JP2002303715A

JP2002303715A - カラーフィルタとその製造方法、該カラーフィルタを用いた液晶素子

Info

Publication number: JP2002303715A
Application number: JP2001106681A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ogushi; 卓広大串; Tetsuo Okabe; 哲夫岡部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェット方式によるカラーフィルタの
製造方法において、インク吐出開始時のインク吐出性の
安定化を図り、歩留まり良くカラーフィルタを製造す
る。【解決手段】透明基板に対してインクジェットヘッド
の走査方向を順次逆転しながら往復方向で着色走査する
工程において、有効画素領域の両端に予備吐領域Ａ，Ｂ
を設け、走査開始側の予備吐領域にのみインクを吐出し
て、インク吐出性の安定化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビ、パ
ーソナルコンピュータ、パチンコ遊技台等に使用される
カラー表示の液晶素子と、該液晶素子の構成部材である
カラーフィルタとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの発達、
特に携帯用パーソナルコンピュータの発達に伴い、液晶
ディスプレイ、とりわけカラー液晶ディスプレイの需要
が増加する傾向にある。しかしながら、さらなる普及の
ためには液晶ディスプレイのコストダウンが必要であ
り、特にコスト的に比重の高いカラーフィルタのコスト
ダウンに対する要求が高まっている。従来から、カラー
フィルタの要求特性を満足しつつ、上記の要求に応える
べく種々の方法が試みられているが、未だ全ての要求特
性を満足する方法は確立されていない。以下にそれぞれ
の方法を説明する。

【０００３】第一の方法は顔料分散法である。この方法
では、基板上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、
これをパターニングすることにより単色のパターンを得
る工程を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）について繰り
返すことにより、当該３色の着色部を得る。

【０００４】第二の方法は染色法である。この方法で
は、基板上に染色用の材料である水溶性高分子材料を塗
布し、これをフォトリソグラフィ工程により所望の形状
にパターニングした後、得られたパターンを染色浴に浸
漬して着色されたパターンを得る工程を、Ｒ、Ｇ、Ｂに
ついて繰り返すことにより、当該３色の着色部を得る。

【０００５】第三の方法としては電着法がある。この方
法では、基板上に透明電極をパターニングし、顔料、樹
脂、電解液等の入った電着塗装液に浸漬して単色の着色
部を電着する工程を、Ｒ、Ｇ、Ｂについて繰り返し、最
後に焼成して当該３色の着色部を得る。

【０００６】第四の方法としては印刷法がある。この方
法では、熱硬化型の樹脂に顔料を分散し、印刷を３回繰
り返すことにより、Ｒ、Ｇ、Ｂを塗り分けた後、樹脂を
熱硬化させることにより当該３色の着色部を形成する。
また、いずれの方法においても、着色部上に保護層を形
成するのが一般的である。

【０００７】これらの方法に共通している点は、Ｒ、
Ｇ、Ｂの３色の着色部を形成するために、同一工程を３
回繰り返す必要があり、コスト高になることである。ま
た、工程数が多いほど歩留まりが低下するという問題も
有している。さらに、電着法においては、形成可能なパ
ターン形状が限定されるため、現状の技術ではＴＦＴ型
（ＴＦＴ、即ち薄膜トランジスタをスイッチングに用い
たアクティブマトリクス駆動方式）の液晶素子には適用
が難しい。また、印刷法は、解像性、平滑性が悪いた
め、ファインピッチのパターン形成は困難である。

【０００８】これらの欠点を補うべく、特開昭５９−７
５２０５号公報、特開昭６３−２３５９０１号公報或い
は特開平１−２１７３２０号公報等には、インクジェッ
ト方式を用いてカラーフィルタを製造する方法が開示さ
れている。この方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色剤をそ
れぞれ含有するインクをインクジェット方式で基板上に
付与して着色部を形成するものであり、当該３色の着色
部の形成を１工程で行うことができることから、大幅な
製造工程の簡略化と大幅なコストダウン効果を得ること
ができる。

【０００９】図９にインクジェット方式によるカラーフ
ィルタの着色工程の様子を模式的に示す。図中、１は透
明基板上に形成したブラックマトリクスであり、複数の
開口部２を有している。当該工程では、少なくともこの
開口部２にインクを付与して着色し、着色部を形成す
る。９１ａ〜９１ｃはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色のイン
クを付与するためのインクジェットヘッドであり、それ
ぞれ複数のノズル９２を直線状に配置してなる。各イン
クジェットヘッド９１ａ〜９１ｃは、図中の矢印方向に
走査させながら各ノズルからインクを吐出するが、その
際、インクジェットヘッドを走査方向に対して直交する
方向に対して傾け、インクを吐出するノズルを選択する
（図９においては４個おきのノズルを選択する）ことに
より、選択したノズル９２のピッチをカラーフィルタの
同色の着色部の配列ピッチに対応させる。

【００１０】インクジェット方式によれば、図９に示し
たように、複数のノズルを備えたインクジェットヘッド
をＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応して複数本用いることで、複
数色及び複数列の開口部２に１走査で同時にインクを付
与することができる。また、インクジェットヘッドを走
査方向とは直交する方向にずらせることにより、サイズ
の異なるカラーフィルタであっても、同じ装置で着色す
ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インク
ジェット方式の場合、インクを吐出するインクジェット
ヘッドを一定時間休止させた後に再びインク吐出を開始
した場合、１回に吐出されるインク吐出量や吐出された
インクの着弾位置精度が不安定になり、カラーフィルタ
のような高精細なパターンを着色しようとすると、イン
クが所定の被着色部内に着弾しなかったり、インクの吐
出量が多すぎて隣接する被着色部に吐出されたインクと
混じり合って混色を生じたり、或いは、インク量が少な
すぎて所望の被着色部を着色できず、色ムラや白抜けを
発生するという問題があった。

【００１２】このような問題を解決すべく、特開平９−
１０１４１０号公報、特開平１０−７３７０９号公報
に、インク吐出開始時のインク吐出量、着弾位置精度の
安定化を図る方法が開示されている。具体的には、液晶
素子を構成した際に表示に関わる有効画素領域の外側に
予備吐領域を設け、有効画素領域の着色に先立って、該
有効画素領域よりは低い密度で該予備吐領域にインクを
吐出して（予備吐）インクの吐出性を安定化させた後に
有効画素領域を着色することで、吐出開始時の不安定な
インク吐出の有効画素領域への影響を回避した方法であ
る。

【００１３】吐出開始時の不安定なインク吐出の影響を
避けるためには、予備吐領域に吐出するインクの吐出回
数をできるだけ多くしなければならないが、インク量が
多くなると混色を発生しやすく、予備吐領域で生じた混
色が有効画素領域に及ぶのを避けるには、逆に予備吐領
域に吐出するインク量をなるべく低減する必要がある。

【００１４】本発明の課題は、上記問題を解決し、イン
クジェット方式によるカラーフィルタの製造方法におい
て、インク吐出開始時の吐出安定化を予備吐を用いて効
率よく図り、信頼性の高いカラーフィルタをより歩留ま
り良く提供することにあり、さらには、該カラーフィル
タを用いて、カラー表示特性に優れた液晶素子をより安
価に提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、透明基
板上に、インクジェットヘッドよりインクを吐出して着
色部を形成するカラーフィルタの製造方法であって、透
明基板上の有効画素領域の相対する一対の端部に隣接し
て予備吐領域を設け、一方の予備吐領域から他方の予備
吐領域に向かってインクジェットヘッドを透明基板に対
して相対的に往復走査してインクを吐出する工程におい
て、走査開始側の予備吐領域ではインク吐出を行い、走
査終了側の予備吐領域にはインクを吐出しないことを特
徴とするカラーフィルタの製造方法である。

【００１６】上記本発明においては、下記の構成を好ま
しい態様として含むものである。インクを吐出した予備
吐領域の着色濃度が有効画素領域の着色濃度とは異な
る。上記予備吐領域の着色濃度を着色する色毎に設定す
る。インクの吐出密度を変えることにより、予備吐領域
と有効画素領域とで着色濃度を変える。１回に吐出する
インク量を変えることにより、予備吐領域と有効画素領
域とで着色濃度を変える。透明基板上に樹脂組成物から
なるインク受容層を形成し、該インク受容層にインクジ
ェット方式によりインクを吐出して着色し、着色部を形
成する。透明基板上に複数の開口部を有する樹脂層を形
成し、該樹脂層の開口部に硬化型インクを吐出して硬化
させ、着色部を形成する。

【００１７】本発明の第二は、透明基板上に複数の着色
部を少なくとも有し、上記本発明のカラーフィルタの製
造方法により製造されたことを特徴とするカラーフィル
タであり、本発明の第三は、一対の基板間に液晶を挟持
してなり、一方の基板が上記本発明のカラーフィルタを
用いて構成されたことを特徴とする液晶素子である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、透明基板に対してイン
クジェットヘッドを相対的に走査させながらインクを吐
出させてカラーフィルタを製造する方法において、有効
画素領域の両端に予備吐領域を設け、インクジェットヘ
ッドを透明基板に対して往復走査させ、各走査におい
て、走査開始側の予備吐領域にインクを吐出することに
より、インク吐出開始時の吐出安定化を図ると同時に、
走査終了側の予備吐領域にはインクを吐出しないことに
より、各予備吐領域に吐出するインク量を低減して、該
領域で発生する混色を防止し、且つ、使用するインク量
の低減を図ることができる。

【００１９】図１に、本発明の製造方法における着色工
程の様子を模式的に示す。図中、１は透明基板上に形成
されたブラックマトリクス、２はブラックマトリクス１
の開口部、３ａ〜３ｃはＲ、Ｇ、Ｂの各インク滴であ
る。尚、先に図９において説明したように、インクジェ
ット方式によるカラーフィルタの製造方法においては、
複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用い、複
数の着色部列を平行して同時に着色するが、図１におい
ては、便宜上、各走査でＲ、Ｇ、Ｂ各１列の着色部列を
同時に着色するものとする。

【００２０】本発明においては、図１に示すように、有
効画素領域の相対する一対の端部に隣接して予備吐領域
Ａ，Ｂを設け、一方の予備吐領域から他方の予備吐領域
に向かってインクジェットヘッドを相対的に走査させな
がら、該ヘッドより基板に向けてインクを吐出する。本
発明においては、当該走査を基板に対して往復で行うた
め、予備吐領域ＡからＢへの走査（走査方向Ｐ）とＢか
らＡへの走査（走査方向Ｑ）を順次行う。図１において
は、各走査で付与したインク滴３ａ〜３ｃの様子を走査
方向に直交する方向にずらせて（走査方向Ｐでの走査の
インク滴を紙面左側に、走査方向Ｑでの走査のインク滴
を紙面右側に）示す。各走査においては、走査開始側の
予備吐領域、即ち、走査方向Ｐの場合は予備吐領域Ａ、
走査方向Ｑの場合は予備吐領域Ｂにのみインクを吐出し
て予備吐を行い、走査終了側の予備吐領域にはインクを
吐出しない。

【００２１】従来、製造タクト短縮のため、複数の走査
領域の着色走査を走査方向を順次逆転させながら往復両
方向で行う場合もあったが、インク吐出タイミングを制
御する画像パターンを往復両方向で一致させていたた
め、有効画素領域の両端の予備吐領域にインクを吐出し
ていた。これに対して本発明では、走査開始側でのみ予
備吐を行うため、予備吐領域に付与されるインク総量は
半減し、混色の発生は大幅に低減される。或いは、混色
の発生しない範囲で、予備吐領域へのインク吐出回数を
増やす、もしくは、予備吐領域の走査方向の幅を狭くす
ることができる。

【００２２】また、前記したように、上記予備吐領域で
発生する混色を回避し、インクの使用量を低減する上
で、予備吐領域Ａ，Ｂに吐出するインク量は、吐出が安
定化される範囲内で少ない方が良く、よって、予備吐領
域Ａ，Ｂに吐出するインクの吐出密度や１回に吐出する
インク量を、有効画素領域とは異なる着色濃度に設定し
ても良い。また、この設定は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎に、さ
らには、同時にインクを吐出するインクジェットヘッド
のノズル毎に独立して行っても良い。図１は、予備吐領
域に吐出するインクの吐出密度を有効画素領域よりも小
さくし、且つ、Ｒインク３ａ、Ｂインク３ｃについては
Ｇインク３ｂよりもさらに吐出密度を小さく設定した例
である。

【００２３】本発明にかかるインクジェット方式による
カラーフィルタの製造方法の基本工程について説明す
る。インクジェット方式によるカラーフィルタの製造方
法には、透明基板上に樹脂組成物からなるインク受容
層を形成し、該インク受容層にインクジェット方式によ
りインクを付与して着色し、着色部を形成する方法と、透明基板上に開口部を有する遮光層を形成し、該遮光
層の開口部に硬化型インクを付与して硬化し、着色部を
形成する方法とがある。先ず、上記の方法について図
２を用いて説明する。

【００２４】図２はインクジェット方式によるカラーフ
ィルタの製造工程の一例を示す模式図であり、インクジ
ェットヘッドの走査方向に対して直交する方向の断面模
式図である。図中、１０は透明基板、１１は図１の１に
相当するブラックマトリクス、１２は樹脂組成物からな
るインク受容層、１３はフォトマスク、１４は非着色
部、１５は被着色部、１７はインク、１８は着色部、１
９は保護層である。以下に各工程について説明するが、
図２の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ下記の工程（ａ）〜
（ｄ）に対応する断面模式図である。

【００２５】工程（ａ）透明基板１０上に、必要に応じてブラックマトリクス１
１を形成する。透明基板１０としては、一般にガラスが
用いられるが、カラーフィルタの透明性を損なわず、強
度等必要な特性を備えたものであれば、プラスチック等
も用いることができる。また、ブラックマトリクス１１
はブラックストライプでも良く、その膜厚は、通常０．
１〜０．５μｍ程度であり、透明基板１０上にクロム等
金属をスパッタ或いは蒸着等により成膜し、フォトリソ
工程によりパターニングして得られる。また、ブラック
マトリクス１１はインク受容層１２上に形成しても良
く、金属以外にも黒色樹脂等を用いて形成しても良い。

【００２６】尚、本製造工程においてブラックマトリク
ス１１の開口部（図１の２）は、本発明に係る有効画素
領域に形成されていれば良く、予備吐領域は液晶素子構
成時に表示に関与しないため、当該開口部を形成する必
要はない。むしろ、予備吐領域の表示への影響を防止す
る上では、図１のように該開口部を形成しない方が好ま
しい。

【００２７】次いで、透明基板１０上に全面に樹脂組成
物からなるインク受容層１２を形成する。インク受容層
１２は、後述する工程において着色して着色部１９を形
成するための着色媒体であり、好ましくは、光照射或い
は光照射と熱処理によってインク受容能が変化する感光
性樹脂組成物で形成し、次工程においてパターン露光し
て混色防止のための非着色部１４を形成する。感光性と
しては、ネガ型、ポジ型のいずれでも良く、具体的に
は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹
脂、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチル
セルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセル
ロースなどのセルロース誘導体或いはその変性物、アミ
ド系樹脂、フェノール系樹脂、ポリスチレン系樹脂など
が必要に応じて光開始剤（架橋剤）と併せて用いられ
る。光開始剤としては、重クロム酸塩、ビスアジド化合
物、ラジカル系開始剤、カチオン系開始剤、アニオン系
開始剤等が使用可能であり、さらには、これらの光開始
剤を混合して、或いは他の増感剤と組み合わせて使用す
ることができる。さらに、オニウム塩などの光酸発生剤
を架橋剤として使用することも可能である。本実施形態
は、光照射によりインク受容能を消失（或いは低減）す
る、ネガ型の樹脂組成物を用いた例を示す。

【００２８】上記感光性樹脂組成物は、スピンコート、
ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップ
コート等の方法により透明基板１０上に塗布し、必要に
応じてプリベークしてインク受容層１２とする。インク
受容層１２の厚さは、通常０．３〜３．０μｍ程度であ
る。

【００２９】工程（ｂ）インク受容層１２を感光性樹脂組成物で形成した場合に
は、フォトマスク１３を用いて、インク受容層１２をパ
ターン露光し、露光部分のインク受容能を消失（或いは
低減）せしめて非着色部１４を形成する。当該工程にお
いて露光されなかった領域は被着色部１５となる。非着
色部１４はブラックマトリクス１１に重なる位置に形成
され、特に、ブラックマトリクス１１の開口部境界にお
ける白抜けを防止する観点から、ブラックマトリクス１
１の幅よりも非着色部１４が狭くなるように形成するこ
とが好ましい。さらに、通常は、インクジェットヘッド
の走査方向に対しては同じ色の着色画素（ブラックマト
リクス１１の開口部内の着色部領域）が配置するため、
走査方向に沿ってドット状に配置したブラックマトリク
スの開口部列に対して、非着色部１４を該開口部列を挟
んで平行なストライプ状に形成することで、走査方向に
平行なストライプ状の被着色部１５が形成され、着色時
にインク１７を該被着色部１５に連続して吐出できるた
め、好ましい。

【００３０】また、混色防止効果を高める上で、非着色
部１４が撥インク性を発現するような成分をインク受容
層１２に付与しておくことも好ましく適用される。ま
た、露光によりインク受容能が発現（或いは増加）する
ポジ型の樹脂組成物を用いた場合には、逆のパターンで
露光すればよい。

【００３１】工程（ｃ）インクジェットヘッド（不図示）より、所定の着色パタ
ーンに沿って、所定の色のインク１７を被着色部１５に
吐出し、着色する。

【００３２】また、本発明においてインク受容層１２の
着色に用いられるインク１７は、染料或いは顔料等着色
剤を含有し、吐出時に液状であるものであれば、いずれ
でも好ましく用いられる。

【００３３】工程（ｄ）熱処理或いは光照射等必要な処理を施してインク受容層
全体を硬化させ、非着色部１４と着色部１８からなる着
色層を形成する。

【００３４】さらに、必要に応じて着色層上に保護層１
９を形成し、本発明のカラーフィルタを得る。保護層１
９は光硬化型、熱硬化型、或いは熱・光併用硬化型の樹
脂組成物層、或いは蒸着、スパッタ等によって形成され
た無機膜等を用いることができる。いずれの場合もカラ
ーフィルタとしての透明性を有し、その後のＩＴＯ形成
工程、配向膜形成工程等に耐えるものであれば使用する
ことができる。

【００３５】次に、図３に前記の製造方法の一例の工
程を模式的に示す。図３は、図２と同様に、インクジェ
ットヘッドの走査方向に対して直交する方向の断面模式
図である。図中、３１はブラックマトリクス、３２は硬
化型インク、３３は着色部で、図２と同じ部材には同じ
符号を付して説明を省略する。図３の（ａ）〜（ｃ）は
それぞれ、下記工程（ａ）〜（ｃ）に対応する断面図で
ある。

【００３６】工程（ａ）透明基板１０上に、複数の開口部を有する樹脂層を形成
する。該樹脂層は、インクを収納するための隔壁として
作用する部材であり、本実施形態では該樹脂層を黒色樹
脂で形成し、隣接する着色部３３間を遮光する遮光層を
兼ねたブラックマトリクス３１とした例を示す。このよ
うなブラックマトリクス３１は、黒色顔料含有レジスト
を用い、一般的なフォトリソグラフィによりパターニン
グして形成することができる。また、ブラックマトリク
ス３１には、後述するインク３２を吐出した際の混色を
防止する上で撥インク性を付与しておくのが好ましい。
ブラックマトリクス３１の厚さは隔壁作用及び遮光作用
を考慮すると０．５μｍ以上が好ましい。

【００３７】尚、本製造工程においては、ブラックマト
リクス３１の開口部は後述する硬化型インク３２を付与
するために必要な凹部であるため、図２の工程とは異な
り、当該開口部は本発明に係る予備吐領域にも形成する
必要がある。但し、予備吐領域に形成する開口部の形
状、大きさは有効画素領域と同じである必要はない。

【００３８】工程（ｂ）ブラックマトリクス３１の開口部を被着色部として、イ
ンクジェットヘッド（不図示）より、所定の着色パター
ンに沿って、所定の色の硬化型インク３２を吐出する。

【００３９】本発明において用いられる硬化型インク３
２は、好ましくは硬化型着色樹脂組成物であり、少なく
とも染料或いは顔料等着色剤と、熱処理或いは光照射等
エネルギー付与により硬化する樹脂を含有している。例
えば熱硬化型の樹脂組成物としては、公知の樹脂と架橋
剤の組み合わせが使用でき、具体的には、メラミン樹
脂、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーとメラミ
ン、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリマーと多官能
エポキシ化合物、水酸基或いはカルボキシル基含有ポリ
マーと繊維素反応型化合物、エポキシ樹脂とレゾール型
樹脂、エポキシ樹脂とアミン類、エポキシ樹脂とカルボ
ン酸または酸無水物、エポキシ化合物などが挙げられ
る。また、光硬化型樹脂組成物としては、市販のネガ型
レジストが好適に用いられる。

【００４０】また、上記インクには、種々の溶媒を用い
ることができる。特に、インクジェット方式に用いる場
合の吐出性の面から、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒
が好ましく用いられる。

【００４１】さらに、上記成分の他に必要に応じて所望
の特性を持たせるために、界面活性剤、消泡剤、防腐剤
等を用いることができ、さらに、市販の水溶性染料など
を添加することもできる。

【００４２】また、上記した光或いは熱硬化型樹脂のう
ち、水或いは水溶性有機溶剤に溶解しないものでも安定
に吐出可能なものであれば、水や水溶性有機溶剤以外の
溶媒を用いてもかまわない。また、特に光により重合す
るタイプの硬化性化合物を用いる場合には、染料をモノ
マーに溶解した無溶剤タイプとすることもできる。

【００４３】工程（ｃ）熱処理或いは光照射等必要な処理を施して硬化型インク
３２を硬化させ、着色部３３を形成する。さらに、必要
に応じて着色部３３上に保護層１９を形成し、本発明の
カラーフィルタを得る。

【００４４】次に、図４にインクジェット方式を用いた
カラーフィルタ製造装置の基本的な全体構成を模式的に
示す。図中、４１はカラーフィルタ製造装置、４２は装
置架台、４３は装置架台４２のＸＹθステージ（不図
示）に載せられた基板、４４は基板４３上に形成された
有効画素領域、４５はＲ、Ｇ、Ｂの各色のインクを吐出
するノズルを備えたインクジェットヘッドとこれらを支
持するヘッドマウントとからなるヘッドユニット、４７
はカラーフィルタ製造装置４１の全体動作を制御するコ
ントローラ、４８はコントローラ４７の入出力手段であ
るティーチングペンダント（パーソナルコンピュー
タ）、４９は製造の進行状況及びヘッドの異常の有無等
情報を表示する表示部、５０はカラーフィルタ製造装置
４１の動作を指示する操作部（キーボード）である。ヘ
ッドユニット４５は、カラーフィルタ製造装置４１に着
脱自在に、且つ、水平面内で回動角度を調整可能に装着
されている。

【００４５】図５は、図４のカラーフィルタ製造装置４
１の制御コントローラ４７の構成図である。図中、５１
はティーチングペンダント４８とのデータの受け渡しを
行うインターフェース、５２はカラーフィルタ製造装置
４１の制御を行うＣＰＵ、５３はＣＰＵ５２を動作させ
るための制御プログラムを記憶しているＲＯＭ、５４は
生産情報等を記憶するＲＡＭ、５５はインクジェットヘ
ッドからのインクの吐出を制御する吐出制御部、５６は
カラーフィルタ製造装置４１のＸＹθステージ（不図
示）の動作を制御するステージ制御部である。

【００４６】本発明において用いられるインクジェット
方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体
を用いたバブルジェット（登録商標）タイプ、或いは、
圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能で
あるが、特に、熱エネルギーによりインクの状態変化を
生起させる方式は、着色部の高密度化、高精細化が達成
でき、好ましい。

【００４７】上記熱エネルギーを用いるインクジェット
方式の代表的な構成や原理については、例えば、米国特
許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明
細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが
好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コンテ
ィニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オ
ンデマンド型の場合には、インクが保持されているシー
トや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、着
色パターン情報に対応して、膜沸騰を超える急速な温度
上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加すること
によって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、
インクジェットヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせ
て、結果的にこの駆動信号に１対１で対応したインク内
の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長、
収縮により吐出用開口を介してインクを吐出させて、少
なくとも１つのインク滴を形成する。この駆動信号をパ
ルス形状とすると、即時適切に気泡の成長、収縮が行わ
れるので、特に応答性に優れたインクの吐出が達成で
き、より好ましい。

【００４８】このパルス形状の駆動信号としては、米国
特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号
明細書に記載されているようなものが適している。尚、
上記熱作用面の温度上昇率に関する米国特許第４３１３
１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さ
らに優れた着色走査を行うことができる。

【００４９】インクジェットヘッドの構成としては、上
述の各特許明細書に開示されているような吐出口、液
路、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路また
は直角液流路）の他に熱作用面が屈曲する領域に配置さ
れている構成を開示する米国特許第４４５９６００号明
細書を用いた構成も適宜採用される。加えて、特開昭５
９−１２３６７０号公報に開示された、複数の電気熱変
換体に対して、共通するスロットを電気熱変換体の吐出
部とする構成や、特開昭５９−１３８４６１号公報に開
示された、熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出
部に対応させる構成に基づく構成としても良い。

【００５０】図６に、本発明において用いられるカラー
フィルタ製造装置で使用されるインクジェットヘッドの
一例の構造を模式的に示す。図中、６１は加熱ヒータ、
６２はヒータボード、６３は天板、６４は吐出口、６５
は隔壁、６６はインク液室、６７はインク供給管、６８
は液路である。

【００５１】図６に示すように、本例のインクジェット
ヘッドは、インクを加熱するための複数の加熱ヒータ６
１が形成された基板であるヒータボード６２と、このヒ
ータボード６２の上に被せられる天板６３とから概略構
成されている。天板６３には、複数の吐出口６４が形成
されており、吐出口６４の後方には、この吐出口６４に
連通するトンネル状の液路６８が形成されている。各液
路６８は、隔壁６５により隣接する液路６８と隔絶され
ており、その後方において一つのインク液室６６に共通
に接続されている。インク液室６６には、インク供給管
６７を介してインクが供給され、このインクはインク液
室６６からそれぞれの液路６８に供給される。

【００５２】ヒータボード６２と、天板６３とは、各液
路６８に対応した位置に各加熱ヒータ６１が配置するよ
うに位置合わせされて、図６のような状態に組み立てら
れる。図６においては、二つの加熱ヒータ６１しか示さ
れていないが、加熱ヒータ６１は、それぞれの液路６８
に対応して一つずつ配置されている。図６の構成におい
て、加熱ヒータ６１に所定の駆動パルスを供給すると、
加熱ヒータ６１に接するインクが沸騰して気泡を発生
し、この気泡の体積膨張によりインクが吐出口６４から
押し出されて吐出される。従って、加熱ヒータ６１に加
える駆動パルスを制御、例えば電圧値を制御することに
より気泡の大きさを調整することが可能であり、吐出口
６４から吐出されるインクの体積を自在にコントロール
することができる。

【００５３】次に、上記図６のインクジェットヘッドの
加熱ヒータ６１に加える電力を変化させてインクの吐出
量を制御する方法について、図７を用いて説明する。図
７に示した例は、インクの吐出量を調整するために、加
熱ヒータ６１に２種類の定電圧パルスを印加するように
設定されている。２種類の定電圧パルスとは、図７に示
すようにプレヒートパルス（Ｐ_p）とメインヒートパル
ス（Ｐ_m）（以下、「ヒートパルス」と記す）である。
プレヒートパルスは実際にインクを吐出するに先立っ
て、インクを所定温度に温めるためのパルスであり、イ
ンクを吐出するために必要な最低のパルス幅ｔ₅よりも
短い値に設定されている。従って、このプレヒートパル
スによりインクが吐出されることはない。プレヒートパ
ルスを加熱ヒータ６１に加えるのは、インクの初期濃度
を一定温度まで上昇させておくことにより、後に一定の
ヒートパルスを印加したときのインク吐出量を常に一定
にするためである。また、逆にプレヒートパルスの長さ
を調節することにより、予めインクの温度を調節してお
き、同じヒートパルスが印加された場合でも、インクの
吐出量を異ならせることも可能である。また、ヒートパ
ルスの印加に先立ってインクを温めておくことにより、
ヒートパルスを印加したときのインク吐出の時間的な立
ち上がりを早めて応答性を良くする働きも持っている。

【００５４】一方、ヒートパルスは、実際にインクを吐
出させるためのパルスであり、インクを吐出するために
必要な最低のパルス幅ｔ₅よりも長く設定されている。
加熱ヒータ６１が発生するエネルギーは、ヒートパルス
の幅（印加時間）に比例するものであるため、このヒー
トパルスの幅を調節することにより、加熱ヒータ６１の
特性のバラツキを調整することが可能である。

【００５５】尚、プレヒートパルスとヒートパルスとの
間隔を調整して、プレヒートパルスによる熱の拡散状態
を制御することによってもインクの吐出量を調整するこ
とが可能となる。

【００５６】上記の説明から明らかな様に、インクの吐
出量は、プレヒートパルスとヒートパルスの印加時間を
調整することによって制御することも可能であり、ま
た、プレヒートパルスとヒートパルスの印加間隔を調整
することによっても可能である。従って、プレヒートパ
ルス及びヒートパルスの印加時間や印加間隔を必要に応
じて調整することにより、インクの吐出量やインクの吐
出の印加パルスに対する応答性を自在に調節することが
可能となる。

【００５７】次に、このインクの吐出量の調整について
具体的に説明する。

【００５８】図７（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、異なるノ
ズルａ〜ｃに印加するパルスを示している。ここで、ノ
ズルａ〜ｃはそれぞれ同じエネルギーを加えたときのイ
ンク吐出量が、ａ：３６ｐｌ、ｂ：４０ｐｌ、ｃ：４０
ｐｌと異なり、各ノズルに対応する加熱ヒータａ〜ｃの
抵抗値も、ａ：２００Ω、ｂ：２００Ω、ｃ：２１０Ω
と異なっており、各ノズルの吐出量を４０ｐｌとする場
合を説明する。

【００５９】各ノズルのインク吐出量を同じ量に調整す
るためには、プレヒートパルスとヒートパルスの幅を調
整すればよいが、このプレヒートパルスとヒートパルス
の幅の組み合わせには種々のものが考えられる。ここで
は、ヒートパルスにより発生するエネルギー量を３つの
ノズルで同じになるように設定し、吐出量の調整は、プ
レヒートパルスの幅を調整することにより行うものとす
る。

【００６０】先ず、ノズルａの加熱ヒータａとノズルｂ
の加熱ヒータｂの抵抗値は同じ２００Ωであるので、ヒ
ートパルスにより発生するエネルギーを同じにするに
は、加熱ヒータａ、ｂに同じ幅の電圧パルスを印加すれ
ばよい。ここでは電圧パルスの幅を前述したｔ₅より長
いｔ₃に設定する。一方、ノズルａとノズルｂとは、同
じエネルギーを加えた時の吐出量が３６ｐｌと４０ｐｌ
と異なるため、ノズルａの吐出量を多くするために、加
熱ヒータａには加熱ヒータｂのプレヒートパルスの幅ｔ
₁よりも長いｔ₂のプレヒートパルスを加える。このよう
にすれば、ノズルａとノズルｂの吐出量を同じ４０ｐｌ
に揃えることができる。

【００６１】一方、ノズルｃの加熱ヒータｃの抵抗値
は、他の二つの加熱ヒータａ、ｂの抵抗値よりも高い２
１０Ωであるため、加熱ヒータｃから、他の二つの加熱
ヒータと同じエネルギーを発生させるためには、ヒート
パルスの幅を長くする必要がある。そのため、図７では
ヒートパルスの幅をｔ₃よりも長いｔ₄に設定している。
また、プレヒートパルスの幅に関しては、一定エネルギ
ーを加えた時のノズルｂとノズルｃの吐出量が同じであ
るため、加熱ヒータｂと同じにすれば良く、ｔ₁の幅の
プレヒートパルスを加える。

【００６２】以上のようにして、加熱ヒータの抵抗値と
一定エネルギーを加えた時のインク吐出量の異なる３つ
のノズルａ〜ｃから同じ量のインクを吐出させることが
できる。また、同じ手法により、インクの吐出量をノズ
ル毎に意識的に異ならせることも可能である。尚、プレ
ヒートパルスを利用するのは、ノズル毎の吐出のバラツ
キを低減するためである。

【００６３】次に、図８に本発明の液晶素子の一実施形
態の断面模式図を示す。本実施形態は、図２の工程によ
り得られた本発明のカラーフィルタを用いて、ＴＦＴ型
カラー液晶素子を構成した例である。図中、８１は共通
電極、８２，８７は配向膜、８３は液晶、８５は対向基
板、８６は画素電極であり、図２と同じ部材には同じ符
号を付して説明を省略する。

【００６４】カラー液晶素子は、一般的にカラーフィル
タ側の基板１０と対向基板８５とを合わせ込み、液晶８
３を封入することにより形成される。液晶素子の一方の
基板８５の内側に、ＴＦＴ（不図示）と画素電極８６が
マトリクス状に形成されている。また、カラーフィルタ
側の基板１０の内側には、画素電極８６に対向する位置
に、Ｒ、Ｇ、Ｂが配列するように、カラーフィルタの着
色部１８が形成され、その上に透明な共通電極８１が形
成される。ブラックマトリクス１１は、通常カラーフィ
ルタ側に形成されるが、ＢＭオンアレイタイプの液晶素
子等では対向基板８５側に形成される場合もある。さら
に、両基板の面内には配向膜８２，８７が形成されてお
り、液晶分子を一定方向に配列させている。これらの基
板は、スペーサー（不図示）を介して対向配置され、シ
ール材（不図示）によって貼り合わされ、その間隙に液
晶８３が充填される。

【００６５】上記液晶素子は、透過型の場合には、基板
８５及び画素電極８６を透明素材で形成し、それぞれの
基板の外側に偏光板を接着し、一般的に蛍光灯と散乱板
を組み合わせたバックライトを用い、液晶化合物をバッ
クライトの光の透過率を変化させる光シャッターとして
機能させることにより表示を行う。また、反射型の場合
には、基板８５或いは画素電極８６を反射機能を備えた
素材で形成するか、或いは、基板８５上に反射層を設
け、透明基板１０の外側に偏光板を設け、カラーフィル
タ側から入射した光を反射して表示を行う。

【００６６】また、本発明の液晶素子においては、本発
明のカラーフィルタを用いて構成されていれば、他の部
材については従来の技術をそのまま用いることができる
ことは言うまでもない。

【００６７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、予備吐領域で発生した混色の有効画素領域への影響
を防止した上で、予備吐によりインク吐出開始時におけ
るインク吐出性の安定化を図り、さらに、予備吐領域に
吐出するインク量を低減して経済性を向上させることが
できる。よって、本発明によれば、信頼性の高いカラー
フィルタをより歩留まり良く、安価に提供することがで
き、該カラーフィルタを用いて、カラー表示特性に優れ
た液晶素子をより安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法における着
色工程を模式的に示す平面図である。

【図２】インクジェット方式によるカラーフィルタの製
造工程の一例を示す断面模式図である。

【図３】インクジェット方式によるカラーフィルタの製
造工程の他の例を示す断面模式図である。

【図４】インクジェット方式を用いたカラーフィルタ製
造装置の基本的な全体構成の模式図である。

【図５】図４に示したカラーフィルタ製造装置の制御コ
ントローラの構成図である。

【図６】本発明において用いられるカラーフィルタ製造
装置で使用されるインクジェットヘッドの一例の構造を
模式的に示す図である。

【図７】図６のインクジェットヘッドにおける複数のノ
ズルのインク吐出量の調整方法の説明図である。

【図８】本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図で
ある。

【図９】インクジェット方式によるカラーフィルタの着
色工程の様子を示す平面模式図である。

【符号の説明】

１ブラックマトリクス２開口部３、４、５インク滴１０透明基板１１、３１ブラックマトリクス１２インク受容層１３フォトマスク１４非着色部１５被着色部１７インク１８、３３着色部１９保護層３２硬化型インク４１カラーフィルタ製造装置４２装置架台４３基板４４有効画素領域４５ヘッドユニット４７コントローラ４８ティーチングペンダント４９表示部５０操作部５１インターフェース５２ＣＰＵ５３ＲＯＭ５４ＲＡＭ５５吐出制御部５６ステージ制御部６１加熱ヒータ６２ヒータボード６３天板６４吐出口６５隔壁６６インク液室６７インク供給管６８液路８１共通電極８２、８７配向膜８３液晶８５対向基板８６画素電極９１ａ〜９１ｃインクジェットヘッド９２ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C056 EA24 FB01 2H048 BA11 BA64 BB02 BB44 2H091 FA02Y FC12 LA12 LA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、インクジェットヘッドよ
りインクを吐出して着色部を形成するカラーフィルタの
製造方法であって、透明基板上の有効画素領域の相対す
る一対の端部に隣接して予備吐領域を設け、一方の予備
吐領域から他方の予備吐領域に向かってインクジェット
ヘッドを透明基板に対して相対的に往復走査してインク
を吐出する工程において、走査開始側の予備吐領域では
インク吐出を行い、走査終了側の予備吐領域にはインク
を吐出しないことを特徴とするカラーフィルタの製造方
法。
【請求項２】インクを吐出した予備吐領域の着色濃度
が有効画素領域の着色濃度とは異なる請求項１に記載の
カラーフィルタの製造方法。
【請求項３】上記予備吐領域の着色濃度を着色する色
毎に設定する請求項２に記載のカラーフィルタの製造方
法。
【請求項４】インクの吐出密度を変えることにより、
予備吐領域と有効画素領域とで着色濃度を変える請求項
２または３に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】１回に吐出するインク量を変えることに
より、予備吐領域と有効画素領域とで着色濃度を変える
請求項２または３に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】透明基板上に樹脂組成物からなるインク
受容層を形成し、該インク受容層にインクジェット方式
によりインクを吐出して着色し、着色部を形成する請求
項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方
法。
【請求項７】透明基板上に複数の開口部を有する樹脂
層を形成し、該樹脂層の開口部に硬化型インクを吐出し
て硬化させ、着色部を形成する請求項１〜５のいずれか
に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】透明基板上に複数の着色部を少なくとも
有し、請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルタ
の製造方法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９】一対の基板間に液晶を挟持してなり、一
方の基板が請求項８に記載のカラーフィルタを用いて構
成されたことを特徴とする液晶素子。