JP4569594B2 - カラーフィルタ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、着色剤を微細な液滴にして吐出するインクジェット記録方法およびカラーフィルタの製造方法に関する。

従来、インクジェットヘッドのノズル部の乾燥によるインクの粘度上昇を緩和させるためにノズル部とヘッド内のインクに吐出をしない範囲で微振動を与えることが提案されている。特開昭６１−０３５９６３ではノズル近傍位置に微小振動を与える振動手段により吐出オリフィス内のインクを振動させることで１発目の記録信号から確実にインクを吐出させることが提案されている。また、特開平９−１４１８８２では印字待機時等の非記録時および低温高温環境下での印字における吐出不良を解決するため印字の有無に関係なく吐出圧力発生信号でインクを吐出しないでノズル部のメニスカスを揺動させる信号を与えることが提案されている。また、特開平９−２９０５０５では記録中にインクを吐出しないノズルの目詰まりを防止するため不吐出ノズルの圧電振動子に高周波数の交番電界を印加して振動させることが提案されている。

また、インクジェット工法を利用したカラーフィルタの製造においては、乾燥によりノズル部のインクが増粘する前に吐出開始直前に定期的に印字領域外にてインクの強制排出を行う、あるいは公告０５９６７８５では、ガラス基板上のカラーパネル部の直前に予備吐出領域となる枠体を形成してインク吐出を安定させるのに必要なインク吐出を行うことが考案されている。
特開昭６１−０３５９６３号公報 特開平９−１４１８８２号公報 特開平９−２９０５０５号公報

しかしながら、従来例の方法で単純に微振動を印加した場合、目詰まりは防止できるものの、インクの粘度上昇が発生し吐出量に変化を生じる。また記録時に微振動を印加することはヘッド内で残留振動が起こり吐出ノズルの吐出量が変化するといった問題がある。これらの吐出量の変化は吐出量の均一を要求されるカラーフィルタに塗膜するような印字では問題となっていた。

また、インクの強制排出は必要以上にインクを消費してしまううえに印字領域から離れたところでインク排出を行うため、印字開始時にはまた増粘して着弾位置ずれが生じた。また予備吐出領域を設定することはガラス基板上のパネル取り数やパターン形成に関しての制約があり、安定吐出をするために十分な領域を確保できないといった課題がある。

本発明のインクジェット記録方法は、上記課題を解決すべくなされたものであり、着弾精度と塗布量の安定した均一な塗膜を形成するインクジェット記録方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のカラーフィルタ製造方法は、インクジェット記録方法を用いて複数のセルが形成された記録媒体にインクを吐出してカラーフィルタを作製するカラーフィルタ製造方法において、インクジェットヘッドの信号電極へ印加する電圧として、インクジェットヘッドが記録開始するセルへインクを吐出する時点から所定番目のセルへインクを吐出する時点までの時間のみ、セル単位毎に、インクジェットヘッドがクリーニング位置から前記記録媒体の描画すべきセルまでの移動に要する時間に応じた補正電圧を前記インクジェットヘッドの駆動電圧に加えた電圧を用いることを特徴としたものである。

本発明のインクジェット記録方法を用いるカラーフィルタ製造方法によれば、印字開始時に乾燥の影響で増粘しているノズル部のインクを廃棄することなく、吐出量も均一な膜厚となる画素を形成できる。

以下に、本発明のインクジェットヘッドの記録方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
本発明で用いる透明基板は、例えばガラスが多く用いられる。ガラス基板上に感光性樹脂を用いて遮光膜を形成した後、露光・現像することで画素枠体が形成できる。この遮光膜は表示領域内では、画素部分を光透過開口部になるように形成されており、その表示領域の周辺領域では、表示領域と同様にパターニングされていてもよく、遮光膜が全面に設けられていてもよい。またこの遮光膜の上面は、吐出された着色剤をはじくように撥液処理がなされていることが好ましい。これにより、隣接画素内への着色剤の流入が抑制される。

インクジェット方式で着色層を形成するには、図１に示すように透明基板２を印字装置のステージ１上に配置し、透明基板２とインクジェットヘッド３とを相対的に移動させて、所定の画素４内に所定の滴数のインク液滴を吐出し、カラーフィルタパターンを形成する。複数ノズルより吐出されるインクは、ノズルごとに適正な吐出量となるよう制御される。インクはＲ，Ｇ，Ｂ３色あるが、単色ずつでも３色同時の印字でも良い。インクを打ち込んだガラス基板は、ホットプレート、オーブンといった熱乾燥装置や減圧乾燥装置にて溶媒を除去し、インクの硬化条件にあった方法で硬化させてカラーフィルタ塗膜とする。

本発明で用いられる着色層用インクは、色材に顔料を使用し、塗膜を形成するための樹脂、例えばアクリル樹脂等の感光性樹脂、その他添加剤からなり、これらを分散・溶解させるための有機溶剤を含む非水性インクであるが特に限定はされない。

次に本発明で使用したヘッドの構造および操作について図２および図３を用いて説明する。図２にヘッドの構成図を示す。圧電セラミックス５の隔壁により隔てられた互いに並行する複数のチャンネル溝６と、前記チャンネル溝６の両壁に形成された信号電極７とインク供給口８を有し前記チャンネル溝６の上壁と接着して隔溝とするカバープレート９とチャンネル溝６に連通したノズル１０を有する。

図３にヘッドの断面図を示す。インクが充填されインク吐出を行うインクチャンネル１１と隣接チャンネル１２の両側壁の上半分まで電極が蒸着されており、吐出チャンネル１１内の信号電極１３と隣接チャンネル１２内の共通電極１４の間に電位差を与えることで隔壁が変形し、その変位量に応じてインクを吐出する。図３では共通電極１４に正の電圧を印加した場合、インクチャンネル１１の容積が収縮する方向に変形し、信号電極１３に正の電圧を印加した場合、インクチャンネル１１の容積が膨張する方向に変形する構成になっている。

図４を用いてインク吐出動作を説明する。図４（ａ）はインクを吐出させる場合の駆動波形を示す。吐出信号が入力されると時間Ｔ１で信号電極１３に電圧Ｖが印加されインクチャンネル１１が膨張し、インクタンクからインクを供給する。インク供給が完了する時間Ｔ２で信号電極１３の電圧を０Ｖに復帰させると同時に共通電極１４に電圧Ｖを印加し、インクチャンネル１１を収縮して同インクチャンネル１１内のインクをノズルから液滴として吐出する。吐出後、再び共通電極１４の電圧を０Ｖにしてインクチャンネル１１の容積を元に戻す。

ここでは、信号電極１３に電圧を印加してインクチャンネル１１を膨張復帰させる電圧パルスを予備圧力動作パルスとし、共通電極１４に電圧を印加してインクチャンネル１１を収縮復帰させる電圧パルスを吐出動作パルスとする。このように予備圧力動作パルスと吐出動作パルスを1回ずつ続けてヘッドに印加することで１滴のインク吐出動作パルスが完了する。

本発明は、インクを吐出しない揺動信号として予備圧力パルスまたは吐出動作パルスの片方のみをヘッドに印加するものである。図４（ｂ）に揺動信号として印加した予備圧力パルスの波形図を示す。同波形の周波数を実際に０．０１ｋＨｚから８ｋＨｚの間で変化させて印加してもインクは吐出しないことが確認できた。さらにヘッドが記録媒体上にない期間、予備圧力動作パルスを印字条件と同じ周波数の８ｋＨｚで３００ｓｅｃ間、揺動信号を印加した後の印字においても着弾位置ずれがなく印字が可能であった。また、予備吐出動作パルスのみ共通電極１４に印加した場合も同様な結果が得られた。

揺動信号を印加しない場合は２０ｓｅｃの放置で印字開始の数画素で着弾位置ずれが発生した。このように、新たに揺動パルス波形を回路に加えることなく揺動操作を実現することができた。

以下に描画条件を示す。初期条件としてヘッドからのインク吐出条件は吐出速度を５ｍ／ｓｅｃ、印字周波数を８ｋＨｚに設定した。使用したインクは以下の組成のインクを使用した。

顔料 ７ｗｔ％
樹脂（ＵＶ硬化性アクリルモノマー） ２７ｗｔ％
重合開始剤 ３ｗｔ％
界面活性剤 ３ｗｔ％
溶媒（グリコールアセテート） ６０ｗｔ％
透明基板への印字は１セルに対してインク滴を１０滴ずつ打ち込み、連続で５００セルへ印字を行った。インクを打ち込んだ透明基板は、６０℃オーブンにて２０分脱媒した後、窒素雰囲気にてＵＶ照射を行い塗膜を形成した。塗膜硬化後、膜厚計にてガラス面から塗膜中央部の高さを測定し、塗膜厚さとした。揺動信号の印加時間は、図５（ａ）に示すように描画待機と描画動作の時間とし、実際の印字装置で想定される時間を考慮して描画待機を１８０ｓｅｃ、描画位置までの移動を２０ｓｅｃとした。揺動信号の周波数は０．１ｋＨｚから８ｋＨｚの間で周波数を設定し、描画および膜厚の測定を行った。

印字セルに対する塗膜厚さのグラフを図６に示す。ラインＡは１ｋＨｚ、ラインＢは８ｋＨｚの揺動信号を印加したグラフである。両者ともに印字開始時の膜厚が低くなっている。１ｋＨｚの印字は初期が極端に低く、正常状態への復帰は速い。一方、８ｋＨｚの印字は初期の低下量は少ないが復帰に時間がかかる。これは１ｋＨｚでは揺動数が少なくインクチャンネルとノズルのインク循環が不十分なため、ノズル周辺のインク粘度が高くなっているからである。８ｋＨｚではインク循環力は十分であるが、ピエゾの発熱により乾燥量が増しインクチャンネル内部のインク粘度が平均的に上昇しているためと推測できる。

そこで本発明では、図５（ｂ）に示すように描画待機時に印加する揺動信号の周波数ｆ１は発熱量の低い１ｋＨｚを印加し、描画位置までの移動動時間に印加する揺動信号の周波数ｆ２は描画周波数と同じ８ｋＨｚにして印字を行った。その結果、図６のグラフのラインＣに示すように初期セルの膜厚低下を性能上無視できるレベルに低下させることができた。

（実施の形態２）
次に揺動信号を使用しない場合の実施例を示す。
揺動信号を印加しない場合、ヘッドがクリーニング位置から記録媒体の描画位置までの移動に要する時間の間にノズル内インクの粘度が上昇し、記録開始の吐出量低下が発生する。

カラーフィルターをインクジェット法で製作する場合、記録開始時の吐出低下は、パネル内に配置されたセルの膜厚変化として現れる。図７（ａ）は、セルと膜厚の関係図である。縦軸に膜厚を、横軸に１パネルのセル番号を示す。セルの１番側がヘッドの書き始め位置である。図中の実線で示すように、補正無しの膜厚は、約１０セルまで膜厚が復活しないことがわかる。

この膜厚変化を解消し、一定膜厚とするため、本発明ではヘッドがクリーニング位置から記録媒体に達する時間に応じて信号電極へ印加する電圧を画素（セル）単位で変更するものである。

図７（ｂ）に信号電極に印加する駆動タイミングを示す。各セルに約１０滴のインクを充填するので、図のように第１セルに１０滴の吐出パルスが印加され、続いて第２セル、第３セルと１パネルを構成するセル数に対して各々１０滴の吐出パルスが印加される手順と成っている。本発明では、図中の斜線領域のパルスに示す様に、この１０滴を一塊とするセル単位で電圧調整を行うものである。

セル単位の補正電圧は、図７（ａ）の補正電圧曲線（破線）で示す様な予め作 成済みの電圧と塗膜厚み相関グラフから補正電圧値を選択する。そして、図７（ｃ）に示すようにセルと電圧のデータテーブルを作成する。このテーブルは、ヘッド単位、ノズル単位のいずれでも良いが、通常ノズル単位が選択される。データテーブルに記載の数値は電圧補正量を表しており、数値１の変化は電圧０．１Ｖの変化を意味する。

吐出周波数８ｋＨｚ，セル間周波数１００Ｈｚ、補正膜厚１．８μｍで、本発明によるデータテーブルを用いた膜厚補正を行った結果、０．０５μ以下の変動に調整することができた。この様なセル単位の補正と１滴ごと補正の比較実験も行ったが、両者方法の膜厚変化にはほとんど差が無く、セル単位の補正で十分対応できることが分かった。

本発明にかかるインクジェット記録方法は、着弾精度と塗布量の安定した均一な塗膜を形成することが可能であるので、色ムラの少ない均一な色表示の可能なカラーフィルタを高歩留で生産性よく製造できるものである。

インクジェット工法によるカラーフィルタの製造方法の模式図 本発明に使用したインクジェットヘッドの構造図 本発明に使用したインクジェットヘッドの断面図 （ａ）インクジェットヘッドのインク吐出時の駆動波形を示す図 （ｂ）本発明に使用した吐出停止時に印加する揺動波形を示す図 （ａ）従来の揺動波形の印加パターンを示す図（ｂ）本発明の揺動波形の印加パターンを示す図 本発明の揺動信号を印加した際の印字セルに対する塗膜厚さのグラフ （ａ）吐出量制御した時の補正電圧と補正前後の膜厚のグラフ（ｂ）吐出量制御におけるセル単位の電圧制御の駆動波形を示す図（ｃ）吐出量補正後のデータテーブルを示す図

符号の説明

１ ステージ
２ 透明基板
３ インクジェットヘッド
４ 画素
５ 圧電セラミックス
６ チャンネル溝
７ 信号電極
８ インク供給口
９ カバープレート
１０ ノズル
１１ インクチャンネル
１２ 隣接チャンネル
１３ 信号電極
１４ 共通電極

Claims (1)

1. インクジェット記録方法を用いて複数のセルが形成された記録媒体にインクを吐出してカラーフィルタを作製するカラーフィルタ製造方法において、
   インクジェットヘッドの信号電極へ印加する電圧として、
   インクジェットヘッドが記録開始するセルへインクを吐出する時点から所定番目のセルへインクを吐出する時点までの時間のみ、セル単位毎に、
   インクジェットヘッドがクリーニング位置から前記記録媒体の描画すべきセルまでの移動に要する時間に応じた補正電圧を前記インクジェットヘッドの駆動電圧に加えた電圧を用いることを特徴とするカラーフィルタ製造方法。

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