JP4239928B2 - 画素形成方法および液滴吐出装置 - Google Patents
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Description
カラーフィルタの各色の画素の色度については、液晶表示装置の用途に応じ、その用途に適した色度規格が定められている。よって、上記のような液滴吐出装置を用いた方法でカラーフィルタを製造する場合には、複数の顔料を調合して色度規格に適合したインクを用意し、そのインクを貯留したタンクを液滴吐出装置に接続し、液滴吐出ヘッドのノズルまでの流路にインクを充填する必要がある。
そして、用途が異なる液晶表示装置のカラーフィルタ、すなわち色度規格の異なるカラーフィルタを製造する場合には、再度、その色度規格に適合したインクを用意し、そのインクを貯留したタンクを液滴吐出装置に接続し、液滴吐出ヘッドのノズルまでの流路にインクを充填する必要がある。
下記特許文献1には、画素に入れるインクの量を増減することでカラーフィルタの種類に対応する方法が提案されているが、この方法では、画素の色の濃度を調節することはできても、色相の調節まではすることができず、実際上は対応不可能である。
本発明の画素形成方法は、画像表示装置の構成要素を製造するための基体と、液滴を吐出するノズルを有する液滴吐出手段とを相対的に移動させ、画素形成用の液状材料を前記ノズルから液滴として吐出することにより、前記基体に形成された複数の画素領域へ前記液状材料を付与する工程を有する画素形成方法であって、
前記各画素領域は、それぞれ、前記基体上に形成されたバンクによって区画されたものであり、
一つの画素領域につき、含有する材料の透過スペクトルまたは発光スペクトルのピーク波長が異なる複数種の液状材料の液滴全体を前記バンクの内側に付与し、その際、当該画素領域に付与される液状材料の付与順番は、これらの液状材料のうちの前記ピーク波長の最も短いものから始めるとともに、前記付与された複数種の液状材料を当該画素領域での前記バンクの内側で混合させることを特徴とする。
これにより、各画素領域内で複数種の液状材料をより均一かつ確実に混合させることができる。
本発明の画素形成方法では、前記各画素領域の形状は、それぞれ、長尺状をなしており、その一つの画素領域内に付与する複数滴の液滴を、当該画素領域の長手方向に沿って互いにズレた位置に着弾させることが好ましい。
本発明の画素形成方法では、一つの画素領域内に付与する複数滴の液滴を当該画素領域内のほぼ同じ位置に着弾させることが好ましい。
これにより、各画素領域内で複数種の液状材料をより均一かつ確実に混合させることができる。
これにより、所望の透過スペクトルまたは発光スペクトルの画素を容易に形成することができる。
このような本発明によれば、各画素領域内で混合させる液状材料の種類や割合を調整することにより、所望の透過スペクトルの画素(フィルタ層)を形成することができるので、色度規格の異なるカラーフィルタ基板を製造する場合であっても、液滴吐出装置に充填されている液状材料を入れ替える必要がなく、各画素領域内で混合させる液状材料の種類や割合を変更するだけで、各種の色度規格のカラーフィルタ基板を製造することができる。
このような本発明によれば、各画素領域内で混合させる液状材料の種類や割合を調整することにより、所望の発光スペクトルの画素(発光層)を形成することができるので、色度規格の異なる有機エレクトロルミネッセンス表示装置を製造する場合であっても、液滴吐出装置に充填されている液状材料を入れ替える必要がなく、各画素領域内で混合させる液状材料の種類や割合を変更するだけで、各種の色度規格の有機エレクトロルミネッセンス表示装置を製造することができる。
含有する材料の透過スペクトルまたは発光スペクトルのピーク波長が異なる複数種の液状材料の液滴を吐出する複数組のノズルを有する液滴吐出手段と、
前記基体と前記液滴吐出手段とを相対的に移動させる移動手段と、
前記液滴吐出手段および前記移動手段の作動を制御する制御手段とを備え、
前記各画素領域は、それぞれ、前記基体上に形成されたバンクによって区画されたものであり、
一つの画素領域につき複数種の液状材料の液滴全体を前記バンクの内側に付与し、その際、当該画素領域に付与される液状材料の付与順番は、これらの液状材料のうちの前記ピーク波長の最も短いものから始めるとともに、前記付与された複数種の液状材料を当該画素領域での前記バンクの内側で混合させることを特徴とする。
<第1実施形態>
第1実施形態では、本発明の画素形成方法および液滴吐出装置を、液晶表示装置の構成要素であるカラーフィルタ基板を製造するための画素形成方法および液滴吐出装置に適用した場合の実施形態について説明する。
図1に示すように、液滴吐出装置100は、複数の液滴吐出ヘッド114をキャリッジ105に搭載してなる液滴吐出手段103と、液滴吐出手段103を水平な一方向(以下、「X軸方向」と言う)に移動させるキャリッジ移動機構(移動手段)104と、後述する基体10Aを保持するステージ106と、ステージ106をX軸方向に垂直であって水平な方向(以下、「Y軸方向」と言う)に移動させるステージ移動機構(移動手段)108と、制御手段112とを備えている。
9個のタンク101には、透過スペクトルのピーク波長が異なる顔料を含む9種の液状材料111a、111b、111c、111d、111e、111f、111g、111hおよび111iがそれぞれ貯留されている。本実施形態の説明では、これらの液状材料を区別して述べる必要がある場合には、符号111の後にa〜iの文字を付し、そうでない場合には、総称して単に「液状材料111」と言う。
ステージ移動機構108は、X軸方向およびZ軸方向の双方に直交するY軸方向に沿ってステージ106を移動させ、その作動は、制御手段112により制御される。さらに、本実施形態のステージ移動機構108は、Z軸に平行な軸の回りでステージ106を回転させる機能も有しており、これにより、ステージ106に載置された基体10AのZ軸回りの傾斜を微調整して真っ直ぐになるように補正することができる。
なお、制御手段112の詳細な構成および機能は、後述する。
図2は、図1に示す液滴吐出装置100における液滴吐出手段103の下面図(底面図)である。
図2に示すように、液滴吐出手段103は、液状材料111aの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114aと、液状材料111bの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114bと、液状材料111cの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114cと、液状材料111dの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114dと、液状材料111eの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114eと、液状材料111fの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114fと、液状材料111gの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114gと、液状材料111hの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114hと、液状材料111iの液滴を吐出する液滴吐出ヘッド114iと、これらの9個の液滴吐出ヘッド114a〜114iを保持するキャリッジ105とを有している。
9個の液滴吐出ヘッド114は、Y軸方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。また、各液滴吐出ヘッド114は、そのノズル列116A、116BがX軸方向に平行になる姿勢になっている。
基体10Aは、液晶表示装置の構成要素であるカラーフィルタ基板10を製造するためのものである。この基体10Aには、後述するように、行列状に配置された多数の画素領域(画素となるべき領域)18R、18B、18Gが形成されている。
図3は、液滴吐出ヘッド114の底面を示す図である。液滴吐出ヘッド114は、X軸方向に並んだ複数のノズル118を有する。これら複数のノズル118は、液滴吐出ヘッド114におけるX軸方向のノズルピッチHXPが例えば約70μmとなるように配置されている。
したがって、液滴吐出ヘッド114のX軸方向のノズル線密度は、ノズル列116A(またはノズル列116B)のノズル線密度の2倍である。なお、本明細書において「X軸方向のノズル線密度」とは、複数のノズルをY軸方向に沿ってX軸上に射像して得られた複数のノズル像の単位長さ当たりの数に相当する。
さて、ノズル列116Aおよびノズル列116Bのそれぞれが90個のノズル118からなるため、1つの液滴吐出ヘッド114は180個のノズル118を有する。ただし、ノズル列116Aの両端のそれぞれ5ノズルは「休止ノズル」として設定されている。同様に、ノズル列116Bの両端のそれぞれ5ノズルも「休止ノズル」として設定されている。そして、これら20個の「休止ノズル」からは液状材料111が吐出されない。このため、液滴吐出ヘッド114における180個のノズル118のうち、160個のノズル118が液状材料111を吐出するノズルとして機能する。
なお、本発明では、液滴吐出ヘッド114は、駆動素子として、ピエゾ素子の代わりに静電アクチュエータを用いるものでもよい。また、液滴吐出ヘッド114は、駆動素子として電気熱変換素子を用い、この電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用して材料を吐出する構成であってもよい。
次に、制御手段112の構成を説明する。図5に示すように、制御手段112は、入力バッファメモリ200と、記憶手段202と、処理部204と、走査駆動部206と、ヘッド駆動部208と、キャリッジ位置検出手段302と、ステージ位置検出手段303とを備えている。
キャリッジ位置検出手段302は、キャリッジ105、すなわち液滴吐出手段103のX軸方向の位置(移動距離)を検出し、その検出信号を処理部204へ入力する。
ステージ位置検出手段303は、ステージ106、すなわち基体10AのY軸方向の位置(移動距離)を検出し、その検出信号を処理部204へ入力する。
処理部204は、キャリッジ位置検出手段302およびステージ位置検出手段303の検出信号に基づき、走査駆動部206を介して、キャリッジ移動機構104およびステージ移動機構108の作動を制御(クローズドループ制御)し、液滴吐出手段103の位置と、基体10Aの位置とを制御する。
処理部204は、記憶手段202内の吐出データに基づいて、画素領域18R、18G、18Bに対するノズル118の相対位置を示すデータを走査駆動部206に与える。走査駆動部206はこのデータと、後述する吐出周期EP(図6)と、に応じた駆動信号をキャリッジ移動機構104およびステージ移動機構108に与える。この結果、基体10Aに対して液滴吐出ヘッド114が相対走査する。一方、処理部204は、記憶手段202に記憶された吐出データと、吐出周期EPと、に基づいて、吐出タイミング毎のノズル118のオン・オフを指定する選択信号SCをヘッド駆動部208へ与える。ヘッド駆動部208は、選択信号SCに基づいて、液状材料111の吐出に必要な吐出信号ESを液滴吐出ヘッド114に与える。この結果、液滴吐出ヘッド114における対応するノズル118から、液状材料111が液滴として吐出される。
制御手段112は、CPU、ROM、RAMを含んだコンピュータであってもよい。この場合には、制御手段112の上記機能は、コンピュータによって実行されるソフトウェアプログラムによって実現される。もちろん、制御手段112は、専用の回路(ハードウェア)によって実現されてもよい。
図6(a)に示すように、ヘッド駆動部208は、1つの駆動信号生成部203と、複数のアナログスイッチASと、を有する。図6(b)に示すように、駆動信号生成部203は駆動信号DSを生成する。駆動信号DSの電位は、基準電位Lに対して時間的に変化する。具体的には、駆動信号DSは、吐出周期EPで繰り返される複数の吐出波形Pを含む。ここで、吐出波形Pは、ノズル118から1つの液滴を吐出するために、対応する振動子124の一対の電極間に印加されるべき駆動電圧波形に対応する。
駆動信号DSは、アナログスイッチASのそれぞれの入力端子に供給される。アナログスイッチASのそれぞれは、振動子124のそれぞれに対応して設けられている。つまり、アナログスイッチASの数と振動子124の数(つまりノズル118の数)とは同じである。
図7(a)および(b)に示す基体10Aは、後述する製造装置1(図11参照)による処理を経て、カラーフィルタ基板10となる基板である。基体10Aは、マトリクス状に配置された複数の画素領域18R、18G、18Bを有する。
画素領域18Rは、赤の波長域の光線のみを透過するフィルタ層111FRが形成されるべき領域であり、画素領域18Gは、緑の波長域の光線のみを透過するフィルタ層111FGが形成されるべき領域であり、画素領域18Bは、青の波長域の光線のみを透過するフィルタ層111FBが形成されるべき領域である。
X軸方向に並ぶ一組の画素領域18R、18G、18Bは、カラーフィルタ基板の一画素分に相当する。この基体10Aは、ストライプ配列のカラーフィルタ基板を製造するためのものである。
通常、カラーフィルタ基板10の各色の画素の色度は、そのカラーフィルタ基板10が搭載される液晶表示装置の用途に応じ、その用途に適した色度規格が例えば図8のように定められている。
これに対し、本発明では、インクを調合する基礎となる9種の顔料をそれぞれ含有する液状材料111a〜111iを直接に液滴として吐出し、それらのうちの2種以上を1つの画素領域内で混合させる。すなわち、本発明は、色度規格に適合するように複数種類の液状材料を調合することを各画素領域内で行うものであると言うことができる。
本発明では、液滴吐出手段103により、液状材料111a〜111iのうちの二種以上の液滴を一つの画素領域内に付与し、この画素領域内でそれら複数種類の液状材料を混合させることにより、色度規格に適合した画素を形成する。
画素領域18Rは、液状材料111g、111h、111iをほぼ等量ずつと、少量の液状材料111aとを混合することにより、図8に示す色度規格で定められる赤に適合する透過スペクトルが得られる。上記のような割合で赤の画素領域18Rに液状材料を付与するには、次のようにする。
また、液状材料111g、111hおよび111iを等量でなく、異なる割合とする場合には、液滴吐出ヘッド114g、114hおよび114iに対する駆動電圧波形を調整することにより、それらの液滴の大きさを調整すればよい。
なお、図10に示す例では、液状材料111a、111、111hおよび111iの各液滴の着弾位置をY軸方向に少しずつずらすようにしているが、これらの液滴をほぼ同じ位置に着弾させるようにしてもよい。
以上、1つの画素領域18Rに対する本発明の画素形成方法について説明したが、基体10A上の全部の画素領域18Rについて、同様にして画素(フィルタ層)を形成することができる。
まず、以下の手順にしたがって図7の基体10Aを作成する。まず、スパッタ法または蒸着法によって、支持基板12上に金属薄膜を形成する。その後、フォトリソグラフィー工程によってこの金属薄膜から格子状のブラックマトリクス14を形成する。ブラックマトリクス14の材料の例は、金属クロムや酸化クロムである。なお、支持基板12は、可視光に対して光透過性を有する基板、例えばガラス基板である。続いて、支持基板12およびブラックマトリクス14を覆うように、ネガ型の感光性樹脂組成物からなるレジスト層を塗布する。そして、そのレジスト層の上にマトリクスパターン形状に形成されたマスクフィルム密着させながら、このレジスト層を露光する。その後、レジスト層の未露光部分をエッチング処理で取り除くことで、バンク16が得られる。以上の工程によって、基体10Aが得られる。
なお、バンク16に代えて、樹脂ブラックからなるバンクを用いても良い。その場合は、金属薄膜(ブラックマトリクス14)は不要となり、バンク層は、1層のみとなる。
次に搬送装置170は、基体10Aを液滴吐出装置100Cのステージ106に位置させる。そして、液滴吐出装置100Cは、フィルタ層111FR、111FG、111FB、およびバンク16を覆って保護膜(オーバーコート)20が形成されるように、液状の保護膜材料を吐出する。
フィルタ層111FR、111FG、111FB、およびバンク16を覆う保護膜20が形成された後に、搬送装置170は基体10Aを乾燥装置150C内に位置させる。そして、乾燥装置150Cが保護膜20を完全に乾燥させた後に、硬化装置165が保護膜20を加熱して完全に硬化することで、基体10Aはカラーフィルタ基板10となる。
また、本発明では、ストライプ配列のカラーフィルタ基板10に限らず、デルタ配列、モザイク配列、ペンタイル配列等のいかなる画素パターンのカラーフィルタ基板をも製造することができる。
第1実施形態では、本発明を液晶表示装置のカラーフィルタ基板を製造する場合に適用した例について説明したが、第2実施形態では、本発明を有機エレクトロルミネッセンス表示装置を製造する場合に適用した例を説明する。ただし、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
具体的には、基体30Aは、支持基板32と、支持基板32上に形成された回路素子層34と、回路素子層34上に形成された複数の画素電極36と、複数の画素電極36の間に形成されたバンク40と、を有している。支持基板32は、可視光に対して光透過性を有する基板であり、例えばガラス基板である。複数の画素電極36のそれぞれは、可視光に対して光透過性を有する電極であり、例えば、ITO(Indium-Tin Oxide)電極である。また、複数の画素電極36は、回路素子層34上にマトリクス状に配置されており、それぞれが画素領域を規定する。そして、バンク40は、格子状の形状を有しており、複数の画素電極36のそれぞれを囲む。また、バンク40は、回路素子層34上に形成された無機物バンク40Aと、無機物バンク40A上に位置する有機物バンク40Bとからなる。
有機エレクトロルミネッセンス表示装置30を製造するには、まず、公知の製膜技術とパターニング技術とを用いて、図13に示す基体30Aを製造する。
このようにして得られた基体30Aに対し、図14(a)に示すように、前記第1実施形態とほぼ同様の構成の液滴吐出装置100を用いて、各画素領域38R、38G、38Bに、有機発光材料を含む液状材料211を付与する。
液滴吐出装置100によって全部の画素領域38R、38G、38Bに液状材料211を付与したら、基体30Aを図示しない乾燥装置へ搬送し、液状材料211を乾燥させる。これにより、図14(b)に示すように、画素領域38R、38G、38B上にそれぞれ発光層211FR、211FG、211FBが得られる。
その後、封止基板48と基体30Aとを、互いの周辺部で接着することで、図14(c)に示す有機エレクトロルミネッセンス表示装置30が得られる。なお、封止基板48と基体30Aとの間には不活性ガス49が封入されている。
有機エレクトロルミネッセンス表示装置30において、発光層211FR、211FG、211FBから発光した光は、画素電極36と、回路素子層34と、支持基板32と、を介して射出する。このように回路素子層34を介して光を射出する有機エレクトロルミネッセンス表示装置は、ボトムエミッション型の表示装置と呼ばれる。
前述したような方法で製造された液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等の画像表示装置1000は、各種電子機器の表示部に用いることができる。
図15は、電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
このパーソナルコンピュータ1100においては、表示ユニット1106が画像表示装置1000を備えている。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206とともに、画像表示装置1000を表示部に備えている。
図17は、電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、画像表示装置1000が表示部に設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
また、ケース1302の正面側(図示の構成では裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板1308のメモリに転送・格納される。
以上、本発明の画素形成方法および液滴吐出装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。液滴吐出装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
Claims (8)
- 画像表示装置の構成要素を製造するための基体と、液滴を吐出するノズルを有する液滴吐出手段とを相対的に移動させ、画素形成用の液状材料を前記ノズルから液滴として吐出することにより、前記基体に形成された複数の画素領域へ前記液状材料を付与する工程を有する画素形成方法であって、
前記各画素領域は、それぞれ、前記基体上に形成されたバンクによって区画されたものであり、
一つの画素領域につき、含有する材料の透過スペクトルまたは発光スペクトルのピーク波長が異なる複数種の液状材料の液滴全体を前記バンクの内側に付与し、その際、当該画素領域に付与される液状材料の付与順番は、これらの液状材料のうちの前記ピーク波長の最も短いものから始めるとともに、前記付与された複数種の液状材料を当該画素領域での前記バンクの内側で混合させることを特徴とする画素形成方法。 - 一つの画素領域内に着弾した複数滴の液滴が合体するように液滴を付与する請求項1に記載の画素形成方法。
- 前記各画素領域の形状は、それぞれ、長尺状をなしており、その一つの画素領域内に付与する複数滴の液滴を、当該画素領域の長手方向に沿って互いにズレた位置に着弾させる請求項2に記載の画素形成方法。
- 一つの画素領域内に付与する複数滴の液滴を当該画素領域内のほぼ同じ位置に着弾させる請求項1または2に記載の画素形成方法。
- 前記画素領域内で混合させる液状材料の種類および/または割合を調整することにより、形成される画素の透過スペクトルまたは発光スペクトルを調整する請求項1ないし4のいずれかに記載の画素形成方法。
- 前記画像表示装置は、液晶表示装置であり、前記液状材料は、液晶表示装置のカラーフィルタ基板の画素材料となる顔料を含むものである請求項1ないし5のいずれかに記載の画素形成方法。
- 前記画像表示装置は、有機エレクトロルミネッセンス表示装置であり、前記液状材料は、有機発光材料を含むものである請求項1ないし5のいずれかに記載の画素形成方法。
- 画像表示装置の構成要素を製造するための基体に対し、画素形成用の液状材料をノズルから液滴として吐出することにより、前記基体に形成された複数の画素領域へ前記液状材料を付与する液滴吐出装置であって、
含有する材料の透過スペクトルまたは発光スペクトルのピーク波長が異なる複数種の液状材料の液滴を吐出する複数組のノズルを有する液滴吐出手段と、
前記基体と前記液滴吐出手段とを相対的に移動させる移動手段と、
前記液滴吐出手段および前記移動手段の作動を制御する制御手段とを備え、
前記各画素領域は、それぞれ、前記基体上に形成されたバンクによって区画されたものであり、
一つの画素領域につき複数種の液状材料の液滴全体を前記バンクの内側に付与し、その際、当該画素領域に付与される液状材料の付与順番は、これらの液状材料のうちの前記ピーク波長の最も短いものから始めるとともに、前記付与された複数種の液状材料を当該画素領域での前記バンクの内側で混合させることを特徴とする液滴吐出装置。
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