JP2003136712A - インクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットヘッド及びインジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電駆動式インクジェットヘッドにおいて、
断面の大きなノズルでも微少吐出を可能にしたインクジ
ェットヘッドの駆動方法、インクジェットヘッド及びイ
ンクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】 ノズル孔４と、ノズル孔４に連通する吐
出室６と、吐出室６の少なくとも一方の壁に形成された
振動板５と、駆動電圧の印加により振動板５を静電気力
により変形させる電極２１とを備え、振動板５を電極２
１側に吸引させて吐出室６を膨張させる工程と、振動板
５の吸引を解除して吐出室６を収縮させ、吐出室６のイ
ンクをノズル孔４から吐出させる工程と、吐出室６を収
縮させている段階で、振動板５を電極２１側に吸引して
吐出室６を再び膨張させる工程と、吐出室６のインク１
０３をノズル孔４から吐出させないように、振動板５を
元の位置に復帰させて再膨張した吐出室６を収縮させる
工程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動方式として静
電気力を利用したインクジェットヘッドの駆動方法、イ
ンクジェットヘッド及びそのインクジェットヘッドを搭
載したインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみ
インク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマン
ド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
いため、現在主流となってきている。

【０００３】このインク・オン・デマンド方式のインク
ジェットヘッドには、例えば特公平２−５１７３４号公
報に示されるように、駆動手段が圧電素子であるもの
や、例えば特公昭６１−５９９１１号公報に示されるよ
うに、インクを加熱し気泡を発生させることによる圧力
でインクを吐出させる方式などがある。

【０００４】しかしながら、前述の従来のインクジェッ
トヘッドでは以下に述べるような課題があった。

【０００５】前者の圧電素子を用いる方式においては、
圧力室に圧力を生じさせるためのそれぞれの振動板に圧
電素子のチップを貼り付ける工程が複雑で、特に最近の
インクジェット記録装置による印字には、高速・高印字
品質が求められてきており、これを達成するためのマル
チノズル化・ノズルの高密度化において、圧電素子を微
細に加工し各々の振動板に接着することは極めて煩雑で
多大の時間がかかる。また、高密度化においては、圧電
素子を幅数１０〜１００数十ミクロンで加工する必要が
生じてきているが、従来の機械加工における寸法・形状
精度では、印字品質のバラツキが大きくなってしまうと
いう課題があった。

【０００６】また、後者のインクを加熱する方式におい
ては、駆動手段が薄膜の抵抗加熱体により形成されるた
め、上記のような課題は存在しないが、駆動手段の急速
な加熱・冷却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により、抵
抗加熱体がダメージを受けるため、インクジェットヘッ
ドの寿命が短いという課題があった。

【０００７】これらの課題を解決するものとして、本出
願人は、駆動手段に静電気力を利用したインクジェット
ヘッド記録装置について提案しており（特開平６−７１
８８２号公報、特開平１１−２８５２７５号公報等）、
この方式は小型高密度・高印字品質及び長寿命であると
いう利点を有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の利点をさらに増強するためには、次のような課題が残
されている。

【０００９】インクジェットヘッドのノズルからインク
滴の微少吐出を行うためには、一般に振動板の変位量を
小さくして、排除体積を減らした上でノズル断面を絞
り、吐出速度を得るが一般的である。しかし、工業用途
では粘度の高い溶液を吐出することが求められるため、
ノズル断面を絞ると流体抵抗が増して吐出速度が低下す
るという課題がある。このような課題に対して、従来の
圧電素子を用いたインクジェット記録装置では、電圧−
変位の関係が線型であるため、振動板変位の正確な制御
が可能であり、ノズルメニスカス（ノズルのインク面）
をノズル端面から奥に引き込んだ位置から、急に押し出
すことにより、断面の大きなノズルでも微少吐出を可能
としていたが、静電駆動式インクジェットヘッドでは電
圧−変位の関係が非線型であるため微少量の吐出が困難
であった。

【００１０】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、静電駆動式インクジェットヘ
ッドにおいて、断面の大きなノズルでも微少吐出を可能
にしたインクジェットヘッドの駆動方法、インクジェッ
トヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（１）本発明の一つの態
様に係るインクジェットヘッドの駆動方法は、ノズル孔
と、ノズル孔に連通する吐出室とを備え、吐出室を静電
気力により変形させてインク滴をノズル孔から吐出させ
るインクジェットヘッドの駆動方法において、吐出室を
膨張させる工程と、膨張した吐出室を収縮させて、吐出
室のインクをノズル孔から吐出させる工程と、吐出室を
収縮させている段階で、吐出室を再び膨張させる工程
と、吐出室のインクをノズル孔から吐出させないように
して、再膨張した吐出室を収縮させる工程とを備えてい
る。本発明においては、吐出室を膨張した後に収縮させ
て、吐出室のインクをノズル孔から吐出させるが、その
吐出室を収縮させている段階（途中）において、吐出室
の膨張する速度が極めて速いことを利用して、吐出室を
再び膨張させることにより吐出しようとする後続のイン
ク液を吸引し、吐出されるインク滴を微少量に制御する
ことができる。なお、再膨張した吐出室を収縮させる際
には、例えば収縮の速度を遅くしてノズル孔からインク
滴を吐出させないようにする。

【００１２】（２）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、複数のノズル孔と、ノズル孔
の各々に連通する複数の独立の吐出室と、吐出室の少な
くとも一方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印加
により振動板を静電気力により変形させる電極とを備え
たインクジェットヘッドの駆動方法において、振動板を
電極側に吸引させて吐出室を膨張させる工程と、振動板
の吸引を解除して吐出室を収縮させ、吐出室のインクを
ノズル孔から吐出させる工程と、吐出室を収縮させてい
る段階で、振動板を電極側に吸引して吐出室を再び膨張
させる工程と、吐出室のインクをノズル孔から吐出させ
ないようにして、振動板を元の位置に復帰させて再膨張
した吐出室を収縮させる工程とを備えている。本発明に
おいては、振動板を電極側に吸引させて吐出室を膨張さ
せた後に、振動板の吸引を解除して膨張した吐出室を収
縮させることにより、吐出室のインクをノズル孔から吐
出させる。そして、吐出室を収縮させている段階、即ち
インク滴を吐出させるための動作が行われている段階
で、振動板を電極側に吸引して吐出室を再び膨張させて
後続のインク液を吸引し、吐出されるインク滴を微少量
に制御する。なお、再膨張した吐出室を収縮させる必要
があるが、その場合には例えば収縮の速度を遅くして吐
出室のインクをノズル孔から吐出させないようにする。

【００１３】（３）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、上記（２）の駆動方法におい
て、電極に第１の駆動電圧を印加して振動板を電極側に
吸引させて吐出室を膨張させた後に、振動板の吸引を解
除して膨張した吐出室を収縮させて、吐出室のインクを
ノズル孔から吐出させる。

【００１４】（４）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、上記（２）又は（３）の駆動
方法において、吐出室の膨張を収縮させている段階にお
いて、電極に第２の駆動電圧を印加し、振動板を前記電
極側に吸引させて吐出室を膨張させた後に、吐出室のイ
ンクをノズル孔から吐出させないようにして、振動板を
元の位置に復帰させて再膨張した吐出室を収縮させる。

【００１５】（５）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、上記（３）又は（４）の駆動
方法において、第１の駆動電圧と第２の駆動電圧とは逆
極性である。本発明においては、第１の駆動電圧と第２
の駆動電圧とを逆極性にすることにより電極に残留電荷
が残らないようにしている。

【００１６】（６）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、上記（４）又は（５）の駆動
方法において、第１の駆動電圧を印加した後に、所定の
時間後に第２の駆動電圧を印加する。本発明において
は、第２の駆動電圧を印加するタイミングをこのように
設定することにより、後続のインク液を吸引する際の処
理の開始のタイミングを設定している。このことによ
り、例えば吐出されるインク滴の量が設定される。

【００１７】（７）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、複数のノズル孔と、該ノズル
孔の各々に連通する複数の独立の吐出室と、吐出室の少
なくとも一方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印
加によって振動板を静電気力により変形させる電極とを
備えたインクジェットヘッドの駆動方法において、駆動
電圧は、振動板を電極側に吸引して吐出室を膨張させた
後に、振動板の吸引を解除して吐出室の膨張を収縮させ
て、吐出室のインクをノズル孔から吐出させるための主
駆動期間と、吐出室を収縮させている段階において、振
動板を電極側に吸引して吐出室を再び膨張させるための
吸引期間と、吐出室のインクをノズル孔から吐出させな
いようにして、振動板を元の位置に復帰させて吸引期間
後の吐出室を収縮させるための復帰期間とからなる。本
発明においては、主駆動期間において、振動板を電極側
に吸引して吐出室を膨張させた後に、振動板の吸引を解
除して吐出室の膨張を収縮させて、吐出室のインクを前
記ノズル孔から吐出させる。吸引期間においては、吐出
室を収縮させている段階において、振動板を電極側に吸
引して吐出室を再び膨張させて吐出されるインク滴を吐
出室側に吸引してその量を制御し、復帰期間において
は、吐出室のインクをノズル孔から吐出させないように
して、振動板を元の位置に復帰させる。

【００１８】（８）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、上記（７）の駆動方法におい
て、復帰期間の電圧は、その電位変化が吐出室の収縮の
変化の度合いが小さくなるように、その電圧の勾配が小
さく設定されている。

【００１９】（９）本発明の他の態様に係るインクジェ
ットヘッドの駆動方法は、上記（７）又は（８）の駆動
方法において、駆動電圧は、主駆動期間と吸引期間との
間に、電極に電圧を印加しない中立期間が形成されてい
る。

【００２０】（１０）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドの駆動方法は、上記（９）の駆動方法にお
いて、駆動電圧の主駆動期間、中立期間及び吸引期間の
少なくとも１つの期間を調整することにより、ノズル孔
から吐出されるインク滴の量を調整する。本発明におい
ては、ノズル孔から吐出されるインク滴の量を調整する
ことにより階調表示が可能になっている。

【００２１】（１１）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドの駆動方法は、上記（７）乃至（１０）の
駆動方法において、主駆動期間の電圧と、吸引期間の電
圧及び復帰期間の電圧とは逆極性である。

【００２２】（１２）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドは、複数のノズル孔と、ノズル孔の各々に
連通する複数の独立の吐出室と、吐出室の少なくとも一
方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印加により該
振動板を静電気力により変形させる電極とを備えたイン
クジェットヘッドにおいて、第１の駆動電圧及び第２の
駆動電圧を生成して電極に印加する駆動回路を備えてい
る。そして、第１の駆動電圧は、振動板を電極側に吸引
させて吐出室を膨張させた後に、振動板の吸引を解除
し、吐出室の膨張を収縮させて吐出室のインクをノズル
孔から吐出させるための電圧であり、第２の駆動電圧
は、吐出室の膨張を収縮させている段階において、振動
板を電極側に吸引させて吐出室を膨張させた後に、吐出
室のインクをノズル孔から吐出させないようにして、振
動板を元の位置に復帰させて吐出室の膨張を収縮させる
ための電圧である。

【００２３】（１３）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドは、複数のノズル孔と、ノズル孔の各々に
連通する複数の独立の吐出室と、吐出室の少なくとも一
方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印加により振
動板を静電気力により変形させる電極とを備えたインク
ジェットヘッドにおいて、駆動電圧を生成して電極に印
加する駆動回路を備えている。そして、駆動電圧は、振
動板を電極側に吸引して吐出室を膨張させた後に、振動
板の吸引を解除して吐出室の膨張を収縮させて、吐出室
のインクをノズル孔から吐出させるための主駆動期間
と、吐出室を収縮させている段階において、振動板を電
極側に吸引して吐出室を再び膨張させるための吸引期間
と、吐出室のインクをノズル孔から吐出させないように
して、振動板を元の位置に復帰させて吸引期間後の吐出
室を収縮させるための復帰期間とから構成されている。

【００２４】（１４）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドは、上記（１３）のインクジェットヘッド
において、駆動回路は、吸引期間の電圧を時定数の大き
な放電回路を介して放電して、復帰期間の電圧を生成す
る。

【００２５】（１５）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドは、上記（１３）又は（１４）のインクジ
ェットヘッドにおいて、駆動回路は、主駆動期間と吸引
期間との間に、電極に駆動電圧を印加しない中立期間を
生成する。

【００２６】（１６）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドは、上記（１５）のインクジェットヘッド
において、駆動回路は、駆動電圧の主駆動期間、中立期
間及び吸引期間の少なくとも１つの期間を調整すること
により、ノズル孔から吐出されるインク滴の量を調整す
る。

【００２７】（１７）本発明の他の態様に係るインクジ
ェットヘッドは、上記（１３）乃至（１５）のインクジ
ェットヘッドにおいて、駆動回路は、主駆動期間の電圧
と、吸引期間の電圧及び復帰期間の電圧とを逆極性とし
た駆動電圧を生成する。

【００２８】（１８）本発明の他の態様に係るインクジ
ェット記録装置は、上記（１２）乃至（１７）のインク
ジェットヘッドを搭載したものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】実施形態１．図１は本発明の実施
形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図で、一
部断面図で示してある。本実施形態はインク液滴を基板
の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジインクジ
ェットタイプの例を示すものである。図２は組み立てら
れた全体装置の断面側面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視
図である。

【００３０】本実施例のインクジェットヘッド１０は、
下記に詳述する構造を持つ３枚の基板１、２、３を重ね
て接合した積層構造となっている。

【００３１】中間の第１の基板１は、シリコン基板であ
り、複数のノズル孔４を構成するように基板１の表面に
一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１１
と、各々のノズル溝１１に連通し底壁を振動板５とする
吐出室（圧力室）６を構成することになる凹部１２と、
凹部１２の後部に設けられたオリフィス７を構成するこ
とになるインク流入口のための細溝１３と、各々の吐出
室６にインクを供給するための共通のインクリザーバ８
を構成することになる凹部１４を有する。また、振動板
５の下部には後述する電極を装着するため振動室９を構
成することになる凹部１５が設けられている。

【００３２】本実施形態１においては、振動板５とこれ
に対向して配置される電極２１との対向間隔、すなわち
ギャップ部１６の長さＧ（図２参照、以下、「ギャップ
長」と記す。）が凹部１５の深さと電極の厚さとの差に
なるように、第１の基板１の下面に形成した振動室用の
凹部１５の深さを調整している。ここでは、凹部１５の
深さをエッチングにより例えば０．６μｍとしている。
なお、ノズル溝１１のピッチは例えば０．７２mmであ
り、その幅は７０μｍである。

【００３３】第１の基板１の下面に接合される下側の第
２の基板２にはパイレックス（登録商標）ガラス（ホウ
珪酸系ガラス）を使用し、この基板２の接合によって振
動室９を構成するとともに、振動板５に対応する第２の
基板２の各々の位置に振動板形状と類似した形状にＩＴ
Ｏを０．１μｍスパッタし、振動板５とほぼ同じ形状に
ＩＴＯパターンを形成して電極２１としている。電極２
１はリード部２２及び端子部２３を備えている。また、
電極端子部２３を除きパイレックス（登録商標）スパッ
タ膜を全面に０．２μｍ被覆して絶縁層２４とし、イン
クジェットヘッド駆動時の絶縁破壊、ショートを防止す
るための膜を形成している。また、絶縁層２４は、基板
１の表面を熱酸化して形成してもよい。

【００３４】第１の基板１の上面に接合される上側の第
３の基板３には、ガラス基板を用いている。この第３の
基板３を第１の基板１の上面に接合することによって、
前記ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクリ
ザーバ８がぞれぞれ構成される。また、基板３にはイン
クリザーバ８に連通するインク供給口３１を設ける。イ
ンク供給口３１は接続パイプ３２及びチューブ３３を介
して図示しないインクタンクに接続される。

【００３５】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度
３００℃、電圧５００Ｖの印加で陽極接合する。なお、
陽極接合に際しては、第１の基板（シリコン基板）１及
び第２の基板（ホウ珪酸ガラス基板）２を洗浄した後
に、アライナー（図示せず）を用いて振動板５と電極２
１とを位置合わせし、電極２１等の表面の酸化を防ぐた
め窒素ガス雰囲気中に置く。そして、まず両基板１、２
を加熱するが、第２の基板（ホウ珪酸ガラス基板）２が
急激な温度上昇により割れるのを防ぐため、３００℃ま
で約２０分かけて昇温する。次いで、５００Ｖの電圧を
約２０分間印加し、両基板１、２を接合する。接合時、
第２の基板（ホウ珪酸ガラス基板）２中のＮａイオンの
移動により電流が流れるが、接合完了時には電流値が低
下するので接合の目安をつける。接合完了後、両基板
１、２の熱伝導率の差による応力割れを防ぐため、約２
０分かけて徐冷する。陽極接合後において、振動板５と
第２の基板２上の電極２１とのギャップ長Ｇは凹部１５
の深さと電極２１の厚さとの差であるから、例えば０．
５μｍとなる。また、振動板５と電極２１上の絶縁層２
４との空隙間隔Ｇ1 は０．３μｍとなる。

【００３６】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、第１の基板１と電極２１の端子部２３との
間にそれぞれ配線１０１により駆動回路１０２を接続
し、後述のインクジェット記録装置（又はカラーフィル
タの製造装置、電界発光基板製造装置）を構成する。イ
ンク１０３は、図示しないインクタンクよりインク供給
口３１を経て第１の基板１の内部に供給され、インクリ
ザーバ８、吐出室６等を満たしている。

【００３７】上記のように構成されたインクジェットヘ
ッドの動作の概要を説明する（図２参照）。電極２１に
駆動回路１０２によりパルス電圧を印加し、例えば電極
２１の表面がプラスに帯電すると、対応する振動板５の
下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板５
は静電気の吸引作用により電極２１側に撓む。次に、電
極２１をＯＦＦにすると振動板５は復元する。このた
め、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４より
インク滴１０４を記録紙１０５に向けて吐出する。次
に、電極２１に上記とは逆極性のパルス電圧を印加し、
例えば電極２１の表面がマイナスに帯電すると、対応す
る振動板５の下面はプラス電位に帯電し、振動板５は静
電気の吸引作用により電極２１側に撓み、上記にて吐出
中のインク滴１０４の量が制御される。そして、振動板
５を緩やかに元の位置に復帰させる。なお、本実施形態
の動作の詳細は図４乃至図９に基づいて説明する。

【００３８】図４は上記の駆動回路１０２の詳細を示し
たブロック図である。同図において、１４０は制御回
路、１５０はアクチュエータであり、このアクチュエー
タ１５０は図１の振動板５及び電極２１によって構成さ
れる。図４においてはｎ個のアクチュエータ１５０（Ｃ
１〜Ｃｎ）を駆動する場合の例が示されている。１５１
はＶＨ端子、１５２はＧＮＤ端子である。１６０〜１６
３、１６５，１６６はトランジスタ、１６７，１６９は
放電抵抗、１６８，１７０は充電抵抗、１７１は制限抵
抗である。この制限抵抗１７１はその値を大きく設定し
ており、後述の放電時（図７（ｄ）、図８の区間参
照）においてその時定数が大になるようにしてある。こ
のトランジスタ１６２，１６３，１６５，１６６及び抵
抗１６９，１７０，１７１は各アクチュエータ１５０に
対して共通に１組設けられている。特に、本実施形態１
においては、トランジスタ１６５と、トランジスタ１６
６と制限抵抗１７１との直列回路とが並列に接続されて
おり、アクチュエータ１５０の電荷が放電する際の放電
経路が、トランジスタ１６５を経由する場合と、トラン
ジスタ１６６を経由する場合とに切り替えられるように
構成されている。また、トランジスタ１６０，１６１、
放電抵抗１６７，充電抵抗１６８は電極２１（個別電
極）毎に１組設けられている。

【００３９】図５は図４の制御回路１４０の詳細を示し
たブロック図である。同図において、１８０乃至１８７
はＤ型フリップフロップ回路（以下、ＤＦＦ回路とい
う）であり、その内、ＤＦＦ回路１８０乃至１８６は直
列に接続されている。１９０はロータリスイッチであ
り、ＤＦＦ回路１８２乃至１８６の出力を入力し、その
切替状態に応じて何れかの信号を選択して出力する。１
９１乃至１９３はインバータ、１９４，１９５はアンド
回路、１９６はオア回路である。

【００４０】図６は制御回路１４０の出力信号の波形を
示したタイミングチャートである。ＤＦＦ回路１８０の
データ端子にカウントを開始するためのラッチ信号が入
力された後に、１番目のクロック信号がＤＦＦ回路１８
０乃至１８７に入力されると、ＤＦＦ回路１８０の出力
はＬレベルからＨレベルになる。次に、２番目のクロッ
ク信号がＤＦＦ回路１８０乃至１８６に入力されると、
ＤＦＦ回路１８０の出力はＨレベルからＬレベルにな
り、ＤＦＦ回路１８１の出力はＬレベルからＨレベルに
なる。さらに、３番目のクロック信号がＤＦＦ回路１８
０乃至１８６入力されると、ＤＦＦ回路１８１の出力は
ＨレベルからＬレベルになり、ＤＦＦ回路１８２の出力
はＬレベルからＨレベルになる。このようにしてラッチ
信号がクロック信号に同期してＤＦＦ回路１８０乃至１
８６から順次出力されていくことになる。ここで、ロー
タリスイッチ１９０を用いてＤＦＦ回路１８２乃至１８
６の任意の出力を選択することにより信号Ｐ３，Ｐ４が
得られる。即ち、信号Ｐ３，Ｐ４の発生はロータリスイ
ッチ１９０の設定により１クロック毎に遅延させること
ができる。

【００４１】また、ロータリスイッチ１９０の出力（Ｐ
３，Ｐ４）がＤＦＦ回路１８７に入力された後に、クロ
ック信号がインバータ１９１を介して入力されると、Ｄ
ＦＦ回路１８７の出力はＬレベルからＨレベルになり、
その信号（信号Ｐ３よりも１／２クロック分だけ遅延し
た信号となる）は信号Ｐ６として取り出され、また、そ
の信号Ｐ６をインバータ１９２により反転して信号Ｐ５
が得られる。

【００４２】また、吐出信号は、インバータ１９３を介
してロータリスイッチ１９０の出力とともにアンド回路
１９４に供給され、そこで両信号のアンド論理が求めら
れる。ＤＦＦ回路１８０の出力は吐出信号とともにアン
ド回路１９５に供給されて、そこで両信号のアンド論理
が求められる。アンド回路１９４とアンド回路１９５の
出力はオア回路１９６に供給されて、オア回路１９６の
出力して信号Ｐ１，Ｐ２が得られる。なお、吐出信号が
入力されたタイミングでＤＦＦＦ回路１８０からの出力
があるときには、ＤＦＦＦ回路１８０の出力に同期した
信号Ｐ１，Ｐ２が得られる。また、吐出信号が入力され
ない場合には、インバータ１９３、アンド回路１９４、
及びオア回路１９６を介して、信号Ｐ６と同期した信号
Ｐ１，Ｐ２が得られる。

【００４３】このようにして、信号Ｐ１乃至Ｐ６が得ら
れて図４のトランジスタ１６０〜１６３、１６５，１６
６を駆動することにより、アクチュエータ１５０に駆動
電圧が印加される。このときの駆動電圧は後述の図８に
示されるようになる。この点についての詳細は更に後述
する。なお、図５においては、動作原理を示すために、
ＤＦＦ回路１８０〜１８６を単純に直列に接続した例に
ついて示したが、実際には必要なカウント回数に応じて
Ｎ進カウンタに置き換えてもよい。また、ここでは、信
号Ｐ３が出力されるタイミングを任意に設定できること
を示すために、ＤＦＦ回路１８２〜１８６の出力をロー
タリスイッチ１９０に入力する例について説明したが、
その個数は後述の図８の駆動波形の中立期間との関係
で決められる。また、信号Ｐ１〜Ｐ６のパルス幅につい
ても、図６においてはクロック信号の幅と一致する例に
ついて示したが、本発明においてはそれに限定されるも
のではなく、後述の図８の駆動波形の主駆動期間及び
吸引区間との関係で決められる。

【００４４】図７は吐出信号が入力された際の図４の１
個のアクチュエータ１５０（Ｃ１）の充放電とトランジ
スタ１６０〜１６３，１６５，１６６の動作に着目した
等価回路図であり、図８はそのときのアクチュエータ１
５０（Ｃ１）の駆動電圧波形を示したタイミングチャー
トである。

【００４５】（ａ）制御回路１４０からの信号Ｐ１，Ｐ
２がＨレベル、Ｐ３，Ｐ４がＬレベル、信号Ｐ５がＨレ
ベル、信号Ｐ６がＬベルになると、トランジスタ１６０
がオン、トランジスタ１６１がオフ、トランジスタ１６
２がオフ、トランジスタ１６３がオン、トランジスタ１
６５がオフ、トランジスタ１６６がオンになる。この状
態では、トランジスタ１６３−トランジスタ１６６−抵
抗１６９−アクチュエータ１５０（Ｃ１）−抵抗１６８
−トランジスタ１６０という経路で充電電流が流れて、
アクチュエータ１５０（Ｃ１）は充電される。このとき
のアクチュエータ１５０（Ｃ１）に対する充電時間は、
抵抗１６８，１６９の値が小さく設定されているので短
く、図８の期間示されるように、駆動電圧波形は短時
間で立ち上がる。このようにしてアクチュエータ１５０
（Ｃ１）が充電され、その静電力により振動板５は電極
２１側に吸引される。

【００４６】（ｂ）次に、制御回路１４０からの信号Ｐ
１，Ｐ２がＬレベルになると（但し、Ｐ３，Ｐ４がＬレ
ベル、信号Ｐ５がＨレベル、信号Ｐ６がＬベルのままの
状態）になると、トランジスタ１６０がオフ、トランジ
スタ１６１がオンなり、そして、トランジスタ１６２が
オフ、トランジスタ１６３がオン、トランジスタ１６５
がオフ、トランジスタ１６６がオンの状態が継続する。
この状態では、アクチュエータ１５０（Ｃ１）−抵抗１
６９−トランジスタ１６６−トランジスタ１６３−トラ
ンジスタ１６１−抵抗１６７−アクチュエータ１５０
（Ｃ１）という経路でアクチュエータ１５０（Ｃ１）の
充電電荷が放電される。このときのアクチュエータ１５
０（Ｃ１）の放電時間は、抵抗１６７，１６９の値を小
さく設定してあるので短く、図８の期間に示されるよ
うに、駆動電圧波形は短時間で立ち下がり、この放電に
より振動板５は元の位置に復帰しようとし、吐出室６の
容積は急激に小さくなり（圧力が高くなる）、吐出室６
からインク滴１０４を吐出しようとする。このように、
図８の期間の駆動波形はインク滴を吐出するように動
作するので、この駆動波形を主駆動パルスと称するもの
とし、その区間を主駆動期間と称するものとする。な
お、この後、制御回路１４０からの信号Ｐ３，Ｐ４がＨ
レベルになるまでは、アクチュエータ１５０（Ｃ１）に
は電圧が印加されず、図８の期間を中立期間と称する
ものとする。なお、上記の放電経路のトランジスタ１６
９には逆方向の電流（コレクタ−エミッタ）が流れるこ
とになるが、その電流値は微少であり弊害はない。この
ことは、後述のトランジスタ１６６においても同様であ
る（図７（ｄ）参照）。

【００４７】（ｃ）次に、制御回路１４０からの信号Ｐ
３，Ｐ４がＨレベルになると（但し、信号Ｐ１，Ｐ２が
Ｌレベル、信号Ｐ５がＨレベル、信号Ｐ６がＬベルのま
まの状態）になると、トランジスタ１６２がオン、トラ
ンジスタ１６３がオフになり、そして、トランジスタ１
６０がオフ、トランジスタ１６１がオン、トランジスタ
１６５がオフ、トランジスタ１６６がオンの状態が継続
する。この状態では、トランジスタ１６１−抵抗１６７
−アクチュエータ１５０（Ｃ１）−抵抗１７０−トラン
ジスタ１６２という経路で充電電流が流れて、アクチュ
エータ１５０（Ｃ１）が充電される（上記（ａ）の場合
の逆電位となる）。このときのアクチュエータ１５０
（Ｃ１）に対する充電の充電時間は、抵抗１６７，１７
０の値が小さいので短く、図８の期間に示されるよう
に、駆動電圧波形は短時間で立ち下がる（負電圧側に立
ち上がる）。このようにしてアクチュエータ１５０（Ｃ
１）が充電され、その静電力により振動板５は電極２１
側に吸引され、インク滴の吐出の途中の段階で、吐出室
６が再び膨張して吐出しようとしたインクが吸引される
ので、吐出されるインク滴の量が制御される。この図８
の期間を吸引区間と称するものとする。

【００４８】（ｄ）次に、制御回路１４０からの信号Ｐ
３，Ｐ４がＬレベルになり、Ｐ５がＬレベル、Ｐ６がＨ
レベルになると（但し、信号Ｐ１，Ｐ２がＬレベルのま
まの状態）になると、トランジスタ１６２がオフ、トラ
ンジスタ１６３がオン、トランジスタ１６５がオン、ト
ランジスタ１６６がオフになり、そして、トランジスタ
１６０がオフ、トランジスタ１６１がオンの状態を継続
する。この状態では、アクチュエータ１５０（Ｃ１）−
抵抗１６７−トランジスタ１６１−トランジスタ１６３
−トランジスタ１６５−制限抵抗１７１−アクチュエー
タ１５０（Ｃ１）という経路でアクチュエータ１５０
（Ｃ１）の充電電荷が放電される。この放電回路におい
ては、制限抵抗１７１の値を大きく設定してあり、上記
の（ｂ）の場合の比べて放電回路の時定数が大きくなる
ようにしてある。その結果、この放電区間におけるアク
チュエータ１５０（Ｃ１）の駆動電圧波形は緩やかな勾
配で接地電位に戻り、振動板５も穏やかに変化して元の
位置に戻るように動作する。このときの吐出室６の収縮
も穏やかになされるのでインク滴が吐出されない。図８
のこの区間を復帰期間と称するものとする。

【００４９】図９は図４の１個のアクチュエータＣ１の
充放電とトランジスタ１６０乃至１６６の動作に着目し
た等価回路図である。ここでは吐出信号が供給されてお
らず、その結果、同図（ａ）及び（ｃ）において充電回
路が形成されず、したがって、同図（ｂ）及び（ｄ）に
おいて放電回路が形成されても、充放電が行われず、ア
クチュエータ１５０（Ｃ１）はインク滴の吐出動作をし
ない。

【００５０】図１０は図８の駆動波形とインクジェット
ヘッド（アクチュエータ１５０）の動作との関係を示し
た説明図である。

【００５１】（主駆動期間）アクチュエータ１５０
（Ｃ１）に駆動電圧が印加されて、アクチュエータ１５
０（Ｃ１）に充電電流が供給されると、振動板５が静電
力により電極２１側に吸引されて吐出室６の容量が大き
くなり、吐出室６にインク１０３が吸引される。（図７
（ａ）参照）。

【００５２】（主駆動期間，中立期間）アクチュエ
ータ１５０（Ｃ１）への充電が終了してその電荷が放電
されると、電極２１側に吸引されていた振動板５が急激
に元の位置に戻ろうとし、吐出室６の容量が小さくなり
（吐出室の圧力が高くなり）、吐出室６のインク１０３
はノズル孔４から吐出しようとする。（図７（ｂ）参
照）

【００５３】（吸引期間）次に、アクチュエータ１５
０（Ｃ１）に上記（ａ）の場合と逆電圧が印加されて、
アクチュエータ１５０（Ｃ１）に充電電流が供給される
と、振動板５が静電力により電極側に吸振されて吐出室
６の容量が大きくなり、上記の区間、において吐出
しようとしていたインク滴の内、先端の主たるインク滴
１０４は吐出されるが、それに後続するサテライト１０
６（図１１参照）が吐出室６側に吸引される。（図７
（ｃ）参照）

【００５４】（復帰期間）次に、アクチュエータ１５
０（Ｃ１）への充電が終了してその電荷が放電される
と、電極２１側に吸引されていた振動板５が元の位置に
復帰しようとするが、その時の放電時定数は上述のよう
に大きく設定してあるので、振動板５は元の位置にゆっ
くり戻る。このため、吐出室６の容量の変化も穏やかで
あり、吐出室６のインクがノズル孔４から吐出されるこ
とはない。

【００５５】図１１は比較例にとして示した、従来のア
クチュエータ１５０（Ｃ１）の電圧波形とアクチュエー
タの動作との関係を示した説明図である。同図に示され
るように、アクチュエータ１５０には２個目のパルスが
印加されていない。したがって、アクチュエータ１５０
（Ｃ１）への充電が終了してその電荷が放電されると、
電極２１側に吸引されていた振動板５が元の位置に復帰
しようとし、吐出室６の容量が急激に小さくなり、吐出
室６のインク１０３はノズル孔４から吐出しようとす
る。このときには、本来の吐出しようとした主たるイン
ク滴１０４の他に、そのインク滴１０４に後続するサテ
ライト１０６がノズル孔４から吐出される。

【００５６】図９及び図１０の説明から明らかなよう
に、本実施形態１においてはアクチュエータ１５０の駆
動電圧波形を図８に示されるような形状にしたことによ
り、吐出されるインク滴１０４を微少量にすることがで
きるとともにその量を適宜制御することができ、更に、
サテライト１０６の発生を防止することを可能にしてい
る。このため、ノズル孔４の断面積を大きくして流体抵
抗を下げた状態でも、微少量で十分な吐出速度が得ら
れ、また、階調表示が可能になっている。なお、図８の
駆動電圧波形おける主駆動期間、中立期間、吸引期
間及び復帰期間の各期間の長さ（時間ｔ１乃至ｔ
４）は、吐出されるインク滴の量の応じてそれぞれ設定
される。

【００５７】なお、図５の例においては、ロータリスイ
ッチ１９０により、中立期間（時間ｔ２）を設定するこ
ととなる遅延時間を切り替える例について説明したが、
例えば階調表示をする場合には印字濃度に応じて遅延時
間を自動的に切り替える構成する。

【００５８】実施形態２．図１２は本発明の実施形態２
によるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面
図で示してある。本実施形態はインク液滴を基板の面部
に設けたノズル孔から吐出させるフェイスインクジェッ
トタイプの例を示すものである。図１３は組み立てられ
た全体装置の断面側面図、図１４は図２のＢ−Ｂ線矢視
図である。なお、以降においては、実施形態１と同一ま
たは相当する部分及び部材は同一符号を用いて示し、説
明は省略する。

【００５９】本実施形態のインクジェットヘッド１０
は、第３の基板３の面に穿孔したノズル孔４よりインク
液滴を吐出させるようにしたものである。

【００６０】本実施形態２における第１の基板１は、例
えば厚さ３８０μｍの結晶面方位（１１０）のシリコン
基板であり、吐出室６を構成する凹部１２の底壁を例え
ば厚さ３μｍの振動板５としている。また、この振動板
５の下部には実施形態１のような振動室用の凹部は形成
されておらず、振動板５の下面は鏡面研磨による平滑面
となっている。

【００６１】第１の基板１の下面に接合される第２の基
板２は、実施形態１と同様にパイレックス（登録商標）
ガラスを使用し、この基板２に電極２１を装着するため
の凹部２５を例えば０．５μｍエッチングすることによ
り上述のようなギャップ長Ｇを形成している。この凹部
２５はその内部に電極２１、リード部２２及び端子部２
３を装着できるように電極部形状に類似したやや大きめ
の形状にパターン形成している。電極２１は凹部２５内
にＩＴＯを０．１μｍスパッタし、ＩＴＯパターンを形
成することで作製し、さらに端子部２３にのみボンディ
ングのための金をスパッタしている。さらに、電極端子
部２３を除きパイレックス（登録商標）スパッタ膜を全
面に０．１μｍ被覆して絶縁層２４としている。なお、
図６では絶縁層２４が平坦に描かれているが、実際には
凹部２５上の部分が凹んだ状態になっているものであ
る。したがって、本実施形態におけるギャップ長Ｇは陽
極接合後０．４μｍ，空隙間隔Ｇ1 は０．３μｍとなっ
ている。

【００６２】また、第１の基板１の上面に接合される第
３の基板３には、例えば厚さ１００μｍの結晶面方位
（１１０）のシリコン基板を用い、基板３の面部に、吐
出室用の凹部１２と連通するようにそれぞれノズル孔４
を設け、また、インクリザーバ用の凹部１４と連通する
ようにインク供給口３１を設ける。

【００６３】次に、第１の基板１と第２の基板２とを、
上述の実施形態１と同様に、温度３００℃、電圧５００
Ｖの印加で陽極接合し、また、第１の基板１と第３の基
板３を接合し、図１３のようにインクジェットヘッドを
組み立てる。陽極接合後において、振動板５と第２の基
板２上の電極２１とのギャップ長Ｇは凹部１５の深さと
電極２１の厚さとの差であるから、例えば０．５μｍと
なる。また、振動板５と電極２１上の絶縁層２４との空
隙間隔Ｇ1は０．３μｍとなる。

【００６４】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、基板１と電極２１の端子部２３間にそれぞ
れ配線１０１により駆動回路１０２を接続し、後述のイ
ンクジェット記録装置（又はカラーフィルタの製造装
置、電界発光基板製造装置）を構成する。インク１０３
は、図示しないインクタンクよりインク供給口３１を経
て基板１の内部に供給され、インクリザーバ８、吐出室
６等を満たしている。なお、この駆動回路１０２の構成
は上述の実施形態１と同じである。

【００６５】上記のように構成されたインクジェットヘ
ッドの動作を説明する（図１２参照）。この動作は上述
の実施形態１の動作と基本的には同じであり（図４乃至
図９参照）。電極２１に駆動回路１０２によりパルス電
圧を印加し、例えば電極２１の表面がプラスに帯電する
と、対応する振動板５の下面はマイナス電位に帯電す
る。したがって、振動板５は静電気の吸引作用により電
極２１側に撓む。次に、電極２１をＯＦＦにすると振動
板５は復元する。このため、吐出室６内の圧力が急激に
上昇し、ノズル孔４よりインク滴１０４を記録紙１０５
に向けて吐出する。次に、電極２１に上記とは逆極性の
パルス電圧を印加し、例えば電極２１の表面がマイナス
に帯電すると、対応する振動板５の下面はプラス電位に
帯電し、振動板５が静電気の吸引作用により電極２１側
に吸引されて撓み、吐出中のインクが吐出室６側に吸引
されて吐出されるインク滴１０４の量が制御される。そ
して、電極２１側に吸引された振動板５は穏やかに元の
位置に復帰し、この動作によってインク液滴が吐出され
ることはない。

【００６６】なお、本実施形態２においては、振動板５
を形成する第１の基板１及びノズル孔４を形成する第３
の基板３に（１１０）面方位のシリコン基板を使用する
と、エッチングによりインクリザーバの壁面を基板表面
に対し垂直にできるため、ノズルのピッチ間隔を小さく
でき、小型高密度化が可能になる。

【００６７】実施形態３．図１５は上述の実施形態のイ
ンクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置
の構成図である。図１５のインクジェット記録装置にお
いて、プラテン３００は記録紙１０５を搬送するもので
あり、インクタンク３０１は内部にインクを貯蔵してお
り、インク供給チューブ３０６を介してインクジェット
ヘッド１０にインクを供給する。キャリッジ３０２はイ
ンクジェットヘッド１０を記録紙１０５の搬送方向と直
交する方向に移動させる。ポンプ３０３は、インクジェ
ットヘッド１０のインク吐出不良時の回復動作を行った
り、インクの詰め替えを行う等の場合、キャップ３０
４、廃インク回収チューブ３０８を介して吸引し、排イ
ンク溜３０５に回収する機能を果たしている。

【００６８】図１５のインクジェット記録装置において
は、プラテン３００により記録紙１０５を搬送させつ
つ、キャリッジ３０２を移動させて、記録紙１０５とイ
ンクジェットヘッド１０との相対位置を制御しながら、
インクジェットヘッド１０によりインク滴１０４を吐出
させることにより、記録紙１０５に任意の文字や画像を
印刷することができる。

【００６９】なお、本実施形態においては、インクジェ
ットヘッド１０のみをキャリッジ３０２に配設したもの
を示したが、これに限定されるものではなく、インクタ
ンク３０１はキャリッジ３０２上に配設されてもよい
し、また、インクタンク３０１をヘッドと一体に構成し
たいわゆるディスポーザブルタイプ（インクタンクのイ
ンクが空になった時点でインクジェットヘッドごとに交
換するタイプ）に適用しても所望の効果が得られること
はいうまでもない。

【００７０】実施形態４．本発明の実施形態４として上
述の実施形態のインクジェットヘッドを搭載したカラー
フィルタの製造装置について説明する。

【００７１】上述の実施形態のインクジェットヘッド
を、カラーフィルタの製造装置に応用する際には、イン
クジェットヘッドの分解能とカラーフィルタの画素ピッ
チを合わせるために、インクジェットヘッドをカラーフ
ィルタ基板に対して斜めに配置して、画素ピッチを合わ
せて用いるが、その点について図１６を参照して説明す
る。

【００７２】図１６はインクジェットヘッドによりカラ
ーフィルタの画素を着色している様子を上から見た図で
あり、インクジェットヘッドについては、ノズル列の位
置のみを示している。また、決められたパターンのうち
赤に着色されるべき部分を着色しているときの様子を示
す。なお、図１６において各画素に描かれているＲ，
Ｇ，Ｂの文字はそれぞれの画素が赤色（Ｒ）、緑色
（Ｇ）、青色（Ｂ）に着色されることを示している。

【００７３】ノズル列３１０はインクジェットヘッドに
形成されており、ここからインクが吐出されて基板上に
インクドットが形成される。カラーフィルタの画素（フ
ィルタエレメント）３１１は基板上にインクドットが形
成される部分である。

【００７４】図１６の例では、カラーフィルタの画素の
間隔Ｐ１とインクジェットヘッドのノズル間隔Ｐ２とが
一致していないことから、ヘッドを角度θ傾けて、Ｙ方
向に３つ毎に並ぶ同じ色の画素の位置と５個毎のノズル
から吐出されるインクの位置を一致させ、インクジェッ
トヘッドを図中のＸ方向に相対的に動かしながらインク
ドットを画素３１１の中に形成することにより、画素内
を着色する。これを赤、緑、青それぞれのインクを吐出
するインクジェットヘッドで行うことによりカラーフィ
ルタを製造する。このため、この図に示された赤の画素
を着色するためのインクジェットヘッドでは右下から数
えて２番目、７番目、１２番目のノズルは吐出を行い、
ほかのノズルは吐出しない。

【００７５】なお、この例では、インクジェットヘッド
として、ノズルピッチ３６０ｄｐｉ（７０．５μｍ）の
一般的なインクジェット方式のヘッドを用いている。ま
た、カラーフィルタとして、画素間の間隔１００μｍの
ものを示している。

【００７６】なお、カラーフィルタをフルカラー表示の
ための光学要素として用いる場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３
色のフィルタエレメントを１つのユニットとして１つの
画素を形成するが、このフィルタエレメントの配列に
は、例えば図１７（ａ）に示されるトライプ配列、図１
７（ｂ）に示されるモザイク配列、図１７（ｃ）に示さ
れるデルタ配列等が知られている。ストライプ配列は、
マトリクスの縦列が全て同色になる配色である。モザイ
ク配列は、縦横の直線上に並んだ任意の３つのフィルタ
エレメントがＲ，Ｇ，Ｂの３色となる配色である。そし
て、デルタ配列は、フィルタエレメントの配置を段違い
にし、任意の隣接する３つのフィルタエレメントがＲ，
Ｇ，Ｂの３色となる配色である。

【００７７】図１８は上述の実施形態のインクジェット
ヘッドを搭載したカラーフィルタの製造装置の概要を示
した図である。演算部４００は描画イメージ（カラーフ
ィルタの画素の配列パターン）４０１及びノズル切り替
え信号４０２を生成して出力する。描画イメージ（カラ
ーフィルタの画素の配列パターン）４０１は、基板５０
０上に形成するべき各インクドットの相対位置関係を示
すデータである。ノズル切り替え信号４０２はカラーフ
ィルタの画素の各点と対応するノズルの切り替えを指示
する。なお、ノズル群の切り替えの具体的な方法を図１
５を用いて説明すると、はじめに右から数えて２、７、
１２番目のノズル群を使用しているとすると、その次は
３、８、１３番目のノズル群、さらにその次は４、９、
１４番目のノズル群と順送りにするのが容易であるが、
他の方法によってもかまわない。

【００７８】また、ノズル群の切り替えは、現在使用し
ているノズルの寿命がきたときに順次行うものとする。
ノズルの寿命は、例えば１つのノズル群の使用時間に基
づいて判定され、１つのノズル群の使用時間が所定時間
に達した場合に、寿命がきたと判定する。

【００７９】描画データ生成装置４０３は、ノズル切り
替え信号４０２に従って基板上の各画素とノズルの関連
付けを行うことにより、各インクドットの基板上の絶対
位置のデータである描画データを生成する。この際、ノ
ズルが切り替えられると、それに伴って、切り替え前後
のノズルの位置の変化をノズル配置に関する既知のデー
タから計算し、ノズル切り替え前後の各インクドット形
成時のステージ４０８の位置をその分だけ変化させる。

【００８０】ドライバー４０４は、描画データに従い、
インクジェットヘッド４０５、送り装置４０６，４０７
を駆動することにより描画データ通りのインクドットを
基板５００上に形成する。インクジェットヘッド４０５
は、赤色のインクを吐出する赤色ヘッド４０５ａ、緑色
のインクを吐出する緑色ヘッド４０５ｂ、青色のインク
を吐出する青色ヘッド４０５ｃを備えている。送り装置
４０６，４０７は、ドライバー４０４からの信号に応じ
てステージ４０８の位置をそれぞれＸ方向、Ｙ方向に動
かす。ステージ４０８は着色される基板５００を保持す
る。上記構成により、基板５００上に描画イメージ４０
１に応じた描画パターンが生成される。

【００８１】なお、本実施形態ではノズル切り替えに伴
う、ノズル位置のずらし量に相当する基板と描画ヘッド
の位置関係の変化をノズルのノズル配置に関する既知の
データから推定しているが、画像処理装置などにより、
実際に各ノズルにより形成されるインクドットの位置関
係を測定しても良い。

【００８２】図１９は上述の実施形態４のカラーフィル
タ製造装置によりカラーフィルタを製造する過程を工程
順に模式的に示した図である。

【００８３】（ａ）まず、図１９（ａ）に示されるよう
に、マザー基板５１２の表面に透光性のない樹脂材料に
よって隔壁５０６を矢印Ｂ方向から見て格子状パターン
に形成する。格子状パターンの格子穴の部分５０７はフ
ィルタエレメント５０３が形成される領域、すなわちフ
ィルタエレメント領域である。この隔壁５０６によって
形成される個々のフィルタエレメント領域５０７の矢印
Ｃ方向から見た場合の平面寸法は、例えば３０μｍ×１
００μｍ程度に形成される。

【００８４】隔壁５０６は、フィルタエレメント領域５
０７に供給されるフィルタエレメント材料の流動を阻止
する機能及びブラックマトリクスの機能を併せて有す
る。また、隔壁５０６は任意のパターニング手法、例え
ばフォトリソグラフィー法によって形成され、さらに必
要に応じてヒータによって加熱されて焼成される。

【００８５】（ｂ）隔壁５０６の形成後、図１９（ｂ）
に示されるように、フィルタエレメント材料の液滴５０
８を各フィルタエレメント領域５０７に供給することに
より、各フィルタエレメント領域５０７をフィルタエレ
メント材料５１３で埋める。図１９（ｂ）において、符
号５１３ＲはＲ（赤）の色を有するフィルタエレメント
材料を示し、符号５１３ＧはＧ（緑）の色を有するフィ
ルタエレメント材料を示し、そして符号５１３ＢはＢ
（青）の色を有するフィルタエレメント材料を示してい
る。

【００８６】（ｃ）各フィルタエレメント領域５０７に
所定量のフィルタエレメント材料が充填されると、ヒー
タによってマザー基板５１２を例えば７０℃程度に加熱
して、フィルタエレメント材料の溶媒を蒸発させる。こ
の蒸発により、図１９（ｃ）に示されるようにフィルタ
エレメント材料５１３の体積が減少し、平坦化する。体
積の減少が激しい場合には、カラーフィルタとして十分
な膜厚が得られるまで、フィルタエレメント材料の液滴
の供給とその液滴の加熱とを繰り返して実行する。以上
の処理により、最終的にフィルタエレメント材料の固形
分のみが残留して膜化し、これにより、希望する各色フ
ィルタエレメント５０３が形成される。

【００８７】（ｄ） 以上によりフィルタエレメント５
０３が形成された後、それらのフィラメント５０３を完
全に乾燥させるために、所定の温度で所定時間の加熱処
理を実行する。その後、例えば、スピンコート法、ロー
ルコート法、リッピング法、又はインクジェット法等と
いった適宜の手法を用いて、図１９（ｄ）に示されるよ
うに、保護膜５０４を形成する。この保護膜５０４は、
フィルタエレメント５０３等の保護及びカラーフィルタ
５０１の表面の平坦化のために形成される。

【００８８】以上のように本実施形態４によれば、イン
クジェットヘッドによって粘度の高い微量なカラーフィ
ルタ着色料を塗布することができ、カラーフィルタの色
むらをなくすことができる。また、工程上、３色の加法
原色のカラーフィルタ材料を１度で塗布することもでき
るし、カラーフィルタ材料を直接フィルタエレメントに
吐出するので無駄に消費することもない。このため、歩
留まりを低くすることができ、コストパフォーマンスが
よいカラーフィルタ製造装置を得ることができる。特
に、従来方法よりも格段に低コストで作成できるので、
インクジェットヘッドのコストを考えても、コストパフ
ォーマンスがよいカラーフィルタを得ることができる。
また、カラーフィルタ材料を無駄にせず環境によい。

【００８９】実施形態５．本実施形態５においては、上
述の実施形態のインクジェットヘッドを用いたＯＥＬ基
板製造装置によりＯＥＬ基板を作成する手順について説
明する。この場合のＯＥＬ基板製造装置は、上記の実施
形態４で説明したカラーフィルタ製造装置（図１８）の
構成をほとんど適用することができるので、その構成の
図示は省略するものとする。

【００９０】図２０は本実施形態５に係るＥＬ装置の製
造方法の主要工程及び最終的に得られるＥＬ装置の主要
断面構造を示した図である。ＥＬ装置６０１は、図２０
（ｄ）に示されるように、透明基板６０４上に画素電極
６０２が形成され、各画素電極６０２間にバンク６０５
が矢印Ｇ方向から見て格子状に形成され、それらの格子
状凹部の中に正孔注入層６２０が形成され、矢印Ｇ方向
から見てストライプ配列等といった所定配列となるよう
に、Ｒ色発光層６０３Ｒ、Ｇ色発光層６０３Ｇ及びＢ色
発光層６０３Ｂが各格子状凹部の中に形成され、さらに
それらの上に対向電極６１３が形成されている。

【００９１】上記の画素電極６０２をＴＦＤ（薄膜ダイ
オード）素子等といった２端子型のアクティブ素子によ
って駆動する場合には、上記対向電極６１３は矢印Ｇ方
向から見てストライプ状に形成される。また、画素電極
６０２をＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等といった３端子
型のアクティブ素子によって駆動する場合には、上記の
対向電極６１３は単一な面電極として形成される。

【００９２】各画素電極６０２と各対向電極６１３とに
よって挟まれる領域が１つの絵素ピクセルとなり、Ｒ，
Ｇ，Ｂ３色の絵素ピクセルが１つのユニットとなって１
つの画素を形成する。各絵素ピクセルを流れる電流を制
御することにより、複数の絵素ピクセルのうちの希望す
るものを選択的に発光させ、これにより矢印Ｈ方向に希
望するフルカラー像を表示することができる。

【００９３】上記のＥＬ装置６０１は例えば次のように
製造される。 （ａ）図２０（ａ）に示されるように、透明基板６０４
の表面にＴＦＤ素子やＴＦＴ素子等といった能動素子を
形成し、さらに画素電極６０２を形成する。形成方法と
しては、例えば、フォトリソグラフィー法、真空状着
法、スパックリング法、パイロゾル法等を用いることが
できる。画素電極の材料としてはＩＴＯ（Indium Tin O
xide）、酸化スズ、酸化インジウムと酸化亜鉛との複合
酸化物等を用いることができる。

【００９４】次に、隔壁すなわちバンク６０５を周知の
パターニング手法、例えばフォトリソグラフィー法を用
いて形成し、このバンク６０５によって各透明電極６０
２の間を埋める。これにより、コントラストの向上、発
光材料の混色の防止、画素と画素との間からの光漏れ等
を防止することができる。バンク６０５の材料として
は、ＥＬ材料の溶媒に対して耐久性を有するものであれ
ば特に限定されないが、フロロカーボンガスプラズマ処
理によりテフロン（登録商標）化できること、例えば、
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、感光性ポリイミド等とい
った有機材料が好ましい。

【００９５】次に、正孔注入層用インクを塗布する直前
に、基板６０４に酸素ガスとフロロカーボンガスプラズ
マの連続プラズマ処理を行う。これにより、ポリイミド
表面は撥水化され、ＩＴＯ表面は親水化され、インクジ
ェット液滴を微細にパターニングするための基板側の濡
れ性の制御ができる。プラズマを発生する装置として
は、真空中でプラズマを発生する装置でも、大気中でプ
ラズマを発生する装置でも同様に用いることができる。

【００９６】次に、正孔注入層用インクをインクジェッ
トヘッドから吐出し、各画素電極６０２の上にパターニ
ング塗布を行う。その後、大気中、２０℃（ホットプレ
ート上）、１０分の熱処理により、発光層用インクと相
溶しない正孔注入層６２０を形成する。膜厚は例えば４
０ｎｍ程度である。

【００９７】（ｂ）次に、図２０（ｂ）に示されるよう
に、各フィルタエレメント領域内の正孔注入層６２０の
上にインクジェット手法を用いてＲ発光層用インク及び
Ｇ発光層用インクを塗布する。ここでも、各発光層用イ
ンクは、インクジェットヘッドから吐出する、インク組
成物の固形分濃度及び吐出量を変えることにより膜厚を
変えることが可能である。

【００９８】発光層用インクの塗布後、真空（１ｔｏｒ
ｒ）中、室温、２０分等という条件で溶媒を除去し（工
程Ｐ５８）、続けて窒素雰囲気中、１５０℃、４時間の
熱処理により共役化させてＲ色発光層６０３Ｒ及びＧ色
発光層６０３Ｇを形成する。膜厚は５０ｎｍ程度であ
る。熱処理により共役化した発光層は溶媒に不溶であ
る。ここで、Ｒ色発光層６０３Ｒには例えばローダミン
ＢをドープしたＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）
のキシレン溶液が用いられる。また、Ｇ色発光層６０３
Ｇには例えばＭＥＨ・ＰＰＶのキシレン溶液が用いられ
る。Ｂ色発光層６０３Ｂには例えばクマリンをドープし
たＰＰＶのキシレン溶液が用いられる。

【００９９】なお、発光層を形成する前に正孔注入層６
２０に酸素ガスとフロロカーボンガスプラズマの連続プ
ラズマ処理を行っても良い。これにより、正孔注入層６
２０上にフッ素化物層が形成され、イオン化ポテンシャ
ルが高くなることにより正孔注入効率が増し、発光効率
の高い有機ＥＬ装置を提供できる。

【０１００】（ｃ）次に、図２０（ｃ）に示されるよう
に、Ｂ色発光層６０３Ｂを各絵素ピクセル内のＲ色発光
層６０３Ｒ、Ｇ色発光層６０３Ｇ及び正孔注入層６２０
の上に重ねて形成する。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原
色を形成するのみならず、Ｒ色発光層６０３Ｒ及びＧ色
発光層６０３Ｇとバンク６０５との段差を埋めて平坦化
することができる。これにより、上下電極間のショート
を確実に防ぐことができる。Ｂ色発光層６０３Ｂの膜厚
を調整することで、Ｂ色発光層６０３ＢはＲ色発光層６
０３Ｒ及びＧ色発光層６０３Ｇとの積層構造において、
電子注入輸送層として作用してＢ色には発光しない。

【０１０１】以上のようなＢ色発光層６０３Ｂの形成方
法としては、例えば湿式法として一般的なスピンコート
法を採用することもできるし、あるいは、Ｒ色発光層６
０３Ｒ及びＧ色発光層６０３Ｇの形成法と同様のインク
ジェット法を採用することもできる。

【０１０２】（ｄ）その後、図２０（ｄ）に示されるよ
うに、対向電極６１３を形成することにより、目標とす
るＥＬ装置６０１を製造する。対向電極６１３はそれが
面電極である場合には、例えば、Ｍｇ，Ａｇ，Ａｌ，Ｌ
ｉ等を材料として、蒸着法、スパッタ法等といった成膜
法を用いて形成できる。また、対向電極６１３がストラ
イプ状電極である場合には、成膜された電極層をフォト
リソグラフィー法等といったパターニング手法を用いて
形成できる。

【０１０３】なお、以上に説明したＥＬ装置の製造方法
においては、インクジェットヘッドの制御方法として、
図２０における各絵素ピクセル内の正孔注入層６２０及
びＲ，Ｇ，Ｂ各色発光層６０３Ｒ，６０３Ｇ，６０３Ｂ
に、インクジェットヘッドの１回の主走査Ｘによって形
成するのではなく、１個の絵素ピクセル内の正孔注入層
及び／又は各色発光層を複数のノズルによってｎ回、例
えば４回、重ねてインク吐出を受けることにより所定の
膜厚を形成するようにしてもよい。このようにすること
により、仮に複数のノズル間においてインク吐出量にバ
ラツキが存在する場合でも、複数の絵素ピクセル間で膜
厚にバラツキが生じることを防止でき、それ故、ＥＬ装
置の発光面の発光分布特性を平面的に均一にすることが
できる。このことは、図２０（ｄ）のＥＬ装置６０１に
おいて、色むらのない鮮明なカラー表示が得られるとい
うことを意味している。

【０１０４】以上のように、本実施形態のＥＬ装置の製
造方法によれば、インクジェットヘッドを用いたインク
吐出によってＲ，Ｇ，Ｂの各色絵素ピクセルを形成する
ので、フォトリソグラフィー法を用いる方法のような複
雑な工程を経る必要も無く、また、材料を浪費すること
も無い。

【０１０５】また、ＥＬ装置に発光層等を形成する方法
として、従来では、例えば金属染料等を発光層に蒸着さ
せる方法が採られているが、インクジェット方式でＯＥ
Ｌ基板の製造を行うと、電界発光素子となる高分子有機
化合物の塗布とパターニングとが一度で行える。また、
目的の位置に直接吐出するので、電界発光素子となる有
機化合物を無駄にせず必要最小限の量を吐出するだけで
済む。

【０１０６】また、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色発光層６０３Ｒ，６
０３Ｇ，６０３Ｂに用いられる有機化合物及び溶液は各
種のものがあるので、特に上記に示したものでなくても
よい。また、中間色を発色するような材料を用いてもよ
い。但し、それぞれの材料によって重量、粘度等が変わ
るので、吐出する材料に応じて、インク重量及びインク
スピードを調整しておく必要がある。

【０１０７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、吐出室を
膨張した後に収縮させて吐出室のインクをノズル孔から
吐出させ、その吐出室を収縮させてい段階（途中）にお
いて、吐出室の膨張する速度が極めて速いことを利用し
て、吐出室を再び膨張させることにより後続のインク液
を吸引するようにしたので、ノズル孔の断面を大きくし
て流体抵抗を下げた状態でも、微少量の高粘度のインク
滴を十分な吐出速度で吐出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッ
ドの分解斜視図である。

【図２】図１のインクジェットヘッドの断面側面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。

【図４】図１のインクジェットヘッドの駆動回路を示し
た回路図である。

【図５】図４の制御回路の詳細を示したブロック図であ
る。

【図６】図５の制御回路の出力信号を示したタイミング
チャートである。

【図７】吐出信号が入力されたときの図４のアクチュエ
ータの動作及び各トランジスタの動作を示した等価回路
図である。

【図８】吐出信号が入力されたときの図４のアクチュエ
ータに印加される駆動電圧波形を示すタイミングチャー
トである。

【図９】吐出信号が入力されないときの図４のアクチュ
エータの動作及び各トランジスタの動作を示した等価回
路図である。

【図１０】吐出信号が入力されたときの駆動電圧波形と
図４のアクチュエータの動作との関係を示した説明図で
ある。

【図１１】比較例として示した、従来の駆動電圧波形と
アクチュエータの動作との関係を示した説明図である。

【図１２】本発明の実施形態２に係るインクジェットヘ
ッドの分解斜視図である。

【図１３】図１２のインクジェットヘッドの断面側面図
である。

【図１４】図１３のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図１５】本発明の実施形態３に係るインクジェット記
録装置の構成図である。

【図１６】インクジェットヘッドによりカラーフィルタ
の画素を着色している様子を上から見た状態を示した図
である。

【図１７】カラーフィルタのフィルタエレメントの配列
例を示した説明図である。

【図１８】本発明の実施形態４に係るカラーフィルタの
製造装置の概要を示した図である。

【図１９】図１８のカラーフィルタ製造装置によりカラ
ーフィルタを製造する過程を工程順に模式的に示した図
である。

【図２０】本発明の実施形態５に係るＥＬ装置の製造方
法の主要工程及び最終的に得られるＥＬ装置の主要断面
構造を示した図である。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 第２の基板 ３ 第３の基板 ４ ノズル孔 ５ 振動板 ６ 吐出室 ７ オリフィス ８ インクリザーバ ９ 振動室 １０ インクジェットヘッド １５ 凹部 ２１ 電極 ２３ 端子部 ２４ 絶縁膜 ２５ 凹部 ３１ インク供給口 ３２ 接続パイプ ３３ チューブ １０２ 駆動回路 １０３ インク １０４，１０６ インク滴 １４０ 制御回路 １５０ アクチュエータ １６０〜１６３，１６５，１６６ トランジスタ １６７，１６８，１６９ １７０ 抵抗 １７１ 制限抵抗 １８０〜１８７ ＤＦＦ回路 １９０ ロータリスイッチ １９１〜１９３ インバータ １９４，１９５ アンド回路 １９６ オア回路 ２０２ 画素電極 ３００ プラテン ３０１ インクタンク ３０２ キャリッジ ３０３ ポンプ ３０４ キャップ ３０５ 排インク溜 ３０６ インク供給チューブ ３０８ 廃インク回収チューブ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル孔と、該ノズル孔に連通する吐出
   室とを備え、該吐出室を静電気力により変形させてイン
   ク滴を前記ノズル孔から吐出させるインクジェットヘッ
   ドの駆動方法において、 前記吐出室を膨張させる工程と、 膨張した前記吐出室を収縮させて、前記吐出室のインク
   を前記ノズル孔から吐出させる工程と、 前記吐出室を収縮させている段階で、前記吐出室を再び
   膨張させる工程と、 前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出させないよ
   うにして、再膨張した前記吐出室を収縮させる工程とを
   備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方
   法。
2. 【請求項２】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に
   連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくとも
   一方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印加により
   該振動板を静電気力により変形させる電極とを備えたイ
   ンクジェットヘッドの駆動方法において、 前記振動板を前記電極側に吸引させて前記吐出室を膨張
   させる工程と、 前記振動板の吸引を解除して前記吐出室を収縮させ、前
   記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出させる工程
   と、 前記吐出室を収縮させている段階で、前記振動板を前記
   電極側に吸引して前記吐出室を再び膨張させる工程と、 前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出させないよ
   うにして、前記振動板を元の位置に復帰させて再膨張し
   た前記吐出室を収縮させる工程とを備えたことを特徴と
   するインクジェットヘッドの駆動方法。
3. 【請求項３】 前記電極に第１の駆動電圧を印加して、
   前記振動板を前記電極側に吸引させて前記吐出室を膨張
   させた後に、前記振動板の吸引を解除して前記吐出室を
   収縮させて、前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐
   出させることを特徴とする請求項２記載のインクジェッ
   トヘッドの駆動方法。
4. 【請求項４】 前記吐出室の膨張を収縮させている段階
   において、前記電極に第２の駆動電圧を印加し、前記振
   動板を前記電極側に吸引させて前記吐出室を膨張させた
   後に、前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出させ
   ないようにして、前記振動板を元の位置に復帰させて再
   膨張した前記吐出室を収縮させることを特徴とする請求
   項２又は３記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
5. 【請求項５】 前記第１の駆動電圧と前記第２の駆動電
   圧とは逆極性であることを特徴とする請求項３又は４記
   載のインクジェットヘッドの駆動方法。
6. 【請求項６】 前記第１の駆動電圧を印加した後に、所
   定の時間後に前記第２の駆動電圧を印加することを特徴
   とする請求項４又は５記載のインクジェットヘッドの駆
   動方法。
7. 【請求項７】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に
   連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくとも
   一方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印加によっ
   て該振動板を静電気力により変形させる電極とを備えた
   インクジェットヘッドの駆動方法において、 前記駆動電圧は、 前記振動板を前記電極側に吸引して前記吐出室を膨張さ
   せた後に、前記振動板の吸引を解除して前記吐出室の膨
   張を収縮させて、前記吐出室のインクを前記ノズル孔か
   ら吐出させるための主駆動期間と、 前記吐出室を収縮させている段階において、前記振動板
   を前記電極側に吸引して前記吐出室を再び膨張させるた
   めの吸引期間と、 前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出させないよ
   うにして、前記振動板を元の位置に復帰させて前記吸引
   期間後の吐出室を収縮させるための復帰期間とからなる
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
8. 【請求項８】 前記復帰期間の電圧は、その電位変化が
   前記吐出室の収縮の変化の度合いが小さくなるように、
   その電圧の勾配が小さく設定されていることを特徴とす
   る請求項７記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
9. 【請求項９】 前記駆動電圧は、前記主駆動期間と前記
   吸引期間との間に、前記電極に電圧を印加しない中立期
   間が形成されていることを特徴とする請求項７又は８記
   載のインクジェットヘッドの駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記駆動電圧の前記主駆動期間、前記
    中立期間及び前記吸引期間の少なくとも１つの期間を調
    整することにより、前記ノズル孔から吐出されるインク
    滴の量を調整することを特徴とする請求項９記載のイン
    クジェットヘッドの駆動方法。
11. 【請求項１１】 前記主駆動期間の電圧と、前記吸引期
    間の電圧及び前記復帰期間の電圧とは逆極性であること
    を特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載のインク
    ジェットヘッドの駆動方法。
12. 【請求項１２】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々
    に連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくと
    も一方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印加によ
    り該振動板を静電気力により変形させる電極とを備えた
    インクジェットヘッドにおいて、 第１の駆動電圧及び第２の駆動電圧を生成して前記電極
    に印加する駆動回路を備え、前記第１の駆動電圧は、前
    記振動板を前記電極側に吸引させて前記吐出室を膨張さ
    せた後に、前記振動板を吸引を解除し、前記吐出室を収
    縮させて前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出さ
    せるための電圧であり、前記第２の駆動電圧は、前記吐
    出室の膨張を収縮させている段階において、前記振動板
    を前記電極側に吸引させて前記吐出室を膨張させた後
    に、前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出させな
    いようにして、前記振動板を元の位置に復帰させて前記
    吐出室の膨張を収縮させるための電圧であることを特徴
    とするインクジェットヘッド。
13. 【請求項１３】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々
    に連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくと
    も一方の壁に形成された振動板と、駆動電圧の印加によ
    り該振動板を静電気力により変形させる電極とを備えた
    インクジェットヘッドにおいて、 前記駆動電圧を生成して前記電極に印加する駆動回路を
    備え、 前記駆動電圧は、 前記振動板を前記電極側に吸引して前記吐出室を膨張さ
    せた後に、前記振動板の吸引を解除して前記吐出室の膨
    張を収縮させて、前記吐出室のインクを前記ノズル孔か
    ら吐出させるための主駆動期間と、 前記吐出室を収縮させている段階において、前記振動板
    を前記電極側に吸引して前記吐出室を再び膨張させるた
    めの吸引期間と、 前記吐出室のインクを前記ノズル孔から吐出させないよ
    うにして、前記振動板を元の位置に復帰させて前記吸引
    期間後の吐出室を収縮させるための復帰期間とから構成
    されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
14. 【請求項１４】 前記駆動回路は、前記吸引期間の電圧
    を時定数の大きな放電回路を介して放電して、前記復帰
    期間の電圧を生成することを特徴とする請求項１３記載
    のインクジェットヘッド。
15. 【請求項１５】 前記駆動回路は、前記主駆動期間と前
    記吸引期間との間に、前記電極に駆動電圧を印加しない
    中立期間を生成することを特徴とする請求項１３又は１
    ４記載のインクジェットヘッド。
16. 【請求項１６】 前記駆動回路は、前記駆動電圧の前記
    主駆動期間、前記中立期間及び前記吸引期間の少なくと
    も１つの期間を調整することにより、前記ノズル孔から
    吐出されるインク滴の量を調整することを特徴とする請
    求項１５記載のインクジェットヘッド。
17. 【請求項１７】 前記駆動回路は、前記主駆動期間の電
    圧と、前記吸引期間の電圧及び前記復帰期間の電圧とを
    逆極性とした駆動電圧を生成することを特徴とする請求
    項１３乃至１６の何れかに記載のインクジェットヘッ
    ド。
18. 【請求項１８】 請求項１３乃至１７の何れかに記載の
    インクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするイン
    クジェット記録装置。