JP4285544B2 - 描画方法、着色層の形成方法、電気光学装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、描画方法、着色層の形成方法、電気光学装置の製造方法に関する。

液滴吐出方式（インクジェット方式）により液晶表示装置のカラーフィルタ層を製造する際には、バンクと称される隔壁（ブラックマトリクス）で囲まれた各画素に対して顔料の液滴（インク）を連続して塗布している。
具体的には、基板上に隔壁（高さ１ミクロン程度、撥水性）を形成し、この中にカラーフィルタ用インク（以下ＣＦインクと呼ぶ。）をインクジェット塗布（以下ＩＪ塗布と呼ぶ。）していた。
しかし、十分な色濃度を実現するために大量のインクを塗布すると、隔壁からインクが溢れ、隣接する画素に混入（混色）してしまう可能性があった。

このような不具合を防止するため、ＣＦインクを隔壁で囲まれた領域（画素形成領域）に塗布する際に、ＣＦインクの液滴直径を画素形成領域の大きさに基づいて規定したり（特許文献１）、ＣＦインクの液滴直径を液滴の着弾位置に応じて変更したり（特許文献２）、吐出タイミングを変更したり（特許文献３）、液滴の着弾位置を規定したり（特許文献４）する技術が提案されている。
特開平１１−１９０８０４号公報 特開２００５−３０５２４２号公報 特開２００１−１８８１１６号公報 特開２００４−３６１４９１号公報

特許文献４に開示される技術では、画素形成領域からＣＦインクが溢れる可能性は低減されるが、ＣＦインクが画素形成領域の隅々まで広がらずムラになる可能性が高くなってしまうという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、基板上の隔壁により区画された液滴配置領域に対して液滴を吐出するに際して、液滴が溢れ（混色）やムラの発生を防止することができる描画方法、着色層の形成方法、電気光学装置の製造方法を提案することを目的とする。

本発明に係る描画方法、着色層の形成方法、電気光学装置の製造方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、基板上に立設する隔壁により区画された液滴配置領域に対して液滴吐出部から液滴を吐出して所定のパターンを形成する描画方法であって、前記液滴を前記隔壁上に着弾させた際の液体半径を基準にして、前記液滴配置領域に対する前記液滴の着弾目標領域を規定することを特徴とする。

また、前記着弾目標領域は、前記隔壁の縁から前記液体半径の長さよりも内側の領域であって、該着弾目標領域内に前記液体の中心が位置するように着弾させることを特徴とする。
また、前記液滴の種類に応じて前記着弾目標領域を規定することを特徴とする。

また、前記隔壁及び前記液滴配置領域は、異なる表面処理が施されることを特徴とする。
また前記隔壁は撥液処理が施され、前記液滴配置領域は親液処理が施されることを特徴とする。

第２の発明は、基板上に立設する隔壁により区画された複数の画素部に対して液滴吐出部から着色材料を含有する液滴を吐出してカラーパターンを形成する着色層の形成方法において、前記着色材料の吐出方法として、第１の発明に係る描画方法を用いることを特徴とする。

第３の発明は、カラーパターン層の透過光或いは発光光によりカラー表示を行う電気光学装置の製造方法において、前記カラーパターン層の形成方法として、第２の発明に係る着色層の形成方法を用いることを特徴とする。

以下、本発明に係る描画方法、着色層の形成方法、電気光学装置の製造方法の実施形態について図を参照して説明する。
〔液滴吐出装置〕
図１は、液滴吐出装置ＩＪの概略構成を示す斜視図である。
液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１と、Ｘ軸方向駆動軸４と、Ｙ軸方向ガイド軸５と、制御装置ＣＯＮＴと、ステージ７と、クリーニング機構８と、基台９と、ヒータ１５とを備えている。
以下の説明において、Ｘ軸方向を走査方向、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向を非走査方向とする。

ステージ７は、カラーフィルタインクの吐出対象である基板Ｐを支持するものであって、基板Ｐを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。
液滴吐出ヘッド１は、複数の吐出ノズルを備えたマルチノズルタイプの液滴吐出ヘッドであり、長手方向とＹ軸方向とを一致させている。複数の吐出ノズルは、液滴吐出ヘッド１の下面にＹ軸方向に並んで一定間隔で設けられている。
液滴吐出ヘッド１の吐出ノズルからは、ステージ７に支持されている基板Ｐに対して、上述した着色材を含むカラーフィルタインクが吐出される。

Ｘ軸方向駆動軸４には、Ｘ軸方向駆動モータ２が接続されている。Ｘ軸方向駆動モータ２はステッピングモータ等であり、制御装置ＣＯＮＴからＸ軸方向の駆動信号が供給されると、Ｘ軸方向駆動軸４を回転させる。Ｘ軸方向駆動軸４が回転すると、液滴吐出ヘッド１はＸ軸方向に移動する。
Ｙ軸方向ガイド軸５は、基台９に対して動かないように固定されている。ステージ７は、Ｙ軸方向駆動モータ３を備えている。Ｙ軸方向駆動モータ３はステッピングモータ等であり、制御装置ＣＯＮＴからＹ軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ７をＹ軸方向に移動する。

制御装置ＣＯＮＴは、液滴吐出ヘッド１にカラーフィルタインクの吐出制御用の電圧を供給する。また、Ｘ軸方向駆動モータ２に液滴吐出ヘッド１のＸ軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Ｙ軸方向駆動モータ３にステージ７のＹ軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を供給する。
クリーニング機構８は、液滴吐出ヘッド１をクリーニングするものである。クリーニング機構８には、図示しないＹ軸方向の駆動モータが備えられている。このＹ軸方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構は、Ｙ軸方向ガイド軸５に沿って移動する。クリーニング機構８の移動も制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド１と基板Ｐを支持するステージ７とを相対的に走査しつつ基板Ｐに対してカラーフィルタインクを吐出する。液滴吐出ヘッド１の吐出ノズルは、非走査方向であるＹ軸方向に一定間隔で並んで設けられている。
なお、図１では、液滴吐出ヘッド１は、基板Ｐの進行方向に対し直角に配置されているが、液滴吐出ヘッド１の角度を調整し、基板Ｐの進行方向に対して交差させるようにしてもよい。このようにすれば、液滴吐出ヘッド１の角度を調整することで、ノズル間のピッチを調節することが出来る。また、基板Ｐとノズル面との距離を任意に調節することが出来るようにしてもよい。

図２は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。
液体材料（カラーフィルタインク）を収容する液体室２１に隣接してピエゾ素子２２が設置されている。
液体室２１には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系２３を介して液体材料が供給される。
ピエゾ素子２２は駆動回路２４に接続されており、この駆動回路２４を介してピエゾ素子２２に電圧を印加し、ピエゾ素子２２を変形させることにより、液体室２１が変形し、ノズル２５から液体材料が吐出される。この場合、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子２２の歪み量が制御される。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子２２の歪み速度が制御される。
なお、液滴吐出方式としては、液体材料を加熱し発生した泡（バブル）により液体材料を吐出させるバブル（サーマル）方式でも採用可能であるが、ピエゾ方式による液滴吐出は材料に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。

［カラーフィルタの製造方法、描画方法］
次に、本実施形態の液滴吐出装置ＩＪを用いたカラーフィルタ５５の製造方法の一例を説明する。
図３は、基板Ｐにおけるカラーフィルタ領域５１の説明図である。
液滴吐出装置ＩＪを用いたカラーフィルタの製造方法は、生産性を高める観点から長方形状の基板Ｐ上に、複数個のカラーフィルタ領域５１をマトリクス状に形成する際に適用することができる。これらのカラーフィルタ領域５１は、後で基板Ｐを切断することにより、液晶表示装置に適合する個々のカラーフィルタ５５として用いることができる。
なお、各カラーフィルタ領域５１においては、図３に示したように、Ｒのインク、Ｇのインク、およびＢのインクをそれぞれ所定のパターン、本例では従来公知のストライプ型で形成して配置する。なお、この形成パターンとしては、ストライプ型のほかに、モザイク型やデルタ型あるいはスクウェア型等としてもよい。

図４は、カラーフィルタ５５の製造方法の説明図である。
カラーフィルタ領域５１を形成するには、まず、図４（ａ）に示すように、透明の基板Ｐの一方の面に対し、ブラックマトリクス５２（隔壁）を形成する。このブラックマトリクス５２を形成する際には、光透過性のない樹脂（好ましくは黒色樹脂）を、スピンコート等の方法で所定の厚さ（例えば２μｍ程度）に塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。
このブラックマトリクス５２の格子で囲まれる最小の表示要素、すなわちフィルタエレメント５３（液滴配置領域）については、例えばＸ軸方向の幅を３０μｍ、Ｙ軸方向の長さを１００μｍ程度とする。このブラックマトリクス５２は充分な高さを有しており、インク吐出時の隔壁として機能する。

次に、液滴吐出装置ＩＪの液滴吐出ヘッド１から、図４（ｂ）に示すようにインク受容層となる樹脂組成物を含有するインク滴５４を吐出し、これを基板Ｐ上に着弾させる。吐出するインク滴５４の量については、加熱工程におけるインクの体積減少を考慮した十分な量とする。具体的には、約１０ｎｇ／ｄｏｔ程度のインク滴を多数吐出・着弾させる。
次いで、ヒータ１５によりインク滴５４の焼成を行い、図４（ｃ）に示すようなインク受容層６０とする。

次に、液滴吐出ヘッド１から、図４（ｄ）に示すようにインク滴５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂを吐出し、これを基板Ｐのインク受容層６０上に着弾させる。吐出するインク滴５４の量については、加熱工程におけるインクの体積減少を考慮した十分な量とする。

そして、図４（ｅ）に示すように、Ｒ着色層５５Ｒ、Ｇ着色層５５Ｇ、Ｂ着色層５５Ｂを形成する。Ｒ着色層５５Ｒ、Ｇ着色層５５Ｇ、Ｂ着色層５５Ｂを形成した後、ヒータ１５により着色層５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂを焼成する。

次いで、基板Ｐを平坦化し、かつ着色層５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂを保護するため、図４（ｆ）に示すように各着色層５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂやブラックマトリクス５２を覆うオーバーコート膜（保護膜）５６を形成する。このオーバーコート膜５６の形成にあたっては、スピンコート法、ロールコート法、リッピング法等の方法を採用することもできるが、着色層５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂの場合と同様に液滴吐出装置ＩＪを用いることもできる。

図５は、インク滴５４の着弾目標領域Ｓ１を示す図である。
上述したカラーフィルタ５５の製造方法において、液滴吐出ヘッド１からインク滴５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂを吐出してインク受容層６０上に着弾させる際（図４（ｄ）の場合）には、インク滴５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂの着弾目標領域Ｓ１を以下のように規定する。
基板Ｐ上には、ブラックマトリクス５２により複数のフィルタエレメント５３（液滴配置領域）が形成されている。そして、フィルタエレメント５３上には、インク受容層６０が形成されて、親液処理が施されている。
一方、ブラックマトリクス５２上は、撥液処理が施されている。
このため、同一体積、同一種類のインク滴５４で比較した場合、図４に示すように、ブラックマトリクス５２上に着弾したインク滴５４の半径ｒａとフィルタエレメント５３上に着弾したインク滴５４の半径ｒｂとは、半径ｒｂの方が半径ｒａよりも大きくなる。

このブラックマトリクス５２上に着弾した際のインク滴５４の半径ｒａを基準して、フィルタエレメント５３上におけるインク滴５４の着弾目標領域Ｓ１が規定される。
すなわち、インク滴５４は、フィルタエレメント５３の外縁（ブラックマトリクス５２の内縁）からｒａの長さ分よりも内側（中心側）の領域（着弾目標領域Ｓ１）に着弾するように吐出される。つまり、フィルタエレメント５３の外縁（ブラックマトリクス５２の内縁）からｒａの長さ分よりも外側の領域（非着弾目標領域Ｓ２）には、インク滴５４の中心５４ｃが位置しないように吐出される。

図４に示すように、領域Ｓ１と領域Ｓ２の境界よりも内側（中心側）に中心５４ｃが位置するように着弾したインク滴５４（インク滴５４_１，５４_２）は、フィルタエレメント５３内で広がり、インク滴５４_１，５４_２の一部がブラックマトリクス５２に乗り上げることはない。
インク滴５４が基板Ｐ上に着弾する直前の半径は、ブラックマトリクス５２上に着弾した際のインク滴５４の半径ｒａよりもやや小さい半径であると考えられる。したがって、フィルタエレメント５３の外縁（ブラックマトリクス５２の内縁）から、ブラックマトリクス５２上に着弾した際のインク滴５４の半径ｒａの長さよりも中心側（内側）にインク滴５４を着弾させることで、インク滴５４_１，５４_２の全体がほぼ確実にフィルタエレメント５３内に着弾するようになる。
仮に、飛行中のインク滴５４が球形でないために、インク滴５４の一部がブラックマトリクス５２上に乗り上げた場合であっても、ブラックマトリクス５２及びフィルタエレメント５３（インク受容層６０）の表面張力並びにインク滴５４の表面張力によって、ブラックマトリクス５２上に乗り上げたインク滴５４の一部の全てがフィルタエレメント５３内に引き寄せられる。
したがって、隣接するフィルタエレメント５３（インク受容層６０）にインク滴５４が混入（混色）してしまうことが回避できる。

一方、領域Ｓ１と領域Ｓ２の境界よりも外側に中心５４ｃが位置するように着弾したインク滴５４（インク滴５４_３）は、その一部がブラックマトリクス５２に乗り上げて残ってしまう可能性が非常に高い。ブラックマトリクス５２に乗り上げた液滴量が多くなるため、フィルタエレメント５３内に引き寄せられる可能性が低い。このため、インク滴５４−３が***して、インク滴５４−３の一部（飛沫）がブラックマトリクス５２に乗り上げたまま残ってしまう。そして、最悪の場合、隣接するフィルタエレメント５３内に混入（混色）してしまう。

なお、インク滴５４の着弾目標領域としてフィルタエレメント５３上に着弾した際のインク滴５４の半径ｒｂを基準とすることが考えられるが、この場合には、フィルタエレメント５３とブラックマトリクス５２との境界部分に配置される液滴量が非常に少ないため、フィルタエレメント５３内を均等にムラなくインク滴５４で満たすことが困難となってしまう。
一方、本発明のように、インク滴５４の着弾目標領域Ｓ１としてブラックマトリクス５２上に着弾した際のインク滴５４の半径ｒａを基準とすることで、フィルタエレメント５３とブラックマトリクス５２との境界部分にも充分な液滴量が配置されるので、フィルタエレメント５３内は均等でムラなくインク滴５４で満たされるようになる。

なお、ブラックマトリクス５２上に着弾した際のインク滴５４の半径ｒａ及びフィルタエレメント５３上に着弾した際のインク滴５４の半径ｒｂは、予め実験等で求めたり、或いは前回の液滴吐出時の結果を用いてもよい。
また、インク滴５４の半径ｒａ，半径ｒｂは、インク材料により若干異なる場合があるので、インク材料（色）毎に半径ｒａ，半径ｒｂを求めることが好ましい。
勿論、ブラックマトリクス５２やフィルタエレメント５３（インク受容層６０）の表面処理の条件等が異なれば、インク滴５４の半径ｒａ，半径ｒｂも異なるので、これらの条件毎に半径ｒａ，半径ｒｂを求めておくことがこのましい。

以上説明したように、本発明に係る描画方法によれば、ブラックマトリクス５２により区画されたフィルタエレメント５３内に、インク滴５４を均等でムラなく充填することができる。また、インク滴５４がブラックマトリクス５２上に残留したり、隣接するフィルタエレメント５３内に混入することを防止できる。

［液晶装置、電子光学装置］
次に、上記カラーフィルタ５５を備えた液晶装置３０の一実施形態を示す。
図６は、パッシブマトリクス型の液晶装置３０の側面断面図である。
液晶装置３０は透過型のもので、一対のガラス基板３１、３２の間にＳＴＮ（Super Twisted Nematic）液晶等からなる液晶層３３が挟持されてなるものである。

一方のガラス基板３１には、その内面に上記カラーフィルタ５５が形成されている。カラーフィルタ５５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色からなる着色層５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂが規則的に配列されて構成されたものである。なお、これらの着色層５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂ間には、ブラックマトリクス５２が形成されている。
そして、これらカラーフィルタ５５およびブラックマトリクス５２の上には、カラーフィルタ５５やブラックマトリクス５２によって形成される段差をなくしてこれを平坦化するため、オーバーコート膜（保護膜）５６が形成されている。オーバーコート膜５６の上には複数の電極３７がストライプ状に形成され、さらにその上には配向膜３８が形成されている。

他方のガラス基板３２には、その内面に、カラーフィルタ５５側の電極３７と直交するようにして、複数の電極３９がストライプ状に形成されており、これら電極３９上には、配向膜４０が形成されている。なお、前記カラーフィルタ５５の各着色層５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂは、それぞれ各ガラス基板３２上の電極３９、３７の交差する位置に配置されている。
また、電極３７、３９は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料によって形成されている。さらに、ガラス基板３２とカラーフィルタ５５の外面側にはそれぞれ偏光板（図示せず）が設けられ、ガラス基板３１、３２間にはこれら基板３１、３２間の間隔（セルギャップ）を一定に保持するためスペーサ４１が設けられている。さらに、これらガラス基板３１、３２間には液晶３３を封入するためのシール材４２が設けられている。

本実施形態の液晶装置３０では、上記液滴吐出装置ＩＪを用いて製造されるカラーフィルタ５５を適用しているため、安価で品質の良いカラー液晶表示装置を実現することができる。

［電子機器］
次に、上記液晶装置３０からなる表示手段を備えた電子機器の具体例について説明する。
図７（ａ）〜（ｄ）は、上述の液晶装置３０を備える電子機器の例を示している。
図７（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図７（ａ）において、携帯電話１０００は、上述した液晶装置３０を用いた表示部１００１を備える。
図７（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図７（ｂ）において、時計１１００は、上述した液晶装置３０を用いた表示部１１０１を備える。
図７（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図７（ｃ）において、情報処理装置１２００は、キーボードなどの入力部１２０２、上述した液晶装置３０を用いた表示部１２０６、情報処理装置本体（筐体）１２０４を備える。
図７（ｄ）は、薄型大画面テレビの一例を示した斜視図である。図７（ｄ）において、薄型大画面テレビ１３００は、薄型大画面テレビ本体（筐体）１３０２、スピーカーなどの音声出力部１３０４、上述した液晶装置３０を用いた表示部１３０６を備える。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態の液滴吐出装置ＩＪの細部の具体的な構成等に関しては適宜変更が可能である。

上述した実施形態では、液滴吐出装置ＩＪにより液晶装置３０のカラーフィルタ５５を製造する場合について説明したが、これに限らない。例えば、有機ＥＬ装置の（着色）発光層を液滴吐出装置ＩＪで形成する際に、本発明に係る描画方法を用いてもよい。
また、カラーフィルタ５５や発光層等のカラーパターンを形成する場合に限らず、金属配線等のパターンを形成する場合にも、本発明に係る描画方法を用いることができる。

液滴吐出装置ＩＪの概略構成を示す斜視図である。 ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。 基板Ｐにおけるカラーフィルタ領域５１の説明図である。 カラーフィルタ５５の製造方法の説明図である。 インク滴５４の着弾領域を示す図である。 パッシブマトリクス型の液晶装置３０の側面断面図である。 液晶装置３０を備える電子機器の例を示す図である。

符号の説明

ＩＪ…液滴吐出装置、 １…液滴吐出ヘッド（液滴吐出部）、 ３０…液晶装置、 ５２…ブラックマトリクス（隔壁）、 ５３…フィルタエレメント（液滴配置領域、画素部）、 ５４（５４_１，５４_２，５４_３）…インク滴（液滴）、 ５４ｃ…中心、 ５５…カラーフィルタ（パターン、カラーパターン）、 ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂ…着色層、 ５６…オーバーコート膜、 ６０…インク受容層（親液処理層）、 Ｐ…基板、 ｒａ，ｒｂ…半径、 Ｓ１…着弾目標領域、 Ｓ２…非着弾目標領域

Claims (6)

1. 基板上に立設する隔壁により区画された液滴配置領域に対して液滴吐出部から液滴を吐出して所定のパターンを形成する描画方法であって、
   前記液滴を前記隔壁上に着弾させた際の液体半径を基準にして、
   前記液滴配置領域に対する前記液滴の着弾目標領域を、前記隔壁の内縁から前記液体半径の長さよりも内側に規定し、
   前記着弾目標領域内に前記液体の中心が位置するように着弾させることを特徴とする描画方法。
2. 前記液滴の種類に応じて前記着弾目標領域を規定することを特徴とする請求項１に記載の描画方法。
3. 前記隔壁及び前記液滴配置領域は、異なる表面処理が施されることを特徴とする請求項１または２記載の描画方法。
4. 前記隔壁は撥液処理が施され、前記液滴配置領域は親液処理が施されることを特徴とする請求項３に記載の描画方法。
5. 基板上に立設する隔壁により区画された複数の画素部に対して液滴吐出部から着色材料を含有する液滴を吐出してカラーパターンを形成する着色層の形成方法において、
   前記着色材料の吐出方法として、請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の描画方法を用いることを特徴とする着色層の形成方法。
6. カラーパターン層の透過光或いは発光光によりカラー表示を行う電気光学装置の製造方法において、
   前記カラーパターン層の形成方法として、請求項５に記載の着色層の形成方法を用いることを特徴とする電気光学装置の製造方法。

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