JP2009192945A - 流体噴射ヘッド及び流体噴射装置 - Google Patents

流体噴射ヘッド及び流体噴射装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ノズル間の噴射量のバラツキを抑制する。
【解決手段】複数のノズル27が配列されたノズル列と、ノズル27毎に設けられた駆動素子とを備え、駆動素子の駆動によりノズルの噴射口から流体を噴射する流体噴射ヘッドであって、ノズル列を構成する各ノズル27の噴射量が均一となるように各ノズル27の孔径又は噴射口27aの開口面積を異ならせる。液体噴射装置では、このような流体噴射ヘッドを備えることで、ノズル間の噴射量のバラツキを抑制し、噴射対象物上に流体を均一に配置することが可能である。
【選択図】図12

Description

本発明は、流体噴射ヘッド及び流体噴射装置に関する。
近年、液滴吐出法(インクジェット方式)を用いた薄膜形成技術が開発されている(例えば、特許文献1を参照。)。液滴吐出法で形成される薄膜の代表的な例は、カラーフィルタや有機ELパネルの発光層、金属配線等である。液滴吐出装置を用いた薄膜形成技術では、用いる液滴吐出ヘッド(流体噴射ヘッド)の解像度に応じて微少な液状体を所望の位置に塗布することができる。そのため、凸版印刷等の他の印刷技術に比べて、微細なパターンの形成が可能である。例えば、カラーフィルタ基板に、赤、緑、青のカラーフィルタ層を形成する場合には、赤、緑、青の着色材料を含む溶液を微小ノズルから基板上に吐出し、これを乾燥、固化することによりカラーフィルタ層を形成することができる。
ここで、例えば図23(a)に示すように、ガラス、プラスチック等によって形成された大面積の基板、いわゆるマザーボード301の表面に設定される複数のパネル領域302の内部領域に、図23(b)に示すように、ドット状に配列された複数のフィルタエレメント303をインクジェット法に基づいて形成する場合を考える。
この場合、例えば図23(c)に示すように、複数のノズル304を列状に配列してなるノズル列305を有するインクジェットヘッド306を、図23(b)に矢印A及び矢印Aで示すように、1個のパネル領域302に関して複数回(図23では2回)主走査させながら、それらの主走査の間に複数のノズルから選択的にインクすなわちフィルタ材料を吐出することによって希望位置にフィルタエレメント303を形成する。
フィルタエレメント303は、R,G,B等の各色をストライプ配列、デルタ配列、モザイク配列等といった適宜の配列形態で配列することによって形成されるものであるのである。インクジェットヘッド306によるインク吐出処理は、図23(b)に示すように、R,G,Bの単色を吐出するインクジェットヘッド306をR,G,B等の3色分だけ予め設けておいて、それらのインクジェットヘッド306を順々に用いて1つのマザーボード301上にR,G,B等の3色配列を形成する。
ところで、インクジェットヘッド306に関しては、ノズル列305を構成する各ノズル304の間でインクの吐出量にバラツキが生じており、一般に、図24(a)に示すように、ノズル列305の両端部に対応する位置の吐出量が多く、その中央部がその次に多く、それらの中間部の吐出量が少ないといったインク吐出特性Qを示す。
このため、インクジェットヘッド306によってフィルタエレメント303を所定の厚みに形成する場合には、図24(b)に示すように、ノズル列305を構成する各ノズル304のインク吐出量のバラツキに起因して、インクジェットヘッド306の走査方向と直交する方向に並ぶ複数のフィルタエレメント303の間で、インクの配置量(膜厚)にバラツキが生じることになる。この場合、例えばノズル列305の端部に対応する位置P1又は中央部P2、或いはP1及びP2の両方に濃度の濃いスジムラ(配置ムラ)が形成されてしまうため、カラーフィルタの平面的な光透過特性が不均一になるといった問題が発生してしまう。また、このようなスジ状の配置ムラは視認されやすく、カラーフィルタを介して表示される画像の画質を低下させる原因ともなる。
特開2003−159787号公報
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ノズル間の噴射量のバラツキを抑制した流体噴射ヘッド及び流体噴射装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る流体噴射ヘッドは、複数のノズルが配列されたノズル列と、ノズル毎に設けられた駆動素子とを備え、駆動素子の駆動によりノズルの噴射口から流体を噴射するものであって、ノズル列を構成する各ノズルの噴射量が均一となるように各ノズルの孔径又は噴射口の開口面積を異ならせることを特徴とする。
この流体噴射ヘッドでは、ノズル列を構成する各ノズルの噴射量が均一となるように各ノズルの孔径又は噴射口の開口面積を異ならせることで、ノズル間の噴射量のバラツキを抑制することができる。
また、本発明に係る流体噴射ヘッドでは、ノズル列を構成する複数のノズルのうち、その両端部に対応する位置のノズルの孔径又は噴射口の開口面積をそれ以外のノズルよりも小さくすることが好ましい。
この場合、ノズル列を構成する複数のノズルのうち、噴射量が多くなる両端部に対応する位置のノズルの噴射量を相対的に小さくすることができるため、ノズル間の噴射量のバラツキを抑制することができる。
また、本発明に係る流体噴射ヘッドでは、ノズル列を構成する複数のノズルのうち、その両端部に対応する位置のノズルと、その中央部に対応する位置のノズルと、両端部と中央部との間の中間部に対応する位置のノズルとの孔径又は開口面積をそれぞれNe、Nc、Nmとしたときに、Ne<Nc<Nmの関係を満たすことが好ましい。
この場合、ノズル列を構成する複数のノズルのうち、その両端部に対応する位置のノズルの噴射量が多く、その中央部に対応する位置のノズルの噴射量がその次に多く、それらの中間部に対応する位置のノズルの噴射量が少ないといった噴射特性に合わせて、各ノズルの孔径又は噴射口の開口面積をNe<Nc<Nmの関係を満たすように調整することで、ノズル間の噴射量のバラツキを更に抑制することができる。
また、本発明に係る流体噴射ヘッドでは、ノズルが、噴射口側から、噴射口と同じ径を有するストレート部と、ストレート部に連続して漸次拡大された径を有するテーパー部とから構成される場合に、テーパー部の拡径比を調整し、各ノズルのテーパー部における孔径を異ならせることで、ノズル間の噴射量のバラツキを抑制することができる。
また、本発明に係る流体噴射装置は、前記流体噴射ヘッドを備え、流体噴射ヘッドを噴射対象物に対して相対的に走査しながら、複数のノズルから流体を噴射することを特徴とする。
この流体噴射装置では、ノズル間の噴射量のバラツキを抑制した流体噴射ヘッドを備えることで、噴射対象物上に流体を均一に配置することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図では、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。
(第1の実施形態)
(カラーフィルタの構成)
先ず、本発明を適用した液状体吐出装置(流体噴射装置)を用いて製造されるカラーフィルタの例について説明する。図1(a)は、カラーフィルタの平面構造を模式的に示している。また、図1(d)は、図1(a)のVI−VI線による断面構造を示している。
このカラーフィルタ1は、ガラス、プラスチック等によって形成された方形状の基板2の表面に複数のフィルタエレメント3をドットパターン状、本実施形態ではドット・マトリクス状に形成し、さらに図2(d)に示すように、その上に保護膜4を積層することによって形成されている。なお、図1(a)は保護膜4を取り除いた状態のカラーフィルタ1を平面的に示している。
フィルタエレメント3は、透光性のない樹脂材料によって格子状のパターンに形成された隔壁6によって区画されてドット・マトリクス状に並んだ複数の方形状の領域を色材で埋めることによって形成される。また、これらのフィルタエレメント3は、それぞれが、R(赤)、G(緑)、B(青)のうちのいずれか1色の色材によって形成され、それらの各色フィルタエレメント3が所定の配列に並べられている。この配列としては、例えば、図3(a)に示すストライプ配列、図3(b)に示すモザイク配列、図3(c)に示すデルタ配列等が知られている。
ストライプ配列は、マトリクスの縦列が全て同色になる配色である。モザイク配列は、縦横の直線上に並んだ任意の3つのフィルタエレメントがR,G,Bの3色となる配色である。そして、デルタ配列は、フィルタエレメントの配置を段違いにし、任意の隣接する3つのフィルタエレメントがR,G,Bの3色となる配色である。
カラーフィルタ1の大きさは、例えば、1.8インチである。また、1個のフィルタエレメント3の大きさは、例えば、30μm×100μmである。また、各フィルタエレメント3の間の間隔、いわゆるエレメント間ピッチは、例えば、75μmである。
このカラーフィルタ1をフルカラー表示のための光学要素として用いる場合には、R,G,B3個のフィルタエレメント3を1つのユニットとして1つの画素を形成し、1画素内のR,G,Bのいずれか1つ又はそれらの組み合わせに光を選択的に通過させることにより、フルカラー表示を行う。このとき、透光性のない樹脂材料によって形成された隔壁6はブラックマトリクスとして作用する。
このカラーフィルタ1は、例えば、図1(b)に示すような大面積のマザー基板12から切り出される。具体的には、まず、マザー基板12内に設定された複数のカラーフィルタ形成領域11のそれぞれの表面にカラーフィルタ1の1個分のパターンを形成し、さらにそれらのカラーフィルタ形成領域11の周りに切断用の溝を形成し、さらにそれらの溝に沿ってマザー基板12を切断することにより、個々のカラーフィルタ1が形成される。
次に、上記カラーフィルタ1の製造方法(液状体配置方法)について説明する。
図2はカラーフィルタ1の製造方法を工程順に模式的に示している。先ず、マザー基板12の表面に透光性のない樹脂材料によって隔壁6を矢印B方向から見て格子状パターンに形成する。格子状パターンの格子穴の部分7はフィルタエレメント3が形成される領域、すなわちフィルタエレメント領域7である。この隔壁6によって形成される個々のフィルタエレメント領域7の矢印B方向から見た場合の平面寸法は、例えば30μm×100μm程度に形成される。
隔壁6は、フィルタエレメント領域7に供給されるフィルタエレメント材料の流動を阻止する機能及びブラックマトリクスの機能を併せて有する。また、隔壁6は任意のパターニング手法、例えばフォトリソグラフィー法によって形成され、さらに必要に応じてヒータによって加熱されて焼成される。
隔壁6の形成後、図2(b)に示すように、フィルタエレメント材料の液滴(液状体)8を各フィルタエレメント領域7に供給することにより、各フィルタエレメント領域7をフィルタエレメント材料13で埋める。図2(b)において、符号13RはR(赤)の色を有するフィルタエレメント材料を示し、符号13GはG(緑)の色を有するフィルタエレメント材料を示し、そして符号13BはB(青)の色を有するフィルタエレメント材料を示している。
各フィルタエレメント領域7に所定量のフィルタエレメント材料が充填されると、ヒータによってマザー基板12を例えば70℃程度に加熱して、フィルタエレメント材料の溶媒を蒸発させる。この蒸発により、図2(c)に示すようにフィルタエレメント材料13の体積が減少し、平坦化する。体積の減少が激しい場合には、カラーフィルタとして十分な膜厚が得られるまで、フィルタエレメント材料の液滴の供給とその液滴の加熱とを繰り返して実行する。以上の処理により、最終的にフィルタエレメント材料の固形分のみが残留して膜化し、これにより、希望する各色フィルタエレメント3が形成される。
以上によりフィルタエレメント3が形成された後、それらのフィラメント3を完全に乾燥させるために、所定の温度で所定時間の加熱処理を実行する。その後、例えば、スピンコート法、ロールコート法、リッピング法、又はインクジェット法等といった適宜の手法を用いて保護膜4を形成する。この保護膜4は、フィルタエレメント3等の保護及びカラーフィルタ1の表面の平坦化のために形成される。
なお、本実施形態においては、隔壁6として透光性のない樹脂材料を用いたが、透隔壁6として透光性の樹脂材料を用いることももちろん可能である。その場合にあっては、フィルタエレメント間に対応する位置、例えば隔壁6の上、隔壁6の下等に別途遮光性の金属膜或いは樹脂材料を設けてブラックマスクとしてもよい。また、透光性の樹脂材料で隔壁6を形成し、ブラックマスクを設けない構成としてもよい。
また、本実施形態においては、フィルタエレメントとしてR,G、Bを用いたがもちろん、R,G.Bに限定されることはなく、例えばC(シアン),M(マゼンダ),Y(イエロー)を採用してもかまわない。その場合にあっては、R,G,Bのフィルタエレメント材料、に変えて、C,M、Yの色を有するフィルタエレメント材料を用いればよい。
また、本実施形態においては、隔壁6をフォトリソグラフィーによって形成したが、カラーフィルタ同様にインクジェット法により隔壁6を形成することも可能である。
(液状体吐出装置の構成)
次に、上記カラーフィルタ1を製造する際に用いる液状体吐出装置(流体噴射装置)について説明する。
図4は、本発明を適用した液状体吐出装置(流体噴射装置)として、図2(b)に示したフィルタエレメント材料の供給処理を行うためのインクジェット装置16の一例を示している。図5は、このインクジェット装置16の主要部を拡大して示している。また、図6は、このインクジェット装置16の主要部であるインクジェットヘッドを拡大して示している。
このインクジェット装置16は、R,G,Bのうちの1色、例えばR色のフィルタエレメント材料をインクの液滴(流体)として、マザー基板12(図1(b)参照)内の各カラーフィルタ形成領域11内の所定位置に吐出して付着させるための装置である。G色のフィルタエレメント材料及びB色のフィルタエレメント材料のためのインクジェット装置もそれぞれに用意されるが、それらの構造は図4のものと同じにすることができるので、それらについての説明は省略する。
インクジェット装置16は、図4に示すように、本発明を適用したインクジェットヘッド(流体噴射ヘッド)22を備えたヘッドユニット26と、インクジェットヘッド22の位置を制御するヘッド位置制御装置17と、マザー基板12の位置を制御する基板位置制御装置18と、インクジェットヘッド22をマザー基板12に対して主走査移動させる主走査駆動装置19と、インクジェットヘッド22をマザー基板12に対して副走査移動させる副走査駆動装置21と、マザー基板12をインクジェット装置16内の所定の作業位置へ供給する基板供給装置23と、そしてインクジェット装置16の全般の制御を司るコントロール装置24とを有する。
ヘッド位置制御装置17、基板位置制御装置18、インクジェットヘッド22をマザー基板12に対して主走査移動させる主走査駆動装置19、そして副走査駆動装置21の各装置はベース9の上に設置される。また、それらの各装置は必要に応じてカバー14によって覆われる。
インクジェットヘッド22は、例えば図6に示すように、複数のノズル27を列状に並べることによって形成されたノズル列28を有する。ノズル27の数は例えば180個であり、ノズル27の孔径は例えば28μmであり、ノズル27間のノズルピッチは例えば141μmである。図1(a)及び図1(b)においてカラーフィルタ1及びマザー基板12に対する主走査方向X及びそれに直交する副走査方向Yは図6において図示の通りに設定される。
インクジェットヘッド22は、そのノズル列28が主走査方向Xと交差する方向へ延びるように位置設定され、この主走査方向Xへ平行移動する間に、インクとしてのフィルタエレメント材料を複数のノズル27から選択的に吐出することにより、マザー基板12(図1(b)参照)内の所定位置にフィルタエレメント材料を付着させる。また、インクジェットヘッド22は副走査方向Yへ所定距離だけ平行移動することにより、インクジェットヘッド22による主走査位置を所定の間隔でずらせることができる。
インクジェットヘッド22は、例えば、図7(a)及び図7(b)に示す内部構造を有する。具体的には、インクジェットヘッド22は、例えばステンレス製のノズルプレート29と、それに対向する振動板31と、それらを互いに接合する複数の仕切部材32とを有する。ノズルプレート29と振動板31との間には、仕切部材32によって複数のインク室33と液溜り34とが形成される。複数のインク室33と液溜り34とは通路38を介して互いに連通している。
振動板31の適所にはインク供給孔36が形成され、このインク供給孔36にインク供給装置37が接続される。このインク供給装置37はR,G,Bのうちの1色、例えばR色のフィルタエレメント材料Mをインク供給孔36へ供給する。供給されたフィルタエレメント材料Mは液溜り34に充満し、さらに通路38を通ってインク室33に充満する。
ノズルプレート29には、インク室33からフィルタエレメント材料Mをジェット状に噴射するためのノズル27が設けられている。さらに、ノズル27は、インクを吐出する吐出口(噴射口)27a側から、この吐出口87aと同じ径を有するストレート部27bと、このストレート部27bに連続して漸次拡大された径を有するテーパー部27cとから構成されている。
また、振動板31のインク室33を形成する面の裏面には、該インク室33に対応させてインク加圧体39が取り付けられている。このインク加圧体39は、圧電素子41並びにこれを挟持する一対の電極42a及び42bを有する。圧電素子41は電極42a及び42bへの通電によって矢印Cで示す外側へ突出するように撓み変形し、これによりインク室33の容積が増大する。すると、増大した容積分に相当するフィルタエレメント材料Mが液溜り34から通路38を通ってインク室33へ流入する。
次に、圧電素子41への通電を解除すると、該圧電素子41と振動板31は共に元の形状へ戻る。これにより、インク室33も元の容積に戻るためインク室33の内部にあるフィルタエレメント材料Mの圧力が上昇し、ノズル27からマザー基板12(図1(b)参照)へ向けてフィルタエレメント材料Mが液滴8となって噴出する。なお、ノズル27の周辺部には、液滴8の飛行曲がりやノズル27の孔詰まり等を防止するために、例えばNi−テトラフルオロエチレン共析メッキ層から成る撥インク層43が設けられる。
ヘッド位置制御装置17は、図5に示すように、インクジェットヘッド22を面内回転させるαモータ44と、インクジェットヘッド22を副走査方向Yと平行な軸線回りに揺動回転させるβモータ46と、インクジェットヘッド22を主走査方向と平行な軸線回りに揺動回転させるγモータ47と、そしてインクジェットヘッド22を上下方向へ平行移動させるZモータ48を有する。
基板位置制御装置18は、図5に示すように、マザー基板12を載せるテーブル49と、そのテーブル49を矢印θのように面内回転させるθモータ51とを有する。
主走査駆動装置19は、図5に示すように、主走査方向Xへ延びるガイドレール52と、パルス駆動されるリニアモータを内蔵したスライダ53とを有する。スライダ53は内蔵するリニアモータが作動するときにガイドレール52に沿って主走査方向へ平行移動する。
また、副走査駆動装置21は、図5に示すように、副走査方向Yへ延びるガイドレール54と、パルス駆動されるリニアモータを内蔵したスライダ56とを有する。スライダ56は内蔵するリニアモータが作動するときにガイドレール54に沿って副走査方向Yへ平行移動する。
スライダ53やスライダ56内においてパルス駆動されるリニアモータは、該モータに供給するパルス信号によって出力軸の回転角度制御を精細に行うことができ、従って、スライダ53に支持されたインクジェットヘッド22の主走査方向X上の位置やテーブル49の副走査方向Y上の位置等を高精細に制御できる。なお、インクジェットヘッド22やテーブル49の位置制御はパルスモータを用いた位置制御に限られず、サーボモータを用いたフィードバック制御や、その他任意の制御方法によって実現することもできる。
基板供給装置23は、マザー基板12を収容する基板収容部57と、マザー基板12を搬送するロボット58とを有する。ロボット58は、床、地面等といった設置面に置かれる基台59と、基台59に対して昇降移動する昇降軸61と、昇降軸61を中心として回転する第1アーム62と、第1アーム62に対して回転する第2アーム63と、第2アーム63の先端下面に設けられた吸着パッド64とを有する。吸着パッド64は空気吸引等によってマザー基板12を吸着できる。
インクジェット装置16では、図4に示すように、主走査駆動装置19によって駆動されて主走査移動するインクジェットヘッド22の軌跡下であって副走査駆動装置21の一方の脇位置に、キャッピング装置76及びクリーニング装置77が配設される。また、他方の脇位置に電子天秤78が配設される。クリーニング装置77はインクジェットヘッド22を洗浄するための装置である。電子天秤78はインクジェットヘッド22内の個々のノズル27(図6参照)から吐出されるインクの液滴の重量をノズルごとに測定する機器である。そして、キャッピング装置76はインクジェットヘッド22が待機状態にあるときにノズル27(図6参照)の乾燥を防止するための装置である。
インクジェットヘッド22の近傍には、そのインクジェットヘッド22と一体に移動する関係でヘッド用カメラ81が配設される。また、ベース9上に設けた支持装置(図示せず)に支持された基板用カメラ82がマザー基板12を撮影できる位置に配置される。
コントロール装置24は、図4に示すように、制御部としてのプロセッサを収容したコンピュータ本体部66と、入力装置としてのキーボード67と、表示装置としてのCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ68とを有する。上記プロセッサは、図7に示すように、演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)69と、各種情報を記憶するメモリすなわち情報記憶媒体71とを有する。
ヘッド位置制御装置17、基板位置制御装置18、主走査駆動装置19、副走査駆動装置21、そして、インクジェットヘッド22内の圧電素子41(図7(b)参照)を駆動するヘッド駆動回路72の各機器は、図8に示すように、入出力インターフェース73及びバス74を介してCPU69に接続される。また、基板供給装置23、入力装置67、ディスプレイ68、電子天秤78、クリーニング装置77及びキャッピング装置76の各機器も入出力インターフェース73及びバス74を介してCPU69に接続される。
メモリ71は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等といった半導体メモリや、ハードディスク、CD−ROM読取り装置、ディスク型記憶媒体等といった外部記憶装置等を含む概念であり、機能的には、インクジェット装置16の動作の制御手順が記述されたプログラムソフトを記憶する記憶領域や、図2に示す各種のR,G,B配列を実現するためのR,G,Bのうちの1色のマザー基板12(図1参照)内における吐出位置を座標データとして記憶するための記憶領域や、副走査方向Yへのマザー基板12の副走査移動量を記憶するための記憶領域や、CPU69のためのワークエリアやテンポラリファイル等として機能する領域や、その他各種の記憶領域が設定される。
CPU69は、メモリ71内に記憶されたプログラムソフトに従って、マザー基板12の表面の所定位置にインク、すなわちフィルタエレメント材料を吐出するための制御を行うものであり、具体的な機能実現部として、クリーニング処理を実現するための演算を行うクリーニング演算部と、キャッピング処理を実現するためのキャッピング演算部と、電子天秤78(図4参照)を用いた重量測定を実現するための演算を行う重量測定演算部と、インクジェットヘッド22によってフィルタエレメント材料を描画するための演算を行う描画演算部とを有する。
また、描画演算部を詳しく分割すれば、インクジェットヘッド22を描画のための初期位置へセットするための描画開始位置演算部と、インクジェットヘッド22を主走査方向Xへ所定の速度で走査移動させるための制御を演算する主走査制御演算部と、マザー基板12を副走査方向Yへ所定の副走査量だけずらせるための制御を演算する副走査制御演算部と、そして、インクジェットヘッド22内の複数のノズル27のうちのいずれを作動させてインクすなわちフィルタエレメント材料を吐出するかを制御するための演算を行うノズル吐出制御演算部等といった各種の機能演算部を有する。
なお、本実施形態では、上記の各機能をCPU69を用いてソフト的に実現することにしたが、上記の各機能がCPUを用いない単独の電子回路によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
以下、上記構成からなるインクジェット装置16の動作を図9に示すフローチャートに基づいて説明する。
オペレータによる電源投入によってインクジェット装置16が作動すると、まず、ステップS1において初期設定が実行される。具体的には、ヘッドユニット26や基板供給装置23やコントロール装置24等が予め決められた初期状態にセットされる。
次に、重量測定タイミングが到来すれば(ステップS2でYES)、ヘッドユニット26を主走査駆動装置19によって電子天秤78の所まで移動させて(ステップS3)、ノズル27から吐出されるインクの量を電子天秤78を用いて測定する(ステップS4)。そして、ノズル27のインク吐出特性に合わせて、各ノズル27に対応する圧電素子41に印加する電圧を調節する(ステップS5)。
次に、クリーニングタイミングが到来すれば(ステップS6でYES)、ヘッドユニット26を主走査駆動装置19によってクリーニング装置77の所まで移動させて(ステップS7)、そのクリーニング装置77によってインクジェットヘッド22をクリーニングする(ステップS8)。
重量測定タイミングやクリーニングタイミングが到来しない場合(ステップS2及びS6でNO)、あるいはそれらの処理が終了した場合には、ステップS9において、基板供給装置23を作動させてマザー基板12をテーブル49へ供給する。具体的には、基板収容部57内のマザー基板12を吸着パッド64によって吸引保持し、次に、昇降軸61、第1アーム62及び第2アーム63を移動させてマザー基板12をテーブル49まで搬送し、さらにテーブル49の適所に予め設けてある位置決めピン50(図5)に押し付ける。なお、テーブル49上におけるマザー基板12の位置ズレを防止するため、空気吸引等の手段によってマザー基板12をテーブル49に固定することが望ましい。
次に、基板用カメラ82によってマザー基板12を観察しながら、θモータ51の出力軸を微小角度単位で回転させることによりテーブル49を微小角度単位で面内回転させてマザー基板12を位置決めする(ステップS10)。
次に、ヘッド用カメラ81によってマザー基板12を観察しながらインクジェットヘッド22によって描画を開始する位置を演算によって決定し(ステップS11)、そして、主走査駆動装置19及び副走査駆動装置21を適宜に作動させてインクジェットヘッド22を描画開始位置へ移動する(ステップS12)。
このとき、インクジェットヘッド22は、図10の(a)位置に示すように、ノズル列28がインクジェットヘッド22の副走査方向Yに対して角度θで傾斜するように配設される。これは、通常のインクジェット装置の場合には、隣り合うノズル27の間の間隔であるノズル間ピッチと、隣り合うフィルタエレメント3すなわちフィルタエレメント形成領域7の間の間隔であるエレメントピッチとが異なることが多く、インクジェットヘッド22を主走査方向Xへ移動させるときに、ノズル間ピッチの副走査方向Yの寸法成分がエレメントピッチと幾何学的に等しくなるようにするための措置である。
ステップS12でインクジェットヘッド22が描画開始位置に置かれると、インクジェットヘッド22は、図10の(a)位置に置かれる。その後、図9のステップS13で主走査方向Xへの主走査が開始され、同時にインクの吐出が開始される。具体的には、図10に示すように、主走査駆動装置19が作動してインクジェットヘッド22が主走査方向Xへ一定の速度で直線的に走査移動し、その移動中、インクを供給すべきフィルタエレメント領域7に対応するノズル27が到達したときにそのノズル27からインクすなわちフィルタエレメント材料が吐出される。
なお、このときのインク吐出量は、フィルタエレメント領域7の容積全部を埋める量ではなく、その全量の数分の1、本実施形態では全量の1/4の量である。これは、後述するように、各フィルタエレメント領域7はノズル27からの1回のインク吐出によって埋められるのではなくて、数回のインク吐出の重ね吐出によって、本実施形態では4回の重ね吐出によって容積全部を埋めることになっているからである。
インクジェットヘッド22は、マザー基板12に対する1ライン分の主走査が終了すると(ステップS14でYES)、反転移動して初期位置(a)へ復帰する(ステップS15)。そしてさらに、インクジェットヘッド22は、副走査駆動装置21によって駆動されて副走査方向Yへ予め決められた副走査量δだけ移動する(ステップS16)。
本実施形態では、CPU69は、図10に示すように、インクジェットヘッド22のノズル列28を形成する複数のノズル27を複数のグループnに概念的に分割する。本実施形態ではn=4、すなわち180個のノズル27から成る長さLのノズル列28を4つのグループに分割して考える。これにより、1つのノズルグループはノズル27を180/4=45個含む長さL/nすなわちL/4に決められる。上記の副走査量δは上記のノズルグループ長さL/4の副走査方向の長さ、すなわち(L/4)cosθに設定される。
従って、1ライン分の主走査が終了して初期位置(a)へ復帰したインクジェットヘッド22は副走査方向Yへ距離δだけ平行移動して位置(b)へ移動する。なお、図10では位置(a)と位置(b)とが主走査方向Xに関して少しずれて描かれているが、これは説明を分かり易くするための措置であり、実際には、位置(a)と位置(b)は主走査方向Xに関しては同じ位置である。
位置(b)へ副走査移動したインクジェットヘッド22は、ステップS13で主走査移動及びインク吐出を繰り返して実行する。この主走査移動時には、マザー基板12上におけるカラーフィルタ形成領域11内の2列目のラインが先頭のノズルグループによって初めてインク吐出を受けると共に、1列目のラインは先頭から2番目のノズルグループによって2回目のインク吐出を受ける。
これ以降、インクジェットヘッド22は、位置(c)〜位置(k)のように副走査移動を繰り返しながら主走査移動及びインク吐出を繰り返し(ステップS13〜ステップS16)、これにより、マザー基板12のカラーフィルタ形成領域11の1列分のインク付着処理が完了する。
本実施形態では、ノズル列28を4つのグループに分割して副走査量δを決定したので、上記のカラーフィルタ形成領域11の1列分の主走査及び副走査が終了すると、各フィルタエレメント領域7は4個のノズルグループによってそれぞれ1回ずつ、合計で4回のインク吐出処理を受けて、その全容積内に所定量のインクすなわちフィルタエレメント材料が全量供給される。
こうしてカラーフィルタ形成領域11の1列分のインク吐出が完了すると、インクジェットヘッド22は副走査駆動手段21によって駆動されて次列のカラーフィルタ形成領域11の初期位置へ搬送され(ステップS19)、そして当該列のカラーフィルタ形成領域11に対して主走査、副走査及びインク吐出を繰り返してフィルタエレメント領域7内にフィルタエレメントを形成する(ステップS13〜S16)。
その後、マザー基板12内の全てのカラーフィルタ形成領域11に関してR,G,Bの1色、例えばR1色のフィルタエレメント3が形成されると(ステップS18でYES)、ステップS20でマザー基板12を基板供給装置23によって、又は別の搬送機器によって、処理後のマザー基板12が外部へ排出される。その後、オペレータによって処理終了の指示がなされない限り(ステップS21でNO)、ステップS2へ戻って別のマザー基板12に対するR1色に関するインク吐着作業を繰り返して行う。
オペレータから作業終了の指示があると(ステップS21でYES)、CPU69はインクジェットヘッド22をキャッピング装置76の所まで搬送して、そのキャッピング装置76によってインクジェットヘッド22に対してキャッピング処理を施す(ステップS22)。
以上により、カラーフィルタを構成するR,G,B3色のうちの第1色、例えばR色についてのパターニングが終了し、その後、マザー基板12をR,G,Bの第2色、例えばG色をフィルタエレメント材料とするインクジェット装置16へ搬送してG色のパターニングを行い、さらに最終的にR,G,Bの第3色、例えばB色をフィルタエレメント材料とするインクジェット装置16へ搬送してB色のパターニングを行う。これにより、ストライプ配列等といった希望のR,G,Bのドット配列を有するカラーフィルタ1(図1(a))が複数個形成されたマザー基板12が製造される。このマザー基板12をカラーフィルタ領域11ごとに切断することにより、1個のカラーフィルタ1が複数個切り出される。
なお、本カラーフィルタ1を液晶装置のカラー表示のために用いるものとすれば、本カラーフィルタ1の表面にはさらに電極や配向膜等が積層されることになる。そのような場合、電極や配向膜等を積層する前にマザー基板12を切断して個々のカラーフィルタ1を切り出してしまうと、その後の電極等の形成工程が非常に面倒になる。よって、そのような場合には、マザー基板12上でカラーフィルタ1が完成した後に、直ぐにマザー基板12を切断してしまうのではなく、電極形成や配向膜形成等といった必要な付加工程が終了した後にマザー基板12を切断することが望ましい。
ところで、インクジェットヘッド22のノズル列28を構成する複数のノズル27の孔径及び吐出口27aの開口面積が同一である場合は、ヘッド構造上、各ノズル27のインク吐出量の分布が不均一になることは、上記図24(a)に関連して説明した通りである。
そこで、本発明を適用したインクジェットヘッド22では、このようなノズル27間のインク吐出量のバラツキを解消するため、各ノズル27の孔径及び吐出口27aの開口面積を異ならせている。
具体的に、このインクジェットヘッド22では、図11に示すように、ノズル列28を構成する複数のノズル27のうち、その両端部に対応する位置Eのノズル27の孔径又は吐出口27aの開口面積が、それ以外のノズル27のそれよりも小さくなるように形成されている。これにより、上記図24(a)に示すように、インク吐出量が多くなる両端部に対応する位置Eのノズル27のインク吐出量を相対的に小さくすることができるため、ノズル27間のインク吐出量のバラツキを抑制することができる。
したがって、インクジェット装置16では、このようなインク吐出量のバラツキを抑制したインクジェットヘッド22を備えることによって、マザー基板12上に設定された複数のフィルタエレメント領域7に対してインクの液滴をそれぞれ所定の膜厚(配置量)で均一に配置することができる。その結果、複数のフィルタエレメント3間で膜厚にバラツキが生じることを防止でき、それ故、カラーフィルタの光透過特性を平面的に均一にすることができる。
一方、従来のインクジェットヘッドでは、このようなインク吐出量が他のノズルに比べて多い両端部のノズルを使用することは、インク吐膜すなわちフィルタエレメントの膜厚を均一にすることに関して好ましくないため、ノズル列28の両端部Eに存在する数個、例えば10個程度は予めインクを吐出しないものと設定しておき、残りの部分Fに存在するノズル27を複数、例えば4個のグループに分割して、そのノズルグループ単位で副走査移動を行うことも行われている。
これに対して、本発明を適用したインクジェットヘッド22では、このような不使用ノズルを設定する必要がなく、ノズル列28を構成する全てノズル27を使用することが可能なため、上述したマザー基板12に対する描画を更に効率よく行うことが可能である。
さらに、本発明を適用したインクジェットヘッド22では、ノズル列28を構成する複数のノズル27のうち、その両端部に対応する位置Eのノズル27と、その中央部に対応する位置Cのノズルと、両端部と中央部との間の中間部に対応する位置Mのノズル27との孔径又は噴射口27aの開口面積をそれぞれNe、Nc、Nmとしたときに、Ne<Nc<Nmの関係を満たすことが好ましい。
この場合、ノズル列28を構成する複数のノズル27のうち、その両端部に対応する位置Eのノズルの噴射量が多く、その中央部に対応する位置Cのノズルの噴射量がその次に多く、それらの中間部に対応する位置Mのノズルの噴射量が少ないといったインク吐出特性Q(図24(a)参照。)に合わせて、各ノズル27の孔径又は噴射口27の開口面積をNs<Nc<Nmの関係を満たすように調整することで、ノズル27間の噴射量のバラツキを更に抑制することが可能である。
すなわち、本発明を適用したインクジェットヘッド22では、ノズル列28を構成する各ノズル27のインク吐出量が均一となるように、各ノズル27の孔径又は噴射口27aの開口面積を、上記図24(a)に示すインク吐出特性Qとは逆の傾向を示すように調整すればよい。
ここで、各ノズル27の孔径又は噴射口27aの開口面積を調整する場合は、図12に示すように、上記ノズルプレート29にノズル27を形成するためのポンチ(孔開け治具)400を複数種用意する。
そして、噴射口27aの開口面積で各ノズル27のインク吐出量を調整する場合は、外径の異なる複数種のポンチ400を用いて、各ノズル27のストレート部27bの内径を異ならせたノズル列28をノズルプレート29に形成すればよい。この場合、噴射口27aの開口面積を基準にして、各ノズル27のインク吐出量を調整することができる。
一方、各ノズル27の孔径で各ノズル27のインク吐出量を調整する場合は、テーパー角の異なる複数種のポンチ400を用いて、各ノズル27のテーパー部27cの拡径比を異ならせたノズル列28をノズルプレート29に形成すればよい。この場合、各ノズル27の孔径を基準にして、各ノズル27のインク吐出量を調整することができる。
なお、各ノズル27のインク吐出量は、ストレート部27b及びテーパー部27bを含む容積によっても変わるため、各ノズル27の容積を基準にして、各ノズル27の孔径及び噴射口27aの開口面積の調整を行ってもよい。
(第2の実施形態)
図13は、第2の実施形態としてインクジェットヘッド22を用いてマザー基板12内のカラーフィルタ形成領域11内の各フィルタエレメント領域7へインクすなわちフィルタエレメント材料を吐出によって供給する場合を模式的に示している。
本実施形態によって実施される概略の工程は図2に示した工程と同じであり、インク吐着のために用いるインクジェット装置も図4に示した装置と機構的には同じである。また、図8のCPU69がノズル列28を形成する複数のノズル27を概念的にn個、例えば4つにグループ分けして、各ノズルグループの長さL/n又はL/4に対応させて副走査量δを決定することも図10の場合と同じである。
本実施形態が図10に示した先の実施形態と異なる点は、メモリ71内に格納したプログラムソフトに改変を加えたことであり、具体的にはCPU69によって行う主走査制御演算と副走査制御演算に改変を加えたことである。
より具体的に説明すれば、図13において、インクジェットヘッド22は主走査方向Xへの走査移動の終了後に初期位置へ復帰移動することなく、1方向への主走査移動の終了後に直ぐに副走査方向へノズルグループ1個分に相当する移動量δだけ移動して位置(b)へ移動した後、主走査方向Xの上記1方向の反対方向へ走査移動を行って初期位置(a)から副走査方向へ距離δだけずれた位置(b')へ戻るように制御される。なお、位置(a)から位置(b)までの主走査の間及び位置(b)から位置(b')への主走査移動の間の両方の期間において複数のノズル27から選択的にインクが吐出されることはもちろんである。
つまり、本実施形態ではインクジェットヘッド22の主走査及び副走査が復帰動作を挟むことなく連続して交互に行われるものであり、これにより、復帰動作のために費やされた時間を省略して作業時間を短縮化できる。
(第3の実施形態)
図14は、第3の実施形態としてインクジェットヘッド22を用いてマザー基板12内のカラーフィルタ形成領域11内の各フィルタエレメント領域7へインクすなわちフィルタエレメント材料を吐出によって供給する場合を模式的に示している。
本実施形態によって実施される概略の工程は図2に示した工程と同じであり、インク吐着のために用いるインクジェット装置も図4に示した装置と機構的には同じである。また、図8のCPU69がノズル列28を形成する複数のノズル27を概念的にn個、例えば4つにグループ分けすることも図10の場合と同じである。
本実施形態が図10に示した先の実施形態と異なる点は、図9のステップS12でインクジェットヘッド22をマザー基板12の描画開始位置にセットしたとき、そのインクジェットヘッド22は図14の(a)位置に示すように、ノズル列28の延びる方向が副走査方向Yと平行である点である。このようなノズルの配列構造は、インクジェットヘッド22に関するノズル間ピッチとマザー基板12に関するエレメント間ピッチとが等しい場合に有利な構造である。
この実施形態においても、インクジェットヘッド22は初期位置(a)から終端位置(k)に至るまで、主走査方向Xへの走査移動、初期位置への復帰移動及び副走査方向Yへの移動量δでの副走査移動を繰り返しながら、主走査移動の期間中に複数のノズル27から選択的にインクすなわちフィルタエレメント材料を吐出し、これにより、マザー基板12内のカラーフィルタ形成領域11内のフィルタエレメント領域7内へフィルタエレメント材料を付着させる。
なお、本実施形態では、ノズル列28が副走査方向Yに対して平行に位置設定されるので、副走査移動量δは分割されたノズルグループの長さL/nすなわちL/4と等しく設定される。
(第4の実施形態)
図15は、第4の実施形態としてインクジェットヘッド22を用いてマザー基板12内のカラーフィルタ形成領域11内の各フィルタエレメント領域7へインクすなわちフィルタエレメント材料を吐出によって供給する場合を模式的に示している。
本実施形態によって実施される概略の工程は図2に示した工程と同じであり、インク吐着のために用いるインクジェット装置も図4に示した装置と機構的には同じである。また、図8のCPU69がノズル列28を形成する複数のノズル27を概念的にn個,例えば4つにグループ分けすることも図10の場合と同じである。
本実施形態が図10に示した先の実施形態と異なる点は、図9のステップS12でインクジェットヘッド22をマザー基板12の描画開始位置にセットしたとき、そのインクジェットヘッド22は図15(a)に示すように、ノズル列28の延びる方向が副走査方向Yと平行である点と、図13の実施形態の場合と同様にインクジェットヘッド22の主走査及び副走査が復帰動作を挟むことなく連続して交互に行われる点である。
なお、図15に示す本実施形態及び図14に示す先の実施形態では、主走査方向Xがノズル列28に対して直角の方向となるので、ノズル列28を図16に示すように主走査方向Xに沿って2列設けることにより、同じ主走査ラインに載った2つのノズル27によって1つのフィルタエレメント領域7にフィルタエレメント材料を供給することができる。
(第5の実施形態)
図17は、第5の実施形態に用いられるインクジェットヘッド22Aを示している。
このインクジェットヘッド22Aが図6に示すインクジェットヘッド22と異なる点は、R色インクを吐出するノズル列28Rと、G色インクを吐出するノズル列28Gと、B色インクを吐出するノズル列28Bといった3種類のノズル列を1個のインクジェットヘッド22Aに形成し、それら3種類のそれぞれに図7(a)及び図7(b)に示したインク吐出系を設け、R色ノズル列28Rに対応するインク吐出系にはRインク供給装置37Rを接続し、G色ノズル列28Gに対応するインク吐出系にはGインク供給装置37Gを接続し、そしてB色ノズル列28Bに対応するインク吐出系にはBインク供給装置37Bを接続したことである。
本実施形態によって実施される概略の工程は図2に示した工程と同じであり、インク吐着のために用いるインクジェット装置も基本的には図4に示した装置と同じである。また、図8のCPU69がノズル列28R,28G,28Bを形成する複数のノズル27を概念的にn個、例えば4つにグループ分けして、それらのノズルグループごとにインクジェットヘッド22Aを副走査移動量δで副走査移動させることも図10の場合と同じである。
図10に示した実施形態では、インクジェットヘッド22に1種類のノズル列28が設けられるだけであったので、R,G,B3色によってカラーフィルタを形成する際には図4に示したインクジェットヘッド22がR,G,Bの3色それぞれについて準備されていなければならなかった。これに対し、図17に示す構造のインクジェットヘッド22Aを使用する場合には、インクジェットヘッド22Aの主走査方向Xへの1回の主走査によってR,G,Bの3色を同時にマザー基板12へ付着させることができるので、インクジェットヘッド22は1つだけ準備しておけば足りる。また、各色のノズル列間隔をマザー基板のフィルタエレメント領域のピッチに合わせることにより、RGB3色の同時打ちが可能となる。
(第6の実施形態)
図18は、第6の実施形態として液晶装置の製造方法の一例を示している。また、図19はその製造方法によって製造される液晶装置の一例を示している。また、図20は図19におけるIX−IX線に従った液晶装置の断面構造を示している。液晶装置の製造方法及び製造装置の説明に先立って、まず、その製造方法によって製造される液晶装置をその一例を挙げて説明する。なお、本実施形態の液晶装置は、単純マトリクス方式でフルカラー表示を行う半透過反射方式の液晶装置である。
図19において、液晶装置101は、液晶パネル102に半導体チップとしての液晶駆動用IC103a及び103bを実装し、配線接続要素としてのFPC(Flexible Printed Circuit)104を液晶パネル102に接続し、さらに液晶パネル102の裏面側に照明装置106をバックライトとして設けることによって形成される。
液晶パネル102は、第1基板107aと第2基板107bとをシール材108によって貼り合わせることによって形成される。シール材108は、例えば、スクリーン印刷等によってエポキシ系樹脂を第1基板107a又は第2基板107bの内側表面に環状に付着させることによって形成される。また、シール材108の内部には図20に示すように、導電性材料によって球状又は円筒状に形成された導通材109が分散状態で含まれる。
図20において、第1基板107aは透明なガラスや、透明なプラスチック等によって形成された板状の基材111aを有する。この基材111aの内側表面(図20の上側表面)には反射膜112が形成され、その上に絶縁膜113が積層され、その上に第1電極114aが矢印D方向から見てストライプ状(図19参照)に形成され、さらにその上に配向膜116aが形成される。また、基材111aの外側表面(図20の下側表面)には偏光板117aが貼着等によって装着される。
図19では第1電極114aの配列を分かり易く示すために、それらのストライプ間隔を実際よりも大幅に広く描いており、よって、第1電極114aの本数が少なく描かれているが、実際には、第1電極114aはより多数本が基材111a上に形成される。
図20において、第2基板107bは透明なガラスや、透明なプラスチック等によって形成された板状の基材111bを有する。この基材111bの内側表面(図20の下側表面)にはカラーフィルタ118が形成され、その上に第2電極114bが上記第1電極114aと直交する方向へ矢印D方向から見てストライプ状(図19参照)に形成され、さらにその上に配向膜116bが形成される。また、基材111bの外側表面(図20の上側表面)には偏光板117bが貼着等によって装着される。
図19では、第2電極114bの配列を分かりやすく示すために、第1電極114aの場合と同様に、それらのストライプ間隔を実際よりも大幅に広く描いており、よって、第2電極114bの本数が少なく描かれているが、実際には、第2電極114bはより多数本が基材111b上に形成される。
図20において、第1基板107a、第2基板107b及びシール材108によって囲まれる間隙、いわゆるセルギャップ内には液晶、例えばSTN(SuperTwisted Nematic)液晶Lが封入されている。第1基板107a又は第2基板107bの内側表面には微小で球形のスペーサ119が多数分散され、これらのスペーサ119がセルギャップ内に存在することによりそのセルギャップの厚さが均一に維持される。
第1電極114aと第2電極114bは互いに直交関係に配置され、それらの交差点は図20の矢印D方向から見てドット・マトリクス状に配列する。そして、そのドット・マトリクス状の各交差点が1つの絵素ピクセルを構成する。カラーフィルタ118は、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色要素を矢印D方向から見て所定のパターン、例えば、ストライプ配列、デルタ配列、モザイク配列等のパターンで配列させることによって形成されている。上記の1つの絵素ピクセルはそれらR,G,Bの各1つずつに対応しており、そしてR,G,Bの3色絵素ピクセルが1つのユニットになって1画素が構成される。
ドット・マトリクス状に配列される複数の絵素ピクセル、従って画素、を選択的に発光させることにより、液晶パネル102の第2基板107bの外側に文字、数字等といった像が表示される。このようにして像が表示される領域が有効画素領域であり、図19及び図20おいて矢印Vによって示される平面的な矩形領域が有効表示領域となっている。
図20において、反射膜112はAPC合金、Al(アルミニウム)等といった光反射性材料によって形成され、第1電極114aと第2電極114bとの交差点である各絵素ピクセルに対応する位置に開口121が形成されている。結果的に、開口121は図20の矢印D方向から見て、絵素ピクセルと同じドット・マトリクス状に配列されている。
第1電極114a及び第2電極114bは、例えば、透明導電材であるITOによって形成される。また、配向膜116a及び116bは、ポリイミド系樹脂を一様な厚さの膜状に付着させることによって形成される。これらの配向膜116a及び116bがラビング処理を受けることにより、第1基板107a及び第2基板107bの表面上における液晶分子の初期配向が決定される。
図19において、第1基板107aは第2基板107bよりも広い面積に形成されており、これらの基板をシール材108によって貼り合わせたとき、第1基板107aは第2基板107bの外側へ張り出す基板張出し部107cを有する。そして、この基板張出し部107cには、第1電極114aから延び出る引出し配線114c、シール材108の内部に存在する導通材109(図20参照)を介して第2基板107b上の第2電極114bと導通する引出し配線114d、液晶駆動用IC103aの入力用バンプ、すなわち入力用端子に接続される金属配線114e、そして液晶駆動用IC103bの入力用バンプに接続される金属配線114f等といった各種の配線が適切なパターンで形成される。
本実施形態では、第1電極114aから延びる引出し配線114c及び第2電極114bに導通する引出し配線114dはそれらの電極と同じ材料であるITO、すなわち導電性酸化物によって形成される。また、液晶駆動用IC103a及び103bの入力側の配線である金属配線114e及び114fは電気抵抗値の低い金属材料、例えばAPC合金によって形成される。APC合金は、主としてAgを含み、付随してPd及びCuを含む合金、例えば、Ag98%、Pd1%、Cu1%から成る合金である。
液晶駆動用IC103a及び液晶駆動用IC103bは、ACF(Anisotropic Conductive Film:異方性導電膜)122によって基板張出し部107cの表面に接着されて実装される。すなわち、本実施形態では基板上に半導体チップが直接に実装される構造の、いわゆるCOG(Chip On Glass)方式の液晶パネルとして形成されている。このCOG方式の実装構造においては、ACF122の内部に含まれる導電粒子によって、液晶駆動用IC103a及び103bの入力側バンプと金属配線114e及び114fとが導電接続され、液晶駆動用IC103a及び103bの出力側バンプと引出し配線114c及び114dとが導電接続される。
図19において、FPC104は、可撓性の樹脂フィルム123と、チップ部品124を含んで構成された回路126と、金属配線端子127とを有する。回路126は樹脂フィルム123の表面に半田付けその他の導電接続手法によって直接に搭載される。また、金属配線端子127はAPC合金、Cr、Cuその他の導電材料によって形成される。FPC104のうち金属配線端子127が形成された部分は、第1基板107aのうち金属配線114e及び金属配線114fが形成された部分にACF122によって接続される。そして、ACF122の内部に含まれる導電粒子の働きにより、基板側の金属配線114e及び114fとFPC側の金属配線端子127とが導通する。
FPC104の反対側の辺端部には外部接続端子131が形成され、この外部接続端子131が図示しない外部回路に接続される。そして、この外部回路から伝送される信号に基づいて液晶駆動用IC103a及び103bが駆動され、第1電極114a及び第2電極114bの一方に走査信号が供給され、他方にデータ信号が供給される。これにより、有効表示領域V内に配列されたドット・マトリクス状の絵素ピクセルが個々のピクセルごとに電圧制御され、その結果、液晶Lの配向が個々の絵素ピクセルごとに制御される。
図19において、いわゆるバックライトとして機能する照明装置106は、図20に示すように、アクリル樹脂等によって構成された導光体132と、その導光体132の光出射面132bに設けられた拡散シート133と、導光体132の光出射面132bの反対面に設けられた反射シート134と、発光源としてのLED(Light Emitting Diode)136とを有する。
LED136はLED基板137に支持され、そのLED基板137は、例えば導光体132と一体に形成された支持部(図示せず)に装着される。LED基板137が支持部の所定位置に装着されることにより、LED136が導光体132の側辺端面である光取込み面132aに対向する位置に置かれる。なお、符号138は液晶パネル102に加わる衝撃を緩衝するための緩衝材を示している。
LED136が発光すると、その光は光取込み面132aから取り込まれて導光体132の内部へ導かれ、反射シート134や導光体132の壁面で反射しながら伝播する間に光出射面132bから拡散シート133を通して外部へ平面光として出射する。
本実施形態の液晶装置101は以上のように構成されているので、太陽光、室内光等といった外部光が十分に明るい場合には、図20において、第2基板107b側から外部光が液晶パネル102の内部へ取り込まれ、その光が液晶Lを通過した後に反射膜112で反射して再び液晶Lへ供給される。液晶Lはこれを挟持する電極114a及び114bによってR,G,Bの絵素ピクセルごとに配向制御されており、よって、液晶Lへ供給された光は絵素ピクセルごとに変調され、その変調によって偏光板117bを通過する光と、通過できない光とによって液晶パネル102の外部に文字、数字等といった像が表示される。これにより、反射型の表示が行われる。
他方、外部光の光量が十分に得られない場合には、LED136が発光して導光体132の光出射面132bから平面光が出射され、その光が反射膜112に形成された開口121を通して液晶Lへ供給される。このとき、反射型の表示と同様にして、供給された光が配向制御される液晶Lによって絵素ピクセルごとに変調され、これにより、外部へ像が表示される。これにより、透過型の表示が行われる。
上記構成の液晶装置101は、例えば、図18に示す製造方法によって製造される。この製造方法において、工程P1〜工程P6の一連の工程が第1基板107aを形成する工程であり、工程P11〜工程P14の一連の工程が第2基板107bを形成する工程である。第1基板形成工程と第2基板形成工程は、通常、それぞれが独自に行われる。
まず、第1基板形成工程について説明すれば、透光性ガラス、透光性プラスチック等によって形成された大面積のマザー原料基材の表面に液晶パネル102の複数個分の反射膜112をフォトリソグラフィー法等を用いて形成し、さらにその上に絶縁膜113を周知の成膜法を用いて形成し(工程P1)、次に、フォトリソグラフィー法等を用いて第1電極114a及び配線114c,114d,114e,114fを形成する(工程P2)。
次に、第1電極114aの上に塗布、印刷等によって配向膜116aを形成し(工程P3)、さらにその配向膜116aに対してラビング処理を施すことにより液晶の初期配向を決定する(工程P4)。次に、例えばスクリーン印刷等によってシール材108を環状に形成し(工程P5)、さらにその上に球状のスペーサ119を分散する(工程P6)。以上により、液晶パネル102の第1基板107a上のパネルパターンを複数個分有する大面積のマザー第1基板が形成される。
以上の第1基板形成工程とは別に、第2基板形成工程(図18の工程P11〜工程P14)を実施する。まず、透光性ガラス、透光性プラスチック等によって形成された大面積のマザー原料基材を用意し、その表面に液晶パネル102の複数個分のカラーフィルタ118を形成する(工程P11)。このカラーフィルタの形成工程は図2に示した製造方法を用いて行われ、その製造方法中のR,G,Bの各色フィルタエレメントの形成は図4のインクジェット装置16を用いて図10、図13、図14、図15等に示したインクジェットヘッドの制御方法に従って実行される。これらカラーフィルタの製造方法及びインクジェットヘッドの制御方法は既に説明した内容と同じであるので、それらの説明は省略する。
図2(d)に示すようにマザー基板12すなわちマザー原料基材の上にカラーフィルタ1すなわちカラーフィルタ118が形成されると、次に、フォトリソグラフィー法によって第2電極114bが形成され(工程P12)、さらに塗布、印刷等によって配向膜116bが形成され(工程P13)、さらにその配向膜116bに対してラビング処理が施されて液晶の初期配向が決められる(工程P14)。以上により、液晶パネル102の第2基板107b上のパネルパターンを複数個分有する大面積のマザー第2基板が形成される。
以上により大面積のマザー第1基板及びマザー第2基板が形成された後、それらのマザー基板をシール材108を間に挟んでアライメント、すなわち位置合わせした上で互いに貼り合わせる(工程P21)。これにより、液晶パネル複数個分のパネル部分を含んでいて未だ液晶が封入されていない状態の空のパネル構造体が形成される。
次に、完成した空のパネル構造体の所定位置にスクライブ溝、すなわち切断用溝を形成し、さらにそのスクライブ溝を基準にしてパネル構造体をブレイク、すなわち切断する(工程P22)。これにより、各液晶パネル部分のシール材108の液晶注入用開口110(図22参照)が外部へ露出する状態の、いわゆる短冊状の空のパネル構造体が形成される。
その後、露出した液晶注入用開口110を通して各液晶パネル部分の内部に液晶Lを注入し、さらに各液晶注入口110を樹脂等によって封止する(工程P23)。通常の液晶注入処理は、例えば、貯留容器の中に液晶を貯留し、その液晶が貯留された貯留容器と短冊状の空パネルをチャンバー等に入れ、そのチャンバー等を真空状態にしてからそのチャンバーの内部において液晶の中に短冊状の空パネルを浸漬し、その後、チャンバーを大気圧に開放することによって行われる。このとき、空パネルの内部は真空状態なので、大気圧によって加圧される液晶が液晶注入用開口を通してパネルの内部へ導入される。液晶注入後の液晶パネル構造体のまわりには液晶が付着するので、液晶注入処理後の短冊状パネルは工程24において洗浄処理を受ける。
その後、液晶注入及び洗浄が終わった後の短冊状のマザーパネルに対して再び所定位置にスクライブ溝を形成し、さらにそのスクライブ溝を基準にして短冊状パネルを切断することにより、複数個の液晶パネルが個々に切り出される(工程P25)。こうして作製された個々の液晶パネル102に対して図19に示すように、液晶駆動用IC103a,103bを実装し、照明装置106をバックライトとして装着し、さらにFPC104を接続することにより、目標とする液晶装置101が完成する(工程P26)。
以上に説明した液晶装置の製造方法及び製造装置は、特にカラーフィルタを製造する段階において次のような特徴を有する。すなわち、図1(a)に示すカラーフィルタ1すなわち図20のカラーフィルタ118内の個々のフィルタエレメント3はインクジェットヘッド22(図10参照)の1回の主走査Xによって形成されるのではなくて、各1個のフィルタエレメント3は異なるノズルグループに属する複数のノズル27によってn回、例えば4回、重ねてインク吐出を受けることにより所定の膜厚に形成される。このため、仮に複数のノズル27間においてインク吐出量にバラツキが存在する場合でも、複数のフィルタエレメント3間で膜厚にバラツキが生じることを防止でき、それ故、カラーフィルタの光透過特性を平面的に均一にすることができる。このことは、図20の液晶装置101において、色むらのない鮮明なカラー表示が得られるということである。
また、本実施形態の液晶装置の製造方法及び製造装置では、図4に示すインクジェット装置16を用いることによりインクジェットヘッド22を用いたインク吐出によってフィルタエレメント3を形成するので、フォトリソグラフィー法を用いる方法のような複雑な工程を経る必要も無く、また、材料を浪費することも無い。
(第7の実施形態)
図21は、第7の実施形態としてEL装置の製造方法の一例を示している。また、図22はその製造方法の主要工程及び最終的に得られるEL装置の主要断面構造を示している。図22(d)に示すように、EL装置201は、透明基板204上に画素電極202を形成し、各画素電極202間にバンク205を矢印G方向から見て格子状に形成し、それらの格子状凹部の中に正孔注入層220を形成し、矢印G方向から見てストライプ配列等といった所定配列となるようにR色発光層203R、G色発光層203G及びB色発光層203Bを各格子状凹部の中に形成し、さらにそれらの上に対向電極213を形成することによって形成される。
上記画素電極202をTFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)素子等といった2端子型のアクティブ素子によって駆動する場合には、上記対向電極213は矢印G方向から見てストライプ状に形成される。また、画素電極202をTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)等といった3端子型のアクティブ素子によって駆動する場合には、上記対向電極213は単一な面電極として形成される。
各画素電極202と各対向電極213とによって挟まれる領域が1つの絵素ピクセルとなり、R,G,B3色の絵素ピクセルが1つのユニットとなって1つの画素を形成する。各絵素ピクセルを流れる電流を制御することにより、複数の絵素ピクセルのうちの希望するものを選択的に発光させ、これにより、矢印H方向に希望するフルカラー像を表示することができる。
上記EL装置201は、例えば、図21に示す製造方法によって製造される。すなわち、工程P51及び図22(a)のように、透明基板204の表面にTFD素子やTFT素子等といった能動素子を形成し、さらに画素電極202を形成する。形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィー法、真空状着法、スパッタリング法、パイロゾル法等を用いることができる。画素電極の材料としてはITO(Indium Tin Oxide)、酸化スズ、酸化インジウムと酸化亜鉛との複合酸化物等を用いることができる。
次に、工程P52及び図22(a)に示すように、隔壁すなわちバンク205を周知のパターニング手法、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成し、このバンク205によって各透明電極202の間を埋めた。これにより、コントラストの向上、発光材料の混色の防止、画素と画素との間からの光漏れ等を防止することができる。バンク205の材料としては、EL材料の溶媒に対して耐久性を有するものであれば特に限定されないが、フロロカーボンガスプラズマ処理によりフッ素処理できること、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、感光性ポリイミド等といった有機材料が好ましい。
次に、正孔注入層用インクを塗布する直前に、基板204に酸素ガスとフロロカーボンガスプラズマの連続プラズマ処理を行った(工程P53)。これにより、ポリイミド表面は撥水化され、ITO表面は親水化され、インクジェット液滴を微細にパターニングするための基板側の濡れ性の制御ができる。プラズマを発生する装置としては、真空中でプラズマを発生する装置でも、大気中でプラズマを発生する装置でも同様に用いることができる。
次に、工程P54及び図22(a)に示すように、正孔注入層用インクを図4のインクジェット装置16のインクジェットヘッド22から吐出し、各画素電極202の上にパターニング塗布を行った。具体的なインクジェットヘッドの制御方法は図10、図13、図14又は図15に示した方法を用いた。その塗布後、真空(1torr)中、室温、20分という条件で溶媒を除去し(工程P55)、その後、大気中、20℃(ホットプレート上)、10分の熱処理により、発光層用インクと相溶しない正孔注入層220を形成した(工程P56)。膜厚は40nmであった。
次に、工程P57及び図22(b)に示すように、各フィルタエレメント領域内の正孔注入層220の上にインクジェット手法を用いてR発光層用インク及びG発光層用インクを塗布した。ここでも、各発光層用インクは、図4のインクジェット装置16のインクジェットヘッド22から吐出し、さらにインクジェットヘッドの制御方法は図10、図13、図14又は図15に示した方法に従った。インクジェット方式によれば、微細なパターニングを簡便に且つ短時間に行うことができる。また、インク組成物の固形分濃度及び吐出量を変えることにより膜厚を変えることが可能である。
発光層用インクの塗布後、真空(1torr)中、室温、20分等という条件で溶媒を除去し(工程P58)、続けて窒素雰囲気中、150℃、4時間の熱処理により共役化させてR色発光層203R及びG色発光層203Gを形成した(工程P59)。膜厚は50nmであった。熱処理により共役化した発光層は溶媒に不溶である。
なお、発光層を形成する前に正孔注入層220に酸素ガスとフロロカーボンガスプラズマの連続プラズマ処理を行っても良い。これにより、正孔注入層220上にフッ素化物層が形成され、イオン化ポテンシャルが高くなることにより正孔注入効率が増し、発光効率の高い有機EL装置を提供できる。
次に、工程P60及び図22(c)に示すように、B色発光層203Bを各絵素ピクセル内のR色発光層203R、G色発光層203G及び正孔注入層220の上に重ねて形成した。これにより、R,G,Bの3原色を形成するのみならず、R色発光層203R及びG色発光層203Gとバンク205との段差を埋めて平坦化することができる。これにより、上下電極間のショートを確実に防ぐことができる。B色発光層203Bの膜厚を調整することで、B色発光層203BはR色発光層203R及びG色発光層203Gとの積層構造において、電子注入輸送層として作用してB色には発光しない。
以上のようなB色発光層203Bの形成方法としては、例えば湿式法として一般的なスピンコート法を採用することもできるし、あるいは、R色発光層203R及びG色発光層203Gの形成法と同様のインクジェット法を採用することもできる。
その後、工程P61及び図22(d)に示すように、対向電極213を形成することにより、目標とするEL装置201を製造した。対向電極213はそれが面電極である場合には、例えば、Mg,Ag,Al,Li等を材料として、蒸着法、スパッタ法等といった成膜法を用いて形成できる。また、対向電極213がストライプ状電極である場合には、成膜された電極層をフォトリソグラフィー法等といったパターニング手法を用いて形成できる。
以上に説明したEL装置の製造方法及び製造装置によれば、インクジェットヘッドの制御方法として図10、図13、図14又は図15等に示した制御方法を採用したので、図22における各絵素ピクセル内の正孔注入層220及びR,G,B各色発光層203R,203G,203Bは、インクジェットヘッド22(図10参照)の1回の主走査Xによって形成されるのではなくて、1個の絵素ピクセル内の正孔注入層及び/又は各色発光層は異なるノズルグループに属する複数のノズル27によってn回、例えば4回、重ねてインク吐出を受けることにより所定の膜厚に形成される。このため、仮に複数のノズル27間においてインク吐出量にバラツキが存在する場合でも、複数の絵素ピクセル間で膜厚にバラツキが生じることを防止でき、それ故、EL装置の発光面の発光分布特性を平面的に均一にすることができる。このことは、図22(d)のEL装置201において、色むらのない鮮明なカラー表示が得られるということである。
また、本実施形態のEL装置の製造方法及び製造装置では、図4に示すインクジェット装置16を用いることによりインクジェットヘッド22を用いたインク吐出によってR,G,Bの各色絵素ピクセルを形成するので、フォトリソグラフィー法を用いる方法のような複雑な工程を経る必要も無く、また、材料を浪費することも無い。
(その他の実施形態)
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図4及び図5に示したカラーフィルタの製造装置では、インクジェットヘッド22を主走査方向Xへ移動させて基板12を主走査し、基板12を副走査駆動装置21によって移動させることによりインクジェットヘッド22によって基板12を副走査することにしたが、これとは逆に、基板12の移動によって主走査を実行し、インクジェットヘッド22の移動によって副走査を実行することもできる。
また、上記実施形態では、圧電素子の撓み変形を利用してインクを吐出する構造のインクジェットヘッド(流体噴射ヘッド)を用いたが、他の任意の構造のインクジェットヘッド(流体噴射ヘッド)を用いることもできる。また、上記実施形態では、主走査方向と副走査方向とが直交する最も一般的な構成についてのみ例示したが、主走査方向と副走査方向との関係は直交関係には限られず、任意の角度で交差していればよい。
また、上記実施形態では、カラーフィルタ、液晶装置、及びEL装置を製造する場合を例として説明してきたが、本発明はこれらに限定されることなく、噴射対象物上に微細パターニングを施す工業技術全般に用いることが可能である。例えば、各種半導体素子(薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード等)、各種配線パターン、及び絶縁膜の形成等がその利用範囲の一例として挙げられる。ヘッドから吐出させる材料としては、基板等の対象物上に形成する要素に応じて種々選択可能であり、例えば上述してきたインク、EL発光材料の他にも、シリカガラス前駆体、金属化合物等の導電材料、誘電体材料、又は半導体材料がその一例として挙げられる。
また、上記実施形態では、簡便のため「インクジェットヘッド」と呼称してきたが、このインクジェットヘッドから吐出される吐出物はインクには限定されず、例えば、前述のEL発光材料、シリカガラス前駆体、金属化合物等の導電性材料、誘電体材料、又は半導体材料等様々であることはいうまでもない。上記実施形態の製造方法により製造された液晶装置、EL装置は、例えば携帯電話機、携帯型コンピュータ等といった電子機器の表示部に搭載することができる。
カラーフィルタの一例及びその基礎となるマザー基板の一例を示す平面図である。 カラーフィルタの製造工程を説明するための図1(a)のVI−VI線による断面図である。 カラーフィルタにおけるR,G,B3色の絵素ピクセルの配列例を示す図である。 インクジェット装置の一例を示す斜視図である。 インクジェット装置の主要部を拡大して示す斜視図である。 インクジェットヘッドを拡大して示す斜視図である。 インクジェットヘッドの内部構造を示し、(a)は、その一部破断斜視図、(b)は、(a)のJ−J線による断面図である。 インクジェット装置に用いられる電気制御系を示すブロック図である。 電気制御系によって実行される制御の流れを示すフローチャートである。 カラーフィルタを製造する際の主要工程を模式的に示す平面図である。 インクジェットヘッドのノズル列を示す平面図である。 ポンチを用いてノズルプレートにノズルを形成する動作を示す断面図である。 他の実施形態としてカラーフィルタを製造する際の主要工程を模式的に示す平面図である。 他の実施形態としてカラーフィルタを製造する際の主要工程を模式的に示す平面図である。 他の実施形態としてカラーフィルタを製造する際の主要工程を模式的に示す平面図である。 インクジェットヘッドの変形例を示す斜視図である。 インクジェットヘッドの別の変形例を示す斜視図である。 液晶装置の製造方法の一例を示す工程図である。 液晶装置の一例を分解状態で示す斜視図である。 図19におけるIX−IX線に従って液晶装置の断面構造を示す断面図である。 EL装置の製造方法の一例を示す工程図である。 図21に示す工程図に対応するEL装置の断面図である。 従来のカラーフィルタの製造方法の一例を示す図である。 従来のカラーフィルタの特性を説明するための図である。
符号の説明
1…カラーフィルタ 2…基板 3…フィルタエレメント 4…保護膜 6…隔壁 7…フィルタエレメント形成領域 11…カラーフィルタ形成領域 12…マザー基板 13…フィルタエレメント材料 16…インクジェット装置 17…ヘッド位置制御装置 18…基板位置制御装置 19…主走査駆動装置 21…副走査駆動装置 22…インクジェットヘッド 26…ヘッドユニット 27…ノズル 28…ノズル列 39…インク加圧体 41…圧電素子 49…テーブル 76…キャッピング装置 77…クリーニング装置 78…電子天秤 81…ヘッド用カメラ 82…基板用カメラ 101…液晶装置 102…液晶パネル 107a,107b…基板 111a,111b…基材 114a,114b…電極 118…カラーフィルタ 201…EL装置 202…画素電極 203R,203G,203B…発光層 204…基板 205…バンク 213…対向電極 220…正孔注入層 L…液晶 M…フィルタエレメント材料 X…主走査方向 Y…副走査方向

Claims (5)

  1. 複数のノズルが配列されたノズル列と、前記ノズル毎に設けられた駆動素子とを備え、前記駆動素子の駆動により前記ノズルの噴射口から流体を噴射する流体噴射ヘッドであって、
    前記ノズル列を構成する各ノズルの噴射量が均一となるように前記各ノズルの孔径又は前記噴射口の開口面積を異ならせることを特徴とする流体噴射ヘッド。
  2. 前記ノズル列を構成する複数のノズルのうち、その両端部に対応する位置のノズルの孔径又は噴射口の開口面積をそれ以外のノズルよりも小さくすることを特徴とする請求項1に記載の流体噴射ヘッド。
  3. 前記ノズル列を構成する複数のノズルのうち、その両端部に対応する位置のノズルと、その中央部に対応する位置のノズルと、前記両端部と前記中央部との間の中間部に対応する位置のノズルとの前記孔径又は前記開口面積をそれぞれNe、Nc、Nmとしたときに、Ne<Nc<Nmの関係を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の流体噴射ヘッド。
  4. 前記ノズルは、前記噴射口側から、前記噴射口と同じ径を有するストレート部と、前記ストレート部に連続して漸次拡大された径を有するテーパー部とから構成されており、
    前記テーパー部の拡径比を調整することで、前記各ノズルのテーパー部における孔径を異ならせていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の流体噴射ヘッド。
  5. 請求項1〜4に記載の流体噴射ヘッドを備え、
    前記流体噴射ヘッドを噴射対象物に対して相対的に走査しながら、前記複数のノズルから流体を噴射することを特徴とする流体噴射装置。
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