CN1129024C - 彩色滤光器及制造方法和装置、显示器及装置、位置精度提高及非均匀性降低的方法 - Google Patents

彩色滤光器及制造方法和装置、显示器及装置、位置精度提高及非均匀性降低的方法 Download PDF

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Abstract

一种彩色滤光器的制造方法，在制造彩色滤光器时，避免了色彩混合及某部分未着色现象的发生。此方法通过从喷墨头IJH向衬底排放墨汁，从而用大量排放的墨汁对每个象素染色来制造彩色滤光器。当从喷墨头IJH排放的墨汁I2以液柱而不是液滴的形式施用到衬底53上时，它被施用到象素内的一个位置上，在该处墨汁I2与前被施用的墨汁I1混合。

Description

彩色滤光器及制造方法和装置、显示器及 装置、位置精度提高及非均匀性降低的方法
本发明涉及一种彩色滤光器的制造方法以及通过从衬底上的喷墨头排放墨汁来制造彩色滤光器，然后用大量排放的墨汁对每一个象素染色来制造彩色滤光器的装置，还涉及彩色滤光器、显示器和具有显示器的装置。
随着个人计算机，尤其是便携式个人计算机的发展，对液晶显示器(LCDS)、尤其是彩色LCDS的需求也大大增加。但是为了更广泛地使用这些显示器，必须降低显示器的成本，而且最主要的是降低占成本最大部分的彩色滤光器的制造成本。
长期以来，为满足以上的要求提出了各种达到彩色滤光器必备特性的方法，但这些方法中没有一个是满足所有必备特性的方法。这些方法的已知例子如下。
最通行的第一方法是染色法。这种方法形成RGB彩色滤光层是通过：(1)将可溶于水的聚合物材料做为染色材料施用到玻璃衬底上；(2)利用光刻工艺摹制出期望的形状；(3)将得到的型板浸泡到染色池中；(4)重复(1)-(3)过程三次。
第二种方法是取代染色法的色素扩散法。这种方法形成RGB彩色滤光层是通过：(1)形成一个光敏树脂层，象素在那里的衬底上弥散；(2)摹制一个单色的型板；(3)重复(1)至(2)的步骤三遍。
第三种方法是电沉积法，这种方法形成RGB彩色滤光器是通过：(1)在衬底上摹制一个透明电极；(2)将有透明电极形成于其上的衬底浸泡到包含色素、树脂、电解质和类似物的电淀积涂覆液中，电淀积第一种颜色；(3)重复(1)至(3)的步骤三遍以得到RGB彩色滤光器层；和(4)煅烧彩色滤光器。
第四种方法是印刷法。这种方法形成RGB彩色滤光器是通过：(1)将色素扩散到热凝树脂上，做为印刷；(2)重复印刷三次，以施用三种颜色R、G和B；(3)热凝固树脂以形成染色层。
注意到这些方法的每一种通常都是在染色层上形成一个保护层。
这些方法共同存在的一个问题就是关于三种颜色R、G和B重复同样的过程增加了成本。另外，因程序数增加，产量减少。在电沉积方法中，因为可成形的型板形状的限制，此种技术不能运用到TFTS的制造中。在印刷方法中，因为印刷中的分辨率和平滑度都很差，所以得不到纹槽间距均匀的型板。
为了弥补这些缺点，日本专利申请NO.59-75205、NO.63-235901和NO.1-217320公开了一种利用喷墨法制造彩色滤光器的方法。这种方法通过向透光型衬底上注放R(红)、G(绿)和B(兰)彩色墨汁并烘干每种彩色墨汁以形成一个着色的象素部分而形成一个彩色滤光器。喷墨法通过一次形成各自的RGB象素而大大地简化了制造程序并降低了成本。
然而，在传统的制造彩色滤光器的喷墨法中，墨汁以液滴的形式从喷墨头中排放。因此，墨汁液滴从喷嘴中以不规律的时间间隔被释出，造成墨汁排放速度在每个喷嘴处的不同。在移动喷墨头时，或换种方法，固定喷墨头而移动平台以对彩色滤光器着色时，这种墨汁排放速度的变化可能会移动墨汁到达彩色滤光器衬底上的位置，然后会由于墨汁到达目标位置的邻居位置而引起颜色的混杂，或者由于对期望象素着色的遗漏而出现未着色部分。
另一方面，日本专利申请NO.61-274949或日本专利申请NO.4-129746公开的。示以墨汁液滴的形式排放墨汁而是在墨汁脱离喷墨头的喷嘴之前以液柱的形式施用墨汁。因为墨汁以液柱的形式施用到着色物体上，所以当墨汁从喷嘴中释出时，对不需要着色的地方墨汁就缩进喷嘴中。这样控制墨汁的量不超出需要的量并使其能够小直径点地着色。再者，因为这种方法不在空气中排放墨汁液滴，其优越性还表现在只需要很低的驱动能量这一点上。另外，因为墨汁不以液滴的形式从喷嘴中释放，则前面提到的因墨汁排放间隔的移动而引起的墨汁排放速度的变化就不会发生。
然而，日本专利申请NO.61-274949和NO.4-129746中是直接印刷到记录介质如印刷板上，没有一个是用于制造彩色滤光器的。
本发明考虑到以上的情况，以提供彩色滤光器的制造方法及制造装置为目的，避免颜色的混杂或着色的遗漏，同时提高墨点到达彩色滤光器衬底的精确性。
本发明的另一个目的在于提供一种没有颜色混淆或未着色象素的彩色滤光器，利用彩色滤光器的显示器及具有显示器的装置。
按照本发明，前述目的是通过提供一种彩色滤光器的制造方法而实现的，制造彩色滤光器是通过从喷墨头中排放墨汁到衬底上以对每个象素用大量的排放墨汁染色，它包括步骤：不以液滴的形式而以连续不断的形式从喷墨头中排放墨汁，墨汁的颜色与已被注入的墨汁颜色相同，墨汁被施用到象素中的一个位置处，在该处注入的墨汁与先被施用的墨汁混合。
按照本发明的第一个方面，可提供具有下列结构的彩色滤光器制造装置，即通过从喷墨头排放墨汁到衬底上以对每个象素用大量排放的墨汁染色来制造彩色滤光器的彩色滤光器制造装置，它包括：一个排放墨汁的喷墨头，不以液滴形式而以连续不断的方式将墨汁排放到衬底上；一个控制装置，控制喷墨头使排放的墨汁具有与欲被施用墨汁的象素中已施用的墨汁的颜色相同，墨汁在该处与前被施用的墨汁混合。
另外，根据本发明的彩色滤光器是通过从喷墨头向衬底上排放墨汁，从而用大量排放的墨汁对每个象素染色来制造的。这里的墨汁是以连续的形式而不是液滴的形式从喷墨头中排出，墨汁具有与已施用的墨汁相同的颜色并被施用到象素中的一个位置，在那里墨汁与前期已有的墨汁混合。
另外，根据本发明利用彩色滤光器的显示器是一种含有通过从喷墨头向衬底上排放墨汁，从而用大量排放的墨汁对每个象素染色来制得的彩色滤光器的显示器，它总的包括：通过从喷墨头向衬底上以连续不断而不是液滴的方式排放墨汁来被染色的彩色滤光器，墨汁与先被施用的墨汁有相同的颜色并被注放到象素中的某一位置，在该处与先被施用的墨汁混合；还包括一个改变光量的光量改变装置。
另外，本发明中具有显示器的装置是一种包含具有彩色滤光器的显示器的装置，彩色滤光器是通过从喷墨头向衬底排放墨汁，从而用大量的排放的墨汁对每个象素染色来制造的。装置整个地包括一个包含彩色滤光器的显示器，彩色滤光器是通过从喷墨头向衬底上以连续不断而不是液滴的方式排放墨汁被染色的，墨汁具有与先被施用的墨汁相同的颜色，在象素中的某一位置与先被施用的墨汁混合。还包括一个用于改变光量的光量改变装置；一个向显示器提供图象信号的图象信号供给装置。
按照本发明的第二个方面，可提供具有下列结构的彩色滤光器制造方法。它是通过从喷墨头向衬底喷放墨汁从而用大量排放的墨汁对每个象素染色制造的。其步骤包括：以连续不断而不是液滴的形式从喷墨头向衬底上喷放墨汁。
按本发明的第二个方面，彩色滤光器的制造装置是一种通过从喷墨头向衬底排放墨汁，从而对每个象素进行染色来制造彩色滤光器的装置。在这里墨汁是以连续不断而不是液滴的方式施用到衬底上的。
另外，本发明还提供一种减少彩色滤光器的象素之间颜色混合的方法。它是一种在通过从喷墨头向衬底喷放墨汁，从而对每个象素染色来制造彩色滤光器时减少彩色滤光器的象素之间颜色混合的方法。此方法的步骤包括：从喷墨头将墨汁以连续不断而不是液滴的形式排放到衬底上。
另外，本发明还提供一种提高墨汁施向彩色滤光器精确度的方法。它是一种通过从喷墨头向衬底上排放墨汁，以对每个象素染色来制造彩色滤光器时提高墨汁到达彩色滤光器位置精确度的方法，其步骤包括从喷墨头以连续不断而不是液滴的形式将墨汁排放到衬底上。
另外，本发明还提供一种降低彩色滤光器的着色象素的着色非均匀性。该方法是通过从喷墨头向衬底上排放墨汁对每个象素染色来制造彩色滤光器时减低彩色滤光器着色象素的着色非均匀性。其步骤包括以连续不断而不是液滴的形式将墨汁排放到象素中的某一位置，排放的墨汁具有与先前已施用的墨汁相同的颜色，并在象素中与已先施用的墨汁混合。
除上述之外的本发明的其它目的及优点将通过下列实施例显得更加清晰。在这些叙述中附图做为说明书的一部分对实施例进行图示。但这些例子并不能穷尽本发明的各种实施例，因此参照权利要求书确定本发明的范围。
附图做为申请文件的一部分对本发明的实施例进行图示说明，并与说明书一起对本发明的原理进行解释。
图1是本发明实施例彩色滤光器制造装置的结构立体图；
图2是控制彩色滤光器制造装置工作的控制器的结构方框图；
图3是用于彩色滤光器制造装置的喷墨头结构的立体图；
图4A～4F是彩色滤光器制造过程的说明图；
图5A～5F是另一个彩色滤光器制造过程例的说明图；
图6和7分别是结合有根据实施例的彩色滤光器的彩色LCD基本结构截面图；
图8是利用LCD的信息处理装置的结构方框图；
图9和10是利用LCD的信息处理装置的剖视图；
图11A-11E是运用了本发明实施例的制造方法的彩色滤光器制造过程示意图；
图12是运用表面张力拉伸墨汁的示意图；
图13是被移动的墨汁排放位置；
图14是墨汁排放例的示意图；
图15A和15B是当先被排放的墨汁烘干后墨汁被排放处染色状态的示意图；
图16A和16B是在先被排放的墨汁烘干前墨汁排放处的染色状态示意图；
图17A～17E是墨汁以液滴形式排放的示意图；
图18是大量墨汁精确到达每个象素处的状态示意图；
图19是大量墨汁从每个象素移动到达的状态示意图；
图20是观察墨汁排放状态的装置的结构方框图；
图21A～21E是观察墨汁排放过程的示意图；
图22是墨汁液柱的组成，表面张力和长度之间的关系表；
图23是环已醇含量与表面张力之间关系的曲线；
图24在墨汁排放量为80ng处墨汁表面张力与墨汁柱长度之间的关系曲线；
图25是对加热器施加电压脉冲例的计时图；
图26A～26C是指示墨汁排放功率的K值和排放速度之间的关系曲线；
图27是墨汁组成的树状图；
图28是墨汁溶剂表。
以下将根据附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1是本发明实施例中彩色滤光器制造装置的结构剖视图。
在图1中，标号51代表平台；52代表设置在平台51上的xyo架；53代表设置在xyθ架52上的彩色滤光器衬底；54代表构建在彩色滤光器衬底53上的彩色滤光器；55代表分别包含R(红0、G(绿)、和B(蓝)墨汁对彩色滤光器54染色的喷墨头；58代表一个控制彩色滤光器制造装置90的全部工作的控制器；59代表一个做为控制器58显示单元的教学台(个人电脑)；60代表一个做为教学台59操作板的键盘。
图2是控制彩色滤光器制造装置90工作的控制器58结构方框图。在图2中，教学台59做为控制器58的输入-输出装置。标号62是显示信息如制造进程或喷墨头异常的显示单元。键盘60做为指示彩色滤光器制造装置90和其它操作的操作板。
控制器58控制彩色滤光器制造装置90的全部操作。标号65表示教学台59之间数据传递的交接单元；66表示控制彩色滤光器制造装置90的CPU；67表示一个存储操作CPU 66的控制程序的ROM；68表示一个存储工作信息及类似信息的RAM；70表示一个控制墨汁排放到彩色滤光器的每个象素中的排放控制器；71表示一个控制彩色滤光器制造装置90的xyθ架52操作的阶段控制器。彩色滤光器制造装置90与控制器58相连并按控制器58发出的指令工作。
图3是用于彩色滤光器制造装置90中的喷墨头55的结构剖视图。在图1中，对后于三种颜色R、G和B提供三个喷墨头55。因为这些喷墨头55具有相同的结构，图3仅示出这些喷墨头中的一个。
在图3中，喷墨头55有一个加热器板104，做为一个有大量用于对墨汁加热的加热器102形成其上的衬底，并且有一顶板106设置于加热器板104上。顶板106上造有大量的排放孔108，这些排放孔108与墨汁通道110相连。每个通道110之间由隔离壁112分开。墨汁通道110一般地在其后端与一个墨汁腔114相连，通过墨汁供应孔116将墨汁供应到墨汁腔中。来自墨汁腔114的墨汁被提供给每一个墨汁通道110。
如图3所示，加热器板104和顶板106对准装配，使每个加热器102对应于各自的墨汁通道110定位。虽然图3显示的仅是两个加热器102，但加热器102一对一的对应于墨汁通道110。在图3所示的状态中，当给加热器102供以预定的驱动脉冲时，加热器102上的墨汁沸腾形成汽泡，汽泡的扩张驱动着墨汁从排放孔108中排放出来。还可以通过控制电压来控制施加给加热器102的驱动脉冲，以此来调节汽泡的大小，尤其是自由地控制从排放孔排放的墨汁的体积。
图4A～4F是彩色滤光器制造过程的示意图。接下来，将参考图4A～4F对彩色滤光器54的制造做以描述。
在这个实施例中，一玻璃衬底通常做为衬底1，但衬底不仅限于玻璃，只要它具备液晶彩色滤光器的必需特性，如透明和机械强度，任何材料都可做为衬底。
图4A表示的是玻璃衬底1，它有一个构成光出射部分9和光遮挡部分10的黑色矩阵2。首先，将树脂材料施用到有黑色矩阵2的衬底1。树脂材料本身对墨汁的吸收率很低，但在一定条件下可具有亲墨性(例如光照射或光照射和加热一并使用的情况下)，并且此树脂材料还具有在一定条件下凝固的特点。按照需要，对玻璃衬底1进行预烘烤以形成一个树脂层3(图4B)。树脂层3的形成可利用旋转涂覆、滚动涂覆、条状涂覆、喷雾涂覆、浸蘸涂覆或其它方法，不局限于任一种特别的方法。
接下来，通过在树脂层上利用光掩模4进行型板在光透射部分9处曝光，使树脂层部分地具有亲墨性，形成树脂层3(图4D)的亲墨部分6和非亲墨部分5 。
此后，按照喷墨方法将R(红)、G(绿)和B(兰)三种墨汁分别排放到树脂层3上，有一个喷墨过程中对树脂层染色(图4E)并根据需要将排放的墨汁烘干。喷墨法包括利用热能法和利用机械能法。这些方法的任何一种都可利用。当利用墨汁时，任何墨汁都可采用，只要它能够用于喷墨印刷。墨汁染色材料可根据R、G和B象素的每一种所要求的透射光谱适当地从各种染料或色素中选取。
接下来，设置染色的和继而出射光的或出射光并被加热的树脂层3，并根据需要建立保护层8(图4F)。树脂层3的此种设置是通过光照射或光照射与加热的结合在不同于亲墨性树脂层所要求的条件下，即在较高的温度下增加曝光或加热下完成的。
图5A至5F是彩色滤光器制造过程另一个实例的示意图。
图5A表示具有透光部分7和做为挡光部分的黑色矩阵2的玻璃衬底1。首先，将可被光照射或光照射与加热结合而凝固并具有墨汁接收性的树脂材料施用到有黑色矩阵2形成其上的衬底上。根据需要进行预烘烤并且形成一树脂层3’(图5B)。树脂层3’的形成可通过旋转涂覆、滚动涂覆、条状涂覆喷雾涂覆、浸蘸涂覆或类似方法完成，但不局限于任何一种特别的方法。
接下来，树脂层没有覆盖挡光黑色矩阵2的部分被光掩模4’蒙盖并进行型板曝光以固化树脂层另外的部分，形成不接收颜料的非染色部分5’(图5C)。此后，利用喷墨头在一个墨汁排放过程进行R、G和B的染色，并根据需要，对墨汁烘干。
用于型板曝光的光掩膜4’是一个具有开口，利用黑色矩阵设定遮光部分的掩模，为避免与黑色矩阵连接部分未染色的现象发生，必须施用较大量的墨汁。为此目的，掩模的开口最好小于黑色矩阵2的宽度(遮光宽度)。
做为着色的墨汁，着色物质和颜料都可利用，液体墨汁和固体墨汁都可利用。
做为可固化的树脂材料，只要它具有墨汁吸收性并且至少在光照射或加热或二者合用时能被固化，任何树脂就可使用。例如可以使用树脂：如丙烯酸系树脂、环氧树脂、硅氧烷树脂，纤维素衍生物变性材料如羟丙基纤维素，羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素等。
通过光照或光照加热，使用光引发剂(交联剂)促进树脂的交联反应。做为光引发剂，重铬酸盐、双偶氮、自由基引发剂和其它类似物都可利用。另外，这些光引发剂还可与其它敏化剂混合或结合使用。再有，光氧化物发生剂可做为交联剂加入。注意到为了更促进交联反应，可在光照射之后进行热处理。
包含上述材料的树脂层在耐热、耐水方面有优良的性能，并且在后处理中对高温和清洁过程有充分地稳定性。
做为用于本实施例的喷墨法，用电热转换器做为能量发生器的汽泡喷射型方法或利用压电装置的压电喷射型方法均可运用。着色面积和着色图案可任意地设置。
本实施例表示的是一个黑色矩阵构建在衬底上的例子。黑色矩阵可以在可固化的树脂层形成以后或树脂被着色后形成。黑色矩阵的形成最好是通过：溅射或蒸汽沉积形成金属薄膜；通过光刻过程形成图案。应注意到任何方法都可用于形成黑色矩阵。
接着利用光照射或加热，或光照与加热结合固化可固化的树脂材料(图5E)，并根据需要建立保护层8(图SF)。注意到在图5C和5E中，符号hv代表光能量。在热处理情形中，热能代替光能hv。做为保护层8，光凝型、热凝型或光和热凝型的第二树脂材料可以利用。此外，无机材料通过溅射或蒸汽淀积也可用以形成保护层8。任何材料只要它做为一个彩色滤光器是透明的，并在接连的TTO(氧化铟锡)形成过程，定向膜形成过程和类似过程中足够的稳定性，就可用于形成保护层8。
图6和图7是有上述彩色滤光器组合在其中的彩色LCD(液晶显示器)30的基本结构截面图。
彩色LCD 30是通过将彩色滤光器衬底1和一个相对的衬底21组装，并将液晶化合物18注入到衬底1和21之间而构成。一个TFTS(薄膜半导体)(未标)和一个透明象素电极20在衬底21的内表面形成矩阵。彩色滤光器54设置在衬底1的内表面上，使RGB彩色材料配置在分别对应于象素电极20的位置上。一对着象素电极20的透明电极16(公共电极)形成在彩色滤光器54的上表面。通常黑色矩阵2形成在彩色滤光器衬底1的一侧(见图6)，但在BM(黑色矩阵)排列型的液晶面板中，黑色矩阵2形成在对着TFT衬底21的一侧(见图7)。另外，定向膜19构建在丙衬底表面之间。液晶分子通过对定向膜19的摩擦处理被定向在某一特定的方向。极化板11和12分别接在玻璃衬底的外侧。液晶化合物18被填充在玻璃衬底之间的缝隙(约2～5μm)中。
做为背景光，通常使用荧光(未标)和散射板结合的产物。利用液晶混合物18做为光闸以改变背景光的透射情况来进行显示。
接下来将参考附图8～10对LCD在信息处理装置中的应用做以描述。
图8是利用了LCD的信息处理装置结构方框图。信息处理装置可以是一个文字处理器、个人电脑、传真机和复印机。
在图8中，标号1801表示一个控制整个装置的控制器。它包括一个CPU，如微处理器和各种I/O接口，对每个元件输出控制信号、数据信号和其它信号，并从每个元件输入控制信号和数据信号以执行控制。标号1802表示一个显示单元，在显示屏上显示诸如各种菜单、文件信息、由图象读出器1807读出的图象数据等数据。标号1803表示一个透明的压敏型触板，设置在显示单元1802上。通过用手指或其它物体压按触板1803的表面，将一项操作、一个坐标位置和其它的信息输入到显示单元1802上。
标号1804表示一个FM(调频)声源，可得到由音乐编辑制作的或预先被存储到记忆器1810或外存储1812中的数字信息形式的音乐信息，并对读出的数据进行频率调节。来自FM声源1804的电信号通过扬声器1805转换成可听见的声音。打印机1806做为文字处理机、个人电脑，传真机或复印机的输出终端。
图象读出器1807光电读出一个原始数据并输入一个读出数据。图象读出器1807设置在原始数据转换路径中用以向传真发射或复印或其它各种原始数据读出原始数据。
标号1808表示一个进行原始数据传真发射的传真发射机/接收机，由图象读出器1807读出并接收传真信号，还将接收到的传真信号编码。 FAX发射机/接收机1808在信息处理装置和外部设备之间有一个接口功能。
标号1809表示一个具有各种电话功能，如普通电话功能、回话功能和类似功能的电话。
记忆器1810包括一个存储系统程序、管理程序和其它应用程序、字库等的ROM，还包括一个储存从外部储存器1812载带的应用程序、文件信息、视频信息及其它的RAM。
标号1811表示一个输入文件信息、各种指令及其它的键盘。
外部存储器1812包括储存介质，如软盘和硬盘，用以储存文件信息、音乐或声音信息、用户的应用程序和其它信息。
图9是具有图8结构的信息处理装置的剖视图。
在图9中，标号1901表示利用以上描述的LCD装置的平板显示器，用以显示各种菜单、数据信息、文件信息及其它的信息。在显示器1901中，触板1803通过用手指或其它物体压按面板输入坐标和设计的项目。标号1902表示一个送受话器，当装置用作电话时使用。键盘1903通过软线与装置的主机连接，用于输入各种功能文件和各种数据。键盘1903有功能键1904用于各种功能。标号1905表示一个插入外部存储设备1812软盘的插孔。
标号1906表示一个送纸器，在其上设置有由图象读出器1807读出的原始数据。读出原始数据从装置的后部发出。当传真信号或其它信息一接收到，读出数据就被喷墨打印机1907打印出来。
当这种信息处理装置用做个人电脑或文字处理机时，从键盘1811输入的各种信息分别按照预定的程序由控制器1801进行处理，并做为一个图象从打印机1806中输出。
当信息处理装置用做一个传真机的接收器时，通过传输线从FAX发射/接收机输入的传真信息由控制器1801按照预定的程序进行接收—处理，并做为一个接收到的图象从打印机1806中输出。
当信息处理装置用做一个复印机时，原始文件被图象读出器1807读出，读出的原始数据做为一个从打印机1806复制出来的图象经过控制器1801被输出。注意到当装置用做一个传真机的接收器时，被图象读出器1807读出的原始数据由控制器1801按照预定的程序被发射处理，并通过FAX发射/接收器1808发射到传输线上。
注意到喷墨打印机可如图10所示结合到上述的信息处理装置中。这更增进了其袖珍便携性。在图10中，与图9中的元件具有相同功能的元件以同样的标号标出。
接下来将参考图11A至11E对应用本发明制造方法的彩色滤波器制造过程进行描述。
首先，玻璃衬底53设置在彩色滤光器制造装置90的xyθ架上。在适当的定位之后，玻璃衬底53的彩色滤光器形成区(彩色区)移到了喷墨头55的正下方位置，然后进行对彩色滤光器象素的着色。
图11A至11E是本发明的墨汁排放操作特性。在这个例子中，彩色滤光器的一个象素由许多排放的墨汁染色。在这些图案中，至少墨汁I1已被排放到象素上。在墨汁I1被完全吸收到树脂层3中或完全干燥之前，至少已被施用的墨汁I1的一部分存在于液体状态，第二部分墨汁I2以下列方式被排放，使第二部分墨汁能够在同一个象素中与已施用的墨汁混合。这样就提高了墨汁应用的精确性。
首先，驱动脉冲从图11A的状态供应给加热器102，然后如图11B所示，在加热器102的周围发生汽泡。汽泡如图11C所示生长，然后墨汁I2从喷射嘴中排放。此时，如图11C所示，喷墨头55的表面与玻璃衬底53的表面之间的距离A被设为最小，使墨汁I2不以液滴的形式与喷墨头55分离。即如图11C所示颜料I2不是墨汁滴而是液柱的形式施用到玻璃衬底53上。
当墨汁以液滴的形式从排放嘴分离出来时，墨汁分离位置的改变不能被避免。与在打印介质如打印纸上打印不同，这会在彩色滤光器的染色上引起严重的问题，因为墨汁施用到象素上需要很高的精确度。然而，在本发明实施例中，墨汁在离开排放嘴之前以液柱的形式到达期望的象素。这就大大地提高了墨汁到达的精确度。
另外，在墨汁以液柱的形式施用到玻璃衬底上的地方，墨汁I2到来与已被排放并处于液态的墨汁I1接触，并依据表面张力彼此混合。尤其是当墨汁I2与墨汁I1混合时，墨汁I2被墨汁I1的表面张力拉向墨汁I1 。即使墨汁I2已从它的排放方向移动并且不在其准确的方向上排放，但在墨汁I2到达玻璃衬底53之前，墨汁I2的排放方向也被墨汁I1的表面张力校正到向着墨汁I1的方向。结果是墨汁I2的施用精确度得到提高。如图13所示，即使墨汁排放位置被移动，并且墨汁施用到玻璃衬底53上稍微包括非亲墨汁5的部分，当前施用的墨汁与前施用的墨汁混合，并且当目前施用的墨汁被前施用的墨汁拖拉时，它就会返回到象素中预期的位置上(亲墨汁部分)。
另外，当墨汁以液柱的形式施用到一个象素上时，周围的象素不被墨汁溅射。因为不希望有的微小墨汁液滴而不是被施用到象素上的墨汁被避免出现，所以其它象素可能被微小液滴污染的问题就得到减少。实际上，在本发明的应用实践中，已经证实，以液柱形式施用墨汁减少了对非目标象素的污染。
做为一个墨汁排放的例子，在图14中，初始施用的墨汁I1在一被施用到玻璃衬底之后就扩展到具有大约70μm的直径。如果墨汁I1的中心点a1到墨汁I2的中心点距离小于或等于45μm，或最好是20～30μm，则墨汁I1和墨汁I2靠表面张力彼此混合。注意到用于此例的墨汁在5℃时处于液态，但只要墨汁在被施用到衬底上之后立即扩展，固态墨汁可使用。
接下来将对墨汁I2与先被施用的处于液态的墨汁I1混合的优点做以描述。如图15A所示，如果在最初的墨汁I1被完全吸入树脂层3中或完全烘干后排放墨汁I2，墨汁叠置部分B的色彩要深于A部分的色彩，因此引起密度的不均匀。此外，如图15B所示，在墨汁被烘干后染色的部分制成葫芦形状，造成未着色部分。另一方面，如果墨汁I2与至少有一部分处于液态的墨汁I2混合，象素能以均匀的密度被染着，如图16A所示。另外在墨汁被烘干后，着色部分的形状呈椭圆形，如图16B所示，避免了未着色部分的出现。
注意到在传统的印刷中，描绘物是柔软的材料，如纸张，喷墨头在一定范围内不能太移近描绘物，因为描绘物的皱折和/或波动。一般地，在描绘物和喷墨头之间需要保持0.9～1.5mm的间隔。为了在这种距离下稳定墨汁的排放，排放墨汁必须以预定的速度(正常地为10m/s)或更高的速度。因此，如果墨汁以较高的速度在喷墨头和描绘物彼此保持预定距离的离开的状态下排放，排放的墨汁变成大量的墨汁液滴，如图17A和17B所示。散射的墨汁液滴不以均匀分布的方向排放。另外因为每个墨汁液滴的排放速度不同，当进行染色同时喷墨头IJH对玻璃衬底53扫描时，每个墨汁液滴的到达位置被移动。另一方面，在本实施例中描绘物是一个具有平滑表面的形状固定的材料，如玻璃衬底，喷墨头IJH和玻璃衬底53的表面之间的距离可以减小。这使得墨汁能够以液柱而不是液滴的形式施用到玻璃衬底53上，如图17C～17E所示。注意到为得到本实施例优点的玻璃衬底的平滑度(粗糙度)，其设置使得在玻璃衬底不规则处由峰到谷的距离约为25μm，或更好为小于或等于20μm。
如图18所示，在彩色滤光器中需要非常高的精确度，还如图19所示，墨汁到达位置平均10μm的横向移动导致颜色混杂或区域的未着色，造成低下质量的产品。在on-demand型的喷墨方法中，如果有墨汁到达位置精确度下降的问题，则彩色滤光器制造方法在原理上是行不通的。因此利用本实施例中的墨汁排放方法来提高墨汁料到达的精确度是非常重要的。
注意到在以上的叙述中，墨汁在喷墨头的扫描方向连续地排放，但可安排成墨汁在第一次扫描中被施向每一个象素，在第二次扫描中填充到施用墨汁的象素之间的缝隙中，同时最初被施用的墨汁处于液态。
接下来将参考图20和21对观察墨汁从喷墨头排放的方法做以描述。
如图20所述，用显微镜202观察墨汁的排放。显微镜202有一个选通脉冲204做为观察用的光源。用于选通脉冲204的驱动器206有一个同步电路，输入外部信号并驱动选通脉冲204，以与外部信号同步地发射光，显微镜还有一个延迟回路，从外部信号的定时移动光发射定时。在这种颜料排放的观察中，来自喷墨驱动器208的喷墨头驱动信号做为外部信号。
在这个观察墨汁排放的装置中，喷墨头IJH固定到显微镜202上，使喷墨头IJH的喷墨方向对应观察面。这使得墨汁排放的连续观察与喷墨头IJH的驱动信号一致。
图21A至21E是墨汁排放过程的释意图。首先当选通脉冲延迟时间设为0μm，选通脉冲的发光与喷墨头驱动信号完全同步时，发现墨汁还未被排放。接着当选通脉冲延迟时间设为2μm时，发现墨汁恰好被排放。当选通脉冲延迟时间设为10μm时，发现墨汁以液柱的形式排放。当选通脉冲延迟时间增加时，观察到墨汁状态从液柱变为液滴。
因此墨汁状态可通过设置与喷墨头驱动脉冲同步的选通脉冲光发射而容易地观察到。
接下来将对墨汁排放速度及喷墨头与玻璃衬底之间的距离做以描述。
对于墨汁排放速度，如果太快，就可能出现溅射的问题，但如果太慢，墨汁排放变得不稳定并且排放的墨汁可能会移动，这就降低了墨汁到达的精确性。因此墨汁排放速度最好在5m/s～20m/s。
另外，对于喷墨头IJH和玻璃衬底53之间的距离，虽然它依赖于表面张力和墨汁的排放量，但比较好的距离是小于或等于0.9mm，更好的是0.05～0.5m，最好是0.05～0.2mm。图22是墨汁柱的组份、表面张力和长度之间的关系。墨汁表面张力的水平主要依赖于环已烷的含量。图23表示的是环已烷的含量与表面张力的关系。图24表示墨汁排放量为80ng时的表面张力与排放墨汁时墨汁液柱长度的关系。当表面张力较小时，墨汁液柱较长。
在实际实验中，墨汁排放是在喷墨头H表面和玻璃衬底53之间的距离为0.1mm的条件下进行的，排放速度是8m/s。做为墨汁排放的条件，虽然它依赖于所采用的喷嘴，但如图25所示的电压脉冲也施加到加热器102上。此脉冲波形的时间间隔约为t0＝0到1.25μs，t1＝0至1.5μs，t2＝0至3μs，t3＝1.0至3.0μs。
墨汁的排放速度可通过改变以上的波形来控制。图26表示排放墨汁的功率指示K值与墨汁排放速度的关系曲线。从这个实验得到的K值与排放速度之间的关系曲线，可以设定实际上施于加热器102的脉冲的脉冲波形。
上述的K值可从下列的方程中得出：
K＝PWop/PWth
PWth：假设施用固定的预置电压下，颜料排放开始时的临界脉冲宽度。
PWop：在实际排放墨汁时的脉冲宽度。
接下来将对给彩色滤光器染色的墨汁做以描述。
图27显示的是适用于彩色滤光器的墨汁的组成。
首先，图28所示的溶剂可以使用。在这些溶剂中，较好的溶剂在加热器102 250℃或低一点的温度下加热蒸发，或在230℃或低一点的温度下加热蒸发。至于在墨汁中的含量，在10～98％wt之间较好，最好在15～95wt％之间。
做为着色材料，染料或颜料均可使用。染料一般地具有较好的着色特性，因此利用其可得到透明涂层的滤色剂。但与颜料相比，染料在耐热和耐光方面较差。关于分子结构，偶氮染料、酞菁染料、三苯基甲烷染料、咕吨染料、蒽醌染料等都可利用。对于用水做为主要溶剂的颜料，包括在分子中有两个或多个水溶性基团，如磺酸基和羧基的染料从溶解性这一点上看是理想的。对于有非水溶剂的染料(二醇醚或类似物)，油质染料是理想的。
做为颜料，有机颜料如偶氮颜料和酞菁颜料可以使用。与染料相比，颜料在颜色特征(透光率、色度对比及其它)方面较差，但颜料在耐热和耐光方面较好。在实际使用上，颜料在使用聚合物或表面活化剂的有机溶剂中分散。分散之后，颜料颗粒直径平均为0.5μm或小一点，更好一点的是0.2μm或小一点。
染料和颜料在墨汁中的含量较好的是1～15wt％，更好点儿的是3～10wt％。
做为添加剂，PH调节剂、抗真菌剂、抗腐蚀剂、粘度调节剂、表面活化剂，紫外线吸收剂、光稳定剂(单线氧急冷剂)、螯合剂或类似物可根据需要加入墨汁中。添加剂在颜料中的含量为0.01～5wt％，0.1～2.5wt％更好。
如上所述，本实施例提高了墨汁到达的精确性并因而使优良的彩色滤光器产品稳定。
以上描述的实施例举例说明了打印机，在喷墨打印机中，它包括用以产生做为排放墨汁使用的能量的热能之装置(如电热转换器、激光束发生器和类似物)，并通过热能改变墨汁的状态。根据这种喷墨打印机和打印方法，可实现高密度、高精确的打印操作。
做为喷墨打印系统典型的装配和原理，一个利用公开在美国专利NO.4,723,129和US 4,740,796中的基本原理的实施是较理想的。以上系统即可用在称作on-demand型中，也可用在连续型中。尤其在on-demand类型中，因为至少将一个符合打印信息并能使温度迅速上升、超过膜沸腾的驱动信号施加到布置在与保存液体(墨汁)的板片或液体通道相对应的每个电热转换器上，所以系统是有效的，由电热转换器产生的热能作用到打印头热作用表面，使膜沸腾，并因此可在液体中(墨汁)形成与驱动信号一对一的汽泡。利用汽泡的生长和收缩通过排放孔排放液体(墨汁)，至少可形成一个液滴。如果驱动信号做为脉冲信号，可即刻并充分地达到汽泡的生长和收缩，实现具有高响应特性的液体(墨汁)的排放。
做为脉冲驱动信号，公开在美国专利NO.4,463,359和NO.4,345,262中的信号是合适的。注意到通过利用美国专利NO.4,313,124发明中描绘的条件，可完成更出色的打印，在该发明叙及了热反应表面的升温率。
做为打印头的配置，除了与以上说明中公开的、排放嘴、液体通道和电热转换器(线性液体通道或直角液体通道)的组合相同之外，利用美国专利NO.4,558,333和NO.4,459,600的装置，即热反应部分安置在折曲的区域这种装置也包括在本发明中。另外，在本发明中可有效地利用基于日本专利NO.59-123 670的装置，在该专利中，装置利用一个大量电热转换器的公共插孔做为电热转换器的排放部分，也可利用日本专利NO.59-138461中公开的装置，在该装置中有一个与排放部分相应的、吸收热能压力波的开口。
另外，在本发明中可利用一种可交换型的打印头，该打印头可被电连结到装置的主机上，并在一安置在装置的主机上时就能接收到来自装置主机的墨汁，也可利用一种弹壳型打印头，在该打印头中颜料箱完整地装在打印头本身上。
值得推荐的是在打印头，预辅助装置和其它做为本发明打印机的装置上增加恢复装置，这样可使打印操作更加稳定。这些装置的例子，对于打印头，包括覆盖装置、清洁装置、增压和吸引装置，预加热装置利用电热转换器、另一个加热元件或者它们的结合。另外，提供一种执行独立于打印的预排放模式对稳定打印也是有效的。
还有，本发明以上提到的实施例中都假定墨汁是液状的。换一种做法，本发明中也可采用在室温下或低于室温的温度下为固态并在室温下变软或液化的墨汁，以使得在施用到印刷信号时墨汁液化。
另外，为避免由把墨汁从固态转换到液态的热能引起的温度升高，或为避免墨汁的蒸发，可利用在非使用时为固态，在加热时即液化的墨汁。在任何情况下，本发明都可采用这种墨汁，即根据印刷信号施加热能时液化并在液态被排放，当到达印刷介质上时开始固化的颜料。在这种情况中，墨汁以液态或固态在多孔板的凹部或穿过孔眼的同时可定位在对着电热转换器的地方，正如日本专利NO.54-56847或60-71260公开的一样。在本发明中，上述的薄膜沸腾系统对于上述墨汁最为有效。
如上所述，本发明可通过以墨汁液而不是液滴的形式排放颜料而提高墨汁到达的精确度，从而能够制造出高精确度的彩色滤光器。
因为在不脱离本发明实质和范围的情况下可得到很多本发明的不同实施例，因此可以理解本发明不局限于此处的个别实施例，而以附属的权利要求做为限定。

Claims (10)

1.一种彩色滤光器的制造方法，通过从一喷墨头向一衬底排放墨汁以便在该衬底上形成多个滤光器元件的方式制造上述彩色滤光器，该方法步骤为：
提供上述衬底；
从上述喷墨头中将具有预定颜色的第一墨汁排放到上述衬底上形成上述滤光器元件的位置上；以及
从上述喷墨头中排放具有预定颜色的第二墨汁，该墨汁具有一前端和一后端并沿从上述喷墨头至上述衬底的方向延伸，使得上述第二墨汁的前端在该墨汁的后端与上述喷墨头分离之前到达上述衬底并与已排出的第一墨汁混合。
2.根据权利要求1所述的彩色滤光器制造方法，其特征在于，在上述排出墨汁的步骤中，设定上述喷墨头和上述衬底之间的间隔以及墨汁的排出速度。
3.根据权利要求2所述的彩色滤光器制造方法，其特征在于，上述喷墨头是一个利用热能排放墨汁的打印头，它包括一个对上述墨汁施加热能的热能转换器，喷墨头以上述设定的排放速度排放墨汁，排放速度通过控制由上述热能转换器产生的热能水平来确定。
4.一种彩色滤光器的制造装置，通过从一喷墨头向一衬底排放墨汁以便在该衬底上形成多个滤光器元件的方式制造上述彩色滤光器，该装置包括：
设置上述衬底的装置；
一向上述衬底上排放墨汁的喷墨头；以及
一驱动上述喷墨头的驱动器，以便将具有预定颜色的第一墨汁排放到上述衬底上形成上述滤光器元件的位置上并排放具有预定颜色的第二墨汁，该第二墨汁具有一前端和一后端并沿从上述喷墨头至上述衬底的方向延伸，使得上述第二墨汁的前端在该墨汁的后端与上述喷墨头分离之前到达上述衬底并与已排出的第一墨汁混合。
5.根据权利要求4的彩色滤光器制造装置，其特征在于，上述喷墨头是一个利用热能排放墨汁的打印头，它包括一个对上述墨汁施加热能的热能转换器，喷墨头以上述设定的排放速度排放墨汁，排放速度通过控制由上述热能转换器产生的热能水平来确定。
6.一种具有一衬底的彩色滤光器，该滤光器通过从一喷墨头向一衬底上排放墨汁以便在上述衬底上形成多个滤光器元件的方式来制造，其中，具有预定颜色的第一墨汁被从上述喷墨头排放到上述衬底上形成上述滤光器元件的位置上，而从上述喷墨头排出的具有预定颜色的第二墨汁具有一前端和一后端，该第二墨汁沿从上述喷墨头至上述衬底的方向延伸，使得该第二墨汁的前端在该墨汁的后端与上述喷墨头分离之前到达上述衬底并与上述第一墨汁混合。
7.一种具有一彩色滤光器的显示器，该滤光器具有一衬底并通过从一喷墨头向一衬底上排出墨汁以便在该衬底上形成多个滤光器元件而制成的，该显示器整体上包括：
一彩色滤光器，该滤光器通过下述方式进行染色，即，从上述喷墨头向上述衬底上一形成滤光器元件的位置上排出具有一预定颜色的第一墨汁，而从上述喷墨头排出的具有预定颜色的第二墨汁具有一前端和一后端，该第二墨汁沿从上述喷墨头至上述衬底的方向延伸，使得该第二墨汁的前端在该墨汁的后端与上述喷墨头分离之前到达上述衬底并与上述第一墨汁混合；以及
一改变光量的光量改变装置。
8.一种包括具有彩色滤光器的显示器的装置，该滤光器具有一衬底并通过从一喷墨头向一衬底上排出墨汁以便在该衬底上形成多个滤光器元件而制成的，该装置整体上包括：
一整体上包括一彩色滤光器的显示器，该滤光器通过下述方式进行染色，即，从上述喷墨头向上述衬底上一形成滤光器元件的位置上排出具有一预定颜色的第一墨汁，而从上述喷墨头排出的具有预定颜色的第二墨汁具有一前端和一后端，该第二墨汁沿从上述喷墨头至上述衬底的方向延伸，使得该第二墨汁的前端在该墨汁的后端与上述喷墨头分离之前到达上述衬底并与上述第一墨汁混合，该显示器还包括一改变光量的光量改变装置；以及
一向上述显示器提供图象信号的图象信号供给装置。
9.一种提高墨汁到达彩色滤光器上位置的精确度的方法，该滤光器通过从一喷墨头向一衬底上排出墨汁以便在该衬底上形成多个滤光器元件而制成的，上述方法包括以下步骤：
将从上述喷墨头排出的墨汁施加到上述衬底上，该墨汁具有一前端和后端并沿从上述喷墨头至上述衬底的方向延伸，使得该墨汁的前端在该墨汁的后端与上述喷墨头分离之前到达上述衬底，该方法还包括：
将具有预定颜色的第一墨汁预先施加到上述衬底上，其中，在施加最先描述的墨汁的步骤中，该墨汁具有预定的颜色并被施加到上述滤光器元件范围内的位置上，以便与上述预先施加的墨汁混合。
10.一种降低彩色滤光器的滤光器元件中的染色非均匀性的方法，该滤光器通过从一喷墨头向一衬底上排出墨汁以便在该衬底上形成多个滤光器元件而制成的，该方法包括如下步骤：
从上述喷墨头排出墨汁，该墨汁具有一前端和一后端并沿从上述喷墨头至上述衬底的方向延伸，使得该墨汁的前端在该墨汁的后端与上述喷墨头分离之前到达上述衬底，该墨汁与一预先施加的墨汁具有相同的颜色并被施加到上述滤光器元件范围内的位置上，在该处与上述预先施加的墨汁混合。
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