JP2003159790A

JP2003159790A - インクジェット記録方法

Info

Publication number: JP2003159790A
Application number: JP2001364076A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　　毅; Koji Sone; 浩二曽根
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】着色材料をインクジェットヘッドにより吐出
して着色層を形成するカラーフィルタにおいて、均一な
塗膜を持つ着色層を実現する。【解決手段】インクジェットヘッドが記録媒体を相対
走査しているときは吐出信号を前記ヘッドに印加し、前
記ヘッドが記録媒体以外を相対走査もしくは停止してい
るときは揺動信号を前記ヘッドに印加する。前記揺動信
号は、第１の周波数と第２の周波数とから成り、この第
２の周波数は前記第１の周波数より高い周波数をもつ。
前記ヘッドがクリーニング位置で停止しているときは、
第１の周波数を印加し、前記記録媒体を相対走査する直
前に第２の周波数に切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、着色剤を微細な液
滴にして吐出するインクジェット記録方法およびカラー
フィルタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェットヘッドのノズル部
の乾燥によるインクの粘度上昇を緩和させるためにノズ
ル部とヘッド内のインクに吐出をしない範囲で微振動を
与えることが提案されている。特開昭６１−０３５９６
３ではノズル近傍位置に微小振動を与える振動手段によ
り吐出オリフィス内のインクを振動させることで１発目
の記録信号から確実にインクを吐出させることが提案さ
れている。また、特開平９−１４１８８２では印字待機
時等の非記録時および低温高温環境下での印字における
吐出不良を解決するため印字の有無に関係なく吐出圧力
発生信号でインクを吐出しないでノズル部のメニスカス
を揺動させる信号を与えることが提案されている。ま
た、特開平９−２９０５０５では記録中にインクを吐出
しないノズルの目詰まりを防止するため不吐出ノズルの
圧電振動子に高周波数の交番電界を印加して振動させる
ことが提案されている。

【０００３】また、インクジェット工法を利用したカラ
ーフィルタの製造において、乾燥によりノズル部のイン
クが増粘する前に吐出開始直前に定期的に印字領域外に
てインクを強制排出させたり、公告０５９６７８５では
ガラス基板上のカラーパネル部の直前に予備吐出領域と
なる枠体を形成してインク吐出を安定させるのに必要な
インク吐出を行うことが考案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の方法で単純に微振動を印加した場合、目詰まりは防止
できるものの、インクの粘度上昇が発生し吐出量に変化
を生じる。また記録時に微振動を印加することはヘッド
内で残留振動が起こり吐出ノズルの吐出量が変化すると
いった問題がある。これらの吐出量の変化は吐出量の均
一を要求されるカラーフィルタ塗膜ような印字では問題
となっていた。

【０００５】また、インクの強制排出は必要以上にイン
クを消費してしまううえに印字領域から離れたところで
インク排出を行うため、印字開始時にはまた増粘して着
弾位置ずれが生じた。また予備吐出領域を設定すること
はガラス基板上のパネル取り数やパターン形成に関して
の制約があり、安定吐出をするために十分な領域を確保
できないといった課題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録方法およびカラーフィルタの製造方法は、上記課題
を解決すべくなされたものであり、ヘッドが記録媒体を
相対走査している時は吐出信号を印加し、ヘッドが記録
媒体以外を相対走査もしくは停止している時は揺動信号
を印加するインクジェット記録方法において、揺動信号
が第1の周波数と第２の周波数からなり、ヘッドがクリ
ーニング位置で停止している時は、第1の周波数を印加
し、描画直前の移動時に第２の周波数に切り替える。ま
た前記揺動信号において、第２の周波数は第１の周波数
より高くすることで着弾精度と塗布量の安定した均一な
塗膜を形成する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載のインクジ
ェット記録方法は、インクジェットヘッドの信号電極に
印加される信号がノズルからインク滴を吐出させるため
の吐出信号と、インク滴を吐出させずにノズルとヘッド
内のインクを揺動させる揺動信号とからなるインクジェ
ット記録方法であって、ヘッドが記録媒体を相対走査し
ている時は吐出信号を印加し、ヘッドが記録媒体以外を
相対走査もしくは停止している時は揺動信号を印加して
いることを特徴とするものである。これにより停止時間
中のノズル部の乾燥とヘッド内のインクの粘度上昇を抑
え吐出開始時の着弾位置ずれがなく吐出開始時の吐出量
変化を軽減することができるものである。本発明の請求
項２と請求項３に記載のインクジェットヘッドの駆動方
法は、前記揺動信号が第1の周波数と第２の周波数から
なり、ヘッドがクリーニング位置で停止している時は、
第1の周波数を印加しておき、描画前の移動時に第２の
周波数に切り替えることを特徴とするインクジェットヘ
ッドの駆動方法であり、前記揺動信号において、第２の
周波数は第１の周波数より高くすることでヘッド内のイ
ンクの粘度上昇を抑制するものである。本発明の請求項
４に記載のインクジェットヘッドの駆動方法は、圧電セ
ラミックスの隔壁により隔てられた互いに並行する複数
のチャンネル溝と、前記チャンネル溝の両壁に形成され
た信号電極とチャンネル溝に連通したノズルを有し、イ
ンクチャンネルを膨張復帰させる予備圧力動作パルスと
続いて収縮させる吐出動作パルスの２つの駆動パルスを
信号電極へ印加してインク吐出動作を行うインクジェッ
トヘッドであって、前記揺動パルスが予備圧力動作パル
ス又は吐出動作パルスのどちらか一方のみを駆動させる
ことを特徴とする駆動方法を提示する。この駆動方法で
は揺動信号に従来の吐出波形を利用でき、別途駆動系を
追加する必要がない。

【０００８】本発明の請求項５に記載のインクジェット
ヘッドの駆動方法は、インクジェットヘッドが相対移動
してクリーニング位置から記録媒体に達する時間に応じ
て吐出開始時の信号電極へ印加する吐出パルスの電圧を
画素単位で一定期間変更することを特徴とするものであ
る。これにより透明基板上に形成された表示領域の間隔
により、印字開始時に乾燥の影響で増粘しているノズル
部のインクを廃棄することなく、吐出量も均一な膜厚と
なる画素を形成できる。本発明の請求項６に記載のカラ
ーフィルタはこれら上記記載のインクジェット記録方法
を用いて基板上に設けられた遮光膜により囲まれた領域
に、インクジェットヘッドからインクを吐出して製造さ
れたことを特徴とするもので吐出開始位置での欠陥がな
く均一な塗膜のカラーフィルタを提供する。（実施例）本発明で用いる透明基板は、例えばガラスが
多く用いられる。ガラス基板上に感光性樹脂を用いて遮
光膜を形成した後、露光・現像することで画素枠体が形
成できる。この遮光膜は表示領域内では、画素部分を光
透過開口部になるように形成されており、その表示領域
の周辺領域では、表示領域と同様にパターニングされて
いてもよく、遮光膜が全面に設けられていてもよい。ま
たこの遮光膜の上面は、吐出された着色剤をはじくよう
に撥液処理がなされていることが好ましい。これによ
り、隣接画素内への着色剤の流入が抑制される。

【０００９】インクジェット方式で着色層を形成するに
は、図１に示すように透明基板２を印字装置のステージ
１上に配置し、透明基板２とインクジェットヘッド３と
を相対的に移動させて、所定の画素４内に所定の滴数の
インク液滴を吐出し、カラーフィルタパターンを形成す
る。複数ノズルより吐出されるインクは、ノズルごとに
適正な吐出量となるよう制御される。インクはＲ，Ｇ，
Ｂ３色あるが、単色ずつでも３色同時の印字でも良い。
インクを打ち込んだガラス基板は、ホットプレート、オ
ーブンといった熱乾燥装置や減圧乾燥装置にて溶媒を除
去し、インクの硬化条件にあった方法で硬化させてカラ
ーフィルタ塗膜とする。

【００１０】本発明で用いられる着色層用インクは、色
材に顔料を使用し、塗膜を形成するための樹脂、例えば
アクリル樹脂等の感光性樹脂、その他添加剤からなり、
これらを分散・溶解させるための有機溶剤を含む非水性
インクであるが特に限定はされない。

【００１１】次に本発明で使用したヘッドの構造および
操作について図２および図３を用いて説明する。図２に
ヘッドの構成図を示す。圧電セラミックス５の隔壁によ
り隔てられた互いに並行する複数のチャンネル溝６と、
前記チャンネル溝６の両壁に形成された信号電極７とイ
ンク供給口８を有し前記チャンネル溝６の上壁と接着し
て隔溝とするカバープレート９とチャンネル溝６に連通
したノズル１０を有する。図３にヘッドの断面図を示
す。インクが充填されインク吐出を行うインクチャンネ
ル１１と隣接チャンネル１２の両側壁の上半分まで電極
が蒸着されており、吐出チャンネル１１内の信号電極１
３と隣接チャンネル１２内の共通電極１４の間に電位差
を与えることで隔壁が変形し、その変位量に応じてイン
クを吐出する。図３では共通電極１４に正の電圧を印加
した場合、インクチャンネル１１の容積が収縮する方向
に変形し、信号電極１３に正の電圧を印加した場合、イ
ンクチャンネル１１の容積が膨張する方向に変形する構
成になっている。

【００１２】図４を用いてインク吐出動作を説明する。
図４（ａ）はインクを吐出させる場合の駆動波形を示
す。吐出信号が入力されると時間Ｔ１で信号電極１３に
電圧Ｖが印加されインクチャンネル１１が膨張し、イン
クタンクからインクを供給する。インク供給が完了する
時間Ｔ２で信号電極１３の電圧を０Ｖに復帰させると同
時に共通電極１４に電圧Ｖを印加し、インクチャンネル
１１を収縮して同インクチャンネル１１内のインクをノ
ズルから液滴として吐出する。吐出後、再び共通電極１
４の電圧を０Ｖにしてインクチャンネル１１の容積を元
に戻す。ここでは、信号電極１３に電圧を印加してイン
クチャンネル１１を膨張復帰させる電圧パルスを予備圧
力動作パルスとし、共通電極１４に電圧を印加してイン
クチャンネル１１を収縮復帰させる電圧パルスを吐出動
作パルスとする。このように予備圧力動作パルスと吐出
動作パルスを1回ずつ続けてヘッドに印加することで１
滴のインク吐出動作パルスが完了する。

【００１３】本発明は、インクを吐出しない揺動信号と
して予備圧力パルスまたは吐出動作パルスの片方のみを
ヘッドに印加するものである。図４（ｂ）に揺動信号と
して印加した予備圧力パルスの波形図を示す。同波形の
周波数を実際に０．０１ｋＨｚから８ｋＨｚの間で変化
させて印加してもインクは吐出しないことが確認でき
た。さらにヘッドが記録媒体上にない期間、予備圧力動
作パルスを印字条件と同じ周波数の８ｋＨｚで３００ｓ
ｅｃ間、揺動信号を印加した後の印字においても着弾位
置ずれがなく印字が可能であった。また、予備吐出動作
パルスのみ共通電極１４に印加した場合も同様な結果が
得られた。揺動信号を印加しない場合は２０ｓｅｃの放
置で印字開始の数画素で着弾位置ずれが発生した。この
ように、新たに揺動パルス波形を回路に加えることなく
揺動操作を実現することができた。

【００１４】以下に描画条件を示す。初期条件としてヘ
ッドからのインク吐出条件は吐出速度を５ｍ／ｓｅｃ、
印字周波数を８ｋＨｚに設定した。使用したインクは以
下の組成のインクを使用した。

【００１５】顔料７ｗｔ％樹脂（ＵＶ硬化性アクリルモノマー）２７ｗｔ％重合開始剤３ｗｔ％界面活性剤３ｗｔ％溶媒（グリコールアセテート）６０ｗｔ％透明基板への印字は１セルに対してインク滴を１０滴ず
つ打ち込み、連続で５００セルへ印字を行った。インク
を打ち込んだ透明基板は、６０℃オーブンにて２０分脱
媒した後、窒素雰囲気にてＵＶ照射を行い塗膜を形成し
た。塗膜硬化後、膜厚計にてガラス面から塗膜中央部の
高さを測定し、塗膜厚さとした。揺動信号の印加時間
は、図５（ａ）に示すように描画待機と描画動作の時間
とし、実際の印字装置で想定される時間を考慮して描画
待機を１８０ｓｅｃ、描画位置までの移動を２０ｓｅｃ
とした。揺動信号の周波数は０．１ｋＨｚから８ｋＨｚ
の間で周波数を設定し、描画および膜厚の測定を行っ
た。印字セルに対する塗膜厚さのグラフを図６に示す。
ラインＡは１ｋＨｚ、ラインＢは８ｋＨｚの揺動信号を
印加したグラフである。両者ともに印字開始時の膜厚が
低くなっている。１ｋＨｚの印字は初期が極端に低く、
正常状態への復帰は速い。一方、８ｋＨｚの印字は初期
の低下量は少ないが復帰に時間がかかる。これは１ｋＨ
ｚでは揺動数が少なくインクチャンネルとノズルのイン
ク循環が不十分なため、ノズル周辺のインク粘度が高く
なっているからである。８ｋＨｚではインク循環力は十
分であるが、ピエゾの発熱により乾燥量が増しインクチ
ャンネル内部のインク粘度が平均的に上昇しているため
と推測できる。

【００１６】そこで本発明では、図５（ｂ）に示すよう
に描画待機時に印加する揺動信号の周波数ｆ１は発熱量
の低い１ｋＨｚを印加し、描画位置までの移動動時間に
印加する揺動信号の周波数ｆ２は描画周波数と同じ８ｋ
Ｈｚにして印字を行った。その結果、図６のグラフのラ
インＣに示すように初期セルの膜厚低下を性能上無視で
きるレベルに低下させることができた。（実施例２）次に揺動信号を使用しない場合の請求項４
の実施例を示す。揺動信号を印加しない場合、ヘッドが
クリーニング位置から記録媒体の描画位置までの移動に
要する時間の間にノズル内インクの粘度が上昇し、記録
開始の吐出量低下が発生する。

【００１７】カラーフィルターをインクジェット法で製
作する場合、記録開始時の吐出低下は、パネル内に配置
されたセルの膜厚変化として現れる。図７（ａ）は、セ
ルと膜厚の関係図である。縦軸に膜厚を、横軸に１パネ
ルのセル番号を示す。セルの１番側がヘッドの書き始め
位置である。図中の実線で示すように、補正無しの膜厚
は、約１０セルまで膜厚が復活しないことがわかる。

【００１８】この膜厚変化を解消し、一定膜厚とするた
め、本発明ではヘッドがクリーニング位置から記録媒体
に達する時間に応じて信号電極へ印加する電圧を画素
（セル）単位で変更するものである。

【００１９】図７（ｂ）に信号電極に印加する駆動タイ
ミングを示す。各セルに約１０滴のインクを充填するの
で、図のように第１セルに１０滴の吐出パルスが印加さ
れ、続いて第２セル、第３セルと１パネルを構成するセ
ル数に対して各々１０滴の吐出パルスが印加される手順
と成っている。本発明では、図中の斜線領域のパルスに
示す様に、この１０滴を一塊とするセル単位で電圧調整
を行うものである。

【００２０】セル単位の補正電圧は、図７（ａ）の補正
電圧曲線（破線）で示す様な予め作成済みの電圧と塗膜
厚み相関グラフから補正電圧値を選択する。そして、図
７（ｃ）に示すようにセルと電圧のデータテーブルを作
成する。このテーブルは、ヘッド単位、ノズル単位のい
ずれでも良いが、通常ノズル単位が選択される。データ
テーブルに記載の数値は電圧補正量を表しており、数値
１の変化は電圧０．１Ｖの変化を意味する。

【００２１】吐出周波数８ｋＨｚ，セル間周波数１００
Ｈｚ、補正膜厚１．８μｍで、本発明によるデータテー
ブルを用いた膜厚補正を行った結果、０．０５μ以下の
変動に調整することができた。この様なセル単位の補正
と１滴ごと補正の比較実験も行ったが、両者方法の膜厚
変化にはほとんど差が無く、セル単位の補正で十分対応
できることが分かった。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカラーフ
ィルタの製造方法及びカラーフィルタによれば、インク
ジェットヘッドがクリーニング位置で停止している時
は、吐出信号より低い周波数で揺動信号を印加し、ヘッ
ドが描画のために相対走査を開始して記録媒体上に到達
する間は、停止時の揺動周波数から徐々に吐出信号の周
波数に達するよう周波数の変調を行いながら揺動信号を
印加することにより、着弾精度と塗布量の安定した均一
な塗膜を形成することが可能である。それにより、色ム
ラの少ない均一な色表示の可能なカラーフィルタを高歩
留で生産性よく製造できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット工法によるカラーフィルタの製
造方法の模式図

【図２】本発明に使用したインクジェットヘッドの構造
図

【図３】本発明に使用したインクジェットヘッドの断面
図

【図４】（ａ）インクジェットヘッドのインク吐出時の
駆動波形を示す図（ｂ）本発明に使用した吐出停止時に印加する揺動波形
を示す図

【図５】（ａ）従来の揺動波形の印加パターンを示す図（ｂ）本発明の揺動波形の印加パターンを示す図

【図６】本発明の揺動信号を印加した際の印字セルに対
する塗膜厚さのグラフ

【図７】（ａ）吐出量制御した時の補正電圧と補正前後
の膜厚のグラフ（ｂ）吐出量制御におけるセル単位の電圧制御の駆動波
形を示す図（ｃ）吐出量補正後のデータテーブルを示す図

【符号の説明】

１ステージ２透明基板３インクジェットヘッド４画素５圧電セラミックス６チャンネル溝７信号電極８インク供給口９カバープレート１０ノズル１１インクチャンネル１２隣接チャンネル１３信号電極１４共通電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C056 EA04 EA11 EA14 EA24 EC03 EC04 EC08 EC42 EC43 EC58 EE08 FA10 FB01 2C057 AF23 AF29 AF71 AG45 AJ10 AM03 AM04 AM21 AM22 AM31 AN01 AR06 AR07 AR16 BA03 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクジェットヘッドの信号電極に印加
される信号がノズルからインク滴を吐出させるための吐
出信号と、インク滴を吐出させずにノズルとヘッド内の
インクを揺動させる揺動信号とからなるインクジェット
記録方法であって、ヘッドが記録媒体上で吐出動作にあ
るときは揺動信号を印加せず、ヘッドの移動時および停
止時にのみ揺動信号を印加することを特徴とするインク
ジェット記録方法。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェット記録方
法において、揺動信号が第1の周波数と第２の周波数か
らなり、ヘッドがクリーニング位置で停止している時
は、第1の周波数を印加しておき、描画直前の移動時に
第２の周波数に切り替えることを特徴とするインクジェ
ットヘッドの駆動方法。
【請求項３】前記揺動信号において、第２の周波数は
第１の周波数より高いことを特徴とするインクジェット
ヘッドの駆動方法。
【請求項４】インクジェットヘッドが圧電セラミック
スの隔壁により隔てられた互いに並行する複数のチャン
ネル溝と、前記チャンネル溝の両壁に形成された信号電
極とチャンネル溝に連通したノズルを有し、インクチャ
ンネルを膨張復帰させる予備圧力動作パルスと同インク
チャンネルを収縮復帰させる吐出動作パルスの２つの駆
動パルスを連続して信号電極へ印加してインク吐出を行
うインクジェットヘッドであって、揺動信号が予備圧力
動作パルス又は吐出圧力動作パルスのどちらか一方のみ
を駆動させることを特徴とするインクジェットヘッドの
駆動方法。
【請求項５】インクジェット記録方法において、イン
クジェットヘッドが相対移動してクリーニング位置から
記録媒体に達する時間に応じて、信号電極へ印加する吐
出パルスの電圧を画素単位で一定期間変更することを特
徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項６】基板上に設けられた遮光膜により囲まれ
た領域に、インクジェットヘッドからインクを吐出して
着色層を形成するカラーフィルタの製造方法において、
請求項１〜５に記載のインクジェット記録方法により製
造されたカラーフィルタ。