JP3713468B2 - インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明はインクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置に関し、特に、リアルタイムに校正することができる位置合わせ機能を有するとともに、印加される電界を通じてインクの液滴を均一に広げることができる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタは、主として３つの分野で使用される。第１に、カラーフィルタは、ＣＣＤ（電荷結合素子）などのイメージセンサにおいて用いられ、第２に、液晶シャッタなどのラインセンサにおいて用いられ、第３に、ＴＮ（Twisted Nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）、およびＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などのディスプレイにおいて用いられる。これらの製品の需要が増加するにつれて、カラーフィルタの需要も増大している。したがって、カラーフィルタの製造コストを低減することが、この分野の重要な問題となってきている。
【０００３】
従来のカラーフィルタ製造方法は、４つのタイプに大別することができる。そして、どの方法であっても、着色、クリーニング、乾燥、現像、およびエッチングを含む比較的複雑な工程を要求するものであり、製造コストを低減することは、かなり困難であった。そこで、さらなるコストの低減を目的とし、大きな技術的進歩といえるインクジェット式の製造方法の発明がなされた。このインクジェット式の製造方法は、フィルタ基板のブラックマトリックス（画素周囲の黒い地の部分）の凹部内へインクの液滴（インクドロップレット）を直接的に打ち込む。異なる種類のフィルタは、異なるカラー描画パターンを有する。一般的には、赤（R)、緑（G)、および青（B)の色は、基本画素要素とされる。他の半導体製造方法と比較すると、このインクジェット式の製造方法は、装置、各種材料、および製造にかかる各コストを相対的に軽減することができる。
【０００４】
しかしながら、このインクジェット方式のカラーフィルタ製造方法は、インクの液滴を所定の位置でプリントし、かつ白抜け（white omissions）が発生しないようにするために、高精度の位置決めをおこなわねばならない。一般的には、この高精度の位置決めのために光学的な修正方法が用いられる。従来技術は、インク吸収層、すなわち、インク液滴がプリントされるようにフィルタ基板上の上記凹部内に設けられた薄いインク吸収層を設計するものである。インク吸収層の拡散能力は、インク液滴の分布を所望の領域内に制限する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法は、解決すべき多くの課題を抱えている。第１に、インク吸収層の設計は、コストおよび製造工程の増加を招く。インク液滴がインク吸収層に拡散した後における、インク吸収層の拡散能力および液滴のランディング位置の精度は、インク液滴の分布を所望の領域内に制限するが、その結果として、上記の凹部内において、白抜け、または色素混合を生じさせる。このことは、カラーフィルタの品質をかなり低下させるおそれがある。さらに、位置決めに使用される光学的システムは、プリント時においてリアルタイムでない校正（ノンリアルタイム校正）をするものであるか、位置ずれを決定するためにリアルタイムなアナログ信号を解析するものである。すなわち、それらの技術は、センサによって検出される光強度分布によって位置ずれを決定するものである。しかしながら、光強度分布は光源とセンサの相対位置におけるエラーに起因して変化してしまうおそれがあるので、トラフとセンサの頂部との位置関係を正確にマッピングすることができない。さらに、検出センサとインクジェットプリントヘッドとは一緒に製作される。したがって、上述したコストの高騰の問題を別としても、プリントヘッドが、目詰まりを起こし、清浄な状態に保たれない場合には、センサを清浄な状態に保つことが難しい。したがって、プリントヘッド上のノズルの使用価値が低下してしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置を提供する。これらのカラーフィルタ製造方法および装置は、インクの液滴の塗布をさらに正確なものとするように、リアルタイムの位置修正を与える。基板上のインク液滴を均一化するために電界が印加され、液滴の外形を変形し、ぬれ性を改善する。このぬれ特性は、従来技術において設計されたインク吸収層の代わりを担う。したがって、本発明は、製造工程を簡単化し、製造コストの低減をもたらす。
【０００７】
本発明のインクジェット方式のカラーフィルタ製造装置は、電界発生器、可動プラットホーム、インクジェット式プリントヘッドモジュール、光学式検出系、および制御系を備える。可動プラットホームは、カラーフィルタ基板を支持する。その基板上のブラックマトリックスは、インクの液滴を収容するための格子構造を形成する。このブラックマトリックスの機能は、色素混合を防止し、色の鮮鋭度を強めることである。フォトレジスト層は、インク液滴の飛散（スパッタリング）を防ぐための遮蔽壁を構成するために、ブラックマトリックスの上を被覆する。光学式検出系は、フィルタ基板上の上記の格子構造とインクジェット式プリントヘッドモジュールとの間の位置ずれを検出し、フィルタ基板とインクジェット式プリントヘッドのノズルとの相対的な位置を瞬時に校正し、高精度のプリントを達成する。光学式検出系の光源は、フィルタ基板の下方に設けられ、検出器は、基板を通じて貫通された光の強度を直接的に測定する。この検出器（たとえば、ＣＣＤ）におけるアナログ信号は、ブラックマトリックスの格子構造の中央位置を高精度に決定するためのデジタル信号に変換される。インクの液滴が基板上に到達した後に、電界発生器は、電界（交流電界または直流電界）をインクの液滴へ印加する。したがって、その液滴は、電気毛管効果を受けて、所定の格子範囲内に均一的に広がって分布する。本発明は、インク吸収層を設けることなく、インクの液滴の良好な分布を達成する。この開示された製造方法によれば、電極が、まずフィルタ基板上に配置される。その電極は、フィルタ基板の表面に配置されてもよく、または裏面に配置されてもよい。プリント工程においては、インクの液滴が帯電された後に、このインク液滴へ電界が印加されて、この結果、インク液滴を格子状の印刷フレーム内に均一に分布させる。そして最後に、基板上のインクを乾燥して、キュアリングする。
【０００８】
具体的には、本発明の目的は以下の構成により達成される。
【０００９】
（１）本発明のインクジェット方式のカラーフィルタ製造装置は、導電性インクの液滴をカラーフィルタ基板上にプリントするとともに当該インクの液滴を均一に分布させる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造装置であって、少なくとも一つのノズルと、前記カラーフィルタ基板上へ前記インクの液滴を塗布するための個別のプリントヘッドを備える各色の着色剤と、を備えるプリントヘッドモジュールと、前記カラーフィルタ基板を支持しつつ、当該カラーフィルタ基板と前記プリントヘッドモジュールとを相対的に移動させる可動プラットホームと、インクが前記カラーフィルタ基板に塗布された後に、当該インク付きのカラーフィルタ基板に電界を印加することにより電気毛管効果を生じさせて、当該塗布された後のインクの液滴を変形させて均一に分布させる電界発生器と、前記カラーフィルタ基板と前記ノズルとの相対的な位置を検出する光学式検出系と、前記プリントヘッドモジュール、前記可動プラットホーム、前記電界発生器、および前記光学式検出系を制御する制御系と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
（２）上記の光学式検出系は、前記カラーフィルタ基板上に設けられたプリントフレームの境界のトラックを検出し、前記カラーフィルタ基板と前記ノズルとの相対的な位置を確認する。
【００１１】
（３）上記のプリントフレームは、２次元のブラックマトリックスである。
【００１２】
（４）上記の光学式検出系は、前記カラーフィルタ基板の下方にある光源を用いて、当該カラーフィルタ基板を通過した光の強度を検出し、前記カラーフィルタ基板とノズルとの相対的な位置を決定する。
【００１３】
（５）上記の電界発生器は、直流および交流からなる群から選択される電流を用いて前記電界を生じさせる。
【００１４】
（６）上記の電界発生器は、互いに反対の極性を持った二つの電極を含んでおり、当該電極は、インクの液滴の両側に設けられる。
【００１５】
（７）上記の電極の一方は、前記プリントヘッドモジュールの一側部にあり、電極の他方は、前記カラーフィルタ基板の一の面に設けられる。
【００１６】
（８）上記のプリントヘッドモジュールの一側部にある電極は、当該プリントヘッドモジュールと一体化されている。
【００１７】
（９）上記のプリントヘッドモジュールの一側部にある電極は、当該電極と前記プリントヘッドモジュールのノズルとの間の相対的な距離を変更するために当該電極およびカラーフィルタ基板を調整する第１高さ調整部を備える。
【００１８】
（１０）上記の電極の一方は、前記プリントヘッドモジュールの一側部にあり、前記電極の他方は、前記カラーフィルタ基板の底面に配置される。
【００１９】
（１１）上記のプリントヘッドモジュールは、当該プリントヘッドモジュールと前記カラーフィルタ基板との間の相対的な距離を調整する第２高さ調整部を有する。
【００２０】
（１２）本発明のインクジェット方式のカラーフィルタ製造方法は、導電性インクの液滴をカラーフィルタ基板上にプリントするとともに当該インクの液滴を均一に分布させる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法であって、前記カラーフィルタ基板上に電極を設ける工程と、前記カラーフィルタ基板上にプリントフレームを形成する工程と、前記カラーフィルタ基板とノズルとを位置合わせする工程と、前記プリントフレームの内側にインクの液滴を吐出する工程と、インクが前記カラーフィルタ基板に塗布された後に、前記電極によって前記インクの液滴に電界を印加して、当該塗布された後のインクの液滴を変形させて均一に分布させる工程と、を有することを特徴とする。
【００２１】
（１３）上記の電極は、前記カラーフィルタ基板の上面に設けられる。
【００２２】
（１４）上記の電極は、前記カラーフィルタ基板の底面に設けられる。
【００２３】
（１５）上記のカラーフィルタ基板において、さらに、インクの液滴の飛散を防止する遮蔽壁が前記プリントフレーム上に形成される。
【００２４】
（１６）上記のさらに、前記カラーフィルタ基板へインクの液滴が吐出された後に、前記遮蔽壁を取り除く工程を有する。
【００２５】
（１７）上記のプリントフレームは、二次元のブラックマトリックスである。
【００２６】
（１８）上記のカラーフィルタ基板とノズルとの位置合わせは、前記プリントフレームの境界のトラックを用いて達成される。
【００２７】
（１９）上記のカラーフィルタ基板に前記インキの液滴を塗布した後に、キュアリングする工程を備える。
【００２８】
（２０）上記のキュアリングは、真空キュアリング、熱処理キュアリング、およびＵＶキュアリングからなる群から選ばれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、以下に与えられる詳細な説明により完全に理解されるが、この説明は、本発明を限定するものではない。
【００３０】
図１に示されるとおり、開示されるインクジェット方式のカラーフィルタ製造装置は、インクジェット式プリントヘッドモジュール１１、可動プラットホーム１６、電界発生器１２、光学式検出系、および制御系を有する。プリントヘッドモジュール１１は、各色（赤、緑、および青）別に少なくとも一つのノズルを備えている。各色の着色剤は、インクの液滴を基板１７上にプリントするための個々のプリントヘッドに対応している。可動プラットホーム１６は、インクを吐出するプリントヘッドへ向けて基板１を支持する。支持フレーム１４は、インクジェット式のプリントヘッドモジュール１１を搭載するために設けられる。駆動モータ１５は、カラーフィルタ基板１７とインクジェット式プリントヘッドモジュール１１とをＸ−Ｙ−θの各方向に沿って相対的に移動する。
【００３１】
光学式検出系は、基板１７とインクジェット式プリントヘッドモジュール１１との間の相対的な位置を検出するための第１光学式モジュール１３および第２光学式モジュール１０とを備える。第１光学式モジュール１３は、たとえば、リニアＣＣＤであってもよく、基板１７の位置を検出するための用いられる。また、第２光学式モジュール１０は、リニアＣＣＤであってもよく、インクジョット式のプリントヘッドモジュール１１のノズルと後述するインク液滴トラックとの間の相対的な位置関係を検出する。このように、第１光学式モジュール１３は、位置の荒校正を行い、第２光学式モジュール１０は、リアルタイムであり高精度の位置校正を実行する。
【００３２】
基板１７に対するプリントヘッドの位置および角度の校正および位置決めは、図３Ａに示される。光源（図示していない）からの基板１７を通過した光の強度が、第２光学式モジュール１０により測定される。光源は、点光源、またはバックライトであってもよく、この点については、第１光学式モジュール１３の場合も同様の設計とすることができる。位置の決定のために、光の強度はデジタル信号へ変換される。たとえば、この強度がしきい値を超えていれば、プリントフレーム内の領域であり、すなわち着色することを必要とするプリント領域であるので、値が１に設定される。一方、この強度がしきい値よりも低ければ、そのエリアの値は、０としてマークされる。これは、たとえば、プリントフレームの境界部分である。光源からの光は、基板１７の下からのものとマージされる。光信号は、基板１７のプリント領域を通過して投射されるが、プリントフレーム３２の境界部分においては、遮光部として機能するプリントフレーム３２によって遮蔽される。第２光学式モジュール１０によって異なる時刻に検出された信号が、Ｔ１１,Ｔ１２,Ｔ１３,およびＴ１４として示されている。プリントフレーム３２の寸法は一定であるので、検出トラックにおいて、上述したシグナル０の割合が、所定のしきい値（たとえば、６０％以上）を超える場合には、その検出トラックはプリントフレーム３２の境界のトラックＴ１１であると判定するように、事前に設定しておくことができる。境界Ｔ１１と隣の境界Ｔ１４との間は、プリント領域３３となる。プリントフレーム３２は、二次元のブラックマトリックスであり得る。残りの検出トラックＴ１２およびＴ１３は、プリントフレーム３２の角度ずれを決定するために用いられる。図３Ｂに示されるとおり、第２光学式モジュールによって受信された信号においてプリントフレームにより光が遮蔽された領域では、その値は０であり、透過光強度がしきい値よりも低い。Ｔ１２およびＴ１３において信号の値０の位置を決定することによって、プリントフレーム３２の傾斜が測定される。図４Ａおよび図４Ｂに示されるとおり、プリントフレーム３２の傾斜角度は、信号Ｔ１２およびＴ１３の検出信号から読み取ることができる。傾斜角度は、この二つのトラック間の距離、モータのスピード、および複数の光学系における各ＣＣＤ画素のマッピングされた物理サイズに基づいて計算される。制御系は、駆動モータ１５を制御して、修正する。プリントフレーム３２において、上述した４本以上のトラックを設定することができる。
【００３３】
インクの液滴５６がプリントされた後、電界発生器１２は、これら液滴５６に対して電界を加えて、電気毛管効果によってインクの液滴５６が均一化される。図１１に示されるとおり、基板１７の上面または底面には電気毛管効果を導出するための電極１７が設けられている。インクの液滴５６が基板１７の表面に落ちた場合、あるいは電極２１が基板１７の上面に設けられている場合にはインクの液滴５６が電極２１の表面に落ちた場合、表面張力によって表面に形成される接触角α1は鈍角となる。他の電極２２（直流または交流）は、インクの液滴５６へ電界を印加するために使用される。電界が印加されることによって、電気毛管効果が生じて、インクの液滴５６は扁平し、接触角は、より小さくなり、鋭角α2となる（図１２参照）。電流の供給を続け、または電界強度を強めることにより、最終的には、インクの液滴５６を均一に分布させ（図１３参照）、接触角はさらに小さい角度α3となる。
【００３４】
電気毛管効果を導出するために、インクの液滴５６は導電性を有している必要がある。インクの液滴５６が導電性を有することによって、インクの液滴の表面において、電荷分布（正電荷をもつイオンまたは負電荷をもつ電子）に起因して表面張力が変化する結果、偏平した表面が得られる。インクの液滴５６の組成は、顔料、染料、顔料分散剤、バインダー、溶媒、水溶液、界面活性剤、粘度調整剤、染料可溶化剤、キレート剤、ＵＶ遮断剤（ＵＶ耐性を増すための）、ＵＶ開始剤、電解質、正電荷または負電荷を有する小さい粒子、およびそれらの組み合わせであり得る。ここで言及された溶媒は、一般的に用いられるメタノール、メチルエチルケトン、エチレングリコールメチルエーテル、アルコール、グリコール、油、脱イオン水、樹脂のメチルエステル、スチレン−アクリル酸共重合体、塩酸ジメチルアミン、ノニル−フェノキシポリエトキシエタノール、１−メチル−２−ピロリドン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、Ｏ−ブチルベンジルフタレート、チオシアン酸カリウム、フルオロケミカルＦＣ１７０Ｃ、または、ピエゾ式インクジェットプリント用溶媒もしくはサーマルインクジェットプリント用溶媒であり得る。染料は、現在利用可能な染料である。それらは、個々にまたは共に熱反応、光反応または化学反応に用いられ得る。電荷を帯びた小さい粒子とは、様々な電荷、形状、大きさ、密度、表面特性、光学的特性を有する粒子、および、インクの特性を改善するためにインクに添加することのできる有機／無機化学物質、のことである。典型的な例としては、インクの電気特性を改善するために、小さい顔料／染料粒子をインクに添加することが挙げられる。このような顔料粒子は、例えば、一般的に用いられるルチル(rutile)（Titania）、ナタセ(natase)（Titania）、硫酸バリウム、カオリン、または酸化亜鉛から選択してもよい。顔料の考えられる選択として、クロム酸鉛、シアンブルーＧＴ５５−３２９５(cyan blue GT55-3295)（American Cyanamid Company, Wayne, N.J.）、セブロンブリリアントレッド３Ｂ(sevron brilliant red 3B)（DuPont）、アゾゾールブリリアントブルーＢ(azosol brilliant blue B)（GAF, Dyestuff and Chemical Division, Wayne, N.J.）、ルバノックスレッドＣＰ−１４９５(rubanox red CP-1495)（The Sherwin-Williams Company, Cleveland, Ohio）（15630）が挙げられるが、これらの顔料に限定されない。本発明におけるこの部分は従来技術においてほとんど知られているため、さらなる詳細な説明は省略する。
【００３５】
印加された電界強度は、基板１７の材料の表面粗さ、およびインクの液滴５６の性質ならびに移動度のような各種の要因によって影響を受ける。これらの要因は、基板１７上のインク液滴５６の接触角を決定するものである。分布は、模式的に図１６に示される。ゼロチャージ点（ＰＺＣ）では、このインク液滴５６中のアニオンおよびカチオンは、電界によって引力および斥力を受けない。インク液滴５６の表面エネルギーおよび印加された電位は、以下の関係となる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここで、γは、表面エネルギーであり、Ｖは印加電位であり、γ0はＰＺＣにおける表面エネルギーであり、εは誘電率であり、ｄは二つの電極間の距離である。
【００３８】
電界を発生する方法は、二つの電極２１,２２中の一方を接地し、他方を正または負に帯電させる。あるいは、二つの電極２１,２２中の一方を正に帯電させつつ、他方を負に帯電させるような構成を採用してもよい。電気容量（ε／ｄ）を充電することによってゼロチャージ点での表面エネルギーが図１７に示されるとおり変化する。本発明において、電気容量は、高さ調整ユニット２３によって調整することができる。いくつかのケースでは、水和（たとえば、ＣｕＳＯ4＋５Ｈ2Ｏ＝ＣｕＳＯ4.５Ｈ2Ｏ）に起因する流体特性によって、アニオンが存在する部分が流体表面上に作られる。したがって、ゼロチャージ点を完全に維持するべくアニオンを流体表面から遠ざけるために、大きな負の電位を印加することが必要となる（図１８参照）。
【００３９】
図２を参照しつつ工程を説明する。図２のステップ１０１は、まずカラーフィルタ用のインクジェット式装置を初期化する。ステップ１０２は、基板１７上に電極を設ける。図５に示されるとおり、設けられた電極２１は、インジウム／スズ オキサイド（ＩＴＯ）である。しかしながら、結果としてカラーフィルタの透過性を損なうことなく、カラーフィルタに要求される性質を有する限りにおいて、他の導電性材料を用いることもできる。設けられた電極２１は、基板１７上に導電性材料を形成するか、あるいは電極２１上に基板材料１７を形成することによって形成される。基板１７上に導電性材料を形成する場合には、表面の非平坦性を考慮する必要がある一方、電極２１上に基板１７を形成する場合には、二つの電極間の距離が大きくなり、より大きな駆動電流が要求される点を考慮する必要がある。
【００４０】
その後、ステップ１０３は、プリントフレームおよび遮蔽壁構造を形成する。図６に示されるとおり、２次元ブラックマトリックス（ＢＭ）であるプリントフレーム３２は、スパッタリングおよびフォトリソグラフィー工程により基板１７（あるいは電極２１）上に形成され、（画素部分に対応する）開口部分を備える。パタニングの際の露光は、第１フォトマスク４４を用いて行なわれ、光エネルギー４３の働きによってプリントフレーム３２が形成される。そのプリントフレーム３２の厚さは、好ましくは０．５〜２μｍである。このブラックマトリックスＢＭの材料の組成は、着色された樹脂、金属、または金属酸化膜を含んでいてもよく、あるいは、金属酸化膜と金属膜との多層膜であってもよい。上記の樹脂には、カーボンブラックまたは顔料が分散されていることが望ましい。また、クロム、ジルコニウム、タンタル、およびモリブデン等の金属がプリントフレームとして用いられてもよい。一方、より好ましくは、プリントフレームとして金属酸化膜を使用し、この金属酸化膜は、上記の金属の酸化物を含む。金属または金属酸化物を用いる場合には、その厚さは、好ましくは０．５〜１μｍである。
【００４１】
同様にして、第２フォトマスク４５を用いて、インクの液滴５６の飛散を防止する遮蔽壁２７が上記のプリントフレーム３２上に形成される。この遮蔽壁３７は、撥水性材料、または上記のブラックマトリックスと同様の材料で作られ、プリントフレーム３２が樹脂で作られている場合には、親油性の効果を持つ組成を持つ樹脂を含むことにより、あるいはプリントフレーム３２が金属で作られている場合には、金属の清浄面を保つことによって、撥水性となっている。この場合、プリントフレーム３２の表面も、カップリング材を用いることによって撥水性となっている。上述したプリントフレーム３２および遮蔽壁３７を形成するための二つのフォトマスク４４、４５は、互いに異なるパターンを有することに注意すべきである。プリントフレーム３２と遮蔽壁３７との間の境界部分において未着色の部分が生じてしまうことを防止するためには、かなり多量のインクを吐出する必要があるという事実を考慮し、フォトマスク４５については、プリントフレーム３２の幅よりも狭い開口部分を有するフォトマスクパターンを使用することが好ましい。たとえば、プリントフレーム３２のフォトマスクパターンについては、開口部の幅が２３μｍ以下であり、遮蔽壁３７のフォトマスクパターンについては、開口部の幅が１５μｍ以下である。さらに、プリントフレーム３２と遮蔽壁３７とは、その厚さが異なっている。具体的には、プリントフレーム３２の厚さは、上述したとおりであり、遮蔽壁３７の厚さは、端的には２０μｍ程度である。
【００４２】
次に、第１光学式モジュール１３は、基板１７の荒調整としての位置決めを実行する（ステップ１０４）。すなわち、基板１７のインクジェットの領域が、おおよそインクジェット式プリントヘッドモジュールのノズルの直下になるように位置決めされ、所定の色がプリントされる（ステップ１０５）。この工程は、基準のノズルを基板１７上のホワイト領域へ移動し、プリントヘッドの基板１７に対する相対的な位置や角度が適切に調整される（ステップ１０６）。この基準のノズルが基板１７に着色した後、第１光学式モジュール１３はその色とテンプレート色とを検出し、プリントされたインク液滴が正常で適切か否かを確認する（ステップ１０７）。その結果、適切にプリントされていなければ、ステップ１０５および１０６が繰り返される。インクの液滴の色が不適当であるか不正常であれば、プリントヘッドの効果または清掃が必要となる場合がある。
【００４３】
校正および試験プリントの後、ステップ１０８はプリント領域３３（図８）へインクの液滴を吐出する。ステップ１０９は、電界を印加して、その結果、インク液滴５６を均一化する。電極２２は、プリントヘッドモジュール１１とともに一つのモジュールに統合することができ、この結果、電極２２は、プリントヘッドモジュール１１に伴って移動することができる。図８を参照すれば、図中の右から左へと、インクの液滴５６の吐出段階、基板１７への到達段階、設けられた電極２１と電極２２間の電界をインク液滴５６への印加して液滴表面を変形する段階、および最終的にブラックマトリックス境界部分までインク液滴５６を均一に分布させるとともに電荷を除去する段階といった、各段階が示されている。システム中に設けられた電極２２は、基板に設けられた電極２１と導電性のインク液との間に電位差を作り出す。基板に設けられた電極上の電荷は、導電性液体に影響を与え、インク液と基板との間の界面における張力を減少させる。
【００４４】
ステップ１１０は最後の色がプリントされたか否かが判断される。各色のプリントは第２光学式モジュール１０を用いて校正される。この結果、リアルタイムな校正および調整が提供され、高精度な位置決めが達成される。ステップ１１０における確認工程が実行された後、図９に示されるとおり、遮蔽壁３７は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）４６、またはエッチング工程（ステップ１１１）によって除去される。
【００４５】
最後に、フィルタ要素のカラー部分が着色されて、さらにキュアリング工程（ステップ１１２）（図１０）が要求される。キュアリングのためにＵＶ光などの光照射方法、熱処理、および真空処理が、インクの性質に基づいて用いられる。光、または光と熱の併用によって架橋結合を進行するために、光開始剤（架橋剤）が用いられる。架橋剤として、重クロム酸塩、ビスアジド、ラジカル開始剤、カチオン開始剤、アニオン開始剤などが用いられる。さらに、これらの複数の光開始剤の幾つかが混合されてもよく、あるいは他の増感剤と結合されていてもよい。さらに架橋反応を進めるために、光の照射の後に、熱処理が実行される。
【００４６】
また、図１４および図１５に示されるとおり、電極２２の高さを調整して電界強度を変更するために、電極２２には、そのプリントヘッドモジュール１１の底部からの高さＨ2、すなわち、電極２２とプリントヘッドモジュール１１のノズルとの間の相対的な距離を変更するための高さ調整部２３が設けられている。同様にプリントヘッドモジュール１１には、プリントヘッドの高さＨ2、すなわちプリントヘッドモジュール１１とカラーフィルタ基板１７との間の相対的な距離を調整して高精度のプリントを達成するための高さ調整部１１１が設けられる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置に関し、以下の効果を有する。
【００４８】
第１に、本発明は、インク吸収層の設計を必要とせず、製造工程およびコストを削減する。カラーフィルタ基板に塗布された後のインクの液滴は印加電界によって変形されるので、インクの液滴を従来に比べて均一に分布させることができる。
【００４９】
第２に、複数の光検出系は、フィルタ基板の下方に直接的に光源を備えるため、本発明は、従来技術のような反射に起因する誤りを持たない。
【００５０】
第３に、光学式の位置決め検出としてリアルタイムな位置決め検出を採用するので、インクのプリントはさらに高精度となる。
【００５１】
第４に、光検出はデジタル方式であるので、本発明は、従来の手段におけるトラフや頂部のシフトに起因する誤りを持たない。
【００５２】
第５に、複数の光検出系は、プリントヘッドモジュールから分離されているので、プリントヘッドの清掃に好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の概略図である。
【図２】 本発明における製造方法を示すフローチャートである。
【図３】 格子状のブラックマトリックスを用いた位置の校正例の概略である。
【図４】 校正状のブラックマトリックスを用いた角度の校正例の概略である。
【図５】 本発明の実施形態における製造工程を示す図である。
【図６】 図５に後続する製造工程を示す図である。
【図７】 図６に後続する製造工程を示す図である。
【図８】 図７に後続する製造工程を示す図である。
【図９】 図８に後続する製造工程を示す図である。
【図１０】 図９に後続する製造工程を示す図である。
【図１１】 液滴が表面に到達した際の液滴の接触角を示す図である。
【図１２】 液滴に電界を印加した際の液滴の接触角を示す図である。
【図１３】 さらに強い電界を印加した際の液滴の接触角を示す図である。
【図１４】 高さ調整部の概略を示す図である。
【図１５】 高さ調整部の概略を示す図である。
【図１６】 インク液滴の表面張力と電位との関係を示す図である。
【図１７】 インク液滴の表面張力と電位との関係を示す図である。
【図１８】 インク液滴の表面張力と電位との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…第２光学式モジュール、
１１…インクジェット式プリントヘッドモジュール、
１２…電界発生器、
１３…第１光学式モジュール、
１６…可動プラットホーム
１７…基板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明はインクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置に関し、特に、リアルタイムに校正することができる位置合わせ機能を有するとともに、印加される電界を通じてインクの液滴を均一に広げることができる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタは、主として３つの分野で使用される。第１に、カラーフィルタは、ＣＣＤ（電荷結合素子）などのイメージセンサにおいて用いられ、第２に、液晶シャッタなどのラインセンサにおいて用いられ、第３に、ＴＮ（Twisted Nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）、およびＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などのディスプレイにおいて用いられる。これらの製品の需要が増加するにつれて、カラーフィルタの需要も増大している。したがって、カラーフィルタの製造コストを低減することが、この分野の重要な問題となってきている。
【０００３】
従来のカラーフィルタ製造方法は、４つのタイプに大別することができる。そして、どの方法であっても、着色、クリーニング、乾燥、現像、およびエッチングを含む比較的複雑な工程を要求するものであり、製造コストを低減することは、かなり困難であった。そこで、さらなるコストの低減を目的とし、大きな技術的進歩といえるインクジェット式の製造方法の発明がなされた。このインクジェット式の製造方法は、フィルタ基板のブラックマトリックス（画素周囲の黒い地の部分）の凹部内へインクの液滴（インクドロップレット）を直接的に打ち込む。異なる種類のフィルタは、異なるカラー描画パターンを有する。一般的には、赤（R)、緑（G)、および青（B)の色は、基本画素要素とされる。他の半導体製造方法と比較すると、このインクジェット式の製造方法は、装置、各種材料、および製造にかかる各コストを相対的に軽減することができる。
【０００４】
しかしながら、このインクジェット方式のカラーフィルタ製造方法は、インクの液滴を所定の位置でプリントし、かつ白抜け（white omissions）が発生しないようにするために、高精度の位置決めをおこなわねばならない。一般的には、この高精度の位置決めのために光学的な修正方法が用いられる。従来技術は、インク吸収層、すなわち、インク液滴がプリントされるようにフィルタ基板上の上記凹部内に設けられた薄いインク吸収層を設計するものである。インク吸収層の拡散能力は、インク液滴の分布を所望の領域内に制限する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法は、解決すべき多くの課題を抱えている。第１に、インク吸収層の設計は、コストおよび製造工程の増加を招く。インク液滴がインク吸収層に拡散した後における、インク吸収層の拡散能力および液滴のランディング位置の精度は、インク液滴の分布を所望の領域内に制限するが、その結果として、上記の凹部内において、白抜け、または色素混合を生じさせる。このことは、カラーフィルタの品質をかなり低下させるおそれがある。さらに、位置決めに使用される光学的システムは、プリント時においてリアルタイムでない校正（ノンリアルタイム校正）をするものであるか、位置ずれを決定するためにリアルタイムなアナログ信号を解析するものである。すなわち、それらの技術は、センサによって検出される光強度分布によって位置ずれを決定するものである。しかしながら、光強度分布は光源とセンサの相対位置におけるエラーに起因して変化してしまうおそれがあるので、トラフとセンサの頂部との位置関係を正確にマッピングすることができない。さらに、検出センサとインクジェットプリントヘッドとは一緒に製作される。したがって、上述したコストの高騰の問題を別としても、プリントヘッドが、目詰まりを起こし、清浄な状態に保たれない場合には、センサを清浄な状態に保つことが難しい。したがって、プリントヘッド上のノズルの使用価値が低下してしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置を提供する。これらのカラーフィルタ製造方法および装置は、インクの液滴の塗布をさらに正確なものとするように、リアルタイムの位置修正を与える。基板上のインク液滴を均一化するために電界が印加され、液滴の外形を変形し、ぬれ性を改善する。このぬれ特性は、従来技術において設計されたインク吸収層の代わりを担う。したがって、本発明は、製造工程を簡単化し、製造コストの低減をもたらす。
【０００７】
本発明のインクジェット方式のカラーフィルタ製造装置は、電界発生器、可動プラットホーム、インクジェット式プリントヘッドモジュール、光学式検出系、および制御系を備える。可動プラットホームは、カラーフィルタ基板を支持する。その基板上のブラックマトリックスは、インクの液滴を収容するための格子構造を形成する。このブラックマトリックスの機能は、色素混合を防止し、色の鮮鋭度を強めることである。フォトレジスト層は、インク液滴の飛散（スパッタリング）を防ぐための遮蔽壁を構成するために、ブラックマトリックスの上を被覆する。光学式検出系は、フィルタ基板上の上記の格子構造とインクジェット式プリントヘッドモジュールとの間の位置ずれを検出し、フィルタ基板とインクジェット式プリントヘッドのノズルとの相対的な位置を瞬時に校正し、高精度のプリントを達成する。光学式検出系の光源は、フィルタ基板の下方に設けられ、検出器は、基板を通じて貫通された光の強度を直接的に測定する。この検出器（たとえば、ＣＣＤ）におけるアナログ信号は、ブラックマトリックスの格子構造の中央位置を高精度に決定するためのデジタル信号に変換される。インクの液滴が基板上に到達した後に、電界発生器は、電界（交流電界または直流電界）をインクの液滴へ印加する。したがって、その液滴は、電気毛管効果を受けて、所定の格子範囲内に均一的に広がって分布する。本発明は、インク吸収層を設けることなく、インクの液滴の良好な分布を達成する。この開示された製造方法によれば、電極が、まずフィルタ基板上に配置される。その電極は、フィルタ基板の表面に配置されてもよく、または裏面に配置されてもよい。プリント工程においては、インクの液滴が帯電された後に、このインク液滴へ電界が印加されて、この結果、インク液滴を格子状の印刷フレーム内に均一に分布させる。そして最後に、基板上のインクを乾燥して、キュアリングする。
【０００８】
具体的には、本発明の目的は以下の構成により達成される。
【０００９】
（１）本発明のインクジェット方式のカラーフィルタ製造装置は、導電性インクの液滴をカラーフィルタ基板上にプリントするとともに当該インクの液滴を均一に分布させる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造装置であって、少なくとも一つのノズルと、前記カラーフィルタ基板上へ前記インクの液滴を塗布するための個別のプリントヘッドを備える各色の着色剤と、を備えるプリントヘッドモジュールと、前記カラーフィルタ基板を支持しつつ、当該カラーフィルタ基板と前記プリントヘッドモジュールとを相対的に移動させる可動プラットホームと、インクが前記カラーフィルタ基板に塗布された後に、当該インク付きのカラーフィルタ基板に電界を印加することにより電気毛管効果を生じさせて、当該塗布された後のインクの液滴を変形させて均一に分布させる電界発生器と、前記カラーフィルタ基板と前記ノズルとの相対的な位置を検出する光学式検出系と、前記プリントヘッドモジュール、前記可動プラットホーム、前記電界発生器、および前記光学式検出系を制御する制御系と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
（２）上記の光学式検出系は、前記カラーフィルタ基板上に設けられたプリントフレームの境界のトラックを検出し、前記カラーフィルタ基板と前記ノズルとの相対的な位置を確認する。
【００１１】
（３）上記のプリントフレームは、２次元のブラックマトリックスである。
【００１２】
（４）上記の光学式検出系は、前記カラーフィルタ基板の下方にある光源を用いて、当該カラーフィルタ基板を通過した光の強度を検出し、前記カラーフィルタ基板とノズルとの相対的な位置を決定する。
【００１３】
（５）上記の電界発生器は、直流および交流からなる群から選択される電流を用いて前記電界を生じさせる。
【００１４】
（６）上記の電界発生器は、互いに反対の極性を持った二つの電極を含んでおり、当該電極は、インクの液滴の両側に設けられる。
【００１５】
（７）上記の電極の一方は、前記プリントヘッドモジュールの一側部にあり、電極の他方は、前記カラーフィルタ基板の一の面に設けられる。
【００１６】
（８）上記のプリントヘッドモジュールの一側部にある電極は、当該プリントヘッドモジュールと一体化されている。
【００１７】
（９）上記のプリントヘッドモジュールの一側部にある電極は、当該電極と前記プリントヘッドモジュールのノズルとの間の相対的な距離を変更するために当該電極およびカラーフィルタ基板を調整する第１高さ調整部を備える。
【００１８】
（１０）上記の電極の一方は、前記プリントヘッドモジュールの一側部にあり、前記電極の他方は、前記カラーフィルタ基板の底面に配置される。
【００１９】
（１１）上記のプリントヘッドモジュールは、当該プリントヘッドモジュールと前記カラーフィルタ基板との間の相対的な距離を調整する第２高さ調整部を有する。
【００２０】
（１２）本発明のインクジェット方式のカラーフィルタ製造方法は、導電性インクの液滴をカラーフィルタ基板上にプリントするとともに当該インクの液滴を均一に分布させる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法であって、前記カラーフィルタ基板上に電極を設ける工程と、前記カラーフィルタ基板上にプリントフレームを形成する工程と、前記カラーフィルタ基板とノズルとを位置合わせする工程と、前記プリントフレームの内側にインクの液滴を吐出する工程と、インクが前記カラーフィルタ基板に塗布された後に、前記電極によって前記インクの液滴に電界を印加して、当該塗布された後のインクの液滴を変形させて均一に分布させる工程と、を有することを特徴とする。
【００２１】
（１３）上記の電極は、前記カラーフィルタ基板の上面に設けられる。
【００２２】
（１４）上記の電極は、前記カラーフィルタ基板の底面に設けられる。
【００２３】
（１５）上記のカラーフィルタ基板において、さらに、インクの液滴の飛散を防止する遮蔽壁が前記プリントフレーム上に形成される。
【００２４】
（１６）上記のさらに、前記カラーフィルタ基板へインクの液滴が吐出された後に、前記遮蔽壁を取り除く工程を有する。
【００２５】
（１７）上記のプリントフレームは、二次元のブラックマトリックスである。
【００２６】
（１８）上記のカラーフィルタ基板とノズルとの位置合わせは、前記プリントフレームの境界のトラックを用いて達成される。
【００２７】
（１９）上記のカラーフィルタ基板に前記インキの液滴を塗布した後に、キュアリングする工程を備える。
【００２８】
（２０）上記のキュアリングは、真空キュアリング、熱処理キュアリング、およびＵＶキュアリングからなる群から選ばれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、以下に与えられる詳細な説明により完全に理解されるが、この説明は、本発明を限定するものではない。
【００３０】
図１に示されるとおり、開示されるインクジェット方式のカラーフィルタ製造装置は、インクジェット式プリントヘッドモジュール１１、可動プラットホーム１６、電界発生器１２、光学式検出系、および制御系を有する。プリントヘッドモジュール１１は、各色（赤、緑、および青）別に少なくとも一つのノズルを備えている。各色の着色剤は、インクの液滴を基板１７上にプリントするための個々のプリントヘッドに対応している。可動プラットホーム１６は、インクを吐出するプリントヘッドへ向けて基板１を支持する。支持フレーム１４は、インクジェット式のプリントヘッドモジュール１１を搭載するために設けられる。駆動モータ１５は、カラーフィルタ基板１７とインクジェット式プリントヘッドモジュール１１とをＸ−Ｙ−θの各方向に沿って相対的に移動する。
【００３１】
光学式検出系は、基板１７とインクジェット式プリントヘッドモジュール１１との間の相対的な位置を検出するための第１光学式モジュール１３および第２光学式モジュール１０とを備える。第１光学式モジュール１３は、たとえば、リニアＣＣＤであってもよく、基板１７の位置を検出するための用いられる。また、第２光学式モジュール１０は、リニアＣＣＤであってもよく、インクジョット式のプリントヘッドモジュール１１のノズルと後述するインク液滴トラックとの間の相対的な位置関係を検出する。このように、第１光学式モジュール１３は、位置の荒校正を行い、第２光学式モジュール１０は、リアルタイムであり高精度の位置校正を実行する。
【００３２】
基板１７に対するプリントヘッドの位置および角度の校正および位置決めは、図３Ａに示される。光源（図示していない）からの基板１７を通過した光の強度が、第２光学式モジュール１０により測定される。光源は、点光源、またはバックライトであってもよく、この点については、第１光学式モジュール１３の場合も同様の設計とすることができる。位置の決定のために、光の強度はデジタル信号へ変換される。たとえば、この強度がしきい値を超えていれば、プリントフレーム内の領域であり、すなわち着色することを必要とするプリント領域であるので、値が１に設定される。一方、この強度がしきい値よりも低ければ、そのエリアの値は、０としてマークされる。これは、たとえば、プリントフレームの境界部分である。光源からの光は、基板１７の下からのものとマージされる。光信号は、基板１７のプリント領域を通過して投射されるが、プリントフレーム３２の境界部分においては、遮光部として機能するプリントフレーム３２によって遮蔽される。第２光学式モジュール１０によって異なる時刻に検出された信号が、Ｔ１１,Ｔ１２,Ｔ１３,およびＴ１４として示されている。プリントフレーム３２の寸法は一定であるので、検出トラックにおいて、上述したシグナル０の割合が、所定のしきい値（たとえば、６０％以上）を超える場合には、その検出トラックはプリントフレーム３２の境界のトラックＴ１１であると判定するように、事前に設定しておくことができる。境界Ｔ１１と隣の境界Ｔ１４との間は、プリント領域３３となる。プリントフレーム３２は、二次元のブラックマトリックスであり得る。残りの検出トラックＴ１２およびＴ１３は、プリントフレーム３２の角度ずれを決定するために用いられる。図３Ｂに示されるとおり、第２光学式モジュールによって受信された信号においてプリントフレームにより光が遮蔽された領域では、その値は０であり、透過光強度がしきい値よりも低い。Ｔ１２およびＴ１３において信号の値０の位置を決定することによって、プリントフレーム３２の傾斜が測定される。図４Ａおよび図４Ｂに示されるとおり、プリントフレーム３２の傾斜角度は、信号Ｔ１２およびＴ１３の検出信号から読み取ることができる。傾斜角度は、この二つのトラック間の距離、モータのスピード、および複数の光学系における各ＣＣＤ画素のマッピングされた物理サイズに基づいて計算される。制御系は、駆動モータ１５を制御して、修正する。プリントフレーム３２において、上述した４本以上のトラックを設定することができる。
【００３３】
インクの液滴５６がプリントされた後、電界発生器１２は、これら液滴５６に対して電界を加えて、電気毛管効果によってインクの液滴５６が均一化される。図１１に示されるとおり、基板１７の上面または底面には電気毛管効果を導出するための電極１７が設けられている。インクの液滴５６が基板１７の表面に落ちた場合、あるいは電極２１が基板１７の上面に設けられている場合にはインクの液滴５６が電極２１の表面に落ちた場合、表面張力によって表面に形成される接触角α1は鈍角となる。他の電極２２（直流または交流）は、インクの液滴５６へ電界を印加するために使用される。電界が印加されることによって、電気毛管効果が生じて、インクの液滴５６は扁平し、接触角は、より小さくなり、鋭角α2となる（図１２参照）。電流の供給を続け、または電界強度を強めることにより、最終的には、インクの液滴５６を均一に分布させ（図１３参照）、接触角はさらに小さい角度α3となる。
【００３４】
電気毛管効果を導出するために、インクの液滴５６は導電性を有している必要がある。インクの液滴５６が導電性を有することによって、インクの液滴の表面において、電荷分布（正電荷をもつイオンまたは負電荷をもつ電子）に起因して表面張力が変化する結果、偏平した表面が得られる。インクの液滴５６の組成は、顔料、染料、顔料分散剤、バインダー、溶媒、水溶液、界面活性剤、粘度調整剤、染料可溶化剤、キレート剤、ＵＶ遮断剤（ＵＶ耐性を増すための）、ＵＶ開始剤、電解質、正電荷または負電荷を有する小さい粒子、およびそれらの組み合わせであり得る。ここで言及された溶媒は、一般的に用いられるメタノール、メチルエチルケトン、エチレングリコールメチルエーテル、アルコール、グリコール、油、脱イオン水、樹脂のメチルエステル、スチレン−アクリル酸共重合体、塩酸ジメチルアミン、ノニル−フェノキシポリエトキシエタノール、１−メチル−２−ピロリドン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、Ｏ−ブチルベンジルフタレート、チオシアン酸カリウム、フルオロケミカルＦＣ１７０Ｃ、または、ピエゾ式インクジェットプリント用溶媒もしくはサーマルインクジェットプリント用溶媒であり得る。染料は、現在利用可能な染料である。それらは、個々にまたは共に熱反応、光反応または化学反応に用いられ得る。電荷を帯びた小さい粒子とは、様々な電荷、形状、大きさ、密度、表面特性、光学的特性を有する粒子、および、インクの特性を改善するためにインクに添加することのできる有機／無機化学物質、のことである。典型的な例としては、インクの電気特性を改善するために、小さい顔料／染料粒子をインクに添加することが挙げられる。このような顔料粒子は、例えば、一般的に用いられるルチル(rutile)（Titania）、ナタセ(natase)（Titania）、硫酸バリウム、カオリン、または酸化亜鉛から選択してもよい。顔料の考えられる選択として、クロム酸鉛、シアンブルーＧＴ５５−３２９５(cyan blue GT55-3295)（American Cyanamid Company, Wayne, N.J.）、セブロンブリリアントレッド３Ｂ(sevron brilliant red 3B)（DuPont）、アゾゾールブリリアントブルーＢ(azosol brilliant blue B)（GAF, Dyestuff and Chemical Division, Wayne, N.J.）、ルバノックスレッドＣＰ−１４９５(rubanox red CP-1495)（The Sherwin-Williams Company, Cleveland, Ohio）（15630）が挙げられるが、これらの顔料に限定されない。本発明におけるこの部分は従来技術においてほとんど知られているため、さらなる詳細な説明は省略する。
【００３５】
印加された電界強度は、基板１７の材料の表面粗さ、およびインクの液滴５６の性質ならびに移動度のような各種の要因によって影響を受ける。これらの要因は、基板１７上のインク液滴５６の接触角を決定するものである。分布は、模式的に図１６に示される。ゼロチャージ点（ＰＺＣ）では、このインク液滴５６中のアニオンおよびカチオンは、電界によって引力および斥力を受けない。インク液滴５６の表面エネルギーおよび印加された電位は、以下の関係となる。
【００３６】
【数１】
ここで、γは、表面エネルギーであり、Ｖは印加電位であり、γ0はＰＺＣにおける表面エネルギーであり、εは誘電率であり、ｄは二つの電極間の距離である。
【００３８】
電界を発生する方法は、二つの電極２１,２２中の一方を接地し、他方を正または負に帯電させる。あるいは、二つの電極２１,２２中の一方を正に帯電させつつ、他方を負に帯電させるような構成を採用してもよい。電気容量（ε／ｄ）を充電することによってゼロチャージ点での表面エネルギーが図１７に示されるとおり変化する。本発明において、電気容量は、高さ調整ユニット２３によって調整することができる。いくつかのケースでは、水和（たとえば、ＣｕＳＯ4＋５Ｈ2Ｏ＝ＣｕＳＯ4.５Ｈ2Ｏ）に起因する流体特性によって、アニオンが存在する部分が流体表面上に作られる。したがって、ゼロチャージ点を完全に維持するべくアニオンを流体表面から遠ざけるために、大きな負の電位を印加することが必要となる（図１８参照）。
【００３９】
図２を参照しつつ工程を説明する。図２のステップ１０１は、まずカラーフィルタ用のインクジェット式装置を初期化する。ステップ１０２は、基板１７上に電極を設ける。図５に示されるとおり、設けられた電極２１は、インジウム／スズ オキサイド（ＩＴＯ）である。しかしながら、結果としてカラーフィルタの透過性を損なうことなく、カラーフィルタに要求される性質を有する限りにおいて、他の導電性材料を用いることもできる。設けられた電極２１は、基板１７上に導電性材料を形成するか、あるいは電極２１上に基板材料１７を形成することによって形成される。基板１７上に導電性材料を形成する場合には、表面の非平坦性を考慮する必要がある一方、電極２１上に基板１７を形成する場合には、二つの電極間の距離が大きくなり、より大きな駆動電流が要求される点を考慮する必要がある。
【００４０】
その後、ステップ１０３は、プリントフレームおよび遮蔽壁構造を形成する。図６に示されるとおり、２次元ブラックマトリックス（ＢＭ）であるプリントフレーム３２は、スパッタリングおよびフォトリソグラフィー工程により基板１７（あるいは電極２１）上に形成され、（画素部分に対応する）開口部分を備える。パタニングの際の露光は、第１フォトマスク４４を用いて行なわれ、光エネルギー４３の働きによってプリントフレーム３２が形成される。そのプリントフレーム３２の厚さは、好ましくは０．５〜２μｍである。このブラックマトリックスＢＭの材料の組成は、着色された樹脂、金属、または金属酸化膜を含んでいてもよく、あるいは、金属酸化膜と金属膜との多層膜であってもよい。上記の樹脂には、カーボンブラックまたは顔料が分散されていることが望ましい。また、クロム、ジルコニウム、タンタル、およびモリブデン等の金属がプリントフレームとして用いられてもよい。一方、より好ましくは、プリントフレームとして金属酸化膜を使用し、この金属酸化膜は、上記の金属の酸化物を含む。金属または金属酸化物を用いる場合には、その厚さは、好ましくは０．５〜１μｍである。
【００４１】
同様にして、第２フォトマスク４５を用いて、インクの液滴５６の飛散を防止する遮蔽壁２７が上記のプリントフレーム３２上に形成される。この遮蔽壁３７は、撥水性材料、または上記のブラックマトリックスと同様の材料で作られ、プリントフレーム３２が樹脂で作られている場合には、親油性の効果を持つ組成を持つ樹脂を含むことにより、あるいはプリントフレーム３２が金属で作られている場合には、金属の清浄面を保つことによって、撥水性となっている。この場合、プリントフレーム３２の表面も、カップリング材を用いることによって撥水性となっている。上述したプリントフレーム３２および遮蔽壁３７を形成するための二つのフォトマスク４４、４５は、互いに異なるパターンを有することに注意すべきである。プリントフレーム３２と遮蔽壁３７との間の境界部分において未着色の部分が生じてしまうことを防止するためには、かなり多量のインクを吐出する必要があるという事実を考慮し、フォトマスク４５については、プリントフレーム３２の幅よりも狭い開口部分を有するフォトマスクパターンを使用することが好ましい。たとえば、プリントフレーム３２のフォトマスクパターンについては、開口部の幅が２３μｍ以下であり、遮蔽壁３７のフォトマスクパターンについては、開口部の幅が１５μｍ以下である。さらに、プリントフレーム３２と遮蔽壁３７とは、その厚さが異なっている。具体的には、プリントフレーム３２の厚さは、上述したとおりであり、遮蔽壁３７の厚さは、端的には２０μｍ程度である。
【００４２】
次に、第１光学式モジュール１３は、基板１７の荒調整としての位置決めを実行する（ステップ１０４）。すなわち、基板１７のインクジェットの領域が、おおよそインクジェット式プリントヘッドモジュールのノズルの直下になるように位置決めされ、所定の色がプリントされる（ステップ１０５）。この工程は、基準のノズルを基板１７上のホワイト領域へ移動し、プリントヘッドの基板１７に対する相対的な位置や角度が適切に調整される（ステップ１０６）。この基準のノズルが基板１７に着色した後、第１光学式モジュール１３はその色とテンプレート色とを検出し、プリントされたインク液滴が正常で適切か否かを確認する（ステップ１０７）。その結果、適切にプリントされていなければ、ステップ１０５および１０６が繰り返される。インクの液滴の色が不適当であるか不正常であれば、プリントヘッドの効果または清掃が必要となる場合がある。
【００４３】
校正および試験プリントの後、ステップ１０８はプリント領域３３（図８）へインクの液滴を吐出する。ステップ１０９は、電界を印加して、その結果、インク液滴５６を均一化する。電極２２は、プリントヘッドモジュール１１とともに一つのモジュールに統合することができ、この結果、電極２２は、プリントヘッドモジュール１１に伴って移動することができる。図８を参照すれば、図中の右から左へと、インクの液滴５６の吐出段階、基板１７への到達段階、設けられた電極２１と電極２２間の電界をインク液滴５６への印加して液滴表面を変形する段階、および最終的にブラックマトリックス境界部分までインク液滴５６を均一に分布させるとともに電荷を除去する段階といった、各段階が示されている。システム中に設けられた電極２２は、基板に設けられた電極２１と導電性のインク液との間に電位差を作り出す。基板に設けられた電極上の電荷は、導電性液体に影響を与え、インク液と基板との間の界面における張力を減少させる。
【００４４】
ステップ１１０は最後の色がプリントされたか否かが判断される。各色のプリントは第２光学式モジュール１０を用いて校正される。この結果、リアルタイムな校正および調整が提供され、高精度な位置決めが達成される。ステップ１１０における確認工程が実行された後、図９に示されるとおり、遮蔽壁３７は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）４６、またはエッチング工程（ステップ１１１）によって除去される。
【００４５】
最後に、フィルタ要素のカラー部分が着色されて、さらにキュアリング工程（ステップ１１２）（図１０）が要求される。キュアリングのためにＵＶ光などの光照射方法、熱処理、および真空処理が、インクの性質に基づいて用いられる。光、または光と熱の併用によって架橋結合を進行するために、光開始剤（架橋剤）が用いられる。架橋剤として、重クロム酸塩、ビスアジド、ラジカル開始剤、カチオン開始剤、アニオン開始剤などが用いられる。さらに、これらの複数の光開始剤の幾つかが混合されてもよく、あるいは他の増感剤と結合されていてもよい。さらに架橋反応を進めるために、光の照射の後に、熱処理が実行される。
【００４６】
また、図１４および図１５に示されるとおり、電極２２の高さを調整して電界強度を変更するために、電極２２には、そのプリントヘッドモジュール１１の底部からの高さＨ2、すなわち、電極２２とプリントヘッドモジュール１１のノズルとの間の相対的な距離を変更するための高さ調整部２３が設けられている。同様にプリントヘッドモジュール１１には、プリントヘッドの高さＨ2、すなわちプリントヘッドモジュール１１とカラーフィルタ基板１７との間の相対的な距離を調整して高精度のプリントを達成するための高さ調整部１１１が設けられる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法および装置に関し、以下の効果を有する。
【００４８】
第１に、本発明は、インク吸収層の設計を必要とせず、製造工程およびコストを削減する。カラーフィルタ基板に塗布された後のインクの液滴は印加電界によって変形されるので、インクの液滴を従来に比べて均一に分布させることができる。
【００４９】
第２に、複数の光検出系は、フィルタ基板の下方に直接的に光源を備えるため、本発明は、従来技術のような反射に起因する誤りを持たない。
【００５０】
第３に、光学式の位置決め検出としてリアルタイムな位置決め検出を採用するので、インクのプリントはさらに高精度となる。
【００５１】
第４に、光検出はデジタル方式であるので、本発明は、従来の手段におけるトラフや頂部のシフトに起因する誤りを持たない。
【００５２】
第５に、複数の光検出系は、プリントヘッドモジュールから分離されているので、プリントヘッドの清掃に好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の概略図である。
【図２】 本発明における製造方法を示すフローチャートである。
【図３】 格子状のブラックマトリックスを用いた位置の校正例の概略である。
【図４】 校正状のブラックマトリックスを用いた角度の校正例の概略である。
【図５】 本発明の実施形態における製造工程を示す図である。
【図６】 図５に後続する製造工程を示す図である。
【図７】 図６に後続する製造工程を示す図である。
【図８】 図７に後続する製造工程を示す図である。
【図９】 図８に後続する製造工程を示す図である。
【図１０】 図９に後続する製造工程を示す図である。
【図１１】 液滴が表面に到達した際の液滴の接触角を示す図である。
【図１２】 液滴に電界を印加した際の液滴の接触角を示す図である。
【図１３】 さらに強い電界を印加した際の液滴の接触角を示す図である。
【図１４】 高さ調整部の概略を示す図である。
【図１５】 高さ調整部の概略を示す図である。
【図１６】 インク液滴の表面張力と電位との関係を示す図である。
【図１７】 インク液滴の表面張力と電位との関係を示す図である。
【図１８】 インク液滴の表面張力と電位との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…第２光学式モジュール、
１１…インクジェット式プリントヘッドモジュール、
１２…電界発生器、
１３…第１光学式モジュール、
１６…可動プラットホーム
１７…基板。
Claims (20)
- 導電性インクの液滴をカラーフィルタ基板上にプリントするとともに当該インクの液滴を均一に分布させる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造装置であって、
少なくとも一つのノズルと、前記カラーフィルタ基板上へ前記インクの液滴を塗布するための個別のプリントヘッドを備える各色の着色剤と、を備えるプリントヘッドモジュールと、
前記カラーフィルタ基板を支持しつつ、当該カラーフィルタ基板と前記プリントヘッドモジュールとを相対的に移動させる可動プラットホームと、
インクが前記カラーフィルタ基板に塗布された後に、当該インク付きのカラーフィルタ基板に電界を印加することにより電気毛管効果を生じさせて、当該塗布された後のインクの液滴を変形させて均一に分布させる電界発生器と、
前記カラーフィルタ基板と前記ノズルとの相対的な位置を検出する光学式検出系と、
前記プリントヘッドモジュール、前記可動プラットホーム、前記電界発生器、および前記光学式検出系を制御する制御系と、
を備えることを特徴とするインクジェット方式のカラーフィルタ製造装置。 - 前記光学式検出系は、前記カラーフィルタ基板上に設けられたプリントフレームの境界のトラックを検出し、前記カラーフィルタ基板と前記ノズルとの相対的な位置を確認す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装置。
- 前記プリントフレームは、２次元のブラックマトリックスであることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ製造装置。
- 前記光学式検出系は、前記カラーフィルタ基板の下方にある光源を用いて、当該カラーフィルタ基板を通過した光の強度を検出し、前記カラーフィルタ基板とノズルとの相対的な位置を決定す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装置。
- 前記電界発生器は、直流および交流からなる群から選択される電流を用いて前記電界を生じさせ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装置。
- 前記電界発生器は、互いに反対の極性を持った二つの電極を含んでおり、当該電極は、インクの液滴の両側に設けられ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装置。
- 前記電極の一方は、前記プリントヘッドモジュールの一側部にあり、電極の他方は、前記カラーフィルタ基板の一の面に設けられることを特徴とする請求項６に記載のカラーフィルタ製造装置。
- 前記プリントヘッドモジュールの一側部にある電極は、当該プリントヘッドモジュールと一体化されていることを特徴とする請求項７に記載のカラーフィルタ製造装置。
- 前記プリントヘッドモジュールの一側部にある電極は、当該電極と前記プリントヘッドモジュールのノズルとの間の相対的な距離を変更するために当該電極およびカラーフィルタ基板を調整する第１高さ調整部を備え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。
- 前記電極の一方は、前記プリントヘッドモジュールの一側部にあり、前記電極の他方は、前記カラーフィルタ基板の底面に配置されることを特徴とする請求項９に記載のカラーフィルタ製造装置。
- 前記プリントヘッドモジュールは、当該プリントヘッドモジュールと前記カラーフィルタ基板との間の相対的な距離を調整する第２高さ調整部を有す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装置。
- 導電性インクの液滴をカラーフィルタ基板上にプリントするとともに当該インクの液滴を均一に分布させる、インクジェット方式のカラーフィルタ製造方法であって、
前記カラーフィルタ基板上に電極を設ける工程と、
前記カラーフィルタ基板上にプリントフレームを形成する工程と、
前記カラーフィルタ基板とノズルとを位置合わせする工程と、
前記プリントフレームの内側にインクの液滴を吐出する工程と、
インクが前記カラーフィルタ基板に塗布された後に、前記電極によって前記インクの液滴に電界を印加して、当該塗布された後のインクの液滴を変形させて均一に分布させる工程と、を有することを特徴とするインクジェット方式のカラーフィルタ製造方法。 - 前記電極は、前記カラーフィルタ基板の上面に設けられることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタ製造方法。
- 前記電極は、前記カラーフィルタ基板の底面に設けられることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタ製造方法。
- 前記カラーフィルタ基板において、さらに、インクの液滴の飛散を防止する遮蔽壁が前記プリントフレーム上に形成されることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタ製造方法。
- さらに、前記カラーフィルタ基板へインクの液滴が吐出された後に、前記遮蔽壁を取り除く工程を有することを特徴とする請求項１５に記載のカラーフィルタ製造方法。
- 前記プリントフレームは、二次元のブラックマトリックスであることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタ製造方法。
- 前記カラーフィルタ基板とノズルとの位置合わせは、前記プリントフレームの境界のトラックを用いて達成されることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタ製造方法。
- 前記カラーフィルタ基板に前記インキの液滴を塗布した後に、キュアリングする工程を備えることを特徴とする請求項１２に記載のカラーフィルタ製造方法。
- 前記キュアリングは、真空キュアリング、熱処理キュアリング、およびＵＶキュアリングからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１９に記載のカラーフィルタ製造方法。
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