JP2009222989A - インクジェット塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークの影響を少なくすることが求められていた。
【解決手段】インクジェットヘッドが、主走査方向の複数のノズルよりなる列が副走査方向に複数列設けられて整列しており、主走査方向に移動しながらノズル毎にインクを吐出すると同時に、副走査方向に相対的に移動させながら、前記複数のノズルのうち一部のノズルからインクを吐出することにより塗布するインクジェット塗布装置において、各開口部へ吐出するインクジェットヘッドの前記副走査方向の位置を主走査毎に異ならせるとともに、各開口部へのインク総量が等しくなるようにインクを吐出するノズルの組み合わせで走査することにより塗布することを特徴とするインクジェット塗布装置を提供する。
【選択図】図１

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生成方法で、フィルムベースのカラーフィルタ製造、ガラスベースのカラーフィルタ製造の所定の隔壁パターンに対し一定量の液滴を吐出させるためのインクジェット塗布装置に関するものである。

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、近年はインクジェット装置を用いた方法が検討されている。

カラーフィルタは、表示装置の高精細化に伴って年々微細化する傾向にある。微細化するということは、インクジェットで塗布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。

インクジェットヘッドには大別して、連続噴射法（コンティニアス方式とも呼ばれる）、ドロップオンデマンド法（通称ＤＯＤ）の２種類があるが、連続噴射法では、着弾制度が概して悪く、ドロップの径が大きく、更にインクに荷電性能を付与させたり、顔料などの色材使用に制限があるなどで、カラーフィルタや有機エレクトロルミネッセンス等塗膜に対する純度や塗布量管理の厳しい用途には使用できない。

従って、カラーフィルタや有機エレクトロルミネッセンス等、高精度な画像系をインクジェットで実施する場合は、インク着弾対象物にインクを吐出させるときのみ、ノズルからドロップレット（インク粒）を吐出させるドロップオンデマンド方式（ＤＯＤ方式）を用いるのが一般的である。

インクジェットヘッドからの吐出量を変化させる場合は、サーマルタイプのインクジェットヘッドであっても、圧電セラミックスをアクチュエータとして利用したピエゾ方式であっても、電圧を変化させれば多少の吐出量変化を与えることができるが、大幅に変化させることはできない。そこで、大幅にインクジェットヘッド各ノズルからの吐出量を変化させる手段として、マルチドロップレット式インクジェット駆動方法がある。これは、例えば、５ｐｌとか１０ｐｌといった微少ドロップレットを瞬間的に連続して吐出させて５ｐｌとか１０ｐｌといった微少ドロップレットの整数倍の吐出量コントロールを行うもので、たとえば１０ｐｌを３ビットで制御すれば０〜７ドロップ（０〜７０ｐｌ）を１０ｐｌ刻みに吐出量変化させることが可能となる。

各開口部に充填されるインク量は、各インク充填量のばらつきが小さいほどむらが低減された高品位なカラーフィルタを製造することができるが、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク量はインクジェットヘッド毎にばらつきを持ち、また同一インクジェット内のノズル毎にもばらつきを持っている。これは、特許文献１に開示されたノズル各々の開口端部の形状や濡れ性の違い、また特許文献２に開示された圧力発生部材の加工状態、固定状態のばらつき等によるものである。

また、特許文献３に開示されたように記録用紙上を同一走査領域に対してインクジェットヘッドを複数回走査しながら所定の間引きマスクパターンに従って間引き画像を形成していくことにより画像を完成させるマルチパス記録方式が提案されている。この記録方式を用いた場合、インク吐出量および吐出方向にばらつきのあるノズルを備えたインクジェ
ットヘッドを使用した場合にも、各ノズル固有の記録画像への影響が軽減されるので、濃度むらを緩和することが可能である。

また、特許文献４に開示されたように、同一のインクジェットヘッドのノズルのうち、同相（主走査方向で同じ位置）の副走査方向で隣同士が同時にインクを吐出しないように設定をし、インクジェットヘッドのノズルの副走査方向の両側を駆動させるか否かでインク吐出速度が異なってしまう。インクジェットヘッドは、通常吐出されるインクが、共通した液室を通じて、多数のノズルに分配される構造となっている。このため、あるノズルに圧力が付加され吐出動作が行われると、そのノズルに近傍する他のノズル内に存在するインクに圧力が伝達され、他のノズルの吐出量が不安定になるといったクロストークによる不具合を回避したマスクパターンを作成することで濃度むらを緩和する方法が知られている。
特開２００６−１４２２０３ 特開平５−２４６０２５ 特開昭６０−１０７９７５ 特開２００３−２６６６６６

しかしながら、クロストークを考慮し開口部に吐出可能なノズルからも吐出させずにいると、必要液量を入れるためにはインクジェットヘッドを相当数重ねて準備する、もしくは搬送数を複数回行う必要がある。しかし、インクジェットヘッドを相当数配置すると装置が大きくなり、必要精度を得ることが困難になる。また、搬送数を増やすと生産性が悪化してしまう問題がある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、走査回数を必要以上に増やすことなく、クロストークの影響を考慮して濃度むらによる品質低下をすることがなく、高品質の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塗布装置を提供することを課題としている。

本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、基板と基板上にパターン状に設けられた隔壁とで形成された画素を多数配列して構成される基板の各開口部に、主走査方向に移動しながら複数のノズルから前記開口部にインクを吐出するインクジェット塗布装置であって、
副走査方向に複数のノズルが整列しているインクジェットヘッドが複数個副走査方向に整列している列が複数列主走査方向に設けられており、主走査方向に移動しながら前記インクジェットヘッド中の複数のノズルのうち一部のノズルからインクを吐出することにより塗布するインクジェット塗布装置において、
各開口部へ吐出するインクジェットヘッドの前記副走査方向の位置を主走査毎に異ならせるとともに、各開口部へのインク総量が等しくなるようにインクを吐出するノズルの組み合わせで走査することにより塗布することを特徴とするインクジェット塗布装置としたものである。

また請求項２の発明では、形成する画素パターンの種類毎に、前記インクジェットヘッドの前記副走査方向のノズル位置が異なるように決定することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗布装置としたものである。

また請求項３の発明では、前記各々のノズル毎のばらつきを示す吐出量と相関を示す吐出量係数をを用いて前記開口部への総吐出量が所定の値になるように前記開口部へ複数回
走査するとともに、
各々の走査毎にインクを吐出するノズルが異なるように組み合わせることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェット塗布装置としたものである。

また請求項４の発明では、クロストークによる吐出量変動を各々のノズルの吐出量変動係数として総吐出量を調整することを特徴とする請求項３に記載のインクジェット塗布装置としたものである。

また請求項５の発明では、前記調整が、前記各開口部のインクを吐出するノズルの吐出量係数と前記吐出量変動係数を乗じた値を所定の値にすることで行われることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット塗布装置としたものである。

また請求項６の発明では、前記所定の値にする組み合わせの中で、クロストークが最小となる組み合わせを用いることを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット塗布装置としたものである。

また請求項７の発明では、前記インクジェットヘッドは、微少ドロップを１個以上の連続した吐出数で各ノズルからの吐出量を可変することができるマルチドロップ方式のインクジェットヘッドであり、微少ドロップを連続して吐出を制御することにより、インク吐出量を制御することを特徴とする請求項１から６何れか記載のインクジェット塗布装置としたものである。

また請求項８の発明では、基板と基板上にパターン状に設けられた隔壁上に、インクパターンが重ならないようにすることを特徴とする請求項1から７何れか記載の記載のインクジェット塗布装置としたものである。

本発明は、吐出量を決定するにあたり、形成する画素パターンの種類毎に、インクジェットヘッドの副走査方向のノズル位置が異なるように決定し、各走査で吐出させる副走査方向の位置を反映して吐出する。

また、本発明は、吐出量を決定するにあたり、各ノズルの吐出ばらつきを考慮し、ノズルからの理想吐出量の相対値を吐出量係数として持ち吐出量を決定する。

また本発明は、各開口部へ吐出割り当てになるノズルから吐出されるインクのドロップ量の合計値が、各開口部で吐出量の差を極力解消できるように、各ノズルの吐出量を決定し、ノズル毎に吐出量を組み合わせて変更するので、調整精度を向上できる。

また本発明は、組み合わせた結果、副走査方向に隣接するノズルの吐出状況により影響、例えば、吐出ドロップ数の違いや、吐出する時間の重なりにより吐出量が変化してしまうクロストークの影響をもっとも受けないような組み合わせを選択する。

また本発明は、副走査方向で隣接するノズルにおける吐出ドロップ数差等の理由で発生するクロストークの影響を吐出量変動係数として捉え、ノズルのばらつき情報と吐出量変動係数を反映し目標液量に極力近くなるように調整することで、むらが出ない吐出を可能にすることができるとともに、それによる吐出量をより正確に把握できる。

以上、本発明によれば、インクジェットヘッドの各ノズルから吐出されるドロップによる副走査方向で隣接するノズルによるクロストークの情報を吐出量変動係数として吐出制御に反映し、再度クロストークが発生しない組み合わせを選択し、吐出に反映することに
より、ノズルとクロストークでのばらつきにより生じていたむらを抑制することができ、また基板内の隔壁に乗り上げることなく画素内均一に液量を満たせることができるという効果がある。

従って、本発明は、走査回数を必要以上に増やすことなく、クロストークの影響を考慮して濃度むらによる品質低下をすることがない、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吐出装置を提供することができるという効果がある。

以下に、本発明のインクジェット吐出装置を実施した最良の一形態であるインクジェット吐出装置を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係るインクジェット吐出装置の全体構成例を示す外形図である。

本発明のインクジェット吐出装置のインクジェットヘッドユニット２は、インクジェットヘッド１が主走査方向に複数個整列して並んでいる。カラーフィルタを生成するためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの吐出を行う必要があるため、前述した主走査方向に複数個並んでいる列（相）が複数列（相）並んでいるインクジェットヘッド１の組み合わせが各色配置されている。また、インクジェットヘッド１は主走査方向に移動しインクジェット吐出、本実施の形態では画像描画を行う。

本発明に係るインクジェット吐出装置の基板置き台３は、副走査方向にも移動可能であり、さらにθ方向に回転可能である。θ方向に回転可能なため、基板置き台３の上に置かれた基板の隔壁とインクジェットヘッドユニット２を平行に合わせることができ、主走査方向に動作させることで画像描画を行うことができる。また、基板置き台３は図示されていないが吸着機構を備えており、基板置き台３に置かれた基板を固定することが可能である。

本発明に係るインクジェット吐出装置のインクジェットヘッド１は、図２に示すようなシェアウェーブモードによるインク吐出を行うことができる。シェアウェーブモードによるインクジェットヘッドの駆動方法は、インクを充填する複数の圧力室を、２枚の圧電セラミックスを接着固定した後切削加工して形成し、各圧力室を形成する圧電部材をアクチュエータとし、アクチュエータに駆動パルス電圧を選択的に印加し変形させ、これにより圧力変化を起こし、１または複数のドロップを吐出制御する方法である。

この場合、インクジェットヘッドは、複数列に整列配置されたインキ吐出口を備える。そして、列ごとに副走査方向に一斉に順次繰り返し吐出が行なわれる。以下、図２を用いて、シェアウェーブモードによるインク吐出について説明する。

図２の左は、櫛歯状に加工した２つの圧電セラミックを貼り合わせたものをノズル面から見たもので、各圧電セラミックには図示していない電極が予め付与されている。そして、図中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ…と書かれた部分がインクを充填するところで、図面から奥方向に例えば０．５ｍｍとか１ｍｍといった深さの液室が形成される。

図２の中央は、左の圧電セラミックスに貼り合わせるノズルプレート部を示したもので、液室と同じく、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ…と３つの周期で切り分ける事が出来る。また、時間的に３分割される事から各ノズルは吐出する相毎にノズル穴がオフセットしており、３サイクル毎に意図的にずらしてある。

図２の右は、Ａ部に接する両側の圧電セラミックスへの印加波形を示したものである。

まず、図２の左と中央を用いて、図２の３−１〜３−４の状態を説明する。

図２の３−１の状態は、何れの圧電セラミックスにも電圧印加がなされていない最初の状態を示す。

図２の３−２の状態では、Ａ部に接する両側の圧電セラミックスを広げる方向に電圧印可をしたところである（アクティブ動作）。

図２の３−３の状態では、今度はＡ部に接する両側の圧電セラミックス液室を縮める方向に電圧印可（逆極性の電圧を印可する等で実施）したところである（インアクティブ動作）。このとき、Ａ相のノズル穴からインクが吐出される。ただし、この吐出条件はＢ相、Ｃ相といった隣接相からは吐出しない条件で調整される。なお、この調整はあまり難しいものではなく、液室の共振条件が違うので吐出相を切り分ける事は簡単にできる。

図２の３−４の状態では、Ａ部に残る残留振動が減衰して無くなるまで待つ、休止期間（ＯＦＦ動作：オフ）を表している。

次に図２の３−１〜３−４の状態を、Ａ部に接する両側の圧電セラミックスへの印加波形（図２の右参照）を用いて、再度説明する。

図２の３−１の状態では圧電セラミックスへの印加電圧は無い。

図２の３−２の状態にするには、ここではプラス側に電圧を印可している。プラス側に電圧を印可する事によってピエゾの壁を両側に押し広げている。これは丁度、弓矢で言えば弓を引いている状態に近い。

図２の３−３の状態にするには逆方向の電圧、すなわちマイナス電圧を印可する。広がった圧電セラミックスを逆方向に狭めさせるため、印加する時間はアクティブにする時間に対し、約２倍か、２倍以上の時間を設定する。尚、アクティブとインアクティブの間に若干のゼロボルト電圧を動作の変わり目として入れる場合もありうる。また、インアクティブ動作は弓矢で言えば矢を放す動作に相当するが、圧電セラミックスの壁を積極的に狭める事でパルス的にインクを吐出させている。

図２の３−４の状態は、圧電セラミックス上に生じた振動が消えて他の相への影響が無くなるまでの休止時間なので、印加電圧ゼロボルトである。

以降、吐出相をＢ、Ｃと繰り返す事によって全ノズルからインクのドロップレットを吐出させる事ができる。つまりＡ→Ｂ→Ｃ→Ａ…と繰り返すので３相分割駆動である（波形の時間的な流れは図３に示す。）。

実際に塗布する場合には、図４に示すようにアクティブとインアクティブの繰り返し回数により塗布量を調整することができるので、必要塗布量に応じて各相の波形はアクティブ・インアクティブの回数を増やすことになる。また、次の開始まではオフの休止時間が存在し、これのサイクルで塗布を行っていく。

このインクジェットヘッドは、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に対応するバッファ（以下、ラインバッファという。）を備えていて、各相のラインバッファは各画素の吐出した量もしくはこれから吐出する量を把握し、以下これを吐出画像情報と称せば、この吐出画像情報を相互に転送することができる様になっている。

以下に、このインクジェットヘッドから吐出されるまで動作を、図５のフローチャートに従って説明する。

まず、Ａ相ラインバッファが、吐出画像情報を受けとり、その転送された情報のうちＡ相に関する情報に基づいてＡ相インキ吐出口から吐出を開始する。また、Ａ相インキ吐出口から吐出開始と同時に、吐出画像情報をＡ相ラインバッファからＢ相ラインバッファに転送する。

Ａ相インキ吐出口から吐出終了後、Ｂ相インキ吐出口は、転送された吐出画像情報のうちＢ相に関する情報に基づいて吐出を開始する。また、Ｂ相インキ吐出口から吐出開始と同時に、吐出画像情報をＢ相ラインバッファからＣ相ラインバッファに転送する。

Ｂ相インキ吐出口から吐出終了後、Ｃ相インキ吐出口は、転送された吐出画像情報のうちＣ相に関する情報に基づいて吐出を開始する。

Ｃ相インキ吐出口から吐出終了後、ラインカウンターにて設定回数ライン吐出を行ったかどうかの判定を行い、設定回数の吐出が行なわれていなければ、吐出画像情報をＡ相ラインバッファに転送する。

再び、Ａ相インキ吐出口は吐出画像情報に基づいて吐出開始する。以下、前述した動作をライン数分繰り返し行い、所望の印刷パターンを作成する。

本発明において吐出画像情報に基づいてインクジェットヘッドのノズルからインクを吐出する制御手段として、本発明に係るインクジェット塗布装置のインクジェットヘッドコントローラー４が挙げられる（図１参照）。インクジェットヘッドコントローラー４は、インクジェットヘッド１を駆動し、インクジェットヘッドパラメータ情報と吐出画像情報とを格納している。

インクジェットヘッドパラメータ情報は、インクジェットヘッドを駆動させるための情報である。吐出画像情報は、インクジェットヘッドの位置情報を引数として、特定のノズルの吐出についての情報を含む。

塗布を行う際にインクジェットヘッドコントローラーから各ノズルに吐出画像情報が転送され、描画を行うことが可能である。

また、上記インクジェットヘッドコントローラーのインクジェットヘッドを駆動させるためのインクジェットヘッドパラメータ情報には、インクジェットヘッド毎に最適の電圧値のパラメータを設定できる。全てのインクジェットヘッドの駆動電圧に同じ値を設定すると、インクジェットヘッドから吐出される液滴の量が個体差により変わるため、基板内を均一に描画することができなくなる。

描画を行うための吐出画像情報は、インクジェットヘッドの配列位置から所望の印刷パターンを得るための吐出のパターンを算定して、生成したものである。

吐出画像情報には、画像の配列（ストライプ配列、セル配列、モザイク配列であるかの情報配列パターンが含まれる）が含まれており、インクジェットヘッドが吐出画像情報から得た情報を利用し、所望の画像配列にずれを生じることなく吐出することができる。

吐出画像情報には、基板面数、基板寸法、画像寸法、隔壁寸法の情報と、インクジェッ
トヘッドの位置情報（ヘッドの位置ずれ情報を含む）をパラメータ情報として設定する。

そして、これらのパラメータ情報から、各インクジェットヘッドの実際の位置を想定する。吐出画像情報に生成時に、実際のインクジェットヘッドの位置を基に、ノズルから吐出されるインクが基板の隔壁に当たらないときのみの吐出を有効とし、隔壁に当たるときは吐出しないといった吐出画像情報を生成する。

インクジェットヘッドの位置情報の決定は、仮想的にノズルを配置したものと開口部位置情報とから、各開口部の目標液量に限りなく近くなるように各ノズルの吐出ドロップ数を決定する。

上記組み合わせで求まったドロップ数の決定は、ノズル毎のばらつきを考慮し、ノズル相毎に隣とのドロップタイミング差がなるべく無くなる組み合わせに調整し、かつ理想吐出量にもっとも近いドロップ数の組み合わせを選び決定する。

図６は、インクジェットヘッドの各ノズルから吐出される１ドロップあたりの吐出量を計測した一例を示す。１ドロップあたり理論吐出量は、６ｐｌである。図６において、ばらつきが大きい範囲をわざと使用せず、ノズルばらつきが±３％程度である範囲で塗布したとする。その場合のばらつき値を図７の青線に示す。２回走査で同ノズルを同じ位置で塗布する場合、このばらつき値が各開口部に影響がある。２回走査で別ノズルを配置してばらつきが少なくなる組み合わせで塗布した場合を図７の赤線に示す。

図８は、図７の結果をヒストグラムとして表した結果である。図８より別ノズルを組み合わせたものの方が、ばらつきが小さくなる。このように、ノズルばらつきを組み合わせてばらつきが小さくなる組み合わせを自動的に計算する。クロストークについても同様にし、組み合わせを自動的に判断する。

上記のように、ノズル毎のばらつきを考慮し、ノズル相毎に副走査方向の隣とのドロップタイミング差がなるべく無くなる組み合わせに調整し、かつ理想吐出量にもっとも近いドロップ数の組み合わせを選び決定することで、総液量を各開口部で極力近くしていくことにより、むら無く塗布することが可能である。また、ノズルのばらつきも全て吸収されたものが塗布される。

このようにして、インクジェットヘッドの位置情報および隔壁に対して使用する各ヘッドのノズル位置情報とノズルの吐出ばらつき量に関する情報とを基に吐出画像情報を作成し、この吐出画像情報を用いてインクジェット塗布装置で印刷した結果、従来隔壁内にむらがでていたものが、むらなく基板内均一に液滴を吐出し、かつ短時間で高精度な印刷物を得ることができた。

本発明の実施形態に係わるインクジェット塗布装置の全体構成図例を示す外形図である。 シェアウェーブモードによるインク吐出の制御方法とそれによる塗布結果を示す図である。 インクジェットヘッドのアクティブとインアクティブの関係を示す波形図である。 インクジェットヘッドから吐出されるまでの波形図である。 インクジェットヘッドの吐出制御の動作フローチャートである。 インクジェットヘッドの各ノズルからの吐出ドロップ量の例を示すグラフである。 ２回走査した場合のインクジェットヘッドのノズルのばらつきを示す吐出係数を示す比較図である。 ２回走査した場合のインクジェットヘッドのノズルばらつきヒストグラムである。

符号の説明

１・・・・・インクジェットヘッド
２・・・・・ヘッドユニット
３・・・・・基板置台
４・・・・・ヘッドコントローラー

Claims (8)

1. 基板と基板上にパターン状に設けられた隔壁とで形成された画素を多数配列して構成される基板の各開口部に、主走査方向に移動しながら複数のノズルから前記開口部にインクを吐出するインクジェット塗布装置であって、
   副走査方向に複数のノズルが整列しているインクジェットヘッドが複数個副走査方向に整列している列が複数列主走査方向に設けられており、主走査方向に移動しながら前記インクジェットヘッド中の複数のノズルのうち一部のノズルからインクを吐出することにより塗布するインクジェット塗布装置において、
   各開口部へ吐出するインクジェットヘッドの前記副走査方向の位置を主走査毎に異ならせるとともに、各開口部へのインク総量が等しくなるようにインクを吐出するノズルの組み合わせで走査することにより塗布することを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 形成する画素パターンの種類毎に、前記インクジェットヘッドの前記副走査方向のノズル位置が異なるように決定することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗布装置。
3. 前記各々のノズル毎のばらつきを示す吐出量と相関を示す吐出量係数をを用いて前記開口部への総吐出量が所定の値になるように前記開口部へ複数回走査するとともに、
   各々の走査毎にインクを吐出するノズルが異なるように組み合わせることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェット塗布装置。
4. クロストークによる吐出量変動を各々のノズルの吐出量変動係数として総吐出量を調整することを特徴とする請求項３に記載のインクジェット塗布装置。
5. 前記調整が、前記各開口部のインクを吐出するノズルの吐出量係数と前記吐出量変動係数を乗じた値を所定の値にすることで行われることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット塗布装置。
6. 前記所定の値にする組み合わせの中で、クロストークが最小となる組み合わせを用いることを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット塗布装置。
7. 前記インクジェットヘッドは、微少ドロップを１個以上の連続した吐出数で各ノズルからの吐出量を可変することができるマルチドロップ方式のインクジェットヘッドであり、微少ドロップを連続して吐出を制御することにより、インク吐出量を制御することを特徴とする請求項１から６何れか記載のインクジェット塗布装置。
8. 基板と基板上にパターン状に設けられた隔壁上に、インクパターンが重ならないようにすることを特徴とする請求項1から７何れか記載の記載のインクジェット塗布装置。