JPH0886913A - カラーフィルターの形成方法及びインクジェット描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高スループットで歩留りよく生産が可能であ
り、ローコストのカラーフィルター提供する。 【構成】カラーフィルターの形成途中に基材１上のほぼ
全面に設けられた位置合わせマークを画像認識装置５で
認識し、認識された位置合わせマークのパターンとあら
かじめ記憶された位置合わせマークのパターンとを比較
して基材の配置のずれを判断し、前記判断された基材の
配置のずれに基づいて、基材の配置を微調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルターの形
成方法、及びカラーフィルター製造に適したインクジェ
ット描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラーフィルターが液晶表示装置
のカラー表示を可能とするためのデバイスとして注目さ
れている。カラーフィルターは、一般的にはガラス等の
透明基板上に赤、青、緑の三原色の着色層が、ストライ
プ状などの特定パターンで形成されたものである。従来
より、この着色層を形成するための方法として電着法、
染色法、顔料分散法等の様々な手法が用いられてきた。

【０００３】しかし従来の方法では、着色層の形成のた
めのフォトリソグラフィー工程などが必要なため工程数
が多い、あるいは複雑なラインや大型の装置が必要にな
る、などの問題があり、歩留まりが低下しコストが増加
する要因となっている。

【０００４】ところで、このような問題を解決するため
に、インクジェット記録技術で透明基材上に直接カラー
パターンを描画するカラーフィルター製造方法が提案さ
れている。インクジェット記録技術としては、現在、イ
ンク室中のインクを加熱し気泡を発生させることにより
インク室の圧力を変化させインク滴を飛翔させる熱ジェ
ット方式や、圧電素子等でインク室の圧力を変化させイ
ンク滴を飛翔させる圧電方式等が知られている。

【０００５】これらの方式を用いたインクジェット描画
装置の描画ドット密度は、１インチあたり３６０ドット
の精細さを実現しており、通常の液晶表示装置用カラー
フィルター形成に必要な１００μｍ幅程度のカラーパタ
ーン描画も可能なレベルにまできている。

【０００６】図５に、従来のカラーフィルター用インク
ジェット描画装置の要部を示す。従来のインクジェット
描画装置は、主として、インクジェットヘッド１、イン
クタンク２、ヘッド駆動機構３、基材の搬送機構４、基
材位置合わせ用の画像認識装置５を備えている。

【０００７】インクジェットヘッド１は通常、色ごとに
区別されたインクジェットノズル６を複数個備えてい
る。このノズルが多いものほどカラーフィルター描画時
間を短くできる。

【０００８】カラーフィルターを描画する際には、搬送
機構４によって、カラーフィルターとなる透明な基材８
がインクジェット描画装置内の所定の位置に搬送され、
インクジェットヘッド１が、基材８の搬送方向に対し直
交方向に、基材８上を走査する。この基材搬送とヘッド
走査が所定の同期をとって動作し、カラーパターンを順
次描画する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】描画の際、基材上にあ
らかじめ設けられたブラックマトリックス（以下ＢＭと
呼ぶ）パターンで決められる、カラーパターン描画予定
位置と、ノズル６から吐出するインク滴の着弾位置を厳
密にあわせることが必要である。もし、基材に位置ずれ
があると、インクジェット描画によるカラーパターンと
ＢＭパターンのずれを引き起こし、色抜け、混色が生じ
てしまい、カラーフィルターの描画歩留まりを下げる原
因の一つとなる。具体的には、上記方式により遮光部２
０μｍ開口部８０μｍの１００μｍピッチのストライプ
ＢＭパターン基材に対し、ストライプパターン描画を行
った時、描画位置精度を±５μｍ程度に収めることがカ
ラーフィルターの実用性能を得るのに必要である。

【００１０】描画位置精度を確保するため、従来は、基
材８上に予め設けられた位置合わせ用マークを用いて、
描画前に基材を位置決めしていた。つまり、インクジェ
ット描画装置の本体に画像認識装置５を複数個取り付
け、基材８上の４隅に設けられた位置合わせマークをそ
れぞれ認識して、基材の位置や方向のずれを判断する。
位置のずれは、搬送機構４によって補正され、また、方
向のずれは搬送機構４に取り付けられた回転微動機構９
によって補正される。

【００１１】しかし、いったん描画が開始されると、描
画精度は、基材搬送系の送り精度に依存する。従来のカ
ラーフィルターインクジェット描画装置では、搬送系自
体の位置決め精度が基材全長４００ｍｍに対し２０μｍ
以下程度である。したがって、順次描画を進めていくに
つれて徐々に基材に位置ずれが生じ、基材１枚分描画を
終えぬうちに再度４隅の位置合わせマークで位置合わせ
を行わなければならない状況が生じていた。

【００１２】本発明の目的は、インクジェット方式を用
いたカラーフィルター形成方法において、位置ずれを効
果的に防ぐ方法を提案することにある。特に、インクジ
ェット描画装置において、基材位置ずれ補正を効果的に
行い、カラーフィルター描画位置精度が高くかつ安定に
描画できるインクジェット描画装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、基材上を走査
するインクジェット描画方式で色素を吸着させて所定の
カラーフィルターパターンを形成するカラーフィルター
の形成方法であって、あらかじめ基材上の、少なくとも
走査開始位置の近傍の一部に、位置合わせマークを設け
るとともに、カラーフィルターの形成途中に位置合わせ
マークを認識し、認識された位置合わせマークのパター
ンとあらかじめ記憶された位置合わせマークのパターン
とを比較して基材の配置のずれを判断し、前記判断され
た基材の配置のずれに基づいて、基材の配置を微調整す
ること、を特徴とするカラーフィルターの形成方法を提
供する。

【００１４】また、基材上を走査しながらインクを所定
のタイミングで吐出するインクジェットヘッドと、該基
材を前記走査方向とは異なる方向に搬送可能な搬送機構
とを備えたインクジェット描画装置において、該インク
ジェット描画装置は、所定の描画位置にインクジェット
ヘッドがある場合に、インクジェットヘッド近傍から見
える、基材上に設けられた位置合わせマークのパターン
をあらかじめ記憶する記憶手段と、走査中に前記所定の
描画位置の近傍にインクジェットヘッドがあるとき、イ
ンクジェットヘッド近傍から見える、位置合わせマーク
のパターンを認識する画像認識装置と、記憶手段に記憶
されたパターンと認識手段で認識されたパターンとを比
較することによって、基材の配置のずれ量を演算し、そ
の結果に基づいて補正信号を形成する補正信号形成手段
とを備え、前記搬送機構はさらに、前記補正信号を受け
て、基材の配置を微調整する微調整手段を備えているこ
とを特徴とするインクジェット描画装置を提供する。

【００１５】本発明の方法に用いる基材は、通常、色素
の担持体を備えており、インクジェット描画方式で色素
を吸着することによって、カラーパターンが形成され
る。色素の担持体は、無機や有機の多孔膜層からなるの
が通常である。

【００１６】本発明において、基材上に設けられる位置
合わせマークは、基材上の少なくとも走査開始位置の近
傍の一部に設けられる。このようにすることにより、イ
ンクジェット描画の途中に、描画位置近傍で位置合わせ
が可能になるので、大変に精度の高いカラーパターン形
成が可能になる。また、同時に、走査の終了点付近に位
置合せマークを設けることにより、インクジェト描画の
走査方向に対する基材の方向を精度良く合わせることが
容易になり、非常に好ましい。位置合わせマークの形状
としては規則的なものが好ましく、特に、描画位置を規
定するために、格子状となっていることが好ましい。

【００１７】具体的には、カラーフィルターに用いるブ
ラックマスク（遮光膜）を用いることが好ましい。本
来、カラーパターンはブラックマスクによって、規定さ
れるものであり、通常、ブラックマスクはフォトリソグ
ラフィーなどによって、きわめて正確に形成可能だから
である。この場合、インクジェット描画は、位置合わせ
パターンであるブラックマスクに一部重なるように行わ
れる。

【００１８】本発明においては、特に、インクジェット
ヘッド内に設けられた複数の光ファイバを束ねてなるイ
メージガイドを備え、画像認識装置はイメージガイドに
よって伝達された光によって位置合わせマークのパター
ンを認識することが好ましい。こうすることにより、イ
ンクジェット描画装置のヘッド部を小型軽量に構成する
ことができるとともに、位置精度も高めることができ
る。

【００１９】

【作用】本発明においては、基材上の描画位置ほぼ全面
に設けられた位置合わせマークをカラーフィルター形成
途中に認識し、これをもとに基材の位置ずれ補正を行う
ため、基材上の描画位置のどこででも基材位置補正が可
能である。また、カラーパターン描画と位置補正を交互
にあるいは同時に行っていくと、カラーフィルターの描
画効率が向上する。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット描画装置の
構成の一例を示すものである。本実施例では、基材全面
にストライプパターン１色ごと描画を行い、３回繰り返
してカラーフィルター製造する。なお、ここでｘ軸をイ
ンクジェットヘッドの走査方向にとり、ｙ軸を基材の搬
送方向（紙面に垂直な方向）にとることにする。

【００２１】本実施例のインクジェット描画装置は、基
材８が搬送機構４によってｙ軸方向に搬送され、またイ
ンクジェットヘッド１はヘッド駆動機構３によってｘ軸
方向に走査する。インクジェット描画はｘ軸方向にスト
ライプパターンを形成するように行われる。

【００２２】インクジェットヘッド１は、直径４０μｍ
のインクジェットノズル６を３本備えたものでありそれ
ぞれ独立にインクを吐出することが可能になっている。
ノズルそれぞれの端面は基材描画面の上約１ｍｍの所に
あってｘ軸方向の直線上にならんで位置している。３本
のインクジェットノズル６は、カラーフィルタ用の３種
類のインク（Ｒ，Ｇ，Ｂ）用に振り分けられる。

【００２３】インクジェットヘッド１は、さらに光ファ
イバー１０００本を束ねてなる直径１ｍｍのイメージガ
イド７を備えている。このイメージガイド７を通じて、
インク滴の着弾位置とその周辺の位置合わせマークたる
ＢＭパターン形状を含んだ画像が伝送され、ヘッドユニ
ット外部に設置された画像認識装置５（カラーＣＣＤ）
によって画像処理される。

【００２４】図２は、図１の実施例のイメージガイドで
基材８の位置合わせマークを読みとっているときの画像
の一例を示す概念図である。本実施例では格子状のブラ
ックマスクを位置合わせマーク１０としている。イメー
ジガイド７は視野１１を認識する。１２がインクの着弾
位置である。

【００２５】図３は、基材位置の補正を行う処理系の概
略を示すブロック図である。これを用いて、本実施例に
おける、基材位置の補正方法について説明する。

【００２６】記憶手段１３（ＲＯＭ）には、インクジェ
ットヘッド走査の両端の２点において、位置ずれなく描
画される場合のＢＭパターンが予め正描画ＢＭパターン
（基準パターン）として記憶されている。本実施例で
は、イメージガイドがインクジェットヘッド１内に固定
されており、インクジェットヘッドから描画位置を見る
ようになっている。このとき、ヘッドが走査軸上の所定
の正しく描画される位置にあり、そして、伝送される画
像中でインクジェットノズルがねらっている位置を固定
しておけば、格子状のＢＭパターンの認識画像は一義的
に決まった形となる。

【００２７】また、インクジェットヘッド走査の両端の
２点において基準パターンを記憶して、基準パターンと
実際の認識パターンとを比較することにより、ヘッドの
走査方向と正しい描画パターンとの平行性の確保が容易
である。つまり、走査中に、描画がずれる事態を防ぐこ
とができる。

【００２８】画像認識装置５はカラーＣＣＤであり、前
述のようにインクジェットヘッド１内に固定されたイメ
ージガイド７を通じて伝送された光を画像として取り込
む。

【００２９】補正信号形成手段１４（ＣＰＵ）は、基板
の位置ずれを検出して、補正信号を形成する。ずれ検出
は、記憶手段１３に記憶されたＢＭパターンと画像認識
装置５から送られたＢＭパターンとの重なり部、非重な
り部の面積を比較することによって行う。たとえば、認
識画像の１画素単位で、あるいはあらかじめ決められた
所定画素単位で画像を比較する。こうしてヘッド走査両
端でのＢＭパターン重なり部、非重なり部の面積比較が
行われ、ずれの基材面内回転方向成分（ずれ角度）、搬
送方向成分（平行シフト）に分割して補正量が計算され
る。計算された補正量に応じた適当な形態の補正信号が
形成されて、搬送機構４に送られる。補正信号は、例え
ば、搬送機構４の駆動パルスモータで行われている場合
は、補正量に応じた適当な数のパルス出力になる。

【００３０】平行シフトは搬送機構４によって微動調整
される。また、基材の搬送機構４には、基材平面内の回
転を補正する回転微動機構９が組み込まれており、角度
ずれを補正する。

【００３１】図４は、本実施例のインクジェット装置の
動作を示すフローチャートである。これを用いて、イン
クジェット装置の動作を以下に説明する。

【００３２】まずヘッド走査開始端から終端で、ヘッド
走査方向とＢＭパターンのｘ軸方向が平行となるよう
に、基材位置を合わせる（ステップＡ）。この位置合わ
せは、後述するＢＭパターンによる位置合わせを応用し
てもよいし、従来のような基材４隅に設けられた位置合
わせマークを用いた方法によってもよい。

【００３３】次いで、ストライプパターンの１本を描画
する（ステップＢ）。ヘッドが走査の終端に位置した状
態で、次のラインの描画のために、基材を所定のピッチ
だけｙ方向に平行移動させる（ステップＣ）。

【００３４】この時点で、ＢＭパターン画像を認識し
て、基本パターンとの比較を行う（ステップＤ）。次い
で、インクジェットヘッドを走査開始端に戻して（ステ
ップＥ）、再度ＢＭパターン画像を認識し、基本パター
ンとの比較を行う（ステップＦ）。ステップＤとステッ
プＥとにおける情報から、基材配置にずれが生じていな
いかをチェックする（ステップＧ）。基材にずれがある
場合には搬送機構４により位置補正（ステップＨ）す
る。そして、１ラインの描画を行う（ステップＩ）。こ
の描画と同時に、イメージガイドより取り込まれた画像
から、インク吐出不良等の描画ミスが無かったかをチェ
ックする。

【００３５】以下、描画終了と判断される（ステップ
Ｊ）まで、ステップＣ〜ステップＩを繰り返し、カラー
パターンを描画する。

【００３６】１色について完了すると、次の色を吐出す
るノズルを選択し、同様に描画を開始する。２色目以降
の場合は、カラーＣＣＤによって、すでに描画された
色、及び、すでに色の入っているＢＭの位置を判別し、
同色の描画、重ね描画等の誤動作を防ぎながら描画す
る。

【００３７】本実施例で用いるカラーフィルター用基材
８としてはガラス基板で、すでにＢＭパターンが形成さ
れたものを用いた。

【００３８】このＢＭパターンは、スパッタリングによ
り膜厚０．１μｍに成膜されたクロム膜をフォトリソグ
ラフィー工程により遮光部の幅２０μｍ、開口部の幅８
０μｍのパターンにエッチングして形成したものであ
る。

【００３９】このようにして作成された、９．４インチ
液晶ディスプレイ用カラーフィルターは、カラーパター
ンのずれ量が問題のない範囲（角度ずれ±０．００４
度、平行シフト±５μｍ）にとどまっていた。また、従
来の描画装置による同様の描画方法では、位置補正のた
めだけに１色当たり平均４回の描画中断位置補正を余儀
なくされたが、本発明による描画では、中断はなかっ
た。

【００４０】さらに、インク吐出不良による色ヌケ等が
発生しても、それをすぐ感知し描画をストップするた
め、その基材を最後まで描画するといった無駄な時間は
なくなった。

【００４１】この実施例では、各色１ノズルで描画して
おりヘッド走査１往復に約２秒を要しているため、９．
４インチサイズのカラーフィルター基板で１色約２３分
を要し、３色で約７０分を要したが、１色当たりのノズ
ル数を６０本にした場合、描画時間は約７０秒に短縮さ
れる。インクジェットヘッド部の動作の最適化により描
画時間はさらに短縮が可能である。

【００４２】上記実施例では、認識手段としてＣＣＤを
用いたが、別の撮像装置や受光装置でもよい。もっと
も、小型かつ高解像度という点でＣＣＤが好ましく用い
られる。特に、カラー認識可能なＣＣＤが、異なる色を
重ね書きするなどの誤動作を防ぐ点で好ましい。

【００４３】基材の位置ずれ補正の方法には、他の方法
も適用できる。たとえば、前述と同様に記憶されたＢＭ
パターン画像を基準とし、ＢＭパターン画像との重なり
部もしくは非重なり部の面積をアナログ的に読み取り、
フィードバック制御によってずれ部の面積が最小に（重
なり部が最大に）なるように基材位置補正を行うことが
できる。この時のフィードバック制御には、基材回転方
向と搬送方向成分において、ＰＩ制御もしくはＰＩＤ制
御等を用いればよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明によると、カラーフィルター量産
工程において、高スループットで歩留りよく生産が可能
であり、ローコストのカラーフィルター提供が可能とな
る。

【００４５】本発明のカラーフィルターインクジェット
描画装置は、カラーフィルター製造時において位置ずれ
発生率が非常に低く、描画途中にインクジェットヘッド
が基材上のどこにあっても描画位置補正が可能であっ
て、カラーパターン数の多い大面積カラーフィルターに
ついても位置ずれなく描画することが可能である。

【００４６】さらに、イメージガイドをインクジェット
ヘッド内に取り付けて、画像認識装置たるＣＣＤなどの
本体をインクジェットヘッドから分離することにより、
インクジェット描画装置のヘッド部を小型軽量に構成す
ることができる。また、ヘッド内でイメージガイドをイ
ンクジェットノズルに近接して配置できるので、ノズル
からの視点で位置補正を行うことができ、位置精度を高
めることができる。また、ＣＣＤカメラなどの画像認識
装置本体を画像認識位置から離れた場所に設置すると、
装置の形状、配置等の制約が緩くなり、画像認識装置の
機能拡大が容易である。

【００４７】また、本発明のインクジェット描画装置で
は、イメージガイドによる描画位置の画像認識により、
インクジェットノズルの吐出不良検出や欠点検出なども
位置ずれ補正と同時行うことが可能である。つまり、吐
出不良が発生した場合、直ちに描画を停止して不良サン
プルの即時排除を行うことにより、カラーフィルターパ
ターン描画の効率化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインンクジェット描画装置の一実施例
を示す要部正面図

【図２】図１の実施例において、イメージガイドで読み
とる画像を示す概念図

【図３】基材位置の補正を行う処理系の概略を示すブロ
ック図

【図４】本実施例のインクジェット描画装置の動作を示
すフローチャート

【図５】従来のカラーフィルター用インクジェット描画
装置を示す要部正面図

【符号の説明】

１：インクジェットヘッド ２：インクタンク ３：ヘッド駆動機構 ４：搬送機構 ５：画像認識装置 ６：ノズル ７：イメージガイド ８：基材 ９：回転微動機構

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材上を走査するインクジェット描画方式
   で色素を吸着させて所定のカラーフィルターパターンを
   形成するカラーフィルターの形成方法であって、 あらかじめ基材上の、少なくとも走査開始位置の近傍の
   一部に、位置合わせマークを設けるとともに、 カラーフィルターの形成途中に位置合わせマークを認識
   し、 認識された位置合わせマークのパターンとあらかじめ記
   憶された位置合わせマークのパターンとを比較して基材
   の配置のずれを判断し、 前記判断された基材の配置のずれに基づいて、基材の配
   置を微調整すること、を特徴とするカラーフィルターの
   形成方法。
2. 【請求項２】位置合わせマークを、少なくとも走査開始
   位置及び終了位置の近傍の一部に設けることを特徴とす
   る請求項１記載のカラーフィルターの形成方法。
3. 【請求項３】位置合わせマークは遮光膜からなっている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のカラー
   フィルターの形成方法。
4. 【請求項４】基材上を走査しながらインクを所定のタイ
   ミングで吐出するインクジェットヘッドと、該基材を前
   記走査方向とは異なる方向に搬送可能な搬送機構とを備
   えたインクジェット描画装置において、 該インクジェット描画装置は、 所定の描画位置にインクジェットヘッドがある場合に、
   インクジェットヘッド近傍から見える、基材上に設けら
   れた位置合わせマークのパターンをあらかじめ記憶する
   記憶手段と、 走査中に前記所定の描画位置の近傍にインクジェットヘ
   ッドがあるとき、インクジェットヘッド近傍から見え
   る、位置合わせマークのパターンを認識する画像認識装
   置と、 記憶手段に記憶されたパターンと認識手段で認識された
   パターンとを比較することによって、基材の配置のずれ
   量を演算し、その結果に基づいて補正信号を形成する補
   正信号形成手段とを備え、 前記搬送機構はさらに、前記補正信号を受けて、基材の
   配置を微調整する微調整手段を備えていることを特徴と
   するインクジェット描画装置。
5. 【請求項５】インクジェットヘッド内に設けられた複数
   の光ファイバを束ねてなるイメージガイドを備え、画像
   認識装置はイメージガイドによって伝達された光によっ
   て位置合わせマークのパターンを認識することを特徴と
   する請求項４記載のインクジェット描画装置。