JP2010211097A - 液滴吐出装置駆動方法、カラーフィルタ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴を安定して高周波吐出できるようにする。
【解決手段】インクジェットヘッド１８の圧力発生手段に印可する駆動波形が、３以上の駆動パルスを含み、駆動パルスが２以上のパルス群に分割され、パルス群内の駆動パルスの周期がインクジェットヘッド１８の固有周期の３／２未満であり、各パルス群における駆動パルスとの間隔が固有周期の３／２以上である基本波形を有する。さらに、メニスカスコンプライアンスの固有周期をＴｍとしたとき、基本波形の繰り返し周期が、駆動パルスの周期×駆動パルス数＋α１（α１≧Ｔｍ）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットヘッドのような液滴吐出装置の駆動方法および液滴吐出装置駆動方法を用いたカラーフィルタ製造方法に関するものである。

カラーテレビ、パソコンおよび携帯電話等に使用されるカラー液晶表示装置のカラーフィルタには、ＲＧＢ各色の着色層が形成されている。このような着色層等のパターンの形成方法としては、例えばリソグラフィー法が公知であるが、リソグラフィー法は露光装置等の大がかりな設備と複雑な工程を必要とする。また、リソグラフィー法は材料の使用効率が数％〜３０％程度であり、その殆どを廃棄する必要があることから、製造コストが高い。このため、コストダウンの観点からインクジェット方式により基板に直接パターンを形成する手法が提案されている（特許文献１参照）。

ところで、カラーフィルタ製造用のインクジェットインクは、インクジェット吐出適性を持たせるために、固定分濃度が５〜３０％となっている。このため、画素体積に対して、約３〜２０倍のインクをカラーフィルタの画素に打摘した後、プリベークにより溶媒を揮発させ、ポストベークによりモノマーを重合させて画素を形成している。このように、インクジェット方式によりカラーフィルタを製造する場合、画素体積に対して約３〜２０倍のインクを打摘する必要があるため、大量のインクを吐出する必要がある。

また、カラーフィルタの製造においては、生産性向上の観点から高周波吐出が望まれている。このような高周波吐出が可能なインクジェットヘッドとしては、アクチュエータとして圧電素子（ピエゾアクチュエータ）を用いたピエゾ方式、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたサーマル方式等を使用可能である。

インクを高周波で安定して吐出をする方法として、インクジェットヘッドのヘルムホルツ共振周波数に応じた波形を用いることにより、ヘルムホルツ共振周波数による残響、具体的には吐出後のメニスカスの振動を静定する手法が提案されている（特許文献２参照）。

一方、カラーフィルタの画素内のインク量が異なると、カラーフィルタを用いて液晶パネルを形成したときに濃度ムラが現れるため、画素内のインク量をできるだけカラーフィルタのパネル全面において一定にする必要がある。このため、インクジェットヘッドノズル毎、あるいは画素毎に、予めインク量を検出しておき、その検出結果に応じて吐出量を補正することが行われている。このような吐出量を補正する手法として、インクを吐出する際に、インクジェットヘッドからインクを吐出するための圧電素子等に印加する駆動波形を制御することが提案されている。また、駆動パルスを複数回連続させるバースト波形により、駆動パルスの回数を制御してインク滴の大きさを小滴から大滴まで調整する手法が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００２−３７２６１４号公報 特開２００３−２３７０６０号公報 米国特許第７２８１７７８号公報

しかしながら、特許文献３に記載された手法においては、ヘルムホルツ共振周波数による残響の静定が可能であるのみであり、ノズルにおけるインクの表面張力により支配されるメニスカスコンプライアンスおよびノズルイナータンスに基づく残響の静定を行うことは殆どできない。また、このようなメニスカスコンプライアンスおよびノズルイナータンスに基づく残響の周波数はヘルムホルツ共振周波数より遅いため、駆動波形を印加しての制御が困難であり、制御できたとしても残響の静定までに時間を要する。このため、特許文献３に記載された手法によっては、高周波吐出を行うことは実質的に困難である。

一方、特許文献２に記載された手法をカラーフィルタの製造に適用した場合、特許文献３に記載された手法と比較して、１回の吐出後の時間を長く確保することができるため、高周波吐出が可能になる。しかしながら、大滴のインクを吐出させるために、駆動パルスの連続回数を増やすと、ヘルムホルツ共振周波数による残響が大きくなるため、吐出が安定しなくなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、液滴を安定して高周波吐出できるようにすることを目的とする。

本発明による液滴吐出装置駆動方法は、圧力発生手段を有する液滴吐出装置を駆動して、液体を該液滴吐出装置のノズルから吐出させる液滴吐出装置駆動方法であって、
３以上の駆動パルスを含み、該駆動パルスが２以上のパルス群に分割され、該パルス群内の前記駆動パルスの周期が前記液滴吐出装置の固有周期の３／２未満であり、前記パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔が、前記固有周期の３／２以上である基本波形を有する駆動波形を前記圧力発生手段に印加して、前記液滴吐出装置が前記液体の液滴を吐出するようにする吐出工程を含み、
前記ノズルにおける前記液体の表面張力によって支配されるメニスカスコンプライアンスに依存する振動の固有周期をＴｍとしたとき、前記基本波形の周期が、前記駆動パルスの周期×該駆動パルス数＋α１（α１≧Ｔｍ）であることを特徴とするものである。

液滴吐出装置としては、インクジェットヘッドを用いることが好ましい。インクジェットヘッドを用いた場合、液滴の吐出量、液滴の吐出周波数、液滴の着弾位置が正確に制御可能である。また、インクジェットヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子（ピエゾアクチュエータ）を用いたピエゾ方式、電気熱変換体を用いたサーマル方式、静電アクチュエータを用いた静電方式等の種々の方式のインクジェットヘッドを用いることができる。

「駆動パルスの周期が固有周期の３／２未満である」とあるが、駆動パルスの周期が固有周期と一致してもよい。この場合、駆動パルスの周期は固有周期と完全に一致する必要はなく、多少のずれを持っていてもよい。具体的には、ずれは固有周期の±３０％の範囲にあることが好ましい。

なお、本発明による液滴吐出装置駆動方法においては、前記吐出工程を、１つの前記パルス群により前記液体を１つの液滴として吐出するものとしてもよい。

この場合、前記パルス群内における前記駆動パルスの周波数を、前記液滴吐出装置の固有周波数よりも大きくしてもよい。

また、この場合、前記パルス群内における前記駆動パルスの振幅を、徐々に大きくなるようにしてもよい。

また、本発明による液滴吐出装置駆動方法においては、前記基本波形が３以上の前記パルス群を含む場合、該パルス群の間隔を後群のパルス群ほど大きくなるようにしてもよい。

また、本発明による液滴吐出装置駆動方法においては、前記基本波形を、前記駆動パルスとは逆位相の波形を前記パルス群の間に含むものとしてもよい。

また、本発明による液滴吐出装置駆動方法においては、本発明による液滴吐出装置駆動方法により、前記液滴吐出装置から基板にカラーインクを吐出して、カラー液晶表示装置を構成するカラーフィルタを製造することを特徴とするものである。

本発明によれば、液滴吐出装置の圧力発生手段に印加する駆動波形に含まれる基本波形を、３以上の駆動パルス含むものとしたため、駆動パルス数を変更することにより、吐出される液滴の大きさを小敵から大滴まで任意に調整することができる。

また、駆動パルスを２以上のパルス群に分割し、パルス群内の駆動パルスの周期を液滴吐出装置の固有周期の３／２未満、とくに液滴吐出装置の固有周期と略一致させることにより、液滴吐出装置の固有振動による共振を利用して、小さい駆動量により効率よく液滴を吐出することができる。

一方、複数の駆動パルスを用いて液滴を吐出する場合、前の駆動パルスの残響が残っているうちに次の駆動パルスによる吐出が行われるため、吐出が安定しないこととなる。この場合、パルス波形を最適化することにより、残響がある中で安定して吐出を行うことも可能であるが、駆動パルス数が多くなるほどパルス波形の最適化は困難なものとなる。このため、パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔を、液滴吐出装置の固有周期の３／２以上とすることにより、駆動パルスが連続しなくなるため、残響を静定でき、その結果、吐出を安定化させることができる。

なお、パルス群の間隔を液滴吐出装置の固有周期の整数倍とした場合、後段のパルス群の駆動パルスが開始される周期が、液滴吐出装置の固有周期の整数倍となるため、一見すると、液滴吐出装置の固有振動による残響を静定できないこととなる。しかしながら、液滴吐出装置の固有周期の２倍以上の整数倍であれば、その時間内において十分残響を静定できる。したがって、パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔を、液滴吐出装置の固有周期の３／２以上とすることにより、残響を静定して吐出を安定化させることができる。

なお、パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔を、液滴吐出装置の固有周期の３／２以上とすることにより、基本波形が長くなるため、吐出周波数特性が下がる。しかしながら、実際には安定した吐出を行うことができるため、吐出周波数特性が実質的に向上されることとなる。

また、液滴吐出装置には、様々な共振モードが存在するが、吐出後のノズルにおけるメニスカスの安定性に大きく寄与しているものとして、ノズルにおける液体の表面張力によって支配されるメニスカスコンプライアンスに依存した振動がある。このメニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有周期は、液滴吐出装置の固有周期と比較して長い。このため、メニスカスコンプライアンスに依存する振動を打ち消すためのパルス波形を導入することもできるが、メニスカスコンプライアンスに依存する振動は周期が長いため、静定に時間が要する。ここで、基本波形が単一の駆動パルスのみしか有さない場合、駆動パルスを加える毎にメニスカスコンプライアンスに依存した振動を静定する時間が必要となるため、吐出周波数を高くすることができない。

このため、メニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有周期をＴｍとしたとき、基本波形の繰り返し周期を、駆動パルスの周期×駆動パルス数＋α１（α１≧Ｔｍ）とすることにより、メニスカスコンプライアンスに依存する振動による残響を小さくすることができるため、吐出を安定化させることができる。また、基本波形は３以上の駆動パルスを含むため、基本波形が単一の駆動パルスのみしか有さない場合のように、駆動パルスを加える毎にメニスカスコンプライアンスに依存した振動を静定する時間が不要となり、その結果、吐出周波数を高くすることができる。

ここで、カラーフィルタの製造においては、インクジェットによる描画後に熱ベークのプロセスがあるため、画素内に気泡が存在すると、それがグラフィック用途では許容される微細な気泡であっても、気泡が膨張して破裂してしまい、その結果、画素内に大きな白抜けが生じ、画素欠陥となってしまう。

このため、１つのパルス群において、液体を１つの液滴として吐出することにより、液滴着弾時の気泡の発生を防止し、とくにカラーフィルタの製造に際し、画素内の気泡を低減して、熱ベークにおける気泡の膨張による画素欠陥の発生を防止できる。また、吐出される液滴は大滴となるため、飛翔中および着弾後における液滴の急激な乾燥を防止でき、着弾後も低粘度状態を保つことができる。したがって、カラーフィルタの製造に際し、画素内のインクがレベリングされるため、画素内の均一性を保つことができる。

ここで、パルス群が多くなるほど、液滴吐出装置の固有振動による残響が増加する。このため、基本波形が３以上のパルス群を含む場合、パルス群の間隔を後群ほど大きくすることにより、液滴吐出装置の固有振動による残響の増加を防止でき、その結果、より吐出安定化を図ることができる。

また、駆動パルスとは逆位相の波形をパルス群の間に含ませることにより、パルス群により発生する液滴吐出装置の固有振動による残響を静定できるため、より一層の吐出安定化を図ることができる。

本発明の実施形態による液滴吐出装置駆動方法を用いたカラーフィルタの製造装置の概略構成を示す斜視図 本実施形態において用いられるインクジェットヘッドのノズル配列の例を示す図 インクジェットヘッドにおける吐出素子の構成を示す断面図 インクジェットヘッドをカラーフィルタの各画素の短軸方向に主走査する状態を示す図 インクジェットヘッドをカラーフィルタの各画素の長軸方向に主走査する状態を示す図 駆動波形の例を示す図 インクジェットヘッドの固有周期を測定するための単一パルスを示す図 駆動パルスのパルス間隔とインクの吐出速度との関係を示す図 メニスカスの固有周期を測定するためのステップ波形を示す図 時間とメニスカス速度との関係を示す図 図１０に示す時間とメニスカス速度との関係をフーリエ変換することにより得られるフーリエスペクトルを示す図 インクジェットヘッドの振動系を示す図 式（２）を説明するための図 駆動波形の他の例を示す図 駆動波形の他の例を示す図 駆動波形の他の例を示す図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態による液滴吐出装置駆動方法を用いたカラーフィルタの製造装置の概略構成を示す斜視図である。図１に示すようにカラーフィルタ製造装置１０は、カラーフィルタを形成するための透明材料からなる基板１を載置する支持体１４、支持体１４を一方向に移動させる支持体移動機構１６、基板１にインクを吐出するインクジェットヘッド１８、支持体１４の移動方向と直交する方向にインクジェットヘッド１８を移動させるヘッド移動機構２０、および各部の動作を制御する制御部２４を備える。

支持体１４は、表面に基板１を固定可能な板状部材である。ここで、支持体１４により基板１を固定する方法はとくに限定されるものではなく、静電吸着により基板１を固定しても、支持体１４の表面に吸引孔を設け、吸引孔から空気を吸引することにより基板１を固定してもよい。

支持体移動機構１６は、支持体１４の表面に平行な一方向（図中Ｙ方向）に支持体１４を、その表面が同一平面に維持されるように移動させる移動機構である。ここで、支持体移動機構１６としては、ベルト搬送機構、リニア搬送機構、および支持体の端部を把持したローラにより搬送するローラ搬送機構等、種々の搬送機構を用いることができる。

インクジェットヘッド１８は、カラーフィルタを製造するためのＲＧＢ各色のインクを基板１に滴下する手段であり、支持体１４の基板１が支持されている面に対向して配置されている。なお、本実施形態においては、ＲＧＢ各色の画素を有するカラーフィルタを製造するものであるため、インクジェットヘッド１８は各色毎に用意されるが、図１においては説明を簡単にするために１つのインクジェットヘッド１８のみを示している。

ここで、インクジェットヘッド１８としては、アクチュエータとして圧電素子（ピエゾアクチュエータ）を用いたピエゾ方式、電気熱変換体を用いたサーマル方式、静電アクチュエータを用いた静電方式等、種々の方式のインクジェットヘッドを用いることができる、なお、本実施形態においては、滴下するインクの液量（または体積）を調整しやすいピエゾ方式のインクジェットヘッドを用いることが好ましい。また、インクジェットヘッド１８は、ノズルと、後述する圧力室とを含む吐出素子が略等間隔に並べられた構造を有する。

カラーフィルタにおける画素間におけるインクの打滴量のばらつきを低減するためには、同一画素に多数のノズルによりインクを打摘することが好ましい。このため、インクジェットヘッド１８は、高密度多ノズルヘッドであることが好ましい。高密度多ノズルヘッドとしては、ノズル間のアライメント精度、インク充填性およびメインテナンス性等の観点から、マトリクスヘッドであることが好ましい。マトリクスヘッドはノズル数が多いため、ヘッド数を少なくできる。これにより、ヘッド間の調整が少なくなり、その結果、ノズル間のアライメント精度を向上させることができる。また、インクを充填するヘッド数を少なくできるため、インクの充填性を向上できる。さらに、ヘッドを小さくできるため、メインテナンスも容易となる。

ヘッド移動機構２０は、ドライブスクリュー３４、ガイドレール３５、駆動支持部３６ａ、および支持部３６ｂを有し、支持体１４が移動する方向（Ｙ方向）に直交する方向（図１中Ｘ方向）に、支持体１４の表面に対して平行にインクジェットヘッド１８を移動させる。

ドライブスクリュー３４およびガイドレール３５は、ともに、インクジェットヘッド１８の搬送方向（図１中Ｘ方向）に、使用可能な最大の基板１をその左端から右端まで跨ぐように配置されている。ドライブスクリュー３４は、インクジェットヘッド１８に形成された雌ねじ部（図示せず）と螺合する雄ねじ部を有するボールねじ（図示せず）等からなり、回転することによりインクジェットヘッド１８をＸ方向に移動させる。ガイドレール３５は、インクジェットヘッド１８に形成された貫通孔に挿通され、ドライブスクリュー３４の回転により移動するインクジェットヘッド１８の姿勢が変わらないように案内するガイドである。

また、駆動支持部３６ａは、ドライブスクリュー３４およびガイドレール３５の一方の端部に、支持部３６ｂは、ドライブスクリュー３４およびガイドレール３５の他方の端部に設けられ、ドライブスクリュー３４を正逆回転可能な状態で支持し、ガイドレール３５を移動しないように支持している。駆動支持部３６ａは、ドライブスクリュー３４を駆動するモータ等の駆動源（図示せず）を備える。なお、駆動支持部３６ａおよび支持部３６ｂは、図示しない装置筐体に支持される。

ヘッド移動機構２０は、駆動支持部３６ａによってドライブスクリュー３４を正逆回転させることにより、インクジェットヘッド１８をガイドレール３５に案内させつつ、Ｘ方向（主走査方向）に往復移動させることができる。

なお、ヘッド移動機構２０は、インクジェットヘッド１８のインクを滴下する面を支持体１４に対向させた姿勢を保つために、複数のガイドレールを備えていてもよく、その他の姿勢保持手段を備えていてもよい。

ここで、インクジェットヘッド１８の移動機構としては、上記のヘッド移動機構２０に限定されず、種々の公知の移動機構を用いることができる。例えば、ドライブスクリューをガイドレール等の棒状部材とし、インクジェットヘッドのＸ方向の端部の両側にそれぞれガイドワイヤーをつけた構成として、移動方向のガイドワイヤーを巻き取り、ガイドレールに沿って移動させる構成を用いることができる。またガイドワイヤーの代りにタイミングベルトにより移動させてもよい。この場合には、ワイヤーリールに代えてタイミングベルト用スプロケットを用いればよい。また、ラックアンドピニオン機構を用いてもよい。また、自走式としてもよい。さらに、リニアモータを用いてもよい。

また、基板１に対してＸ方向に必要な幅を有するインクジェットヘッド１８を用いることもできる。この場合、インクジェットヘッド１８をＸ方向に移動させる必要がなくなるため、移動機構が不要となる。

図２は本実施形態において用いられるインクジェットヘッド１８のノズル配列の例を示す図である。図２に示すように、インクジェットヘッド１８は、ノズルピッチを高密度化するために、インク滴が吐出するノズル４２と、各ノズル４２に対応する圧力室４４等からなる複数の吐出素子４０とを、千鳥でマトリックス状に配置させた構造を有し、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。

なお、本実施形態においては、インクジェットヘッド１８は、後述するように画素間の打滴量ばらつきを１画素あたりの駆動パルス数により調整するものであるため、１つの駆動パルスでのインクの吐出量が少なく、駆動周波数が高いことが好ましい。このため、ノズル面積が小さいことが好ましい。具体的には、ノズル面積は２５μｍ２〜１２００μｍ２が好ましく、さらに２５μｍ２〜６００μｍ２であることが好ましい。なお、ノズル面積が２５μｍ２以下であると微小滴となりノズルからの吐出が困難になるとともに、空気抵抗によりインクの飛翔速度が低下する。また、ノズルにおいてインクが乾燥しやすくなるため、小滴の形成および飛翔を安定して行うことが困難となる。

図３はインクジェットヘッド１８における吐出素子の構成を示す図２におけるＩ−Ｉ線断面図である。図３に示すように、吐出素子４０において、ノズル４２に対応して設けられている圧力室４４は、その平面形状が略正方形となっている。圧力室４４の対角線上の両隅部の一方にノズル４２への流出口が設けられ、他方に圧力室４４へのインクの供給口４６が設けられている。

吐出素子４０の圧力室４４は、供給口４６を介して共通流路４８と連通している。共通流路４８はインクの供給源たるタンク（不図示）と連通しており、タンクから供給されるインクは共通流路４８を介して各圧力室４４に分配供給される。

圧力室４４の一部の面（図３における天面）を構成している加圧板（共通電極と兼用される振動板）５０には個別電極５２を備えた圧電素子５４が接合されている。なお、圧電素子５４の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウムのような圧電体を用いることができる。

個別電極５２と共通電極間に駆動波形が印加されると、圧電素子５４が変形して圧力室４４の容積が変化する。すると、圧力室４４内の圧力が変化することにより、ノズル４２からインクが吐出される。そして、インクが吐出された後、圧電素子５４の変位が元に戻ると、共通流路４８から供給口４６を通って新しいインクが圧力室４４に再充填される。

ここで、カラーフィルタ製造時におけるインクジェットヘッド１８による基板１の主走査方向としては、製造するカラーフィルタの各画素の短軸方向、および長軸方向の２通りが考えられる。図４はインクジェットヘッド１８をカラーフィルタの各画素の短軸方向に主走査する状態を、図５はインクジェットヘッド１８をカラーフィルタの各画素の長軸方向に主走査する状態を示す図である。なお、図４，５において、ＲＧＢの各領域がカラーフィルタにおける１画素を表すものとなる。

図４に示すように、インクジェットヘッド１８をカラーフィルタの各画素の短軸方向に打滴した場合には、１画素に入るノズル数が多くなる。また、各画素を区切るブラックマトリクス上のみノズルを使用しないこととなるため、使用しないノズルが少なくなる。また、ある色（例えばＲ）用のインクジェットヘッドは、その色の画素の打摘を行った後、他の２色の画素（Ｇ画素およびＢ画素）上においては打摘を休止するため、インクの吐出が断続的になる。

一方、図５に示すように、インクジェットヘッド１８をカラーフィルタの各画素の長軸方向に打摘した場合には、１画素に入るノズル数が少なくなる。また、ある色（例えばＲ）用のインクジェットヘッドであっても、他の２色の画素（Ｇ画素およびＢ画素）上を通過させる必要があるため、使用しないノズルが多くなる。また、ある色（例えばＲ）用のインクジェットヘッドは、その画素の打摘を行った後、引き続き隣接するその色の画素を打摘するため、インクの吐出が連続的になる。

以上のように、短軸方向に打滴した場合には、ノズルあたりの吐出数を少なくすることができるためヘッド寿命が延びる。一方、長軸方向に打摘した場合には、ノズルあたりの吐出数を少なくするためには定期的にパネルに対するヘッド位置を変更して利用するノズルを変更しなければならず、その作業が繁雑なものとなる。また、短軸方向に打摘した場合には、１画素に打滴するノズル数が多いため、ノズル間の吐出量のばらつきをより緩和できる。また、インクの吐出が断続的になるが、インクの吐出が休止されるのは、他の２色の画素を通過する時間のみであるため、ノズルにおいてインクが乾燥することによる吐出の不安定化は問題とならない。したがって、インクジェットヘッド１８としてとくに高密度のマトリクスヘッドを用いた場合には、カラーフィルタの各画素の短軸方向に打滴することが好ましい。

制御部２４は、支持体移動機構１６、インクジェットヘッド１８、およびヘッド移動機構２０の動作を制御する。具体的には、基板１の搬送速度、搬送距離および搬送タイミング、インク滴下の滴下量および滴下タイミング、インクジェットヘッド１８の移動速度、移動距離および移動タイミング等を制御する。なお、制御部２４と各部との接続方法は信号の送受信ができればとくに限定されるものではなく、有線により接続しても無線により接続してもよい。

ここで、制御部２４は、インクジェットヘッド１８からインクを吐出するために、インクジェットヘッド１８の圧電素子５４に駆動波形を印加する。図６は駆動波形の例を示す図である。なお、図６において横軸は時間、縦軸は電圧である。図６に示すように、本実施形態において圧電素子５４に印加される駆動波形は、周期がＴｂ０の基本波形Ｂ０が連続してなるものである。基本波形Ｂ０は、６つの駆動パルスＰ１〜Ｐ６を含み、６つの駆動パルスＰ１〜Ｐ６が３個ずつの２つのパルス群Ｇ１，Ｇ２に分割されている。パルス群Ｇ１，Ｇ２内の駆動パルスの周期Ｔｋ０は、後述するインクジェットヘッド１８の固有周期Ｔの３／２未満となっている。本実施形態においては、周期Ｔｋ０は固有周期Ｔとなっている。

また、パルス群Ｇ１，Ｇ２における前群の最後の駆動パルスＰ３の開始位置と後群の最初の駆動パルスＰ４の開始位置との間隔Ｔｋ１は、固有周期Ｔの３／２以上となっている。本実施形態においては、間隔Ｔｋ１はインクジェットヘッド１８の固有周期Ｔの２倍（すなわち２Ｔ）となっている。

また、基本波形Ｂ０の周期Ｔｂ０は、インクジェットヘッド１８のノズルにおけるインクの表面張力によって支配されるメニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有周期をＴｍとしたとき、駆動パルスの周期×駆動パルス数＋α１（α１≧Ｔｍ）となっている。本実施形態においては、駆動パルスの周期がＴ、駆動パルス数が６であるため、α１＝Ｔｍとすると、基本波形Ｂ０の周期Ｔｂ０は、６Ｔ＋Ｔｍとなる。

なお、インクジェットヘッド１８の固有周期Ｔは、図７に示すような単一の駆動パルスを連続させた連続波形を、インクジェットヘッド１８の圧電素子５４に印加してインクジェットヘッド１８からインクを吐出させ、駆動パルスのパルス間隔をパラメータとしてインクの吐出速度を測定し、最も吐出速度が高くなったときの駆動パルスのパルス間隔として求めることができる。図８はFujifilm Dimatix社製インクジェット装置DMP-2831を用いてカラーフィルタ用のインクを吐出させることにより測定した、駆動パルスのパルス間隔とインクの吐出速度との関係を示す図である。図８に示すように、パルス間隔が８．５μｓｅｃのときに、インクの吐出速度が最も高くなるため、固有周期Ｔは８．５μｓｅｃとして求められる。

なお、インクジェットヘッド１８では、圧力室４４内のインクの圧縮性に起因する音響コンプライアンスをＣｉ、圧力室４を形成している加圧板５０等の材料とその構造による剛性コンプライアンスをＣｖ、ノズル４２のイナータンスをＭｎ、インク供給口４６のイナータンスをＭｓとすると、圧力室４４のヘルムホルツ共振周波数ＦＨは、下記の式（１）により表すことができる。

ＦＨ＝１／（２π）×√｛（Ｍｎ＋Ｍｓ）／［（Ｃｉ＋Ｃｖ）・（Ｍｎ×Ｍｓ）］｝（１）
また、ヘルムホルツ共振周波数の周期ＴＨは、上記ヘルムホルツ共振周波数ＦＨの逆数（ＴＨ＝１／ＦＨ）で表される。したがって、ヘルムホルツ共振周波数ＦＨからヘルムホルツ共振周波数の周期ＦＨを算出し、これを固有周期Ｔとして用いてもよい。

一方、メニスカスコンプライアンスに依存する振動の固有周期Ｔｍついては、図９に示すようなステップ波形の駆動パルスからなる駆動波形をインクジェットヘッド１８の圧電素子５４に印加してインクジェットヘッド１８のノズル部のインクを振動させてメニスカス速度を測定し、測定結果を振動解析（例えばフーリエ変換）することにより求めることができる。図１０はFujifilm Dimatix社製インクジェット装置DMP-2831を用いてカラーフィルタ用のインクをノズル部において振動させ、メニスカス速度を小野測器製レーザドップラー振動計LV-1710により測定した場合における、時間とメニスカス速度との関係を示す図である。

そしてこのようにして得られた測定結果をフーリエ変換することにより、インク吐出後のインクジェットヘッド１８の共振モードを求めることができる。図１１は、図１０に示す時間とメニスカス速度との関係をフーリエ変換することにより得られるフーリエスペクトルを示す図である。図１１に示すように、フーリエスペクトルは２箇所にピークを有するものとなっている。

ここで、インク吐出後のインクジェットヘッド１８には、様々な共振モードが存在するが、インクジェットヘッド１８自体に依存した固有振動、すなわちヘルムホルツ振動と、メニスカスコンプライアンスに依存した固有振動が共振に大きく寄与する。このため、図１１に示すように求めたフーリエスペクトルにおけるピークは、インクジェットヘッド１８の固有振動数と、メニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有振動数に対応する。ここで、メニスカスコンプライアンスによる振動の固有周期は、インクジェットヘッド１８の固有周期と比較して長い。このため、図１１に示すフーリエスペクトルにおいて、２つのピークにおける高い方の振動数はインクジェットヘッド１８の固有振動数ｆ、低い方の周波数はメニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有振動数ｆｍとして求めることができ、さらに１／ｆｍをメニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有周期Ｔｍとして求めることができる。

なお、インクジェットヘッド１８の全体を図１２に示す振動系により表した場合、メニスカスに依存した振動の固有周期Ｔｍは下記の式（２）により算出することができる。

ここで、ｍはイナータンス、ｒは音響抵抗、ｃは音響容量を表しており、添え字の１は圧力室、２は供給路、３はノズルを表している。また、図１３に示すように、ｄ3はノズル径、σは表面張力、ｙはノズル上面からメニスカス位置までの距離を表している。

このように、本実施形態によれば、インクジェットヘッド１８の圧電素子５４に印加する駆動波形を構成する基本波形を、３以上の駆動パルス含むものとしたため、駆動パルス数を変更することにより、吐出されるインク量を小敵から大滴まで任意に調整することができる。

また、駆動パルスを２以上のパルス群に分割し、パルス群内の駆動パルスの周期Ｔｋ０をインクジェットヘッド１８の固有周期Ｔの３／２未満、とくにインクジェットヘッド１８の固有周期Ｔと略一致させるようにしたため、インクジェットヘッド１８の固有振動による共振を利用して、小さい駆動量により効率よく液滴を吐出することができる。

一方、複数の駆動パルスを用いてインクを吐出する場合、前のパルスの残響が残っているうちに次の駆動パルスによる吐出が行われるため、吐出が安定しないこととなる。この場合、パルス波形を最適化することにより、残響がある中で安定して吐出を行うことも可能であるが、駆動パルス数が多くなるほどパルス波形の最適化は困難なものとなる。このため、パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔Ｔｋ１を、インクジェットヘッド１８の固有周期Ｔの３／２以上とすることにより、駆動パルスが連続しなくなるため、前のパルスの残響を静定でき、その結果、吐出を安定化させることができる。

なお、パルス群の間隔をインクジェットヘッド１８の固有周期の整数倍とした場合、後段のパルス群の駆動パルスが開始される周期が、インクジェットヘッド１８の固有周期の整数倍となるため、一見すると、インクジェットヘッド１８の固有振動による共振を静定できない。しかしながら、インクジェットヘッド１８の固有周期Ｔの２倍以上の整数倍であれば、その時間内において十分残響を静定できる。したがって、パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔Ｔｋ１を、インクジェットヘッド１８の固有周期の３／２以上とすることにより、残響を静定して吐出を安定化させることができる。

なお、パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔Ｔｋ１を、インクジェットヘッド１８の固有周期Ｔの３／２以上とすることにより、基本波形が長くなるため、吐出周波数特性が下がる。しかしながら、実際には安定した吐出を行うことができるため、吐出周波数特性が実質的に向上されることとなる。

また、メニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有周期をＴｍとしたとき、基本波形の繰り返し周期を、駆動パルスの周期×駆動パルス数＋α１（α１≧Ｔｍ）とすることにより、メニスカスコンプライアンスに依存する振動の影響を小さくすることができるため、吐出を安定化させることができる。また、基本波形が単一の駆動パルスのみしか有さない場合のように、駆動パルスを加える毎にメニスカスコンプライアンスに依存した振動を静定する時間が不要となるため、吐出周波数を高くすることができる。

なお、上記実施形態においては、駆動波形を図６に示すものとしているが、駆動パルスの立ち上がり、立ち下がりの形状は例えば図１４の基本波形Ｂ１に示すように任意に変更することが可能である。また、駆動パルスの形状は、パルス群内において同一としているが、異なっていてもよい。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１８から吐出されるインクの液滴を、１つのパルス群において１つの液滴として吐出するようにしてもよい。１つの液滴として吐出するためには、例えば図１４の基本波形Ｂ２に示すように、１つのパルス群内における駆動パルスの周波数を、インクジェットヘッド１８の固有振動数よりも大きく（すなわち、周期をインクジェットヘッド１８の固有周期Ｔよりも小さく）すればよい。図１４に示すように、基本波形Ｂ２は基本波形Ｂ１と比較して、矢印Ａに示すように周期が小さくなっている。これにより、インクの吐出間隔が短くなるため、後段の駆動パルスにより吐出されたインクが前段の駆動パルスにより吐出されたインクに追いつくこととなるため、吐出されるインクを１つの液滴とすることができる。

また、図１４の基本波形Ｂ３に示すように、１つのパルス群内において、駆動パルスの振幅を矢印Ｂに示すように徐々に大きくするようにしてもよい。これにより後段の駆動パルスによるインクの吐出速度が前段の駆動パルスによるインクの吐出速度よりも大きくなるため、後段の駆動パルスにより吐出されたインクが、前段の駆動パルスにより吐出されたインクに追いつき、その結果、吐出されるインクを１つの液滴とすることができる。

ここで、カラーフィルタの製造においては、インクジェットによる描画後に熱ベークのプロセスがあるため、画素内に気泡が存在すると、それがグラフィック用途では許容される微細な気泡であっても、気泡が膨張して破裂してしまい、その結果、画素内に大きな白抜けが生じ、画素欠陥となってしまう。

このため、インクを１つの液滴として吐出することにより、液滴着弾時の気泡の発生を防止し、とくにカラーフィルタの製造に際し、画素内の気泡を低減して、熱ベークにおける気泡の膨張による画素欠陥の発生を防止できる。また、吐出される液滴は大滴となるため、飛翔中および着弾後における液滴の急激な乾燥を防止でき、着弾後も低粘度状態を保つことができる。したがって、カラーフィルタの製造に際し、画素内のインクがレベリングされるため、画素内の均一性を保つことができる。

また、基本波形に３以上のパルス群を含ませるようにし、図１５の基本波形Ｂ４に示すように、パルス群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の間隔Ｔｆ１，Ｔｆ２を後群の間隔Ｔｆ２ほど大きくなるようにしてもよい。ここで、パルス群が多くなるほど液滴を大滴とすることができるが、パルス群が多くなるほど、インクジェットヘッド１８の固有振動による残響が増加する。このため、基本波形が３以上のパルス群を含む場合、パルス群の間隔が後群ほど大きくなるようにすることにより、インクジェットヘッド１８の固有振動による残響の増加を防止でき、その結果、より吐出安定化を図ることができる。

また、図１６の基本波形Ｂ５に示すように、パルス群Ｇ１，Ｇ２の間において駆動パルスとは逆位相の波形ＰＬを加えるようにしてもよい。これにより、パルス群により発生するインクジェットヘッド１８の固有振動による残響を静定できるため、より一層の吐出安定化を図ることができる。なお、図１６に示す基本波形Ｂ５においては、パルス群Ｇ１，Ｇ２における間隔Ｔｋ１は、逆位相の波形ＰＬを考慮せず、前群Ｇ１の最後の駆動パルスＰ３の開始位置と後群Ｇ２の最初の駆動パルスＰ４の開始位置との間隔となる。

なお、上記実施形態においては、本発明による液滴吐出装置駆動方法をカラーフィルタの製造装置に適用しているが、これに限定されるものではなく、液滴を吐出して様々なパターンを形成する任意のパターン形成装置に適用できるものである。

１ 基板
１０ カラーフィルタ製造装置
１４ 支持体
１６ 支持体移動機構
１８ インクジェットヘッド
２０ ヘッド移動機構
２４ 制御部
４０ 吐出素子
４２ ノズル
４４ 圧力室
４６ インク供給口
４８ 共通流露
５０ 加圧板
５２ 個別電極
５４ 圧電素子

Claims (7)

1. 圧力発生手段を有する液滴吐出装置を駆動して、液体を該液滴吐出装置のノズルから吐出させる液滴吐出装置駆動方法であって、
   ３以上の駆動パルスを含み、該駆動パルスが２以上のパルス群に分割され、該パルス群内の前記駆動パルスの周期が前記液滴吐出装置の固有周期の３／２未満であり、前記パルス群における前群の最後の駆動パルスの開始位置と後群の最初の駆動パルスの開始位置との間隔が、前記固有周期の３／２以上である基本波形を有する駆動波形を前記圧力発生手段に印加して、前記液滴吐出装置が前記液体の液滴を吐出するようにする吐出工程を含み、
   前記ノズルにおける前記液体の表面張力によって支配されるメニスカスコンプライアンスに依存した振動の固有周期をＴｍとしたとき、前記基本波形の周期が、前記駆動パルスの周期×該駆動パルス数＋α１（α１≧Ｔｍ）であることを特徴とする液滴吐出装置駆動方法。
2. 前記吐出工程は、１つの前記パルス群により前記液体を１つの液滴として吐出することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置駆動方法。
3. 前記パルス群内における前記駆動パルスの周波数が、前記液滴吐出装置の固有周波数よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の液滴吐出装置駆動方法。
4. 前記パルス群内における前記駆動パルスの振幅が、徐々に大きくなることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出装置駆動方法。
5. 前記基本波形が３以上の前記パルス群を含む場合、該パルス群の間隔が後群のパルス群ほど大きくなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の液滴吐出装置駆動方法。
6. 前記基本波形は、前記駆動パルスとは逆位相の波形を前記パルス群の間に含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の液滴吐出装置駆動方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の液滴吐出装置駆動方法により、前記液滴吐出装置から基板にカラーインクを吐出して、カラー液晶表示装置を構成するカラーフィルタを製造することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。

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