JP2008209701A - パターン形成装置及びパターン形成方法、並びにカラーフィルタ及び有機機能性素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット装置を用いる光学素子の製造において、画素ごとの吐出量バラツキの少ない、高品質なカラーフィルタ又は有機機能性素子等の光学素子を製造することができる吐出パターン生成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】複数のインキ吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを基板に対して相対的に走査しながら、基板上のパターン形成位置にインキを吐出するパターン形成装置であって、上記インクジェットヘッドから吐出するインキの吐出量を制御する手段を有し、該インキの吐出量を制御する手段が、２以上のインクジェットヘッド群に分かれて備えられ、かつ異なる前記インクジェットヘッド群に属するインクジェットヘッドが、２以上組み合わせられて一つのパターン形成位置にインキを吐出する構成であることを特徴とするパターン形成装置。さらに、上記吐出量を制御する手段が流体を用いた温度制御装置であるパターン形成装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、高精細なパターンを吐出するための吐出パターンの生成方法及び吐出装置に関するものであり、特に隔壁パターンに対し一定量の液滴を吐出させるために適したインクジェット吐出装置に関する。

カラーフィルタの基板サイズは年々大型化が進んでいる。従来は、フォトリソグラフィー工程を繰り返す顔料分散法等用いられてきたが、カラーフィルタのコストダウン化を図るために、近年は工程数が少なく、カラーフィルタの各着色層を同時に形成することが可能なインクジェット装置を用いた方法が検討されている。

インクジェット装置を用いたカラーフィルタの製造方法としては、隔壁で区切られた開口部（セル）に、インクジェットヘッドのインキ吐出ノズル（以下単にノズル）からカラーフィルタの各色に対応するインキを吐出し、各着色層を形成する方法が一般的である。このとき各開口部に吐出、充填される各インキの充填量のバラツキが小さいほどカラーフィルタの色ムラが低減され、高品質なカラーフィルタを製造することができる。

インクジェット装置の種類としては、大別して連続噴射方式（コンティニュアス方式）、ドロップオンデマンド方式の２種類が存在している。前者の連続噴射型のインクジェット装置は、連続的に吐出されるインキの液滴の射出方向を、荷電したインキ液滴に電界を印加する事によって制御し、パターン形成位置に吐出する方式である。一方、後者のドロップオンデマンド方式は、インクジェットヘッドを印刷基板に対して相対的に走査し、パターン形成位置に該当する部分で、インキを吐出し、それ以外の部分では吐出しない方式である。

一方、カラーフィルタとしては、表示装置の高解像度化、それに伴う高精細化によって、年々微細化する傾向にある。カラーフィルタの微細化に従って、インクジェットで塗工するパターンピッチは狭くなっていくため、インクジェットヘッドの小型化が可能なドロップオンデマンド方式のインクジェット装置が、カラーフィルタの製造には適している。さらに、インクジェットヘッドからのインクの吐出量を少量でかつ均一となるように高い精度で制御する必要があるが、ドロップオンデマンド方式においては、各ノズルから複数回のインキ吐出を行い、この吐出回数により総液量の調整を行うことが可能である。例えば、歩留まりを考慮し、インクジェットヘッドは複数個整列で配置する構成にし、吐出液量が均一になるように、吐出回数を目的とする総液量からの誤差を減少させる方向に増減を加えることが検討されている。例えば、特許文献１に記載されているように、吐出量情報から吐出回数を導くものである。

特開２００３−１７２８１４号公報

しかしながら、インクジェットヘッドから吐出されるインキの吐出量は、ノズルの穴径や液室の容量差等の様々な誤差や、液体を押し出す圧電セラミックス等の特性バラツキ、隣り合うノズルによる干渉（クロストーク）、温度変化等によって、ノズルごとにバラツキを生じる。特に、複数のインクジェットヘッドを積み重ねた、高解像度を目的とする吐出装置の場合には、一つのノズルから吐出されるインキ量がごく微小量のために、バラツキは相対的に大きいものとなってしまう。

この場合、各セルに対し、同量のインキを充填するために、各ノズルから同数回インキを吐出したとしても、上記のようにノズルごとのバラツキにより最終的なインキの充填量に差が生じてしまい、各画素間の色ムラとなってカラーフィルタの品質および歩留まりを低下させる原因となっていた。また、吐出回数を変更しても、一回の吐出量以上にバラツキを減らすことはできない。

同様の問題は、基板上に隔壁を形成し、その開口部に１層あるいは複数の有機機能層を積層した有機ＥＬ素子、有機太陽電池等の有機機能性素子を、インクジェット法を用いて製造した際にも生じる。例えば、有機ＥＬ素子においては、吐出装置からの有機機能性インキを吐出し、形成した発光層にムラ・バラツキが生じていると、全体として発光ムラ・バラツキの目立った有機ＥＬ素子のとなってしまう。

本発明は、これら上記の問題を鑑みてなされたもので、ノズル毎に吐出量を測定・補正し、駆動電圧を変更することなく、一方、ノズル毎の吐出バラツキによる濃度むらが発生し品質低下をすることもなく、高品質なカラーフィルタ及び有機機能性素子を製造することができる吐出パターン生成装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために為された本願発明は、
（１） 複数のインキ吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを基板に対して相対的に走査しながら、基板上のパターン形成位置にインキを吐出するパターン形成装置であって、上記インクジェットヘッドから吐出するインキの吐出量を制御する手段を有し、該インキの吐出量を制御する手段が、２以上のインクジェットヘッド群に分かれて備えられ、かつ異なる前記インクジェットヘッド群に属するインクジェットヘッドが、２以上組み合わせられて一つのパターン形成位置にインキを吐出する構成であることを特徴とするパターン形成装置である。
さらに、上記インキの吐出量を制御する手段として、
（２） インクジェットヘッドに接続された温度制御装置を用いることを特徴とするパターン形成装置である。さらに、温度制御装置に、流体を用いることを特徴とするパターン形成装置である。
（３） 前記ノズル近傍に掛かる圧力を制御することを特徴とするパターン形成装置である。
（４） 前記ノズルがピエゾ素子を吐出アクチュータとし、前記インキの吐出量を制御する手段として、ピエゾ素子に印加する電圧の制御を用いることを特徴とするパターン形成装置である。
（５） 上記（２）〜（４）に記載のインキの吐出量制御手段を組み合わせて用いることを特徴とするパターン形成装置である。
さらに、上記（１）〜（４）に記載のパターン形成装置において、
（６） 異なるインクジェットヘッド群に属するインキ吐出ノズルが、一つのパターン形成位置に対して、吐出位置が交互に並ぶように配列していることを特徴とするパターン形成装置である。

また、パターン形成方法及び製造方法の発明として、
（７） インキの吐出量を制御する手段が２つのインクジェットヘッド群Ａ及びＢに分かれて備えられたインクジェットヘッドに属する複数のノズルからインキを吐出し、基板上のパターン形成位置にパターンを形成するパターン形成方法であって、前記ノズル及び前記基板のパラメータ情報から前記パターン形成位置に位置する有効なノズルを選択する工程と、インクジェットヘッド群Ａに属するノズルと、インクジェットヘッド群Ｂに属するノズルの吐出回数の組み合わせにより、目的の液量に達するようにインキを吐出する工程と、を少なくとも有することを特徴とするパターン形成方法である。
（８） 前記ノズルにおいて、基準となる一回の吐出量に対して、実際の吐出量を表す係数があらかじめ設定され、その係数を用いて各ノズルの吐出回数を決定することを特徴とする（７）に記載のパターン形成方法である。
（９） 前記各インクジェット群に属するノズルにおける吐出回数の差が、１以下であることを特徴とする（７）又は（８）に記載のパターン形成方法である。
（１０）上記（７）〜（９）のパターン形成方法を用いて素子の要部を形成することを特徴とする光学素子、特にカラーフィルタ及び有機ＥＬ素子の製造方法である。

（１）の発明によって、一つのパターン形成位置に吐出するノズルに、２以上の吐出量の異なるノズルが存在することになり、目的とするセルの総液量にたいしてより１回の吐出量以下の液量誤差まで調整することが可能となり、結果として、インキのバラツキが少ないパターン形成が可能となった。さらに、本発明の吐出装置の吐出量制御手段として（２）に記載するような温度による吐出制御装置を用いることにより、またさらに流体を用いることによって、例えば吐出動作による温度上昇が生じた場合にも、流体への熱移動による冷却効果によって、恒温に保つことが容易である。このため吐出量の安定したパターン形成が可能となる。また、（３）及び（４）に記載の吐出量制御手段を用いれば、迅速な吐出量制御が可能である。さらに、（５）に記載するように、（２）〜（４）の吐出制御装置を組み合わせれば、吐出量の安定したパターン形成装置となる。とくに、流体による吐出量制御手段と、（３）あるいは（４）の吐出量制御手段を組み合わせれば、パターン形成工程でのパターン形成工程での温度変化に対しても吐出量変化が少なく、アドホックな吐出量の微調整が可能である。さらに、（６）の発明では、パターン形成箇所に対して、吐出量が異なるノズル交互に配置されるから、結果としてセル内部で均一にインキが吐出されることとなり、インキのムラを低減することができる。

また、（７）の発明によって、吐出量の異なる２種類のノズルからの吐出回数を組み合わせて吐出を行うことにより、吐出量差に応じて、一回の吐出量以下の総液量の調整が可能となる。結果として、ムラの少ないパターン形成が可能となる。さらに、（８）の発明のように、あらかじめ実際の吐出量と基準吐出量の間の係数を求めておくことにより、最適なノズルの吐出回数を容易に求めることができる。また、（９）により、前記各インクジェット群に属するインキ吐出ノズルにおける吐出回数の差が、１以下であれば、この休止ノズルの存在によるクロストークは微量なものであるために無視でき、（８）の発明による最適なノズルの吐出回数の算出が容易である。さらに、本発明のパターン形成装置及びパターン形成方法を用いて、（１０）のような製造方法で、光学素子を作製することにより、各画素（セル）ごとにバラツキの少ない高品質な光学素子を製造することができた。

以下に本発明について詳細に説明する。
＜パターン形成装置＞

本発明に用いるインクジェットヘッド及びインキを吐出するためのノズルは、インクジェットヘッドに複数のノズルが配置され、かつ目的とする一つのパターン形成位置（以下セル。カラーフィルタの着色層を形成する場合であれば、隔壁で囲まれた開口部）に複数のインクジェットヘッドからインキを吐出する構成のものであれば適用可能である。

例えば図１のように３つのインクジェットヘッドを組み合わせたもの（インクジェットヘッドユニット）が考えられる。インクジェットヘッド（インクジェットヘッド１，２，３）のノズルからインキが吐出され、図１の下部に図示されたパターンを形成する基板上に順に着弾する。着弾したインキのスポットの下の数字は吐出したインクジェットヘッドの番号を表している。図示されるように複数のインクジェットヘッド（インクジェットヘッド１，２，３）をずらして設置することにより、３つのインクジェットヘッドがパターンを形成する基板上に順に着弾する。一つのインクジェットヘッドではノズル間隔を小さくすることに限界があるためにパターニングの高精細化も限られるが、このように複数のインクジェットヘッドによってパターン形成を行うことにより、高密度なドロップ間隔で吐出することが可能となるため、カラーフィルタなどの高精細なパターン形成に適している。

吐出方式についても、公知のものを用いることができる。例えば図２のように、一列に配置されたノズルが複数組み合わされ、各相のノズルは各々異なったタイミングでインキを吐出される、シェアウェーブと呼ばれる方式のものを用いることができる。図２はインクジェットヘッドの断面図の模式図であるが、Ａ相、Ｂ相、Ｂ相の同じ行からインキが吐出されるタイミングはＡ、Ｂ、Ｃの順でずれる。この方式（以下、シェアウェーブ方式と記載）では各ノズルの間隔を狭め、高密度なインクジェットヘッドとすることができるために、高精細な吐出パターン形成が必要なカラーフィルタなどに適している。

図３に、上記のシェアウェーブ方式のインクジェットヘッドの素子の構造及び動作の例を示す。図３（ａ）には、圧電セラミックスを櫛歯状に加工し、上下に貼り合わせてピッチの細かな圧電セラミックスの溝を作り、その中に充填させたインクを吐出する素子の例が示されている。インクジェットヘッドには各層に対応する各インク室が設けられている。ここで圧電素子３のＡ相が動作する場合の吐出動作に注目する。圧電素子３からインクを吐出する場合、まず、この圧電素子３に電圧を印可する。これをアクティブ状態という。すると圧電素子のインク液室内部が膨張し、インクが充填される。続いて、この圧電素子に逆の電圧を印可すると、圧電素子のインク液室内部が収縮し、インクに圧力がかかり、圧電素子３のノズル（図示せず）からインクが吐出される。各インク室は壁を共有しているため、隣り合うインク室が同時にアクティブ状態となることはない。図３（ｂ）では、Ａ相、Ｂ相、Ｂ相に対応する圧電素子が順に動作する様子を表している。

また、カラーフィルタを生成するためには、着色層を形成する各色（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）のインキの吐出を行う必要があるため、前述した複数個並んでいるインクジェットヘッドの組み合わせが各色配置されている。また、他の光学素子においても、形成するパターンの特性に合わせて複数のインクジェットヘッドユニットを用いることができる。以下では、簡単のために一種類のパターンと取り上げて説明するものとするが、複数の種類のパターンでも同様に応用可能である。

各ノズルは、基準の吐出量で規定の総吐出量に達するまで複数回基板上の開口部に吐出する。実際には各ノズル固有の吐出量バラツキがあるために、理論的な総吐出量からずれたものとなる。さらに、隣接する同一インクジェットヘッドの同時吐出のノズル同士の干渉によっても、ノズルからのインキの吐出量は変動してしまう。この隣接するノズル同士の干渉（クロストーク）について以下に説明する。

図４はノズルから各セルにインキを吐出する工程の概略図である。簡略化のために一つのインクジェットヘッドのノズルからの吐出のみを図示している。図４のように、セルに位置するノズルからはインキのドロップが吐出されるが、隔壁部分に当たるノズルからは吐出されない。図では白抜きとなっているＡ層の二つのノズルがこれに該当している。このとき、この白抜きのノズル（休止ノズル）に隣接するＡ層のノズルが影響を受け、表１のように吐出量が変化してしまう。

表１では、ある基準位置からインキの吐出位置の順に各ノズルに番号を振ってある。また、下段はそれぞれＡ、Ｂ、Ｃの各吐出相と吐出量を表している。Ａで表されたノズル（ノズル番号の２５、３１）が休止中ノズルの場合、隣接する同相のノズルが影響を受け、吐出量が増加している（ノズル番号の２８，３４）。これは、前述のシェアウェーブ方式の場合には同相のノズルからは同時にインキが吐出されるために発生するクロストークである。このクロストークによって、一回の吐出工程で基準吐出量から１．４ｐｌのずれが生じていることになる。

さらに、一つのセルへの総液量を満たすためには、一つのノズルから複数回の吐出を行うことが必要であるため、この回数分だけ吐出量のずれは大きくなる。例えば、各ノズルから１０回の吐出を行ってセルに吐出パターンを形成する場合には、理想総液量は３００ｐｌとなるが、クロストークによる吐出量増加によって、実際の総液量は３１４ｐｌとなってしまう。

上記の場合、また、吐出回数による調整では、一回の吐出量以下の総液量のバラツキの調整をすることができない。すると、理想総液量から一回の吐出量の半分以下の絶対誤差であった場合には、理論的にはこれ以上誤差を少なくすることは不可能である。例えば、理想総液量から３ｐｌのずれがあった場合、基準吐出量が６ｐｌのノズルではこれ以上バラツキを低減することができない。また、理想総液量からのずれを抑えるために、特定のノズルについて吐出回数を減らすことが考えられるが、この休止ノズルによって、また新たなクロストークが生じることになり、休止回数が多くなるほどクロストークによる吐出量バラツキは大きくなる。発明者らは、隣接するノズル同士の吐出回数の差が大きいほどクロストークの影響、つまり吐出量変化が大きいことを確認している。従って、各インクジェットヘッドにおいて、隣接する同一インクジェットヘッドの同時吐出のノズルから、吐出する吐出回数が近いことが好ましい。

そこで本発明では、インキの吐出量を制御する手段が、２以上のインクジェットヘッド群に分かれて備えられ、かつ異なる前記インクジェットヘッド群に属するインクジェットヘッドが、２以上組み合わせられて一つのパターン形成位置にインキを吐出する構成であることを特徴とするパターン形成装置とした。

本発明のパターン形成装置においては、一つのセルにインキを吐出するノズルには、少なくとも２つの異なる吐出量のインキを吐出することが可能なノズルが含まれていることになる。例えば図１が本発明のパターン形成装置を構成するとすれば、インクジェットヘッド１、２、３（あるいは１、２のみでもよい）が異なる系統の吐出量制御機構に接続され、各インクジェットヘッドに属するノズルから吐出されたインキのスポット１、２、３は同じパターン位置（隔壁を有するカラーフィルタの場合には同一の隔壁開口部を意味する）に形成される。この発明によって、一つのセルに吐出するノズルには、吐出量の異なるノズルが含まれているため、この吐出量差によって、総液量のバラツキを低減することができる。

さらに、上記のそれぞれ異なるインクジェットヘッド群に属するインキ吐出ノズルが、一つのパターン形成位置に対して交互に配列していることが、好ましい。つまり、図２の例であれば、インクジェットヘッド１、２、３はそれぞれ別の吐出量制御装置に接続され、吐出量が異なるものとする。この場合、各インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインキのドロップは、一つのセルにおいて１、２、３、１，２，３・・・と交互に現れる。このようなインクジェットヘッドユニットを用いることにより、セル内部で均一にインキが吐出されることとなり、インキのムラを低減することができる。

次に、本発明の吐出装置に用いることができる吐出量の制御手段について説明する。

吐出量の制御手段として一つ目は、インクジェットヘッドに温度制御装置を接続して用いるものである。これは、ノズルからのインキの吐出量が温度によって変化することを利用する方法である。常温においては、数度の温度変化に対して数％の吐出量変化が現れることを発明者らは確認している。一つのインクジェットヘッド群の温度と、もう一つのインクジェットヘッド群の温度が異なるものであれば、ノズルからの吐出量も各インクジェット群に従って異なったものとなる。また、インクジェットヘッドの温度を恒温に保つことによって、温度変化による吐出量バラツキを低減し、吐出量を安定させる効果もある。

上記温度制御装置としては、流体をインクジェットヘッド及びノズルの近傍を循環させ、流体の温度によって制御するものが好ましい。使用時において恒温に保たれた流体をインクジェットヘッドの近傍で循環させることによって、インクジェットヘッドとの温度差に応じて熱交換し、インクジェットヘッドの温度を一定に保つものである。流体を用いることによって、例えば吐出動作による温度上昇が生じた場合にも、流体への熱移動による冷却効果によって、恒温に保つことが容易である。一方、ヒーターを用いた場合には冷却効果を持たないため、このような温度制御は困難である。さらに、流体、とくに水の熱伝達率は高いために、インクジェットヘッド部分の温度変化に対して熱移動が短時間に生じ、インクジェットヘッド及びノズル近傍の温度、ひいては吐出量が安定する。

例えば図５に示すように、流体を循環させるための流路８を備えた装置に、温度制御された水等の流体を循環させる。この装置とインクジェットヘッドを接触させて一つの吐出制御手段を有するインクジェットヘッド群とする。このような装置構成を用いれば、一つの流体による吐出量制御手段によって、２つのインクジェットヘッドの吐出量を同時に制御できる。実施例に用いた本発明のパターン形成装置では、流体として基準温度が３０℃の温水を用いた場合には、１℃の温度上昇に対して約１．２％の吐出量の増加が確認でき、１℃の温度低下に対しては約１．２％の吐出量の減少が確認できた。このように、吐出環境温度において、温度変化に対する吐出量変化は比較的に大きいものである。

さらに、吐出量の制御手段として二つ目は、ノズル近傍でのインキへの圧力変化を用いるものである。ノズル近傍でのインキへの圧力を、基準圧力から陽圧に変化させると、インキの吐出量は増加し、逆に負圧に変化させればインキの吐出量は減少する。実施例に用いた本発明のパターン形成装置では、基準圧力に対して５００Ｐａ陽圧にすると約１．５％の吐出量の増加が確認でき、基準圧力に対して５００Ｐａ負圧にすると約１．５％の吐出量の減少が確認できた。このノズル近傍でのインキへの圧力変化を用いた吐出量の制御手段に用いることによって、瞬時に吐出量を変化させることが可能である。

また、吐出量の制御手段として三つ目は、インキ吐出ノズルの吐出機構として、ピエゾ素子を吐出アクチュータとし、ピエゾ素子に印加する電圧の制御を用いるものである。ピエゾ素子を吐出アクチュータとした場合には、ピエゾ素子への駆動電圧印加によってインキの吐出を行うものであるから、この駆動電圧を上げれば吐出量が増加し、下げれば減少する。実施例に用いた本発明のパターン形成装置では、基準電圧に対して１Ｖ駆動電圧を上げると約１０％の吐出量の増加が確認でき、基準電圧に対して１Ｖ駆動電圧を下げると約１０％の吐出量の減少が確認できた。駆動電圧はサテライトやミストの発生といったパターン形成上の問題や、吐出速度や吐出の安定性といったパターン形成環境に影響を及ぼすので、影響を与えない範囲での電圧の制御が好ましい。また、上記圧力変化を用いた場合同様に、瞬時に吐出量を変化させることが可能である。

上記のような吐出量の制御手段を用いて、本発明のパターン形成装置を構成することができる。それぞれの吐出量の制御手段は、別個に用いるだけでなく、組み合わせて用いることが可能である。例えば、吐出位置が同一のパターン形成位置に該当するインクジェットヘッドユニットが温度制御装置及びピエゾ素子の駆動電圧印加による吐出量制御機構を備えている場合、まず温度制御によって、吐出量を変化させた上で、ピエゾ素子の駆動電圧によって、微調整を行うことができる。

このように、複数の吐出量の制御手段を組み合わせると、安定性よく吐出量制御及び吐出を行うことができるために好ましい。特に、流体による吐出量制御手段と、ノズル近傍での圧力あるいはピエゾ素子の駆動電圧による吐出量制御手段を組み合わせれば、パターン形成工程での温度変化に対して安定性があり、アドホックな吐出量の微調整が可能なパターン形成装置となるために好ましい。さらに、インクジェットヘッド群ごとに接続された吐出量制御手段として温度制御装置を用いて、ノズル近傍での圧力あるいはピエゾ素子の駆動電圧による吐出量制御手段を各インクジェットヘッドあるいはノズルの吐出量調整に用いる構成でもよい。

＜パターン形成方法＞
次に本発明の吐出装置を用いたパターン形成の具体的な方法例について説明する。

下の表２はインクジェット群１、２の二つの異なる系統の吐出制御手段を有するインクジェットを用いた場合の各ノズルの基準吐出量を示している。

表２ではインクジェット群１では基準吐出量５ｐｌ、インクジェット群２では７ｐｌである。セル番号が同じノズルは、同一のパターン形成位置にインキを吐出することを意味している。ここで、ヘッド分類番号が交互に並んでいるのは、図１で説明したように、複数のインクジェットヘッドがずれて設置され、インクジェットヘッドユニットを構成しているためである。表２から本発明の吐出装置においては、一つのパターン形成位置（セル）に対して、２つの異なる吐出量を持つノズルが配置されていることが分かる。

また、図２において説明したように、隔壁部分に当たるノズルからはインキを吐出されない。基板上の隔壁パターンにたいしてインクジェットヘッド及びノズルの位置が算出した後、この情報を基に、インキの着弾位置が、画素部の形成位置（目的とするセル）であるか否かをプログラムにより処理判断する。着弾位置が目的とするセルに該当する場合のみ有効なノズルとして認識され、そうではないノズルからは吐出を行わないものとする。

実際の各ノズルの一回の吐出量は、前述のようにバラツキがあり、休止ノズルの存在によっても異なってくるために、これを考慮に入れる必要がある。そこで、基準吐出量を単位として、各ノズルに実際の吐出量を反映した係数（吐出係数）を吐出量情報として用いる。表１の例では、クロストークによって、実際の吐出量は７．２ｐｌとなっているから、クロストークによる吐出係数は１．２ということになる。従って、基準吐出量とこの吐出係数の積によって、実際の吐出量を導き出すことができる。この係数には各ノズルに固有の吐出量バラツキ、隣接するノズルの影響等の条件を含めることができる。係数を求めるために必要な各ノズルからの吐出量の計測方法としては、サンプルセルへ吐出を行い、重量計測、色度及び濃度計測、あるいは受像基板に吐出し、インキのドット径から産出する方法等から算出することができる。

上記パターン形成位置及び基準吐出量に応じた各ノズルの吐出係数はデータとして格納され、これを元に最適な吐出回数を算出することができる。

本発明の吐出装置においては、あるセルにたいして決められたインキを吐出するノズルのうち、２以上の基準吐出量の異なるノズルが存在する。そのため、同一のインクジェットヘッドのノズルからの吐出量は相対的に変えることはできないが、異なるインクジェットヘッドに属するノズルとの間の基準吐出量の差は、任意に決定することができる。

２つのインクジェットヘッド群を有する場合の各インクジェットヘッドの基準吐出量の差は、基準吐出量の少ないノズル（表２ではインクジェットヘッド群１に属するノズル）における吐出量の半分以下であれば、必ず本発明の効果を有することになる。これは、後述するように、インクジェットヘッド群１に属するノズルと、インクジェットヘッド群２に属するノズルの間で吐出回数の増減を調整することによって、吐出量１／２ドロップの吐出量以下の総液量の調整が可能であるからである。

表２の例のように基準吐出量が５ｐｌ及び７ｐｌの２系統であって、最終的に一つのセルに３６０ｐｌの総液量のインキを吐出することを目的とする場合を考える。各インクジェットヘッドのノズルからの吐出回数を調整することによって、下記表３のように、理想総液量に限りなく近づけることができる。表３の例では、隣接するノズルの吐出回数差によるクロストークの影響、及び各ノズル固有の吐出量バラツキを考慮していないが、前者のクロストークの影響は、吐出回数差が１回であるので、無視できるほど小さい。これは、基準吐出量が異なる２種類のノズルを有するので、吐出回数差を調整によって小さくできるために可能である。また後者によるバラツキは、前述のように吐出係数を各ノズル固有のバラツキも考慮に入れることにより、同様に調整を行うことが可能である。

調整の方法としては、例えばまず各インクジェットヘッドのノズルは全て同じ吐出回数吐出を行うものとし、理想総液量に近づける。次に、２系統のノズルの吐出量を入れ替えることにより、調整を行うことができる。

本発明は、インクジェット法を用いたパターンの形成において、画素部の膜厚のバラツキを軽減し、ムラをなくすものであるから、インクジェット法を用いた素子の作製に適用可能である。以下に本発明を用いた素子の製造方法の例として、カラーフィルタ及び有機機能性素子の製造方法を説明する。

カラーフィルタあるいは有機機能性素子のいずれの素子の製造についても、基板上に隔壁が形成し、そこに画素部を形成することにより作成できる。

［基板］
基板は、印刷物の支持基板として用いるものである。目的とする光学素子により、基板の種類は異なるが、例えば、硝子基板、石英基板、プラスチック基板等、ドライフィルム等、公知の透明基板材料を使用することができる。中でも硝子基板は、カラーフィルタ、有機ＥＬ素子用途において、透明性、強度、耐熱性、耐候性において優れている。

［隔壁］
本発明ではインキジェット印刷装置により基板にインキを付与し、カラーフィルタあるいは有機機能性素子を形成する。異なる種類のインキ同士の混色（又は混合）を防止するため、基板上に予め隔壁を形成することが好ましい。

隔壁は、基板の表面を多数の領域に区分けすると共に、この多数の領域のそれぞれに吐出されたインキの混色を防止する機能を有するものである。混色を防止するため、隔壁には一定の撥インキ作用を示すものを用いることが望ましい。例えば、隔壁を撥インキ剤を含む樹脂組成部により形成する方法、樹脂組成物により形成した隔壁にプラズマ処理を行い撥インキ性を付与する方法、隔壁を光触媒層とともに形成し光触媒作用により隔壁に撥インキ性を付与する方法などを例示することができる。また、ディスプレイの表示画面を構成するカラーフィルタ、有機ＥＬ素子においては、この隔壁に遮光性を付与することで、表示画面のコントラストを向上させることができる。いずれの場合であっても、隔壁を樹脂組成物より形成する場合には、樹脂バインダーと撥インキ剤とを必須成分として含有する必要がある。

隔壁は印刷法、フォトリソグラフィー法等の公知の隔壁形成方法により形成することができる。

＜カラーフィルタの製造方法＞
カラーフィルタを形成する場合、まず前記の基板上に、上記の方法で隔壁を形成する。着色インキを使用して、本発明の吐出パターン形成装置により着色層を形成する。着色インキは、着色顔料、溶媒、樹脂バインダーを、必要に応じて含むことができる。

＜有機機能性素子の製造方法＞
有機ＥＬ素子または有機太陽電池、あるいは有機半導体を形成する場合にもまず前記の基板上に、隔壁を形成する。インキに有機発光材料を含むものとし、本発明の吐出パターン生成装置及び吐出方法を用いて基板上に吐出、有機機能層を形成し製造することができる。このインキは、有機発光材料、溶媒、樹脂バインダーを、必要に応じて含むことができる。溶媒、樹脂バインダーは、前記＜隔壁の形成＞で掲げたものと同様の材料を使用することができる。
［有機発光材料］
有機発光材料としてクマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、Ｎ，Ｎ’−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、Ｎ，Ｎ’−ジアリール置換ピロロピロール系、イリジウム錯体系等の有機溶剤に可溶な有機発光材料や該有機発光材料をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等の高分子中に分散させたものや、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系やポリフルオレン系などの高分子有機発光材料が挙げられる。

表４に本発明を用いた実施例の結果を示し、以下にその内容を説明する。

実施例では、図４に示すインクジェットヘッドを用いた。流路７には温水が循環されている。一つのインクジェットヘッドの解像度は１５０ｄｐｉであり、二つのインクジェットヘッドを組み合わせることで、３００ｄｐｉのインクジェットヘッドとしている。さらに、異なる流体による温度制御装置に接続された、同様なインクジェットヘッドを組み合わせ、６００ｄｐｉのインクジェットヘッドユニットとした。

基準吐出量は、５ｐｌ及び７ｐｌに設定した。各インクジェットヘッドのノズルは、パターン形成位置に対して基準吐出量が異なるノズルが交互に配列するように組み合わせられているために、表４のようにノズル番号に対して５ｐｌの基準吐出量のノズルと７ｐｌの基準吐出量のノズルが交互に配列している。

さらに、このインクジェットヘッドは、ピエゾ素子を吐出アクチュータとし、駆動電圧による吐出量制御、及びインキ吐出ノズル近傍に掛かる圧力制御による吐出量制御も併用している。これは、前述したように、吐出量の安定性及び微調整に対して有効なためである。

まず、全ノズルを吐出した場合の各ノズルの吐出量を測定し、ノズル固有の吐出量バラツキの係数を求めた。これにクロストークによるバラツキの係数を掛け合わせたものが表４に総合吐出係数として表されている。この吐出係数と、基準吐出量、及び吐出回数から各ノズル総吐出量を算出し、これを合計した総液量が理想総液量に近づくように、各ノズルが属するインクジェットヘッド内での吐出回数差が１以下の範囲で最適化する。本実施例における理想総液量は３６０ｐｌである。

この実施例の結果は、表４の総液量の欄に示すとおりである。理想総液量３６０ｐｌに対し、誤差０．３ｐｌを実現することができた。

インクジェットヘッドユニットの構成例を示す概略図である。 シェアウェーブ方式のインクジェットヘッドの例を表す概略図である。 シェアウェーブ方式のインクジェットヘッドの素子の構造及び動作の具体例である。 隔壁開口部にインキを吐出する工程の概略図である。 流体を用いた温度制御装置を有するインクジェットヘッドの例の概略図である。

符号の説明

１・・・インクジェットヘッド
２・・・インキ吐出ノズル
３・・・圧電素子
４・・・有効なノズル
５・・・不吐出ノズル
６・・・隔壁
７・・・隔壁開口部（セル）
８・・・流路

Claims (12)

1. 複数のインキ吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを基板に対して相対的に走査しながら、基板上のパターン形成位置にインキを吐出するパターン形成装置であって、上記インクジェットヘッドから吐出するインキの吐出量を制御する手段を有し、該インキの吐出量を制御する手段が、２以上のインクジェットヘッド群に分かれて備えられ、かつ異なる前記インクジェットヘッド群に属するインクジェットヘッドが、２以上組み合わせられて一つのパターン形成位置にインキを吐出する構成であることを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記インキの吐出量を制御する手段として、インクジェットヘッドに接続された温度制御装置を有することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 前記温度制御装置において、使用時において恒温に保たれ、循環する流体を熱交換媒体として用いることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成装置。
4. 前記インキの吐出量を制御する手段において、インキ吐出ノズル近傍に掛かる圧力を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成装置。
5. 前記インキ吐出ノズルがピエゾ素子を吐出アクチュータとし、前記インキの吐出量を制御する手段において、前記ピエゾ素子に印加する電圧の制御を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成装置。
6. それぞれ異なる前記インクジェットヘッド群に属するインキ吐出ノズルが、一つのパターン形成位置に対して吐出位置が交互に並ぶように配列していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のパターン形成装置。
7. 複数のインキ吐出ノズルを有するインクジェットヘッドを基板に対して相対的に操作しながら、基板上のパターン形成位置にインキを吐出し、かつ前記インキ吐出ノズルのインキの吐出量を制御する手段が、２つのインクジェットヘッド群Ａ及びＢに分かれて備えられたインクジェットヘッドに属する複数のインキ吐出ノズルからインキを吐出し、基板上の一つのパターン形成位置にパターンを形成するパターン形成方法であって、前記ノズル及び前記基板のパラメータ情報から前記パターン形成位置に位置する有効なノズルを選択する工程と、インクジェットヘッド群Ａに属するインキ吐出ノズルと、インクジェットヘッド群Ｂに属するインキ吐出ノズルの吐出回数を目的の液量に対して誤差が少なくなるように組み合わせてインキを吐出する工程と、を少なくとも有することを特徴とするパターン形成方法。
8. 前記各インキ吐出ノズルにおいて、基準となる一回の吐出量に対して、実際の吐出量を表す係数があらかじめ算出され、該係数を用いて各ノズルの吐出回数を決定することを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
9. 前記各インクジェット群に属するインキ吐出ノズルにおける吐出回数の差が、１以下であることを特徴とする請求項７又は８に記載のパターン形成方法。
10. 基板上に隔壁パターンと、該隔壁パターンの開口部に形成材料のインキを吐出する工程を工程において、請求項７から９のいずれかに記載のパターン形成方法を用いることを特徴とする光学素子の製造方法。
11. 基板上に隔壁パターンと、該隔壁パターンの開口部の着色層からなるカラーフィルタの製造方法であって、
    請求項７から９のいずれかに記載のパターン形成方法により、着色層を形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
12. 基板上に隔壁パターンと、該隔壁パターンの開口部に一層あるいは複数の有機機能層からなる有機機能性素子の製造方法であって、
    請求項７から９のいずれかに記載のパターン形成方法により、有機機能層を形成することを特徴とする有機機能性素子の製造方法。