JP2007261021A

JP2007261021A - インクジェット吐出装置

Info

Publication number: JP2007261021A
Application number: JP2006087472A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Imamura; 知大今村; Tomohiro Kai; 智洋甲斐
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】多数のインク吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを数個配置したインクジェットヘッド群を複数設置されているインクジェットヘッドユニットを有してなるインクジェット吐出装置において、色スジムラを軽減する吐出機構を提供することを目的とする。
【解決手段】インクジェットヘッドユニットが、インクジェットヘッドをそれぞれ長手方向において重なり合い、かつ、各々インクジェットヘッド端部ノズル付近同士が長手方向において近接しないように配置して、各々のインクジェットヘッドを階段状に配置してあるインクジェットヘッド群をそれぞれ長手方向にずらして配置して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々のインクジェットヘッド群を階段状に配置してあるインクジェットヘッドユニットを備えたインクジェット吐出装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、電気光学装置に用いられるカラーフィルタ等に流動性を有するインクを吐出し、製造する製造方法およびその製造装置に関する、特に、インク吐出をおこなうインクジェットヘッドの配置に関する。

従来のカラーフィルタの製造方法としては、フォトリソグラフィー法、エッチング法等が知られている。フォトリソグラフィー法によるカラーフィルタの製造方法は、基板全体に各色の感光性樹脂層の塗布膜を形成し、パターン状に露光した後に塗布膜の不要な部分を取り除き、残ったパターンを各画素とする。この方法では、塗布膜の多くが現像除去されるため、大量の材料が無駄になる。さらに、画素ごとに露光、現像工程をおこなうため、工程数が多くなる。このフォトリソグラフィー方式は、カラーフィルタに限らず、有機エレクトロルミネッセンス素子等、種々の光学素子や電気素子の製造に利用されている。

そして、フォトリソグラフィー方式の上記問題は、基板の大型化に伴い顕著となり、コスト、環境面ともに問題を露呈するようになった。この問題を克服する方法として、インク吐出方式によるカラーフィルタを製造する方法が注目されている。インク吐出法によってカラーフィルタを製造する場合、透明基板に撥インク性を持った遮光部を形成し、その斜光部を隔壁としてその間にＲ、Ｇ、Ｂの３色のインクを吐出して光透過部を形成する。このため、フォトリソグラフィー法と比べ、インクの無駄もほとんど発生せず、また、同時に３色画素を形成することができ工程が短縮されるため、環境負荷の低減と大幅なコストダウンが期待できる。

ここで、従来のインクジェット法による目標物への吐出方法の一例について説明する。

走査方向と直行する方向に複数のインク吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを複数個配置したインクジェットヘッドユニットが、被印刷物の目標物に対して相対的に複数回走査され、吐出をおこなう方法であって、使用するインクジェットヘッドは、インクを吐出可能なインク吐出口を多数配列させたインク吐出部を複数備えている。

前記インクジェットヘッド群は、図４に示すように、塗布幅を拡大するためインクジェットヘッドを千鳥足状に配列し、かつ、解像度と吐出量を増加させるため、インクジェットヘッドを複数配列して１組とし、互いをノズルの配列ピッチの半分をｙ方向にずらして、配置して形成されることが多い。この場合、たとえば、平行する２つの直線状に交互に配置され、インクジェットヘッド１の端部ノズル孔３とインクジェットヘッド２の端部ノズル孔４は、塗布方向のｘ方向から見てノズル孔の全配列において空白部分が生じないように配置、すなわち、前記ノズル孔３と前記ノズル孔４との間隔が前記配列ピッチの半分をｙ歩行ずらす位置に調整され配置されている。図上では、端部近傍のノズル位置を説明するもので、その間隔は、各々間隔は、１／２ｎ、すなわち配列ピッチの半分である。また、図５に示すように、インクジェットヘッドユニットは各色のインクジェットヘッド群５、６、７を平行に配置して形成されることが多い。なお、前記インクジェットヘッド１は、破線枠内に示し、ノズル孔（以下ノズルと記す）を同一配列ピッチで並べたものである。前記インクジェットヘッド群５は、破線枠内に示し、複数のインクジェットヘッド１を所定位置に配置したグループである。前記インクジェットヘッドユニット９は、破線枠内に示し、ＲＧＢの各々のインクジェットヘッド群５を所定位置に配置したグループである。

しかしながら、この従来の吐出方法では、目標物に発生する色スジムラが大きな問題となっている。

色スジムラは、本発明者らの検討によると、インクジェットヘッドの各ノズルによるインク吐出のバラツキから生じるノズルのセル間の色度差が原因であることが分かっている。そのため、色スジムラは、インクジェットヘッド長手方向に対して垂直（図４上のｘ方向）に発生し、インクのレベリング効果が望めない。たとえばＢＭパターンがインクジェットヘッドの長手方向に対して、垂直に隔壁のあるマトリックスパターンなどでは、顕著に現れる。

また、色スジムラは色度差が大きいほどはっきり現れ、インク吐出バラツキの大きいインクジェットヘッドのノズル端部がほぼ隣り合う、インクジェットヘッドとインクジェットヘッドのつなぎ部に存在することが多い。

以下に公知文献を記す。
特開２００２−１７４７１７号公報

本発明は、以上の事情に鑑みて考えられたものであり、インクジェット法による吐出方法及び製造装置において、色スジムラを軽減する吐出機構を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、多数のインク吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを数個配置したＲ、Ｇ、Ｂの各々インクジェットヘッド群が複数設置されているインクジェットヘッドユニットを有してなるインクジェット吐出装置において、前記インクジェットヘッド群が、前記インクジェットヘッドをそれぞれ長手方向において重なり合い、かつ、各々インクジェットヘッド端部ノズル付近同士が長手方向において近接しないように重なり合い配置してあることを特徴とするインクジェット吐出装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記インクジェットヘッド群の配置であって、各々のインクジェットヘッドを階段状に配置してあることを特徴とした請求項１に記載のインクジェット吐出装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記インクジェットヘッド端部ノズル付近とは、インクジェットヘッド長手方向の端部の２０％の長さ部分であることを特徴とする請求項１、又は２記載のインクジェット吐出装置である。

本発明の請求項４に係る発明は、多数のインク吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを数個配置したＲＧＢ各々のインクジェットヘッド群が複数設置されているインクジェットヘッドユニットを有してなるインクジェット吐出装置において、前記インクジェットヘッドユニットが、前記インクジェットヘッド群をそれぞれ長手方向にずらして配置してあることを特徴としたインクジェット吐出装置である。

本発明の請求項５に係る発明は、前記インクジェットヘッドユニットの配置であって、各々のインクジェットヘッド群を階段状に配置してあることを特徴とした請求項４に記載のインクジェット吐出装置である。

本発明は、カラーフィルタ作成の際に問題となる色スジムラに関して、インクジェットヘッドの配置を変化させることによって、インク吐出バラツキの多いインクジェットヘッドのノズル端部位置を分散化させ、色スジムラを軽減することができる。

最初に、図１を参照しながら、本発明の吐出方法について説明する。

吐出装置は、第一方向（以下、Ｘ方向とする）、第一方向と略直交する第二方向（以下、Ｙ方向とする）、及び第一方向と第二方向と略直交する方向（以下、θ方向とする）に移動可能なステージ８を備えている。

吐出装置は、このステージ上に基板を設置し、固定したＲＧＢ三色のインクジェットヘッドユニット部９０に対してステージを移動させパターン吐出を行う。また、ステージ８を固定させてインクジェットヘッドユニット部９０を移動させることも可能である。吐出装置は、基板の描画情報をもとに作成された吐出パターン情報に基づいて吐出をおこなう。

次に、本発明の前記インクジェットヘッド及びインクジェットヘッド群について説明する。

使用するインクジェットヘッドのノズルとして、吐出方法の相違により、ピエゾ方式と熱交換方式があるが、特に、ピエゾ方式が好適である。インキの粒子化周波数は５〜１００ＫＨｚの範囲、ノズル径は５〜８０μｍの範囲とし、１ヘッドに多数のノズルを同一配列ピッチで組み込み、このインクジェットヘッドを多数配置し、インクジェットヘッド群を形成する。

本発明のインクジェットヘッド群の各インクジェットヘッドの配置は、色スジムラを軽減するために、長手方向（ｙ方向）において、インクジェットヘッド同士長手方向において重なり合う、かつ、インク吐出バラツキが大きく発生する可能性があるインクジェットヘッドのノズル端部付近同士が、近接しないようにする。このとき、インクジェットヘッド長手方向長さの２０％以上ノズル端部同士を離すとよい。

本発明のインクジェットヘッドユニットの各インクジェットヘッド群の配置は、色スジムラを軽減するために、長手方向（ｙ方向）にずらすことで、インクジェットヘッド群を形成するインクジェットヘッドのノズル端部位置が分散化され、色スジムラの軽減が図れる。

本発明の着色インクの材料は、着色顔料、樹脂、分散剤、溶媒などで構成される。

着色剤として使用する顔料の具体例としては、ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２１５、２１６、２０８、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ７、３６、ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、ＰｉｇｍｅｎｔＯｒａｎｇｅ３６、ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。さらに、これらは要望の色相を得るために２種類以上を混合して用いても構わない。

着色インクに使用する溶剤種としてはインクジェット方式における適性の表面張力範囲４０ｍＮ／ｍ以下で、且つ、沸点が１３０℃以上のものが好ましい。表面張力が４０ｍＮ／ｍ以上であるとインクジェット吐出時のドット形状の安定性に著しい悪影響を及ぼし、また、沸点が１３０℃以下であるとノズル近傍での乾燥性が著しく高くなり、その結果、ノズル詰まり等の不良発生を招くので好ましくない。具体的には、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、２−フェノキシエタノール、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、上記要件を満たす溶剤なら用いることができる。また、必要に応じて２種類以上の溶剤を混合して用いても構わない。

本発明の着色インクの樹脂には、カゼイン、ゼラチン、ポリビニールアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂などが用いられ、色素との関係にて適宜選択される。耐熱性や耐光性が要求される際にはアクリル樹脂が好ましい。

樹脂への色素の分散を向上させるために、分散剤を用いてもよく、分散剤として、非イオン性界面活性剤としては、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど、また、イオン性界面活性剤としては、たとえば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩など、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどがあげられる。分散剤は一種類を単独で使用してもよく、また、二種類以上を混合して使用してもよい。溶媒としては溶解性の他に経時安定性、乾燥性などが要求され、色素、樹脂との関係にて適宜選択される。

なお、本発明のインク吐出装置は、カラーフィルタの画素形成のための有色インクや、ＥＬディスプレイの発光層形成のための液滴や、ＩＣタグのアンテナ形成のための金属含有液滴などを吐出することが出来る。

以下に、本発明による実施例を説明する。

本発明の実施例１は、図１に示した吐出装置を使用してカラーフィルタの作成を行った。基板は、ガラス板の上に、感光性黒色樹脂を用いてフォトリソグラフィー法により、ＲＧＢ用の開口部がマトリックスパターンになるよう、厚さ２ｕｍの遮光膜を形成した。ＲＧＢのインクジェットヘッド群で形成されたインクジェットヘッドユニットを固定し、複数回ステージを移動させ、基板の描画情報をもとに作成された吐出パターン情報に基づいて吐出をおこなう。

インクジェットヘッドの吐出方式としては、ピエゾ方式を用いた。ノズルは、１５０本が直線状に所定の間隔で配置され、インクジェットヘッドとして構成される。複数回の駆動によって、１開口部に対して約６００ｐｌの吐出が行われる。

色スジムラを軽減するためのインクジェットヘッド群５中のインクジェットヘッド１の配置として、図２に示すように、インクジェットヘッド各々を、ｘ方向ではその長手方向長さ（図上Ｌ）の１／２ずつｙ方向に階段状なるようずらし、ｙ方向では、長手方向長さ（図上Ｌ）を離して配置、すなわち、２Ｌのピッチ毎に配置した。インクジェットヘッド群５は、破線枠内に示している。

図３は、インクジェットヘッドユニットであり、ＲＧＢのインクジェットヘッド群５、６、７の配置において、図３のように各色のインクジェット群配置をその長手方向長さの１／６程度ｙ方向に階段状になるようにずらした。インクジェットヘッドユニット９は、破線枠内に示している。

インクは顔料２０ｗｔ％、アルコール系溶剤８０ｗｔ％の混合物を使用した。

本発明の比較例として、図４に示す従来の方法で実施例２を実施した。以下に説明する。

比較例としての実施例２は、図５のような従来の方法である、インクジェットヘッド及びインクジェットヘッド群を、インクジェットヘッドを２つ１組とし、互いをノズルピッチの半分ｙ方向にずらして平行に並べ、千鳥足状に配置した各色インクジェットヘッド群を平行に３つ並べる配置とし、他の条件は実施例１と全て同じ条件にて塗工を行った。

本発明の実施例１により作られたカラーフィルタは、比較例の実施例２に示した従来の方法のカラーフィルタと比べて、色スジムラの軽減が図れた。また、本発明による実施例１の方法、すなわち、インクジェットヘッドを階段状に配置したことによって、従来の方法の実施例２よりもセル毎の色度差バラツキが平均化され，バラツキの標準偏差が約半分になった。

本発明の吐出装置の概要を表す図である。本発明の実施例でおこなったインクジェットヘッドの配置を表す図である。本発明の実施例でおこなったＲＧＢのインクジェットヘッド群の配置を表す図である。従来の多く用いられるインクジェットヘッドの配置を表す図である。従来の多く用いられるＲＧＢのインクジェットヘッド群の配置を表す図である。

符号の説明

１…インクジェットヘッド
２…インクジェットヘッド
３…ノズル孔
４…ノズル孔
５…インクジェットヘッド群
６…インクジェットヘッド群
７…インクジェットヘッド群
８…ステージ
９…インクジェットヘッドユニット

Claims

多数のインク吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを数個配置したＲ、Ｇ、Ｂの各々インクジェットヘッド群が複数設置されているインクジェットヘッドユニットを有してなるインクジェット吐出装置において、前記インクジェットヘッド群が、前記インクジェットヘッドをそれぞれ長手方向において重なり合い、かつ、各々インクジェットヘッド端部ノズル付近同士が長手方向において近接しないように配置してあることを特徴とするインクジェット吐出装置。
前記インクジェットヘッド群の配置であって、各々のインクジェットヘッドを階段状に配置してあることを特徴とした請求項１に記載のインクジェット吐出装置。
前記インクジェットヘッド端部ノズル付近とは、インクジェットヘッド長手方向の端部の２０％の長さ部分であることを特徴とする請求項１、又２記載のインクジェット吐出装置。
多数のインク吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを数個配置したＲＧＢ各々のインクジェットヘッド群が複数設置されているインクジェットヘッドユニットを有してなるインクジェット吐出装置において、前記インクジェットヘッドユニットが、前記インクジェットヘッド群をそれぞれ長手方向にずらして配置してあることを特徴としたインクジェット吐出装置。
前記インクジェットヘッドユニットの配置であって、各々のインクジェットヘッド群を階段状に配置してあることを特徴とした請求項４に記載のインクジェット吐出装置。