JP2005172927A - 電気光学装置の製造方法、電気光学装置用基板の製造方法および電気光学装置用基板の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 吐出する色素機能液の吐出量を均一に保つことによって、装置毎の表示特性の変動が少なく、同一表示画面内の表示特性の均一性を保つことができる電気光学装置の製造方法、電気光学装置用基板の製造方法および電気光学装置用基板の製造装置を実現する。
【解決手段】 カラーフィルタ基板を備えた液晶表示装置のカラーフィルタ1のフィルタエレメント3にフィルタエレメント材料を吐出する液滴吐出装置60において、液滴を吐出する吐出ノズル101は、液体導入部107と、液体導入部107に連通する流路108と、流路108の吐出ノズル101の先端付近に形成されたオリフィス109と、オリフィス109によって流路108と分離して形成された計量室110とを有している電気光学装置用基板の製造方法である。
【選択図】 図8
【解決手段】 カラーフィルタ基板を備えた液晶表示装置のカラーフィルタ1のフィルタエレメント3にフィルタエレメント材料を吐出する液滴吐出装置60において、液滴を吐出する吐出ノズル101は、液体導入部107と、液体導入部107に連通する流路108と、流路108の吐出ノズル101の先端付近に形成されたオリフィス109と、オリフィス109によって流路108と分離して形成された計量室110とを有している電気光学装置用基板の製造方法である。
【選択図】 図8
Description
本発明は、液晶表示装置などの電気光学装置の製造方法に係り、特にその電気光学装置用基板の製造方法および電気光学装置用基板の製造装置に関する。
近年、携帯電話機などの電子機器の表示部に、液晶などの電気光学物質の電気光学的な変化を利用して表示を行う電気光学装置(例えば液晶表示装置)が広く用いられている。また、これらの電気光学装置は、フルカラー表示を行えるようになっているものが多くなっている。フルカラー表示は、液晶表示装置におけるカラーフィルターのフィルター層や、EL装置における蛍光層のような着色層を有する電気光学装置用基板を用いて着色光を発生することで実現されている。
電気光学装置用基板は、ガラスやプラスチックなどの透明材料で形成された基材(基板)上にドット状の複数種の着色層を配列して形成されている。この着色層のドットを形成する場合に、フォトリソグラフィー法を用いることは知られている。しかしながらこのフォトリソグラフィー法を用いる場合には、工程が複雑であることや、各着色層の材料やフォトレジストなどを多量に消費するためコストが高くなるなどといった問題があった。
この問題を解決するために、乾燥させることによって着色層を形成できる色素機能液の液滴をドット状に吐出することによって、ドット状配列の着色層を形成する方法が提案されている。
この種の吐出ヘッドとして、吐出ヘッドを急激に微小移動退避させ、そのときの吐出ヘッド内の液体に働く慣性力を利用して吐出口から液滴を吐出する慣性吐出ヘッドが知られている(特許文献1及び2参照)。
特開2001−228162号公報
特開2002−181839号公報
しかしながら、慣性吐出ヘッドの吐出量は、吐出口径や流路形状や微小移動特性などで決まるが、ヘッドによって機械的に定まる吐出口径や流路形状とは異なり、微小移動特性は駆動電圧波形などによって決まるため吐出1回の吐出量がばらつきやすいという問題があった。電気光学装置用基板においては、着色層の厚さによって発光する光の特性が変化するため、各電気光学装置用基板毎の着色層の厚さがばらつくと、各電気光学装置用基板毎に特性がばらつき目標とする表示特性が得られない可能性がある。また、同一電気光学装置用基板内の各着色層の厚さがばらつくと、同一表示画面内の表示特性の均一性が損なわれる可能性がある。着色層の厚さは基板上に吐出された色素機能液の量によって定まる。従って、着色層の厚さを決める色素機能液の吐出量の精度は、電気光学装置用基板や電気光学装置用基板を備えた電気光学装置の表示特性に影響を与える重要な要素である。
そこで、本発明は、吐出する色素機能液の吐出量を均一に保つことによって、装置毎の表示特性の変動が少なく、同一表示画面内の表示特性の均一性を保つことができる電気光学装置の製造方法、電気光学装置用基板の製造方法および電気光学装置用基板の製造装置を実現することを目的とする。
本発明の電気光学装置用基板の製造方法は、基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造方法であって、色素機能液を基板の上に吐出する吐出装置の吐出ノズルの先端に設けられた計量室に、色素機能液を充填する工程と、計量室に充填された色素機能液を基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とする。
また、本発明の電気光学装置用基板の製造装置は、基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造装置であって、色素機能液を電気光学装置用基板の基材上に吐出する吐出装置を備え、吐出装置は、色素機能液を吐出する吐出ノズルと、吐出ノズルの先端に形成された計量室と、計量室に充填された色素機能液を電気光学装置用基板の所定領域に吐出する吐出手段とを有することを特徴とする。
本発明の構成および方法によれば、色素機能液が計量室に充填され、充填された色素機能液が吐出されるため、精度良く計量された色素機能液が吐出され、吐出量が精度良く再現される。つまり、吐出ノズル先端に設けられた計量室に充填された量に見合った吐出量で色素機能液が吐出される。従って、吐出量のばらつきが抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
本発明の電気光学装置用基板の製造方法は、基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造方法であって、色素機能液を基板の上に吐出する吐出装置に設けられた液粒形成部材の吐出口に色素機能液の液粒を形成する工程と、液粒形成部材から液粒を切離して、基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とする。
また、本発明の電気光学装置用基板の製造装置は、基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造装置であって、色素機能液を電気光学装置用基板の基材上に吐出する吐出装置を備え、吐出装置は、色素機能液の液粒を形成する液粒形成部材と、液粒形成部材に液粒を形成するために吐出装置内の色素機能液収容室内の色素機能液を加圧する加圧手段と、液粒形成部材に形成された色素機能液の液粒を切離して電気光学装置用基板の所定領域に吐出する吐出手段とを有することを特徴とする。
本発明の構成および方法によれば、一定量の液粒が形成されるため、吐出量が精度良く再現される。液粒は分離されやすい状態であるため、液粒が切り離されて吐出した際の液滴の容積は精度良く再現される。従って、吐出量のばらつきが抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
この場合、電気光学装置用基板の製造方法であって、一回の吐出量を測定する工程と、測定した一回の吐出量から一つの所定領域に必要な吐出回数を計算する工程とを有するとともに、計算された必要な吐出回数に基づいて、請求項1または2に記載の各工程を繰返し、繰返し数によって一つの所定領域に必要な吐出量を制御することが好ましい。
この構成によれば、所定領域に色素機能液塗布するに当り、複数回に分けて吐出を行うこととし、1回の吐出量に応じてその吐出回数を決めることにより、吐出回数で所定吐出量(塗布量)を制御する。このため、所定吐出量の誤差は1回の吐出量の1/2以下になり、吐出回数を増やすことによって所定吐出量の精度を上げることができる。
この場合、電気光学装置用基板の製造方法であって、計量室は、吐出ノズルの吐出側端部に設けられてなり、計量室と色素機能液の流路との間にオリフィスが設けられてなることが好ましい。
この構成によれば、計量室に充填された色素機能液を分離させる際に、オリフィスが計量室に流入しようとする色素機能液の抵抗となるため、計量室内の色素機能液のみが吐出され、精度良く計量された色素機能液が吐出される。従って、吐出量の変動が抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
この場合、電気光学装置用基板の製造方法であって、吐出装置は、複数の吐出ノズルまたは液粒形成部材を備え、複数の吐出ノズルまたは液粒形成部材から色素機能液を一度に吐出することが好ましい。
この構成によれば、多数の吐出ノズルまたは液粒形成部材を一時に使用できるため、広範囲に効率よく色素機能液を吐出することができる。
この場合、電気光学装置用基板の製造方法であって、吐出ノズルは交換可能であって、必要な吐出量に応じた容量の計量室を有する吐出ノズルを使用することが好ましい。
この構成によれば、吐出ノズルを交換するだけで計量室の容積を変更することができ、吐出される液滴の体積を容易に変更することができる。また、液粒形成部材を交換するだけで液粒形成能力を変更することができ、形成できる液粒の体積を容易に変更することができる。よって、電気光学装置用基板の着色層の面積に応じた適切な吐出量に容易に対応することができる。
本発明による電気光学装置の製造方法は、上記した電気光学装置用基板の製造方法を含むことを特徴とする。
この方法によれば、吐出する色素機能液の吐出量を均一に保つことによって、基板毎の表示特性の変動が少なく、同一表示画面内の表示特性の均一性を保つことができる電気光学装置用基板の製造方法を含むため、装置毎の表示特性の変動が少なく、同一表示画面内の表示特性の均一性を保つことができる電気光学装置が実現できる。
この場合、電気光学装置用基板の製造装置であって、吐出手段は、吐出ノズルまたは液粒形成部材に液粒を分離可能な加速度を付与する加速手段を備えたことが好ましい。
この構成によれば、計量された機能液を保持している吐出ノズルまたは液粒を形成し保持している液粒形成部材を急激に微小移動することによって、計量された機能液または液粒に作用する慣性力を利用して、吐出ノズルから計量された機能液を、液粒形成部材から液粒を、切り離して、液滴として吐出することができる。
この場合、電気光学装置用基板の製造装置であって、吐出ノズルが電気光学装置用基板の所定領域に対向するように、吐出ノズルまたは液粒形成部材と電気光学装置用基板の少なくとも一方を移動させる位置決め機構を備えたことが好ましい。
この構成によれば、吐出ノズルが電気光学装置用基板の所定領域に対向するように、吐出ノズルまたは液粒形成部材と電気光学装置用基板の少なくとも一方を移動させて、吐出ノズルまたは液粒形成部材が電気光学装置用基板の所定領域に対向する。従って、吐出ノズルまたは液粒形成部材から吐出される色素機能液滴を電気光学装置用基板の所定領域に確実に滴下することができる。
以下に、添付図面を参照して本発明に係る電気光学装置の製造方法、電気光学装置用基板の製造方法および電気光学装置用基板の製造装置の実施形態について詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、電気光学装置の一種である液晶表示装置に関するものであるが、本発明は、液晶表示装置に限らず、エレクトロルミネッセンス装置、プラズマディスプレイ装置、フィールドエミッション表示装置などの各種の電気光学装置の製造装置及び製造方法に用いることができるものである。
(第1の実施形態)
最初に、本発明の製造装置及び製造方法を説明するのに先立って、それらの製造方法等によって製造される電気光学装置の一例である液晶表示装置の電気光学装置用基板であるカラーフィルタ基板の構成について説明する。図1(a)はカラーフィルタの一実施形態の平面構造を模式的に示している。また、図3(d)は図1(a)のA−A線に従った断面構造を示している。図2は、フィルタエレメントの配列パターンを示している。
最初に、本発明の製造装置及び製造方法を説明するのに先立って、それらの製造方法等によって製造される電気光学装置の一例である液晶表示装置の電気光学装置用基板であるカラーフィルタ基板の構成について説明する。図1(a)はカラーフィルタの一実施形態の平面構造を模式的に示している。また、図3(d)は図1(a)のA−A線に従った断面構造を示している。図2は、フィルタエレメントの配列パターンを示している。
本実施形態のカラーフィルタ1は、ガラス、プラスチック等によって形成された方形状の基板2の表面に複数のフィルタエレメント3をドットパターン状、本実施形態ではドットマトリクス状に形成し、さらに図3(d)に示すように、その上に保護膜4を積層することによって形成されている。なお、図1(a)は保護膜4を取り除いた状態のカラーフィルタ1を平面的に示している。
フィルタエレメント3は、透光性のない樹脂材料によって格子状のパターンに形成された隔壁6によって区画されてドットマトリクス状に並んだ複数の方形状の領域を色材で埋めることによって形成される。また、これらのフィルタエレメント3は、それぞれが、R(赤)、G(緑)、B(青)のうちのいずれか1色の色材によって形成され、それらの各色フィルタエレメント3が所定の配列に並べられている。この配列としては、例えば、図2(a)に示すストライプ配列、図2(b)に示すモザイク配列、図2(c)に示すデルタ配列等が知られている。
ストライプ配列は、マトリクスの縦列が全て同色になる配色である。モザイク配列は、縦横の直線上に並んだ任意の3つのフィルタエレメント3がR,G,Bの3色となる配色である。そして、デルタ配列は、フィルタエレメント3の配置を段違いにし、任意の隣接する3つのフィルタエレメント3がR,G,Bの3色となる配色である。
カラーフィルタ1の大きさは、例えば、1.8インチである。また、1個のフィルタエレメント3の大きさは、例えば、30μm×100μmである。また、各フィルタエレメント3の間の間隔、いわゆるエレメント間ピッチは、例えば、75μmである。
本実施形態のカラーフィルタ1をフルカラー表示のための光学要素として用いる場合には、R,G,B3個のフィルタエレメント3を1つのユニットとして1つの画素を形成し、1画素内のR,G,Bのいずれか1つ又はそれらの組み合わせに光を選択的に通過させることにより、フルカラー表示を行う。このとき、透光性のない樹脂材料によって形成された隔壁6はブラックマトリクスとして作用する。
上記のカラーフィルタ1は、例えば、図1(b)に示すような大面積のマザー基板12から切り出される。具体的には、まず、マザー基板12内に設定された複数のカラーフィルタ形成領域11のそれぞれの表面にカラーフィルタ1の1個分のパターンを形成し、さらにそれらのカラーフィルタ形成領域11の周りに切断用の溝を形成する。さらに、それらの溝に沿ってマザー基板12を切断することにより、個々のカラーフィルタ1が形成される。
以下、図1(a)に示すカラーフィルタ1を製造する製造方法について説明する。図3はカラーフィルタ1の製造方法を工程順に模式的に示している。まず、マザー基板12の表面に透光性のない樹脂材料によって隔壁6を矢印B方向から見て格子状パターンに形成する。格子状パターンの格子穴の部分はフィルタエレメント3が形成される領域、すなわちフィルタエレメント領域である。この隔壁6によって形成される個々のフィルタエレメント領域7の矢印B方向から見た場合の平面寸法は、例えば30μm×100μm程度に形成される。このフィルタエレメント領域7に、フィルタエレメント材料を溶媒で溶いた色素機能液であるフィルタエレメント材料液9を充填し、フィルタエレメント材料液9の溶媒を蒸発させて、フィルタエレメント3を形成する。
隔壁6は、フィルタエレメント領域7に供給されるフィルタエレメント材料液9の流動を阻止する機能及びブラックマトリクスの機能を併せて有する。また、隔壁6は任意のパターニング手法、例えばフォトリソグラフィー法によって形成され、さらに必要に応じてヒータによって加熱されて焼成される。
隔壁6の形成後、図3(b)に示すように、フィルタエレメント材料液9の液滴8を各フィルタエレメント領域7に供給することにより、各フィルタエレメント領域7にフィルタエレメント材料液9を充填する。図3(b)において、符号9RはR(赤)の色を有するフィルタエレメント材料液9を示し、符号9GはG(緑)の色を有するフィルタエレメント材料液9を示し、そして符号9BはB(青)の色を有するフィルタエレメント材料液9を示している。
各フィルタエレメント領域7に所定量のフィルタエレメント材料液9が充填されると、ヒータによってマザー基板12を例えば70℃程度に加熱して、フィルタエレメント材料液9の溶媒を蒸発させる。この蒸発により、図3(c)に示すようにフィルタエレメント材料液9の体積が減少し、平坦化する。体積の減少が激しい場合には、カラーフィルタとして十分な膜厚が得られるまで、フィルタエレメント材料液9の液滴8の供給とその液滴の加熱とを繰り返して実行する。以上の処理により、最終的にフィルタエレメント材料の固形分のみが残留して膜化し、これにより、希望する各色フィルタエレメント3が形成される。
以上によりフィルタエレメント3が形成された後、それらのフィルタエレメント3を完全に乾燥させるために、所定の温度で所定時間の加熱処理を実行する。その後、例えば、スピンコート法、ロールコート法、ディッピング法、又はインクジェット法等といった適宜の手法を用いて保護膜4を形成する。この保護膜4は、フィルタエレメント3等の保護及びカラーフィルタ1の表面の平坦化のために形成される。
次に、電気光学装置用基板である上記したカラーフィルタ基板を備えた電気光学装置である液晶表示装置の構成及び製造方法について説明する。図4は、本発明に係る液晶表示装置の製造方法によって製造される液晶表示装置の一実施形態の分解斜視図であり、図5は、図4におけるA−A線に従った液晶表示装置の断面の断面図である。また、図6は、本発明に係る液晶表示装置の製造方法の一実施形態のフローチャートである。
液晶表示装置の製造方法の説明に先立って、まず、その製造方法によって製造される液晶表示装置をその一例を挙げて説明する。なお、本実施形態の液晶表示装置は、単純マトリクス方式でフルカラー表示を行う半透過反射方式の液晶表示装置である。図4において、液晶表示装置21は、液晶パネル22に半導体チップとしての液晶駆動用IC23a及び23bを実装し、配線接続要素としてのFPC(Flexible Printed Circuit)24を液晶パネル22に接続し、さらに液晶パネル22の裏面側に照明装置26をバックライトとして設けることによって形成される。
液晶パネル22は、第1基板27aと第2基板27bとをシール材28を介して貼り合わせることによって形成される。シール材28は、例えば、スクリーン印刷等によってエポキシ系樹脂を第1基板27a又は第2基板27bの内側表面に環状に付着させることによって形成される。また、シール材28の内部には、導電性材料によって球状又は円筒状に形成された導通材29(図5参照)が分散状態で含まれる。
図4において、第1基板27aは透明なガラスや、透明なプラスチック等によって形成された板状の基材31aを有する。この基材31aの内側表面(図5の上側表面)には反射膜32が形成され、その上に絶縁膜33が積層され、その上に第1電極34aが矢印D方向から見てストライプ状(図4参照)に形成され、さらにその上に配向膜36aが形成される。また、基材31aの外側表面(図5の下側表面)には偏光板37aが貼着等によって装着される。
図4では第1電極34aの配列を分かり易く示すために、それらのストライプ間隔を実際よりも大幅に広く描いており、よって、第1電極34aの本数が少なく描かれているが、実際には、第1電極34aはより多数本が基材31a上に形成される。
図5において、第2基板27bは透明なガラスや、透明なプラスチック等によって形成された板状の基材31bを有する。この基材31bの内側表面(図5の下側表面)にはカラーフィルタ38が形成され、その上に第2電極34bが上記第1電極34aと直交する方向へ矢印D方向から見てストライプ状(図4参照)に形成され、さらにその上に配向膜36bが形成される。また、基材31bの外側表面(図5の上側表面)には偏光板37bが貼着等によって装着される。
図4では、第2電極34bの配列を分かりやすく示すために、第1電極34aの場合と同様に、それらのストライプ間隔を実際よりも大幅に広く描いており、よって、第2電極34bの本数が少なく描かれているが、実際には、第2電極34bはより多数本が基材31b上に形成される。
図5において、第1基板27a、第2基板27b及びシール材28によって囲まれる間隙、いわゆるセルギャップ内には液晶、例えばSTN(Super Twisted Nematic)液晶Lが封入されている。第1基板27a又は第2基板27bの内側表面には微小で球形のスペーサ39が多数分散され、これらのスペーサ39がセルギャップ内に存在することによりそのセルギャップの厚さが均一に維持される。
第1電極34aと第2電極34bとは互いに直交関係に配置され、それらの交差点は図5の矢印D方向から見てドット・マトリクス状に配列する。そして、そのドット・マトリクス状の各交差点が1つの絵素ピクセルを構成する。カラーフィルタ38は、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色要素を矢印D方向から見て所定のパターン、例えば、ストライプ配列、デルタ配列、モザイク配列等のパターン(図2参照)で配列させることによって形成されている。上記の1つの絵素ピクセルはそれらR,G,Bの各1つずつに対応しており、そしてR,G,B3色の各1絵素ピクセルから成る3絵素ピクセルが1つのユニットになって1画素が構成される。
ドット・マトリクス状に配列される複数の絵素ピクセル、従って画素、を選択的に発光させることにより、液晶パネル22の第2基板27bの外側に文字、数字等といった像が表示される。このようにして像が表示される領域が有効画素領域であり、図4及び図5において矢印Vによって示される平面的な矩形領域が有効表示領域となっている。
図5において、反射膜32はAPC合金、Al(アルミニウム)等といった光反射性材料によって形成され、第1電極34aと第2電極34bとの交差点である各絵素ピクセルに対応する位置に開口41が形成されている。結果的に、開口41は図5の矢印D方向から見て、絵素ピクセルと同じドット・マトリクス状に配列されている。
第1電極34a及び第2電極34bは、例えば、透明導電材であるITO(Indium Tin Oxide)によって形成される。また、配向膜36a及び36bは、ポリイミド系樹脂を一様な厚さの膜状に付着させることによって形成される。これらの配向膜36a及び36bがラビング処理を受けることにより、第1基板27a及び第2基板27bの表面上における液晶分子の初期配向が決定される。
図4において、第1基板27aは第2基板27bよりも広い面積に形成されており、これらの基板をシール材28によって貼り合わせたとき、第1基板27aは第2基板27bの外側へ張り出す基板張出し部27cを有する。そして、この基板張出し部27cには、第1電極34aから延び出る引出し配線34c、シール材28の内部に存在する導通材29(図5参照)を介して第2基板27b上の第2電極34bと導通する引出し配線34d、液晶駆動用IC23aの入力用バンプ、すなわち入力用端子に接続される金属配線34e、そして液晶駆動用IC23bの入力用バンプに接続される金属配線34f等といった各種の配線が適切なパターンで形成される。
本実施形態では、第1電極34aから延びる引出し配線34c及び第2電極34bに導通する引出し配線34dはそれらの電極と同じ材料であるITO、すなわち導電性酸化物によって形成される。また、液晶駆動用IC23a及び23bの入力側の配線である金属配線34e及び34fは電気抵抗値の低い金属材料、例えばAPC合金によって形成される。APC合金は、主としてAgを含み、付随してPd及びCuを含む合金、例えば、Ag98%、Pd1%、Cu1%から成る合金である。
液晶駆動用IC23a及び液晶駆動用IC23bは、ACF(Anisotropic Conductive Film:異方性導電膜)42によって基板張出し部27cの表面に接着されて実装されている。すなわち、本実施形態では基板上に半導体チップが直接に実装される構造の、いわゆるCOG(Chip On Glass)方式の液晶パネルとして形成されている。このCOG方式の実装構造においては、ACF42の内部に含まれる導電粒子によって、液晶駆動用IC23a及び23bの入力側バンプと金属配線34e及び34fとが導電接続され、液晶駆動用IC23a及び23bの出力側バンプと引出し配線34c及び34dとが導電接続される。
図4において、FPC24は、可撓性の樹脂フィルム43と、チップ部品44を含んで構成された回路46と、金属配線端子47とを有する。回路46は樹脂フィルム43の表面に半田付けその他の導電接続手法によって直接に搭載される。また、金属配線端子47はAPC合金、Cr、Cuその他の導電材料によって形成される。FPC24のうち金属配線端子47が形成された部分は、第1基板27aのうち金属配線34e及び金属配線34fが形成された部分にACF42によって接続される。そして、ACF42の内部に含まれる導電粒子の働きにより、基板側の金属配線34e及び34fとFPC側の金属配線端子47とが導通する。
FPC24の反対側の辺端部には外部接続端子51が形成され、この外部接続端子51が図示しない外部回路に接続される。そして、この外部回路から伝送される信号に基づいて液晶駆動用IC23a及び23bが駆動され、第1電極34a及び第2電極34bの一方に走査信号が供給され、他方にデータ信号が供給される。これにより、有効表示領域V内に配列されたドット・マトリクス状の絵素ピクセルが個々のピクセルごとに電圧制御され、その結果、液晶Lの配向が個々の絵素ピクセルごとに制御される。
図4において、いわゆるバックライトとして機能する照明装置26は、図5に示すように、アクリル樹脂等によって構成された導光体52と、その導光体52の光出射面52bに設けられた拡散シート53と、導光体52の光出射面52bの反対面に設けられた反射シート54と、発光源としてのLED(Light Emitting Diode)56とを有する。
LED56はLED基板57に支持され、そのLED基板57は、例えば導光体52と一体に形成された支持部(図示せず)に装着される。LED基板57が支持部の所定位置に装着されることにより、LED56が導光体52の側辺端面である光取込み面52aに対向する位置に置かれる。なお、符号58は液晶パネル22に加わる衝撃を緩衝するための緩衝材を示している。
LED56が発光すると、その光は光取込み面52aから取り込まれて導光体52の内部へ導かれ、反射シート54や導光体52の壁面で反射しながら伝播する間に光出射面52bから拡散シート53を通して外部へ平面光として出射する。
本実施形態の液晶表示装置21は以上のように構成されているので、太陽光、室内光等といった外部光が十分に明るい場合には、図5において、第2基板27b側から外部光が液晶パネル22の内部へ取り込まれ、その光が液晶Lを通過した後に反射膜32で反射して再び液晶Lへ供給される。液晶Lはこれを挟持する第1電極34a及び第2電極34bによってR,G,Bの絵素ピクセルごとに配向制御されており、よって、液晶Lへ供給された光は絵素ピクセルごとに変調され、その変調によって偏光板37bを通過する光と、通過できない光とによって液晶パネル22の外部に文字、数字等といった像が表示される。これにより、反射型の表示が行われる。
他方、外部光の光量が十分に得られない場合には、LED56が発光して導光体52の光出射面52bから平面光が出射され、その光が反射膜32に形成された開口41を通して液晶Lへ供給される。このとき、反射型の表示と同様にして、供給された光が配向制御される液晶Lによって絵素ピクセルごとに変調され、これにより、外部へ像が表示される。これにより、透過型の表示が行われる。
上記構成の液晶表示装置21は、例えば、図6に示す製造方法によって製造される。この製造方法において、工程P1〜工程P6の一連の工程が第1基板27aを形成する工程であり、工程P11〜工程P14の一連の工程が第2基板27bを形成する工程である。第1基板形成工程と第2基板形成工程は、通常、それぞれが独自に行われる。
まず、第1基板形成工程について説明する。透光性ガラス、透光性プラスチック等によって形成された大面積のマザー原料基材の表面に液晶パネル22の複数個分の反射膜32をフォトリソグラフィー法等を用いて形成し、さらにその上に絶縁膜33を周知の成膜法を用いて形成する(工程P1)。次に、フォトリソグラフィー法等を用いて第1電極34a及び引出し配線34c,34d,金属配線34e,34fを形成する(工程P2)。
次に、第1電極34aの上に塗布、印刷等によって配向膜36aを形成し(工程P3)、さらにその配向膜36aに対してラビング処理を施すことにより液晶の初期配向を決定する(工程P4)。次に、例えばスクリーン印刷等によってシール材28を環状に形成し(工程P5)、さらにその上に球状のスペーサ39を分散する(工程P6)。以上により、液晶パネル22の第1基板27a上のパネルパターンを複数個分有する大面積のマザー第1基板が形成される。
以上の第1基板形成工程とは別に、第2基板形成工程(図6の工程P11〜工程P14)を実施する。まず、透光性ガラス、透光性プラスチック等によって形成された大面積のマザー原料基材を用意し、その表面に液晶パネル22の複数個分のカラーフィルタ38を形成する(工程P11)。このカラーフィルタの形成工程は図3に示した製造方法を用いて行われ、その製造方法中のR,G,Bの各色フィルタエレメント3の形成は、後述するように図7に示した液滴吐出装置を用いて図12に示した制御方法に従って実行される。
図3(d)に示すようにマザー基板12すなわちマザー原料基材の上にカラーフィルタ1すなわちカラーフィルタ38が形成されると、次に、フォトリソグラフィー法によって第2電極34bが形成される(工程P12)。さらに塗布、印刷等によって配向膜36bが形成され(工程P13)、さらにその配向膜36bに対してラビング処理が施されて液晶の初期配向が決められる(工程P14)。以上により、液晶パネル22の第2基板27b上のパネルパターンを複数個分有する大面積のマザー第2基板が形成される。
以上により大面積のマザー第1基板及びマザー第2基板が形成された後、それらのマザー基板をシール材28を間に挟んでアライメント、すなわち位置合わせした上で互いに貼り合わせる(工程P21)。これにより、液晶パネル複数個分のパネル部分を含んでいて未だ液晶が封入されていない状態の空のパネル構造体が形成される。
次に、完成した空のパネル構造体の所定位置にスクライブ溝、すなわち切断用溝を形成し、さらにそのスクライブ溝を基準にしてパネル構造体をブレイク、すなわち切断する(工程P22)。これにより、各液晶パネル部分のシール材28の液晶注入用開口30(図4参照)が外部へ露出する状態の、いわゆる短冊状の空のパネル構造体が形成される。
その後、露出した液晶注入用開口30を通して各液晶パネル部分の内部に液晶Lを注入し、さらに各液晶注入用開口30を樹脂等によって封止する(工程P23)。通常の液晶注入処理は、例えば、貯留容器の中に液晶を貯留し、その液晶が貯留された貯留容器と短冊状の空パネルをチャンバー等に入れ、そのチャンバー等を真空状態にしてからそのチャンバーの内部において液晶の中に短冊状の空パネルを浸漬し、その後、チャンバーを大気圧に開放することによって行われる。このとき、空パネルの内部は真空状態であるため、大気圧によって加圧される液晶が液晶注入用開口30を通してパネルの内部へ導入される。液晶注入後の液晶パネル構造体のまわりには液晶が付着するので、液晶注入処理後の短冊状パネルは工程P24において洗浄処理を受ける。
その後、液晶注入及び洗浄が終わった後の短冊状のマザーパネルに対して再び所定位置にスクライブ溝を形成し、さらにそのスクライブ溝を基準にして短冊状パネルを切断することにより、複数個の液晶パネルが個々に切り出される(工程P25)。こうして作製された個々の液晶パネル22に対して図4に示すように、液晶駆動用IC23a,23bを実装し、照明装置26をバックライトとして装着し、さらにFPC24を接続することにより、目標とする液晶表示装置21が完成する(工程P26)。
図7は、フィルタエレメント材料液の供給処理を行う液滴吐出装置の一実施形態の斜視図である。この液滴吐出装置60はR,G,Bのうちの1色、例えばR色のフィルタエレメント材料液9Rを液滴8として、マザー基板12(図1(b)参照)内の各カラーフィルタ形成領域11内の所定位置に吐出して付着させるための装置である。G色のフィルタエレメント材料液9G及びB色のフィルタエレメント材料液9Bのための液滴吐出装置もそれぞれに用意されるが、それらの構造は図7のものと同じにすることができるので、それらについての説明は省略する。
図7において、液滴吐出装置60は、液滴吐出ヘッド62を備えたヘッドユニット66と、液滴吐出ヘッド62の高さを制御するヘッド高さ制御装置67と、マザー基板12を載せるテーブル79の位置を制御する基板位置制御装置68と、液滴吐出ヘッド62を主走査方向(X方向)に移動させる主走査駆動装置69と、テーブル79を副走査方向(Y方向)に移動させる副走査駆動装置71と、マザー基板12を液滴吐出装置60内の所定の作業位置へ供給する基板供給装置73と、色素機能液を液滴吐出ヘッド62に供給する機能液供給装置99と、そして液滴吐出装置60の全般の制御を司るコントロール装置74とを有する。
ヘッド高さ制御装置67、基板位置制御装置68、主走査駆動装置69、機能液供給装置99、そして副走査駆動装置71の各装置はベース63の上に設置される。また、それらの各装置は必要に応じてカバー64によって覆われる。
ヘッド高さ制御装置67は、液滴吐出ヘッド62を上下方向へ平行移動させるZモータ67aを有する。基板位置制御装置68は、マザー基板12を載せるテーブル79と、そのテーブル79を矢印θのように面内回転させるθモータ81とを有する。また、主走査駆動装置69は、主走査方向へ延びるガイドレール82と、パルス駆動されるリニアモータを内蔵したスライダ83とを有する。スライダ83は内蔵するリニアモータである主走査駆動用パルスモータ69aが作動するときにガイドレール82に沿って主走査方向へ平行移動する。
また、副走査駆動装置71は、副走査方向Yへ延びるガイドレール84と、パルス駆動されるリニアモータを内蔵したスライダ86とを有する。スライダ86は内蔵するリニアモータである副走査駆動用パルスモータ71aが作動するときにガイドレール84に沿って副走査方向Yへ平行移動する。
スライダ83やスライダ86内においてパルス駆動されるリニアモータである主走査駆動用パルスモータ69a及び副走査駆動用パルスモータ71aは、該モータに供給するパルス信号によって出力軸の回転角度制御を精細に行うことができ、従って、スライダ83に支持された液滴吐出ヘッド62の主走査方向X上の位置やテーブル79の副走査方向Y上の位置等を高精細に制御できる。なお、液滴吐出ヘッド62やテーブル79の位置制御はパルスモータを用いた位置制御に限られず、サーボモータを用いたフィードバック制御や、その他任意の制御方法によって実現することもできる。
基板供給装置73は、マザー基板12を収容する基板収容部87と、マザー基板12を搬送するロボット88とを有する。ロボット88は、床、地面等といった設置面に置かれる基台89と、基台89に対して昇降移動する昇降軸91と、昇降軸91を中心として回転する第1アーム92と、第1アーム92に対して回転する第2アーム93と、第2アーム93の先端下面に設けられた吸着パッド94とを有する。吸着パッド94は空気吸引等によってマザー基板12を吸着できる。
図7において、主走査駆動装置69によって駆動されて主走査移動する液滴吐出ヘッド62の軌跡下であって副走査駆動装置71の一方の脇位置に、キャッピング装置96及びクリーニング装置97が配設される。また、他方の脇位置に電子天秤98が配設される。さらに、電子天秤98横のベース63上に機能液供給装置99が設置されている。クリーニング装置97は液滴吐出ヘッド62を洗浄するための装置である。電子天秤98は液滴吐出ヘッド62の後述する個々の液滴吐出ヘッド62から吐出される色素機能液であるフィルタエレメント材料液9の液滴8の重量を吐出ノズル101(液滴吐出ヘッド62)ごとに測定する機器である。そして、キャッピング装置96は液滴吐出ヘッド62が待機状態にあるときに吐出ノズル101の乾燥を防止するための装置である。さらに、機能液供給装置99は、色素機能液を液滴吐出ヘッド62に供給するための装置である。
液滴吐出ヘッド62の近傍には、ヘッド用カメラ118が配設されており、そのヘッド用カメラ118と液滴吐出ヘッド62とは一体に移動するようになっている。また、ベース63上に設けた支持装置(図示せず)に支持された基板用カメラ119がマザー基板12を撮影できる位置に配置される。
図8は、液滴吐出ヘッドの断面図であり、図9は機能液供給装置の構成と機能液供給装置と液滴吐出ヘッドの位置関係を示す模式図である。図8に示すように、ヘッドユニット66はユニットプレート102に液滴吐出ヘッド62が固定されている。図8では1本の液滴吐出ヘッド62のみ示しているが、実際には、複数の液滴吐出ヘッド62が並列して、ユニットプレート102に固定されてヘッドユニット66を形成している。
液滴吐出ヘッド62は、ユニットプレート102に液滴吐出ヘッド62を固定するためのねじを有するヘッド基部103と、ヘッド基部103に固定されており、色素機能液を吐出する吐出手段である積層圧電素子104と、積層圧電素子104に対してヘッド基部103と反対から積層圧電素子104に固定されているノズル受け106と、ノズル受け106に着脱自在に取付けられた吐出ノズル101とで構成されている。本実施形態では、吐出ノズル101の上端(吐出口の反対側端)に雌ねじが形成されており、この雌ねじとノズル受け106に形成された雄ねじとで、吐出ノズル101はノズル受け106に着脱自在に取付けられている。
吐出ノズル101は、後述する給液管111に連結された液体導入部107と、液体導入部107に連通する流路(液室)108と、流路108の吐出ノズル101の先端付近に形成されたオリフィス109と、オリフィス109によって流路108と分離して形成された計量室110とを有している。計量室110の内側及び吐出ノズル101の先端には、色素機能液に対して撥液性を有する撥液層を設けてある。積層圧電素子104と吐出ノズル101との間に介在するノズル受け106は剛体として形成されているため、積層圧電素子104の変位により流路108の容積が変化することはなく、また積層圧電素子104の一端は、剛体として形成されているヘッド基部103を介してユニットプレート102に固定されているため、吐出ノズル101全体が積層圧電素子104の伸縮変位に伴い図8の上下方向に微小変位する。ユニットプレート102はヘッド高さ制御装置67に取付けられており、さらにヘッド高さ制御装置67が主走査駆動装置69のスライダ83に固定されていることで、液滴吐出ヘッド62は主走査方向に移動することができる。
上述したように、機能液供給装置99は、ベース63上に設置されている(図7参照)。図9に示すように、機能液供給装置99は、基部をベース63(図9中図示省略)に固定したタンク昇降機構112と、タンク昇降機構112の昇降部の上面に固定されており、色素機能液を貯液する機能液タンク114と、タンク昇降機構112の昇降部を昇降移動させる液タンクモータ115と、機能液タンク114に貯液された色素機能液の液位を検出する液位センサ116,116と、機能液タンク114と液滴吐出ヘッド62の液体導入部107とを接続する給液管111と、給液管111の中間に設けられており、給液管111内の色素機能液の流れを断続する電磁弁117とを有している。機能液タンク114には透明な素材で構成された液位窓114aが形成されており、液位センサ116,116は、液位窓114aを介して、機能液タンク114内に貯液された色素機能液の液位を検出する。
機能液タンク114内の色素機能液の表面の高さである液位と、吐出ノズル101の先端すなわち計量室110の開放端の高さとの高低差aが水頭差である。知られているように、水頭差aに対応する色素機能液の重量が、計量室110の開放端から色素機能液を放出するように作用する圧力(液体が水であれば水圧)となる。一方、計量室110の開放端の径は微小であり、色素機能液の表面張力が色素機能液を計量室110に保持するように作用する。色素機能液の表面張力に対して水頭差aを適当な値に設定することによって、計量室110全体がちょうど色素機能液で満たされるようにすることができる。
水頭差を所定の値aに保つために、液位センサ116が検出した液位が常に一定の位置に保たれるように、液位センサ116の検出値に基づいて液タンクモータ115を駆動させて、タンク昇降機構112を介して機能液タンク114を昇降させる。
次に、上記したような構成を有する液滴吐出装置60を駆動するための電気的構成について説明する。図10は、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気構成ブロック図である。図7に示したコントロール装置74は、マイクロコンピュータ121を収容したコントローラ122と、入力装置としてのキーボード123と、表示装置としてのCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ124とを有する。上記マイクロコンピュータ121は、図10に示すように、演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)125と、各種情報を記憶するメモリすなわち情報記憶媒体であるRAM126aとROM126bとを有している。
図7に示したヘッド高さ制御装置67のZモータ67a、基板位置制御装置68のθモータ81、主走査駆動装置69の主走査駆動用パルスモータ69a、副走査駆動装置71の副走査駆動用パルスモータ71a、液滴吐出ヘッド62内の積層圧電素子104(図8参照)、液タンクモータ115、そして、電磁弁117の各機器は、それぞれ、Zモータドライバ(ヘッド高さ制御装置モータドライバ)67d、θモータドライバ81d、主走査駆動用パルスモータドライバ69d、副走査駆動用パルスモータドライバ71d、ヘッドドライバ104d、液タンクモータドライバ115d、そして、励消磁駆動回路117dを介してCPU125に接続されている。また、液位センサ116、ヘッド用カメラ118、基板用カメラ119、基板供給装置73、入力装置(キーボード123)、CRT124、電子天秤98、クリーニング装置97及びキャッピング装置96の各機器も入出力インターフェース(図示省略)を介してCPU125に接続されている。
メモリは、本実施例のRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory
)等といった半導体メモリや、ハードディスク、CD−ROM読取り装置、ディスク型記憶媒体等といった外部記憶装置等を含む概念であり、機能的には、液滴吐出装置60の動作の制御手順が記述されたプログラムソフトを記憶する記憶領域や、図2に示す各種のR,G,B配列を実現するためのR,G,Bのうちの1色のマザー基板12(図1参照)内における吐出位置を座標データとして記憶するための記憶領域や、図7における副走査方向Yへのマザー基板12の副走査移動量を記憶するための記憶領域や、CPU125のためのワークエリアやテンポラリファイル等として機能する領域や、その他各種の記憶領域が設定される。
)等といった半導体メモリや、ハードディスク、CD−ROM読取り装置、ディスク型記憶媒体等といった外部記憶装置等を含む概念であり、機能的には、液滴吐出装置60の動作の制御手順が記述されたプログラムソフトを記憶する記憶領域や、図2に示す各種のR,G,B配列を実現するためのR,G,Bのうちの1色のマザー基板12(図1参照)内における吐出位置を座標データとして記憶するための記憶領域や、図7における副走査方向Yへのマザー基板12の副走査移動量を記憶するための記憶領域や、CPU125のためのワークエリアやテンポラリファイル等として機能する領域や、その他各種の記憶領域が設定される。
CPU125は、ROM126b内に記憶されたプログラムソフトに従って、マザー基板12に表面の所定位置に色素機能液、すなわちフィルタエレメント材料液9を吐出するための制御を行うものであり、具体的な機能実現部として、クリーニング処理を実現するための演算を行うクリーニング演算部と、キャッピング処理を実現するためのキャッピング演算部と、電子天秤78(図7参照)を用いた重量測定を実現するための演算を行う重量測定演算部と、吐出ヘッドによってフィルタエレメント材料液9を吐出するための演算を行う吐出演算部とを有する。
吐出演算部を詳しく分割すれば、基板用カメラ119からの情報に基づき、マザー基板12を姿勢制御する基材位置決め演算部と、ヘッド用カメラ118からの情報に基づき、液滴吐出ヘッド62を吐出のための初期位置へセットするための吐出開始位置演算部と、液滴吐出ヘッド62を主走査方向Xへ所定の速度で走査移動させるための制御を演算する主走査制御演算部と、マザー基板12を副走査方向Yへ所定の副走査量だけずらせるための制御を演算する副走査制御演算部と、液位センサ116からの検出情報とROM126bまたはRAM126aに記憶された水頭差情報とを比較して液タンクモータ115を制御するための水頭差演算部と、そして、複数の液滴吐出ヘッド62のうちのいずれを作動させて色素機能液すなわちフィルタエレメント材料液9を吐出するかを制御するための演算を行うノズル吐出制御演算部等といった各種の機能演算部を有する。
なお、本実施形態では、上記の各機能をCPU125を用いてソフト的に実現することにしたが、上記の各機能がCPUを用いない単独の電子回路によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
以下、上記構成から成る液滴吐出装置60の動作を説明する。最初に本実施形態の主要部である液滴吐出ヘッド62の吐出動作について説明する。図11は、積層圧電素子駆動電圧波形を示す図であり、図12は液滴吐出ヘッドの吐出動作における状態の変化を示した断面図である。
図11に示すように、積層圧電素子104に印加される電圧Eは、t<t1のときにはE=E0であり、tがt=t1からt=t2の間はE=E0からE=E1に除除に上昇し、t=t2において電圧Eは瞬時にE1からE0に降下する。
図12(a)のt<t1、電圧E=E0のときの吐出ノズル101の先端の位置をAとする。機能液タンク114の液位と吐出ノズル101の先端の位置Aとの水頭差は所定のaになっており、計量室110全体がちょうど色素機能液で満たされている。図12(a)と(b)との中間のt1<t<t2において電圧Eの緩やかな上昇に伴い、液体吐出手段20は図中下方向にゆっくりと変位し、図12(b)のt=t2直前では、積層圧電素子104は電圧E1に対応する変位が生じ、吐出ノズル101先端はBの位置まで降下する。この後、t=t2において電圧Eは瞬時にE1からE0に減少し、吐出ノズル101も電圧Eの減少に伴い急激に図中上方向に変位する。このとき、計量室110内のフィルタエレメント材料液9には、吐出ノズル101の移動方向と反対方向の見かけ上、図12の下方向の慣性力が作用し、図12(c)のように、フィルタエレメント材料液9は計量室110から切離されて液滴となって吐出される。一方、流路108内のフィルタエレメント材料液9は、同様に見かけ上、図12の下方向の慣性力が作用し図中下方向の流れが発生し、オリフィス109部で抵抗を受けながら計量室110に流れ込む。
この後、図12(d)のt=t3>t2において吐出ノズル101は初期の位置に戻る。吐出ノズル101の先端の位置がAに戻り、機能液タンク114の液位と吐出ノズル101の先端との水頭差は所定のaになっており、計量室110全体がちょうど色素機能液で満たされる。
上述したように、液位センサ116が検出した液位が常に一定の位置に保たれるように、液位センサ116の検出値に基づいて液タンクモータ115を駆動させて、タンク昇降機構112を介して機能液タンク114を昇降させて、水頭差を所定の値aに保つことができる。
一回の吐出動作で吐出される吐出量は、計量室110に満たされた色素機能液の量である。従って、吐出ノズル101の急激な変位によって、吐出量を規定する必要はなく、吐出ノズル101の急激な変位は、計量室110に満たされた色素機能液の切離しに必要な変位(加速)でよく、厳密な制御は必要としない。即ち、吐出ノズル101の変位(加速)は、オリフィス径と液体粘性、液体重量などを考慮して計量室110にほぼ一杯となる流量が得られる加速度にすればよい。もちろん、加速によって計量室110がほぼ一杯に満たなくても、水頭差aに基づく圧力によりやがてほぼ一杯となる。
次に、液滴吐出装置60の動作を説明する。図13は、液滴吐出装置の動作を説明するフローチャートである。オペレータによる電源投入によって液滴吐出装置60が作動すると、まず、ステップS1において初期設定が実行される。具体的には、ヘッドユニット66や基板供給装置73やコントロール装置74等が予め決められた初期状態にセットされる。
次に、重量測定タイミングが到来すれば(ステップS2でYES)、図7のヘッドユニット66を主走査駆動装置69によって図7の電子天秤98の所まで移動させて(ステップS3)、吐出ノズル101から吐出される色素機能液滴の量を電子天秤98を用いて測定する(ステップS4)。
重量測定タイミングが到来しない場合(ステップS2でNO)、あるいはそれらの処理が終了した場合には、ステップS5において、図7の基板供給装置73を作動させてマザー基板12をテーブル79へ供給する。具体的には、基板収容部87内のマザー基板12を吸着パッド94によって吸引保持し、次に、昇降軸91、第1アーム92及び第2アーム93を移動させてマザー基板12をテーブル79まで搬送し、さらにテーブル79の適所に予め設けてある位置決めピン80に押し付ける。なお、テーブル79上におけるマザー基板12の位置ズレを防止するため、空気吸引等の手段によってマザー基板12をテーブル79に固定することが望ましい。
次に、図7の基板用カメラ119によってマザー基板12を観察しながら、図7のθモータ81の出力軸を微小角度単位で回転させることによりテーブル79を微小角度単位で面内回転させてマザー基板12を位置決めする(ステップS6)。次に、図7のヘッド用カメラ118によってマザー基板12を観察しながら液滴吐出ヘッド62によって液滴吐出を開始する位置を演算によって決定し(ステップS7)、そして、主走査駆動装置69及び副走査駆動装置71を適宜に作動させて液滴吐出ヘッド62を液滴吐出開始位置へ移動する(ステップS8)。
図13のステップS8で液滴吐出ヘッド62が液滴吐出開始位置に置かれると、図13のステップS9で主走査方向Xへの主走査が開始され、同時に色素機能液の吐出が開始される。具体的には、図7の主走査駆動装置69が作動し液滴吐出ヘッド62が図1の主走査方向Xへ一定の速度で直線的に走査移動し、その移動中、インクを供給すべきフィルタエレメント領域7に対応する吐出ノズル101が到達したときにその吐出ノズル101から色素機能液すなわちフィルタエレメント材料液9が吐出される。
なお、このときのフィルタエレメント材料液9の吐出量は、フィルタエレメント領域7の容積全部を埋める量であってもよいし、その全量の数分の1であってもよい。本実施形態では、1回の吐出量は全量の1/4の量であり、ひとつのフィルタエレメント領域7に対して4回吐出して容積全部を埋めるようになっている。
液滴吐出ヘッド62は、マザー基板12に対する1ライン分の主走査が終了すると(ステップS10でYES)、反転移動して初期位置へ復帰する(ステップS11)。そしてマザー基板12を載置したテーブル79が、副走査駆動装置71によって駆動されて副走査方向Yへ予め決められた1副走査ピッチ分だけ移動する(ステップS12)。1副走査ピッチは、吐出ノズル101が1本の場合は、フィルタエレメント領域7の1ピッチ分である。本実施形態では、ヘッドユニット66は液滴吐出ヘッド62(吐出ノズル101)を64本備えており、1副走査ピッチは、フィルタエレメント領域7の64ピッチ分である。なお、ヘッドユニット66の液滴吐出ヘッド62のピッチとフィルタエレメント領域7のピッチとが合致しないときは、ヘッドユニット66を走査方向に対して傾けることによって、液滴吐出ヘッド62の副走査方向のピッチを変えて、液滴吐出ヘッド62のピッチとフィルタエレメント領域7のピッチとを合致させることができる。
初期位置へ復帰した液滴吐出ヘッド62は、ステップS9で主走査移動及び色素機能液吐出を繰り返して実行する。これ以降、液滴吐出装置60は、マザー基板12の副走査移動を繰り返しながらヘッドユニット66の液滴吐出ヘッド62の主走査移動及び色素機能液吐出を繰り返し(ステップS9〜ステップS12)、これにより、マザー基板12のカラーフィルタ1列分の色素機能液吐出及び付着処理が完了する。
こうしてカラーフィルタ1列分の色素機能液吐出が完了すると、マザー基板12は副走査駆動装置71によって駆動されて、次列のカラーフィルタ列の初期位置が液滴吐出ヘッド62の初期位置に合致するように搬送される(ステップS15)。そして、当該列のカラーフィルタ列に対して主走査、副走査及び色素機能液吐出を繰り返してフィルタエレメント領域7内にフィルタエレメント3を形成する(ステップS9〜S12)。
その後、マザー基板12内の全てのカラーフィルタ列に関してR,G,Bの1色、例えばR1色のフィルタエレメント3が形成されると(ステップS14でYES)、ステップS16でマザー基板12を基板供給装置73によって、又は別の搬送機器によって、処理後のマザー基板12が外部へ排出される。その後、オペレータによって処理終了の指示がなされない限り(ステップS17でNO)、ステップS2へ戻って別のマザー基板12に対するR1色に関する色素機能液吐着作業を繰り返して行う。
オペレータから作業終了の指示があると(ステップS17でYES)、CPU125は作業を停止し、ヘッドユニット66を待機位置に移動させる。本実施例では、図7においてヘッドユニット66をキャッピング装置96の所まで搬送して、そのキャッピング装置96によってヘッドユニット66に対してキャッピング処理を施す。
以上により、カラーフィルタを構成するR,G,B3色のうちの第1色、例えばR色についてのパターニングが終了した。その後、マザー基板12をR,G,Bの第2色、例えばG色をフィルタエレメント材料とする液滴吐出装置60へ搬送してG色のパターニングを行い、さらに最終的にR,G,Bの第3色、例えばB色をフィルタエレメント材料とする液滴吐出装置60へ搬送してB色のパターニングを行う。これにより、ストライプ配列等といった希望のR,G,Bのドット配列を有するカラーフィルタ1(図1(a))が複数個形成されたマザー基板12が製造される。このマザー基板12をカラーフィルタ領域ごとに切断することにより、1個のカラーフィルタ1が複数個切り出される。
なお、本カラーフィルタ1を液晶装置のカラー表示のために用いるものとすれば、本カラーフィルタ1の表面にはさらに電極や配向膜等が積層されることになる。そのような場合、電極や配向膜等を積層する前にマザー基板12を切断して個々のカラーフィルタ1を切り出してしまうと、その後の電極等の形成工程が非常に面倒になる。よって、そのような場合には、マザー基板12上でカラーフィルタ1が完成した後に、直ぐにマザー基板12を切断してしまうのではなく、電極形成や配向膜形成等といった必要な付加工程が終了した後にマザー基板12を切断することが望ましい。
この第1の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)色素機能液が計量室110に充填されるため、吐出量が精度良く再現される。
(2)計量室110は吐出ノズル101の先端に設けられており、計量室110に充填された色素機能液が吐出されやすい状態となるため、精度良く計量された色素機能液が吐出される。従って、吐出量の変動が抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
(3)オリフィス109を設けて計量室110を形成したため、オリフィス109が流路から計量室110に流入しようとする色素機能液の抵抗として作用し、計量室内110の色素機能液のみが分離されて吐出され、精度良く計量された色素機能液が吐出される。従って、吐出量の変動が抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
(4)ヘッドユニット66は多数の液滴吐出ヘッド62を備えているため、多数の吐出ノズル101を一時に使用でき、広範囲に効率よく色素機能液を吐出することができる。
(5)吐出ノズル101はノズル受け106にねじで着脱自在に固定されているため、吐出ノズル101を交換するだけで異なる容量の計量室101を有する液滴吐出ヘッド62にすることができ、容易に設定吐出量を変更することができ、カラーフィルタの種類等ごとに異なる多種類の吐出量に容易に対応することができる。
(1)色素機能液が計量室110に充填されるため、吐出量が精度良く再現される。
(2)計量室110は吐出ノズル101の先端に設けられており、計量室110に充填された色素機能液が吐出されやすい状態となるため、精度良く計量された色素機能液が吐出される。従って、吐出量の変動が抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
(3)オリフィス109を設けて計量室110を形成したため、オリフィス109が流路から計量室110に流入しようとする色素機能液の抵抗として作用し、計量室内110の色素機能液のみが分離されて吐出され、精度良く計量された色素機能液が吐出される。従って、吐出量の変動が抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
(4)ヘッドユニット66は多数の液滴吐出ヘッド62を備えているため、多数の吐出ノズル101を一時に使用でき、広範囲に効率よく色素機能液を吐出することができる。
(5)吐出ノズル101はノズル受け106にねじで着脱自在に固定されているため、吐出ノズル101を交換するだけで異なる容量の計量室101を有する液滴吐出ヘッド62にすることができ、容易に設定吐出量を変更することができ、カラーフィルタの種類等ごとに異なる多種類の吐出量に容易に対応することができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の電気光学装置の製造方法、電気光学装置用基板の製造方法および電気光学装置用基板の製造装置に関る第2の実施形態について説明する。本実施形態の液滴吐出装置60は、第1の実施形態の液滴吐出装置60と同様であり、本実施形態において製造される電気光学装置の一例である液晶表示装置の電気光学装置用基板であるカラーフィルタ基板も第1の実施形態と同様である。第1の実施形態とは異なる、装置の動作について説明する。
次に、本発明の電気光学装置の製造方法、電気光学装置用基板の製造方法および電気光学装置用基板の製造装置に関る第2の実施形態について説明する。本実施形態の液滴吐出装置60は、第1の実施形態の液滴吐出装置60と同様であり、本実施形態において製造される電気光学装置の一例である液晶表示装置の電気光学装置用基板であるカラーフィルタ基板も第1の実施形態と同様である。第1の実施形態とは異なる、装置の動作について説明する。
図14は、液滴吐出装置60の動作を説明するフローチャートである。オペレータによる電源投入によって液滴吐出装置60が作動すると、まず、ステップS21において初期設定が実行される。具体的には、ヘッドユニット66や基板供給装置73、コントロール装置74等が予め決められた初期状態にセットされる。
次に、重量測定タイミングが到来すれば(ステップS22でYES)、図7のヘッドユニット66を主走査駆動装置69によって図7の電子天秤98の所まで移動させて(ステップS23)、吐出ノズル101から吐出される色素機能液滴の量を電子天秤98を用いて測定する(ステップS24)。測定結果による1回の吐出量と、フィルタエレメント3一箇所当りに必要なフィルタエレメント材料液9とを比較し、フィルタエレメント3一箇所(フィルタエレメント領域7一箇所)当りの最も適当な吐出回数を計算する(ステップS25)。
重量測定タイミングが到来しない場合(ステップS22でNO)、あるいはそれらの処理が終了した場合には、ステップS26において、図7の基板供給装置73を作動させてマザー基板12をテーブル79へ供給する。具体的には、基板収容部87内のマザー基板12を吸着パッド94によって吸引保持し、次に、昇降軸91、第1アーム92及び第2アーム93を移動させてマザー基板12をテーブル79まで搬送し、さらにテーブル79の適所に予め設けてある位置決めピン(図示省略)に押し付ける。なお、テーブル79上におけるマザー基板12の位置ズレを防止するため、空気吸引等の手段によってマザー基板12をテーブル79に固定することが望ましい。
次に、図7の基板用カメラ119によってマザー基板12を観察しながら、図7のθモータ81の出力軸を微小角度単位で回転させることによりテーブル79を微小角度単位で面内回転させてマザー基板12を位置決めする(ステップS27)。次に、図7のヘッド用カメラ118によってマザー基板12を観察しながら液滴吐出ヘッド62によって液滴吐出を開始する位置を演算によって決定し(ステップS28)、そして、主走査駆動装置69及び副走査駆動装置71を適宜に作動させて液滴吐出ヘッド62を液滴吐出開始位置へ移動する(ステップS29)。
図14のステップS29で液滴吐出ヘッド62が液滴吐出開始位置に置かれると、図14のステップS30で主走査方向Xへの主走査が開始され、同時に色素機能液の吐出が開始される。具体的には、図7の主走査駆動装置69が作動し液滴吐出ヘッド62が図1の主走査方向Xへ一定の速度で直線的に走査移動し、その移動中、インクを供給すべきフィルタエレメント領域7に対応する吐出ノズル101が到達したときにその吐出ノズル101から色素機能液すなわちフィルタエレメント材料液9が吐出される。
本実施形態におけるフィルタエレメント材料液9の1回の吐出量は、フィルタエレメント領域7の容積全部を複数回の吐出で埋める量である。本実施形態では、1回の吐出量は全量の1/50に設定してあり、計量室110の形状精度誤差やその他の環境変動や経時変化などの誤差がない場合は、ひとつのフィルタエレメント領域7に対して50回吐出して容積全部を埋めるようになっている。ステップS24の1回の吐出重量測定結果に基づいて、ステップ25で計算した吐出回数を吐出することによってより精度の高い吐出量を実現している。より具体的には、例えば1回の吐出量誤差が1回の所定吐出量に対して1/50の1/2すなわち1/100より若干大きい場合には、例えば吐出回数を49回又は51回にする。吐出回数の増減によって吐出量誤差を緩和し、フィルタエレメント領域7の全必要吐出量に対する誤差を1回の所定吐出量の1/2以下、本実施形態の場合ではフィルタエレメント領域7の全必要吐出量の1/100以下にすることができる。
1回の主走査で全必要吐出量を吐出する場合は、1箇所のフィルタエレメント領域7ごとにステップS25で計算された吐出回数を吐出する。1ヵ所の所定吐出回数の吐出が完了すると(ステップS31でYES)、主走査方向の次のフィルタエレメント領域7に移動して、ステップS30を繰返す。
液滴吐出ヘッド62は、マザー基板12に対する1ライン分の主走査が終了すると(ステップS32でYES)、反転移動して初期位置へ復帰する(ステップS33)。1回の主走査で全必要吐出量を吐出せず、複数回の主走査を行う場合は、1回の主走査での吐出回数と主走査回数から吐出回数を求め、所定吐出回数に満たない場合には(ステップS34でNO)ステップS30,S32,S33を繰返す。所定吐出回数を満たした場合には(ステップS34でYES)ステップS35に進む。
そしてマザー基板12を載置したテーブル79が、副走査駆動装置71によって駆動されて副走査方向Yへ予め決められた1副走査ピッチ分だけ移動する(ステップS35)。以降のステップS36,S37,S38,S39,S40は、第1の実施形態におけるステップS13,S14,S15,S16,S17(図13参照)と同様であり、説明を省略する。
この第2の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)多数回の吐出でフィルタエレメント領域7に必要な所定の吐出量を確保するように構成し、1回の吐出量を測定してその結果に基づいて、吐出回数で全吐出量を制御しているため、所定の吐出量の誤差を1回の吐出量の1/2以下にすることができ、所定吐出量の精度を上げることができる。
(2)吐出回数で全吐出量を制御しているため、吐出回数を増やすことによって、所定吐出量の精度をさらに高めることが容易に実現できる。
(1)多数回の吐出でフィルタエレメント領域7に必要な所定の吐出量を確保するように構成し、1回の吐出量を測定してその結果に基づいて、吐出回数で全吐出量を制御しているため、所定の吐出量の誤差を1回の吐出量の1/2以下にすることができ、所定吐出量の精度を上げることができる。
(2)吐出回数で全吐出量を制御しているため、吐出回数を増やすことによって、所定吐出量の精度をさらに高めることが容易に実現できる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の製造方法及び製造装置の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、第1及び第2の実施形態と同様の液滴吐出装置160を用いるが、液滴吐出ヘッド及びその周辺の構成が異なる。図15は、フィルタエレメント材料液の液粒を形成する液滴吐出ヘッドを示す図である。図15(a)は液滴吐出ヘッドを斜め下方からみた斜視図であり、図15(b)は液滴吐出ヘッドの内部構造図を示した図である。
次に、本発明の製造方法及び製造装置の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、第1及び第2の実施形態と同様の液滴吐出装置160を用いるが、液滴吐出ヘッド及びその周辺の構成が異なる。図15は、フィルタエレメント材料液の液粒を形成する液滴吐出ヘッドを示す図である。図15(a)は液滴吐出ヘッドを斜め下方からみた斜視図であり、図15(b)は液滴吐出ヘッドの内部構造図を示した図である。
液滴吐出ヘッド152は、ユニットプレート162に液滴吐出ヘッド152を固定するためのねじを有するヘッド基部163と、ヘッド基部163に固定されており、色素機能液を吐出する吐出手段である積層圧電素子164と、積層圧電素子164に対してヘッド基部163と反対から積層圧電素子164に固定されているヘッド体受け166と、ヘッド体受け166に取付けられたヘッド体167と、ヘッド体167に着脱可能に取付けられた液粒形成部材153とで構成されている。本実施形態では、ヘッド体167の上端(吐出口の反対側端)に雌ねじが形成されており、この雌ねじとヘッド体受け166に形成された雄ねじとで、ヘッド体167はヘッド体受け166に着脱自在に取付けられている。液粒形成部材153はねじでヘッド体167に着脱可能に取付けられている。ヘッド体167は、後述する給液管171に連結された液体導入部157と、液体導入部157に連通する流路(液室)159とを有している。
液滴吐出ヘッド152は、例えば4つの微少量の液粒158を同時に形成するように4つの液粒形成部材153が副走査方向(Y)に1列に配列されている。4つの液粒形成部材153は、例えば、無痛針のような微小円筒形状をしており、円筒内部は共通の流路159に連通している。本実施形態では、図示の便宜上、逆三角錐の形状で説明する。液粒形成部材153の先端部154には色素機能液であるフィルタエレメント材料液9の液粒158を排出する微小な孔155を有している。液粒形成部材153の少なくとも先端部154は、フィルタエレメント材料液9に対して撥液性の高い材質で形成され、基板へ吐出する際に液粒158を分離しやすくしている。
積層圧電素子164とヘッド体167との間に介在するヘッド体受け166は剛体として形成されているため、積層圧電素子164の変位により流路159の容積が変化することはなく、また積層圧電素子164の一端は、剛体として形成されているヘッド基部163を介してユニットプレート162に固定されているため、液粒形成部材153及びヘッド体167全体が積層圧電素子164の伸縮変位に伴い図15の上下方向に微小変位する。ユニットプレート162はヘッド高さ制御装置67に取付けられており、さらにヘッド高さ制御装置67が主走査駆動装置69のスライダ86に固定されていることで、液滴吐出ヘッド152は主走査方向に移動することができる。
図16は機能液供給装置の構成と機能液供給装置と液滴吐出ヘッドの位置関係を示す模式図である。機能液供給装置169は、上述した機能液供給装置99と同様にベース63上に設置されている(図7参照)。図16に示すように、機能液供給装置169は、基部をベース63(図16中図示省略)に固定したタンク台(図16中図示省略)と、タンク台上面に固定されており、色素機能液を貯液するタンクシリンダ174と、タンクシリンダ174の内部に摺動自在に設けられ、タンクシリンダ174内部の色素機能液に圧力を加えるピストン172と、ピストン172が固定されたピストンロッド173と、ピストンロッド173を介してピストン172を昇降移動させてタンクシリンダ174内部の色素機能液に圧力を加える加圧アクチュエータ175と、タンクシリンダ174内部の色素機能液の圧力を測定する圧力センサ176とを有している。さらに、機能液供給装置169は、タンクシリンダ174とヘッド体受け166の液体導入部157とを接続する給液管171と、給液管171の中間に設けられており、給液管171内の色素機能液の流れを断続する電磁弁177とを有している。
タンクシリンダ174の側壁下端には、センサ孔178が設けられており、センサ孔178からセンサ管179を介して、タンクシリンダ174内の色素機能液にかかっている圧力が圧力センサ176に伝えられるようになっている。色素機能液にかかっている圧力圧力は圧力センサ176によって検出され、その検出値に基づいて色素機能液に印加する圧力を制御している。
加圧アクチュエータ175によって、ピストンロッド173を介してピストン172が押し下げられ、タンクシリンダ174内の色素機能液が加圧される。加えられた圧力は、給液管171と液体導入部157と流路159との内部の色素機能液を介して、液粒形成部材153内の色素機能液に伝わり、液粒形成部材153の先端部154の微小な孔155から色素機能液を押出し、先端部154にぶら下がるように色素機能液の液粒を形成する(図15参照)。
液粒の体積は、加えられた圧力によって色素機能液が孔155から押出される力と、色素機能液の表面張力とがバランスする大きさになる。色素機能液の表面張力に対して加える圧力を適当な値に設定することによって、形成される液粒の体積が1回に吐出する液滴の体積となるようにすることができる。また、孔155の口径を変えることによって、粘度などが異なる様様な色素機能液に対応することができる。さらに、液粒を形成するのに要する時間は、加える圧力と扱われる色素機能液が同一であれば、孔155の口径によって定まる。
先端部154にぶら下がるように形成された色素機能液の液粒は、積層圧電素子164によって液滴吐出ヘッド152を急激に上方に微小変位させることによって、先端部154から切り離され、液滴となって被滴下対象物に滴下される。
次に、上記したような構成を有する液滴吐出装置160を駆動するための電気的構成について説明する。図17は、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気構成ブロック図である。図17に示したコントロール装置181は、図7に示したコントロール装置74とは、機能液供給装置の制御に係る部分のみが異なる。
図16に示した加圧アクチュエータ175は、加圧アクチュエータドライバ175dを介してCPU125に接続されている。また、圧力センサ176は、入出力インターフェース(図示省略)を介してCPU125に接続されている。その他の電気的構成は、図17に示したように、図10に示した液滴吐出装置60を駆動するための電気的構成と同様である。
以下、上記構成から成る液滴吐出装置160の動作を説明する。最初に本実施形態の主要部である液滴吐出ヘッド152の吐出動作について説明する。図18は、吐出動作を示したタイムチャート図である。図18(a)は、フィルタエレメント材料液9を加圧する加圧力と加圧時間との関係を示した図であり、図18(b)は液粒形成部材153の先端の高さと主走査方向の位置との関係を示した図であり、(a)、(b)それぞれを対応させたタイムチャート図である。
最初に、タンクシリンダ174内に収納されたフィルタエレメント材料液9は、ピストン172を介して所定時間(加圧時間)(t0)加圧され、液粒形成部材153内に収納されたフィルタエレメント材料液9も同様に加圧される。液粒形成部材153の孔155からフィルタエレメント材料液9が押出されて、先端部154にはフィルタエレメント材料液9の所定量の液粒158が形成され、保持される。この間に、液滴吐出ヘッド152は液滴吐出位置まで主走査方向に移動する。加圧時間の制御は、加圧アクチュエータ175の作動時間で制御してもよいし、加圧アクチュエータ175の加圧は常時行い、電磁弁177を開閉することによって、液粒形成部材153内のフィルタエレメント材料液9に伝わる圧力を断続してもよい。
所定時間(加圧時間)(t0)の間に、積層圧電素子164に印加される電圧Eは、E=E0からE=E1に徐々に上昇し、所定時間(加圧時間)(t0)後、電圧Eは瞬時にE1からE0に降下する。(図11参照)
液滴吐出ヘッド152(液粒形成部材153)も、電圧の上昇に伴い高さ位置Aから除除に下降して高さBに至り、電圧の瞬時の減少に伴い急激に図15(b)の上方向に変位する。このとき、先端部154に形成された液粒158には、液滴吐出ヘッド152の移動方向と反対方向の見かけ上、図15の下方向の慣性力が作用し、液粒158は液粒形成部材153から切離されて液滴となって吐出(滴下)される。液滴吐出ヘッド152(液粒形成部材153)は元の高さ位置Aに復帰する。以降、同様の吐出(切離し)動作を繰り返して行う。
次に、液滴吐出装置160の動作を説明する。図19は、液滴吐出装置の動作を説明するフローチャートである。オペレータによる電源投入によって液滴吐出装置160が作動すると、まず、ステップS51において初期設定が実行される。具体的には、ヘッドユニット151や基板供給装置73、コントロール装置181等が予め決められた初期状態にセットされる。
次に、重量測定タイミングが到来すれば(ステップS52でYES)、ヘッドユニット151を主走査駆動装置69によって図7の電子天秤98の所まで移動させて(ステップS53)、液粒形成部材153から吐出されるフィルタエレメント材料液9の量を電子天秤98を用いて測定する(ステップS54)。測定結果による1回の吐出量と、フィルタエレメント3一箇所当りに必要なフィルタエレメント材料液9の液量とを比較し、フィルタエレメント材料液9に印加すべき最も適当な加圧量(加圧力と加圧時間との積)を計算する(ステップS55)。本実施例では、加圧時間は一定に定めておき、加圧圧力の最適値を計算する方法としている。この場合、加圧圧力を一定に定めておき、加圧時間の最適値を計算する方法としてもよい。
重量測定タイミングが到来しない場合(ステップS52でNO)、あるいはそれらの処理が終了した場合には、ステップS56において、図7の基板供給装置73を作動させてマザー基板12をテーブル79へ供給する。以降のステップS56,S57,S58,S59は、第1の実施形態におけるステップS5,S6,S7,S8(図13参照)と同様であり、説明を省略する。
ステップS60では、微少量の液粒158を形成するために、ステップS55で決定した加圧圧力でフィルタエレメント材料液9をt0時間加圧する。そして液粒形成部材153の先端部154に微少量の液粒158を形成し保持する(図15参照)。同時に、主走査駆動装置69によってヘッドユニット151を主走査方向に移動し、液滴吐出ヘッド152を液滴吐出位置まで移動する。
ステップS61では、積層圧電素子164によって液滴吐出ヘッド152を急激に微小移動させ、先端部154に形成された液粒158を切離して、液滴として吐出(滴下)させる。以降のステップS62,S63,S64,S65,S66,S67,S68,S69は、第1の実施形態におけるステップS10,S11,S12,S13,S14,S15,S16,S17(図13参照)と同様であり、説明を省略する。
以上により、カラーフィルタを構成するR,G,B3色のうちの第1色、例えばR色についてのパターニングが終了する。その後の各工程は、第1の実施形態と同様である。
この第3の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)色素機能液であるフィルタエレメント材料液9が液粒158として一定量に計量されるため、吐出量が精度良く再現される。
(2)液粒158は液粒形成部材153の先端形成されており、切離されやすい状態となるため、精度良く計量されたフィルタエレメント材料液9が吐出される。従って、吐出量の変動が抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
(3)ヘッドユニット151は多数の液粒形成部材153を備えているため、多数の液粒形成部材153を一時に使用でき、広範囲に効率よくフィルタエレメント材料液9を吐出することができる。
(4)多数の液粒形成部材153は、単一のヘッド体167に取付けられており、多数の液粒形成部材153内のフィルタエレメント材料液9に同一の圧力を印加することができるため、各液粒形成部材153間の液粒の大きさ即ち吐出量のばらつきを抑制することができ、広範囲に均一にフィルタエレメント材料液9を吐出することができる。
(5)液粒形成部材153はヘッド体167にねじで着脱自在に固定されているため、液粒形成部材153を交換するだけで異なる穴径の孔155を有する液滴吐出ヘッド152にすることができ、カラーフィルタの種類等ごとに異なる多種類の吐出量に容易に対応することができる。粘性などの特性が異なる多種類の色素機能液にも対応できる。
(6)液粒158の大きさは、加圧量(加圧力と加圧時間との積)を制御することで制御できるため、液粒形成部材153を交換することなく、同一の液粒形成部材153を使用して、異なる多種類の吐出量に容易に対応することができる。
(1)色素機能液であるフィルタエレメント材料液9が液粒158として一定量に計量されるため、吐出量が精度良く再現される。
(2)液粒158は液粒形成部材153の先端形成されており、切離されやすい状態となるため、精度良く計量されたフィルタエレメント材料液9が吐出される。従って、吐出量の変動が抑制でき、均一な吐出量が実現できる。
(3)ヘッドユニット151は多数の液粒形成部材153を備えているため、多数の液粒形成部材153を一時に使用でき、広範囲に効率よくフィルタエレメント材料液9を吐出することができる。
(4)多数の液粒形成部材153は、単一のヘッド体167に取付けられており、多数の液粒形成部材153内のフィルタエレメント材料液9に同一の圧力を印加することができるため、各液粒形成部材153間の液粒の大きさ即ち吐出量のばらつきを抑制することができ、広範囲に均一にフィルタエレメント材料液9を吐出することができる。
(5)液粒形成部材153はヘッド体167にねじで着脱自在に固定されているため、液粒形成部材153を交換するだけで異なる穴径の孔155を有する液滴吐出ヘッド152にすることができ、カラーフィルタの種類等ごとに異なる多種類の吐出量に容易に対応することができる。粘性などの特性が異なる多種類の色素機能液にも対応できる。
(6)液粒158の大きさは、加圧量(加圧力と加圧時間との積)を制御することで制御できるため、液粒形成部材153を交換することなく、同一の液粒形成部材153を使用して、異なる多種類の吐出量に容易に対応することができる。
(第4の実施形態)
次に、本発明の電気光学装置の製造方法の第4の実施形態について説明する。本実施形態は、第1,第2,第3の実施形態の製造対象であった液晶表示装置のカラーフィルタと異なる、EL(Electro Luminescence)装置の製造方法の一実施形態である。
次に、本発明の電気光学装置の製造方法の第4の実施形態について説明する。本実施形態は、第1,第2,第3の実施形態の製造対象であった液晶表示装置のカラーフィルタと異なる、EL(Electro Luminescence)装置の製造方法の一実施形態である。
図20は、本発明に係るEL装置の製造方法の一実施形態を示している。また、図21はその製造方法の主要工程及び最終的に得られるEL装置の主要断面構造を示している。図21(d)に示すように、EL装置201は、透明基板204上に画素電極202を形成し、各画素電極202の間にバンク205を矢印G方向から見て格子状に形成し、それらの格子状凹部の中に正孔注入層220を形成し、矢印G方向から見てストライプ配列等といった所定配列となるようにR色発光層203R、G色発光層203G及びB色発光層203Bを各格子状凹部の中に形成し、さらにそれらの上に対向電極213を形成することによって形成される。
上記画素電極202をTFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)素子等といった2端子型のアクティブ素子によって駆動する場合には、上記対向電極213は矢印G方向から見てストライプ状に形成される。また、画素電極202をTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)等といった3端子型のアクティブ素子によって駆動する場合には、上記対向電極213は単一な面電極として形成される。
各画素電極202と各対向電極213とによって挟まれる領域が1つの絵素ピクセルとなり、R,G,B3色の絵素ピクセルが1つのユニットとなって1つの画素を形成する。各絵素ピクセルを流れる電流を制御することにより、複数の絵素ピクセルのうちの希望するものを選択的に発光させ、これにより、矢印H方向に希望するフルカラー像を表示することができる。
上記EL装置201は、例えば、図20に示す製造方法によって製造される。すなわち、工程P51及び図21(a)のように、透明基板204の表面にTFD素子やTFT素子等といった能動素子を形成し、さらに画素電極202を形成する。形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法、スパッタリング法、パイロゾル法等を用いることができる。画素電極の材料としてはITO(Indium Tin Oxide)、酸化スズ、酸化インジウムと酸化亜鉛との複合酸化物等を用いることができる。
次に、工程P52及び図21(a)に示すように、隔壁すなわちバンク205を周知のパターニング手法、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成し、このバンク205によって各透明電極202の間を埋める。これにより、コントラストの向上、発光材料の混色の防止、画素と画素との間からの光漏れ等を防止することができる。バンク205の材料としては、EL材料の溶媒に対して耐久性を有するものであれば特に限定されないが、フロロカーボンガスプラズマ処理によりフッ素処理できること、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、感光性ポリイミド等といった有機材料が好ましい。
次に、正孔注入層用インクを塗布する直前に、基板204に酸素ガスとフロロカーボンガスプラズマの連続プラズマ処理を行う(工程P53)。これにより、ポリイミド表面は撥水化され、ITO表面は親水化され、色素機能液滴を微細にパターニングするための基板側の濡れ性の制御ができる。プラズマを発生する装置としては、真空中でプラズマを発生する装置でも、大気中でプラズマを発生する装置でも同様に用いることができる。
次に、工程P54及び図21(a)に示すように、正孔注入層用機能液を図7の液滴吐出装置60の液滴吐出ヘッド62又は液滴吐出装置160の液滴吐出ヘッド152から吐出し、各画素電極202の上にパターニング塗布を行った。具体的な液滴吐出装置60又は液滴吐出装置160の制御方法は図13、図14、又は図19に示した方法を用いる。その塗布後、真空(1torr)中、室温、20分という条件で溶媒を除去し(工程P55)、その後、大気中、20℃(ホットプレート上)、10分の熱処理により、発光層用機能液と相溶しない正孔注入層220を形成する(工程P56)。膜厚は40nmである。
次に、工程P57及び図21(b)に示すように、各フィルタエレメント領域内の正孔注入層220の上に液滴吐出手法を用いてR発光層用機能液及びG発光層用機能液を塗布する。ここでも、各発光層用機能液は、図7の液滴吐出装置60,又は液滴吐出装置160の液滴吐出ヘッド62,又は液滴吐出ヘッド152から吐出し、さらに液滴吐出装置60又は液滴吐出装置160の制御方法は図13、図14、又は図19に示した方法に従う。液滴吐出方式によれば、微細なパターニングを簡便に且つ短時間に行うことができる。また、色素機能液の組成物の固形分濃度及び吐出量を変えることにより膜厚を変えることが可能である。
発光層用機能液の塗布後、真空(1torr)中、室温、20分等という条件で溶媒を除去し(工程P58)、続けて窒素雰囲気中、150℃、4時間の熱処理により共役化させてR色発光層203R及びG色発光層203Gを形成する(工程P59)。膜厚は50nmである。熱処理により共役化した発光層は溶媒に不溶である。
なお、発光層を形成する前に正孔注入層220に酸素ガスとフロロカーボンガスプラズマの連続プラズマ処理を行っても良い。これにより、正孔注入層220上にフッ素化物層が形成され、イオン化ポテンシャルが高くなることにより正孔注入効率が増し、発光効率の高い有機EL装置を提供できる。
次に、工程P60及び図21(c)に示すように、B色発光層203Bを各絵素ピクセル内のR色発光層203R、G色発光層203G及び正孔注入層220の上に重ねて形成する。これにより、R,G,Bの3原色を形成するのみならず、R色発光層203R及びG色発光層203Gとバンク205との段差を埋めて平坦化することができる。これにより、上下電極間のショートを確実に防ぐことができる。B色発光層203Bの膜厚を調整することで、B色発光層203BはR色発光層203R及びG色発光層203Gとの積層構造において、電子注入輸送層として作用してB色には発光しない。
以上のようなB色発光層203Bの形成方法としては、例えば湿式法として一般的なスピンコート法を採用することもできるし、あるいは、R色発光層203R及びG色発光層203Gの形成法と同様の液滴吐出法を採用することもできる。
その後、工程P61及び図21(d)に示すように、対向電極213を形成することにより、目標とするEL装置201を製造した。対向電極213はそれが面電極である場合には、例えば、Mg,Ag,Al,Li等を材料として、蒸着法、スパッタ法等といった成膜法を用いて形成できる。また、対向電極213がストライプ状電極である場合には、成膜された電極層をフォトリソグラフィー法等といったパターニング手法を用いて形成できる。
この第4の実施形態によれば、EL装置の製造にあたって、上記した第1,第2,第3の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明の実施形態は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であり、以下のように実施することもできる。
(変形例1)第1及び第2の実施形態においては、色素機能液を貯液する機能液タンク内の色素機能液の表面の高さである液位と、吐出ノズルの先端すなわち計量室の開放端の高さと水頭差で、計量室への色素機能液の充填を行っているが、加圧装置を設けて色素機能液に圧力をかけ、それによって計量室に色素機能液を充填してもよい。
(変形例1)第1及び第2の実施形態においては、色素機能液を貯液する機能液タンク内の色素機能液の表面の高さである液位と、吐出ノズルの先端すなわち計量室の開放端の高さと水頭差で、計量室への色素機能液の充填を行っているが、加圧装置を設けて色素機能液に圧力をかけ、それによって計量室に色素機能液を充填してもよい。
(変形例2)加圧装置を設けて色素機能液に圧力をかけ、それによって計量室に色素機能液を充填する場合、圧力を計量室が色素機能液で一杯になって均衡する圧力としてもよい。
(変形例3)加圧装置を設けて色素機能液に圧力をかけ、それによって計量室に色素機能液を充填する場合、圧力を色素機能液が計量室から押出されるような圧力として、給液管に設けた電磁弁で流路を断続することによって、計量室が色素機能液で一杯になる時間だけ、吐出ヘッド内の色素機能液に圧力がかかるようようにしてもよい。
(変形例4)加圧装置を設けて色素機能液に圧力をかけ、それによって計量室に色素機能液を充填する場合、圧力を色素機能液が計量室から押出されるような圧力として、加圧装置の作動を制御して、計量室が色素機能液で一杯になる時間だけ加圧するようにしてもよい。
(変形例5)加圧装置を設けて色素機能液に圧力をかけ、それによって計量室に色素機能液を充填する場合、圧力を色素機能液が計量室から押出されるような圧力として、加圧装置による加圧は連続して加圧し、1回の所定吐出量がオリフィスを通過する時間ごとに吐出動作を行って、オリフィスを通過して計量室に充填された色素機能液を吐出することによって、吐出量を制御してもよい。この場合は、吐出動作の時間間隔が1回の所定吐出量がオリフィスを通過する時間で定まるため、吐出動作が行われる時点には、吐出ヘッドが対象の被吐出領域に対向する位置に移動しているように、主(副)走査駆動装置を制御する。
(変形例6)主走査駆動装置による次の被吐出領域への吐出ヘッドの移動は、次の吐出動作までに完了していればよいが、1回の所定吐出量が計量されて吐出可能状態となる時間に、吐出ヘッドが次の被吐出領域移動に移動する時間をあわせて、主走査駆動は連続して行い、吐出タイミングの制御によって、吐出位置を制御してもよい。
(変形例7)1箇所の被吐出領域に対して、複数回の吐出を行って1箇所の被吐出領域に必要な液量を吐出する場合には、それぞれの吐出動作ごとに吐出ヘッドの位置を変えてもよい。このようにすることによって、1箇所の被吐出領域全面により均等に色素機能液を吐出することができる。
(変形例8)第3の実施形態においては、加圧装置を設けて色素機能液に圧力をかけ、液粒形成部材での色素機能液粒の形成を行っているが、色素機能液を貯液する機能液タンク内の色素機能液の表面の高さである液位と、液粒形成部材の先端すなわち液粒形成位置の高さとの水頭差を一定に保ち、それによって色素機能液粒の形成を行ってもよい。
(変形例9)上記した実施形態における液滴吐出装置は、吐出ヘッドの移動が主走査方向の移動であり、基板の移動が副走査方向の移動であったが、基板の移動が主走査方向の移動であり、吐出ヘッドの移動が副走査方向の移動であってもよい。移動速度が作業速度に及ぼす影響が大きい主走査側に、移動体がより軽い方を選ぶことなどにより、作業の効率化ができる。
(変形例10)上記した実施形態における液滴吐出装置では、計量されて保持されている色素機能液を吐出(切離す)ための加速手段として積層圧電素子を用いているが、加速手段は積層圧電素子に限らず、色素機能液を切離すことができる加速度を付与できるものであればよい。例えば、回転駆動源とカムとを組合わせた加振機構のようなものであってもよい。
(変形例11)上記した実施形態において製造される液晶表示装置は、単純マトリクス方式でフルカラー表示を行う半透過反射方式の液晶表示装置であるが、製造される液晶表示装置はスイッチング素子であるTFDやTFTを用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置であってもよい。また、透過方式や反射方式の液晶表示装置であってもよい。
上記した実施の形態および変形例から把握される技術的思想を以下に記載する。
(技術的思想1) 基板にカラーフィルタ材料溶液を吐出して複数のカラーフィルタ層を配列して成るカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ材料溶液を前記基板の上に吐出する吐出装置に充填された前記カラーフィルタ材料溶液から1回の吐出量に相当する前記カラーフィルタ材料溶液を計量するとともに計量された前記カラーフィルタ材料溶液を分離可能状態に保持する工程と、前記吐出装置に分離可能状態に保持された前記カラーフィルタ材料溶液を分離して前記基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
(技術的思想1) 基板にカラーフィルタ材料溶液を吐出して複数のカラーフィルタ層を配列して成るカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ材料溶液を前記基板の上に吐出する吐出装置に充填された前記カラーフィルタ材料溶液から1回の吐出量に相当する前記カラーフィルタ材料溶液を計量するとともに計量された前記カラーフィルタ材料溶液を分離可能状態に保持する工程と、前記吐出装置に分離可能状態に保持された前記カラーフィルタ材料溶液を分離して前記基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
(技術的思想2) 基板にカラーフィルタ材料溶液を吐出して複数のカラーフィルタ層を配列して成るカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ材料溶液を前記基板の上に吐出する吐出装置の吐出ノズルの先端に設けられた計量室に、前記カラーフィルタ材料溶液を充填する工程と、前記計量室に充填された前記カラーフィルタ材料溶液を前記基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
(技術的思想3) 基板にカラーフィルタ材料溶液を吐出して複数のカラーフィルタ層を配列して成るカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタ材料溶液を前記基板の上に吐出する吐出装置の吐出ノズルの先端に設けられた計量室に、前記カラーフィルタ材料溶液を充填する充填工程と、前記計量室に充填された前記カラーフィルタ材料溶液を前記基板の所定領域に吐出する吐出工程とを有し、一回の吐出量を測定する工程と、測定した一回の吐出量から一つの所定領域に必要な吐出回数を計算する工程とをさらに有するとともに、前記必要な吐出回数に基づいて、前記充填工程と前記吐出工程とを繰返し、当該繰返し数によって一つの所定領域に必要な吐出量を制御することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
(技術的思想4) 基板にEL(Electro Luminescence)発光材料溶液を吐出して複数のEL発光層を配列して成るEL表示装置の製造方法であって、前記EL発光材料溶液を前記基板の上に吐出する吐出装置に充填された前記EL発光材料溶液から1回の吐出量に相当する前記EL発光材料溶液を計量するとともに計量された前記EL発光材料溶液を分離可能状態に保持する工程と、前記吐出装置に分離可能状態に保持された前記EL発光材料溶液を分離して前記基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とするEL表示装置の製造方法。
(技術的思想5) 基板にEL(Electro Luminescence)発光材料溶液を吐出して複数のEL発光層を配列して成るEL表示装置の製造方法であって、前記EL発光材料溶液を前記基板の上に吐出する吐出装置の吐出ノズルの先端に設けられた計量室に、前記EL発光材料溶液を充填する工程と、前記計量室に充填された前記EL発光材料溶液を前記基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とするEL表示装置の製造方法。
(技術的思想6) 基板にEL(Electro Luminescence)発光材料溶液を吐出して複数のEL発光層を配列して成るEL表示装置の製造方法であって、前記EL発光材料溶液を前記基板の上に吐出する吐出装置の吐出ノズルの先端に設けられた計量室に、前記EL発光材料溶液を充填する充填工程と、前記計量室に充填された前記EL発光材料溶液を前記基板の所定領域に吐出する吐出工程とを有し、一回の吐出量を測定する工程と、測定した一回の吐出量から一つの所定領域に必要な吐出回数を計算する工程とをさらに有するとともに、前記必要な吐出回数に基づいて、前記充填工程と前記吐出工程とを繰返し、当該繰返し数によって一つの所定領域に必要な吐出量を制御することを特徴とするEL表示装置の製造方法。
1・・・電気光学装置用基板としてのカラーフィルタ、2・・・基板、3・・・着色層としてのフィルタエレメント、8・・・液滴、9・・・色素機能液としてのフィルタエレメント材料液、21・・・電気光学装置としての液晶表示装置、31a,31b・・・基材、60,160・・・吐出装置としての液滴吐出装置、68・・・位置決め機構としての基板位置制御装置、69・・・位置決め機構としての主走査駆動装置、71・・・位置決め機構としての副走査駆動装置、79・・・位置決め機構としてのテーブル、80・・・位置決め機構としてのピン、82,84・・・位置決め機構としてのガイドレール、83,86・・・位置決め機構としてのスライダ、104,164・・・加速手段としての積層圧電素子、108・・・流路(液室)、109・・・オリフィス、101・・・吐出ノズル及び計量保液手段としての吐出ノズル、110・・・計量室及び計量保液手段としての計量室、153・・・液粒形成部材及び計量保液手段としての液粒形成部材、158・・・液粒、172・・・加圧手段としてのピストン、173・・・加圧手段としてのピストンロッド、174・・・色素機能液収容室としてのタンクシリンダ、175・・・加圧手段としての加圧アクチュエータ、201・・・電気光学装置としてのEL装置(Electro Luminescence 装置)、203・・・着色層としての発光層。
Claims (11)
- 基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造方法であって、
前記色素機能液を前記基板の上に吐出する吐出装置の吐出ノズルの先端に設けられた計量室に、前記色素機能液を充填する工程と、
前記計量室に充填された前記色素機能液を前記基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 - 基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造方法であって、
前記色素機能液を前記基板の上に吐出する吐出装置に設けられた液粒形成部材の吐出口に前記色素機能液の液粒を形成する工程と、
前記液粒形成部材から前記液粒を切離して、前記基板の所定領域に吐出する工程とを有することを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 - 請求項1または2に記載の電気光学装置用基板の製造方法であって、
一回の吐出量を測定する工程と、
測定した一回の吐出量から一つの前記所定領域に必要な吐出回数を計算する工程とを有するとともに、
前記必要な吐出回数に基づいて、請求項1または2に記載の各工程を繰返し、当該繰返し数によって一つの所定領域に必要な吐出量を制御することを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 - 請求項1に記載の電気光学装置用基板の製造方法であって、
前記計量室は、前記吐出ノズルの吐出側端部に設けられてなり、
前記計量室と前記色素機能液の流路との間にオリフィスが設けられてなることを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の製造方法であって、
前記吐出装置は、複数の前記吐出ノズルまたは前記液粒形成部材を備え、当該複数の前記吐出ノズルまたは前記液粒形成部材から前記色素機能液を一度に吐出することを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 - 請求項1、3乃至5のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の製造方法であって、
前記吐出ノズルは交換可能であって、必要な吐出量に応じた容量の計量室を有する前記吐出ノズルを使用することを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の製造方法を含むことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
- 基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造装置であって、
前記色素機能液を前記電気光学装置用基板の基材上に吐出する吐出装置を備え、
前記吐出装置は、前記色素機能液を吐出する吐出ノズルと、
前記吐出ノズルの先端に形成された計量室と、
前記計量室に充填された前記色素機能液を前記電気光学装置用基板の所定領域に吐出する吐出手段とを有することを特徴とする電気光学装置用基板の製造装置。 - 基板に色素機能液を吐出して複数の着色層を配列して成る電気光学装置用基板の製造装置であって、
前記色素機能液を前記電気光学装置用基板の基材上に吐出する吐出装置を備え、
前記吐出装置は、前記色素機能液の液粒を形成する液粒形成部材と、
前記液粒形成部材に液粒を形成するために前記吐出装置内の色素機能液収容室内の前記色素機能液を加圧する加圧手段と、
前記液粒形成部材に形成された前記色素機能液の液粒を切離して前記電気光学装置用基板の所定領域に吐出する吐出手段とを有することを特徴とする電気光学装置用基板の製造装置。 - 請求項8または9に記載の電気光学装置用基板の製造装置であって、
前記吐出手段は、前記吐出ノズルまたは前記液粒形成部材に液粒を分離可能な加速度を付与する加速手段を備えたことを特徴とする電気光学装置用基板の製造装置。 - 請求項8乃至10のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の製造装置であって、
前記吐出ノズルが前記電気光学装置用基板の所定領域に対向するように、前記吐出ノズルまたは前記液粒形成部材と前記電気光学装置用基板の少なくとも一方を移動させる位置決め機構を備えたことを特徴とする電気光学装置用基板の製造装置。
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-
2003
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