JP4893017B2

JP4893017B2 - 印刷物の製造方法、カラーフィルタの製造方法及びパターン形成方法

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Publication number: JP4893017B2
Application number: JP2006040431A
Authority: JP
Inventors: 明子今里; 一広高田; 輝彦甲斐
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007219213A

Description

本発明はインキジェット印刷装置を用いた印刷物の製造方法及びパターン形成方法に関する。印刷物はインキジェット印刷装置を用いてパターン形成するものである。例えば、有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子）が例示でき、この有機ＥＬ素子の有機発光層をインキジェット印刷装置等により形成する。また、印刷物としてカラーフィルターも例示でき、この着色層をインキジェット印刷装置により形成する。また、この外、回路基板、薄膜トランジスタ、マイクロレンズ、バイオチップ等を印刷物として例示することができる。

以下では印刷物としてカラーフィルターを例に説明する。カラー表示装置用のカラーフィルターは様々なものがあるが、ここではカラー液晶、ディスプレイ用カラーフィルターを代表例として説明する。カラー液晶ディスプレイは、時計・カメラ等の小面積のものから、コンピューター端末表示装置・テレビ画像表示装置などの大面積のものまで広く使用されており、近年では大面積の用途を中心としてカラー表示化が急速に進んでいる。カラーフィルターは液晶ディスプレイのカラー表示化には必要不可欠で、カラー液晶ディスプレイの性能を決める重要な部品であり、高精細な画像を表示するために様々な形に細かくパターンニングされたものが用いられている。

従来、例えば液晶表示装置用カラーフィルターの製造には、フォトレジスト材を用いたフォトリソグラフィー法が採用されているが、画素材料である前記フォトレジスト材の大部分をスピンコートの時点で捨てることとなり、このフォトレジスト材の経済的な使用が図れないという問題がある。また、色毎に露光・現像などの工程を経ることから全体としての作業効率が低いとともに、露光装置、現像装置などの高価な光学機器を要しており、これによってコストを引き下げることが出来ないという問題もある。

そのため、近年着色層をインキジェット法で形成することが提案されている。インキジェット法によりカラーフィルターを形成する際、一般にＲＧＢの３色のインキを吐出することで着色を行ってカラーフィルターを形成する。

このインキジェット法では、通常各ノズルより数ピコリットルの着色液滴を画素内に射出する事で画素の色を形成する。この着色液滴の量により画素内の色度は決定する為、着色液滴の射出量に差があればカラーフィルター基板に色ムラを生じる事になる。こうした色ムラの大きいカラーフィルターを用いて、例えば液晶パネルを製造した場合、著しく画像品位が低下するという問題があった。
そこで、インキジェット法を用いたカラーフィルターの製造方法においては、画像品位の高い液晶パネルを提供するため、色ムラの少ない優れたカラーフィルターを提供することが不可欠であった。

ところで、インキジェット法でカラーフィルターを製造する場合、ピエゾ型マルチノズルヘッドで顔料インキを長時間連続吐出する方法が一般的である。しかし、従来提案されてきたインキ供給タンクからインキを供給する方式では、インキ供給タンクからインキを通じてノズルに付加されるインキ圧力にばらつきが生じ、このばらつきによってインキ吐出量、速度、タイミング等が変化し、色ムラの発生原因となっていた。この問題を解決するため、ピエゾ素子の吐出圧力や吐出体積を制御し色ムラを低減しようとする方法が知られている（特許文献１〜３）。しかし、いずれの方法を用いてもインキ供給タンクからインキを通じてノズルに負荷されるインキ圧力のばらつきを完全に制御できるものではなく、またこのインキ圧力のばらつきを一様に制御しようとすると生産性に低下する問題が生じていた。
特開平１０−３６７２９号公報特開平１０−３９１３０号公報特開２００４−５８３００号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、インキジェット法を用いたパターン形成方法及びカラーフィルターの製造方法に於いて、インキ供給タンクからインキを介してノズルに負荷されるインキ圧力のばらつきから生じる色ムラを防止し、かつ、生産性の良好なパターン形成方法及びカラーフィルターの製造方法を提供することである。

ところで本発明者らの検討によると、インキジェット法を用いてカラーフィルターを製造する際にノズルに負荷されるインキ圧力を測定しそのばらつき（幅）を求め、このインキ圧力のばらつき（幅）と色ムラの発生の頻度を対比した。するとインキ圧力のばらつきが特定の値を超えると色ムラの発生が特に増加することを見出した。そしてこの値はインキの種類により異なり、略インキの粘度に依存する値として、下記式より求められることを見出したのである。即ち、この値はインキ圧力のばらつきをΔＰとしたときに、
前記インク供給タンクからインクを供給する流量をｌ［ｐｌ／ｓ］とし、
前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドとの間にインキ圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力の値をＰ［Ｐａ］とし、印刷物を印刷中に変化する圧力の幅をΔＰ［Ｐａ］としたときに、
（γ［Ｐａ・ｓ］≦２０）となる場合には、ΔＰ＝０．２×ｌ［ｐｌ・ｓ］
（γ［Ｐａ・ｓ］＞２０）となる場合には、ΔＰ＝０．３×ｌ［ｐｌ・ｓ］
とし、かつ上記式でΔＰ［Ｐａ］＞２５０となる場合にはΔＰ＝２５０
からΔＰが求められる。本発明はこのような知見をもとになされたものであり、その構成は以下に示すものである。

（請求項１）
少なくともインキ供給タンクと、；ポンプと、；複数のインキ吐出ノズルを含むインキジェットヘッドと、；前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドを、前記ポンプを介して接続する単数又は複数のインキ通路と、；前記インキ通路の内部に設けられた圧電素子と、；を備えたインキ吐出印刷装置を用いる印刷物の製造方法において、
前記インキ供給タンクのインキの粘度をγ［Ｐａ・ｓ］とし、前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドとの間にインキ圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力の値をＰ［Ｐａ］とし、前記インク供給タンクからインクを供給する流量をｌ［ｐｌ／ｓ］とし、
（γ［Ｐａ・ｓ］≦２０）となる場合には、ΔＰ＝０．２×ｌ［ｐｌ・ｓ］
（γ［Ｐａ・ｓ］＞２０）となる場合には、ΔＰ＝０．３×ｌ［ｐｌ・ｓ］
とし、かつ上記式でΔＰ［Ｐａ］＞２５０となる場合にはΔＰ＝２５０
として印刷することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。

（請求項２）
前記ポンプが、ダイヤフラムポンプであることを特徴とする請求項１に記載の印刷物の製造方法。

（請求項３）
前記ポンプが、プランジャーポンプであることを特徴とする請求項１に記載の印刷物の製造方法。

（請求項４）
請求項１〜３のいずれかの方法を用いて、基板上に赤、青、緑色のインキを印刷する工程を含むことを特徴とするカラーフィルターの製造方法。

（請求項５）
少なくともインキ供給タンクと、；ポンプと、；複数のインキ吐出ノズルを含むインキジェットヘッドと、；前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドを前記ポンプを解して接続する単数又は複数のインキ通路と、；前記インキ通路の内部に設けられた圧電素子と、；を備えたインキ吐出印刷装置を用いてパターン形成方法において、
前記インキ供給タンクのインキの粘度をγ［Ｐａ・ｓ］とし、前記インク供給タンクからインクを供給する流量をｌ［ｐｌ／ｓ］とし、
前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドとの間にインキ圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力の値をＰ［Ｐａ］とし、印刷物を印刷中に変化する圧力の幅をΔＰ［Ｐａ］としたときに、
（γ［Ｐａ・ｓ］≦２０）となる場合には、ΔＰ＝０．２×ｌ［ｐｌ・ｓ］
（γ［Ｐａ・ｓ］＞２０）となる場合には、ΔＰ＝０．３×ｌ［ｐｌ・ｓ］
とし、かつ上記式でΔＰ［Ｐａ］＞２５０となる場合にはΔＰ＝２５０
としながら印刷することを特徴とするパターン形成方法。

（請求項６）
前記ポンプが、ダイヤフラムポンプであることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。

（請求項７）
前記ポンプが、プランジャーポンプであることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。

インキジェット法を用いたパターン形成方法及びカラーフィルターの製造方法に於いて、インキ供給タンクからインキを介してノズルに負荷されるインキ圧力のばらつきから生じる色ムラを防止し、かつ、生産性の良好なパターン形成方法及びカラーフィルターの製造方法を提供することができた。

本発明に係る印刷物は、表示ディスプレイの表示画面を構成する光学部品として好適に利用できる。光学部品としては、例えば、カラー液晶ディスプレイの表示画面を構成するカラーフィルターが例示でき、インキ皮膜は透過光を着色する着色層を構成し、この着色層は前記領域ごとに異なる色彩を有する複数色のものである。
また、光学部品として、有機エレクトロルミネセンス素子を例示することもでき、この場合には、インキ皮膜は有機発光材料層を構成する。また、前記領域ごとに異なる色彩を有する複数色の有機発光材料層である。なお、この外、本発明に係る印刷物として、回路基板、薄膜トランジスタ、マイクロレンズ、バイオチップ等を例示することができる。
以下ではカラーフィルターの製造方法を例に本発明のパターン形成方法を説明する。

図１を参照して説明する。本発明のインキジェット印刷装置は、少なくともインキ供給タンク１と、ポンプ５と、複数のインキ吐出ノズルを含むインキジェットヘッド４とを備えている。インキ供給タンクとインキジェットヘッド４はインキ通路７により接続されている。インキジェットのインキ２は、供給タンク１に供給されており、インキ通路７を通ってポンプ５の供給源側へと通じる。ポンプ５は、インキ供給源側７をインキを強制吸引する吸引側とし、インキジェットヘッド４側を、インキを強制送出する送出側８とする。
インキ送出手段にはポンプ５の駆動させるサーボモータ６が接続されていて、このサーボモータの動作によってインキの吐出を正確に行うためのポンプが駆動制御されている。上記ポンプの一例として、ダイヤフラムポンプ又はプランジャーポンプを挙げることができる。

また、インキジェットヘッド４内部において、インキ通路が分流し、インキ吐出ノズルに均等にインキが供給される構造となっている。インキ吐出ノズル部分のインキ通路の内に圧電素子が設けられ、この圧電素子に電圧が印加されることによりインキが吐出される。インキ吐出ノズルとポンプと間にインキ圧力を検出する圧力センサを備えていて、インキ吐出ノズル（圧電素子部分）にかかるインキ圧力の負荷が常に測定される。そして特定の圧力を圧力センサ３により事前にプロット（設定）しておくと、この圧力範囲外のインキ圧力が圧力センサ３にて検知された場合にはこれをエラーとして感知するようにする。

本発明ではこのプロットする圧力の上限をＰ_１とし、下限をＰ_２としたときに、
ΔＰ＝Ｐ_１［Ｐａ］−Ｐ_２［Ｐａ］
で定義されるΔＰが以下の式を満たすようことを特徴とするものである。前記インク供給タンクからインクを供給する流量をｌ［ｐｌ／ｓ］とし、
前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドとの間にインキ圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力の値をＰ［Ｐａ］とし、印刷物を印刷中に変化する圧力の幅をΔＰ［Ｐａ］としたときに、
（γ［Ｐａ・ｓ］≦２０）となる場合には、ΔＰ＝０．２×ｌ［ｐｌ・ｓ］
（γ［Ｐａ・ｓ］＞２０）となる場合には、ΔＰ＝０．３×ｌ［ｐｌ・ｓ］
とし、かつ上記式でΔＰ［Ｐａ］＞２５０となる場合にはΔＰ＝２５０
（ただし、ｌはインクジェットヘッド全体から吐出される単位秒あたりのインク量を示す。）とする。
上記γ［Ｐａ・ｓ］はインキジェット印刷装置のインキ供給タンクに充填されるインキの標準状態（常圧・２５℃）における粘度である。このような設定を行うことで、印刷物を印刷中に変化するインキ圧力のばらつき（幅）がΔＰを超えないようにすることができる。インキ圧力の調整を行なうためインキ圧力はサーボモータにより制御することができる。
印刷物を印刷中に変化するインキ圧力の幅が２５０Ｐａを超えると色ムラの発生が急増するため好ましくない。ところで、このインキ圧力の幅を小さくすると、許容されるインキ圧力の範囲が狭くなり生産性が低下する。しかし、本発明ではインキジェット印刷装置で複数種のインキを印刷する場合に、インキの種類ごとにその粘度によって許容するインキ圧力の幅を変えることにより、色ムラ発生の防止と生産性の維持を両立することができる。なお、圧力センサの取り付ける位置は、インキ吐出ノズルとポンプの間であれば、どこでも設置可能である。この際、設置位置によりインキ圧力の絶対値は変化するが、インキ圧力のばらつきは変化しないため、上記の範囲に於いていずれの場所に圧力センサの取り付けた場合であっても本発明を適用することができる。

以下、本発明によるパターン形成方法の実施例をカラーフィルターの製造を例に説明する。
（実施例１）
（ブラックマトリクスの作成）
ガラス基板上に黒色顔料及びフッ素系撥インキ剤を含ませた感光性樹脂組成物を、全面に膜厚２．０μｍの薄膜状に塗布した。
前記基板をプリベークした。その後格子状のパターンを有するフォトマスクを用いて、超高圧水銀灯により５０ｍＪ／ｃｍ^２で露光を行った。３０秒間１０％炭酸ナトリウム水溶液にて現像処理を行い、樹脂組成物の隔壁パターンを形成し、１８０℃、１０分で熱硬化処理を行った。
（着色インキ層の印刷）
（ｉ）γ［Ｐａ・ｓ］≦２０の時
インキジェット印刷装置のインキ吐出ノズルの直上部に色ごとに圧力センサを設けた。
基板上の格子状のブラックマトリクスの開口部に対して、粘度が１０［Ｐａ・ｓ］の赤色、粘度が１８［Ｐａ・ｓ］の青色の着色インクを使用し、インキ吐出装置により１２５０ｐｌ／ｓの割合で赤色、青色の着色インキを吐出し、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）の着色層を形成した。この際各インキの圧力は−２４００Ｐａ〜−２６５０Ｐａの範囲となるよう調整を行なった。
このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は３／１０００以内であり、色むらの少ない良好なカラーフィルターを製造できたことを確認した。なお、ΔＥａｂ（色差）は、ミクロアナライザーにより測定した。

ｉｉ）２０＜γ［Ｐａ・ｓ］の時
インキジェット印刷装置のインキ吐出ノズルの直上部に色ごとに圧力センサを設けた。
基板上の格子状のブラックマトリクスの開口部に対して、粘度が２５［Ｐａ・ｓ］の緑色の着色インクを使用し、インキ吐出装置により８３３ｐｌ／ｓの割合で緑色の着色インキを吐出し、緑色（Ｇ）の着色層を形成した。この際インキの圧力は−２４００Ｐａ〜−２６５０Ｐａの範囲となるよう調整を行なった。
このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は３／１０００以内であり、色むらの少ない良好なカラーフィルターを製造できたことを確認した。なお、ΔＥａｂ（色差）は、ミクロアナライザーにより測定した。

（実施例２）
ｉ）γ［Ｐａ・ｓ］≦２０の時
着色インキとして、赤色（１０Ｐａ・ｓ）、青色（１９Ｐａ・ｓ）のインキを用い、５００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置のインキの圧力を−２４００Ｐａ〜−２５００Ｐａの範囲となるよう調整を行なったこと以外は実施例１と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は３／１０００以内であり、色むらの少ない良好なカラーフィルターを製造できたことを確認した。なお、ΔＥａｂ（色差）は、ミクロアナライザーにより測定した。
ｉｉ）２０＜γ［Ｐａ・ｓ］の時
着色インキとして、緑色（２５Ｐａ・ｓ）のインキを用い、７００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置の全色インキの圧力を−２４００Ｐａ〜−２７００Ｐａの範囲となるよう調整を行なったこと以外は実施例１と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は３／１０００以内であり、色むらの少ない良好なカラーフィルターを製造できたことを確認した。なお、ΔＥａｂ（色差）は、ミクロアナライザーにより測定した。

（比較例１）
ｉ）γ［Ｐａ・ｓ］≦２０の時
着色インキ層の印刷に於いて、１０００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置の赤色（１０Ｐａ・ｓ）、青色（２０Ｐａ・ｓ）のインキの圧力は−２２００Ｐａ〜−２７００Ｐａの範囲となるよう調整を行なったこと以外は実施例１と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は１０／１０００程度であり、色むら不良の多いカラーフィルターであった。
ｉｉ）２０＜γ［Ｐａ・ｓ］の時
着色インキ層の印刷に於いて、１０００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置の緑色（２５Ｐａ・ｓ）のインキの圧力は−２２００Ｐａ〜−２７００Ｐａの範囲となるよう調整を行なったこと以外は実施例１と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は１０／１０００程度であり、色むら不良の多いカラーフィルターであった。

（比較例２）
ｉ）γ［Ｐａ・ｓ］≦２０の時
着色インキ層の印刷に於いて、１０００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置の赤色（１０Ｐａ・ｓ）、青色（２０Ｐａ・ｓ）のインキの圧力は−１８００Ｐａ〜−３２００Ｐａの範囲となるよう調整を行ったこと以外は実施例２と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は２０／１０００程度であり、色むら不良の多いカラーフィルターであった。
ｉｉ）２０＜γ［Ｐａ・ｓ］の時
着色インキ層の印刷に於いて、１０００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置の緑色（２５Ｐａ・ｓ）のインキの圧力は−１８００Ｐａ〜−３２００Ｐａの範囲となるよう調整を行ったこと以外は実施例２と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は２０／１０００程度であり、色むら不良の多いカラーフィルターであった。

（比較例３）
ｉ）γ［Ｐａ・ｓ］≦２０の時
着色インキ層の印刷に於いて、１２００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置の赤色（１０Ｐａ・ｓ）、青色（２０Ｐａ・ｓ）のインキの圧力は−２４５０Ｐａ〜−２５５０Ｐａの範囲となるよう調整を行ったこと以外は実施例１と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は３／１０００であり色むらは少なかったが、実施例１と比較して圧力調整に必要となる時間が長く、また逆にハンチングが起こり、圧変動が激しくなることがある等生産性が低下する問題が生じた。
ｉｉ）２０＜γ［Ｐａ・ｓ］の時
着色インキ層の印刷に於いて、１２００ｐｌ／ｓの割合でインキジェット印刷装置の緑色（２５Ｐａ・ｓ）のインキの圧力は−２４５０Ｐａ〜−２５５０Ｐａの範囲となるよう調整を行ったこと以外は実施例１と同様にカラーフィルターを作成した。このようにして作成したカラーフィルターのΔＥａｂ（色差）は３／１０００であり色むらは少なかったが、実施例１と比較して圧力調整に必要となる時間が長く、また逆にハンチングが起こり、圧変動が激しくなることがある等生産性が低下する問題が生じた。

インキジェット印刷装置の概略図である。

符号の説明

１・・・インキ供給タンク
２・・・インキ
３・・・圧力センサ
４・・・インキジェットヘッド
５・・・ダイヤフラムポンプ
６・・・サーボモータ
７・・・吸引側の管路
８・・・送出側の管路

Claims

少なくともインキ供給タンクと、；
ポンプと、；
複数のインキ吐出ノズルを含むインキジェットヘッドと、；
前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドを前記ポンプを解して接続する単数又は複数のインキ通路と、；
前記インキ通路の内部に設けられた圧電素子と、；
を備えたインキ吐出印刷装置を用いる印刷物の製造方法において、
前記インキ供給タンクのインキの粘度をγ［Ｐａ・ｓ］とし、
前記インク供給タンクからインクを供給する流量をｌ［ｐｌ／ｓ］とし、
前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドとの間にインキ圧力を検出する圧力センサを備え、検出した圧力の値をＰ［Ｐａ］とし、印刷物を印刷中に変化する圧力の幅をΔＰ［Ｐａ］としたときに、
（γ［Ｐａ・ｓ］≦２０）となる場合には、ΔＰ［Pa］＝０．２×ｌ
（γ［Ｐａ・ｓ］＞２０）となる場合には、ΔＰ［Pa］＝０．３×ｌ
とし、かつ上記式でΔＰ［Ｐａ］＞２５０［Ｐａ］となる場合にはΔＰ＝２５０［Ｐａ］
としながら印刷することを特徴とする印刷物の製造方法。
前記ポンプが、ダイヤフラムポンプであることを特徴とする請求項１に記載の印刷物の製造方法。
前記ポンプが、プランジャーポンプであることを特徴とする請求項１に記載の印刷物の製造方法。
請求項１〜３のいずれかの方法を用いて、基板上に赤、青、緑色のインキを印刷する工程を含むことを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
少なくともインキ供給タンクと、；
ポンプと、；
複数のインキ吐出ノズルを含むインキジェットヘッドと、；
前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドを、前記ポンプを介して接続する単数又は複数のインキ通路と、；
前記インキ通路の内部に設けられた圧電素子と、；
を備えたインキ吐出印刷装置を用いてパターン形成方法において、
前記インキ供給タンクのインキの粘度をγ［Ｐａ・ｓ］とし、
前記インク供給タンクからインクを供給する流量をｌ［ｐｌ／ｓ］とし、
前記インキ供給タンクと前記インキジェットヘッドとの間にインキ圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力の値をＰ［Ｐａ］とし、印刷物を印刷中に変化する圧力の幅をΔＰ［Ｐａ］としたときに、
（γ［Ｐａ・ｓ］≦２０）となる場合には、ΔＰ［Pa］＝０．２×ｌ
（γ［Ｐａ・ｓ］＞２０）となる場合には、ΔＰ［Pa］＝０．３×ｌ
とし、かつ上記式でΔＰ［Ｐａ］＞２５０［Ｐａ］となる場合にはΔＰ＝２５０［Ｐａ］
としながら印刷することを特徴とするパターン形成方法。
前記ポンプが、ダイヤフラムポンプであることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。
前記ポンプが、プランジャーポンプであることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。