(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のオリフィスを有するインクジェットヘッドを使用し、インクジェットヘッドに対して基板を相対的に移動させながら、オリフィスから着色インキを基板上に付与し、基板の特定部位をパターン状に着色する工程を含むカラーフィルターの製造方法において、着色する一つの画素に複数のオリフィスを対応させたインクジェットヘッドを使用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】
請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法において、一つの画素に対応する複数のオリフィスが、基板とインクジェットヘッドの相対的な移動方向に配列されてい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３】
請求項１又は２に記載のカラーフィルターの製造方法において、一つの画素に対応する複数のオリフィスが、一つのピエゾ素子から流路を分岐して導かれていることを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶カラーディスプレイなどに用いられるカラーフィルターの技術分野に属するものであり、詳しくは着色インキをインクジェット方式にて基板上にライン状に塗布してカラーフィルターを製造する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶用カラーフィルターは、ガラスなどの透明基板上に赤、緑、青の３色の色素をモザイク状又はストライプ状に配置し、それぞれの境界をブラックマトリックスで区画した構造をしている。このカラーフィルターの製造方法として、現在では顔料分散法が主流である。この方法では、まず、ブラックマトリックスを形成したガラス基板上に、赤、緑、青いずれかの光反応性レジストインキを全面に塗布し、次いで、マスク露光により、塗布した着色層を形成したい部分のみを硬化させ、現像工程により不要部分を除去し、一色目の着色層を形成するが、同様の工程を３回繰り返し、赤、緑、青の３色の着色を得る。したがって、工程数が多く、また現像によりレジストインキを殆ど無駄にするため、低コストで高効率なカラーフィルターの製造方法が望まれている。そこで、低コストで、簡便なカラーフィルターの製造方法として、インクジェット法によるカラーフィルターの製造方法が、特開昭５９−７５２０５号公報で既に提案されている。
【０００３】
このインクジェット方式によるカラーフィルターの製造方法は、複数のオリフィスを有するインクジェットヘッドを使用し、このインクジェットヘッドを基板と対向させて相対的に移動させながら着色インキを吐出して基板上にライン状に塗布して着色層を形成する方法であり、このインクジェットヘッドを組み込んだ塗布装置を用いて行われる３色同時塗布方法の模式図を図１に示す。
【０００４】
図１においてＧはステージＳの上に載置された塗布対象の基板であり、複数個のインクジェットヘッドを備えた塗布装置をこの基板Ｇに対して相対的に移動させることで着色インキをライン状に塗布するように構成されている。すなわち、左側の８つのインクジェットヘッドＨｒは赤色用の着色インキを吐出するもので、図示しないフレームに取り付けられ、各インクジェットヘッドＨｒにおける複数のオリフィスが基板Ｇの幅方向に連続するようになっている。同様に、中央の８つの塗布ヘッドＨｇは緑色用の着色インキを吐出するもので、図示しないフレームに取り付けられ、各インクジェットヘッドＨｇにおける複数のオリフィスが基板の幅方向に連続するようになっている。また同様に、右側の８つのインクジェットヘッドＨｂは青色用の着色インキを吐出するもので、図示しないフレームに取り付けられ、各インクジェットヘッドＨｂにおける複数のオリフィスが基板の幅方向に連続するようになっている。したがって、複数のオリフィスから着色インキを吐出しながらそれぞれのインクジェットヘッドが一体となって基板と相対的に移動することで、一度の塗布工程で３色の着色インキが塗布される。
【０００５】
インクジェット法によるカラーフィルターの製造方法としては、大きく分けて３つの方法が提案されている。
【０００６】
第１の方法は、特開平９−２０３８０３号公報等で提案されている。この方法は隔壁を設ける方式である。この方式では、まず図２（ａ）に示すように、基板１１にライン状の樹脂ブラックマトリックスからなる隔壁１２を形成し、その隔壁１２の上部１２ａに撥水処理等を施しておく。そして、図２（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド１３から隔壁１２の中に着色インキ１４を付与する。着色インキ１４は隔壁１２により拡散が防止されるので、図２（ｃ）に示す如く基板１１上における隔壁１２の間に着色層１５が形成される。
【０００７】
第２の方法は、特開平８−２３０３１４号公報等で提案されている。この方法は吸収層を設ける方式である。この方式では、まず図３（ａ）に示すように、基板２１にライン状の樹脂ブラックマトリックス２２を形成し、それを覆ってインク吸収層２３をベタで形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、マスク２４を介して露光を行ってブラックマトリックス２２の上部２３ａを硬化させて吸収性を無くした後、図３（ｃ）に示すように、インクジェットヘッド２５からインク吸収層２３に着色インキ２６を付与する。着色インキ２６はインク吸収層２３にしみ込むので、基板２１上におけるブラックマトリックス２２間に着色層２７が形成される。
【０００８】
これら第１及び第２の方法は一長一短があるため、本発明者らは、第３の方法として、特開平１１−３３７７２６号等の方法を既に提案している。
【０００９】
この第３の方法は光触媒方式である。この方式では、まず図４（ａ）に示すように、基板３１にクロムブラックマトリックス３２を形成し、その上に、光触媒として、酸化チタンをシリコーン樹脂中に分散した光触媒含有層３３を形成する。光触媒含有層３３は、光触媒の分解作用により露光部分の有機基を分解し、この部分のインキ反発性を低下させる機能を有する。次に、図４（ｂ）に示すように、着色層を形成する部分３３ａだけ、マスク３４を介してマスク露光を行った後、図４（ｃ）に示すように、インクジェットヘッド３５から着色インキ３６を付与すると、未露光部分のインキ反発作用により、未露光部を境界として、露光部分にのみ着色インキが濡れ広がる。これを乾燥、硬化することで、着色層３７を形成することができる。未露光部は、着色インキの隣接する画素への濡れ拡がりを防止するため、画素の間、すなわちブラックマトリックス３２上に形成され、好ましくは、ブラックマトリックス３２の幅より狭い範囲を未露光部とした方が、より均一な着色層を形成することができる。着色インキとしては、水系、溶剤系のいずれも使用することができ、好ましい溶剤としては、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートを主成分としたものや、インキ反発性を向上させるため、ブチルカルビトールアセテートを主成分としたインキが用いられる。また、着色インキとしては、染料、顔料のいずれも使用することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したインクジェット法でカラーフィルターの着色層を形成するに際しては、通常、ＲＧＢ各色について１０００本以上の線幅の細いストライプパターンに着色インキを塗布する必要がある。したがって、インクジェットヘッドから吐出する着色インキの液滴サイズが大きいと、ストライプパターンからはみ出して他のストライプパターンと混色を起こしてしまう。これを避けるために、小さいサイズの液滴で滴下すると、必要な量の着色インキを塗布するのに多数の液滴が必要となるが、インクジェットで吐出する周波数には限界があり、周波数が高くなると吐出が不安定になったり、吐出の方向が一定でなくなったりするなどの問題が発生する。このように周波数をあまり高くすることができないことから、ストライプパターンに着色インキを滴下して着色層を形成しようとすると時間がかかり、生産性が悪くなるという問題点がある。
【００１１】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インクジェット方式にて着色インキをブラックマトリックス付き基板に塗布することによりカラーフィルターを作製するに際して、着色層の形成に要する時間の短縮を図り、生産性を上げることを可能にしたカラーフィルターの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルターの製造方法は、多数のオリフィスを有するインクジェットヘッドを使用し、インクジェットヘッドに対して基板を相対的に移動させながら、オリフィスから着色インキを基板上に付与し、基板の特定部位をパターン状に着色する工程を含むカラーフィルターの製造方法において、着色する一つの画素に複数のオリフィスを対応させたインクジェットヘッドを使用することを特徴としている。
【００１３】
そして、上記構成のカラーフィルターの製造方法において、一つの画素に対応する複数のオリフィスが、基板とインクジェットヘッドの相対的な移動方向に配列されていることが好ましい。
【００１４】
また、上記構成のカラーフィルターの製造方法において、一つの画素に対応する複数のオリフィスが、一つのピエゾ素子から流路を分岐して導かれていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の望ましい実施形態を説明する。
【００１６】
図５は本発明の製造方法で使用するインクジェットヘッドの一例を説明するための底面図である。この例では、２つの同じインクジェットヘッド１を並べて配置するが、その際に、図示の如く、各インクジェットヘッド１の対応するオリフィス２がカラーフィルターのストライプパターンの方向ａと同じ直線上に位置するように配置する。３個以上のインクジェットヘッドを配置する場合も同様である。これにより、複数のインクジェットヘッドの対応するオリフィスから吐出される着色インキの液滴が同じストライプパターン上に滴下する。
【００１７】
図６は本発明の製造方法で使用するインクジェットヘッドの他の例を説明するための模式図である。インクジェット方式の原理は、ピエゾ素子３に電界をかけて矢印方向に伸縮させ、ピエゾ素子３が伸びた時にインク流路４から着色インキを押し出し、インク流路４の下に形成した微小孔のオリフィスから着色インキ３を飛び出させる方式であり、この各オリフィスにそれぞれ対応するピエゾ素子とインク流路を有するのが通常のインクジェットヘッドであるが、図６に示したインクジェットヘッドは、一つのピエゾ素子３から２つのオリフィスに至るようにインク流路４を分岐した構造であり、ピエゾ素子３に電界をかけて分岐流路の先端にある２つのオリフィスから同時に着色インキを滴下するように構成されている。
【００１８】
図７に図６のインクジェットヘッドのオリフィスの配置例を示す。図７のオリフィス配置は、図６で説明したように、一つのピエゾ素子で２つのオリフィス６からインキを滴下する場合であって、オリフィスプレート７上でオリフィス６が直線的に並んでいない場合を例示している。すなわち、同じピエゾ素子に対応する２つのオリフィス６からは同時に着色インキが噴射するため、図８に示すように、ピッチ調整のため角度を調整した状態で、カラーフィルターのストライプパターン８の方向に２つのオリフィス６が並ぶように配置してある。
【００１９】
なお、オリフィス間の距離が近すぎると、二つのオリフィスから出た液滴が吐出部付近で一緒になって一つになってしまう問題が生じる。また、オリフィス間の距離が離れ過ぎると、吐出の初めまたは終わりの時に、液滴が付与されない部分が生じてしまうので好ましくない。通常、液滴は３０〜１００μｍ間隔で滴下するので、その３倍または５倍程度の間隔を持たせることが好ましい。
【００２０】
また、一つのピエゾ素子で吐出できるオリフィスの数は２個に限定されるものではないが、液滴の大きさが同じ方が好ましいので、インク流路は対称にする必要があり、２、４、８・・・のように２のべき乗にするとよい。
【００２１】
図９はインクジェットヘッドのオリフィスから吐出される液滴と周波数との関係を説明するためのグラフである。Ｙ軸の第１軸は、ドロップサイズ（液滴のサイズ）と周波数の関係、すなわちカラーフィルターとして必要な膜厚の着色インキを付与するために必要な周波数を表している。当然、ドロップサイズが小さくなれば、沢山の液滴を付与する必要があるため、必要周波数は高くなる。Ｙ軸の第２軸は、ドロップサイズとドロップ径（液滴の径）の関係を示している。ドロップ径が大きくなると、基板に着弾した時に画素の幅からはみ出てしまうため、所定以下の大きさにする必要がある。
【００２２】
カラーフィルターのストライプパターンの線幅が１００μｍの場合、歩留りよくカラーフィルターを製造しようとすると、ドロップ径は２０μｍ以下が好ましく、したがってドロップサイズは５ピコリットル以下にする必要がある。図９は所望の生産性（塗布速度）を得ようとした時の関係を示したもので、吐出周波数としては、約６ｋＨｚ以上が必要になる。しかし、周波数が高くなると、インキ吐出が安定しくなるため、歩留りが低下してしまう。
【００２３】
一つのラインに２つのオリフィスからドロップを滴下するようにすれば、周波数は２分の１になり、吐出が安定する。同様に、ｎ個のオリフィスから滴下すれば、ｎ分の１になるため、さらに低い周波数でも、同様の生産性を確保することができる。
【００２４】
ちなみに、高周波数で、吐出が安定しない理由は、オリフィスに形成されている、インキのメニスカス（インキと空気の界面）が吐出により振動し、これが静止しないうちに次の吐出が起こると、吐出が非常に不安定になるためである。したがって、周波数を上げることは非常に難しい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、多数のオリフィスを有するインクジェットヘッドを使用し、インクジェットヘッドに対して基板を相対的に移動させながら、オリフィスから着色インキを基板上に付与し、基板の特定部位をパターン状に着色する工程を含むカラーフィルターの製造方法において、着色する一つの画素に複数のオリフィスを対応させたインクジェットヘッドを使用するようにしたことにより、着色インキの液滴を吐出する周波数を高くすることなく、着色層の形成に要する時間が短縮でき、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドを組み込んだ塗布装置を用いて行われる３色同時塗布方法の模式図である。
【図２】インクジェットヘッドから着色インキを吐出して基板上に着色層を形成する一つの方法を示す説明図である。
【図３】インクジェットヘッドから着色インキを吐出して基板上に着色層を形成する別の方法を示す説明図である。
【図４】インクジェットヘッドから着色インキを吐出して基板上に着色層を形成するさらに別の方法を示す説明図である。
【図５】本発明の製造方法で使用するインクジェットヘッドの一例を説明するための底面図である。
【図６】本発明の製造方法で使用するインクジェットヘッドの他の例を説明するための模式図である。
【図７】オリフィスの配置例を示す説明図である。
【図８】図７のオリフィス配置の説明図である。
【図９】インクジェットヘッドのオリフィスから吐出される液滴と周波数との関係を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１  インクジェットヘッド
２  オリフィス
３  ピエゾ素子
４  インク流路
５  着色インキ
６  オリフィス
７  オリフィスプレート
８  ストライプパターン
１１  基板
１２  隔壁
１３  インクジェットヘッド
１４  着色インキ
１５  着色層
２１  基板
２２  ブラックマトリックス
２３  インク吸収層
２４  マスク
２５  インクジェットヘッド
２６  着色インキ
２７  着色層
３１  基板
３２  ブラックマトリックス
３３  光触媒層
３４  マスク
３５  インクジェットヘッド
３６  着色インキ
３７  着色層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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