JP2007075767A - 吐出重量測定方法および吐出重量測定装置ならびにカラーフィルタ製造方法およびカラーフィルタ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルから吐出されるインクの蒸発による重量変化を抑制し、より高い精度でインクの重量を測定することができる吐出重量測定方法を提供する。
【解決手段】 重量測定手段１５上のインク着弾位置に撥インク性を有する薄板状の被塗布部材１４を設けることによって、インクジェットヘッド１２のノズル１３から吐出されて着弾するインクの表面積を小さくし、蒸発による重量変化を小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吐出重量測定方法および吐出重量測定装置ならびにカラーフィルタ製造方法およびカラーフィルタ製造装置に関する。

コンピュータ、携帯用の情報機器、液晶テレビジョンなどの表示部として用いられる液晶表示装置のカラー化に伴い、カラー液晶ディスプレイの需要が増加している。カラー液晶ディスプレイには、画像をカラー表示するためにカラーフィルタが用いられる。

カラーフィルタは、透明基板上に光を遮断するブラックマトリックス、カラー表示用の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の着色パターン、着色パターンを保護する透明な保護膜および液晶を駆動するための透明電極からなる。

カラーフィルタの製造においては、製造過程の大部分を着色パターンの形成工程が占め、着色パターンの形成方法としては、従来大別して、染色法、顔料分散法、電着法および印刷法の４つのうちいずれかの方法が用いられる。そして、これらはいずれの方法であっても、着色、クリーニング、乾燥、現像およびエッチングを含む比較的複雑な工程を要求するものであり、製造コストを低減することはかなり困難である。また、作業工程数が多いので、各工程ごとの歩留損失が累積し、歩留が低下するという問題もあり、作業工程数が少なく、低コストが図れるカラーフィルタの製造方法が求められている。

このような低コスト化および作業工程数削減の要求に対して、たとえば、ピエゾ素子（圧電素子）の収縮圧力によってインクを吐出するインクジェット方式によってカラーフィルタを製造する方法が用いられている。インクジェット方式によるカラーフィルタの製造は、インクジェットヘッドに備えられる複数のノズルから、赤、緑、青の各インクを基板の予め定められる位置に吐出し着色することによって行われる。インクジェット方式によるカラーフィルタの製造工程では、赤、緑、青の各着色パターンの形成を一度に行うことが可能であるので、大幅な製造工程の簡略化とともに低コスト化を図ることができる。

ところで、インクジェット方式によってカラーフィルタを製造する場合には、赤、緑、青のインクが適正な量で均一に吐出されないと、カラーフィルタの着色パターンに色むらが生じ、表示装置として高画質な画像を表示することができない。カラーフィルタ製造におけるインク着色の均一性は、一般の紙への印刷に比して厳しい均一性が求められる。このため、カラーフィルタ製造に用いられるインクジェット方式では、インクジェットヘッドの各ノズルから吐出されるインク量を調整し制御することがきわめて重要であり、各ノズルからのインクの吐出量を調整した後、インクをフィルタ基板の予め定められる位置に吐出して着色パターンを形成するという方法が用いられる。

各ノズルからのインクの吐出量を調整する方法としては、フィルタ基板へインクを吐出する前に、各ノズルから吐出されるインクの量を測定し、その測定量に基づいて、たとえば、ピエゾ素子（圧電素子）に対する印加電圧の周波数または電圧値を変化させることによって調整するという方法がある。着色均一性の高いカラーフィルタを製造するためには、ノズルから吐出されるインク量の均一化が重要であり、そのためには吐出されるインク量の測定をより高くすることが求められる。

インクの吐出量を測定する方法として、ノズルからガラスなどの透明基板上にインクを吐出して着弾させ、基板背部に設けられる光源から光を透過させ、その光の透過率を画像解析することによって吐出したインクの濃度を求めるという方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示される方法においては、光の透過率からインクの濃度を求めるという原理自体は有効であるが、実際に測定する際、着弾したインクの外形形状によって照射する光の散乱および反射の状態が異なり、インクの正確な濃度を測定することができない場合がある。また、透過光を画像解析するための装置が必要となり、装置全体が煩雑化するという問題もある。

このような問題に対応する従来技術に、乾燥させたインクの高さをレーザ光の照射によって測定し、その測定面積内における高さから吐出インクの体積を求めるという方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法によれば、レーザ光照射手段として光ピックアップを用いるので装置を小型かつ安価とすることができ、かつ正確な吐出量を算出できるとされている。また、インクを乾燥させるのに時間がかかるけれども、測定自体は短時間で行うことができる。この方法では、１滴または少数滴のインクを吐出着弾させ乾燥させて高さを測定し、複数のノズルそれぞれからの吐出インクの高さを光ピックアップによって順次測定するという方法が用いられる。しかしながら、特許文献２に開示されるような複数のノズルそれぞれから吐出されたインクの高さを順次測定する方法では、カラーフィルタ製造装置のように多数のノズルを含む場合、測定時間中に各ノズルから吐出されたごく少量のインクが蒸発してしまうという問題が発生する。したがって、各ノズルから吐出されるインク同士で乾燥度の違いが生じ、測定するインクの高さが変わるので、正確なインクの体積を求めることができないという問題がある。乾燥度の差を生じさせないように少数のノズルごとに測定を行うと、ノズル全体の測定所要時間に占めるインク乾燥時間が極めて長くなり、測定時間が非常に長くなる。また、乾燥状態を一定にするのが難しく、同じノズルから吐出されたインクであっても測定する度に測定値が変化してしまうので、インク量測定の再現性を得ることが難しい。

また、より高い精度および小型化した装置でインク量を測定する他の従来技術に、電子天秤などの重量測定手段によってインクジェットヘッドのノズルから吐出されるインクの重量を測定するという方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。この方法によれば、比較的簡易な装置で、正確なインク重量を測定することができるとされる。この特許文献３に開示される方法では、電子天秤の最小分解能より大きい重量のインクである少なくとも２０万滴以上のインクを、ノズルから吐出し被塗布部材に着弾させて重量を測定する必要があるけれども、多量のインクが被塗布部材に着弾すると、被塗布部材の性質によっては、インクと被塗布部材との界面張力が小さくなることがある。図６は、特許文献３において被塗布部材２に着弾するインク１を模式的に示す構造図である。被塗布部材２に着弾するインク１と被塗布部材２との間の界面張力が小さいと濡れ性が良くなる。その結果、被塗布部材２に着弾するインク１の表面積は大きくなり、インクが蒸発する速度を増大させる。したがって、ノズルからインクが吐出される時間およびインクを測定する際の電子天秤が安定するまでの時間の合わせて３０秒ほどの時間であっても、インクが蒸発して重量が変化するので、実際にノズルから吐出されるインクの重量と測定される重量とが異なるという問題がある。

特開平９−４８１１１号公報 特開平１０−３３９８０７号公報 特開平１１−２４８９２７号公報

本発明の目的は、ノズルから吐出されるインクの蒸発による重量変化を抑制し、より高い精度でインクの重量を測定することができる吐出重量測定方法および吐出重量測定装置ならびにこれらの方法および装置を用いて着色均一性の高い高品質のカラーフィルタを製造することができるカラーフィルタ製造方法およびカラーフィルタ製造装置を提供することである。

本発明は、インクジェット方式によってノズルから吐出されるインクの重量を測定する吐出重量測定方法において、
ノズルからインクを吐出させて撥インク性を有する薄板状の被塗布部材に着弾させるステップと、
被塗布部材に着弾したインクの重量を測定するステップとを含むことを特徴とする吐出重量測定方法である。

また本発明は、前記撥インク性を有する薄板状の被塗布部材が、ポリイミドフィルムであることを特徴とする。

また本発明は、前記撥インク性を有する薄板状の被塗布部材が、撥インク性を有する有機高分子または樹脂を被覆したポリイミドフィルムまたはガラス基板であることを特徴とする。

また本発明は、インクジェット方式によってノズルから吐出されるインクの重量を測定する吐出重量測定装置において、
ノズルから吐出されるインクが着弾する撥インク性を有する薄板状の被塗布部材と、
被塗布部材に着弾したインクの重量を測定する重量測定手段と、
重量測定手段によって測定されるインクの重量に基づいて、ノズルに対して指令信号を出力し各ノズルから吐出されるインクの量を制御する制御手段とを含むことを特徴とする吐出重量測定装置である。

また本発明は、被塗布部材を収容する容器を含み、
容器は、開口部が形成され、ノズルから吐出されるインクが開口部を通過するように設けられることを特徴とする。

また本発明は、インクジェットヘッドからインクを基板の予め定められる位置に吐出して着色することによりカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造方法において、
基板にインクを吐出する前に前記のいずれか１つに記載の吐出重量測定方法によってインクの重量を測定するステップと、
測定されたインクの重量に基づいて各ノズルから吐出されるインクの量を調整するステップと、
インクジェットヘッドから基板の予め定められる位置にインクを吐出するステップとを含むカラーフィルタ製造方法である。

また本発明は、インクジェットヘッドからインクを基板の予め定められる位置に吐出して着色することによりカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置において、
前記の吐出重量測定装置と、
インクを吐出する複数のノズルを備えるインクジェットヘッドと、
フィルタ基板を載置するステージと、
インクジェットヘッドを保持し、かつインクジェットヘッドを重量測定手段とステージとの間で移動させるヘッド移動手段とを含むことを特徴とするカラーフィルタ製造装置である。

また本発明は、インクジェットヘッドからインクを基板の予め定められる位置に吐出して着色することによりカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置において、
前記の吐出重量測定装置と、
インクを吐出する複数のノズルを備えるインクジェットヘッドと、
フィルタ基板を載置するステージと、
重量測定手段およびステージが装着され、
重量測定手段およびステージが交互にインクジェットヘッドから吐出されるインクの着弾位置となるように、移動させる移動手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ノズルから吐出されるインクは、撥インク性を有する薄板状の被塗布部材に着弾し、着弾したインクの表面積は被塗布部材の撥インク性によって小さくなるので、インクの蒸発による重量変化を小さくすることができ、より精度の高いインク重量の測定を行うことができる。また、測定環境による蒸発の影響が小さくなるので、異なる測定機会ごとの測定値にばらつきのない、再現性のある測定値を得ることができる。

また本発明によれば、撥インク性を有する薄板状の被塗布部材は、撥インク性に優れるポリイミドフィルムもしくは撥インク性を有する有機高分子または樹脂を被覆したポリイミドフィルムまたはガラス基板であり、着弾したインクの表面積をより小さくすることができるので、インクの蒸発による重量変化をさらに小さくすることができ、インク重量測定を高精度で行うことができる。また、フィルムのインク着弾面内における撥インク性のばらつきが小さいので、インクの着弾位置にかかわらずインク重量測定条件にばらつきがなく、異なるノズル間においても同一の条件でインク重量の測定を行うことができる。

また本発明によれば、吐出重量測定装置が撥インク性を有する薄板状の被塗布部材を含み、ノズルから吐出され着弾したインクの表面積は被塗布部材の撥インク性によって小さくなるので、インクの蒸発による重量変化を小さくすることができ、より高い精度でのインク重量の測定を行うことができる。また、測定環境による蒸発の影響が小さくなるので、異なる測定機会ごとの測定値にばらつきのない、再現性のある測定値を得ることができる。

また本発明によれば、ノズルから吐出されるインクが着弾する被塗布部材が、開口部を有する容器内に備えられるので、着弾したインクの蒸発量をさらに小さくすることができる。

また本発明によれば、前記の吐出重量測定方法によって測定し、測定したインクの重量に基づいて各ノズルから吐出されるインクの量を調整した後、フィルタ基板にインクを吐出する方法によってカラーフィルタを製造する。したがって、高精度のインク重量測定結果に基づいた適正量のインクが各ノズルから吐出されるので、着色均一性に優れる高品質のカラーフィルタを製造することができる。

また本発明によれば、カラーフィルタ製造装置は、前記の吐出重量測定装置と、インクジェットヘッドを重量測定手段とフィルタ基板を載置するステージとの間で移動させるヘッド移動手段とを含むので、高精度のインク重量測定結果に基づいた適正量のインクを吐出するインクジェットヘッドによって、着色均一性に優れるカラーフィルタを製造することができる。また、重量測定手段とフィルタ基板を載置するステージとの移動が容易で、カラーフィルタ製造中であっても必要に応じてインクの重量を測定することが可能であるので、インクの量を常時管理することができ、高品質のカラーフィルタを製造することができる。

また本発明によれば、カラーフィルタ製造装置は、前記の吐出重量測定装置と、重量測定手段およびステージが交互にインクジェットヘッドから吐出されるインクの着弾位置となるように移動させる移動手段とを含むので、高精度のインク重量測定結果に基づいた適正量のインクを吐出するインクジェットヘッドによって、着色均一性に優れるカラーフィルタを製造することができる。また、重量測定手段とフィルタ基板を載置するステージとの移動が容易で、カラーフィルタ製造中であっても必要に応じてインクの重量を測定することが可能であるので、インクの量を常時管理することができ、高品質のカラーフィルタを製造することができる。

図１は、本発明の実施の一形態である吐出重量測定装置１１の構成を簡略化して示す斜視図である。

吐出重量測定装置１１は、インクジェットヘッド１２に備えられるノズル１３から吐出されるインクが着弾する撥インク性を有する薄板状の被塗布部材１４と、被塗布部材１４に着弾するインクの重量を測定する重量測定手段１５と、重量測定手段１５によって測定されるインクの重量に基づいて、ノズル１３に対して指令信号を出力し各ノズルから吐出されるインクの量を制御する制御手段１６とを含む。

インクジェットヘッド１２は、たとえば、ピエゾ素子（圧電素子）を用いたヘッドであり、インクジェットヘッド１２のインク吐出面には、複数のノズル１３が備えられる。これらのノズル１３には、それぞれ不図示のピエゾ素子が設けられる。ピエゾ素子は、不図示の電圧印加手段によって電圧が印加され、その印加される電圧に応じて伸縮する。このピエゾ素子の伸縮によってノズル１３内のインクに圧力が付加され、インクがノズル１３から吐出される。

重量測定手段１５は、たとえば、０．１ｍｇの最小分解能を有する程度の微小単位まで計測可能な高精度の電子天秤である重量測定部１７と、重量測定部１７の上に装着されノズル１３から吐出されるインクが着弾する被塗布部材１４を載置する載置部１８とを含む。

重量測定部１７の電子天秤は、インクジェットヘッド１２のノズル１３から吐出されたインクの１滴あたりの重量を測定して管理するために、インクジェットヘッド１２のノズル１３から、最小分解能に合わせた複数滴のインクを受ける。重量測定部１７の電子天秤の最小分解能が、たとえば０．１ｍｇ程度であれば、１滴あたりのインク重量は５ｎｇであるので、少なくとも２０万滴のインクが吐出される必要がある。重量測定手段１５は、この２０万滴のインクの重量を測定し、重量の測定値を２０万の数字で割ることにより、１滴あたりのインクの重量を算出する。

載置部１８の上には、ノズル１３から吐出されるインクが着弾する被塗布部材１４であって、撥インク性を有する薄板状の被塗布部材１４が載置される。

本実施の形態では、被塗布部材１４として、撥インク性を有するポリイミドフィルムが用いられる。ポリイミドフィルムの大きさおよび形状としては、ノズル１３から吐出されるインクが着弾できるようなものであればよい。

ポリイミドフィルムは、撥インク性に優れるので、ノズル１３から吐出され着弾したインクの表面積をより小さくすることができる。図２は、撥インク性を有する薄板状の被塗布部材１４の表面に着弾するインク１９を模式的に示す構造図である。撥インク性を有する被塗布部材１４であるポリイミドフィルムに着弾するインク１９は、ポリイミドフィルムとの界面張力が大きいので、表面積が小さくなる。インク１９の表面積が小さくなることによって、インク１９の蒸発量を小さくし、重量変化を小さくすることができるので、インク１９の重量を高い精度で測定することができる。また、インク１９の蒸発量が小さくなるので、蒸発量に及ぼす測定環境の影響が小さくなり、測定機会が異なる場合においても測定値のばらつきを抑え、再現性のある測定値を得ることができる。

本実施の形態においては、被塗布部材１４としてポリイミドフィルムを用いるけれども、これに限定されることなく、撥インク性を有する有機高分子または樹脂を被覆したポリイミドフィルムまたはガラス基板などを用いてもよい。

撥インク性を有する有機高分子としては、たとえば、フルオロアルキルポリマーなどが挙げられる。撥インク性を有する樹脂としては、たとえば、フッ素樹脂などが挙げられる。

ポリイミドフィルムまたはガラス基板への撥インク性を有する有機高分子または樹脂の被覆は、真空蒸着法またはスピンコート法によって行うことが好ましい。真空蒸着法においては加熱温度、蒸着速度などを制御することができ、スピンコート法においてはスピンコーターの回転数などを制御することができるので、有機高分子または樹脂の被覆条件を詳細に設定することができる。これらの方法によれば、撥インク性の均一な被塗布部材を作成することが容易になり、被塗布部材１４のインク着弾面内においても撥インク性のばらつきを少なくすることが可能である。このような撥インク性を有する有機高分子または樹脂を被覆したポリイミドフィルムまたはガラス基板を被塗布部材として用いることによっても、ポリイミドフィルムと同様の効果を得ることができる。

本実施の形態においては、重量測定部１７として電子天秤を用いてインク滴の重量測定を行うけれども、これに限定されることなく電子天秤以外の方式、たとえば、ロードセル方式で重量測定を行うようにしてもよい。また、インクの重量測定をする場合、重量測定部１７の方式に応じて、たとえば被塗布部材１４に着弾させるインクの滴数を１滴ないし２０万滴、もしくはそれ以上として測定し、インクの滴数で割ることによってインク１滴あたりの重量を求めるようにしてもよい。

またインクジェットヘッド１２は、水平方向に移動可能な可動部材に装着されることが好ましい。インクジェットヘッド１２が装着される可動部材を移動させることによって、いずれのノズルから吐出されるインクをも被塗布部材１４に着弾させることが可能になる。

載置部１８の形状としては、たとえば円形状であっても四角形状であってもよい。載置部１８の大きさとしては、重量測定部１７により重量が正確に測定できるのであれば、すべてのノズルから吐出されるインクを被塗布部材１４に着弾させることができるような大きさに設定してもよい。

制御手段１６は、中央処理装置（ＣＰＵ）またはチップ（集積回路）によって実現される処理回路であり、重量測定手段１５およびノズル１３に設けられるピエゾ素子に電圧を印加する電圧印加手段に接続される。制御手段１６は、重量測定手段１５から得られる１滴あたりのインク重量の測定結果に基づいて、ノズル１３に設けられるピエゾ素子に対して電圧を印加する電圧印加手段に制御信号を出力し、電圧印加手段による印加電圧値を変化させてピエゾ素子の伸縮量を変化させることによってノズル１３からのインクの吐出量を適正に調整する。

制御手段１６は、ピエゾ素子に対する印加電圧値を変化させるように制御するけれども、ピエゾ素子に対する印加電圧の周波数を変化させるように制御するものであってもよい。印加電圧の周波数を変化させることによって、ピエゾ素子が伸縮する速度を変化させることができ、インクの粘度に応じた負荷力とピエゾ素子の伸縮力との間でバランスをとることによって適量のインクをノズルから吐出させることができる。

吐出重量測定装置１１を用いる本発明の吐出重量測定方法は、ノズル１３からインクを吐出させて撥インク性を有する薄板状の被塗布部材１４に着弾させるステップと、被塗布部材１４に着弾したインクの重量を測定するステップとを含む。

インクジェットヘッド１２に備えられる所定のノズルから吐出されるインクは、重量測定手段１５の載置部１８上に載置される被塗布部材１４に着弾する。着弾したインクは重量測定手段１５によってその重量を測定され、測定された値は制御手段１６に入力される。制御手段１６は、その値に基づいてノズルに備えられるピエゾ素子に印加する電圧値を制御する信号を出力し、ノズルから吐出されるインクの量を適正量に調整する。

図３は、本発明の実施の第２形態である吐出重量測定装置２１の構成を簡略化して示す斜視図である。本実施形態の吐出重量測定装置２１は、前述の第１実施形態の吐出重量測定装置１１に類似し、対応する部分については同一の参照符合を付して説明を省略する。

本実施形態の吐出重量測定装置２１は、被塗布部材１４を収容する容器２２を含み、容器２２には開口部２３が形成され、ノズル１３から吐出されるインクが開口部２３を通過するように設けられることを特徴とする。

容器２２は、たとえばガラス製の有底角筒状を有する部材である。容器２２は、重量測定手段１５の載置台１８の上に有底部の反対側を接し、その内部に被塗布部材１４を収容するようにして設けられる。容器２２は、載置台１８に接する側と反対側の有底部２２ａに直径２ｍｍ程度の開口部２３が形成され、容器２２の内部空間は開口部２３以外において、容器外部と遮断される。容器２２は、ノズル１３から吐出されたインクが開口部２３を通過して被塗布部材１４に着弾するように設けられる。

重量測定手段１５は、どのノズルから吐出されるインクであっても開口部２３を通過して被塗布部材１４にインクが着弾するように、ＸＹステージ２４上に移動可能に備えられる。ＸＹステージ２４としては、たとえば、水平２軸方向に移動可能な公知の２軸ステージを用いることができる。

このような吐出重量測定装置２１を用いてノズル１３から吐出されたインクの重量を測定することによって、開口部２３を通過して被塗布部材１４に着弾されるインクは、容器２２によって内部空間が外部と遮断されるので、たとえば大気の対流による気化損失が抑制され、蒸発によるインクの重量変化をより小さくすることができる。

さらに、重量測定手段１５は、ＸＹステージ２４上に備えられるので、開口部２３の位置を、インクを吐出するノズルの位置に応じて移動させることができる。したがって、いずれのノズルから吐出されるインクをも被塗布部材１４に着弾させることができるので、複数備えられる各ノズルから吐出されるインクの重量を測定することが可能である。

なお、ノズル１３から吐出されるインクが開口部２３を通過して被塗布部材１４に着弾されればよいので、重量測定手段１５がＸＹステージ２４上に設けられる構成に限定されることなく、インクジェットヘッド１２が水平平面内において移動可能な構成であってもよい。

また、開口部２３を有する容器２２は、容器２２の内部空間が開口部２３以外において外部と遮断される状態であればその形状は特に限定されない。容器は、たとえば、載置台１８に載置される被塗布部材１４が覆われるようなドーム状の形状であってもよい。

以上のような本発明の吐出重量測定方法および装置は、ノズルから吐出されるインクの蒸発による重量変化を抑制し、より高い精度でインクの重量を測定することができる。さらに、高精度な測定により得られる値に基づいてノズルに備えられるピエゾ素子に対する印加電圧の値を適正に調整することができ、各ノズルからのインク吐出量を均一に設定することができる。したがって、このような吐出重量測定方法および装置は、たとえば、インクの塗布により形成される着色パターンの着色が均一に行われることが必要であるカラーフィルタ製造装置に好適に用いることができる。

図４は、本発明の吐出重量測定装置１１を備えるカラーフィルタ製造装置３１の構成を簡略化して示す斜視図である。本発明のカラーフィルタ製造装置３１は、フィルタ基板に対して着色パターンを形成するパターン形成に用いられる。

カラーフィルタ製造装置３１は、大略、吐出重量測定装置１１と、フィルタ基板３２にインクを吐出する複数のノズルを備えるインクジェットヘッド３３と、フィルタ基板３２を載置するステージ３４と、インクジェットヘッド３３を保持し、かつインクジェットヘッド３３を、重量測定手段１５とステージ３４との間で移動させるヘッド移動手段である第１移動手段３５とを含む。

ステージ３４は、水平に設けられ、不図示の突起形状の位置決めピンと、フィルタ基板３２を真空吸着によって固定する真空吸着手段とによってフィルタ基板３２を位置決めし固定する。

フィルタ基板３２としては、透明基板であり適度の機械的強度と共に光透過性の高いものが用いられ、たとえば、透明ガラス基板、アクリル樹脂基板、プラスチック基板、プラスチックフィルムおよびこれらの表面処理品などが適用される。

フィルタ基板３２は長方形形状を有し、フィルタ基板３２の一方の面に対して光透過性のない樹脂であって好ましくは黒色の樹脂がスピンコート法などの方法によって所定の厚さ（たとえば２μｍ）で塗布され、フォトリソグラフィ法などの方法によってパターンが形成される。黒色の樹脂によって形成されるパターンをブラックマトリックスとよぶ。ブラックマトリックスを形成する樹脂は、たとえばヒータによる加熱によって焼成される。このブラックマトリックスのパターンで囲まれる、たとえば、幅３０μｍ、長さ１００μｍ程度の大きさの部分が最小の表示要素となり、この部分の予め定められる位置に赤、緑、青の各色のインクを塗布することによって着色パターンが形成される。着色パターンとしては、ストライプ型、モザイク型、デルタ型などがある。

吐出重量測定装置１１は、撥インク性の被塗布部材１４を含み、ステージ３４に並設される。

インクジェットヘッド３３には、赤、緑、青の各色のインクを吐出する複数のノズルが備えられ、それぞれの色のインクを吐出するノズルは、フィルタ基板３２のブラックマトリックスのパターンで囲まれる部分の所定の位置に所定の色のインクが着弾するような間隔および配置で設けられる。また、インクジェットヘッド３３は、重量測定手段１５とステージ３４との間を移動するヘッド移動手段である第１移動手段３５によって保持される。

第１移動手段３５は、重量測定手段１５とステージ３４とが並設される方向に平行に移動可能に設けられる。この重量測定手段１５とステージ３４とが並設される方向をＸ軸方向と呼ぶ。

第１移動手段３５は、案内部３６と、係合部３７とを含む。案内部３６は、形状が細長い直方体形状を有し、重量測定手段１５とステージ３４とを挟んでＸ軸方向に延びて１対が設けられる。各案内部３６には、案内部３６と同様Ｘ軸方向に伸び上方に臨んで開口するガイド溝３６ａが形成される。係合部３７も１対が設けられ、各係合部３７は、角柱形状を有し、一端部が、案内部３６に形成されるガイド溝３６ａ内に挿入される。ガイド溝３６ａ内に挿入される係合部３７の一端部は、たとえば案内部３６内に設けられる１対のプーリに掛けまわされる無端ベルトに係合部材によって装着される。プーリは電動機に接続されて回転駆動し、プーリの駆動力が無端ベルトを介して係合部３７に伝達されて、係合部３７がＸ軸方向に移動可能になる。

１対の係合部３７は、ステージ３４または重量測定手段１５を跨ぐように設けられる第２移動手段３８を保持する。第２移動手段３８は、ヘッド移動部３９と、ヘッド移動部３９に移動可能に装着されるヘッド保持部４０とを含む。ヘッド可動部３９は、係合部３７に保持され、第１移動手段３５と類似の機構によって、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向であるＹ軸方向にヘッド保持部４０を移動させることができる。ヘッド保持部４０には、インクジェットヘッド３３が装着される。このように、第１および第２移動手段３５，３８によって、インクジェットヘッド３３が、Ｘ軸およびＹ軸方向の２次元平面内で移動可能になる。

第１および第２移動手段３５，３８の電動機は、不図示の駆動制御手段に接続され、不図示の画像処理装置によって検出される位置データに応じて、駆動制御手段が出力する動作制御信号に従って所望の位置で停止するように制御される。

以下カラーフィルタ製造装置３１の動作について説明する。
まず、インクジェットヘッド３３は、第１移動手段３５をＸ軸方向に移動させることによって、重量測定手段１５の上方に配置される。インクジェットヘッド３１に設けられるノズルは、所定の滴数、たとえば２０万滴のインクの吐出を行い、インクを被塗布部材１４に着弾させる。重量測定手段１５は、被塗布部材１４に着弾された２０万滴のインクの重量を測定して、その結果からインク１滴あたりの重量を算出し、算出結果を制御手段１６へ出力する。制御手段１６は、ピエゾ素子に電圧を印加する電圧印加手段に対する電圧値を制御することによって、該ノズルについて吐出される１滴あたりのインクの重量を予め定める所望の値になるように調整する。

複数備えられる各ノズルから吐出されるインク１滴あたりの重量調整が終了すると、第１移動手段３５はＸ軸方向にステージ３４側へ向かって移動し、インクジェットヘッド３３をステージ３４の上方に位置させる。なおフィルタ基板３２は、既にステージ３４に備えられる位置決めピンと真空吸着部とによって、ステージ３４に固定して載置されている。このステージ３４に載置されるフィルタ基板３２内の予め定められる位置に所定のインクを塗布できるように、第１移動手段３５をＸ軸方向に、第２移動手段３８をＹ軸方向にそれぞれ駆動制御手段が出力する動作制御信号に従って移動させて、インクジェットヘッド３３を所定の位置に移動させる。

インクジェットヘッド３３は、ノズルからフィルタ基板３２の予め定められる位置に対して赤、緑、青の各色のインクを同時に適正量で吐出し、着弾させる。

またカラーフィルタ製造中であっても、必要に応じて第１移動手段３５および第２移動手段３８を移動させ、インクジェットヘッド３３を重量測定手段１５の上方に位置させ、前述のようにしてインク重量を測定し、ノズルからのインク吐出量を適正に調整することができる。調整が終わると、第１移動手段３５および第２移動手段３８を移動させ、インクジェットヘッド３３をステージ３４に載置されるフィルタ基板３２の所定位置上方に配置させて、再びフィルタ基板３２に対するインクの吐出を行う。

このように、ノズルからフィルタ基板３２に対するインクの吐出とインク重量測定に基づくノズルからのインク吐出量調整とを繰返して、フィルタ基板３２上に赤、緑、青の各色の着色を行い、カラーフィルタの着色パターンを形成する。

なお、着色パターン形成後、公知慣用の任意の手段によって、所定の温度で所定時間加熱を行い、インクを乾燥させる。次いで着色パターンの保護およびフィルタ表面の平坦化のために、たとえば、スピンコート法、ロールコート法などの方法によって保護膜を形成する。さらに保護膜の上に、たとえば、スパッタ法、真空吸着法などの方法によって透明電極を保護膜の全面にわたって形成する。このようにして、カラーフィルタの製造を完了する。

本発明のカラーフィルタ製造装置３１は、吐出重量測定装置１１を備えるので、高い精度で測定されるインク重量に基づいて適正量のインクを吐出させることができ、製造されるカラーフィルタを着色均一性に優れたものとすることができる。

またインクジェットヘッド３３は、重量測定手段１５とフィルタ基板３２を載置するステージ３４との間を移動することができる第１移動手段３５を含み、重量測定手段１５とステージ３４との間をインクジェットヘッド３３が容易に移動することができる。したがって、フィルタ基板３４にインクを塗布する途中であっても必要に応じてインクの吐出重量を測定し、各ノズルから吐出されるインクの重量を調整することが可能である。このように、インクの吐出量を常時適正に保持することが可能であるので、高品質のカラーフィルタを製造することができる。

なお、本発明のカラーフィルタ製造装置３１においては、赤、緑、青の各色のインクを同時に吐出する方法を用いるけれども、各色のインクを同時に吐出する方法に限らず、赤、緑、青の各色を１色ずつ吐出する方法であってもよい。またこのような場合、インクジェットヘッド３３は、赤、緑、青の３色のインクを吐出するノズルを各色について備えるものである必要はなく、このうちから１色もしくは２色のインクを吐出するノズルを備えるものであってもよい。

カラーフィルタ製造装置３１の第１移動手段３５および第２移動手段３８は、電動機に接続されて駆動する駆動プーリの動作によって移動する機構のものであるが、これに限らずリニアモータなどの機構を用いることもできる。

さらに、カラーフィルタ製造装置３１は、カラーフィルタの製造用途に限定されることなく、吐出するインクに含有される物質を、たとえば、金属材料、絶縁材料などに変更することによって、金属配線、絶縁膜などの微細パターンの直描が可能になり、新規な高機能デバイスの作製にも応用できる。

図５は、本発明の実施のもう１つの形態であるカラーフィルタ製造装置４１の構成を簡略化して示す斜視図である。本実施形態のカラーフィルタ製造装置４１は、前述の実施形態のカラーフィルタ製造装置３１に類似し、対応する部分については同一の参照符合を付して説明を省略する。カラーフィルタ製造装置４１は、カラーフィルタ製造装置３１と同様にフィルタ基板に対して着色パターンを形成するパターン形成に用いられる。

本実施形態のカラーフィルタ製造装置４１は、重量測定手段１５とステージ３４とが、交互にインクジェットヘッド３３から吐出されるインクの着弾位置となるように移動可能な移動手段である第３移動手段４２を含むことを特徴とする。

第３移動手段４２は、水平に設けられる略直方体形状の固定テーブル４３と、固定テーブル４３の上に装着される可動テーブル４４とを含む。

可動テーブル４４は、固定テーブル４３と装着される側の面にガイドレール４４ａが設けられ、固定テーブル４３の可動テーブル４４が装着される側の面に形成されるガイド溝４３ａと摺動可能に係合される。可動テーブル４４には、不図示部分においてＸ軸方向に延びてラックが設けられ、該ラックに噛合するように固定テーブル４３にピニオンとピニオンが出力軸に設けられた電動機とが装着される。このことによって、電動機の回転駆動力が、ピニオンとラックとに作用し、可動テーブル４４が、固定テーブル４３に形成されるガイド溝４３ａに案内されてＸ軸方向に可動に構成される。

可動テーブル４４の上には、重量測定手段１５およびステージ３４が、可動テーブル４４の移動する方向であるＸ軸方向に並んで設けられ、可動テーブル４４の移動によって、重量測定手段１５およびステージ３４がＸ軸方向に一体的に移動可能となる。

固定テーブル４３には、可動テーブル４４に設けられる重量測定手段１５またはステージ３４を挟んで１対の保持部材４５が固定される。保持部材４５は、インクジェットヘッド３３を移動可能に保持する第２移動手段３８のヘッド保持部４０が装着されるヘッド移動部３９を保持する。

カラーフィルタ製造装置４１は、可動ステージ４４を移動させることによって、インクジェットヘッド３３のノズルから吐出されるインクの着弾地点が、吐出重量測定装置１１によってインクの重量を測定する工程時においては重量測定手段１５の上方に、インクジェットヘッド３３からフィルタ基板３２の予め定められる位置にインクを吐出する工程時においてはステージ３４の上方に位置することによって、ノズルから吐出されるインク重量の調整と、フィルタ基板３２上に対する着色パターンの形成とを、任意のタイミングで切換えて実行することができる。

本発明のカラーフィルタ製造装置４１においては、可動テーブル４４によって、重量測定手段１５およびステージ３４が交互にインクジェットヘッド３３から吐出されるインクの着弾位置となるように移動させることが容易となる。したがって、前述のカラーフィルタ製造装置３１と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の一形態である吐出重量測定装置１１の構成を簡略化して示す斜視図である。 撥インク性を有する薄板状の被塗布部材１４の表面に着弾するインク１９を模式的に示す構造図である。 本発明の実施の第２形態である吐出重量測定装置２１の構成を簡略化して示す斜視図である。 本発明の吐出重量測定装置１１を備えるカラーフィルタ製造装置３１の構成を簡略化して示す斜視図である。 本発明の実施のもう１つの形態であるカラーフィルタ製造装置４１の構成を簡略化して示す斜視図である。 特許文献３において被塗布部材２に着弾するインク１を模式的に示す構造図である。

符号の説明

１１，２１ 吐出重量測定装置
１２，３３ インクジェットヘッド
１３ ノズル
１４ 被塗布部材
１５ 重量測定手段
１６ 制御手段
２２ 容器
２３ 開口部
２４ ＸＹステージ
３１，４１ カラーフィルタ製造装置
３２ 基板
３４ ステージ
３５ 第１移動手段
３８ 第２移動手段
４２ 第３移動手段

Claims (8)

1. インクジェット方式によってノズルから吐出されるインクの重量を測定する吐出重量測定方法において、
   ノズルからインクを吐出させて撥インク性を有する薄板状の被塗布部材に着弾させるステップと、
   被塗布部材に着弾したインクの重量を測定するステップとを含むことを特徴とする吐出重量測定方法。
2. 前記撥インク性を有する薄板状の被塗布部材は、ポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項１記載の吐出重量測定方法。
3. 前記撥インク性を有する薄板状の被塗布部材は、撥インク性を有する有機高分子または樹脂を被覆したポリイミドフィルムまたはガラス基板であることを特徴とする請求項１記載の吐出重量測定方法。
4. インクジェット方式によってノズルから吐出されるインクの重量を測定する吐出重量測定装置において、
   ノズルから吐出されるインクが着弾する撥インク性を有する薄板状の被塗布部材と、
   被塗布部材に着弾したインクの重量を測定する重量測定手段と、
   重量測定手段によって測定されるインクの重量に基づいて、ノズルに対して指令信号を出力し各ノズルから吐出されるインクの量を制御する制御手段とを含むことを特徴とする吐出重量測定装置。
5. 被塗布部材を収容する容器を含み、
   容器は、開口部が形成され、ノズルから吐出されるインクが開口部を通過するように設けられることを特徴とする請求項４記載の吐出重量測定装置。
6. インクジェットヘッドからインクを基板の予め定められる位置に吐出して着色することによりカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造方法において、
   基板にインクを吐出する前に請求項１〜３のいずれか１つに記載の吐出重量測定方法によってインクの重量を測定するステップと、
   測定されたインクの重量に基づいて各ノズルから吐出されるインクの量を調整するステップと、
   インクジェットヘッドから基板の予め定められる位置にインクを吐出するステップとを含むカラーフィルタ製造方法。
7. インクジェットヘッドからインクを基板の予め定められる位置に吐出して着色することによりカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置において、
   請求項４または５記載の吐出重量測定装置と、
   インクを吐出する複数のノズルを備えるインクジェットヘッドと、
   フィルタ基板を載置するステージと、
   インクジェットヘッドを保持し、かつインクジェットヘッドを重量測定手段とステージとの間で移動させるヘッド移動手段とを含むことを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
8. インクジェットヘッドからインクを基板の予め定められる位置に吐出して着色することによりカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置において、
   請求項４または５記載の吐出重量測定装置と、
   インクを吐出する複数のノズルを備えるインクジェットヘッドと、
   フィルタ基板を載置するステージと、
   重量測定手段およびステージが装着され、
   重量測定手段およびステージが交互にインクジェットヘッドから吐出されるインクの着弾位置となるように、移動させる移動手段とを含むことを特徴とするカラーフィルタ製造装置。

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