インクジェットヘッドの除電方法、除電装置およびインクジェットヘッド装置ならびにカラーフィルターの製造方法
【課題】顔料微粒子を含む分散性の高いインクを数ヶ月に渡りノズルから吐出させても、吐出口の内部や吐出口の周囲にインク成分が固着しにくい吐出面を有し、保護層や撥液層の帯電が原因で発生する顔料微粒子の付着を防止するインクジェットヘッドの除電方法、除電装置およびインクジェットヘッド装置ならびにカラーフィルターの製造方法を提供する。
【解決手段】吐出面と対向する下方位置に設けられた除電電極の針先から照射されるイオンを前記吐出面と略平行方向に照射し、該照射されたイオンを前記除電電極の下方位置に設けた気流噴射手段により気流を上方に向けて噴射させ、前記気流にのせて、前記吐出面に前記イオンを吐出面に吹き付けることを特徴とするインクジェットヘッドの除電方法。
【解決手段】吐出面と対向する下方位置に設けられた除電電極の針先から照射されるイオンを前記吐出面と略平行方向に照射し、該照射されたイオンを前記除電電極の下方位置に設けた気流噴射手段により気流を上方に向けて噴射させ、前記気流にのせて、前記吐出面に前記イオンを吐出面に吹き付けることを特徴とするインクジェットヘッドの除電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の流体をガラス基板等の基材上に塗布するための微小な吐出口を有するインクジェットヘッド部材の帯電防止ならびに除電方法、除電装置に関し、さらには、インクジェットヘッドを用いたカラーフィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶用ディスプレイは、カラーフィルター、ＴＦＴ用アレイ基板などにより構成されている。この中でカラーフィルターは、ガラス基板上に格子状のブラックマトリックスで縁取られる各画素を、ＲＧＢの３色に分けて規則正しく形成したものである。このカラーフィルターは通常は、ガラス基板上に黒色のフォトレジスト材の塗布膜を形成し、フォトリソ法により黒色塗布膜を格子状に加工し、各色ごとに塗布膜を全面に形成した後、フォトリソ法により格子間の所定の色塗布膜を残す工程から製造される。上述のフォトリソ法によるＲＧＢ画素形成では、各色ごとに全面塗布膜形成、露光、現像といった多くの工程が必要となる。近年、これを簡素化するために、ブラックマトリックスの格子で形成される画素部に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各塗布液を直接インクジェット法により供給して色画素を形成する手法が工業的に行われている。このインクジェットヘッドによるＲ、Ｇ、Ｂ画素形成方法は、露光、現像といった工程が不要で、色画素形成に必要な量の塗布液のみを使用するので、カラーフィルター製造の大幅なコストダウンを可能とするものである。
【０００３】
インクジェットヘッドは通常多数の微小な吐出口を有しており、吐出口ごとに設けられた圧電素子などの間欠駆動手段を動作させることにより、吐出口より塗布液を液滴の形状で間欠的に吐出させている。
【０００４】
吐出口やその出口面の表面には、吐出口を保護し、塗布液の液離れをよくして精度良く吐出させるために、保護層や撥液層が形成されている。例えば、吐出口を含むプレートをフッ素を含有した樹脂で形成したり、ノズルプレートの表面に金属膜が形成され、さらにその金属膜上に保護層が形成されている場合がある。
【０００５】
特許文献１には、上述の吐出口を保護するための被覆構造に関する技術が開示されている。図４に概略図を示す。吐出口２１の内壁に複数層の第１の耐吐出液保護膜１０１、第２の耐吐出液保護膜１０２、第３の耐吐出液保護膜１０３を形成したもので、吐出口２１の内壁及び吐出面と反対側の面を除く吐出面側で第３の耐吐出液保護膜１０３上に、撥液膜１００を有するものである。その結果、液滴が吐出口２１内壁からスムーズに吐出され、かつ、撥液膜１００の表面に液滴が付着せず、液切れが良好であり、精度よく吐出される。また、吐出面のクリーニングに対する耐久性が向上するものである。
【０００６】
しかしながら、本発明者らの知見によると、高精細なカラーフィルターを製造するために顔料を微粒子化し高度に分散させたインクを塗布液として使用し、数ヶ月にわたって塗布液をノズルから吐出すると、保護層や撥液層を有していても、吐出口の内部や吐出口の周辺に塗布液であるインクの固化物が付着する問題があった。固化物が付着した吐出口からは、正常な塗布液の吐出が妨げられ、液滴の飛行方向が定まらなくなる。そのため、基材の狙った位置に液滴を着地させることができず、正確なカラーフィルターの色画素形成ができなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明者らの知見によると、吐出口の内部や吐出口の周辺に塗布液であるインクの固化物が付着するのは、吐出口を含む吐出面が、電気絶縁性の撥液層や保護層などで構成されているため静電気が帯電しやすく、静電気の影響により、インク中の微粒子が凝集し沈着することによるものであると考えている。従来より高精細な顔料を高度に分散させたインクを使用する場合、帯電の影響が無視できなくなるものと考えている。
【０００８】
一方、流体を基材に塗布する際、静電気が影響し塗布膜の形成が困難となる場合があり、このような場合に関してインクジェットヘッドを除電する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。この技術は、図５において、ノズル吐出面の下面であるフェースプレート１１０に対向して、板状の除電電極１１５を配置し、ノズル１０８内の導電板１２４との間に電圧を印加して、フェースプレート１１０の電位を十分低くするものである。除電電極１１５の形状は板状であって、非接触の除電電極１１５と導電板１２４の間をコンデンサーと見立て、除電電極１１５と導電板１２４との間に印加する電圧を、フェースプレート１１０の帯電極性と逆極性の電圧とし、静電誘導によりフェースプレート１１０の電位を所望の電位に制御している。しかしながら、本発明者らの知見によれば、上述の静電誘導を利用した除電では、外部から電界がかかっている場合には電位を制御することができるが、実際にはフェースプレート１１０表面に存在する静電荷は十分に中和されず、フェースプレート１１０には静電荷が残留していた。本発明者らの知見によれば、これは、静電荷に対して、コロナ放電などで発生させた逆極性のイオンを照射して正電荷と負電荷を中和させておらず、帯電電位に対してゼロ近傍になるように逆極性の電位をかけて調整したに過ぎないからである。また、中和されるフェースプレート１１０の帯電状態には帯電量の分布があるが、特許文献２の技術には帯電量分布に応じた制御を行うという技術的な思想はない。
【０００９】
以上のように、顔料微粒子を含む分散性の高いインクを数ヶ月に渡り吐出させると、静電気の影響により、吐出口２１の内部や吐出口の撥液層１００にインク成分が固着し、正常な吐出ができないことがあった。つまり、本発明者らの知見によると、インクジェットヘッドのノズル下面に対し、従来の撥液層では異物の付着を完全に防止できないでいた。本発明者らの知見によると、この原因は、吐出口を含む吐出面の静電荷の局所的な分布が原因であり、インクジェットヘッドのノズル吐出面の帯電防止ならびに除電が十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１８４１７６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、顔料微粒子を含む分散性の高いインクを数ヶ月に渡りノズルから吐出させても、吐出口の内部や吐出口の周囲にインク成分が固着しにくい吐出面を有し、保護層や撥液層の帯電が原因で発生する顔料微粒子の付着を防止するインクジェットヘッドの除電方法、除電装置およびインクジェットヘッド装置ならびにカラーフィルターの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
本発明によれば、塗布液を吐出するための吐出口と該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドの除電方法であって、前記吐出面と対向する下方位置に設けられた除電電極の針先からイオンを前記吐出面と略平行方向に照射し、該照射されたイオンを前記除電電極の下方位置に設けた気流噴射手段により気流を上方に向けて噴射させ、前記気流にのせて、前記吐出面に前記イオンを吹き付けることにより前記吐出面を除電するインクジェットヘッドの除電方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の形態によれば、塗布液を吐出するための吐出口と、該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドを除電する装置であって、移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの該吐出面に対し除電を行う除電電極針を有し、該除電電極針の先は、前記除電電極針の先の延在方向が、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面と略平行になるように配置されたものであり、前記除電電極針の先で生成されるイオンを気流によって、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面に吹き付ける気流噴射手段を設けたインクジェットヘッドの除電装置が提供される。
【００１４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記除電電極針と、該除電電極針を囲う開口部を有するシールド電極を有し、除電電極針の先の延在方向において、前記シールド電極が除電電極針先端より前方に配置され、除電電極針先で生成されたイオンを前記前方のシールド電極の開口部から照射するようにしたインクジェットヘッドの除電装置が提供される。
【００１５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記インクジェットヘッドの除電方法、もしくは前記インクジェットヘッドの除電装置を用いてカラーフィルターを製造するカラーフィルターの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下に説明するとおり、顔料微粒子を含む分散性の高いインクを長期に亘りインクジェットノズルから吐出させても、吐出口の内部や吐出口の周囲にインク成分が固着しにくくなる効果がある。そのため、インクジェットノズルを用いたカラーフィルターの製造において、正常な塗布液の吐出が可能になり、基材の狙った位置に液滴を着地させて、正確なカラーフィルターの色画素形成が可能になる。また、インクジェットヘッドのノズル下面の十分な除電によって静電気力による埃の付着を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係るインクジェットヘッドの吐出面を下側から見た概略平面図である。
【図３】本発明に係るインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す図１の除電装置付近の拡大図である。
【図４】従来のインクジェットノズル構成を示す概略図である。
【図５】従来のインクジェットノズルのフェースプレートの除電方法を示す概略図である。
【図６】本発明に係るインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施形態の例を、インクジェットを用いたカラーフィルターを製造する場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す概略図である。図２はインクジェットヘッドの吐出面を下側から見た平面図、図３は吐出面の除電方法の一例を示す図１の除電装置付近の拡大図である。
【００１９】
図１を参照すると、インクジェットヘッド１０とその各色の塗布液供給装置１４，１５，１６と、本発明の除電装置２６と、除電装置２６中の除電電極針先に高電圧を印加するための高圧電源２２と、塗布液除去装置１７が示されている。インクジェットヘッド１０には、図２に示すように、吐出面１２に樹脂プレート１８を有しており、樹脂プレート１８には、吐出口２０が形成されている。この吐出面１２の樹脂プレート１８には撥液層がコーティングにより形成されている。樹脂プレート１８は、フッ素樹脂（例えば、“テフロン”（登録商標））、シリコーン、ポリイミド等の撥液性樹脂が好ましく用いられる。
【００２０】
塗布液を吐出する多数の吐出口２０に吐出口２１が形成され、吐出口２１はインクジェットヘッド１０の長手方向に所定ピッチで千鳥状に配置されている。インクジェットヘッド１０は塗布液供給装置１４，１５，１６に配管１３でそれぞれ接続されている。塗布液供給装置１４，１５，１６は、ＲＧＢの３色に対応している。また、塗布液供給装置１４，１５，１６は、塗布液が貯蔵された塗布液貯蔵部（図示せず）を備えている。インクジェットヘッド１０は、インクジェット支持体２３に配置されている。インクジェット支持体２３により、インクジェットヘッド１０はステージ２４に所定の間隔を空けて配置されている。インクジェットヘッド１０と塗布液供給装置１４，１５，１６は、図示されていない移動装置により、塗布方向すなわちＸ方向やＹ方向に自在に往復動させることができる。また、インクジェットヘッド１０は、図示されていない移動装置により、上下方向（Ｚ方向）にも自在に昇降することができる。
【００２１】
次に、本発明のインクジェットヘッドの除電方法について説明する。インクジェットヘッド１０は、吐出面１２や吐出口２１周辺に残存した塗布液を除去するために、塗布液除去装置１７でクリーニングされる。その際、塗布液除去装置１７の所定の位置へ移動するため、インクジェットヘッド１０は、ステージ２４上から大きく移動する。まず、準備動作として、図示されていない制御装置より移動指令を出してインクジェットヘッド１０を上下方向（Ｚ方向）に移動させる。インクジェットヘッド１０が塗布液除去装置１７に対向する位置までＹ方向に移動する。この途中、インクジェットヘッド１０の吐出面１２が、ステージ２４などと対向せず、吐出面１２が下方に露出した状態となる。このとき、除電装置２６より、除電イオンを含むエアを吹きつけてインクジェットヘッド１０の吐出面１２を除電する。さらに、塗布液除去装置１７の掃除具との摩擦帯電によってインクジェットヘッド１０の吐出面や吐出口が帯電してしまうため、塗布液除去装置１７において、除去した後、ステージ２４に戻る際に除電を行うことがさらに好ましい。これによって、塗布液除去装置１７との摩擦帯電をも除電することができる。
【００２２】
図６は、本発明のインクジェット装置を上から見た概略図である。インクジェットヘッド１０は、ステージ２４に隣接するように、ステージのＸ方向に延在している。具体的には、塗布液除去装置１７とステージ２４との間隔に設置されており、Ｘ軸方向に、インクジェットへッド１０より長くなるように取り付けられている。インクジェットへッド１０を含むインクジェット支持体２３がＹ方向に移動すると、インクジェットヘッド１０の吐出面１２が、ステージ２４などと対向せず、吐出面１２が下方に露出した状態となる。このとき、除電装置２６より、除電イオンを含むエアを吹きつけてインクジェットヘッド１０の吐出面１２を除電する。除電装置２６は、インクジェットヘッド１０の下部になるように設置されており、上面から見ると、シールド電極３１がインクジェットヘッド１０に対向した状態となっている。
【００２３】
ここで、インクジェットヘッド１０の吐出面１２の帯電と、それによる顔料微粒子の凝集とノズル詰まりについて説明する。
【００２４】
本発明者らの知見によると、インクジェットヘッド１０の吐出面１２や吐出口２０などの構成部は、インクなどの塗布液を吐出する際に、塗布液と摩擦帯電されるため、部材に静電荷が発生してしまう。たとえば、塗布液が正に帯電すると、同時に、吐出面１２は逆極性の負に帯電する。吐出面１２は、電気絶縁性の撥液層や、保護層などで構成されており、発生した静電荷は吐出面１２から漏洩できずに、孤立した状態となる。そして、帯電した吐出面１２（撥液層や保護層で構成）と、０Ｖにアースされた金属部との間には電界が発生する。
【００２５】
高精細なカラーフィルターを製造するためには、高精細な顔料を高度に分散させたインクを使用する。微粒子化された顔料微粒子は、溶媒の中で帯電した状態で電気二重層を形成している。そのため同極性の顔料微粒子同士は、静電気反発力で分散安定化している。しなしながら、外部電界がかかると帯電した顔料微粒子には、電気泳動力により、粒子の帯電と逆極性の極性方向に移動する。また、誘電泳動力により、顔料微粒子は電界の弱い場所から電界の強い場所に移動する。このため、静電反発力で分散性の良い溶媒であればあるほど、外部電界の影響を受けて泳動しやすく局所的に微粒子の濃度が高まり凝集しやすくなる。微粒子が凝集しやすい環境では、たとえ、撥液層があっても、長い時間を掛けて顔料微粒子が部材に付着しやすくなる。
【００２６】
本発明者らの知見によると、この現象は、インクに微細電極を挿入した簡単な実験で確認できる。たとえば、０．２ｍｍφタングステンからなる電極を、吐出面の保護層として使用しているシートで、表と裏側から挟み込み接着剤で封止する。完全に封止した電極に１ｋVの電圧を印加し、インク中に浸しておくと、数１００時間後にはシートには微粒子や異物が付着してくる。また、電圧を印加した電極をシートで封止しないで直接インクの中に入れておくと、６時間あまりで電極の周囲には、インク成分が結晶化して析出してくることが確認できる。
【００２７】
実際のインクジェットヘッド１０では、吐出口２６や吐出面１２付近の塗布液は、吐出口から連続的に吐出しているので、塗布液への静電気影響は小さい。しかしながら、ノズル内は塗布液で満たされた状態であり、帯電がない場合と比較すると、微粒子の局所的濃度が高くなりやすく凝集、析出しやすい状態が形成されている。また、吐出面１２には、帯電がない場合と比較すると、インク顔料成分が残存しやすい状態となっている。つまり、電界が存在する場所を顔料微粒子を含む塗布液が通過すると、顔料微粒子が凝集しやすくなるのである。
【００２８】
電界による電気泳動力や誘電泳動力の力はそれほど大きくないが、粒子の大きさが小さくなればなるほど、溶液中を移動する際の抵抗力が小さくなり、同じ電界でも凝集は発生しやすくなる。また、溶媒の粘度が小さくなればなるほど、同様に抵抗力が小さくなって凝集は発生しやすくなる。従来より高精細なカラーフィルターを製造するインクジェットヘッドに使用するインクは、顔料微粒子が小さく、また、溶液の粘度も小さい。したがって、従来より、吐出口２０や吐出面１２の帯電による凝集が発生しやすく、吐出口詰まりの原因となるのである。
【００２９】
さらに、塗布液除去手段１７によって、インクジェットヘッド１０の吐出面１２を掃除布などで拭き取ると、掃除布などとの接触帯電により吐出面１２はますます帯電することになる。
【００３０】
以上のように、本発明者らの知見によると、吐出面１２は強く帯電しやすく、帯電した状態のまま放置すると、帯電の影響により塗布液成分である顔料微粒子が吐出面１２や吐出口２０に凝集しやすくなるのである。そこで、本発明のインクジェットヘッドの除電装置２６を用いて、適切に除電することが好ましい。
【００３１】
除電装置２６の動作について、図３を参照して説明する。図３は、図１の除電装置付近の拡大図である。図３では、インクジェットヘッド１０が本発明の除電装置２６付近を通過する場面を記載したものである。インクジェットヘッド１０は、図面において矢印で示す方向に、紙面を右から左に移動する。通常、インクジェットヘッド１０は、Ｒ色インクジェットヘッド１９ＲとＧ色インクジェットヘッド１９ＧとＢ色インクジェットヘッド１９Ｇの３つが一体化して１つのインクジェットヘッド１０として配置されている。インクジェットヘッド１０の吐出口２０や吐出面１２の絶縁性部材は、それまでの塗布工程で塗布液であるインクを吐出したことで、強く帯電している。帯電は吐出口２０の近傍が強く、周囲にかけて帯電が弱くなる帯電分布を有している。
【００３２】
除電装置２６は、塗布されるガラス基材２５が置かれたステージ２４の側面に、支持具を介して取り付けられている。除電装置２６は、コロナ放電によりイオンを発生する除電電極針先３３と高電圧を印加するための高圧電源２２が、高圧ケーブル３２で電気的に接続されている。除電電極針先３３の近傍には、シールド電極３１が配置され、接地線３０で０Vのアースに接続されている。シールド電極３１は、除電電極針先３３を囲むように配置されており、除電電極針先３３の前方は開口している。シールド電極３１により、コロナ放電が安定して発生するだけでなく、除電電極針先による電界がシールド電極３１によってシールドされる。このため、シールド電極３１が存在する方向には、強い指向性をもったイオンが照射されにくくなる。また、針先による電界の影響が、インクジェットヘッド１０の吐出口２０や吐出面１２に対して小さくなっているので、イオンが強制的にインクジェットヘッド１０に吹き付けられることが緩和される。吐出面を有するインクジェットヘッドは、移動手段によって移動し上述の除電装置２６の上方を通過する際に除電される。
【００３３】
除電装置２６の除電電極針先３３は、吐出面１２に向けて対向しておらず、針先の方向が吐出面１２と略平行になっている。このため、吐出面１２側から見ると、除電電極針３３はシールド電極３１に隠れている。針先の方向と吐出面１２が略平行になるとは、１８０度±２０度の範囲にあればよい。
【００３４】
ここで、除電電極針先３３の針先の方向と吐出面１２との位置関係について説明する。鉛直方向に水平な吐出面１２の面に対して、除電電極針先３３が針先の方向が、鉛直方向に対し９０度±３０度の範囲であることが好ましく、本発明では、このような範囲内に位置する除電電極針先３３と吐出面１２とを略平行とするものである。また、吐出面が鉛直方向に水平でない場合は、吐出面と除電電極針先３３の針先の方向が、１８０度±２０度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、１８０度±１０度であることが好ましい。
【００３５】
気流噴射手段２７は、除電装置２６の除電電極針先３３の鉛直方向下側に配置されている。気流噴射手段２７には、気流制御板３４が配置され、エア供給手段２９とエア配管２８で接続されている。気流の流れの向きは、除電電極針先３３の脇（前面）を通って、吐出面１２に向かっている。気流噴射手段２７は、エア供給手段２９から図示されていないポンプでエアを押し出して噴射部からエアが噴出されるようになっている。噴射部は、スリット状の隙間からなり、スリットはボルトで間隙が調整できるようになっている。スリットからは、エアが層流となって吹き出し、吹き出されたエアは気流制御板３４に沿って鉛直上向きに流れる。噴射される気流の流速は、１から４ｍ／分が好ましい。また、噴出される気流の種類は、窒素やアルゴンなどの不活性ガスでもよいが、安価で取り扱いの容易な空気が好ましく用いられる。
【００３６】
除電電極針先３３に高電圧が印加されると、シールド電極３１との電位差によって、除電電極針先３３の近傍でコロナ放電により、正負のイオンが生成される。通常、除電電極針先３３には３ｋVから１５ｋVの電圧がかかっており、発生したイオンは、イオン風に従って針先先端方向に照射され（図３中、横方向に）、シールド電極３１の開口部から漏れ出している。
【００３７】
本発明では、針先照射されたイオンの方向と、気流噴射装置２７における気流制御板３４の作用による気流の方向が、ほぼ直交するように配置される。また、シールド電極３１を除電電極針先３３より前方に延在させ、除電電極針先３３を囲うように配置している。シールド電極３１の開口部から漏れ出した除電イオンは、気流噴射装置２７から噴出された気流に乗って、吐出面１２に到達し、吐出口２０や樹脂プレート１８を除電する。その際、シールド電極で囲まれた除電電極針先３３が吐出面１２に対向していないので、除電電極針先３３による電界が影響しにくくなっている。これにより、吐出口２０や樹脂プレート１８、撥液層などからなる吐出面１２の帯電分布に従って、丁度等量の逆極性イオンを吹き付けることができ、十分な除電が可能になる。
【００３８】
ここで、除電電極針先３３から照射されたイオンの方向と、気流の方向が、ほぼ直交するとは、次のようなときである。照射されたイオンにおける中心部の照射方向と気流の方向が７０度から１１０度の角度をなすときである。照射されたイオンにおける中心部の照射方向は、概ね除電電極針先３３の針先の方向と一致する。よって、鉛直方向に水平な吐出面１２の面に対しては、気流の方向が９０度±２０度の範囲となることが好ましい。
【００３９】
除電電極針先３３と吐出面１２が、通常の近接して対向した状態とした場合には、必ずしも十分に吐出面１２の除電を行うことができない。これは、除電イオンは電界で運ばれるが、除電電極針先３３の電界が強く影響するため、発生した除電イオンが吐出面１２に強制的に吹き付けられやすく、被除電物の帯電分布状態を反映しにくく強制的に除電イオンを照射してしまうためである。このため、帯電分布が残った不十分な状態や、逆に逆極性に帯電させてしまうのである。
【００４０】
また、導電性のブラシやブレード状の除電部材を吐出面１２に当接し相対的に摺動させて除電を行うことも考えられるが、ブラシ状の除電部材による除電では、ノズルプレートの吐出面にブラシに当接する部分と当接しない部分とが生じるため、除電にムラが生じてしまう。
【００４１】
吐出面１２や吐出口２０などを除電する除電装置２６の設置位置であるが、ノズルを洗浄するためにステージ２４から塗布液除去装置１７へ移動する際に、ノズル下面に向けて除電を行うことが好ましいが、除電装置２６の位置はこれに限られるものではない。塗布液除去装置１７の近傍でも良いし、ステージ２４に段差などを設けて設置しても良い。
【００４２】
また、除電動作の間隔であるが、カラーフィルターの塗布状態とインクの特性に左右されるが、基本的にはノズルのクリーニング周期に合わせ、クリーニング処理の前後に実施すればよい。
【００４３】
なお、塗布装置には、吐出面１２に対する除電装置の他に、別の目的の除電器を設置しても良い。たとえば、ステージ２４上にセットされたガラス基板２５を除電するために、コロナ放電によって生成されたイオンを利用するものや、軟Ｘ線を照射して除電するものが好ましく用いられる。
【００４４】
次に、本発明の別の実施態様について説明する。
【００４５】
吐出面１２や吐出口２０の除電は、吐出口２１や吐出面１２などを構成する、保護膜や撥液層などの最表面の表面抵抗率を１０６Ω／□以上１０10Ω／□以下の帯電防止処理を行うことでも達成される。なお、表面抵抗率を１０６Ω／□以上１０10Ω／□以下の帯電防止処理を行った面は、接地する必要がある。本発明において、表面抵抗率の測定方法は、ASTMＤ-２５７(測定温度２５℃)によって測定される抵抗率である。本発明における接地の一形態として、ハウジングや周辺部材によって金属製のフレームに取り付け、金属製のフレームは建物等の接地点に電気的に接続する。対接地抵抗が、テスターで測定した場合、１０Ｖ以下であることをいう。
【００４６】
吐出面１２の撥液層は、液体に応じた撥液処理方法を選択することが好ましい。撥液処理方法としては、カチオン系又はアニオン系の含フッ素樹脂の電着、フッ素系高分子、シリコーン系樹脂、ポリジメチルシロキサンの塗布、焼結法、フッ素系高分子の共析メッキ法、アモルファス合金薄膜の蒸着法、モノマーとしてのヘキサメチルジシロキサンをプラズマＣＶＤ法によりプラズマ重合させることにより形成されるポリジメチルシロキサン系を中心とする有機シリコン化合物やフッ素系含有シリコーン化合物等の膜を付着させる方法がある。撥液処理を行う際に、導電性コンパウンドや導電性高分子を少量混合して所望の表面抵抗率を得ることができる。
【００４７】
吐出口２０の周囲や内壁の保護膜は、例えば、第１の耐吐出液保護膜上に、第四級アンモニウムシラン化合物を表面に塗布した後、電子線を照射することにより帯電防止性能を有する保護膜を形成できる。この表面処理により、表面抵抗率を１０９Ω／□とすることができる。また、電子線を照射して架橋反応を起こした第四級アンモニウムシラン化合物の帯電防止層はＨ〜２Ｈの鉛筆硬度を有するようにすることができる。
【００４８】
以上のように、従来技術ではインクジェットヘッドのノズル下面の帯電防止ならびに除電が十分ではなかったが、本発明を適用することでインクジェットノズル下面の除電が行われ、帯電分布を解消することで、ノズルの詰まりを解消することができる。
【実施例】
【００４９】
以下に、カラーフィルターの製造における実施例を説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
［実施例１］
インクジェットヘッド１０は、図２に示すように吐出面１２に、吐出口２１が３列千鳥状で、Ｙ方向ピッチ７０．５μｍ、総数５１２個備えられたものを用いた。この各吐出口２１からは、圧電素子の駆動によって１回あたり２０〜４０ｐｌの塗布液を間欠的に吐出可能であった。隣接するＲ、Ｇ、Ｂ各色のインクジェットヘッド１９Ｒと１９Ｂと１９Ｇを一体化してインクジェットヘッド１０を形成した。インクジェットヘッド１０の外形形状については、吐出面１２のＹ方向の長さＷ１が８０ｍｍ、Ｘ方向の長さが３６ｍｍであった。樹脂プレート１８のＹ方向の長さが６０ｍｍ、Ｘ方向の長さが１６ｍｍであった。また、樹脂プレート１８として撥液層をコーティングした厚さ７５μｍのポリイミド樹脂層を設けた。
【００５０】
３６０×４６５ｍｍで厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板上に、各画素の大きさが幅７５μｍで長さが２００μｍ、ブラックマトリックスの幅が２０μｍ、ブラックマトリックスの表面に撥液性を有する格子状ブラックマトリックス基板を作成した。インクジェットヘッド１０から１画素あたり２００μｌのＲＧＢ色塗布液を吐出して、全面に塗布膜を形成した。
【００５１】
塗布液には、Ｒ色顔料を有し、粘度１０ｍＰａｓ、固形分濃度１５％のＲ色塗布液を用いた。Ｇ色塗布液は、Ｇ色顔料を有し、粘度１２ｍＰａｓ、固形分濃度１６％、Ｂ色塗布液は、Ｂ色顔料を有し、粘度１１ｍＰａｓ、固形分濃度１１％であった。
【００５２】
除電装置２６は、ステージ２４（２０００ｍｍ×２５００ｍｍ）を囲むフレームの側面にプレートを設け、除電装置２６に付設されたネジで固定した。このとき、除電電極針先３３の針の向きと移動してくるインクジェットヘッドの吐出面１２が並行になるように配置した。距離は、吐出面１２の最表層まで８０ｍｍに調整した。
【００５３】
除電装置２６と気流噴射装置２７は、ＭＯＤＥＬ９５７（Ｍｅｅｃｈ社製）のエアカーテン式除電器を用い、高圧電源２２には、ＭＯＤＥＬ９０４（Ｍｅｅｃｈ社製）を用い、除電電極針先３３に実効値７ｋＶの商用周波数の交流電圧を印加した。なお、気流の流れと除電イオンの拡散方向を制御するために、Ｍｏｄｅｌ９５７の除電電極針先の方向を、ほぼ９０度向きを変えた状態で設置した。気流供給手段２９から、フィルターを通した空気を圧空０．２ＭＰ／ｍ２で導入し、“テフロン”（登録商標）製のチューブを介して気流噴射手段２７に導入した。気流噴射手段２７から噴射され気流制御板３４に沿って流れるエアの流速は２ｍ／秒の層流であった。
【００５４】
この除電装置２６を用いて、吐出面１２付近に＋／−２ｋＶの帯電板（大きさ５０ｍｍ×８０ｍｍ）を配置し、除電イオン電流値を測定したところ、−０．４μＡ〜＋０．３μＡであった。
【００５５】
本発明の装置でカラーフィルターを製造したところ、吐出面１２の帯電は、除電装置２６の前後で変化した。吐出面１２の帯電をＭＯＤＥＬ５２０（ＴＲＥｋ社製）表面電位計で測定したところ、除電前には−６００Ｖ〜−４００Ｖであったが、除電装置２６を通過させ除電したところ-２Ｖ〜＋３Ｖに表面電位が下がり、無帯電になったことが判った。また、帯電量分布状態を微粉体で可視化したところ、除電後は、全面に渡り微粉体の付着が見られなかった。
【００５６】
本発明の装置でカラーフィルターを製造したところ、６ヶ月間で、ノズル詰まりが発生せず、インク液滴の異常な飛行曲がりが発生せず、良好な画素形成が達成できた。
［実施例２］
実施例１において、吐出面１２の表面抵抗率を下げて除電した実施例を以下に示す。なお、実施例１においては除電装置２６を用いたが、実施例２においては除電装置２６を併用しても併用しなくても、いずれの場合も良好な塗布性が得られた。
【００５７】
吐出面１２において、ポリイミド樹脂の表面に形成するシリコーン系樹脂からなる撥液層にカーボンブラックを１％添加した。ＡＳＴＭＤ-２５７(測定温度２５℃)によって測定したところ、この撥液層の表面抵抗率は１０８Ω／□であった。本撥液層の一端をノズルヘッド内の金属部と接触させて接地した。
【００５８】
本発明の装置でカラーフィルターを製造したところ、吐出面１２の帯電は、-２Ｖ〜＋２Ｖに表面電位が下がり、無帯電になったことが判った。また、帯電量分布状態を微粉体で可視化したところ、全面に渡り微粉体の付着が見られなかった。
［比較例１］
実施例の構成で、除電装置２６を用いずにカラーフィルターの製造を行った。吐出面１２は帯電した状態のままで、３ヶ月操業を続けたところ、画素形成時にインク滴の飛行が曲がり、隣接する画素に混色が発生した。このまま操業を続けたところ徐々に悪化し、一部のインクジェット吐出口では、ドーナツ状に付着異物が発生していた。また、吐出面１２の樹脂プレート１８の一部で付着異物が付着していることが観察された。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の除電装置は、微細な孔やスリットから塗布液を吐出する塗布方法において、電気絶縁性の樹脂部材を使用する場合の除電方法に応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６０】
１０：インクジェットヘッド
１２：吐出面
１３：配管
１４：Ｒ色塗液供給装置
１５：Ｇ色塗液供給装置
１６：Ｂ色塗液供給装置
１７：塗布液除去装置
１８：樹脂プレート
１９Ｒ：Ｒ色インクジェットヘッド
１９Ｇ：Ｇ色インクジェットヘッド
１９Ｂ：Ｂ色インクジェットヘッド
２０：吐出口
２１：吐出口
２２：高圧電源
２３：インクジェット支持体
２４：ステージ
２５：ガラス基材
２６：除電装置
２７：気流噴射手段
２８：エア配管
２９：エア供給手段
３０：接地線
３１：シールド電極
３２：高圧ケーブル
３３：除電電極針先
３４：気流制御板
１００：撥液膜
１０１：第１の耐吐出液保護膜
１０２：第２の耐吐出液保護膜
１０３：第３の耐吐出液保護膜
１０５：固化物
１０８：ノズル
１１０：フェースプレート
１１１：ベース部材
１１５：除電電極
１２４：ノズル内に設けられた導電板
１２５：インクバッファ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の流体をガラス基板等の基材上に塗布するための微小な吐出口を有するインクジェットヘッド部材の帯電防止ならびに除電方法、除電装置に関し、さらには、インクジェットヘッドを用いたカラーフィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶用ディスプレイは、カラーフィルター、ＴＦＴ用アレイ基板などにより構成されている。この中でカラーフィルターは、ガラス基板上に格子状のブラックマトリックスで縁取られる各画素を、ＲＧＢの３色に分けて規則正しく形成したものである。このカラーフィルターは通常は、ガラス基板上に黒色のフォトレジスト材の塗布膜を形成し、フォトリソ法により黒色塗布膜を格子状に加工し、各色ごとに塗布膜を全面に形成した後、フォトリソ法により格子間の所定の色塗布膜を残す工程から製造される。上述のフォトリソ法によるＲＧＢ画素形成では、各色ごとに全面塗布膜形成、露光、現像といった多くの工程が必要となる。近年、これを簡素化するために、ブラックマトリックスの格子で形成される画素部に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各塗布液を直接インクジェット法により供給して色画素を形成する手法が工業的に行われている。このインクジェットヘッドによるＲ、Ｇ、Ｂ画素形成方法は、露光、現像といった工程が不要で、色画素形成に必要な量の塗布液のみを使用するので、カラーフィルター製造の大幅なコストダウンを可能とするものである。
【０００３】
インクジェットヘッドは通常多数の微小な吐出口を有しており、吐出口ごとに設けられた圧電素子などの間欠駆動手段を動作させることにより、吐出口より塗布液を液滴の形状で間欠的に吐出させている。
【０００４】
吐出口やその出口面の表面には、吐出口を保護し、塗布液の液離れをよくして精度良く吐出させるために、保護層や撥液層が形成されている。例えば、吐出口を含むプレートをフッ素を含有した樹脂で形成したり、ノズルプレートの表面に金属膜が形成され、さらにその金属膜上に保護層が形成されている場合がある。
【０００５】
特許文献１には、上述の吐出口を保護するための被覆構造に関する技術が開示されている。図４に概略図を示す。吐出口２１の内壁に複数層の第１の耐吐出液保護膜１０１、第２の耐吐出液保護膜１０２、第３の耐吐出液保護膜１０３を形成したもので、吐出口２１の内壁及び吐出面と反対側の面を除く吐出面側で第３の耐吐出液保護膜１０３上に、撥液膜１００を有するものである。その結果、液滴が吐出口２１内壁からスムーズに吐出され、かつ、撥液膜１００の表面に液滴が付着せず、液切れが良好であり、精度よく吐出される。また、吐出面のクリーニングに対する耐久性が向上するものである。
【０００６】
しかしながら、本発明者らの知見によると、高精細なカラーフィルターを製造するために顔料を微粒子化し高度に分散させたインクを塗布液として使用し、数ヶ月にわたって塗布液をノズルから吐出すると、保護層や撥液層を有していても、吐出口の内部や吐出口の周辺に塗布液であるインクの固化物が付着する問題があった。固化物が付着した吐出口からは、正常な塗布液の吐出が妨げられ、液滴の飛行方向が定まらなくなる。そのため、基材の狙った位置に液滴を着地させることができず、正確なカラーフィルターの色画素形成ができなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明者らの知見によると、吐出口の内部や吐出口の周辺に塗布液であるインクの固化物が付着するのは、吐出口を含む吐出面が、電気絶縁性の撥液層や保護層などで構成されているため静電気が帯電しやすく、静電気の影響により、インク中の微粒子が凝集し沈着することによるものであると考えている。従来より高精細な顔料を高度に分散させたインクを使用する場合、帯電の影響が無視できなくなるものと考えている。
【０００８】
一方、流体を基材に塗布する際、静電気が影響し塗布膜の形成が困難となる場合があり、このような場合に関してインクジェットヘッドを除電する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。この技術は、図５において、ノズル吐出面の下面であるフェースプレート１１０に対向して、板状の除電電極１１５を配置し、ノズル１０８内の導電板１２４との間に電圧を印加して、フェースプレート１１０の電位を十分低くするものである。除電電極１１５の形状は板状であって、非接触の除電電極１１５と導電板１２４の間をコンデンサーと見立て、除電電極１１５と導電板１２４との間に印加する電圧を、フェースプレート１１０の帯電極性と逆極性の電圧とし、静電誘導によりフェースプレート１１０の電位を所望の電位に制御している。しかしながら、本発明者らの知見によれば、上述の静電誘導を利用した除電では、外部から電界がかかっている場合には電位を制御することができるが、実際にはフェースプレート１１０表面に存在する静電荷は十分に中和されず、フェースプレート１１０には静電荷が残留していた。本発明者らの知見によれば、これは、静電荷に対して、コロナ放電などで発生させた逆極性のイオンを照射して正電荷と負電荷を中和させておらず、帯電電位に対してゼロ近傍になるように逆極性の電位をかけて調整したに過ぎないからである。また、中和されるフェースプレート１１０の帯電状態には帯電量の分布があるが、特許文献２の技術には帯電量分布に応じた制御を行うという技術的な思想はない。
【０００９】
以上のように、顔料微粒子を含む分散性の高いインクを数ヶ月に渡り吐出させると、静電気の影響により、吐出口２１の内部や吐出口の撥液層１００にインク成分が固着し、正常な吐出ができないことがあった。つまり、本発明者らの知見によると、インクジェットヘッドのノズル下面に対し、従来の撥液層では異物の付着を完全に防止できないでいた。本発明者らの知見によると、この原因は、吐出口を含む吐出面の静電荷の局所的な分布が原因であり、インクジェットヘッドのノズル吐出面の帯電防止ならびに除電が十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１８４１７６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、顔料微粒子を含む分散性の高いインクを数ヶ月に渡りノズルから吐出させても、吐出口の内部や吐出口の周囲にインク成分が固着しにくい吐出面を有し、保護層や撥液層の帯電が原因で発生する顔料微粒子の付着を防止するインクジェットヘッドの除電方法、除電装置およびインクジェットヘッド装置ならびにカラーフィルターの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
本発明によれば、塗布液を吐出するための吐出口と該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドの除電方法であって、前記吐出面と対向する下方位置に設けられた除電電極の針先からイオンを前記吐出面と略平行方向に照射し、該照射されたイオンを前記除電電極の下方位置に設けた気流噴射手段により気流を上方に向けて噴射させ、前記気流にのせて、前記吐出面に前記イオンを吹き付けることにより前記吐出面を除電するインクジェットヘッドの除電方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の形態によれば、塗布液を吐出するための吐出口と、該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドを除電する装置であって、移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの該吐出面に対し除電を行う除電電極針を有し、該除電電極針の先は、前記除電電極針の先の延在方向が、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面と略平行になるように配置されたものであり、前記除電電極針の先で生成されるイオンを気流によって、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面に吹き付ける気流噴射手段を設けたインクジェットヘッドの除電装置が提供される。
【００１４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記除電電極針と、該除電電極針を囲う開口部を有するシールド電極を有し、除電電極針の先の延在方向において、前記シールド電極が除電電極針先端より前方に配置され、除電電極針先で生成されたイオンを前記前方のシールド電極の開口部から照射するようにしたインクジェットヘッドの除電装置が提供される。
【００１５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記インクジェットヘッドの除電方法、もしくは前記インクジェットヘッドの除電装置を用いてカラーフィルターを製造するカラーフィルターの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下に説明するとおり、顔料微粒子を含む分散性の高いインクを長期に亘りインクジェットノズルから吐出させても、吐出口の内部や吐出口の周囲にインク成分が固着しにくくなる効果がある。そのため、インクジェットノズルを用いたカラーフィルターの製造において、正常な塗布液の吐出が可能になり、基材の狙った位置に液滴を着地させて、正確なカラーフィルターの色画素形成が可能になる。また、インクジェットヘッドのノズル下面の十分な除電によって静電気力による埃の付着を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係るインクジェットヘッドの吐出面を下側から見た概略平面図である。
【図３】本発明に係るインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す図１の除電装置付近の拡大図である。
【図４】従来のインクジェットノズル構成を示す概略図である。
【図５】従来のインクジェットノズルのフェースプレートの除電方法を示す概略図である。
【図６】本発明に係るインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施形態の例を、インクジェットを用いたカラーフィルターを製造する場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のインクジェットヘッドの除電方法の一例を示す概略図である。図２はインクジェットヘッドの吐出面を下側から見た平面図、図３は吐出面の除電方法の一例を示す図１の除電装置付近の拡大図である。
【００１９】
図１を参照すると、インクジェットヘッド１０とその各色の塗布液供給装置１４，１５，１６と、本発明の除電装置２６と、除電装置２６中の除電電極針先に高電圧を印加するための高圧電源２２と、塗布液除去装置１７が示されている。インクジェットヘッド１０には、図２に示すように、吐出面１２に樹脂プレート１８を有しており、樹脂プレート１８には、吐出口２０が形成されている。この吐出面１２の樹脂プレート１８には撥液層がコーティングにより形成されている。樹脂プレート１８は、フッ素樹脂（例えば、“テフロン”（登録商標））、シリコーン、ポリイミド等の撥液性樹脂が好ましく用いられる。
【００２０】
塗布液を吐出する多数の吐出口２０に吐出口２１が形成され、吐出口２１はインクジェットヘッド１０の長手方向に所定ピッチで千鳥状に配置されている。インクジェットヘッド１０は塗布液供給装置１４，１５，１６に配管１３でそれぞれ接続されている。塗布液供給装置１４，１５，１６は、ＲＧＢの３色に対応している。また、塗布液供給装置１４，１５，１６は、塗布液が貯蔵された塗布液貯蔵部（図示せず）を備えている。インクジェットヘッド１０は、インクジェット支持体２３に配置されている。インクジェット支持体２３により、インクジェットヘッド１０はステージ２４に所定の間隔を空けて配置されている。インクジェットヘッド１０と塗布液供給装置１４，１５，１６は、図示されていない移動装置により、塗布方向すなわちＸ方向やＹ方向に自在に往復動させることができる。また、インクジェットヘッド１０は、図示されていない移動装置により、上下方向（Ｚ方向）にも自在に昇降することができる。
【００２１】
次に、本発明のインクジェットヘッドの除電方法について説明する。インクジェットヘッド１０は、吐出面１２や吐出口２１周辺に残存した塗布液を除去するために、塗布液除去装置１７でクリーニングされる。その際、塗布液除去装置１７の所定の位置へ移動するため、インクジェットヘッド１０は、ステージ２４上から大きく移動する。まず、準備動作として、図示されていない制御装置より移動指令を出してインクジェットヘッド１０を上下方向（Ｚ方向）に移動させる。インクジェットヘッド１０が塗布液除去装置１７に対向する位置までＹ方向に移動する。この途中、インクジェットヘッド１０の吐出面１２が、ステージ２４などと対向せず、吐出面１２が下方に露出した状態となる。このとき、除電装置２６より、除電イオンを含むエアを吹きつけてインクジェットヘッド１０の吐出面１２を除電する。さらに、塗布液除去装置１７の掃除具との摩擦帯電によってインクジェットヘッド１０の吐出面や吐出口が帯電してしまうため、塗布液除去装置１７において、除去した後、ステージ２４に戻る際に除電を行うことがさらに好ましい。これによって、塗布液除去装置１７との摩擦帯電をも除電することができる。
【００２２】
図６は、本発明のインクジェット装置を上から見た概略図である。インクジェットヘッド１０は、ステージ２４に隣接するように、ステージのＸ方向に延在している。具体的には、塗布液除去装置１７とステージ２４との間隔に設置されており、Ｘ軸方向に、インクジェットへッド１０より長くなるように取り付けられている。インクジェットへッド１０を含むインクジェット支持体２３がＹ方向に移動すると、インクジェットヘッド１０の吐出面１２が、ステージ２４などと対向せず、吐出面１２が下方に露出した状態となる。このとき、除電装置２６より、除電イオンを含むエアを吹きつけてインクジェットヘッド１０の吐出面１２を除電する。除電装置２６は、インクジェットヘッド１０の下部になるように設置されており、上面から見ると、シールド電極３１がインクジェットヘッド１０に対向した状態となっている。
【００２３】
ここで、インクジェットヘッド１０の吐出面１２の帯電と、それによる顔料微粒子の凝集とノズル詰まりについて説明する。
【００２４】
本発明者らの知見によると、インクジェットヘッド１０の吐出面１２や吐出口２０などの構成部は、インクなどの塗布液を吐出する際に、塗布液と摩擦帯電されるため、部材に静電荷が発生してしまう。たとえば、塗布液が正に帯電すると、同時に、吐出面１２は逆極性の負に帯電する。吐出面１２は、電気絶縁性の撥液層や、保護層などで構成されており、発生した静電荷は吐出面１２から漏洩できずに、孤立した状態となる。そして、帯電した吐出面１２（撥液層や保護層で構成）と、０Ｖにアースされた金属部との間には電界が発生する。
【００２５】
高精細なカラーフィルターを製造するためには、高精細な顔料を高度に分散させたインクを使用する。微粒子化された顔料微粒子は、溶媒の中で帯電した状態で電気二重層を形成している。そのため同極性の顔料微粒子同士は、静電気反発力で分散安定化している。しなしながら、外部電界がかかると帯電した顔料微粒子には、電気泳動力により、粒子の帯電と逆極性の極性方向に移動する。また、誘電泳動力により、顔料微粒子は電界の弱い場所から電界の強い場所に移動する。このため、静電反発力で分散性の良い溶媒であればあるほど、外部電界の影響を受けて泳動しやすく局所的に微粒子の濃度が高まり凝集しやすくなる。微粒子が凝集しやすい環境では、たとえ、撥液層があっても、長い時間を掛けて顔料微粒子が部材に付着しやすくなる。
【００２６】
本発明者らの知見によると、この現象は、インクに微細電極を挿入した簡単な実験で確認できる。たとえば、０．２ｍｍφタングステンからなる電極を、吐出面の保護層として使用しているシートで、表と裏側から挟み込み接着剤で封止する。完全に封止した電極に１ｋVの電圧を印加し、インク中に浸しておくと、数１００時間後にはシートには微粒子や異物が付着してくる。また、電圧を印加した電極をシートで封止しないで直接インクの中に入れておくと、６時間あまりで電極の周囲には、インク成分が結晶化して析出してくることが確認できる。
【００２７】
実際のインクジェットヘッド１０では、吐出口２６や吐出面１２付近の塗布液は、吐出口から連続的に吐出しているので、塗布液への静電気影響は小さい。しかしながら、ノズル内は塗布液で満たされた状態であり、帯電がない場合と比較すると、微粒子の局所的濃度が高くなりやすく凝集、析出しやすい状態が形成されている。また、吐出面１２には、帯電がない場合と比較すると、インク顔料成分が残存しやすい状態となっている。つまり、電界が存在する場所を顔料微粒子を含む塗布液が通過すると、顔料微粒子が凝集しやすくなるのである。
【００２８】
電界による電気泳動力や誘電泳動力の力はそれほど大きくないが、粒子の大きさが小さくなればなるほど、溶液中を移動する際の抵抗力が小さくなり、同じ電界でも凝集は発生しやすくなる。また、溶媒の粘度が小さくなればなるほど、同様に抵抗力が小さくなって凝集は発生しやすくなる。従来より高精細なカラーフィルターを製造するインクジェットヘッドに使用するインクは、顔料微粒子が小さく、また、溶液の粘度も小さい。したがって、従来より、吐出口２０や吐出面１２の帯電による凝集が発生しやすく、吐出口詰まりの原因となるのである。
【００２９】
さらに、塗布液除去手段１７によって、インクジェットヘッド１０の吐出面１２を掃除布などで拭き取ると、掃除布などとの接触帯電により吐出面１２はますます帯電することになる。
【００３０】
以上のように、本発明者らの知見によると、吐出面１２は強く帯電しやすく、帯電した状態のまま放置すると、帯電の影響により塗布液成分である顔料微粒子が吐出面１２や吐出口２０に凝集しやすくなるのである。そこで、本発明のインクジェットヘッドの除電装置２６を用いて、適切に除電することが好ましい。
【００３１】
除電装置２６の動作について、図３を参照して説明する。図３は、図１の除電装置付近の拡大図である。図３では、インクジェットヘッド１０が本発明の除電装置２６付近を通過する場面を記載したものである。インクジェットヘッド１０は、図面において矢印で示す方向に、紙面を右から左に移動する。通常、インクジェットヘッド１０は、Ｒ色インクジェットヘッド１９ＲとＧ色インクジェットヘッド１９ＧとＢ色インクジェットヘッド１９Ｇの３つが一体化して１つのインクジェットヘッド１０として配置されている。インクジェットヘッド１０の吐出口２０や吐出面１２の絶縁性部材は、それまでの塗布工程で塗布液であるインクを吐出したことで、強く帯電している。帯電は吐出口２０の近傍が強く、周囲にかけて帯電が弱くなる帯電分布を有している。
【００３２】
除電装置２６は、塗布されるガラス基材２５が置かれたステージ２４の側面に、支持具を介して取り付けられている。除電装置２６は、コロナ放電によりイオンを発生する除電電極針先３３と高電圧を印加するための高圧電源２２が、高圧ケーブル３２で電気的に接続されている。除電電極針先３３の近傍には、シールド電極３１が配置され、接地線３０で０Vのアースに接続されている。シールド電極３１は、除電電極針先３３を囲むように配置されており、除電電極針先３３の前方は開口している。シールド電極３１により、コロナ放電が安定して発生するだけでなく、除電電極針先による電界がシールド電極３１によってシールドされる。このため、シールド電極３１が存在する方向には、強い指向性をもったイオンが照射されにくくなる。また、針先による電界の影響が、インクジェットヘッド１０の吐出口２０や吐出面１２に対して小さくなっているので、イオンが強制的にインクジェットヘッド１０に吹き付けられることが緩和される。吐出面を有するインクジェットヘッドは、移動手段によって移動し上述の除電装置２６の上方を通過する際に除電される。
【００３３】
除電装置２６の除電電極針先３３は、吐出面１２に向けて対向しておらず、針先の方向が吐出面１２と略平行になっている。このため、吐出面１２側から見ると、除電電極針３３はシールド電極３１に隠れている。針先の方向と吐出面１２が略平行になるとは、１８０度±２０度の範囲にあればよい。
【００３４】
ここで、除電電極針先３３の針先の方向と吐出面１２との位置関係について説明する。鉛直方向に水平な吐出面１２の面に対して、除電電極針先３３が針先の方向が、鉛直方向に対し９０度±３０度の範囲であることが好ましく、本発明では、このような範囲内に位置する除電電極針先３３と吐出面１２とを略平行とするものである。また、吐出面が鉛直方向に水平でない場合は、吐出面と除電電極針先３３の針先の方向が、１８０度±２０度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、１８０度±１０度であることが好ましい。
【００３５】
気流噴射手段２７は、除電装置２６の除電電極針先３３の鉛直方向下側に配置されている。気流噴射手段２７には、気流制御板３４が配置され、エア供給手段２９とエア配管２８で接続されている。気流の流れの向きは、除電電極針先３３の脇（前面）を通って、吐出面１２に向かっている。気流噴射手段２７は、エア供給手段２９から図示されていないポンプでエアを押し出して噴射部からエアが噴出されるようになっている。噴射部は、スリット状の隙間からなり、スリットはボルトで間隙が調整できるようになっている。スリットからは、エアが層流となって吹き出し、吹き出されたエアは気流制御板３４に沿って鉛直上向きに流れる。噴射される気流の流速は、１から４ｍ／分が好ましい。また、噴出される気流の種類は、窒素やアルゴンなどの不活性ガスでもよいが、安価で取り扱いの容易な空気が好ましく用いられる。
【００３６】
除電電極針先３３に高電圧が印加されると、シールド電極３１との電位差によって、除電電極針先３３の近傍でコロナ放電により、正負のイオンが生成される。通常、除電電極針先３３には３ｋVから１５ｋVの電圧がかかっており、発生したイオンは、イオン風に従って針先先端方向に照射され（図３中、横方向に）、シールド電極３１の開口部から漏れ出している。
【００３７】
本発明では、針先照射されたイオンの方向と、気流噴射装置２７における気流制御板３４の作用による気流の方向が、ほぼ直交するように配置される。また、シールド電極３１を除電電極針先３３より前方に延在させ、除電電極針先３３を囲うように配置している。シールド電極３１の開口部から漏れ出した除電イオンは、気流噴射装置２７から噴出された気流に乗って、吐出面１２に到達し、吐出口２０や樹脂プレート１８を除電する。その際、シールド電極で囲まれた除電電極針先３３が吐出面１２に対向していないので、除電電極針先３３による電界が影響しにくくなっている。これにより、吐出口２０や樹脂プレート１８、撥液層などからなる吐出面１２の帯電分布に従って、丁度等量の逆極性イオンを吹き付けることができ、十分な除電が可能になる。
【００３８】
ここで、除電電極針先３３から照射されたイオンの方向と、気流の方向が、ほぼ直交するとは、次のようなときである。照射されたイオンにおける中心部の照射方向と気流の方向が７０度から１１０度の角度をなすときである。照射されたイオンにおける中心部の照射方向は、概ね除電電極針先３３の針先の方向と一致する。よって、鉛直方向に水平な吐出面１２の面に対しては、気流の方向が９０度±２０度の範囲となることが好ましい。
【００３９】
除電電極針先３３と吐出面１２が、通常の近接して対向した状態とした場合には、必ずしも十分に吐出面１２の除電を行うことができない。これは、除電イオンは電界で運ばれるが、除電電極針先３３の電界が強く影響するため、発生した除電イオンが吐出面１２に強制的に吹き付けられやすく、被除電物の帯電分布状態を反映しにくく強制的に除電イオンを照射してしまうためである。このため、帯電分布が残った不十分な状態や、逆に逆極性に帯電させてしまうのである。
【００４０】
また、導電性のブラシやブレード状の除電部材を吐出面１２に当接し相対的に摺動させて除電を行うことも考えられるが、ブラシ状の除電部材による除電では、ノズルプレートの吐出面にブラシに当接する部分と当接しない部分とが生じるため、除電にムラが生じてしまう。
【００４１】
吐出面１２や吐出口２０などを除電する除電装置２６の設置位置であるが、ノズルを洗浄するためにステージ２４から塗布液除去装置１７へ移動する際に、ノズル下面に向けて除電を行うことが好ましいが、除電装置２６の位置はこれに限られるものではない。塗布液除去装置１７の近傍でも良いし、ステージ２４に段差などを設けて設置しても良い。
【００４２】
また、除電動作の間隔であるが、カラーフィルターの塗布状態とインクの特性に左右されるが、基本的にはノズルのクリーニング周期に合わせ、クリーニング処理の前後に実施すればよい。
【００４３】
なお、塗布装置には、吐出面１２に対する除電装置の他に、別の目的の除電器を設置しても良い。たとえば、ステージ２４上にセットされたガラス基板２５を除電するために、コロナ放電によって生成されたイオンを利用するものや、軟Ｘ線を照射して除電するものが好ましく用いられる。
【００４４】
次に、本発明の別の実施態様について説明する。
【００４５】
吐出面１２や吐出口２０の除電は、吐出口２１や吐出面１２などを構成する、保護膜や撥液層などの最表面の表面抵抗率を１０６Ω／□以上１０10Ω／□以下の帯電防止処理を行うことでも達成される。なお、表面抵抗率を１０６Ω／□以上１０10Ω／□以下の帯電防止処理を行った面は、接地する必要がある。本発明において、表面抵抗率の測定方法は、ASTMＤ-２５７(測定温度２５℃)によって測定される抵抗率である。本発明における接地の一形態として、ハウジングや周辺部材によって金属製のフレームに取り付け、金属製のフレームは建物等の接地点に電気的に接続する。対接地抵抗が、テスターで測定した場合、１０Ｖ以下であることをいう。
【００４６】
吐出面１２の撥液層は、液体に応じた撥液処理方法を選択することが好ましい。撥液処理方法としては、カチオン系又はアニオン系の含フッ素樹脂の電着、フッ素系高分子、シリコーン系樹脂、ポリジメチルシロキサンの塗布、焼結法、フッ素系高分子の共析メッキ法、アモルファス合金薄膜の蒸着法、モノマーとしてのヘキサメチルジシロキサンをプラズマＣＶＤ法によりプラズマ重合させることにより形成されるポリジメチルシロキサン系を中心とする有機シリコン化合物やフッ素系含有シリコーン化合物等の膜を付着させる方法がある。撥液処理を行う際に、導電性コンパウンドや導電性高分子を少量混合して所望の表面抵抗率を得ることができる。
【００４７】
吐出口２０の周囲や内壁の保護膜は、例えば、第１の耐吐出液保護膜上に、第四級アンモニウムシラン化合物を表面に塗布した後、電子線を照射することにより帯電防止性能を有する保護膜を形成できる。この表面処理により、表面抵抗率を１０９Ω／□とすることができる。また、電子線を照射して架橋反応を起こした第四級アンモニウムシラン化合物の帯電防止層はＨ〜２Ｈの鉛筆硬度を有するようにすることができる。
【００４８】
以上のように、従来技術ではインクジェットヘッドのノズル下面の帯電防止ならびに除電が十分ではなかったが、本発明を適用することでインクジェットノズル下面の除電が行われ、帯電分布を解消することで、ノズルの詰まりを解消することができる。
【実施例】
【００４９】
以下に、カラーフィルターの製造における実施例を説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
［実施例１］
インクジェットヘッド１０は、図２に示すように吐出面１２に、吐出口２１が３列千鳥状で、Ｙ方向ピッチ７０．５μｍ、総数５１２個備えられたものを用いた。この各吐出口２１からは、圧電素子の駆動によって１回あたり２０〜４０ｐｌの塗布液を間欠的に吐出可能であった。隣接するＲ、Ｇ、Ｂ各色のインクジェットヘッド１９Ｒと１９Ｂと１９Ｇを一体化してインクジェットヘッド１０を形成した。インクジェットヘッド１０の外形形状については、吐出面１２のＹ方向の長さＷ１が８０ｍｍ、Ｘ方向の長さが３６ｍｍであった。樹脂プレート１８のＹ方向の長さが６０ｍｍ、Ｘ方向の長さが１６ｍｍであった。また、樹脂プレート１８として撥液層をコーティングした厚さ７５μｍのポリイミド樹脂層を設けた。
【００５０】
３６０×４６５ｍｍで厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板上に、各画素の大きさが幅７５μｍで長さが２００μｍ、ブラックマトリックスの幅が２０μｍ、ブラックマトリックスの表面に撥液性を有する格子状ブラックマトリックス基板を作成した。インクジェットヘッド１０から１画素あたり２００μｌのＲＧＢ色塗布液を吐出して、全面に塗布膜を形成した。
【００５１】
塗布液には、Ｒ色顔料を有し、粘度１０ｍＰａｓ、固形分濃度１５％のＲ色塗布液を用いた。Ｇ色塗布液は、Ｇ色顔料を有し、粘度１２ｍＰａｓ、固形分濃度１６％、Ｂ色塗布液は、Ｂ色顔料を有し、粘度１１ｍＰａｓ、固形分濃度１１％であった。
【００５２】
除電装置２６は、ステージ２４（２０００ｍｍ×２５００ｍｍ）を囲むフレームの側面にプレートを設け、除電装置２６に付設されたネジで固定した。このとき、除電電極針先３３の針の向きと移動してくるインクジェットヘッドの吐出面１２が並行になるように配置した。距離は、吐出面１２の最表層まで８０ｍｍに調整した。
【００５３】
除電装置２６と気流噴射装置２７は、ＭＯＤＥＬ９５７（Ｍｅｅｃｈ社製）のエアカーテン式除電器を用い、高圧電源２２には、ＭＯＤＥＬ９０４（Ｍｅｅｃｈ社製）を用い、除電電極針先３３に実効値７ｋＶの商用周波数の交流電圧を印加した。なお、気流の流れと除電イオンの拡散方向を制御するために、Ｍｏｄｅｌ９５７の除電電極針先の方向を、ほぼ９０度向きを変えた状態で設置した。気流供給手段２９から、フィルターを通した空気を圧空０．２ＭＰ／ｍ２で導入し、“テフロン”（登録商標）製のチューブを介して気流噴射手段２７に導入した。気流噴射手段２７から噴射され気流制御板３４に沿って流れるエアの流速は２ｍ／秒の層流であった。
【００５４】
この除電装置２６を用いて、吐出面１２付近に＋／−２ｋＶの帯電板（大きさ５０ｍｍ×８０ｍｍ）を配置し、除電イオン電流値を測定したところ、−０．４μＡ〜＋０．３μＡであった。
【００５５】
本発明の装置でカラーフィルターを製造したところ、吐出面１２の帯電は、除電装置２６の前後で変化した。吐出面１２の帯電をＭＯＤＥＬ５２０（ＴＲＥｋ社製）表面電位計で測定したところ、除電前には−６００Ｖ〜−４００Ｖであったが、除電装置２６を通過させ除電したところ-２Ｖ〜＋３Ｖに表面電位が下がり、無帯電になったことが判った。また、帯電量分布状態を微粉体で可視化したところ、除電後は、全面に渡り微粉体の付着が見られなかった。
【００５６】
本発明の装置でカラーフィルターを製造したところ、６ヶ月間で、ノズル詰まりが発生せず、インク液滴の異常な飛行曲がりが発生せず、良好な画素形成が達成できた。
［実施例２］
実施例１において、吐出面１２の表面抵抗率を下げて除電した実施例を以下に示す。なお、実施例１においては除電装置２６を用いたが、実施例２においては除電装置２６を併用しても併用しなくても、いずれの場合も良好な塗布性が得られた。
【００５７】
吐出面１２において、ポリイミド樹脂の表面に形成するシリコーン系樹脂からなる撥液層にカーボンブラックを１％添加した。ＡＳＴＭＤ-２５７(測定温度２５℃)によって測定したところ、この撥液層の表面抵抗率は１０８Ω／□であった。本撥液層の一端をノズルヘッド内の金属部と接触させて接地した。
【００５８】
本発明の装置でカラーフィルターを製造したところ、吐出面１２の帯電は、-２Ｖ〜＋２Ｖに表面電位が下がり、無帯電になったことが判った。また、帯電量分布状態を微粉体で可視化したところ、全面に渡り微粉体の付着が見られなかった。
［比較例１］
実施例の構成で、除電装置２６を用いずにカラーフィルターの製造を行った。吐出面１２は帯電した状態のままで、３ヶ月操業を続けたところ、画素形成時にインク滴の飛行が曲がり、隣接する画素に混色が発生した。このまま操業を続けたところ徐々に悪化し、一部のインクジェット吐出口では、ドーナツ状に付着異物が発生していた。また、吐出面１２の樹脂プレート１８の一部で付着異物が付着していることが観察された。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の除電装置は、微細な孔やスリットから塗布液を吐出する塗布方法において、電気絶縁性の樹脂部材を使用する場合の除電方法に応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６０】
１０：インクジェットヘッド
１２：吐出面
１３：配管
１４：Ｒ色塗液供給装置
１５：Ｇ色塗液供給装置
１６：Ｂ色塗液供給装置
１７：塗布液除去装置
１８：樹脂プレート
１９Ｒ：Ｒ色インクジェットヘッド
１９Ｇ：Ｇ色インクジェットヘッド
１９Ｂ：Ｂ色インクジェットヘッド
２０：吐出口
２１：吐出口
２２：高圧電源
２３：インクジェット支持体
２４：ステージ
２５：ガラス基材
２６：除電装置
２７：気流噴射手段
２８：エア配管
２９：エア供給手段
３０：接地線
３１：シールド電極
３２：高圧ケーブル
３３：除電電極針先
３４：気流制御板
１００：撥液膜
１０１：第１の耐吐出液保護膜
１０２：第２の耐吐出液保護膜
１０３：第３の耐吐出液保護膜
１０５：固化物
１０８：ノズル
１１０：フェースプレート
１１１：ベース部材
１１５：除電電極
１２４：ノズル内に設けられた導電板
１２５：インクバッファ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布液を吐出するための吐出口と該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドの除電方法であって、前記吐出面と対向する下方位置に設けられた除電電極の針先からイオンを前記吐出面と略平行方向に照射し、該照射されたイオンを前記除電電極の下方位置に設けた気流噴射手段により気流を上方に向けて噴射させ、前記気流にのせて、前記吐出面に前記イオンを吹き付けることにより前記吐出面を除電することを特徴とするインクジェットヘッドの除電方法。
【請求項２】
塗布液を吐出する吐出口と該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドを除電するための除電装置であって、移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面に対し除電を行う除電電極針を有し、該除電電極針の先は、前記除電電極針の先の延在方向が、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面と略平行となるように配置されたものであり、前記除電電極針の先で生成されるイオンを気流によって、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面に吹き付ける気流噴射手段を設けたことを特徴とするインクジェットヘッドの除電装置。
【請求項３】
前記除電電極針と、該除電電極針を囲う開口部を有するシールド電極を有し、前記除電電極針の延在方向において、前記シールド電極が前記除電電極針の先端より前方に配置され、前記除電電極針の先で生成されたイオンを前記前方のシールド電極の開口部から照射するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの除電装置。
【請求項４】
請求項１に記載のインクジェットヘッドの除電方法、もしくは請求項２または３に記載のインクジェットヘッドの除電装置を用いてカラーフィルターを製造することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
【請求項１】
塗布液を吐出するための吐出口と該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドの除電方法であって、前記吐出面と対向する下方位置に設けられた除電電極の針先からイオンを前記吐出面と略平行方向に照射し、該照射されたイオンを前記除電電極の下方位置に設けた気流噴射手段により気流を上方に向けて噴射させ、前記気流にのせて、前記吐出面に前記イオンを吹き付けることにより前記吐出面を除電することを特徴とするインクジェットヘッドの除電方法。
【請求項２】
塗布液を吐出する吐出口と該吐出口を含む吐出面を有するインクジェットヘッドを除電するための除電装置であって、移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面に対し除電を行う除電電極針を有し、該除電電極針の先は、前記除電電極針の先の延在方向が、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面と略平行となるように配置されたものであり、前記除電電極針の先で生成されるイオンを気流によって、前記移動手段によって移動される前記インクジェットヘッドの前記吐出面に吹き付ける気流噴射手段を設けたことを特徴とするインクジェットヘッドの除電装置。
【請求項３】
前記除電電極針と、該除電電極針を囲う開口部を有するシールド電極を有し、前記除電電極針の延在方向において、前記シールド電極が前記除電電極針の先端より前方に配置され、前記除電電極針の先で生成されたイオンを前記前方のシールド電極の開口部から照射するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの除電装置。
【請求項４】
請求項１に記載のインクジェットヘッドの除電方法、もしくは請求項２または３に記載のインクジェットヘッドの除電装置を用いてカラーフィルターを製造することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２０６６２８（Ｐ２０１１−２０６６２８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４１９２（Ｐ２０１０−７４１９２）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]