JP2011075676A - カラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ製造方法において、画素毎に透明インク層を形成する際、色毎の膜厚ばらつきを低減し、着色インクと透明インクとの溶解を防ぐとともに、製造工程削減を図る。
【解決手段】基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に分光特性の異なる複数の着色インクをインクジェット法で打滴する工程と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクの溶媒を乾燥させる工程と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクのうち少なくとも一つ以上の着色インクに対してその上にその着色インクの膜厚に応じて透明インクをインクジェット法で打滴する工程と、前記打滴された透明インクの溶媒を乾燥させる工程と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる工程とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、カラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置に係り、特に、インクジェットを用い、ブラックマトリックスの中に着色インク及びその上に透明インクをインクジェットで打滴してカラーフィルタを製造する技術に関する。

近年、テレビ、パソコン、携帯電話などの液晶ディスプレイにカラー表示を可能とさせるために、カラーフィルタが広く用いられている。表示装置用カラーフィルタは、ガラス等の基板上に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のドット状画像をそれぞれマトリクス状に配置し、その境界を隔壁（ブラックマトリクス）で区分して構成されている。

このようなカラーフィルタを低コストで形成する方法として、インクジェットを用いる方法がある。しかしこのとき、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の色を構成するインクドットで形成された着色部材の高さが異なり色間段差が生じ、画像品質が低下するという問題があり、従来これに対して様々な提案がなされている。

例えば、色間段差が少なく、かつ低コストで製造でき、また画像品位の高い液晶表示装置を提供するものとして、画素部上に着色インクドットとは別の透光性インクドットを形成し、また着色液を受容する受容層の膨潤量の色間差によって着色インクドットの膜厚が色間で異なることに起因する画像品質の低下を改善するために、透光性インクドットの膜厚をその着色インクドットの高さによって調整して色間の膜厚ばらつきを低減し、画質の向上を図ったカラーフィルタが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

また、例えば、ＲＧＢ画素となる部分であるインク形成層と、ブラックマトリクスとなる仕切部との間の厚み段差による画質低下を改善するため、透明絶縁基板上に仕切部を形成し、仕切に囲まれた部分に着色インクをインクジェット法で塗布した後、インク形成層の表面にオーバーコートインクをインクジェット法により塗布する際、オーバーコート被膜のレベリング性を向上させるために、オーバーコートインクにシリコーン系界面活性剤等のレベリング剤を添加したり、１〜２０％の表面張力が低い有機溶剤を添加するようにしたカラーフィルタの製造方法が知られている（例えば、特許文献２等参照）。

特開平８−３２７８１７号公報 特開２００３−１６１８２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、着色インクドットをインクジェットで形成した後、９０℃で２０分のプリベークと、２３０℃で３０分の本ベークによって硬化させた後、透明インクドットを形成しているが、これでは時間が長く温度が高い本ベークが２回行われることとなり、インクジェット法を用いることによる工程削減効果が限定的となってしまうという問題がある。

また、さらに上記特許文献１に記載のものにおいては、着色インクドットの厚みがＧ＜Ｂ＜Ｒの順に厚くなっているが、厚みがこのような順になる根拠が示されていない。

また、上記特許文献２に記載のものでは、上記特許文献１のものと同様に、着色工程の後、着色インク硬化工程を実施しているため、やはり工程削減効果が限定的であるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、画素毎に透明インク層を形成する際、着色インクと透明インクとの溶解を防ぐとともに、色毎の膜厚ばらつきを低減し、画素内のレベリング性改善効果を保ったまま、製造工程の複雑化を最小限にし、製造工程削減を図ることのできるカラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に分光特性の異なる複数の着色インクをインクジェット法で打滴する工程と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクの溶媒を乾燥させる工程と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクのうち少なくとも一つ以上の着色インクに対してその上にその着色インクの膜厚に応じて透明インクをインクジェット法で打滴する工程と、前記打滴された透明インクの溶媒を乾燥させる工程と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる工程と、を備えたことを特徴とするカラーフィルタ製造方法を提供する。

これにより、硬化のため高温にさらした場合には過加熱になり、インク硬化の前に温度上昇による粘度低下によりインク流動性があがり、隔壁からインクが溢れる虞れがあるところ、本発明においては、透明インク打滴前には着色インクを本硬化させることなく乾燥するだけとし、着色インクの膜厚に応じて透明インクを打滴するようにしたので、色毎の膜厚ばらつきが低減され、過加熱による隔壁からのインク溢れが防止されるとともに、従来と比べて硬化工程が２回から１回に減り工程が削減され、さらに装置の規模も削減することができる。

また、請求項２に示すように、前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる工程は、熱重合工程であることを特徴とする。

これにより、ＵＶ照射併用と比べて工程及び装置を削減することが可能となる。

また、請求項３に示すように、前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる工程は、紫外線照射工程と熱重合工程であることを特徴とする。

これにより、先にＵＶ照射により硬化することで、熱硬化の過加熱による溢れを防止することができる。

また、請求項４に示すように、前記複数の着色インクの溶媒を乾燥させる工程の後、前記透明インクをインクジェット法で打滴する工程の前に、前記複数の着色インクを半硬化させる工程を行うことを特徴とする。

これにより、着色インクの上に透明インクを打滴したときに着色インクと透明インクが溶解するのを防止することができるとともに、過加熱による溢れを防止することが可能となる。

また、請求項５に示すように、前記複数の着色インクを半硬化させる工程が、紫外線照射工程であることを特徴とする。

これにより、ＵＶ照射によって表面のみを硬化することができ、着色インクと透明インクの溶解が防止される。

また、請求項６に示すように、前記透明インクの主成分は、前記着色インクの色材を除いたものであることを特徴とする。さらに、請求項７に示すように、前記透明インクの重合モノマーのインクに対する比率が前記着色インクのそれよりも多いことを特徴とする。

また同様に前記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に分光特性の異なる複数の着色インクをインクジェット法で打滴する手段と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクの溶媒を乾燥させる手段と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクのうち少なくとも一つ以上の着色インクに対してその上にその着色インクの膜厚に応じて透明インクをインクジェット法で打滴する手段と、前記打滴された透明インクの溶媒を乾燥させる手段と、前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる手段と、を備えたことを特徴とするカラーフィルタ製造装置を提供する。

これにより、色毎の膜厚ばらつきが低減され、過加熱による隔壁からのインク溢れが防止されるとともに、従来と比べて硬化工程が２回から１回に減り工程が削減され、さらに装置の規模も削減することができる。

また、請求項９に示すように、前記透明インクの主成分は、着色インクの色材を除いたものであることを特徴とする。さらに、請求項１０に示すように、前記透明インクの重合モノマーのインクに対する比率が前記着色インクのそれよりも多いことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、透明インク打滴前には着色インクを本硬化させることなく乾燥するだけとし、着色インクの膜厚に応じて透明インクを打滴するようにしたので、色毎の膜厚ばらつきが低減され、過加熱による隔壁からのインク溢れが防止されるとともに、従来と比べて硬化工程が２回から１回に減り、工程が削減され、装置の規模も削減することができる。

本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ製造装置の全体構成図である。 カラーフィルタ基板を示す説明図であり、（ａ）は隔壁によって形成された画素エリアを示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｃ）は画素エリアにカラーインクを付与してカラーフィルタを形成した状態を示す拡大図である。 画素形成部を示す概略構成図である。 ヘッド移動機構を示す斜視図である。 ヘッドモジュールをノズル面側から見てそのインク流路を示す模式図である。 図５のノズル、支流供給路、支流循環路のＹ方向における断面図である。 ヘッドモジュールのノズル配置の詳細図である。 画素形成部のシステム構成を示す要部ブロック図である。 カラーフィルタ製造方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）はカラーフィルタ製造の各工程におけるカラーフィルタ基板の状態を示す説明図である。 カラーフィルタ製造方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。 着色インクと透明インクの吸光度を示す線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るカラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルタ製造装置の全体構成図である。

図１に示すように、本実施形態のカラーフィルタ製造装置１０は、隔壁形成部１１、撥液処理部１２、画素形成部１３及び保護膜形成部１４から構成される。

また、図２にカラーフィルタ基板を示す。図２（ａ）は、カラーフィルタ基板２０上に隔壁２２によって区切られた画素エリア２４が形成された様子を示す拡大平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図２（ｃ）は、隔壁２２の開口部である画素エリア２４にＲＧＢの着色インクを打滴して、カラーフィルタ２６を形成した様子を示す拡大平面図である。

カラーフィルタ製造装置１０の隔壁形成部１１は、カラーフィルタ基板２０上に、ブラックマトリクスの機能を持った遮光性を有する隔壁２２を形成するものである。ここでは、カラーフィルタ基板２０として透明なガラス基板を用いた例で説明するが、カラーフィルタ基板２０の素材は、ガラス基板に限定されるものではなく、他の素材の基板を用いてもよい。

この隔壁２２は、公知のカラーフィルタ用ブラックマトリクスと同様の素材を用い、同様の公知の方法（例えば、特開２００６−１７９８０号公報、特開２００７−１９３０９０号公等報参照）により形成すればよい。

撥液処理部１２は、画素エリア２４に打滴した着色インクが隔壁２２を越えて溢れることによる隣接画素間での混色を防止するために、隔壁２２に撥インク処理を施す。この撥インク処理は、公知の撥インク処理方法（例えば、特開２００２−６２４２０号公等報参照）を適用することができる。なお、撥インク性を備えた材質を用いて隔壁２２を形成することにより、撥液処理部１２を省略することも可能である。

画素形成部１３は、画素エリア２４に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各着色インクをインクジェット方式で打滴する。そして、図２（ｃ）に示すように、画素エリア２４に各着色インクが付与されたカラーフィルタ２６が形成される。なお、画素形成部１３の詳細については後述する。

保護膜形成部１４は、着色インクが打滴された画素エリア２４上に、透明インク層を形成する。透明インク層は、着色インクが打滴された画素エリア２４を保護し、カラーフィルタ２６の平坦性や耐熱性を向上させる保護膜としての機能を有している。

なお、カラーフィルタ基板２０の各部への搬送は、図示しない搬送手段により自動的に行ってもよいし、作業者が行ってもよい。

ここで、画素形成部１３の詳細について説明する。図３は、画素形成部１３の構成図である。同図に示すように、画素形成部１３は、カラーフィルタ基板２０が載置されるプラテン３２、カラーフィルタ基板２０に向けて着色インクを吐出する印字部５１、着色インク内に含まれる溶媒（有機溶剤）を除去する予備処理部３４、活性エネルギー線を照射してインクを半硬化させる半硬化部３６とを含み構成されている。

プラテン３２は、カラーフィルタ基板２０の幅よりも広い幅寸法を有しており、その基板保持面には多数の吸引穴（図４参照、符号３３）が形成されている。プラテン３２下面には吸着チャンバー４２が設けられており、この吸着チャンバー４２をファン４４で吸引して負圧にすることによって、プラテン３２上のカラーフィルタ基板２０が吸着時保持される。なお、吸引吸着方式に代えて、静電吸着方式を採用してもよい。プラテン３２は、図示しない搬送機構によって図３に矢印で示すように図の左から右へ搬送される。

印字部５１の各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、ピエゾ方式、静電アクチュエータ方式、サーマル方式、静電吸引方式等の一般的なインクジェット方式が利用できる。インクの自由度、ヘッド寿命等を考えるとピエゾ方式が特に望ましい。

各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、カラーフィルタ基板２０の搬送方向（図３に矢印で示す方向、副走査方向）に沿って上流側から赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順に配置されており、後述するヘッド移動機構６０（図４参照）により、カラーフィルタ基板２０の幅方向（副走査方向に垂直な方向、主走査方向）に往復移動可能に構成されている。各印字ヘッド５０は、カラーフィルタ基板２０の幅方向に走査させて幅方向に対するインク吐出を行い（これを主走査という）、一回の幅方向のインク吐出が終わるとカラーフィルタ基板２０を搬送方向に所定量だけ移動させて（これを副走査という）、次の吐出領域のカラーフィルタ基板２０の幅方向に対するインク吐出を行う。この動作を繰り返してカラーフィルタ基板２０の各画素エリア２４に各色の着色インクを打滴することができる。

インク貯蔵部５４は、各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂへ供給されるインクを貯蔵する。例えば、各インク（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をそれぞれ貯蔵する複数のインクタンクからなる。

次に、ヘッド移動機構６０は、各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂについてそれぞれ同様の構成で備えられているので、ここでは代表して印字ヘッド５０Ｒのヘッド移動機構６０について説明する。

図４に、ヘッド移動機構６０を斜視図で示す。ヘッド移動機構６０は、ヘッド５０Ｒを主走査方向に走査移動させるものであり、ドライブスクリュ６２、ガイドレール６３、駆動支持部６４、支持部６５、キャリッジ６６とから構成されている。

ガイドレール６３は、ヘッド５０Ｒの移動をガイドするためのものであり、キャリッジ６６に形成された貫通孔に挿通され、カラーフィルタ基板２０の搬送方向と直交するように配置されている。

ドライブスクリュ６２は、ガイドレール６３と所定の間隔を有するように、ガイドレール６３と平行に配置されている。ドライブスクリュ６２は、キャリッジ６６に形成された雌ネジ部とカ咬み合う雄ネジ部を有するボールネジ等から構成され、回転することによりキャリッジ６６を移動させる。

また、ドライブスクリュ６２及びガイドレール６３は、使用可能な最大のカラーフィルタ基板２０の画像形成領域の全幅を、キャリッジ６６が移動可能な長さで構成されている。

駆動支持部６４及び支持部６５は、ドライブスクリュ６２を正逆回転可能な状態で支持するとともに、ガイドレール６３を移動しないように支持するためのものである。駆動支持部６４は、ドライブスクリュ６２及びガイドレール６３の一端に配置されており、図示しないモータ等の駆動源によりドライブスクリュ６２を駆動する。また、支持部６５は、駆動支持部６４とは反対側の端部に配置されており、これらは、画素形成部１３の図示を省略した筐体に支持されている。

キャリッジ６６は、ドライブスクリュ６２及びガイドレール６３によって移動可能に支持されており、駆動支持部６４によりドライブスクリュ６２が正逆回転されることで、ガイドレール６３に案内されつつ、主走査方向（Ｘ方向）に往復移動する。

ヘッド５０Ｒは、キャリッジ６６の下面に取り付けられ、キャリッジ６６の移動に伴って移動する。

なお、ヘッド移動機構６０の構成については、この例に限定されるものではなく、その他の公知の移動機構を用いることができる。

図３に戻り、プラテン３２により形成される搬送路上において印字部５１の下流側には、予備処理部３４及び半硬化部３６が設けられている。

予備処理部３４は、遠赤外線ヒータ、ニクロム線ヒータ等を含んで構成され、カラーフィルタ基板２０上に打滴されたインク内に含まれる溶媒を乾燥させて除去する。

半硬化部３６は、活性エネルギー線を発する照射エネルギー源を含んで構成される。半硬化部３６は、予備処理部３４で溶媒が除去されたカラーフィルタ基板２０上のインクに活性エネルギー線を照射して半硬化させる。照射エネルギー源や照射時間は、インクの特性に応じて適宜設定すればよい。

なお、半硬化部３６による半硬化は必ずしも行う必要はなく、予備処理部３４における乾燥のみにしてもよい。

次に、各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを構成するヘッドモジュール５２について説明する。各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂは、複数のヘッドモジュール５２を組み合わせることにより構成されている。なお、インク色ごとに設けられている各印字ヘッド５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとする。

図５は、印字ヘッド５０を構成するヘッドモジュール５２を、カラーフィルタ基板２０と対向するノズル面（インク吐出面）側から見て、さらにそのインク流路を示す模式図である。印字ヘッド５０はヘッドモジュール５２を略直線上につないで形成することもできるし、千鳥状に配置することもできる。

図５に示すように、一つのヘッドモジュール５２は、１６×３２個の２次元ノズル配置を有している。また、各ノズル１００の各列は、インクジェットヘッド３０の移動方向（Ｘ方向）に対して角度αだけ傾斜を有するＷ方向に配置されており、さらに各ノズル１００の各行は、カラーフィルタ基板２０の搬送方向（Ｙ方向）に対して角度γだけ傾斜を有するＶ方向に配置されている。

図５に示すように、支流供給路１１６が、２ノズル列分にインクを供給するように２ノズル列おきに配置されており、各ノズル１００はそれぞれ支流供給路１１６と連通されている。また、各支流供給路１１６は本流供給路１２６と連通されており、本流供給路１２６は、インク貯蔵部５４（図３参照）の各インクタンクから送液されたインクを各支流供給路１１６に供給する。

また、支流循環路１２８が、２ノズル列分のインクを通流するように、支流供給路１１６と交互に２ノズル列おきに配置されている。各支流循環路１２８は本流循環路１２９と連通されており、本流循環路１２９は各支流循環路１２８からのインクを図示しない回収タンクに送液する。

インク貯蔵部５４のインクタンクと回収タンクの、それぞれの内部を大気開放した状態でタンク位置の高低差を調整することにより、インク流路のインク流量を制御する。なお、各タンク内の圧力や図示しないポンプによるインク流量を調整してインク流量を制御してもよい。また、図示しない送液手段を用いて、回収タンクからインク貯蔵部５４へインクを送液することにより、インクを循環させてもよい。

図６は、図５に示すノズル１００、支流供給路１１６、及び支流循環路１２８のＹ方向における断面図である。

各ノズル１００に対応して設けられている圧力室１１２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部に供給絞り１１４とノズル連通路１２４とが設けられている。図６に示すように、各圧力室１１２は供給絞り１１４を介して支流供給路１１６と連通されており、さらに各圧力室１１２はノズル連通路１２４を介してノズル１００と連通されている。

なお、図５に示したように、一つの支流供給路１１６は、２ノズル列分にインクを供給するように２ノズル列おきに配置されており、一つの支流供給路１１６には、両側のノズル列を構成するノズルの圧力室に連通される多数の供給絞り１１４が連通されている。

圧力室１１２の天面を構成している加圧板１１８には個別電極１２０を備えたアクチュエータ１２２が接合されており、個別電極１２０に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）１２２が変形し、ノズル連通路１２４を通ってノズル１００からインクが吐出される。インクが吐出されると、支流供給路１１６から供給絞り１１４を通って新しいインクが圧力室１１２に供給される。

また、各ノズル１００の支流供給路１１６の反対側には、支流循環路１２８が設けられており、各ノズル１００と支流循環路１２８とは循環絞り１２７を介して連通されている。なお、図５に示したように、一つの支流循環路１２８は、２ノズル列分からインクが排出されるように２ノズル列おきに配置されており、一つの支流循環路１２８には両側のノズル列を構成するノズルに連通される多数の循環絞り１２７が連通されている。

このように、各ノズル１００でのインク吐出の有無に関わらず、支流供給路１１６から支流循環路１２８へインクを常に通流させることにより、ノズル１００での目詰まりを防止している。

次に、各ノズル１００の配列パターンについて説明する。

図７は、ヘッドモジュール５２のノズル配置の詳細図である。図７では、１３１〜１６１の４列のノズル列が図示されているが、実際にはこの４列と同様な繰り返し配列パターンで合計３２列が１個のヘッドモジュール５２に配置され、各ノズル列には１６個のノズルが設けられている。

図７において、Ｘ方向が印字ヘッド５０の移動方向（主走査方向）で、Ｙ方向がカラーフィルタ基板２０の搬送方向（副走査方向）である。図７に示す各ノズルは、それぞれのノズル列の各ノズルをＹ方向に投影させたときの一つのノズル列の投影ノズルの間には、他のノズル列の投影ノズルが配置されるように、各ノズルが配置されている。

すなわち、１本の走査ライン１７０を打滴する場合、主走査方向に隣接するドット１８１、１８２、１８３及び１８４は、ノズル列１３１のノズル１３２などから吐出される。また、ドット１８４に隣接するドット１８５は、ノズル列１３１のノズル１３３から吐出され、以下、同様のノズル列パターンで吐出される。このように、ノズル列１３１、１４１、１５１、１６１の順に４列のノズル列を所定のパターンで使い回すことで、主走査方向の隣接ドットを打滴する。

従って、主走査方向については、各ノズル１００が一定のピッチＤで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、高密度のノズル構成を実現することが可能となる。

本実施形態では、複数のヘッドモジュール５２を組み合わせて印字ヘッド５０を構成しているが、一つのヘッドモジュール５２を印字ヘッド５０として用いてもよい。

また、印字ヘッド５０は、カラーフィルタ基板２０の全域をカバーするフルライン型のヘッドを構成してもよい。この場合には、ヘッド５０と同様に、モジュール５２をを略直線上につないで形成することもできるし、千鳥状に配置することもできる。このように構成することで、印字ヘッド５０がカラーフィルタ基板２０の搬送方向と直交する方向に往復動作する場合と比較し、高速に印字することが可能となり、生産性を向上させることができる。なお、この場合は、図５に示すＸ方向において、ヘッドモジュールをつなぎ、カラーフィルタ基板２０の全域をカバーし、図５に示すＹ方向がカラーフィルタ基板２０の搬送方向となる。

図８は、画素形成部１３のシステム構成を示す要部ブロック図である。図８に示すように、画素形成部１３は、通信インターフェース２０４、システムコントローラ２０６、プリント制御部２０８、画像メモリ２１０、画像バッファメモリ２１２、予備処理部３４、半硬化部３６、ヘッドドライバ２２０等を備えている。

通信インターフェース２０４にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。

システムコントローラ２０６は、ＣＰＵ（演算部）と画像処理用ＩＣ（ＤＳＰ）、メモリコントローラから構成してもよいし、これらの機能をワンタッチ化したＩＣ（プロセッサ）で構成してもよい。

ホストコンピュータ２０２から送出されたカラーフィルタデータは通信インターフェース２０４を介して画素形成部１３に取り込まれ、一旦画像メモリ２１０に記憶される。取り込まれたカラーフィルタデータは展開され、プラテン３２の図示しない搬送機構を制御する搬送系制御信号が生成される。搬送系制御信号はシステムコントローラ２０６から図示しない搬送機構及び予備処理制御部２１４、照射制御部２１６へ加えられる。なお、画像メモリ２１０にはＲＡＭが適用されるが、半導体素子だけでなくハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。

プリント制御部２０８は、画像メモリ２１０から送られたカラーフィルタデータに対して各種の画像処理や補正処理を施し、ヘッドドライバ２２０へ出力する。プリント制御部２０８には、カラーフィルタデータを処理する際にデータやパラメータなどを一時的に格納するための画像バッファメモリ１１２が備えられている。なお、画像バッファメモリ１１２は、画像メモリ２１０と兼用することも可能である。また、プリント制御部２０８に用いられるプロセッサに内蔵されているメモリを用いてもよい。

ヘッドドライバ２２０は、プリント制御部２０８から送られたカラーフィルタデータに基づいて、各色ヘッドのアクチュエータ１２２を駆動する。ヘッドドライバ２２０には、ヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

予備処理制御部２１４は、システムコントローラ２０６の指令に従い、予備処理部３４における処理温度、処理時間等を制御する。同様に、照射制御部２１６は、半硬化部３６を制御する。

なお、保護膜形成部１４も、以上説明した画素形成部１３と同様に、透明インクを吐出する透明インク印字部と、着色インクと透明インクを硬化させる熱硬化処理部とを有して構成される。

しかし、装置が大型化するのを防ぐために、透明インクを吐出するノズルを備えた透明インク印字ヘッド５０Ｔを画素形成部１３の印字部５１内に設けるとともに、着色インクと透明インクを硬化させる熱硬化処理部３８を画素形成部１３内に設け、画素形成部１３が保護膜形成部１４を含む形に構成し、カラーフィルタ基板２０を搬送するプラテン３２を逆送可能に構成してもよい。また、透明インク印字ヘッド５０Ｔは、ヘッドドライバ２２０を介してプリント制御部２０８で制御するとともに、加熱硬化部３８を加熱制御部２１８で制御するようにする。

そして、まず、画素形成部１３の印字部５１で各着色インクを打滴した後、予備処理部３４で着色インクを乾燥する。またこのとき前述したように、さらに着色インクを半硬化してもよいが、必ずしも半硬化しなくともよい。そして、再度カラーフィルタ基板２０を印字部５１に逆送して、今度は透明インク印字ヘッド５０Ｔで各着色インク上に透明インクを打滴し、予備処理部３４で透明インクに対し予備処理（溶媒除去）を行う。続いて半硬化部３６により、着色インクと透明インクを同時に硬化（半硬化）し、その後加熱処理部３８において、着色インクと透明インクに対して熱硬化処理を行う。なお、上記着色インクと透明インクの硬化にはＵＶ硬化を併用するようにしてもよい。

以下、本発明に係るカラーフィルタ製造方法について説明する。

図９は、カラーフィルタ製造方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。

まず、図９のステップＳ１００の隔壁形成工程において、隔壁形成部１１により、カラーフィルタ基板２０上に隔壁２２を形成する。隔壁２２は、遮光性を有し、ブラックマトリクスの機能を持つものである。カラーフィルタ基板２０上に、この隔壁２２の開口部に着色インクを打滴するための画素エリア２４が形成される（図２参照）。

次に、ステップＳ１１０の撥液処理工程において、撥液処理部１２により、隔壁２２に撥インク処理を施す。これは前述したように、画素エリア２４に打滴した着色インクが隔壁２２を越えて溢れることにより隣接画素間での混色を防止するために行われるものである。

次に、ステップＳ１２０のＲＧＢインクのＩＪ（インクジェット）打滴工程において、画素形成部１３によりインクジェット法によって隔壁２２内の画素エリア２４にＲＧＢの着色インクを打滴する（図３参照）。すなわち、画素形成部１３の印字部５１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各着色インクをインクジェット方式により画素エリア２４に打滴する。

ここで、着色インクについて説明する。着色インクは、色材、溶媒、重合性モノマー及び界面活性剤を含んで構成される。

色材としては、顔料、染料を使用することができる。顔料よりコントラスト、色再現域、輝度に優れる染料を利用するのが好ましい。後述するようにこの後インク層の上に透明インク層を形成するので、染料を用いてもカラーフィルタに要求される耐熱性、耐薬性、耐光性を満たすことができる。

溶媒としては、各成分の溶解性や沸点、安全性を考慮して選ばれることが好ましい。また、一種ではなく、複数種で構成してもよい。インクジェット吐出の安定性の観点から、主溶媒の沸点が高いもの（１００℃以上）が好ましい。例として、シクロヘキサノン、Ｎ−メチルピロリドン、ベンジンアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、１，３−ブチレングリコールジアセテート、ジシクロヘキシルメチルアミン等がある。

重合性モノマーとしては、特に制限は無いが、各種置換基のバリエーションが多く、入手が容易な点で、（メタ）アクリル系モノマー、エポキシ系モノマー、及びオキセタニル系モノマーから選択される１種以上を含有することが好ましい。例として、ＤＰＣＡ−６０（日本化薬社製（ＫＡＹＡＲＡＤ ＤＰＣＡ−６０）、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）、ＤＰＨＡ（日本化薬社製（ＫＡＹＡＲＡＤ ＤＰＨＡ）、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）、ＡＤ−ＴＭＰ（新中村化学工業社製（ＮＫエステルＡＤ−ＴＭＰ）、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート）などがある。

また、ＵＶ硬化を利用する場合には重合性モノマーの重合反応を促進する目的で、重合開始剤を添加する。重合開始剤としては、例えば、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ３６９（チバスペシャルティケミカルズ社製）、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ８１９（チバスペシャルティケミカルズ社製）、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ＯＸＥ ０２（チバスペシャルティケミカルズ社製）、ＤＡＲＯＣＵＲ ＴＰＯ（チバスペシャルティケミカルズ社製）などがある。

また、インクジェット吐出性の調整に界面活性剤を用いることができる。界面活性剤の例としては、ＫＦ−３５３（信越シリコーン社製、ポリエーテル変性シリコーンオイル）、ＢＹＫ−３７７（ビックケミー社製、ポリエーテル変性ジメチルシロキサン混合物）、Ｓｏｌｓｐｅｒｓｅ２００００（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ社製）、Ｆ７８１−Ｆ（大日本インキ化学工業製（メガファックＦ７８１Ｆ））などがある。

また本実施例において、着色インクＲＧＢ及び透明インクＴについては、以下の表１に示すものを用いた。なお、表における数値は重量％である。

ＲＧＢ間で同じ滴量が吐出するように印字ヘッド５０の吐出駆動波形を調整し、隔壁２２内の画素エリア２４に対して、１画素内に同じ滴数で描画したときに、カラーフィルタとして必要な色特性が発現するように調整した。また、このときの膜厚はＧ＞Ｒ＞Ｂとなった。

ここでは着色インクＲＧＢ間で隔壁２２内の画素エリア２４に対して１画素内の打滴数が同じであるため、画素エリア２４に対する着弾液滴の位置を色間で同一にすることができ、着弾位置ずれによる白抜けや、溢れを防止することが比較的容易である。

また、次の表２に示すように、各インクにおける固形分量を各色で同一にしたインクを利用した。

このとき、カラーフィルタとして必要な色特性が発現するように、隔壁２２内の画素エリア２４に対して１画素内への打滴量を調整したところ、Ｇに対してＲは９２％、Ｂは８５％となった。また、膜厚は打滴量に比例して、Ｇ＞Ｒ＞Ｂとなった。

このインクは粘度表面張力がインクにより変わらず略一定であるため、インク間での吐出安定性の差が少なく、良好な吐出特性を得ることが可能である。

なお、ＵＶ硬化を併用した場合には、上記インクに２重量％のＩＲＧ−８１９を添加してインクを作成した。

また、染料としては、以下の式［化１］〜［化４］で表される化合物が好適に用いられる。

また、次の式［化５］において、Ｒ１〜Ｒ３を以下の式［化６］とし、Ｒ４を以下の式［化７］として、Ｍ１をＣｕとした化合物も好適に用いられる。

さらに、次の式［化８］において、Ｒ１〜Ｒ３を以下の式［化９］とし、Ｒ４を以下の式［化１０］として、Ｍ１をＣｕとした化合物も好適に用いられる。

表１、２の染料として、Ｒ用Ｍは［化１］で表される化合物、Ｒ用Ｙは［化３］で表される化合物、Ｇ用Ｙは［化２］で表される化合物、Ｇ用Ｃは［化５］においてＲ１〜Ｒ３を式［化６］、Ｒ４を式［化７］、Ｍ１をＣｕとした化合物、Ｂ用Ｃは［化８］においてＲ１〜Ｒ３を式［化９］、Ｒ４を式［化１０］、Ｍ１をＣｕとした化合物、Ｂ用Ｍは［化４］で表される化合物を用いた。

次に、ステップＳ１３０の乾燥工程において、画素形成部１３の印字部５１の下流にある予備処理部３４（乾燥処理部）により、各画素エリア２４内に打滴された着色インクに含まれる溶媒を乾燥して除去する。乾燥処理は、ホットプレート、オーブン、真空乾燥装置等で行われる。ホットプレート、オーブンを利用したときの加熱温度及び加熱時間については、インクの組成や画素の厚み等の特性に応じて適宜設定すればよいが、例えば、８０℃〜１５０℃、２分〜２０分の範囲で良好な特性が得られる。

次に、ステップＳ１４０の透明インクのＩＪ打滴工程において、保護膜形成部１４により、隔壁２２内の画素エリア２４に打滴されたＲＧＢの着色インク上の少なくとも一色以上の上に透明インクを各着色インクの膜厚に応じてインクジェット法によって打滴する。

透明インクを着色インク（ＲＧＢインク）の上にその膜厚に応じて配置することで、ＲＧＢ間の高さばらつきやＲＧＢと隔壁２２との段差を補い、レベリング性を良好にする効果がある。透明インクは、着色インクの色材を除いたもので構成される。インクジェット適性を着色インクと合わせるために、重合性モノマー量のインクに対する比率を着色インクより多くすることが望ましい。その他バインダ等の粘度調整剤を添加してもよい。

このように、透明インクを着色インクの上に配置したことにより、最表面に色材が存在しないため、耐薬性、耐熱性、耐光性等を向上させるＲＧＢ層の保護膜として働くので、従来、耐薬性、耐熱性、耐光性の観点から使用が限定的であつた染料を色材として用いることが可能となる。

また、青（Ｂ）に利用されるバイオレット染料の耐薬性、耐熱性、耐光性が特に低いので、青（Ｂ）の透明インク層が他の色より厚いことが望まれる。用途によっては、青（Ｂ）のみ透明インク層を設けることでも効果がある。また、染料を使用することで、顔料の欠点であったコントラスト、色再現域、輝度の改善が可能となる。

なお、保護膜形成部１４の透明インクをインクジェット法で打滴する装置としては、ＲＧＢ各着色インクを吐出するヘッドと同様の構成を有する装置を利用することができる。すなわち、前述したように、カラーフィルタ基板２０を搬送するプラテン３２を逆送可能とし、透明インクを吐出する透明インク印字ヘッド５０Ｔを画素形成部１３の印字部５１内に設置するとともに、熱硬化処理を行う加熱硬化部３８を画素形成部１３内に設けるようにしてもよい（図８参照）。これにより、予備処理部３４で各着色インクを乾燥したカラーフィルタ基板２０を、再び印字部５１に逆送して、各着色インクの上に透明インク印字ヘッド５０Ｔから透明インクを打滴することができる。

なお、各着色インクの膜厚に応じて透明インクを打滴するためには、例えば、各着色インクが乾燥工程による溶媒除去によりどの程度の膜厚になるかを予め測定し、そのデータを保持しておき、そのデータに基づいて透明インクを打滴するようにすればよい。

次に、ステップＳ１５０の乾燥工程において、各着色インクの上に打滴した透明インクを乾燥させる。これは着色インクと同様の乾燥装置を利用することができる。すなわち、上述したように、カラーフィルタ基板２０を逆送して透明インクを打滴するようにした場合には、画素形成部１３の予備処理部３４で各着色インクと同様に透明インクを乾燥することができる。

次に、ステップＳ１６０の熱硬化工程において、加熱硬化部３８における熱硬化処理により着色インクと透明インクを同時に重合させる。

すなわち、ホットプレートやオーブンによる熱硬化を行うことで、着色インクと透明インクを同時に重合させる。これには、１８０℃〜２５０℃で、２０分〜６０分の重合条件で行うとよい。

また、過加熱による透明インクの流動性アップにより、隔壁２２からの溢れに注意して加熱条件を設定する必要がある。隔壁２２からの溢れに対しては透明インクへの界面活性剤の添加が望ましい。界面活性剤の選択は、インクジェット吐出性や、溢れ、溶媒やモノマーを加味して適宜選択すればよい。透明インクは色材がないためインク構成として簡単で界面活性剤の選択範囲が広がるため、着色インクより溢れ防止は容易である。

さらに、着色インクと同様に溢れ防止に対しては、熱重合の前にＵＶ硬化を行うこともできる。なお、着色インクと透明インクを同時に重合させる工程をＵＶ照射と熱重合を併用して行うようにしてもよい。しかし、ＵＶ光等の光照射による光硬化の方法のみにより完全硬化することは、着色インクの色材の吸収性から多大な露光量が必要となり（１００倍以上）、現実的ではないと考えられる。

このように、着色インクと透明インクを同時に重合した後、液晶表示方式に応じて、この上に、透明電極（ＩＴＯ）、柱状スペーサ（ＰＳ）、ＭＶＡ方式用リブ、さらなる平坦化のための全面均一オーバーコート（ＯＣ）等を適宜形成することにより、カラーフィルタとして完成する。

以上説明したカラーフィルタ製造方法を、各工程におけるカラーフィルタ基板２０の状態を示して説明する。

図１０に、上記カラーフィルタ製造方法の各工程におけるカラーフィルタ基板２０の状態を模式的に示す。

まず、図１０（ａ）に、図９のステップＳ１２０のＲＧＢインクのＩＪ打滴工程後の状態を示す。カラーフィルタ基板２０上に形成された隔壁２２の開口部である画素エリア２４にそれぞれ赤インク（Ｒ）、緑インク（Ｇ）、青インク（Ｂ）が打滴されている。

このとき、前述したように、青（Ｂ）のインクに利用されるバイオレット染料の耐薬性、耐熱性、耐光性が特に低いので、青（Ｂ）に対する透明インク層を他の色のインクよりも厚くするため、青インク（Ｂ）の打滴量が他よりも少なくなっている。

次に図１０（ｂ）に、図９のステップＳ１３０の乾燥工程後の状態を示す。このとき、図に示すように、各着色インクの溶媒が除去されて、緑インク（Ｇ）は略隔壁２２の高さ、赤インク（Ｒ）は隔壁２２より少し低く、また青インク（Ｂ）は隔壁２２よりかなり低くなっている。

次に図１０（ｃ）に、図９のステップＳ１４０の透明インクのＩＪ打滴工程後の状態を示す。図に示すように、緑インク（Ｇ）には透明インクは打滴されず、赤インク（Ｒ）及び青インク（Ｂ）に対してのみ透明インク（Ｔ）が打滴されている。さらに、このとき赤インク（Ｒ）よりも青インク（Ｂ）の方が透明インク（Ｔ）の打滴量が多くなっている。

次に図１０（ｄ）に、図９のステップＳ１６０の熱硬化工程後の状態を示す。図に示すように、各着色インク（ＲＧＢインク）と透明インク（Ｔ）が重合された結果、それぞれの高さが略隔壁２２の高さに均一化されている。

このように、本実施形態においては、各着色インクを打滴した後、乾燥させるだけで、従来のように本硬化は行なわず、透明インクを打滴してから、最後に着色インクと透明インクを同時に硬化させるようにしたため、特に時間がかかる本硬化工程が削減されたことにより、大きな工程削減効果が得られ、また、着色インクの膜厚（打滴量）に応じて透明インクを打滴するようにしたため、画素間の厚みが均一化される。

次に、本発明のカラーフィルタ製造方法の第２の実施形態について説明する。

図１１に、カラーフィルタ製造方法の第２の実施形態のフローチャートを示す。

図１１に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタ製造方法は、前述した第１の実施形態に対して、ＲＧＢインクのＩＪ打滴工程の後の乾燥工程の次に半硬化（ＵＶ照射）工程を追加したものであり、その他の工程は第１の実施形態と同様である。

そこで、図１１のステップＳ２４０の半硬化工程についてのみ説明する。

この半硬化工程は、カラーフィルタ基板２０上に隔壁を形成し、隔壁上に対して撥液処理を行い、隔壁で仕切られた画素エリアに着色インクを打滴して、着色インクを乾燥させた後に行われるものである。

すなわち、有機溶剤を乾燥除去させた着色インクに対して、さらにエネルギーを与えて半硬化させる。半硬化させることにより、この後の透明インクの打滴において、着色インクと透明インクとが溶解せず、透明インクが着色インクの保護膜として働くためにより有効となる。

半硬化の方法としては、画素形成部１３の予備処理部３４による乾燥に引き続き、加熱硬化部３８におけるホットプレートやオーブンによる熱硬化を行うことや、半硬化部３６におけるＵＶ光等の光照射による光硬化の方法がある。

熱硬化においては、過加熱による着色インク流動性アップにより、着色インクの隔壁２２からの溢れに注意して加熱条件を設定する必要がある。

ＵＶ硬化は、着色インクの色材の吸収特性から容易に半硬化（表面のみ硬化）が可能である。また、ＵＶ光源としては、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハイパワーメタルハライドランプ等を利用することができる。なお、ＵＶ硬化のみを利用して完全硬化することは着色インクの色材の吸収特性から多大な露光量（１００倍以上）が必要となるため現実的ではない。

また実際に、石英ガラスに着色インク（ＲＧＢ）、及び透明インク（Ｔ）をそれぞれスピンコートで塗布し、上述したカラーフィルタ形成プロセスにより膜硬化したサンプルを用いて紫外線領域の吸光度を分光光度計（日本分光性Ｖ−５６０）で測定した測定結果を図１２に示す。

図１２において、横軸は波長、縦軸は吸光度であり、ＲのグラフはＲインク、ＧのグラフはＧインク、ＢのグラフはＢインク、Ｔのグラフは透明インクの特性をそれぞれ示している。

図１２に示すように、紫外線領域では、吸光度は１以上で、膜下部には紫外線が到達していないことがわかる。従って、ＵＶ硬化を行った場合、上部のみ硬化して、下部は硬化していない状態、すなわち半硬化状態であると推定できる。

また、ＵＶ露光量をアップすれば、下部まで硬化可能であるが、ここでは現実的な値として、２０００ｍＪ／ｃｍ^２を照射した。

このように、ＲＧＢインクを半硬化した後、第１実施形態と同様に、各着色インク上に透明インクを打滴し、乾燥させて、各着色インクと透明インクを同時に熱硬化させて重合させることでカラーフィルタが製造される。

このように、本実施形態においては、各着色インクを打滴した後、乾燥及び半硬化させるだけで、従来のように本硬化は行なわず、透明インクを打滴してから、最後に着色インクと透明インクを同時に硬化させるようにしたため、特に時間がかかる本硬化工程が削減されたことにより、大きな工程削減効果が得られ、また、画素間の厚みが均一化される。特に、本実施形態では、半硬化させることにより、着色インクの上に透明インクを打滴したときにこれらのインクが溶解することがなく、透明インクが各着色インクの保護膜となる。

以上、本発明のカラーフィルタ製造方法及びカラーフィルタ製造装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…カラーフィルタ製造装置、１１…隔壁形成部、１２…撥液処理部、１３…画素形成部、１４…保護膜形成部、２０…カラーフィルタ基板、２２…隔壁、２４…画素エリア、２６…カラーフィルタ、３２…プラテン、３４…予備処理部（乾燥処理部）、３６…半硬化部、３８…加熱硬化部、５０（５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ）…（着色インク）印字ヘッド、５０Ｔ…透明インク印字ヘッド、５１…印字部、５２…ヘッドモジュール

Claims (10)

1. 基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に分光特性の異なる複数の着色インクをインクジェット法で打滴する工程と、
   前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクの溶媒を乾燥させる工程と、
   前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクのうち少なくとも一つ以上の着色インクに対してその上にその着色インクの膜厚に応じて透明インクをインクジェット法で打滴する工程と、
   前記打滴された透明インクの溶媒を乾燥させる工程と、
   前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる工程と、
   を備えたことを特徴とするカラーフィルタ製造方法。
2. 前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる工程は、熱重合工程であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ製造方法。
3. 前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる工程は、紫外線照射工程と熱重合工程であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ製造方法。
4. 前記複数の着色インクの溶媒を乾燥させる工程の後、前記透明インクをインクジェット法で打滴する工程の前に、前記複数の着色インクを半硬化させる工程を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルタ製造方法。
5. 前記複数の着色インクを半硬化させる工程が、紫外線照射工程であることを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタ製造方法。
6. 前記透明インクの主成分は、前記着色インクの色材を除いたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルタ製造方法。
7. 前記透明インクの重合モノマーのインクに対する比率が前記着色インクのそれよりも多いことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカラーフィルタ製造方法。
8. 基板上に形成された遮光性を有する隔壁で囲まれた開口部の内側に分光特性の異なる複数の着色インクをインクジェット法で打滴する手段と、
   前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクの溶媒を乾燥させる手段と、
   前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インクのうち少なくとも一つ以上の着色インクに対してその上にその着色インクの膜厚に応じて透明インクをインクジェット法で打滴する手段と、
   前記打滴された透明インクの溶媒を乾燥させる手段と、
   前記開口部の内側に打滴された前記複数の着色インク及びその上に打滴された前記透明インクのモノマーを同時に重合させる手段と、
   を備えたことを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
9. 前記透明インクの主成分は、着色インクの色材を除いたものであることを特徴とする請求項８に記載のカラーフィルタ製造装置。
10. 前記透明インクの重合モノマーのインクに対する比率が前記着色インクのそれよりも多いことを特徴とする請求項８または９に記載のカラーフィルタ製造装置。

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