【手続補正書】
【提出日】平成16年5月28日(2004.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】吐出インク液量の測定方法及びカラーフィルタ製造方法並びにカラーフィルタ製造装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット法により吐出されたインク液量の測定方法において、基板上にインクジェット法によりインクを吐出させ、基板上の乾燥したインク固形物を光学的高さ測定装置により測定してインク固形物の体積を算出し、インク固形物の体積からインク液量を算出することを特徴とする吐出インク液量の測定方法。
【請求項２】
光学的高さ測定装置がレーザ光を照射してその反射光を検出して反射位置の高さを算出する機構を有し、基板に対して光学的高さ測定装置を２次元に走査して固形物の形状を測定する請求項１記載の吐出インク液量の測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の測定方法により吐出インク液量を測定し、インクジェットヘッドの各ノズルの駆動条件を調整した後、インクを吐出して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製造方法。
【請求項４】
インクとして顔料インクを用い、基板上にインクを吐出して吐出インク液量を測定する請求項３記載のカラーフィルタ製造方法。
【請求項５】
インクジェットヘッド、インクジェットヘッドと基板とを相対的に移動可能な走査機構とを有するインクジェット法用のカラーフィルタ製造装置において、インクジェットヘッドから吐出させたインクの固形物の体積を測定するための光学的高さ測定装置を有し、インク固形物を走査しつつその高さを測定して、インク固形物の体積を算出し、インク固形物の体積からインク液量を算出して、インクジェットヘッドの各ノズルからのインク吐出量を調整可能にしたことを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット法における吐出インク液量の測定方法及びカラーフィルタ製造方法並びにカラーフィルタ製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタは、最近液晶表示素子への応用でその生産が大きく伸びている。その代表的な製造方法としては、感光性の顔料インクを用いた顔料分散法や電着インクを用いた電着法が用いられている。しかし、これらはＲＧＢ３色のカラーフィルタを製造するためには、ＲＧＢのフォトリソ工程が必要であり、生産性が低い問題があった。
【０００３】
そこで、生産性が良いカラーフィルタ製造方法として、最近インクジェット法が見直されてきている。インクジェット法は、近年紙への印刷を目的として高性能なプリンタが安価で提供されるようになっており、同じカラー印刷という点で大きく期待されている。
【０００４】
このカラーフィルタ製造用のインクジェット装置においては、カラーフィルタを用いた液晶表示装置があらゆる表示状況できれいな表示が得られるようにするために均一性の高い印刷ができることが要求されている。液晶表示装置では、全面白や全面黒というような単色表示、各種の写真のようなフルカラー画像表示のいずれにおいても、色ムラの少ないきれいな表示が要求される。すなわち、カラーフィルタの均一性に対する要求は一般の紙への印刷に比して厳しい均一性が求められている。
【０００５】
このため、カラーフィルタ製造に用いられるインクジェットヘッドでは、インクジェットヘッドの各ノズルから吐出されるインクの液量、すなわちインク固形分体積を調整制御することがきわめて重要であった。
【０００６】
このため、インク液量やインクの濃度を測定することが提案されている。たとえば、特開平９−４８１１１では基板に吐出したインクの濃度を測定してインク液量を算出する方法が開示されている。
【０００７】
このような光学的な濃度の測定は原理自身は有効であるが、実際は測定するうえでの光学的な装置において対象とするインクの外形形状によっては照射する光の散乱や反射の様子が異なってしまうことがある。すなわち、仮に同じ液量のインクが吐出されても、その後の乾燥増粘過程が着弾箇所のわずかな濡れ性等によって微妙に異なることがしばしば発生する。そうすると濃度測定において大きなノイズとなり測定精度を著しく低下させることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、カラーフィルタ製造用インクジェット装置において、インクジェットヘッドから吐出されるインクの吐出液量、すなわち、インク固形物の体積を精度よく測定でき、またその形状等の外乱の影響を受けない測定方法を提供することを目的とする。さらに、色ムラの少ないカラーフィルタの製造方法及び色ムラの少ないカラーフィルタの製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクジェット法により吐出されたインク液量の測定方法において、基板上にインクジェット法によりインクを吐出させ、基板上の乾燥したインク固形物を光学的高さ測定装置により測定してインク固形物の体積を算出し、インク固形物の体積からインク液量を算出することを特徴とする吐出インク液量の測定方法を提供する。
【００１０】
また、その光学的高さ測定装置がレーザ光を照射してその反射光を検出して反射位置の高さを算出する機構を有し、基板に対して光学的高さ測定装置を２次元に走査して固形物の形状を測定する吐出インク液量の測定方法を提供する。
【００１１】
また、それらの測定方法により吐出インク液量を測定し、インクジェットヘッドの各ノズルの駆動条件を調整した後、インクを吐出して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製造方法、及び、そのインクとして顔料インクを用い、基板上にインクを吐出して吐出インク液量を測定するカラーフィルタ製造方法を提供する。
【００１２】
また、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドと基板とを相対的に移動可能な走査機構とを有するインクジェット法用のカラーフィルタ製造装置において、インクジェットヘッドから吐出させたインクの固形物の体積を測定するための光学的高さ測定装置を有し、インク固形物を走査しつつその高さを測定して、インク固形物の体積を算出し、インク固形物の体積からインク液量を算出して、インクジェットヘッドの各ノズルからのインク吐出量を調整可能にし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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、インクをあらかじめ基板に吐出して、基板上でインクを乾燥させ、乾燥したインク固形物を光学的高さ測定装置により測定してインク固形物の体積を算出し、インク固形物の体積からインク液量を算出する。これにより、かなり正確にインクの吐出量を算出でき、均一な着色が可能になる。
【００１４】
なお、ここで乾燥といっているのは、インクの溶媒成分が揮発又は吸収されて、基板表面にほぼインク中の固形分が堆積している状態を意味する。このため、ほぼ乾燥していればよく、必ずしも完全に乾燥しきっていなくても測定可能である。このため、インク吐出後短時間で測定が完了するので、インクジェットヘッドへのフィードバックが高速で可能になる。
【００１５】
このインク吐出量を測定するためにインクを吐出する基板は、ガラス、プラスチック等の基板が用いられる。この基板は、インク中の溶媒を吸着するような多孔質の層を設けた基板、又は、逆に撥インク性の基板、とすることが測定が正確にかつ容易になるので好ましい。
【００１６】
インク中の溶媒を吸着するような多孔質の層を設けた基板を用いる場合には、インクは顔料インクとされ、インクの吐出によりインク中の溶媒が多孔質の層に吸着され、表面にインクの固形分、すなわち、顔料が主体の固形分が残る。この吸着用の多孔質の層としては、シリカ、アルミナ等の無機の多孔質の層が好適であるが、有機の多孔質の層であっても使用できる。
【００１７】
また、撥インク性の基板の場合には、顔料インク、染料インクの両方が使用でき、基板の撥インク性のためにインクがはじかれて粒状になってインクが堆積する。この場合には、インク中の溶媒は吸着されないので、加熱や減圧によって溶媒をほぼ揮発させる必要がある。
【００１８】
図１は本発明の吐出インク液量の測定状況を示す正面図である。図１において、１は基板、２は乾燥インク、３は光学的高さ測定装置、４は光を示す。Ｈは光が照射された点の高さを示す。この例では、基板は撥インク性の基板を用いた。
【００１９】
基板１上に、インクを吐出すると、基板の撥インク性のために、インクははじかれて丸まって堆積する。次いで、加熱をしてインク中の溶媒を揮発させて乾燥インクとする。その後、光学的高さ測定装置により、その乾燥インク、すなわち、インク固形物の高さを測定する。
【００２０】
図２は、その高さ測定を行う際の走査状況を示す平面図である。図２において、基板１の上に堆積した乾燥インク２は、２方向、この例では上から下かつ左右に走査される。５は走査ラインを示し、右上から順次走査して左下に向かう。この例では右から左、次いで左から右、次いで右から左と走査している。この走査はこれに限られず、常に右から左という走査にしてもよい。また、この例のように斜めでなく、真横に走査し、端に到達したときに上下に少し走査し、また真横に走査するというようにしてもよい。
【００２１】
いずれにしても、このように走査しつつ乾燥インクの固形物の高さを測定して行く。走査が終了した時点で、各点での高さを足し合わせることにより、インク固形物の体積が算出される。これに基づいて、吐出液量が算出できる。
【００２２】
本発明における光学的高さ測定装置は、この乾燥インクの固形物の高さを測定できるものであればよい。この乾燥インクは、通常１滴の吐出で測定するので、それによる固形物は直径３０〜１００μｍ程度の形状で、高さは数μｍ、せいぜい十数μｍ程度になるので、そのような範囲を測定できるものが使用される。なお、インク液滴を１滴でなく複数滴としてより大きな体積で測定するようにしてもよい。その場合には、そのような大きさを測定できる測定装置であればよい。
【００２３】
具体的には、レーザ顕微鏡やＣＤ等の光ピックアップを改造したレーザ変位計等が有効である。前者の場合には、同時に線状のデータが検出されるのでレーザ線に対して垂直な方向に基板をたとえば５μｍピッチで走査すると、輪切りのデータが得られる。それをパソコンで取りこんで途中のデータは補間して体積計算をすると体積が求まる。
【００２４】
後者の場合には、点状のデータであるがもともと光ピックアップはレーザ光を１次元で走査させているので、基板又はセンサヘッド自体をその方向に垂直に走査すればよい。光ピックアップは、ＣＤやＤＶＤ等で用いられており、ディスクと光ピックアップとのフォーカスを調整する機能を有しており、それが小型かつ安価で得られるので好適である。
【００２５】
たとえば、２３Ｈｚで光触針で走査すると、１つの乾燥インクの固形物あたり１０走査する条件では、計算時間も含めて約１秒程度を要するのみであり、高速で測定できる。特に、インクジェットヘッドが数十〜数百個というような多数のノズルを有する場合、この高速な点が有利に働く。１つの光ピックアップを用いた場合でも、１００ノズルで約１００秒で測定できる。
【００２６】
さらに、光ピックアップは前述したように小型かつ安価であるので、複数の光ピックアップを併用して測定することも容易であり、この場合にはさらに速く測定及び計算が終了する。
【００２７】
また、一般的に市販されているレーザ変位計は、光のスポット径が、１０μｍ以上と大きいものが多く、光ピックアップを応用するのが簡単でかつ効果的である。ちなみに光ピックアップのレーザ径は約１μｍ以下であるので、精密な測定がしやすい。
【００２８】
本発明で用いる光ピックアップは、ＣＤやＤＶＤで用いられているレーザ光源、回折格子、フォーカスを検出できる複数の光検出器、集光レンズを有するものでよく、反射点から光ピックアップまでの距離が求められるものが使用できる。そのフォーカシング機能やトラッキング機能を利用すると小型で安価な光学的高さ測定装置を構成できる。なお、上記の方法によらず、個別にレーザ光源、光学系、駆動系、光検出器等を用意して測定系を組んでもよい。
【００２９】
吐出して乾燥された乾燥インクを、このようにして光学的高さ測定装置により測定する。その測定した高さを積算して乾燥インクの体積を算出する。この結果を用いて、インクジェットヘッドの各ノズルの駆動条件を調整する。たとえば、圧電体でインクを吐出するインクジェットヘッドの場合には、圧電体を駆動するパルスの電圧を変化させたり、パルス幅を変化させたりすればよい。
【００３０】
また、本発明ではこの光学的高さ測定装置を乾燥インクの位置の所定位置に移動させて測定する。このため、その移動を速やかに行うことが有利である。このため、この光学的高さ測定装置にＣＣＤカメラ等を併用して、光学的に測定開始位置を識別する装置を設けておくことが好ましい。又は、インクジェットヘッドと光学的高さ測定装置とが連動して動くようにしておくこともできる。
【００３１】
図３は、本発明の吐出インク液量の測定方法を利用したカラーフィルタ製造装置の例を示す正面図である。図３において、１１はインクジェットヘッド、１２はインクジェットヘッドが動くガイドレール、１３は基板、１４は基板を載せて動かすスライドテーブル、１５はスライドテーブルが載っている基台、１６はインク液量の測定をするための基板、１７はその基板１６を載せる測定台、１８は光学的高さ測定装置を示す。
【００３２】
この例では、インクジェットヘッド１１はガイドレール１２に沿って図の横方向（以下Ｘ方向という）に移動し、カラーフィルタを形成する基板１３はスライドテーブル１４によって図の奥行き方向（以下Ｙ方向という）に移動するようにされている。なお、この例ではそのような動きをするということで説明するが、基本的にはインクジェットヘッド１１と基板１３とが相対的に移動して、基板の所定の領域にインクが吐出できればよい。
【００３３】
具体的には、たとえば、インクジェットヘッドがＸＹの両方向に移動するようにされていたり、必要数のノズルが設けられたインクジェットヘッドを用い、Ｘ方向にのみ移動させるというような構成でもよい。
【００３４】
インク液量の測定をするための基板１６は、この例では本来のカラーフィルタ製造用の基板１３とは別の基板としたが、カラーフィルタ製造用の基板１３の未使用の周辺部をこの基板１６の代わりに用いることもできる。
【００３５】
この例では、まず基板１６上にインクジェットヘッド１１からインクを吐出し、それを乾燥させる。これには前記したように基板１６の表面にインク中の溶媒を吸着する多孔質層を形成しておいて溶媒を吸着させてもよく、撥インク処理した基板を用いて、基板の下にホットプレート等の加熱装置を設けて溶媒を揮発させてもよい。
【００３６】
インクがほぼ乾燥した後に、光学的高さ測定装置１８が乾燥インクの部分に移動してきて、走査しながらその高さを測定する。この測定値をコンピュータで積算してインクの固形物の体積を算出する。なお、光学的高さ測定装置からの出力は、高さ自体を数値で出力してもよく、高さに換算できるデータ、たとえばフォーカシングのアナログ値であってもよい。
【００３７】
本発明によるカラーフィルタは、ＳＴＮＬＣＤ、強誘電ＬＣＤ等用のストライプ状のカラーフィルタ、ＴＦＴＬＣＤ等用のモザイク状のカラーフィルタ等各種のカラーフィルタとして用いられる。
【００３８】
ＬＣＤ用のカラーフィルタの場合には、この上に平坦化等のための透明な樹脂コート層や無機材料のコート層を形成し、さらにＩＴＯ等の電極を積層してカラーフィルタ付き電極基板として用いる。この電極は必要に応じて、パターニングする。
【００３９】
このようにして形成されたカラーフィルタ付き電極基板ともう１枚の電極基板とを対向させ、その間に液晶を挟持することによりＬＣＤを形成する。なお、プラズマにより駆動するＬＣＤの場合には、片側の基板の内面には電極を形成しない場合もある。
【００４０】
【実施例】
「例１」
インクジェットヘッドで多孔質アルミナ層を表面に形成したガラス基板上に水系顔料インクをドット状になるようにヘッド走行速度を調整して吐出した。ガラス基板はホットプレート上に乗せられていて２分乾燥させた。この乾燥インク固形物の直径は約３０μｍであった。
【００４１】
高さ測定に用いた光ピックアップは、光源として半導体レーザを用いており、光検出器として４分割フォトダイオードを有し、回折格子と集光レンズを用いて反射光の反射位置を検出する仕組みになっている。この光ピックアップでは、光検出器である４つのフォトダイオードが２つずつでペアをなしていて、各々の電流出力が得られる。この電流出力を電圧に変換してＡＤ変換し、パソコン上で体積計算を行うシステムを構築した。
【００４２】
そのシステムを用いて、基板送り速度を５０μｍ／秒で１つの乾燥インク固形物あたり約１５往復、３０プロファイル走査して、その高さのデータを測定した後パソコンでデータの外挿内挿を行った後体積計算を行った。１つの乾燥インク固形物あたりに要する測定時間は、約１．５秒であった。
【００４３】
また、測定の再現性を確認するために同様の測定を１０回同じ１つの乾燥インク固形物で試みた。その結果ばらつきとして標準偏差がレンジで０．３％、３シグマで０．９％の範囲内の測定精度が得られた。さらに走査方向を、４５°ずつかえて同様の測定を行ったが、標準偏差でレンジで０．５％であった。
【００４４】
「例２」
インク固形物の体積を測定するための基板を、多孔質アルミナ層を表面に形成したガラス基板の代わりにフッ素系撥水剤で表面処理したガラス基板を用い、ホットプレートでの加熱時間を３分とした他は、例１と同様にして測定を行った。この場合も、例１とほぼ同様の測定精度が得られた。
【００４５】
「例３」
例１で用いた光学的高さ測定装置を図３に示すようなカラーフィルタ製造装置に取り付けた。そして、測定台１７の上に載せた基板１６上にインクを各ノズルから１滴吐出させた。次いで、光学的高さ測定装置１８によりこのインク固形物の測定を行い、所定のインク液量の許容範囲内に入るように各ノズルの圧電体の駆動電圧を調整した。
【００４６】
その後、遮光膜により画素以外の部分を覆った基板１３の画素部分にインクを吐出させてストライプ状のＲＧＢ３色のカラーフィルタ基板を形成した。このカラーフィルタ基板は、色が均一にそろっており、色ムラがほとんどないものであった。
【００４７】
このカラーフィルタ基板上にエポキシ−アクリル系の絶縁層を形成し、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）による透明導電膜を形成し、ストライプ状に透明導電膜をパターニングした。その上にポリイミドの配向膜を形成して、ラビングを行った。もう１枚の基板にも透明導電膜を形成し、ストライプ状に透明導電膜をパターニングした。その上にポリイミドの配向膜を形成して、ラビングを行った。これら２枚の基板を配向膜面が対向するようにして配置し、周辺をシールして空セルを形成した。
【００４８】
この空セル内にネマチック液晶を封入し、注入口を封止してカラーＳＴＮ型液晶表示装置を作成した。このカラーＳＴＮ型液晶表示装置は、色ムラの少ないきれいなカラー表示ができた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明では、基板上にインクジェット法によりインクを吐出させ、基板上の乾燥したインク固形物を光学的高さ測定装置により測定してインク固形物の体積を算出し、インク固形物の体積からインク液量を算出する。本発明では高さを測定すればよいので、簡単な測定装置で短時間で測定が可能になる。このため、カラーフィルタ製造装置に組み込み、製造工程中において速やかなフィードバックが可能になり、製造歩留が向上する。
【００５０】
特に、カラーフィルタ製造開始時や特定間隔で、各ノズルからの吐出インク液量を確認して、インクジェットヘッドの駆動条件をノズル毎に調整することにより、ノズル間での吐出インク液量の速やかな調整が可能になり、色ムラの少ないカラーフィルタが容易に得られる。
【００５１】
この光学的高さ測定装置として光ピックアップを用いることにより、小型で安価であり、かつビーム径が小さいので、高精度の測定が短時間で容易にできる。
本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で、種々の応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吐出インク液量の測定状況を示す正面図。
【図２】本発明の高さ測定を行う際の走査状況を示す平面図。
【図３】本発明のカラーフィルタ製造装置の例を示す正面図。
【符号の説明】
１：基板
２：乾燥インク
３：光学的高さ測定装置
４：光
５：走査