JP4710258B2 - カラーフィルタの形成方法と形成装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶カラー表示装置などのカラーフィルタを、インキジェットプリンタを用いて形成する方法とその形成装置に関するものである。

従来からカラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色をカラーフィルタ構成色とし、これらの三色と遮光パターンの黒との着色層を透明基材からなるカラーフィルタ用基板（例えばガラス基板）上に設けることで構成されている。そして、このカラーフィルタを形成するに際して、着色層をフォトリソグラフィを用いた染色方法や顔料分散方法で形成したり、印刷手法の一つである転写方法によって形成することが提案されている。
また、インキジェットプリンタの高性能化に伴い、このインキジェットプリンタによるカラーフィルタの製造が試みられるようになってきている。そして、インキジェットプリントヘッドにおいて電圧を印加することで変形する圧電素子（ピエゾ素子）をそれぞれのノズルに備えたものとし、遮光パターンで分けられた画素形成部をその幅方向に前記ノズルが走査しながらカラーフィルタ構成色ごとの画素形成部にインキ供給を行なってカラーフィルタを形成することが提案されている。
特開２００１−２２８３２０号公報

ところで、一般的にノズルに圧電素子を備えたインキジェットプリントヘッドを利用しているインキジェットプリンタで印刷を行なう場合、ノズルからインキのドロップレット（液滴）を吐出しているが、決まった液量（例えば１２ｐｌ）のドロップレットを一発吐出した後、一旦休止して再び一発のドロップレットを吐出していて「吐出−休止−吐出−休止−…」というサイクルにてインキの吐出を行なっている（休止はインキ吐出面の振動等が収まるとされる時間を確保するものである）。
しかしながら、カラーフィルタの形成にこのインキジェットプリンタを用いる場合につぎの点を考慮する必要がある。即ち、インキジェットプリンタでは溶剤の含有度合いが高いインキジェット用のインキを吐出するため、画素形成部それぞれに盛り量を多くした状態でインキ供給することになるが、上述した圧電素子を備えたノズルから構成されているインキジェットプリントヘッドを利用したカラーフィルタ形成では、体積の大きなドロップレットを間欠的に吐出するものであるため、ノズルの走査速度を遅くして休止状態を挟んだ複数回の吐出動作を行なわせる必要がある。よって、このようにインキ供給量をコントロールしようとすると走査速度が遅くなるため、効率の良いカラーフィルタの形成が行なえないという不都合がある。また、単発吐出の場合、インキ供給量のコントロールがし難いという不都合もある。
本発明は上記事情に鑑み、ノズルの走査速度に影響を及ぼすことなくインキ供給量のコントロールが行えるようにすることを課題とし、インキジェットプリンタを用いてカラーフィルタを効率よく形成することを目的とする。

（請求項１）
本発明は上記課題を考慮してなるもので、遮光パターンで画素形成部が分けられているカラーフィルタ用基板に対して、ノズルそれぞれの圧電素子への電圧印加によりインキのドロップレットを吐出するインキジェットプリントヘッドを画素形成部に対して相対的に走査させ、カラーフィルタ用基板の前記画素形成部それぞれに、該画素形成部が対応するカラーフィルタ構成色のインキを、前記インキジェットプリントヘッドのノズルからドロップレットとして供給して、前記カラーフィルタ用基板にカラーフィルタを形成するに当たり、
前記画素形成部それぞれに複数のノズルが対応するごとに、画素形成部におけるノズルの走査部位に事前に設定された供給量のインキを、前記圧電素子への電圧制御により設定された体積のドロップレットの吐出により供給するものであって、一つのノズルからのドロップレットと他のノズルからのドロップレットとの画素形成部への吐出個数或いは体積が互いに異なることを特徴とするカラーフィルタの形成方法を提供して、上記課題を解消するものである。

（請求項２）
本発明において、画素形成部にノズルが対応したときに吐出される全てのドロップレットの着弾位置を、前記画素形成部の走査方向の略中心領域とすることが可能である。

（請求項３）
また、本発明において、上記カラーフィルタ用基板の遮光パターン、または、カラーフィルタ用基板が配置固定された定盤に設けられて前記遮光パターンの走査方向のピッチより狭い微細ピッチでマークが並ぶマーク列中の前記遮光パターンが対応付けされるマークを読み取ってなる信号に基づいて吐出位置及びインキ供給量を決定し、ノズルから画素形成部へのドロップレットの吐出を行なうものとすることが可能である。

（請求項４）
また、もう一つの発明は、遮光パターンで画素形成部が分けられているカラーフィルタ用基板に対して、ノズルそれぞれの圧電素子への電圧印加によりインキのドロップレットを吐出するインキジェットプリントヘッドを画素形成部に対して相対的に走査させ、カラーフィルタ用基板の前記画素形成部それぞれに、該画素形成部が対応するカラーフィルタ構成色のインキを、前記インキジェットプリントヘッドのノズルからドロップレットとして供給して、前記カラーフィルタ用基板にカラーフィルタを形成する装置において、
前記画素形成部それぞれに複数のノズルが対応して、該複数のノズルは、ノズル走査部位で事前に設定された供給量のインキを、前記圧電素子への電圧制御により設定された１ドロップレットの体積の微小ドロップレットの吐出により供給するものであって、一つのノズルからのドロップレットと他のノズルからのドロップレットとの画素形成部への吐出個数或いは体積が互いに異なることを特徴とするカラーフィルタの形成装置であり、このカラーフィルタの形成装置を提供して上記課題を解消するものである。

（請求項５）
また、上記発明の形成装置において、画素形成部にノズルが対応したときに吐出される全てのドロップレットの着弾位置を、前記画素形成部の走査方向の略中心領域とすることが可能である。

（請求項６）
また、上記発明の形成装置において、上記ノズルは、上記カラーフィルタ用基板の遮光パターン、または、カラーフィルタ用基板が配置固定された定盤に設けられて前記遮光パターンの走査方向のピッチより狭い微細ピッチでマークが並ぶマーク列中の前記遮光パターンが対応付けされるマークを読み取ってなる信号に基づいて吐出位置及びインキ供給量を決定し、画素形成部へのドロップレットの吐出を行なうものとすることが可能である。

（削除）

（削除）

（請求項１の発明の効果）
圧電素子の動作によりインキをドロップレットとして吐出するノズルでは、小さなドロップレット（例えば１ドロップレットの体積６ｐｌ）を連続吐出するようになる。そこで、本発明により、画素形成部それぞれにノズルが対応するごとに、画素形成部におけるノズルの走査部位に事前に設定された供給量のインキを、前記圧電素子への電圧制御により設定された体積のドロップレットの吐出により供給すれば、小さなドロップレット体積としたドロップレット（例えば、体積６ｐｌ）を例えば１〜５の個数で画素形成部に吐出でき、その１ドロップレットの体積の倍数の数で画素形成部へのインキ供給量をコントロールでき、走査速度に影響を及ぼすことがない。
また、例えば圧電素子の動作に関する電圧を１Ｖ変化させると、１ドロップレットの体積が１ｐｌ変化する。そこで、電圧制御することにより１ドロップレットの体積自体をコントロールすることができ、画素形成部へのインキ供給量を正確になる。
そして、本発明では、ノズルが複数あり、一つのノズルからのドロップレットと他のノズルからのドロップレットとの画素形成部への吐出個数或いは体積が互いに異なるので、画素形成部それぞれへのインキ供給の調整がより細かく行えるようになる。

（請求項２の発明の効果）
本発明において、画素形成部にノズルが対応したときに吐出される全てのドロップレットの着弾位置を、前記画素形成部の走査方向の略中心領域とすることで、吐出数によらずに画素形成部の略中心領域にドロップレットが着弾し、画素形成部内で中央部分からインキが均等に埋まるようになる。これに対して通常のインキジェットプリントヘッドのノズルからの吐出では、複数個のドロップレットそれぞれの着弾位置が画素形成部内で走査方向に並ぶ形で固定となるが、マルチドロップレットでインキ供給する場合に、画素形成部で均一にインキが埋まらないことがある。そして、吐出数が多いとインキが溢れる場合も生じる。

（請求項３の発明の効果）
また、本発明において、上記カラーフィルタ用基板の遮光パターン、または、カラーフィルタ用基板が配置固定された定盤に設けられて前記遮光パターンの走査方向のピッチより狭い微細ピッチでマークが並ぶマーク列中の前記遮光パターンが対応付けされるマークを読み取ってなる信号に基づいて、ノズルから画素形成部へのドロップレットの吐出を行なえば、画素形成部のピッチの変動に影響されることなく、より確実にその画素形成部に対してインキ供給が行えるようになる。

（削除）

（請求項４の発明の効果）
請求項４の発明によれば、画素形成部それぞれにノズルが対応するごとに、画素形成部におけるノズルの走査部位に事前に設定された供給量のインキを、前記圧電素子への電圧制御により設定された体積のドロップレットの吐出により供給するので、小さな１ドロップレットの体積としたドロップレットを例えば１〜５の個数で画素形成部に吐出でき、その１ドロップレットの体積の倍数の数で画素形成部へのインキ供給量をコントロールでき、走査速度に影響を及ぼすことがない。
また、例えば電圧制御することにより１ドロップレットの体積自体をコントロールすることができ、画素形成部へのインキ供給量を正確になる。
そして、本発明の形成装置によれば、ノズルが複数あり、一つのノズルからのドロップレットと他のノズルからのドロップレットとの画素形成部への吐出個数或いは体積が互いに異なるようにすることで、画素形成部それぞれへのインキ供給の調整がより細かく行えるようになる。

（請求項５の発明の効果）
請求項５の発明により、画素形成部にノズルが対応したときに吐出される全てのドロップレットの着弾位置を、前記画素形成部の走査方向の略中心領域とすることで、吐出数によらずに画素形成部の略中心領域にドロップレットが着弾し、画素形成部内で中央部分からインキが均等に埋まるようになる。これに対して通常のインキジェットプリントヘッドのノズルからの吐出では、複数個のドロップレットそれぞれの着弾位置が画素形成部内で走査方向に並ぶ形で固定となるが、マルチドロップレットでインキ供給する場合に、画素形成部で均一にインキが埋まらないことがある。そして、吐出数が多いとインキが溢れる場合も生じる。

（請求項６の発明の効果）
また、請求項６の発明により、上記ノズルが、上記カラーフィルタ用基板の遮光パターン、または、カラーフィルタ用基板が配置固定された定盤に設けられて前記遮光パターンの走査方向のピッチより狭い微細ピッチでマークが並ぶマーク列中の前記遮光パターンが対応付けされるマークを読み取ってなる信号に基づいて吐出位置及びインキ供給量を決定し、画素形成部へのドロップレットの吐出を行なうものとすることで、画素形成部のピッチの変動に影響されることなく、より確実にその画素形成部に対してインキ供給が行えるようになる。

（削除）

つぎに本発明を図１から図４に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１はカラーフィルタ形成装置１を概略的に示していて、図示されているようにこのカラーフィルタ形成装置１はガラス基材などからなり遮光パターンが予め設けられているカラーフィルタ用基板２を透明部３に載置固定し、走査方向ａと副走査方向ｂとに移動できる定盤４と、この定盤４を跨ぐようにして設置された架台に前記定盤４の副走査方向に移動可能にして取り付けられ、カラーフィルタ構成色のＲ、Ｇ、Ｂに対応した三台のインキジェットプリントヘッド５とからなるものである。
上記ヘッド５それぞれは定盤４が走査方向ａ、副走査方向ｂに移動することで相対的に走査方向、副走査方向に移動するものであり、このヘッド５それぞれが定盤４に載置固定されたカラーフィルタ用基板２の遮光パターンが設けられた表面を走査し、その走査時に、前記遮光パターンで分けられた画素形成部に、その画素形成部に設定されたカラーフィルタ構成色のインキのヘッド５が対応すれば、そのヘッド５からインキがドロップレットとして吐出され、画素形成部にドロップレットを着弾させてインキを埋めることで、各画素形成部にインキ供給するようにしている。

上記インキジェットプリントヘッド５はいずれもそれぞれ圧電素子の動作によりインキをドロップレットとして吐出するノズル６を並べて、走査時に例えば赤のカラーフィルタ構成色とする画素形成部７に赤の複数のノズル６が対応し、それぞれのノズル６からインキ供給するものである。なお、以下、説明を容易にするために赤のノズルによりインキ供給を例示するが、他の二色のインキ供給においても同様である。
本発明においては、このインキジェットプリントヘッドを用いて、カラーフィルタ構成色ごとのストライプ状の画素形成部７のピッチに応じながら、インキ供給後に乾燥したときの塗工厚さをその同一カラーフィルタ構成色の画素形成部それぞれで同じになるように工夫している。即ち、このノズル６にてドロップレットを吐出させ、かつ、１ドロップレットの体積を小さくしているものである。
例えば、上記ノズル６において１ドロップレットの体積を６ｐｌとし、これを１〜５の吐出数で吐出するものとする。これによって６ｐｌのｎ倍の量で、ノズル一つ当たりの吐出量がコントロールでき、一つの画素形成部の一回の走査時に対して吐出するため、仮に画素形成部のピッチが広くなったり狭くなったりしたような場合でも１ドロップレットの体積の調整で、塗工厚さ一定とする条件を満たすことができ、走査速度を遅くする必要がない。
また、上記圧電素子の動作を利用してドロップレットを吐出するノズルでは、例えばその電圧を１Ｖ変化させると吐出量が１ｐｌ変化するものであることから、必要に応じて１ドロップレットの体積自体もコントロールできるようになり、ノズルからの吐出量を画素形成部のピッチに応じてより細かく調整できるものとなる。

ノズル６では複数のドロップレットを連続吐出するが、図２に示されているように個々のノズル９が走査時に画素形成部７に対応するときに、吐出される全てのドロップレット８の着弾位置を、画素形成部７の走査方向の中心部にしている（図３参照）。これによって画素形成部７内でその中心部からインキが埋まるようになるとともに、盛り高のインキ供給を実現できる。
このドロップレット８の吐出はノズル６における圧電素子に対しての制御によって行われるものであり、特に複数吐出においてその中間吐出のドロップレット８が画素形成部７での走査方向の中心線位置ｃとなるように設定されている。例えば、図３に示すように１ドロップレットの体積６ｐｌのドロップレットを７ショットする場合、４ショット目のドロップレット８を中心線位置ｃに着弾するように制御している。

上述したインキ供給は画素形成部がストライプ状となっているカラーフィルタを形成する場合であるが、本発明のカラーフィルタの形成方法は、これに限定されるものではなく、画素形成部が遮光パターンで囲まれているセル状のものである場合にも実施できるものである。
画素形成部７が図４に示すようにセル状であり、ヘッドが走査移動する場合にノズル６の走査位置と遮光パターン９の走査方向に沿った線分１０の位置とが重なることがある。この場合、本発明では以下のようにしてインキ供給を行なうものとする。
まず、同一のカラーフィルタ構成色が対応するセル状の画素形成部７それぞれのインキ供給量を一定にすることを事前に設定しておく。そして、一回の走査時で該画素形成部７それぞれにその一定のインキ供給量としたインキをドロップレットとして吐出するために、そのドロップレット吐出数を、インキ供給量（一定）と事前設定した１ドロップレットの体積とに基づいて算出する。これを算出ドロップレット吐出数とする。
また、予め知られている遮光パターン位置とノズル走査位置とを対応させ、走査時にノズル走査位置が遮光パターンの上記線分１０の位置とが重なることになるノズルを事前に把握する。そして、このノズルが走査時に線分１０と重なったときに吐出動作しないようにそのノズルの吐出・非吐出を事前設定する。
上述した算出ドロップレット吐出数、遮光パターンの形状、ノズル走査位置、ノズルの吐出・非吐出の事前設定などの各種情報は、このカラーフィルタ形成装置１の制御装置に入力されるデータとして取り扱われるものである。そして前記ノズルの吐出・非吐出の事前設定に基づいて算出ドロップレット吐出数のドロップレットを、一回の走査時に前記画素形成部７に対応するノズル６から吐出させるようにする。例えば、一つの画素形成部当たり１５ショット（吐出数）であれば、三つのノズル均等で５ショット×３とする。そして一つのノズルが遮光パターン９の線分１０の位置になる場合には、他の二つのノズルで７ショットと８ショットとするように設けられているものである。なお、１ドロップレットの体積は上述した手法で事前に設定される。
このように遮光パターンの走査方向の線分にノズルの走査位置が重なるような場合でも他のノズルにて必要な吐出数のドロップレットが吐出されるようにしているので、ヘッド自体を従来の手法における傾き調整などを行なう必要がない。
また、ストライプ状の遮光パターンの場合であっても、吐出不可能なノズルが発生した場合、近隣のノズルからのドロップレットの個数、体積を増すなどして補うことができる。

上述の例は画素形成部７がセル状であり、遮光パターン９の走査方向に沿った位置にある線分１０とノズル走査位置とが重なった場合の対処であるが、画素形成部７がセル状やストライプ状のときにこの対処を以下のように応用することができる。即ち、不吐出となる不良ノズルがヘッドにあって画素形成部におけるインキ供給量に違いが生じた場合、上述した手法と同じように、遮光パターンの形状と不良ノズルを含むノズル走査位置とを対応させ、その不良ノズルの走査位置にかかる画素形成部それぞれでの他のノズルを選択してこれらから事前設定したインキ供給量に対応するドロップレットを吐出するように設けることが可能である。

上述したカラーフィルタ形成装置１における各インキジェットプリントヘッド５のノズルそれぞれの吐出位置合わせは、上記カラーフィルタ用基板２を配した定盤４に設けたマーク列１１を利用して行なう。前記マーク列１１は、定盤４の走査方向に沿った側面に位置して上記遮光パターン９の走査方向のピッチより狭い微細ピッチでマークが並んだものであり、そのマーク列１１中のマークが遮光パターンの走査方向での位置それぞれが対応付けされている。そしてこのマーク列１１から図示しない読取り装置によりエンコーダー信号を取り出すことができる。
インキ供給に際して走査時に上記マーク列１１を読み取って得られた情報に基づき、ヘッド６からこれが対応する画素形成部７にドロップレット吐出を行なうようにしている。このように定盤４に設けたマーク列１１から位置情報をパルス信号として得てこのパルス信号に基づく同期制御をしてドロップレットの吐出を行なうようにしているので、定盤４の速度変動に影響を受けることなく適切に画素形成部７にドロップレット吐出が行えるものとなる。

また、上記マーク列１１のマークの周期と画素形成部のピッチ（遮光パターンの走査方向の位置ピッチ）の周期が合わない場合が想定される。このようなときにはマーク列１１の読取りで得られるパルス信号を周波数変換してから、上記圧電素子を制御するための周波数を得るようにする。
さらに、画素形成部のピッチに露光機の収差などで変動がある場合も想定される。このような場合には、遮光パターンから直接その位置情報を読み取るようにしたり、また、マーク列１１を読み取る信号を番地化して、各遮光パターンの吐出位置の番地を記憶して、記憶された番地毎に吐出の同期と吐出制御を行なう。なお、この際、画素形成部７のピッチが広い場合はインキ供給量を多くし、画素形成部７が狭い場合にインキ供給量を少なくする必要があるが、上述した１ドロップレットの体積による合わせや電圧調整にて対応できるものである。

また、本カラーフィルタ形成装置１では吐出開始位置などの位置合わせを行ない易くするための手法を備えているものである。これを実施するためにこのカラーフィルタ形成装置１における上記定盤４の透明部３の下方には倒立顕微鏡１２が設けられており、インキ供給を受けるカラーフィルタ用基板２の遮光パターンの位置とヘッドにおけるノズルの位置とを合わせるようにする。このように直接両者の位置関係を調整するので、誤差が小さいものとなる。

上記ノズル６でのドロップレット吐出に際して、各ノズルとも吐出信号（波形）を受けてからノズルプレート（ノズル孔のある先端面）を飛び出すまでの時間や飛び出した後の吐出速度が、ノズルにおけるチャネル（液室）の機械精度や電気的遅延などで差異が生じ、着弾位置が僅かながらズレる。そこで、このズレ量を考慮して同期周波数をノズルごとに変えるようにすることが良好であり、このようにすることで着弾位置の精度が向上するようになる。
また、ノズルの吐出方式において三相分割吐出するシェアウェーブ方式があるが、この場合においても上記理由で相ごとの着弾位置が僅かながらズレる。そのため、この方式を用いるノズルにあっても各相ごとに周波数を変えるようにすることが着弾位置の精度を向上させる上で有効である。

また、本発明のカラーフィルタの形成方法を、機能液膜（例えばＥＬ）の形成方法に応用できる。ＥＬ表示装置の場合、ＥＬ用基板上にＥＬ材料を、インクジェットプリントヘッドにより吐出させてやればよい。この場合、必要に応じて遮光パターンをＥＬ用基板上に設けておく。

本発明に係るカラーフィルタの形成方法の一例を実施するカラーフィルタ形成装置を概略的に示す説明図である。 インクジェットプリントヘッドとカラーフィルタ用基板における画素形成部を示す説明図である。 ドロップレットを画素形成部の中央に着弾させた状態を示す説明図である。 セル状である画素形成部とノズル走査位置とを示す説明図である。

１…カラーフィルタ形成装置
２…カラーフィルタ用基板
４…定盤
５…インキジェットプリントヘッド
６…ノズル
７…画素形成部
８…ドロップレット
９…遮光パターン
１０…線分
１１…マーク列
１２…倒立顕微鏡

Claims (6)

1. 遮光パターンで画素形成部が分けられているカラーフィルタ用基板に対して、ノズルそれぞれの圧電素子への電圧印加によりインキのドロップレットを吐出するインキジェットプリントヘッドを画素形成部に対して相対的に走査させ、カラーフィルタ用基板の前記画素形成部それぞれに、該画素形成部が対応するカラーフィルタ構成色のインキを、前記インキジェットプリントヘッドのノズルからドロップレットとして供給して、前記カラーフィルタ用基板にカラーフィルタを形成するに当たり、
   前記画素形成部それぞれに複数のノズルが対応するごとに、画素形成部におけるノズルの走査部位に事前に設定された供給量のインキを、前記圧電素子への電圧制御により設定された体積のドロップレットの吐出により供給するものであって、一つのノズルからのドロップレットと他のノズルからのドロップレットとの画素形成部への吐出個数或いは体積が互いに異なることを特徴とするカラーフィルタの形成方法。
2. 画素形成部にノズルが対応したときに吐出される全てのドロップレットの着弾位置を、前記画素形成部の走査方向の略中心領域にした請求項１に記載のカラーフィルタの形成方法。
3. 上記カラーフィルタ用基板の遮光パターン、または、カラーフィルタ用基板が配置固定された定盤に設けられて前記遮光パターンの走査方向のピッチより狭い微細ピッチでマークが並ぶマーク列中の前記遮光パターンが対応付けされるマークを読み取ってなる信号に基づいて吐出位置及びインキ供給量を決定し、ノズルから画素形成部へのドロップレットの吐出を行なう請求項１又は２に記載のカラーフィルタの形成方法。
4. 遮光パターンで画素形成部が分けられているカラーフィルタ用基板に対して、ノズルそれぞれの圧電素子への電圧印加によりインキのドロップレットを吐出するインキジェットプリントヘッドを画素形成部に対して相対的に走査させ、カラーフィルタ用基板の前記画素形成部それぞれに、該画素形成部が対応するカラーフィルタ構成色のインキを、前記インキジェットプリントヘッドのノズルからドロップレットとして供給して、前記カラーフィルタ用基板にカラーフィルタを形成する装置において、
   前記画素形成部それぞれに複数のノズルが対応して、該複数のノズルは、ノズル走査部位で事前に設定された供給量のインキを、前記圧電素子への電圧制御により設定された１ドロップレットの体積の微小ドロップレットの吐出により供給するものであって、一つのノズルからのドロップレットと他のノズルからのドロップレットとの画素形成部への吐出個数或いは体積が互いに異なることを特徴とするカラーフィルタの形成装置。
5. 画素形成部にノズルが対応したときに吐出される全てのドロップレットの着弾位置を、前記画素形成部の走査方向の略中心領域にした請求項４に記載のカラーフィルタの形成装置。
6. 上記ノズルは、上記カラーフィルタ用基板の遮光パターン、または、カラーフィルタ用基板が配置固定された定盤に設けられて前記遮光パターンの走査方向のピッチより狭い微細ピッチでマークが並ぶマーク列中の前記遮光パターンが対応付けされるマークを読み取ってなる信号に基づいて吐出位置及びインキ供給量を決定し、画素形成部へのドロップレットの吐出を行なうものである請求項４又は５に記載のカラーフィルタの形成装置。

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