け可能なチャッキングユニットを具備しており、そのチャッキングユニットに画像認識用の光学系（位置評価用光学系）が取り付くことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例に係るカラーフィルタ製造装置は、基体を保持する部分が少なくとも直交する２方向に移動するステージであり、そのステージが、その移動平面内の回転方向の調整機構を具備しており、また、基体の代わりに位置評価用の基準マークが面内に複数配置された基準チャートを保持することが可能であり、その基準チャートを用いてアライメント光学系基準によるステージの走りに対し、位置評価用光学系により観察されたステージの走りのずれが測定できることを特徴としている。
【００１０】また、基体をステージに搭載し、基体のアライメントを行なう時にアライメント光学系により求められた走りに対し基体の回転成分にオフセットを乗せて位置決めすることを特徴としている。
【００１１】また、高精度位置決めを行なうために基体のステージに静圧気体軸受を用いたカラーフィルタ製造装置であり、その構成は、静圧ステージのＸ、Ｙ両方向の可動部が、同一平面を上下方向の静圧軸受基準とし、その静圧軸受基準平面が装置全体の構成基準となる本体定盤の上に３点で保持搭載されており、また、その本体定盤が３つの除振台で支持されたものであり、その静圧軸受基準平面の３点の保持位置が、３つの除振台による各支持点を結ぶ三角形の内側に位置することを特徴としている。
【００１２】また、使用するインクジェットヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出するへッドであって、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体を備えていることを特徴としている。
【００１３】
【作用】大判基板対応の大ストローク位置決めステージを用いてカラーフィルタを描画する、上記構成からなるカラーフィルタ製造装置により、大判基板での高精度な位置決めが可能となり、パネルの大型化や多面取りの製造を図ることができる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図面に沿って説明する。
（実施例１）図１および図２は、本発明の一実施例に係るカラーフィルタ製造装置（描画装置）の概略図で、図１R>１は平面図、図２は側面図である。図において、１は装置搭載用の本体定盤、２は本体定盤１を支持し、外部振動を遮断するための除振台、３は本体定盤１上に設けられた、基板を移動するためのＸＹ静圧ステージを用いた基板ステージ、４は基板ステージ３に用いる静圧軸受基準平面、５は基板ステージ（ＸＹ静圧ステージ）３に用いる真直度補償用のヨーガイド、６は基板ステージのＸＹ方向のアクチュエータであるリニアモータ、７はＸＹ静圧ステージ３上に構成された基板のＺ−チルトおよびθを補正するためのθ−Ｚ−チルトステージ、８は基板を保持するための基板チャック、９はカラーフィルタを形成する基板、１０はＲ，Ｇ，Ｂ３色からなる描画へッド、１１は３色の描画へッドを交換および位置調整しやすいためにユニット化したへッドユニットであり各へッドの相対位置調整機構を有している。１２はヘッドユニットを保持するヘッドユニットチャック、１３はへッドユニット１１のθ調整用アクチュエータ、１４はへッドユニット１１の走査直交方向の位置調整およびへッドユニット交換用の直動ステージ、１５は基板９のＸ，Ｙ，θ方向の基板アライメント検出用光学系、１６はＺ検出用光学系（オートフォーカス）、１７はへッドのクリーニング動作のためのクリーニングユニット、１８はクリーニングユニット１７を洗浄するための洗浄ユニット、１９はクリーニングユニット１７を描画へッド１０の下まで移動するクリーニングユニット駆動系である。
【００１５】図３は、本実施例で用いられる位置評価用光学系の概略図である。同図において、２０はヘッドユニットチャック１２（図２参照）に着脱可能なチャッキング用フランジ、２１は画像を取り込むためのＣＣＤカメラ、２２は光学系の鏡筒、２３は基準マークを拡大するための対物レンズ、２４は画像のコントラストを上げるための光源、２５はＣＣＤカメラ２１で取り込んだ画像を処理するための画像処理ユニット、２６は本光学系の焦点を合わせるための上下ステージである。この位置評価用光学系は、ヘッドユニット１１と同じようにヘッドユニットチャック１２にばね力で保持される。へッドユニットチャックのＯＮ／ＯＦＦは、ばね力と逆方向に働く空気圧のＯＮ／ＯＦＦで行なう。
【００１６】図４は、図２におけるへッドユニットチャック１２の詳細を示す。図４において、２０はへッドユニット１１および位置評価用光学系（図３）のチャッキング用フランジの断面、３０は保持力を受けるチャッキング用フランジ２０の先端に付けられたテーパ面、３１はチャックの保持力をテーパ面３０に伝える保持力伝達球、３２は保持力伝達球３１を前後させるロッド、３３はロッドからの伝達される保持力の方向を変換し保持力伝達球３３に力を伝達するテーパ面、３４は保持力を発生させる保持力発生用バネ、３５はチャック保持を解除するための保持力と反対方向の力を発生する空気圧の空気注入孔、３６はへッドユニットチャック１２を描画装置に固定するためのフランジ面である。
【００１７】図４の構成により、保持力発生用バネ３４がＡ方向にロッド３２を動かし、それにより保持力伝達球３２がＢ方向の力を発生し、チャッキング用フランジ２０をロックする。ロック解除は、空気注入孔３５より空気を入れることにより、その空気圧でロッド３２を逆に動かすことにより行なう。
【００１８】次に、図３の位置評価用光学系を用いた測定方法について説明する。図５は、位置評価用光学系を用いて測定するための基準チャートの模式図である。同図において、４０はベースとなるガラス基板、４１は露光とエッチングによりクロム膜で形成された基準マークであり、面内に等間隔で配置されている。
【００１９】この位置評価用光学系の測定方法を図６のフローチャートを用いて説明する。まず、位置評価用光学系を固定したへッドユニットチャック１２を描画装置に固定した状態で、基準チャートを基板チャック８に基板９と同じ真空吸着方式で保持し、オートフォーカス１６により所定の高さで平面になるようにθ−Ｚ−チルトステージ７を調整する（ステップ１００）。オートフォーカス終了後、基板ステージ３をＹ方向（走査方向）にステップ移動させアライメント光学系１５の測定により基準チャートのθ成分がほぼゼロになるようにθ−Ｚ−チルトステージ７を調整する（ステップ１０１）。このθ−Ｚ−チルトステージ７の状態を維持したまま、基準チャートを搭載した基板ステージを位置評価用光学系の下に移動し、位置評価用光学系で基準マークが観察できるようにＸ、Ｙの位置出しを行なう。そして基準マーク４１をＣＣＤカメラ２１で取り込み、画像処理によりその中心位置を求め、Ｘ方向へのズレ（ステージ座標基準によるズレ量）を測定する（ステップ１０２）。次に、Ｙ方向（走査方向）にステップし、次の位置の基準マークの測定を行なう。これを順次繰り返し、Ｙ方向移動時のＸ方向のズレ量を測定する。
【００２０】実際に基板サイズが５５０×６５０ｍｍ対応、Ｙ方向（走査方向）ストローク約１０００ｍｍの図１R>１に示すカラーフィルタ製造装置３台を作成し、これらの装置においてズレ量測定を行なったところ、Ｙ方向５００ｍｍの移動距離で約２〜３．５μｍのズレがＸ方向に生じていた。３台ともずれ方は、ほぼ１次の変化であり、ずれる方向も同じであった。このズレが生じる原因は、ステージの移動に伴う荷重変動により本体定盤に変形が生じるためである。これは、基板サイズアップにより装置全体が大きくなり、それにともなう重量増加を最小限にしたことによる本体定盤の剛性不足と静圧軸受基準平面の平面を維持するために３点支持にしたことに起因している。ここで、本装置の重量は、軽量化を行なっても１０トンであった。
【００２１】次に上記で求めたずれの補正方法を説明する。ここで、インクジェットヘッドを用いたカラーフィルタ形成方法の様子を図７の模式図を用いて説明する。同図において、５０はブラックマトリクス、５１は混色を防ぐための混色防止層、５２はカラーフィルタの開口部、５３はＲ（赤）のインク着弾点、５４はＧ（緑）のインク着弾点、５５はＢ（青）のインク着弾点である。
【００２２】この様にブラックマトリクス５０に合せインク滴を入れなければならないため、Ｘ方向の位置決めは、非常に厳しいものとなる。具体的には、ブラックマトリクスの幅が１００μｍ程度、ノズル約３００本のＸ方向の着弾精度が±５μｍ、インクの着弾径が８０μｍ程度、混色防止層の幅が７μｍであるため、描画装置に許される誤差配分は±１．５μｍ程度である。
【００２３】このため本体定盤の変形によるズレは問題になるレベルであり補正が必要である。図８に上記位置評価用光学系で測定したズレの模式図を示す。６０はアライメント光学系で基板のＸ，Ｙ，θを位置合わせしたことによるＹ方向の移動の理想プロファイルであり、６１は上記位置評価用光学系で測定した結果プロファイルである。この６０のプロファイルと６１のプロファイルの違いが、構造体の変形で発生したズレであり、また、そのため１次変化のずれであることが多い。このため、本実施例では基板アライメント時の回転方向の合せを通常０秒を目標に位置合わせするところを数秒ずらした値（図８で示したθを補正する値）を目標値にし、基板アライメントすることにより補正する。上記の実際に作成した装置において、本補正を行なうことにより混色を取り除くことができた。
【００２４】（実施例２）本発明の第２の実施例について説明する。図９および図１０は本発明の第２の実施例の特徴を示す模式図である。図において、７０は図１および図２に示す静圧軸受基準平面４の取り付け基準面である。その取り付け基準面７０は３箇所あり、本体定盤１の上面に設置している。その設置位置は、本体定盤１を支持している３箇所の除振台２を結ぶ三角形の内側に位置している。
【００２５】この構成により、基板ステージ３の可動部の移動位置による荷重変動による定盤変形を最小限に押さえることが可能となる。また、変形量が小さくなることにより、その変化がより線形性を増すため、実施例１の補正の確度が良くなる。
【００２６】今後、基板サイズが大きくなり、装置も大きくなることを考えると実施例１および２の両方を行なうことが望ましい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明にしたがって、インクジェットヘッドを用いたカラーフィルタ製造装置の位置決めステージを製作および補正することにより、高精度な位置決めを行なうことができ、パネルの大型化や多面取りの製造を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るカラーフィルタ製造装置の概略平面図である。
【図２】図１の装置の概略側面図である。
【図３】図１の装置の計測光学系の概略図である。
【図４】図１の装置のへッドユニットチャックの概略図である。
【図５】図１の装置で用いられる基準チャートの概略図である。
【図６】図１の装置の測定フローチャートである。
【図７】本発明の説明に用いられるインク滴着弾模式図である。
【図８】本発明の説明に用いられるＹ方向（走査方向）移動時のズレの模式図である。
【図９】図１の装置で用いられる静圧軸受基準平面の保持状態を示す概略平面図である。
【図１０】図９の状態の概略側面図である。
【符号の説明】
１：本体定盤、２：除振台、３：基板ステージ、４：静圧軸受基準平面、５：ヨーガイド、６：リニアモータ、７：θ−Ｚ−チルトステージ、８：基板チャック、９：基板、１０：描画へッド、１１：へッドユニット、１２：へッドユニットチャック、１３：ヘッドユニットθアクチュエータ、１４：へッドユニット直動ステージ、１５：基板アライメント検出用光学系、１６：オートフォーカス、１７：クリーニングユニット、１８：洗浄ユニット、１９：クリーニングユニット駆動系、２０：チャッキング用フランジ、２１：ＣＣＤカメラ、２２：鏡筒、２３：対物レンズ、２４：光源、２５：画像処理ユニット、２６：上下ステージ、３０：テーパ面、３１：保持力伝達球、３２：ロッド、３３：テーパ面、３４：保持力発生用バネ、３５：空気注入孔、３６：フランジ面、４０：ガラス基板、４１：基準マーク、５０：ブラックマトリクス、５１：混色防止層、５２：開口部、５３：Ｒインク着弾点、５４：Ｇインク着弾点、５５：Ｂインク着弾点、６０：ＡＡ補正によるＹ方向（走査方向）移動の理想プロファイル、６１：Ｙ方向（走査方向）移動時の測定結果プロファイル、７０：静圧軸受基準平面の取り付け基準面。

【特許請求の範囲】
【請求項１】インクジェットヘッドを光透過性の基体に対して相対的に走査させながら着色剤を吐出させ、前記基体上に前記着色剤により着色されたフィルタエレメントを複数個並べて形成してカラーフィルタを製造するカラーフィルタの製造装置であって、前記基体の基準位置に対するズレを測定すためのアライメント光学系と複数の前記へッドを１つのユニットとして取り付け可能なチャッキングユニットを具備しており、そのチャッキングユニットに位置評価用光学系として画像認識用の光学系が取り付くことを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
【請求項２】前記基体を保持する部分が少なくとも直交する２方向に移動するステージであり、前記ステージが、その移動平面内の回転方向の調整機構を具備し、かつ、前記基体の代わりに位置評価用の基準マークが面内に複数配置された基準チャートを保持することが可能であり、前記基準チャートを用いて前記アライメント光学系基準によるステージの走りに対し、前記位置評価用光学系により観察された前記ステージの走りのずれが測定できることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ製造装置。
【請求項３】前記基体を前記ステージに搭載して前記基体のアライメントを行なう時に、アライメント光学系により求められた走りに対しオフセットを乗せて位置決めすることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルタ製造装置。
【請求項４】前記基体のステージが静圧気体軸受を用いた静圧ステージであり、その静圧ステージのＸおよびＹ両方向の可動部が同一平面を上下方向の静圧軸受基準平面とする静圧ステージであり、その静圧軸受基準平面が装置全体の構成基準となる本体定盤の上に３点で保持搭載され、かつ、前記本体定盤が３つの除振台で支持されるとともに、前記静圧軸受基準平面の３点の保持位置が、前記３つの除振台による各支持点を結ぶ三角形の内側に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。
【請求項５】前記へッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出するへッドであって、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置により製造されたことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項７】請求項４に記載の位置決めステージ装置。

【図１】