JP2007033930A - カラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造装置 - Google Patents

カラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 異なる色彩の各ドット間において隙間が形成されず、表示素子に用いられた場合に光漏れが生じてしまうのを防止し、表示素子の視認性の向上を図ることができるカラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造装置を提供する。
【解決手段】 R、G、Bの色彩のインク7R、7G、7Bを熱転写方式によって転写し、インク7R、7G、7Bによって複数のドットを形成し、各ドットのうち異なる色彩のドットに隣位して配置される端部側ドットを構成するインク7R、7B、7Gを転写する際に、他のドットを構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合よりも高い温度によって、端部側ドットを構成するインク7R、7B、7Gを転写し、端部側ドットを他のドットよりも大きく形成して、各ドットによりカラーフィルタ3を形成する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、熱転写方式によってカラーフィルタを形成するカラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造装置に関する。
一般に、液晶表示素子用のカラーフィルタ基板は液晶表示素子をカラー化するための部材であり、ガラスあるいは透明樹脂等の透明基板上に赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色からなる色画素を着色して形成されている。また、必要に応じて各色画素の間に黒色のブラックマトリクスを形成している。
従来においては、これらの色画素やブラックマトリクスを、フォトリソ方式やインクジェット方式によって製造していた(例えば、特許文献1〜4参照)。
このようなフォトリソ方式やインクジェット方式によってカラーフィルタ基板の色画素やブラックマトリクスを形成する場合においては、インクジェット方式では各色のインクが交じり合わない様に隔壁を形成したり、表面張力によってインク厚が均一になりにくいという課題があった。また、フォトリソ法式は工程管理が複雑であって、製造コストが非常に高いという不都合があった。
そこで、本発明の発明者等により、熱転写方式によって透明基板の一面に複数の色彩のインクを転写することによりカラーフィルタを形成する技術が考えられている。この熱転写方式によりカラーフィルタを形成する方法によれば、高精度で信頼性が高く、更にコストも低廉なカラーフィルタ基板を製造することができる。
この熱転写方式によって製造されるカラーフィルタ基板のカラーフィルタは、例えば、R、G、B等の各色彩のインクリボンのインクを、各インクリボンに対応して設けられた複数のサーマルヘッドを用いて熱転写方式によって順次転写し、転写された各インクによって構成されるドットにより形成されている。このようなカラーフィルタ基板においては、各ドット間に隙間が形成されてしまうと、光漏れが生じてしまい、このようなカラーフィルタ基板を表示素子に用いた場合には、表示素子の視認性が低下してしまう。このため、カラーフィルタを構成する各ドットは、各ドット間の隙間がなく、また、重なるように形成されることが好ましい。
しかしながら、前述のサーマルヘッドを用いた熱転写方式によって各色彩のインクを転写する場合、各色彩のインク毎に別々に転写を行うので、各色彩毎にインクの転写位置にずれが生じてしまうことがあり、このような場合には、異なる色彩のインクにより構成された各ドット間に隙間が形成されてしまうことが考えられる。
一方、前述の1000dpi以上の極めて解像度が高い熱転写方式のサーマルプリンタによってカラーフィルタを形成する場合、各ドットは20〜40μm程度の大きさに形成されるが、このような高解像度のサーマルプリンタによれば、異なる色彩のドット間に隙間が生じないように、または異なる色彩のドットが重なるようにインクの転写位置を制御することは困難であった。
このため、前述のサーマルプリンタを用いて製造されたカラーフィルタ基板においては、カラーフィルタにおける異なる色彩の各ドット間に隙間が形成されてしまうおそれがあり、このようなカラーフィルタ基板が表示素子に用いられた場合には、カラーフィルタにおいて光漏れが生じ、前記表示素子の視認性が低下してしまうということが考えられる。
特開平05−027115号公報 特開平05−273407号公報 特開平09−043414号公報 特開平10−104415号公報
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、異なる色彩の各ドット間において隙間が形成されず、表示素子に用いられた場合に光漏れが生じてしまうのを低減し、表示素子の視認性の向上を図ることができるカラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルタの形成方法の特徴は、複数の色彩のインクを熱転写方式によって転写し、前記インクによって複数のドットを形成し、前記各ドットのうち異なる色彩のドットに隣位して配置される端部側ドットを構成する前記インクを転写する際に、他の前記ドットを構成する前記インクを転写する場合に与えられる熱エネルギよりも大きい熱エネルギによって、前記端部側ドットを構成する前記インクを転写し、前記端部側ドットを前記他のドットよりも大きく形成する点にある。
本発明に係るカラーフィルタの形成方法によれば、端部側ドットを他のドットと比較して大きく形成することができるので、1000dpi以上の極めて解像度が高い熱転写方式のサーマルプリンタによってカラーフィルタ3を形成する場合であっても、細かいインクの転写位置を制御することなく、各ドット間に隙間が形成されてしまうことを低減することができる。
本発明に係る他のカラーフィルタの形成方法の特徴は、前記端部側ドットを、隣位する異なる色彩の前記端部側ドットと重なるように形成する点にある。
本発明に係るカラーフィルタの形成方法によれば、端部側ドットを隣位する異なる色彩の端部側ドットと重なるように形成するので、各ドット間に隙間が形成されてしまうことを防止することができる。
また、本発明に係るカラーフィルタ基板の特徴は、透明基板の上面に、複数の色彩のインクが熱転写方式によって転写され、前記インクによって複数のドットが形成され、各ドットのうち異なる色彩のドットに隣位して配置される端部側ドットを構成するインクを転写する際に、他のドットを構成するインクを転写する場合に与えられる熱エネルギよりも大きい熱エネルギによって端部側ドットを構成するインクが転写されて、前記端部側ドットが前記他のドットよりも大きく形成されている点にある。
本発明に係るカラーフィルタ基板によれば、端部側ドットを他のドットと比較して大きく形成することができるので、1000dpi以上の極めて解像度が高い熱転写方式のサーマルプリンタによってカラーフィルタ3を形成する場合であっても、細かいインクの転写位置を制御することなく、各ドット間に隙間が形成されてしまうことを低減することができる。
さらに、本発明に係るカラーフィルタ基板の製造装置の特徴は、カラーフィルタの複数の色彩のインクを熱転写させてドットを形成する複数の発熱素子を備えたサーマルヘッドを有するカラーフィルタ基板の製造装置であって、前記サーマルヘッドの前記発熱素子を発熱させて、前記各ドットのうち異なる色彩のドットに隣位して配置される端部側ドットを構成する前記インクを転写する際に、他の前記ドットを構成する前記インクを転写する場合に与えられる熱エネルギよりも大きい熱エネルギを、前記端部側ドットを形成する前記インクの転写に用いられる前記発熱素子に与えて、前記端部側ドットを前記他のドットよりも大きく形成する点にある。
本発明に係るカラーフィルタ基板の製造装置によれば、端部側ドットを他のドットと比較して大きく形成することができるので、1000dpi以上の極めて解像度が高い熱転写方式のサーマルプリンタによってカラーフィルタ3を形成する場合であっても、細かいインクの転写位置を制御することなく、各ドット間に隙間が形成されてしまうことを低減することができる。
以上述べたように、本発明に係るカラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造装置によれば、端部側ドットを他のドットと比較して大きく形成することができる。このため、1000dpi以上の極めて解像度が高い熱転写方式のサーマルプリンタによってカラーフィルタを形成する場合に、たとえ各色彩毎のインクの転写位置にずれが生じてしまっても、細かいインクの転写位置を制御することなく、各ドット間に隙間が形成されてしまうことを低減することができる。これにより、カラーフィルタ基板が表示素子に用いられた場合に、光漏れが生じてしまうのを防止することができ、表示素子の視認性の向上を図ることができる。
以下、本発明に係るカラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ基板およびカラーフィルタ基板の製造装置の一実施形態を図1から図4を参照して説明する。
図1は、本発明に係るカラーフィルタ基板の製造装置の実施形態を示し、図2から図4は、図1のカラーフィルタ基板の製造装置によって製造されるカラーフィルタ基板を示している。
本実施形態のカラーフィルタ基板の製造装置は、赤(R)、緑(G)、青(B)の3つの異なる色彩のインクを用いてカラーフィルタ基板を製造する場合を示す構成図である。
図1に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造装置10は、中間転写方式によってカラーフィルタ3をガラス基板2に転写して、カラーフィルタ基板4を形成するものである。
ここで、このカラーフィルタ基板4は、図2(a)に示すように、大きな矩形状のマザー基板1を形成する透明基板の1例としてのガラス基板2の上面に、複数のカラーフィルタ3をm行×n列(本実施形態においては6行×6列)の状態に整列させて形成し、その後に、図2(b)に示すように、マザー基板1を個別の複数のカラーフィルタ基板4に切断分離させることにより製造されるものである。
各カラーフィルタ基板4は、例えば図2(b)の断面図を示す図3、および図2(b)の部分拡大平面を示す図4に示すように、ガラス基板2の上面にカラーフィルタ3が形成されており、このカラーフィルタ3はガラス基板2の上面にインク層5を熱転写形成し、さらに、インク層5の上にオーバーコート層6を熱転写形成することにより形成される。このインク層5は色画素を形成するR、G、Bの三原色からなるインク7R、7G、7Bを用いて形成されており、インク層5においては、インク7R、7G、7Bにより構成される各ドット25が、各色彩のドット25毎に行方向に3個ずつ繰り返し連続するとともに列方向に連続して並列配置され、各色彩のインク層5が列方向に延びるストライプ状に形成されている。
また、各ドット25のうち異なる色彩のドット25に隣位して配置される端部側ドット25aは、各端部側ドット25aを構成するインク7R、7G、7Bを、他のドット25を構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合に与えられる熱エネルギよりも大きい熱エネルギによって転写することにより、他のドット25よりも大きく形成されている。これにより、端部側ドット25aは、隣位する異なる色彩の端部側ドット25aと重なるように形成されている。
なお、本実施形態においては、各インク7R、7G、7Bのドット25により構成される各色彩のインク層5を各色彩毎に列方向に延びるストライプ状に並列配置しているが、これに限定されず、例えば、各ドット25を、各色彩のドット25毎に列方向に複数個繰り返し連続するとともに行方向に連続して並列配置させ、各色彩のインク層5を行方向に延びるストライプ状に形成してもよい。また、本実施形態においては、各端部側ドット25aが隣位する異なる色彩の端部側ドット25aと重なるように形成されているが、各ドット25が隣位する各ドット25間に隙間が生じないように形成されるものであれば、重なるように形成しなくてもよい。
カラーフィルタ基板4の製造装置10は、中間転写に供される中間転写体11を有しており、中間転写体11は、送り出しロール12にロール状に巻回され、その送り出しロール12から送り出されて途中のロール状の中間転写用プラテン13に巻回されている間に第1熱転写手段14部分を通り、その後第2熱転写手段15部分を経て、巻き取りロール16に巻き取られるように形成されている。この中間転写体11は、例えばダラシン紙コンデンサ紙などの薄紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン等のポリエステル等からなる樹脂製フィルムによって形成されており、その表面(中間転写用プラテン13の径方向外側となる面)にはガラス基板2に転写されるとオーバーコート層6となる剥離受容層17が予め積層されている。この剥離受容層17の素材は例えば熱硬化性のエポキシ樹脂・アクリル樹脂などである。
中間転写体11の幅は、マザー基板1を構成するガラス基板2の幅寸法(m行方向の長さ)と同等に形成されている。中間転写用プラテン13の周囲にはカラーフィルタ3のインク層5を中間転写体11の剥離受容層17の表面に順に転写する第1熱転写手段14としての3個の第1ヘッドユニット18R、第2ヘッドユニット18G、第3ヘッドユニット18Bが、中間転写体11の搬送方向に並列するように順次配置されている。
各ヘッドユニット18R、18G、18Bは、それぞれ異なる色彩のインク7R、7G、7Bが塗布されたインクリボン19(構成が同一のため同一符号を用いる。以下同じ)を有している。各インク7R、7G、7Bは、第1熱転写手段14および第2熱転写手段15部分における熱転写温度(最高約250℃程度)に耐えるために耐熱インクにより形成されており、また、第2熱転写手段15部分におけるオーバーコートすることによる平滑性を確保するために1〜5μmの厚さに形成されている。各インクリボン19は、それぞれ一対のインクリボンロール20に巻回されており、複数のリボンガイドローラ21に案内されながら、それぞれインク7R、7G、7Bの塗布面が中間転写体11に対向して搬送されるように配設されている。
さらに、各ヘッドユニット18R、18G、18Bは、それぞれサーマルヘッド8R、8G、8Bを有しており、中間転写体11の搬送方向に沿って配置されている。各サーマルヘッド8R、8G、8Bは、1個のカラーフィルタ3の幅寸法に対応する長さ(m行方向の長さ)に形成されており、各サーマルヘッド8R、8G、8Bにおける各インクリボン19に対向する位置には、カラーフィルタ3の幅寸法に対応するような複数の発熱素子9がライン状に並列配置されている。本実施形態においては、各発熱素子9の幅寸法を25μmとして、約1000dpiの高精細配置とされている。
そして、各発熱素子9は、各ドット25のうち異なる色彩のドット25に隣位して配置される端部側ドット25aを構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合、他のドット25を構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合と比較して大きい熱エネルギによって加熱されるようになっている。詳しくは、各発熱素子9は、端部側ドット25aを構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合には、他のドット25を形成する場合と比較して高い温度によって加熱されるようになっており、これにより、端部側ドット25aを他のドット25と比較して大きく形成するようになっている。
なお、本実施形態においては、発熱素子9は、端部側ドット25aを構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合、他のドット25を形成する場合と比較して高い温度によって加熱されるようになっているが、大きな熱エネルギによって加熱されれば本実施形態のものに限定されず、例えば、他のドット25を形成する場合と比較して長時間加熱されるようになっていてもよい。
第2熱転写手段15は、ガラス基板2を狭持する加熱ロール22と圧着ロール23を有している。加熱ロール22は下方からガラス基板2を通して中間転写体11に形成されているインク層5を加熱するものであり、圧着ロール23は中間転写体11に転写されたインク層5をガラス基板2に熱転写するために上方から中間転写体11に対して圧力を付与するものである。
次に、本実施形態によるカラーフィルタ基板4の製造装置10の作用、即ちカラーフィルタ3の形成方法を説明する。
カラーフィルタ基板の製造装置10に対して図4に示すパターンのカラーフィルタ3を形成する記録データが入力されると、まず、カラーフィルタ基板の製造装置10は、中間転写体11の搬送を開始させると同時に、各ヘッドユニット18R、18G、18Bの各サーマルヘッド8R、8G、8Bをダウンさせて、各サーマルヘッド8R、8G、8Bと中間転写用プラテン13とを中間転写体11および各インクリボン19を介して圧接させる。そして、各サーマルヘッド8R、8G、8Bの所定の発熱素子9(本実施形態においては図4のインク7R、7G、7Bの配置に対応する発熱素子9)を発熱させて中間転写体11上の剥離受容層17の表面の所定部分にインク7R、7G、7Bを転写する。
このとき、インク7R、7G、7Bにより構成される各ドット25が、各色彩のドット25毎に行方向に3個ずつ繰り返し連続するとともに列方向に連続して並列配置させ、各色彩のインク層5を列方向に延びるストライプ状に形成するように、各サーマルヘッド8R、8G、8Bの各発熱素子9を発熱させる。さらに、各発熱素子9を、各ドット25のうち異なる色彩のドット25に隣位して配置される端部側ドット25aを構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合、他のドット25を構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合と比較して高い温度によって加熱されるようになっており、これにより、端部側ドット25aを他のドット25と比較して大きく形成するようになっている。
各インク7R、7G、7Bのカラーフィルタ3としての印刷開始位置の頭出しは、図示しないセンサによって位置合わせをすることによって各発熱素子9に通電することにより行われる。1個分のカラーフィルタ3の列方向の長さのインク層5の形成が終了すると、次のカラーフィルタ3の印刷開始まで各サーマルヘッド8R、8G、8Bを所定時間アップさせて印刷を中断し、その後、次のカラーフィルタ3の印刷開始位置において再度各サーマルヘッド8R、8G、8Bをダウンさせて同様にしてインク層5の形成を行うことにより、1列×m行のカラーフィルタ3のインク層5を中間転写体11に転写する。
そして、1列×m行のカラーフィルタ3を構成するインク層5の中間転写体11への転写が終了すると、中間転写体11を逆方向に搬送するとともに、各ヘッドユニット18R、18G、18Bを行方向における所定の位置に移動させ、次列の1列×m行のカラーフィルタ3を構成するインク層5を、1行目のインク層5と同様に、1列目のインク層5に隣位して中間転写体11に転写する。そして、順次、行方向のカラーフィルタ3を構成するインク層5を中間転写体11に転写する。
また、各インク7R、7G、7Bの熱転写に際して、いずれか1個のインク7R、7G、7Bを剥離受容層17に熱転写した後に所定の乾燥時間経過後に隣のインク7R、7G、7Bを熱転写させる場合には、いずれか1個のサーマルヘッド8R、8G、8Bにより1個のインク7R、7G、7Bをカラーフィルタ3の列方向の全長に亘って剥離受容層16に熱転写させ、その後、中間転写体11を逆回転させて元に戻し、次に隣のインク7R、7G、7Bをカラーフィルタ3の列方向の全長に亘って剥離受容層16に熱転写させるようにして形成するとよい。
続いて、中間転写体11の剥離受容層17の表面に形成されたインク層5が第2熱転写手段15の位置まで進行すると、加熱ロール22と圧着ロール23とによってガラス基板2、インク層5、剥離受容層17および中間転写体11が所定圧力をもって狭持されるとともに約250℃に加熱される。これにより、インク層5がガラス基板2の上面に溶着され、また、剥離受容層17を形成する熱硬化性の樹脂がアニール処理を施されることにより熱硬化されるとともに熱酸化膜化される。その後、第2熱転写手段16の下流側に配置されている図示しない剥離手段部分において、熱硬化されるとともに熱酸化膜化された剥離受容層17を中間転写体11より剥離させて、インク層5をガラス基板2の上面にカラーフィルタ3として転写するとともに、中間転写体11より剥離された剥離受容層17をオーバーコート層6とする。このオーバーコート層6は、中間転写体11の表面の平滑性が転写されてその表面が極めて粗度の低い平滑性を備えたものとなる。
ここで、第2熱転写手段15においては、ガラス基板2に対するカラーフィルタ3およびオーバーコート層6を、中間転写体11に形成されたm行×n列のカラーフィルタ3の各インク層5のうち1列毎に転写してもよく、また複数列さらには全列同時に転写してもよい。
これにより、ガラス基板2の上面に、カラーフィルタ3およびオーバーコート層6を形成することができ、全てのカラーフィルタ3およびオーバーコート層6をガラス基板2における所定の位置に形成することによりマザー基板1が形成される。
その後、マザー基板1を個々に切断分離することにより1個単位のカラーフィルタ基板4が製造される。
このようにして形成されたカラーフィルタ基板4は、サーマルヘッド8の発熱素子9の大きさを例えば25μm角の小さいサイズに形成してインク層5を熱転写によって形成することができるので、高精細で高分解能の画素を備えていて解像度が極めて高く、更にコストも低廉なカラーフィルタ基板となる。
このように、本実施形態のカラーフィルタ3の形成方法によれば、行方向に3個ずつ連続して並列配置された各ドット25のうち異なる色彩のドット25に隣位して配置される端部側ドット25aを構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合に、該インク7R、7G、7Bの転写に用いられる各発熱素子9を、他のドット25を構成するインク7R、7G、7Bを転写する場合と比較して高い温度によって加熱する。このため、端部側ドット25aを他のドット25と比較して大きく形成することができるので、1000dpi以上の極めて解像度が高い熱転写方式のサーマルプリンタによってカラーフィルタ3を形成する場合であっても、細かいインク7R、7G、7Bの転写位置を制御することなく、各ドット25間に隙間が形成されてしまうことを防止することができる。
したがって、たとえ各色彩毎のインク7R、7G、7Bの転写位置にずれが生じてしまっても各ドット25間に隙間が形成されてしまうことを防止することができる。これにより、本実施形態のカラーフィルタ基板4が表示素子に用いられた場合に、光漏れが生じてしまうのを防止することができ、表示素子の視認性の向上を図ることができる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
例えば、剥離受容層17を中間転写体11に予め形成しておくものに代えて、剥離受容層17もヘッドユニット18R、18G、18Bによって他のインク7R、7G、7Bと同様にして中間転写体11に印刷するようにしてもよい。また、中間転写体11としてフィルム形状のものを用いているが、これに限定されず、ドラム形状の中間転写体11を用いてもよい。
本発明に係るカラーフィルタ基板の製造装置の1実施形態を示す構成図 (a)は、本発明に係るカラーフィルタ基板を多数形成したマザー基板を示す平面図、(b)は、(a)のマザー基板の一部のカラーフィルタ基板を分離した状態の平面図 図2(b)のA−A線に沿った拡大断面図 図2(b)のカラーフィルタ基板の一部分を示す拡大した平面図
符号の説明
1 マザー基板
2 ガラス基板
3 カラーフィルタ
4 カラーフィルタ基板
5 インク層
6 オーバーコート層
7R、7G、7B インク
8R、8G、8B サーマルヘッド
9 発熱素子
10 カラーフィルタ基板の製造装置
11 中間転写体
14 第1熱転写手段
15 第2熱転写手段
17 剥離受容層
19 インクリボン
25 ドット
25a 端部側ドット

Claims (4)

  1. 複数の色彩のインクを熱転写方式によって転写し、
    前記インクによって複数のドットを形成し、
    前記各ドットのうち異なる色彩のドットに隣位して配置される端部側ドットを構成する前記インクを転写する際に、他の前記ドットを構成する前記インクを転写する場合に与えられる熱エネルギよりも大きい熱エネルギによって、前記端部側ドットを構成する前記インクを転写し、前記端部側ドットを前記他のドットよりも大きく形成することを特徴とするカラーフィルタの形成方法。
  2. 前記端部側ドットを、隣位する異なる色彩の前記端部側ドットと重なるように形成することを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタの形成方法。
  3. 透明基板の上面に、複数の色彩のインクが熱転写方式によって転写され、前記インクによって複数のドットが形成され、各ドットのうち異なる色彩のドットに隣位して配置される端部側ドットを構成するインクを転写する際に、他のドットを構成するインクを転写する場合に与えられる熱エネルギよりも大きい熱エネルギによって端部側ドットを構成するインクが転写されて、前記端部側ドットが前記他のドットよりも大きく形成されていることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  4. カラーフィルタの複数の色彩のインクを熱転写させてドットを形成する複数の発熱素子を備えたサーマルヘッドを有するカラーフィルタ基板の製造装置であって、
    前記サーマルヘッドの前記発熱素子を発熱させて、前記各ドットのうち異なる色彩のドットに隣位して配置される端部側ドットを構成する前記インクを転写する際に、他の前記ドットを構成する前記インクを転写する場合に与えられる熱エネルギよりも大きい熱エネルギを、前記端部側ドットを形成する前記インクの転写に用いられる前記発熱素子に与えて、前記端部側ドットを前記他のドットよりも大きく形成することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造装置。
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