JP2007298950A - カラーフィルタのムラ不整を低減するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フラットパネルディスプレイ用のカラーフィルタを印刷するため、インクジェットヘッドを用いて基板上に効率的に印刷するための改善された方法及び装置を提供する。
【解決手段】液滴サイズと同様に、液滴着地位置をランダムに、あるいは正弦曲線等の関数に基づいて変化させてもよい。液滴着地位置１０１２の変動は、印刷中に印字ヘッド位置を変化させること及び／又は印刷中に基板の位置を横方向に（例えば、印刷方向と直角に）移動させることによって達成してもよい。印字ヘッド１００２をステージ（基板を支持する台）又は基板位置の関数として、あるいは時間の関数として移動させてもよい。基板をステージによって印刷方向に移動させるにつれ、印字ヘッドをステージ位置に応じて、あるいは所定の周期、定数、変数に基づいて継続的に移動させる。
【選択図】図１１

Description

優先権の主張

本出願は、２００６年２月７日に、「カラーフィルタにおける不整を低減するための方法及び装置」の名称で出願された米国特許仮出願第６０／７７１２８４号に基づく優先権を主張し、この出願は引用により全ての目的のため全体的に本願に組み込まれる。

関連出願への相互参照

本出願は以下の共通して譲渡され、同時に係属中の出願に関連し、これらの出願は引用により全ての目的のため全体的に本願に組み込まれる。
２００５年２月１８日に「印字ヘッドアセンブリを精密制御するための方法及び装置」の名称で出願された米国特許出願第１１／０６１１２０号（代理人整理番号９７６９）。
２００５年９月２９日に「ディスプレイ用インクジェット印刷カラーフィルタのための方法及び装置」の名称で出願された米国特許出願第１１／２３８６３２号（代理人事件整理番号９５２１−５／Ｐ０１）。

発明の分野

本発明は一般に電子機器製造方法に係り、特にはフラットパネルディスプレイ用カラーフィルタの製造に関する。

発明の背景

フラットパネルディスプレイ産業は、ディスプレイ装置、特にカラーフィルタを製造するためにインクジェット印刷を用いようと試みてきた。インクジェット印刷を効果的に用いる際の１つの問題点は、高いスループットを保ちながら正確かつ精密に基板上にインク又はその他の材料をインクジェットすることが困難であるということである。従って、インクジェットヘッドを用いて基板上に効率的に印刷するための改善された方法及び装置が必要とされる。

発明の概要

本発明の一態様において、インク液滴を基板上でピクセルウェル内に堆積し、それに続いて同じピクセルウェル内に堆積させるインク液滴のサイズを意図的に変える方法を提供する。変更サイズをランダムに選択し、ムラ不整の発生を防止する。

本発明の他の態様において、インク液滴を基板上でピクセルウェル内に堆積し、それに続いて同じピクセルウェル内に堆積させる液滴の相対位置を意図的に変える方法を提供する。変更位置をランダムに選択し、ムラ不整の発生を防止する。

更に、本発明の他の態様において、複数のインク液滴を基板上でピクセルウェル列に堆積し、ピクセルウェルに堆積させるインク液滴のサイズを意図的に変えることを含む方法を提供する。

更に、本発明の他の態様において、複数のインク液滴を基板上でピクセルウェル列に堆積するよう構成した印字ヘッドと、印字ヘッドによってピクセルウェルに堆積させるインク液滴のサイズを変えられるよう構成した制御装置とを含む装置を提供する。

更に、本発明の他の態様において、複数のインク液滴を基板上でピクセルウェル列に堆積し、ピクセルウェルに堆積させるインク液滴の相対横位置を意図的に変えることを含む方法を提供する。

更に、本発明の他の態様において、複数のインク液滴を基板上でピクセルウェル列に堆積するよう構成した印字ヘッドと、印字ヘッドによってピクセルウェルに堆積させるインク液滴の相対横位置を変えられるよう構成した制御装置とを含む装置を提供する。

本発明のその他の構成及び態様は、典型的な実施形態についての以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面からより充分に明らかになる。

詳細な説明

本発明は、フラットパネルディスプレイ用のカラーフィルタの製造で起こる誤差状態を排除するためのシステム及び方法を提供する。誤差状態は、インクジェットプリンタを使用して精密にインク、あるいは別の材料を基板上に堆積してカラーフィルタを形成する際に起こり得る現象に起因する。精度における機械的、電気的な限界により、基板上に噴射されたインク液滴の容量及び位置は理想の目標サイズ及び／又は位置から一様にずれ、インクを堆積しているプリンタが例え公差内で作動しているとしても、各液滴について同じ小さな誤差を繰り返すことによる蓄積効果は、インクジェットプリンタを用いて製造したカラーフィルタを備えたフラットパネルディスプレイを裸眼で見ても見える不整となって現れる。即ち、１つ１つの液滴の理想位置からのズレが目に見えないものだけとなるようインク液滴を公差内で安定的に堆積させたとしても、このように均一に配置された一連の液滴が全体としては目に見えるムラとなる場合がある。この誤差は、ムラ不整又はムラ効果と呼ぶことができる。ムラとは、日本語を音訳したものであり、明らかに対応する英単語を有さない。

本発明は、フラットパネルディスプレイにムラ不整を起こすことなくカラーフィルタを印刷するための方法及び装置を提供する。本発明により、基板上にインク液滴を堆積する際に起こる量のばらつきは意図的に増大させられ（例えば、プリンタの最高精度によって規定される最小変動量から）、隣接するピクセル又はピクセルの集合における、液滴位置及び／又はサイズにおける目に見える画一的繰り返しが回避される。

図１は、理想的なカラーフィルタ１００の一例の拡大したものである。カラーフィルタ１００はブラックマトリクス材料１０４によって画成されたピクセル列を備えた基板１０２を含む。各ピクセル１０６は、各々が一連のインク液滴１１０で満たされた三色（例えば、赤、緑、青）のサブピクセルウェル１０８を含む。図示した例においては、各サブピクセルウェル１０８には４滴のインク１１０が一列に堆積されている。製造中、基板１０２はＸＹテーブルによって駆動され、印字ヘッド（図示せず）の下のステージ上に移動される。印字ヘッドは、４滴のインクを各サブピクセルウェル１０８に堆積した。

図１のカラーフィルタ１００は理想的なカラーフィルタの平面図を表したものであり、各サブピクセル１０８は、各サブピクセルウェル１０８のちょうど中心に列状に堆積された、同一サイズの液滴１１０を含む。インク液滴の理想的なサイズ決め及び配置の達成は困難である。個々の印字ヘッドノズルを始動しインクを噴射させるために使用される信号間の電気的クロストークを含む様々な要因が、液滴サイズにおけるばらつきを生み出す。中でも、ＸＹテーブル（ステージ）はもとより印字ヘッドノズルの整列における機械的誤差は、位置決めにおける誤差につながる可能性がある。こういった類の誤差はかなりの範囲までは修正し得るが、例えば、各ノズルの発信パルス電圧信号（液滴サイズを制御する）を調節して閾値パーセンテージ誤差公差未満になるよう、又は液滴着地精度が±閾値距離未満にまで改善されるようにすることは困難及び／又は非常にコストがかかる。例えば、アプライドマテリアル社製の現在の世代のインクジェットプリンタは、発信パルス電圧を１％公差にまで制御することができ、これは±１０％の容量誤差と±５μｍまでの液滴着地精度になる。これらの精度閾値又は公差は目的のピクセルウェル内に適切なサイズの液滴を常に着地させるものの、これらの公差はムラ不整の発生を回避するに充分なものではない場合がある。

図２を参照すると、カラーフィルタ２００の平面図の一例を拡大したものが描かれており、矢印はムラ不整２０２を示す。液滴１００は全て各自のピクセルウェル１０６に適合するよう位置決め、サイズ合わせがされている、つまり公差内にあることに留意する必要がある。公差内にあるにも関わらずムラ不整は起こる場合があり、例えば、サブピクセル列における液滴の一部が各々のサブピクセルウェルの中心から若干ずれて配置される。図３は濃淡のない白い視野を示す一方ムラ不整３０２を示すフラットパネルディスプレイ３００の出力の一例を描いたものである。ムラ不整が存在するとき、線が目に見えることに留意する必要がある。

図４は、各々３つのサブピクセルを有する二列のピクセルの斜視図である。各サブピクセルの高さが、サブピクセルに堆積されたインクの総量を示す。矢印がムラ不整を示す場所において、隣接するサブピクセル列は２列のインク量間に一貫して比較的大きな差を有することに留意する必要がある。この効果は、公称インク量の列に隣接する列に堆積されるインクの量が一様に低下及び／又は増加することから起こる。この問題は、インク量が増加した列に隣接する列のインク量が低下することにより悪化する場合がある。従って、図２の例に示される一様に中心からズレたインク液滴又は図４に示されるインク量の一様な低下（又は増加）は、図３に示される目に見えるムラ効果につながる可能性がある。更に、一貫して中心からズレた液滴と、一貫して量が低下又は増加したインクが組み合わさることにより、たとえその片方だけでは目に見えるムラ効果は起こらないとしても、累積したムラ効果が生じる場合がある。

感覚的には逆だが、本発明は、インクジェットプリンタの公称誤差公差を上げることによりムラ不整問題を解決する。つまり、プリンタの設定作動閾値がなんであれ、その値より低く誤差公差を低減しようと試みるのではなく、本発明は目的液滴サイズ及び／又は液滴位置を変化させて、そのままでは目に見えるムラ不整となる一連の液滴における同じ微誤差を防ぐ。図５は、各々３つのサブピクセルを備えた２列のピクセルの斜視図である。図４と同様に、各サブピクセルの高さは各々のサブピクセルに堆積されたインクの総量を表す。異なるサブピクセル間におけるインク量のばらつきが増大しており、ゆえに、どの列においても一定してインク量が少ない（又は多い）ということがないことに留意する必要がある。従って、液滴サイズにおけるこのばらつきは、液滴サイズ及び／又は液滴位置に関連して起こる目に見えるムラ効果を回避するのに使用することができる。

図６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂは、図４、図５の例を各々作成するのに使用した実際値を示す表である。集計表６００、７００は、図４、図５の各々でプロットした総インク量を含む。これらの値は、原表６０２、６０４、７０２、７０４に記載のランダム生成液滴サイズデータ例を用いて計算された。この例において、各ピクセル（サブピクセル）は表６０２、６０４、７０２、７０４で１、２、３、４と番号をふられ、液滴サイズで表されている４滴のインクを充填されている。ピクセル識別符号（例えば、ａＲ１、ａＧ１、ａＢ１等）の下に並ぶ値は、各々のサブピクセルに堆積された４滴の液滴サイズの合計（例えば、総量）である。総量値は、集計表６００、７００の各々の位置に入力される。

生成した際、図６Ａ及び６Ｂのランダム液滴サイズデータ例は理想／目標値の±１０パーセント以内に抑制された。よって、目標値が２５ｐｌの場合、個々の液滴サイズは２２．５ｐｌから２７．５ｐｌにわたるが、任意のサブピクセル列内における液滴サイズは一定である。この一貫性は、任意のサブピクセル列にインクを堆積するのに同一の印字ヘッドノズルが使用され、誤差が同一サイズの液滴から液滴へと同じまま残るからである。対照的に、図７Ａ、７Ｂのランダム生成液滴サイズデータ例は、任意のサブピクセル列（例えば、任意の印字ヘッドノズル）について±１０パーセントで変化しており、容量誤差は±１０％であった。これにより、総公称誤差が±２０％、個々の液滴は２０ｐｌから３０ｐｌとなるが、これらは任意のサブピクセル列内で異なる。同一液滴サイズを繰り返す場合とは異なり、液滴サイズが異なると、誤差の幅は異なるサイズの液滴ごとに変わり得ることに留意する必要がある。これらの値と範囲は単に例として挙げたに過ぎず、多くの異なる値と範囲が使用可能であることに留意する必要がある。液滴サイズ及び位置を変化させるための様々な方法が、引用よって以前に本願に組み込まれた文献に詳細に記載されている。

図６Ａの集計表６００と比較した図７Ａの集計表７００からわかるように、公称誤差を上げることにより、液滴サイズのばらつき度が増大する。集計表６００、７００のプロットからわかるように、図４及び５において、このばらつきは目に見えるムラ効果の発生を回避するために使用し得る。

図８、図９は各々、本発明に従って液滴サイズにばらつきを導入することによりピクセルあたりのインク容量の標準偏差が低下することを示す表及びグラフである。図８の表８００に示される例において、公称液滴サイズは直径４２μｍである。誤差は３．５％であり、よって、液滴サイズの範囲は４１．２６５μｍから４２．７３５μｍまで変動し得る。表８００は、１つの印字ヘッドのノズルが平均して４１．９２７μｍの液滴（例えば１６滴サブピクセル内に）を標準偏差０．４３２で列ごとに（例えば、プリントパスごとに）堆積することを表している。しかしながら、各ピクセルに堆積される１６滴の液滴サイズを意図的に変えることにより、平均液滴サイズは４２．００９、標準偏差は０．０９２となり、これは１印字ヘッドでの結果の四分の一未満である。この結果は、ほぼ平坦な折れ線グラフ９０２（ノズル全体にわたる、意図的に変えた液滴サイズを示す）と、比較的急な山形の折れ線グラフ９０４（１つの印字ヘッドの液滴サイズを表す）とを比較させて図９にグラフ状に表されている。

図１０及び図１１は、ムラ効果を回避するための付加的又は別の方法を示す。製造中のカラーフィルタ１０００の拡大図が示されている。印字ヘッド１００２は基板１００４上方に位置した状態で示されており、基板１００４をＹ軸指示によって示されるＹ方向で印字ヘッド１００２下方に移動すると、印字ヘッド１００２のノズル１００６が整列してカラーフィルタ１０００のサブピクセルウェル１００８にインクが堆積される。各目標サブピクセルウェル１００８内において、一連の液滴着地位置１０１０、１０１２は相互に繋いだ点によって表されている。

図１０のカラーフィルタ１０００は、プリンタの精度に照らし、インクをピクセルウェル１００８の中心に可能な限り近接させて堆積する従来の方法を用いて製造されている。しかしながら、インク液滴着地位置オフセットＭによって示されるように、サブピクセルウェル１００８の一部の列における誤差（例えば、公差範囲内である±１０μｍ）には目に見えるムラ効果につながるものもでることが予測される。

対照的に、図１１のカラーフィルタ１０００は、本発明の実施形態によって製造されている。インクを各サブピクセルの絶対横中心に直列に堆積しようとする代わりに、図１１の液滴着地位置１０１２によって示されるように、ピクセルウェル１００８にインク液滴を様々な横位置（例えば、固有の±１０μｍ誤差に加えて±１０μｍ）に堆積することを目標とする。

一部の実施形態において、液滴サイズと同様に、液滴着地位置をランダムに、あるいは例えば図１１に描かれる正弦曲線等の関数に基づいて変化させてもよい。液滴着地位置１０１２の変動は、印刷中に印字ヘッド位置を変化させること及び／又は印刷中に基板の位置を横方向に（例えば、印刷方向と直角に）移動させることによって達成してもよい。一部の実施形態において、印字ヘッド１００２をステージ（基板を支持する台）又は基板位置の関数として、あるいは時間の関数として移動させてもよい。例えば、基板をステージによって印刷方向に移動させるにつれ、印字ヘッドをステージ位置に応じて、あるいは所定の周期、定数、変数に基づいて継続的に移動させる。例えば、フィルタ１０００を印刷しながら（Ｙ方向に向かって）、印字ヘッド１００２をＸ方向に公称目標位置から±５から２０μｍで継続的に移動させる。印字ヘッド位置決め機構に連結された乱数発生器を用いて、所定の範囲内の±Ｘ方向移動変化量を継続的に選択してもよい。一部の実施形態においては、印字ヘッド１００２の位置は、液滴ごとに（例えば、２０ＫＨｚ）、液滴群ごとに（例えば、〜８００Ｈｚから２０ＫＨｚ）、各ピクセルごとに（例えば、〜５００から〜８００Ｈｚ）、及び／又はピクセル群ごとに（例えば、各５から１０ピクセル、５０から６０Ｈｚ）に変化させてもよい。インクジェットプリンタを用いた、液滴サイズと位置を変化させるための様々な方法は、参照することにより以前に本願に組み込んだ上述の文献に詳細に記載されている。一部の実施形態においては、サーボモータ又は圧電アクチュエータを用いて、印刷中に、印字ヘッド及び／又は基板／ステージの位置変化を正確に生じさせてもよい。別の実施形態においては、印字ヘッド１００２を高周波及び／又は可変周波数で振動させて、位置変化を比較的ランダムに発生させてもよい。

図１２に示されるように、一部の実施形態において、本発明による液滴サイズ変化法及び位置変化法の双方を同時に用いてもよい。２つの方法を組み合わせることにより、ムラ効果の発生傾向を最低限に抑えるのに最適な液滴サイズ量及び／又は液滴位置変化量を見つけてもよい。

上記説明は本発明の特定の実施形態のみを開示したものであり、上記で開示の方法及び装置を本発明の範囲内で改良したものは当業者には明らかである。例えば、いかなる種類のインク又はカラーフィルタ材料を用いてどの種類又はサイズのカラーフィルタの作成にも本発明は使用し得ることを当業者は理解し得る。従って、本発明はその特定の実施形態に関連して開示されたが、特許請求の範囲によって定義されるように、他の実施形態も本発明の精神と範囲に含まれることを理解しなくてはならない。

理想的なカラーフィルタの一例の拡大図である。 ムラ不整を示す矢印を有するカラーフィルタの平面図の一例の拡大図である。 ムラ不整を示すフラットパネルディスプレイの出力の図例である。 ムラ不整のある２列のピクセルの斜視図である。 ムラ不整のない２列のピクセルの斜視図である。 〜 図４及び５の例を各々作成するために使用した実際値を表す表である。 ピクセルあたりのインク容量の標準偏差が、本発明により液滴サイズに差をつけることによって低減されることを示す表である。 ピクセルあたりのインク堆積の標準偏差が、本発明により液滴サイズに差をつけることによって低減されることを示すグラフである。 製造中のカラーフィルタの拡大図である。 本発明の方法に従って製造されるカラーフィルタの拡大図である。 本発明の方法に従って製造されたカラーフィルタの一例の拡大図である。

Claims (38)

1. 複数のインク液滴を基板上でピクセルウェルのカラムに堆積し、
   ピクセルウェルに堆積させるインク液滴のサイズを意図的に変化させることを含む方法。
2. インク液滴のサイズをランダムに変化させてムラ不整の発生を防止する請求項１記載の方法。
3. インク液滴のサイズの公称誤差を上げることでムラ不整の発生を防止する請求項１記載の方法。
4. インク液滴のサイズを基板の位置の関数に基づいて変える請求項１記載の方法。
5. インク液滴のサイズを時間の関数に基づいて変える請求項１記載の方法。
6. ピクセルウェルに堆積させるインク液滴の相対横位置を意図的に変化させることを含む請求項１記載の方法。
7. インク液滴の相対横位置を意図的に変化させることは、印刷中に印字ヘッドの横位置を変化させることを含む請求項６記載の方法。
8. インク液滴のサイズを各インク液滴ごとに変える請求項１記載の方法。
9. インク液滴のサイズをインク液滴群ごと変える請求項１記載の方法。
10. インク液滴のサイズをピクセルウェルごとに変える請求項１記載の方法。
11. 複数のインク液滴を基板上でピクセルウェル列に堆積するよう構成した印字ヘッドと、
    印字ヘッドによってピクセルウェルに堆積されるインク液滴のサイズを変化できるよう構成した制御装置とを含む装置。
12. 制御装置が、インク液滴のサイズをランダムに変化させることでムラ不整の発生を防止するよう構成されている請求項１１記載の装置。
13. 制御装置が、インク液滴のサイズの公称誤差を上げることでムラ不整の発生を防止するよう構成されている請求項１１記載の装置。
14. 制御装置が、基板の位置の関数に基づいてインク液滴のサイズを変えるよう構成されている請求項１１記載の装置。
15. 制御装置が、時間の関数に基づいてインク液滴のサイズを変えるよう構成されている請求項１１記載の装置。
16. 制御装置が、印刷中に印字ヘッドの横位置を変化させることでピクセルウェルに堆積されるインク液滴の相対横位置を変えるよう構成されている請求項１１記載の装置。
17. 制御装置が、インク液滴のサイズを各インク液滴ごとに変えるよう構成されている請求項１１記載の装置。
18. 制御装置が、インク液滴のサイズをインク液滴群ごとに変えるよう構成されている請求項１１記載の装置。
19. 制御装置が、インク液滴のサイズをピクセルウェルごとに変えるよう構成されている請求項１１記載の装置。
20. 複数のインク液滴を基板上でピクセルウェル列に堆積し、
    ピクセルウェルに堆積させるインク液滴の相対横位置を意図的に変化させることを含む方法。
21. インク液滴の相対横位置をランダムに変化させることでムラ不整の発生を防止する請求項２０記載の方法。
22. インク液滴の相対横位置の公称誤差を上げることでムラ不整の発生を防止する請求項２０記載の方法。
23. インク液滴の相対横位置を基板の位置の関数に基づいて変える請求項２０記載の方法。
24. インク液滴の相対横位置を時間の関数に基づいて変化させる請求項２０記載の方法。
25. ピクセルウェルに堆積させるインク液滴のサイズを意図的に変化させることをさらに含む請求項２０記載の方法。
26. インク液滴のサイズを意図的に変化させることが、印刷中に印字ヘッドによって噴射されるインクの容量を変化させることを含む請求項２５記載の方法。
27. インク液滴の相対横位置を各インク液滴ごとに変える請求項２０記載の方法。
28. インク液滴の相対横位置をインク液滴群ごとに変える、請求項２０記載の方法。
29. インク液滴の相対横位置をピクセルウェルごとに変える請求項２０記載の方法。
30. 複数のインク液滴を基板上でピクセルウェル列に堆積するよう構成した印字ヘッドと、
    印字ヘッドによってピクセルウェルに堆積されるインク液滴の相対横位置を変化できるよう構成した制御装置とを含む装置。
31. 制御装置が、インク液滴の相対横位置をランダムに変化させることでムラ不整の発生を防止するよう構成されている請求項３０記載の装置。
32. 制御装置が、インク液滴の相対横位置の公称誤差を上げることでムラ不整の発生を防止するよう構成されている請求項３０記載の装置。
33. 制御装置が、インク液滴の相対横位置を基板の位置の関数に基づいて変えるよう構成されている請求項３０記載の装置。
34. インク液滴の相対横位置を時間の関数に基づいて変えるよう構成されている請求項３０記載の装置。
35. 制御装置が、ピクセルウェルに堆積させるインク液滴のサイズを、印刷中に印字ヘッドによって噴射されるインクの容量を変化させることで変えるよう構成されている請求項３０記載の装置。
36. 制御装置が、インク液滴の相対横位置を各インク液滴ごとに変えるよう構成されている請求項３０記載の装置。
37. 制御装置が、インク液滴の相対横位置をインク液滴群ごとに変えるよう構成されている請求項３０記載の装置。
38. 制御装置が、インク液滴の相対横位置をピクセルウェルごとに変えるように構成されている請求項３０記載の装置。

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