JP2006178455A - カラーフィルタの色均一性を達成する副画素のプレプリントおよび／または再液化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタの色均一性を達成するカラーフィルタの構成方法、およびカラーフィルタへの均一な色の供給方法を提供する。
【解決手段】基板上に複数のブラックマトリックス２５２を形成し、ブラックマトリックス２５２は複数の画素２５０を規定し、各画素２５０は副画素２５４から成るカラーフィルタの構成方法において、少なくとも一つの副画素２５４を選択し、選択された副画素２５４に第１の液体を適用し、選択された副画素２５４内の第１の液体に、第２の液体の少なくとも１滴を滴下する。また、色が均一でない、少なくとも一つの副画素２５４を認識し、認識された副画素２５４に第１の液体を適下する。
【選択図】図４

Description

本発明は、カラーフィルタにおける色の均一化を達成するための副画素のプレプリント（事前印刷）および／または再液化の方法に関する。これは、例えば液晶ディスプレイ等の広範囲なディスプレイに用いられるカラーフィルタの構成に関する特殊な適用である。しかし、本発明は、他の類似のものに対しても修正して適用可能である。

従来のカラーフィルタの構成は、数々の異なる方法で成し遂げられてきた。一つの古典的な技術によると、各カラーフィルタ要素の画素および副画素を規定するブラックマトリックスが、ガラス基板上に形成される。次に、ガラス基板およびブラックマトリックスは、適切にマスクされ、第１の色（すなわち、緑色）が種々の副画素の範囲に適用できる。第１の色の適用後、マスクがはがされ、基板およびブラックマトリックスは、第２の色（すなわち、青色）の印刷に適応させるために異なる方法でマスクされる。第２の色が適用された後、マスクがはがされ、第３のマスクが基板に適用され、第３の色（すなわち、赤色）がカラーフィルタ上に形成可能となる。

この方法の明白な欠点はコストや時間がかかることである。これらの方法により多重のマスクを用いる方法では、カラーフィルタを効率的に処理し構成することは難しい。他の類似のカラーフィルタの生成方法も用いられているが、これらの方法は、一般的に上述した方法と同様に多くの反復を要する。

インク滴下印刷技術によるカラーフィルタの構成は、近年一般的となっている。しかし、このインク滴下による印刷技術は、数々の異なる問題を生じている。例えば、インクジェット技術を用いて印刷されるカラーフィルタの副画素が均一に乾燥していない場合、すなわち、副画素の全面にわたって着色剤や染料が均一に分布していない場合には、複写される色の強さ（Ｃｏｌｏｒ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）もまた均一ではない。

また、印刷された副画素から滴下量を追加あるいは減少することが必要な場合（これはしばしば発生するが）、修正される液滴を、着色剤が均一になるように副画素全体に均一に分布させることは難しい。例えば、画素全体に通常２０滴が均一に印刷されるが、このプロセスが１８滴に調節された場合、新たに投与される液滴は、均一に拡散することが要求される。液滴が早く乾燥してしまうと適切に拡散されず、液滴のサイズ（またはマークされたスポット）を調節しなければならない。この調節をしない場合には、非均一性および副画素の縁部に沿ったスカラップ（縁部の扇状の隙間）が生じることになる。

また、着色液体と副画素（ブラックマトリックス）の境界間の表面湿潤特性は、液体が隣接する副画素に拡がらないように保持するには十分ではない。これは、赤色が緑色と混合することであり、実用的なカラーフィルタを生産するという点で壊滅的な問題である。

さらに、図１を参照して説明する。ＲＧＢごとに副画素１２を有する全体の画素１０が示されている。この全体の画素１０は、最終的に液晶ディスプレイなどの製造に用いられるのに適したサイズのガラス基板上に、一般的に何百回あるいは何千回も繰り返される。また、副画素１２は、通常はそれぞれ赤色、緑色、青色である。ブラックマトリックス１４は、各副画素１２を枠取りする。このブラックマトリックス１４は、着色された副画素１２の境界要素としての役割だけではなく、ディスプレイ上に最終的に表示されるイメージに対してコントラストを与える役割をも有する。図１に示す部分的に完成された画素１０は、液滴の印刷により、スポット（斑点）がどのように副画素１２に形成されるかを示している。図中の１６に示す液滴が、副画素１２全体をカバーしない場合、明らかなスポットやスカラップ２２が発生することが分かる。分解図の二つの赤色の液滴１６及び１８を見ると、コーヒーのしみ（Ｃｏｆｆｅｅ Ｓｔａｉｎｉｎｇ）２０が液滴の放射方向に分布していることが分かる。コーヒーのしみは、乾燥させる現象を引き起こし、一般的には、プリントヘッドの液滴の中央をかすかに変色させるとともに、参照番号２０に示すように縁回りをより明るくあるいは暗くさせる。このしみは、乾燥中に非均一な着色剤の分布を生じさせる。これが副画素内での色の非均一性を生じさせることは勿論のことである。

特開平８−２６１８２３号公報 特開２０００−１８７１１２号公報

従来技術である、色ごとにマスクを用いて印刷する方法では、カラーフィルタを効率的に処理し構成することが難しく、コストや時間がかかる。

また、インクジェット技術を用いて印刷されるカラーフィルタの副画素が均一に乾いていない場合、すなわち、副画素の全面にわたって着色剤や染料が均一に分布していない場合には、複写される色の強さを均一にするのは難しい。

さらに、印刷された副画素から滴下量を追加あるいは減少することが必要な場合、修正される液滴を、着色剤が均一になるように副画素全体に均一に分布させることは難しい。

本願の目的は、かかる課題を解決し、カラーフィルタの色均一性を達成するカラーフィルタの構成方法、およびカラーフィルタへの均一な色の供給方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルタの構成方法は、基板上に複数の境界要素を形成し、前記境界要素は複数の画素領域を規定し、各画素領域は副画素要素から成るカラーフィルタの構成方法において、少なくとも一つの副画素領域を選択し、前記選択された副画素領域に第１の液体を適用し、前記選択された副画素領域内の前記第１の液体に、第２の液体の少なくとも１滴を滴下することを特徴とする。

また、カラーフィルタの構成方法は、その適用には、プリントヘッドから前記第１の液体を放射することを含むことが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルタへの均一な色の供給方法は、カラーフィルタが構成される基板上に複数の境界要素を形成し、前記境界要素は複数の画素領域を規定し、各画素領域は副画素要素から成るカラーフィルタへの均一な色の供給方法において、色が均一でない、少なくとも一つの副画素領域を認識し、前記認識された副画素領域に第１の液体を適用することを特徴とする。

更に、カラーフィルタに均一な色彩を供給する方法は、その適用には、プリントヘッドから前記第１の液体を放射することを含むことが好ましい。

また、基板はガラスからなり、境界要素はブラックマトリックスであり、第１の液体は透明な溶剤であることが好ましい。

また、当該適用には、基板を第１の液体に浸ける（Ｄｉｐｐｉｎｇ）ことが好ましい。

また、第１の液体は基板を湿潤（Ｗｅｔ）させるが、境界要素は湿潤させないことが好ましい。

また、放射は、プリントヘッドから赤色、緑色、あるいは青色のうち一つの色の液体を放射することを含むことが好ましい。

上記構成により、カラーフィルタの構成方法は、多様な効果が生じる。まず、カラーフィルタの画素内の副画素に着色剤や染料を均一に分布させることが可能となる。これにより、均一な色の分布を用いて副画素全体を完全にカバーすることが可能となる。その結果、スカラップやコーヒーのしみなどの非均一性は実質的に取り除くことが可能となる。少なくとも、本システムの実施により、コーヒーのしみの影響を減少することが可能で、その影響を副画素の極めて縁の部分とすることが可能となる。

また、印刷プロセスの間に液滴の量を調節することが可能となる。また、副画素の中に着色剤を印刷する従来技術と異なり、着色剤の滴下位置の正確性は緩和される。これは、着色剤は、第１の液体の範囲内であれば任意の位置に付加することができ、副画素の範囲全体に拡散されるため滴下した位置によらないからである。もちろん、このことは、副画素内に滴下される液滴すべてに対して着色剤の複雑なパターンの必要性を除去する。

また、それぞれの副画素に適用される液体の均一な乾燥時間を確保することが可能となる。このことは、色自体の非均一性を減少させる。また、副画素に適用される液体の乾燥時間は、使用される液体により変化する。例えば、印刷は透明な溶媒である第１の液体によるが、これはよりゆっくりと乾燥するため色の均一性についての利点となる。また、第１の液体が乾く前に、追加の染色剤を副画素に付加できるということは、完全な乾燥以前の検査や修正を可能とする。さらには、透明な溶剤である第１の液体が速乾性を示す組成を有する場合、カラーフィルタの製造をより早く行うことが可能となる。

以上のように、本発明に係るカラーフィルタの構成方法によれば、カラーフィルタの色の均一性を達成することが可能となり、また、本発明に係るカラーフィルタへの均一な色の供給方法によれば、非均一な色を均一化することが可能となる。

以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。

第１の液体、すなわち透明な溶媒が、彩色された溶媒といった第２の液体が副画素の範囲に滴下され印刷される前に、カラーフィルタの副画素に印刷される。この第１の液体は、基板（ガラス）に対しては実質的に親水性を示すが、境界（ブラックマトリックス）に対しては実質的に疎水性を示すという、表面湿潤特性を有する。したがって、第１の液体は、副画素の全体にわたって流入し、ブラックマトリックス上には流入しない。第１の液体は、着色された液体を副画素全体にわたって均一に分散させる。また、第１の液体は、乾燥した、あるいは部分的に乾燥し着色された副画素を再液化させるという追加の態様に用いられ、その結果、色彩の非均一性は、着色剤の拡散により、あるいは追加の着色剤を滴下し副画素の全体に拡散させることにより修正することができる。

本実施の態様の有利な点は、当業者にとって明白である。例えば、液体が乾燥するにつれて、着色剤や染料が副画素にわたって均一に分散する。これらの態様により着色された液体を同様な、比較的正確ではない位置に印刷でき、上述のように、事前に印刷された第１の液体（すなわち透明の溶媒）は、着色剤が乾く前に、それらを副画素全体に均一に拡散させるからである。この点に関し、副画素に放射される透明あるいは着色されていない液体は、ガラス基板に対しては親水性だが、境界あるいはブラックマトリックスに対しては疎水性であるという湿潤特性を有する。これにより、液体は、境界（すなわち、ブラックマトリックス）により規定された範囲内に留まる。副画素全体に均一な液体の層を設けることで、不規則に分布する着色剤や染料、あるいは着色されないスカラップのような非均一性が避けられる。図２に構成１００が図示されている。構成１００には、基板１０２の上に境界要素１０４が形成されている様子が示されている。ここに示す基板１０２は、ディスプレイの構成に用いられる多種の形式がある。一つの形式として、基板１０２はガラス材料からなる。さらに、境界要素１０４は、一つの形式として、当業者に知られているブラックマトリックスを用いている。一般的には、ブラックマトリックスは、酸化物、写真撮像用ポリマーやポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅｓ）から生成される。ブラックマトリックスは、よく知られているように、光感受性ポリマーの形でガラス基板を繊維状にする。このポリマーは、次にマスクされ、露出され、その結果、適度に硬くなる。マスクされない範囲は最終のブラックマトリックスを形成するためエッチングされる。ブラックマトリックスを製造する、精密印刷のような他の方法もある。上述した第１及び第２の液体のように、使用される材料により、ブラックマトリックスは、異なる状況で、その湿潤特性を親水性または疎水性に変化させる多様な特性を有する。例えば、あるケースにおいて、第１の液体がある程度ブラックマトリックスを湿らすことは好ましい。透明な副画素を全体にわたってカバーする第１の液体は、色の均一性の改善を促進する。第１の液体の量が余りに多すぎてブラックマトリックスを越えて移動しなければ、着色剤を隣接する副画素に広げることは避けられる。ある色がブラックマトリックス上に移動することは許容される。したがって、第１の透明な液体が、少なくともある程度ブラックマトリックスを湿らせることで、良好な均一性や拡散が実現する。

このシステムは、さらに、多くのプリントヘッド要素を内蔵するプリントヘッドアセンブリ１０６を含む。プリントヘッドアセンブリ１０６は、当業者によく知られた多様な形式がある。例えば一つの形式として、ノズルアレイ１０８−１を有する赤色プリントヘッド要素１０８が図示されている。また、ノズルアレイ１１０−１を有する緑色プリントヘッド要素１１０が図示されている。また、ノズルアレイ１１２−１を有する青色プリントヘッド要素１１２が図示されている。最後に代替として、ノズルアレイ１１４−１を有するプリントヘッド要素１１４もプリントヘッドアセンブリ１０６に含まれている。この要素１１４は、一つの形式として、本発明の実施の態様により、カラーフィルタのブラックマトリックスの副画素に第１の液体（すなわち透明な液体）を印刷するのに用いられる。この要素１１４は、第１の液体あるいは透明な液体を、代替的な浸液技術により副画素またはブラックマトリックスに適用する場合には、本実施の態様での使用は不要である。

また、構成１００には、印刷コントローラ１１６が図示される。印刷コントローラ１１６は、多様な形式を採用することが好ましい。それに加えて、印刷コントローラ１１６は、プリントアセンブリ１０６に付属していてもよく、あるいはプリントアセンブリ１０６を遠隔操作してもよく、実施する印刷システムによる。印刷コントローラ１１６は、内蔵されたコンピュータのルーチンにより、本実施の形態について記載された方法の実質的な部分を成し遂げるために動作する。

図示されている構成１００は代表的な形式である。カラーフィルタ紙の生成に一般的に含まれる印刷スタンドの総ての要素を含んではいない。当然のことながら、当業者であれば、表示されている要素、あるいは表示されていない要素の意味は理解できるものと思われる。

図２のシステムにより実施される方法は、第１の液体（すなわち、アルコール、水、他の液体あるいは他の物質が溶解される物質）を副画素に印刷することを含む。次に、第２の液体（すなわち、赤色、緑色、あるいは青色インクといった色液体）が透明な液体の上に印刷される。第２の液体の着色剤は、第１の液体の全体にわたって拡散する。そして、副画素が乾燥すると染色剤あるいは染料が均一に分布する。

図３に、方法２００を図示する。この方法によると、境界要素すなわちブラックマトリックスは副画素（すなわちガラス基板）の上に形成される（２０２）。もちろん、ブラックマトリックス、あるいは画素及び副画素を規定する境界要素は、当該技術分野の当業者に知られた多くの方法により形成される。それに加えて、ブラックマトリックスの形成は、本実施の態様に基づく方法には含まれていない。これは、ブラックマトリックスの形成は、本実施態様の適用以前に成されていることによる。

次に、着色される副画素の領域が選択される（２０４）。もちろん、この着色される副画素の領域の選択や認識はよく知られた技術である。事実、着色剤や染料を副画素に印刷する現在の技術は、そのような手順により行われている。本実施の形態の有利な点は、透明の液体の使用により副画素の領域にわたって均一に分散されることから、従来技術と比較して、滴下に正確性を要しないことにある。

第１の液体は選択された副画素領域に適用される（２０６）。上述したように、第１の液体は、アルコールのような透明な液体あるいは溶剤の形式をとる。この液体については、実施される方法の目的により、多くの変形例があり得る。例えば、液体は、基板の組成やブラックマトリックスの組成に基づき、異なる湿潤特性を持ち得る。当該技術分野の当業者が知るように、これらの変形例は、実質的に使用される材料による。さらに、第１の液体は、図２に示された構成を使用して印刷される。代替方法として、基板は、副画素の領域に第１の液体を適用するために、単に第１の液体に浸される。これは、図２の構成１００にあるプリントヘッド要素１１４の必要性を排除する。また、接触法あるいは転写法による印刷技術が、第１の液体を印刷するのに用いられる。

いったん透明液体が特定の副画素に滴下されると、第２の液体がプリントヘッドアセンブリから透明液体の中に放射される（２０８）。この手順において、プリントヘッドアセンブリは単に副画素にできた液体のプールに第２の液体を印刷する。いったん第２の液体が第１の液体に接触すると、本実施の態様により、第２の液体は、第１の液体全体に拡散する。そのように拡散することで、第２の液体は、副画素にわたって均一に拡散するようになる。第２の液体はインクのような任意の着色された液体の形式を取ることができる。また、インクは、赤色、緑色、青色を含む多くの異なる色の形式をとることができる。もちろん、インクは、溶剤や、副画素やブラックマトリックスの明確な組成に基づき多くの変形例を用いることができる。実際に、異なる組成や多様な量の多重の第２の液体（または第３の液体、第４の液体等）を第１の液体に放射できる。第１の液体は、この場合、混合を容易にする。これは、第２の液体の３つの滴下（すなわち、第１の色）の後に、他の第２の液体（すなわち、第２の色）あるいは第３の液体が続くことである。第１の液体はより遅く乾燥する基盤を提供するため混合が可能となる。

印刷は、インクジェットタイプのプリントヘッドによるものである必要はない。接触法あるいは転写法による印刷技術も用いられる。

最後に、印刷された液体が乾燥する（２１０）。

図３に記載された方法は、コンピュータのルーチンや適切なハードウエア構成を用いて多様な異なる態様で実施される。一つの形式として、手順２０４，２０６、及び２０８は、上述した印刷コントローラ１１６によって制御される。

図４に示すように、画素２５０は、副画素２５４を規定するブラックマトリックス２５２を有する。透明液体といった第１の液体２５６は、基板上に副画素２５４の領域を満たすために印刷される。第１の液体は、ブラックマトリックスを湿らせない。本実施の形態を用いると、着色された液体の滴下は、副画素２５４の領域の異なる位置２５８、２６０、あるいは２６２に放射される。それらの副画素内での高精度の落とし込みは、他のインクジェットの適用に比べて重要ではない。これは、着色剤が乾燥する以前に副画素全体にわたって拡散するからである。

図５，６，および７に、色が第１の液体（すなわち、溶剤といった透明な液体）を通じて均一に分布している様子が図示される。特に、図５には、ブラックマトリックス１０４をその上に備える、基板１０２が図示されている。図に示すように、透明な液体１２０は、既にブラックマトリックス１０４の副画素に滴下されている。図５の例で選択された第１の液体はその量の一部が、ブラックマトリックス１０４の実際の境界を、ブラックマトリックスを湿らせることなく越えるような適切な表面の特性を有している。したがって、第１の液体の大部分が隣接する副画素に流出することなく使用される。もちろん、選択された第１の液体のタイプ、および選択された副画素に放射あるいは滴下される量は、後述する着色剤や染料の滴下の追加の量を考慮すべきである。

図６において、図示されている液体１２４は、第２の液体１２２と第１の透明な液体１２０とを混合したものである。図に示すように、液滴１２２の着色剤や染料は、液体１２０の全体に亘って液体１２４を形成するように均一に拡散される。

図７は、液体１２４が乾燥するにつれてその体積が減少し、印刷された色１２６になる様子を示す。

図８には、追加の実施形態が示されている。この点に関し、透明の液体や溶剤といった第１の液体は、また均一でない色の画素を均一にするための再液化に用いることができる。カラープリンタの印刷の過程、あるいはその後において、均一でない副画素が認識された場合、第１の液体を、乾燥したあるいは部分的に乾燥した副画素に、単に印刷あるいは滴下することで不均一性は修正される。

具体的には、図８に示すように、方法３００が行われる。まず、均一でない色の副画素が認識される（３０２）。このような副画素の認識は、多様な方法で行われる。例えば、検査官がカラーフィルタを検査してそのような画素を認識する。さらに、多くの既知の機器による視覚技術により副画素の領域内の色の不均一性が認識される。

いったん色が不均一な副画素が認識されると、第１の液体が放射される（３０４）。上述したように、液滴の放射は、当該技術分野でよく知られている。この場合、放射される液体は、アルコールのような溶剤、あるいは副画素内で乾燥あるいは部分的に乾燥した着色液体あるいはインクを再液化させる他の液体である。

画素を再液化することにより、着色剤や染料は、副画素の領域全体にわたって再分布し、色が均一に再分布する。これらの副画素はその後乾燥する（３０６）。

上述したように、この方法３００は、様々の態様により実施される。例えば、この方法は、適切なコンピュータルーチンおよびハードウエア技術の構成とともに、図２に示す構成１００を用いても実施できる。少なくとも一つの形式として、方法３００の手順３０２及び３０４は、図２の印刷コントローラ１１６により制御され実施される。

図９および図１０に、この方法３００の更に詳細な図を示す。図９に、ブラックマトリックス１０４をその上に有する基板（すなわち、ガラス基板）１０２を示す。特に、着色された液体１８０は、副画素の全体にわたって満たしていない（ギャップ１８２および１８４により示される）ため均一性がない。このプロセスにおいて、Ｄ方向からの第１の液体、すなわち溶剤１８６の滴下を行う。図１０にその結果として、副画素の領域全体にわたって着色された材料１８８が均一に分布している様子を示す。この技術の拡張または展開として、検査により副画素内の着色剤が、一様ではあるが不十分であることが分かった場合には、それを修正することができる。副画素にほんの１，２滴の着色剤を滴下する必要がある場合には、その少量の滴下では乾燥したインクの上に均一に拡散させるには十分ではない。そこで、インクの１，２滴を追加する前に、副画素を透明液体で満たしておくことができる。そうすれば、１，２滴の液滴は副画素の全体にわたってより均一に拡散する。

本実施形態が他の既知の構成や技術を用いて実施されることは好ましい。例えば、上述したように、インクジェット印刷技術に代わって、Ｑｕｉｌｓや剥離による接触転写法、または弾道エーロゾル製法（ＢＡＭ）のような他の成膜方法が本発明で実施される液体に適用される。

本発明の実施における課題を示した概念図である。 本発明に係る一つの実施形態のシステムの概念図である。 本発明に係る一つの実施形態の方法のフローチャートである。 本発明に係る一つの実施形態の画素の説明図である。 本発明に係る一つの実施形態の方法の一部を示す概念図である。 本発明に係る一つの実施形態の方法の一部を示す概念図である。 本発明に係る一つの実施形態の方法の一部を示す概念図である。 本発明に係る一つの実施形態の方法のフローチャートである。 本発明に係る一つの実施形態の方法の一部を示す概念図である。 本発明に係る一つの実施形態の方法の一部を示す概念図である。

符号の説明

１０，２５０ 画素、１２，２５４ 副画素、１４，２５２ ブラックマトリックス、１６，１８ 赤色の液滴、２０ コーヒーのしみ、２２ スカラップ、１００ 構成、１０２ 基板、１０４ 境界要素、１０６ プリントヘッドアセンブリ、１０８ 赤色プリントヘッド要素、１０８−１，１１０−１，１１２−１，１１４−１ ノズルアレイ、１１０ 緑色プリントヘッド要素、１１２ 青色プリントヘッド要素、１１４ プリントヘッド要素、１１６ 印刷コントローラ、１２０，２５６ 透明液体、１２４ 液体、１２６ 印刷された色、１８０ 着色された液体、１８２，１８４ ギャップ、１８６ 溶剤、１８８ 着色された材料、２００，３００ 方法、２５８，２６０，２６２ 副画素内の位置。

Claims (4)

1. 基板上に複数の境界要素を形成し、前記境界要素は複数の画素領域を規定し、各画素領域は副画素要素から成るカラーフィルタの構成方法において、
   少なくとも一つの副画素領域を選択し、
   前記選択された副画素領域に第１の液体を適用し、
   前記選択された副画素領域内の前記第１の液体に、第２の液体の少なくとも１滴を滴下することを特徴とするカラーフィルタの構成方法。
2. 請求項１に記載のカラーフィルタの構成方法であって、その適用には、プリントヘッドから前記第１の液体を放射することを含むカラーフィルタの構成方法。
3. カラーフィルタが構成される基板上に複数の境界要素を形成し、前記境界要素は複数の画素領域を規定し、各画素領域は副画素要素から成るカラーフィルタへの均一な色の供給方法において、
   色が均一でない、少なくとも一つの副画素領域を認識し、
   前記認識された副画素領域に第１の液体を適用することを特徴とするカラーフィルタへの均一な色の供給方法。
4. 請求項３に記載のカラーフィルタへの均一な色の供給方法であって、その適用には、プリントヘッドから前記第１の液体を放射することを含むカラーフィルタへの均一な色の供給方法。

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