CN100564033C - 形成图案的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用照相凹版胶印方法在基板上形成预定图案的装置及方法。使用照相凹版胶印方法形成预定图案的装置包括：凹版印刷板，其上形成有将要填充以着色感光材料的图案；滚筒，其接触到该凹版印刷板，以将形成于该凹版印刷板上的图案转印到滚筒上，接着将已转印的图案印刷到基板上；滚筒驱动装置，其用于转动并水平地驱动该滚筒，以将形成于该凹版印刷板上的图案转印到该滚筒上，接着将已转印的图案按照其原样印刷到该基板上；和基板支撑件，其上放置有基板。而且，该滚筒驱动装置还包括：转动驱动单元，其用于转动地驱动该滚筒；水平驱动单元，其用于独立于该转动驱动单元而水平地驱动该滚筒；和控制单元，其用于控制该转动和水平驱动单元的驱动速度。

Description

形成图案的装置及方法

技术领域

本发明涉及使用照相凹版胶印方法在基板上形成预定图案的装置及方法。

背景技术

近年来随着例如移动电话、个人数字助理(PDA)和笔记本电脑等多种便携式电子装备的开发，对于具有轻、薄、短、紧凑特征的平板显示器的需求逐渐增长。已经对例如LCD(液晶显示器)、PDP(等离子显示面板)、FED(场致发射显示器)和VFD(真空荧光显示器)等平板显示器积极进行研究并且目前已实际投入使用。

一般而言，平板显示器由用于在其上实现彩色图像的滤色层形成，并包括滤色器，其中形成有黑底，以避免由于光线泄漏到图像显示区域外而降低其图像质量。包括这种滤色器的典型的平板显示器是液晶显示设备。这种液晶显示设备包括其上形成有薄膜晶体管的薄膜晶体管基板和其上形成有滤色层的滤色基板，并通过在两层基板之间注入液晶以形成液晶层而完成。

同时，具有R(红)、G(绿)、B(蓝)色彩成分的像素一般设置在滤色层1，如图1和2所示。此时，液晶显示设备中的每个像素可由具有R、G和B色彩成分的子像素组成。然而，每个像素一般具有单色。像素的排列能够根据分辨率的差异而制造得不同。这种滤色层能够通过多种方法形成，例如染色、印刷、电解沉积和颜料喷涂方法等。在传统的STN(超扭曲向列型)液晶显示设备中，主要通过染色、印刷或电解沉积方法来形成滤色层。另一方面，在TFT LCD中，主要应用颜料喷涂方法，其中TFT LCD具有高度精密性和再现性并且可应用到大尺寸液晶面板。

在颜料喷涂方法中，光敏着色感光材料(color resist)通过典型的照相制版法形成图案以形成滤色层。也就是，光敏着色感光材料首先施加到基板上，然后光线照射到使用掩模的着色感光材料上，最后通过使用显影剂形成所需图案，由此完成滤色层。因而，在通过颜料喷涂方法形成滤色层过程中，需要使用照相制版法。然而，还存在一些问题，因为照相制版法复杂并且需要过高的制造成本。此外，照相制版法需要重复三次以形成R、G和B像素，从而，制造工艺变得更为复杂。

为了解决在这种颜料喷涂方法中出现的上述问题，目前已经提出在TFT LCD领域采用印刷方法的一种方案。也就是，每个都填充有着色感光材料的多个凹版印刷板和与该凹版印刷板对应的多个滚筒设置为使得具有某种彩色成分的着色感光材料图案借助滚筒形成在基板上，并且其它着色感光材料借助其它相关的滚筒依次形成。

上述过程将在随后参照图3进行更详细描述。

首先，如图3(a)所示，适量的着色感光材料R被供应到凹版印刷板10的表面上，其上形成预定彩色成分的图案。此时，供应到凹版印刷板上的着色感光材料R的量略微大于形成于凹版印刷板10的表面上的图案沟槽12的容积。然后，使用刮墨刀20使得着色感光材料R仅容纳在形成于凹版印刷板10的表面上的图案沟槽12中，并且残留在其它区域上的着色感光材料被去除。

在着色感光材料R如此填充后，滚筒30沿着凹版印刷板10的表面滚动，如图3(b)所示，使得形成于凹版印刷板的表面上的着色感光材料R的图案转印到滚筒上。

然后，其上转印有着色感光材料图案的滚筒30移动到基板40上，转印到滚筒30表面上的着色感光材料R的图案再次转引导基板40上，如图3(c)所示。结果是，预定的着色感光材料图案以此方式形成于基板40上。前述过程重复三次以在基板上形成R、G和B图案。

为了以此方式制造滤色器，滚筒以预定速度转动并在水平方向上移动。此时，应该精确地控制滚筒的转速和水平移动速度，使得形成于滚筒上的着色感光材料图案能够没有任何变化地转印到基板上。

如图4所示，滚筒10以传统方式设计，使得其通过使用小齿轮14和齿条16而转动并直线移动。然而，当使用小齿轮14和齿条16时，存在的问题是当驱动滚筒时会产生很大的噪音。而且，另一问题在于，由于齿轮机加工过程中产生的误差而形成的公差和齿隙，难以精确地控制滚筒。

发明内容

本发明致力于解决现有技术中的上述问题。从而，本发明的目的是提供一种通过精确控制滚筒的转动和线性运动以形成精确的着色感光材料图案而形成图案的装置和方法。

根据用于实现该目的的本发明的一个方面，提供一种使用照相凹版胶印方法形成图案的装置，该装置包括：凹版印刷板，其上形成有将要填充以着色感光材料的图案；滚筒，其接触到该凹版印刷板，以将形成于该凹版印刷板上的图案转印到滚筒上，接着将已转印的图案印刷到基板上；滚筒驱动装置，用于转动并水平地驱动该滚筒，以将形成于该凹版印刷板上的图案转印到该滚筒上，接着将已转印的图案按照其原样印刷到该基板上；和基板支撑件，其上放置有基板，其中该滚筒驱动装置包括：转动驱动单元，其用于转动地驱动该滚筒；水平驱动单元，其用于独立于该转动驱动单元而水平地驱动该滚筒；和控制单元，其用于控制该转动和水平驱动单元的驱动速度，其中所述装置还包括板状的第一补偿构件，其设置在基板支撑件的放置有基板的区域的前端处，该第一补偿构件接触到该滚筒，从而在滚筒接触到基板之前帮助滚筒初始加速。

优选地，转动驱动单元是伺服马达，该水平驱动单元是线性马达。从而，该滚筒的转动和线性运动都能够精确地控制。

本发明的装置还可包括板状的第一补偿构件，其设置在基板支撑件上放置基板的区域的前端处，该第一补偿构件接触到该滚筒，从而在滚筒接触到基板之前帮助滚筒初始加速。因此，能够克服由于滚筒速度的差别而产生的图案的差别。

此时，该第一补偿构件可具有小于或等于基板厚度的厚度。从而，在滚筒加速的过程中，滚筒的水平运动能够平滑地进行。

而且，该第一补偿构件可由弹性材料制成。从而，在初始接触滚筒时，该补偿构件不会向滚筒施加过大的冲击。

此外，该第一补偿构件可由热膨胀系数近似于基板的热膨胀系数的材料制成。从而，得以提高在基板上形成的图案的均匀性。

而且，本发明的装置可还包括板状的第二补偿构件，其设置在基板支撑件上放置基板的区域的后端处，该第二补偿构件接触到该滚筒，从而在滚筒接触到基板之后帮助滚筒减速。因此，得以实现滚筒稳定的减速。

根据本发明的另一方面，提供一种通过使用照相凹版胶印方法而在基板上形成预定图案的方法，其包括下列步骤：1)测量形成于凹版印刷板上的图案；2)校正滚筒的转动和线性运动之间的比率；3)使着色感光材料排放到该凹版印刷板的表面上；4)将刮墨刀接触到该凹版印刷板的表面，以使着色感光材料填充该凹版印刷板的图案；5)使滚筒接触到该凹版印刷板的表面，从而将形成于该凹版印刷板上的图案转印到该滚筒上；6)在转印图案之后驱动该滚筒从该凹版印刷板朝向该基板移动并且不转动；和7)转动地和水平地驱动该滚筒，以在滚筒接触基板的状态下将形成于该滚筒上的图案印刷到该基板上，其中所述方法还包括以下步骤：利用设置在该基板前端的第一补偿构件在该滚筒接触到该基板之前帮助该滚筒初始加速。

此时，步骤7)中滚筒的水平和转动驱动分别通过独立的驱动装置驱动。从而，能够精确地控制滚筒。

附图说明

通过下面结合附图给出的优选实施方式的描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更为明显，其中：

图1和2是示出滤色器的结构的平面图；

图3是示出传统的照相凹版胶印法的视图；

图4是示出传统的滚筒驱动装置的结构的视图；

图5是示出根据本发明的实施方式的图案形成装置的结构的俯视图；

图6是示出根据本发明的实施方式的滚筒驱动装置的结构的立体图；

图7是示出根据本发明的实施方式在相应的间隔内滚筒的驱动速度的视图；和

图8是示出根据本发明的实施方式形成图案的方法的视图。

具体实施方式

此后，将参照附图详细地描述本发明的优选实施方式。

如图5所示，根据本实施方式的图案形成装置包括凹版印刷板110、滚筒120、滚筒驱动装置130和基板支撑件140。

首先，凹版印刷板110是上表面上形成有填充了着色感光材料的图案的部件。也就是，在凹版印刷板的上表面上形成凹雕图案，该凹雕图案与将要在基板上形成的着色感光材料的图案形状相同，然后填充着色感光材料。凹版印刷板110可形成为板或者滚筒。在平板凹版印刷板上通过照相制版法形成图案，而在滚筒凹版印刷板上通过激光或电解沉积的方式形成图案。

然后，滚筒120是这样一种部件：其接触到凹版印刷板110，以允许形成于该凹版印刷板上的图案转印到其上，并使得转印的图案印刷到基板上。在根据本实施方式的图案形成装置中，形成于凹版印刷板110上的着色感光材料图案按照其原样转印到基板上。滚筒120用作将形成于凹版印刷板上的图案转印到基板上。

而且，滚筒驱动装置130是这样一种部件：其转动地并水平地驱动滚筒120，以允许形成于凹版印刷板110上的图案转印到滚筒上，接着将滚筒上转印的图案印刷到基板上。也就是，为了将形成于板上的着色感光材料图案转印到滚筒的圆柱表面上，滚筒驱动装置应该以这样一种方式驱动滚筒：使得滚筒同时转动和线性运动。从而，在本实施方式中，滚筒驱动装置130被分成转动驱动单元132、水平驱动单元134和控制单元。转动驱动单元132是用于转动地驱动滚筒120的部件，水平驱动单元134是用于水平地驱动滚筒120的部件。此时，转动驱动单元132和水平驱动单元134是独立驱动的。而且，控制单元是用于控制转动驱动单元132和水平驱动单元134的转速以及转动和驱动运动之间的比率的部件。为了将形成于凹版印刷板110上的图案按照其原样转印到基板S上，在凹版印刷板上滚筒的转动和驱动运动之间的比率应该在基板上保持不变。从而，控制单元根据转动驱动单元和水平驱动单元之间的合适的驱动比率来控制该转动驱动单元和水平驱动单元，该比率通过实验获得以精确地转印图案。

而且优选地，在本发明中，伺服马达用作转动驱动单元132，并且线性马达用作水平驱动单元134。从而，能够非常精确地控制滚筒的转动驱动和水平驱动。

接着，基板支撑件140是在其上放置基板S的部件。当基板S放置在基板支撑件140上时，滚筒120在基板上移动，然后转动地和水平地运动以将着色感光材料图案转印到该基板上。

在此实施方式中，板状补偿构件142进一步设置在基板支撑件140的放置基板的区域的前端，其在滚筒120接触到基板S之前接触到滚筒，以帮助滚筒初始加速。在根据本实施方式的图案形成装置中，在图案从凹版印刷板转印到滚筒120上的同时，同时转动地和水平地驱动该滚筒。然而，在图案从凹版印刷板到滚筒上的转印完成后，在滚筒在基板上移动之前，不转动地驱动滚筒，而是仅仅水平地驱动滚筒。接着，当滚筒到达基板而开始将图案转印到基板上时，再次转动地驱动滚筒。如图7所示，若滚筒120在基板S的前端开始转动，产生滚筒的转速从0开始增加的加速间隔t1。在该加速间隔t1内，滚筒的转动速度不恒定，从而，存在的问题是形成于基板上的图案的均匀性降低。在此实施方式中，从而，滚筒通过补偿构件142加速到恒定转速，使得图案能够在其中滚筒以恒定速度转动的稳定间隔t2内转印到基板上。从而，根据本实施方式的滚筒120应该形成为使得滚筒的周长比基板的全长长一段加速间隔的长度。

此外，补偿构件142的厚度小于或等于基板S的厚度，使得在补偿构件142和基板S之间不形成任何台阶(即高度不同)。结果是，滚筒120能够在滚筒第一次接触基板的地方平滑地接触到基板。此时，补偿构件142优选地由弹性材料制成，使得补偿构件能够吸收在滚筒接触到补偿构件时由滚筒120产生的振动。补偿构件142还优选地由热膨胀系数近似于基板的材料制成。

此外，为了使滚筒稳定地减速，另一板状补偿构件144还优选地设置在基板支撑件140的放置基板的区域的后端。在滚筒接触到基板S后，该补偿构件144接触到滚筒120，以帮助滚筒减速。

此外，等离子预处理单元进一步设置在根据本实施方式的图案形成装置中。因为本发明的图案形成装置以这样一种方式操作：着色感光材料印刷到基板的表面上，着色感光材料应该牢固地粘附到基板的表面上。然而，基板的表面可能由例如有机材料等污物弄脏，从而，接触力可能由于例如表面张力的问题而减小。因此，存在的问题是在着色感光材料的粘附强度降低。从而，在本实施方式中，使用等离子表面处理方法的等离子预处理单元用于完全去除残留在基板表面上的外来杂质，并且提高基板表面的表面能量，从而增加接触力。

此后，将描述根据本实施方式的形成图案的方法。

首先，执行步骤S100，测量形成于凹版印刷板上的图案。在步骤S100中，精确地测量与将要形成于基板上的着色感光材料图案原型对应的形成于凹版印刷板上的图案。基于这样测量的特定值，控制单元计算滚筒的转动和线性运动之间的比率来控制滚筒的运动。

接着，执行步骤S200，根据在前一步骤S100中测量的凹版印刷板的图案值校正滚筒的转动和线性运动之间的比率。一般而言，在前述步骤中曾经测量的值对于单个凹版印刷板连续有效。然而，若凹版印刷板由新的凹版印刷板替换，滚筒的转动和线性运动之间的比率根据新测量值重新校正。

接着，执行步骤S300，将适量的着色感光材料排放到凹版印刷板表面上。在步骤300中，用于以着色感光材料填充凹版印刷板的图案沟槽所需的一定量的着色感光材料排放到凹版印刷板的表面上。

接着，执行步骤S400，使得排放到凹版印刷板的表面上的着色感光材料均匀地分布，从而用着色感光材料填充凹版印刷板图案。在步骤S400中，使用了刮墨刀，以允许残留在凹版印刷板表面上的着色感光材料填充到图案沟槽中，而其它部分的着色感光材料被去除。

接着，执行步骤S500，使滚筒接触到凹版印刷板的表面，从而将图案转印到滚筒上。在步骤S500中，转动地并水平地驱动滚筒，从而将形成于凹版印刷板的表面上的着色感光材料图案按照其原样转印到滚筒的外周表面上。

在此实施方式中，执行步骤S600，其中预处理其上将要形成图案的基板。在该步骤S600中，残留在基板表面上的例如有机材料等污物通过等离子去除，并且提高基板表面的表面能量以增加接触力。若基板通过如上所述的等离子表面进行处理，具有的优点在于，在下一印刷步骤S800中，在着色感光材料能够容易地附着到基板，由此能够增加接触力。因为这里使用的等离子通常用于改良基板表面，这里将省略其详细描述。

此外，每个包括多种着色感光材料的多个图案在单个基板上形成。从而，执行将图案重复地印刷到单个基板上的过程。在此情形下，只是在基板接受初始图案印刷过程之前，执行预处理基板表面的步骤S600，但是在其它重复的图案印刷步骤中不执行上述步骤。

此外，执行步骤S700，将基板装载到基板支撑件上。

接着，执行步骤S800，朝向基板移动滚筒，然后将形成于滚筒上的图案再次转印到基板上，以将图案印刷到基板上。在步骤S800中，转动地并水平地驱动滚筒，以在滚筒接触到基板的状态下，将已转印到滚筒外周表面上的图案印刷到基板上。滚筒的转动速度和水平运动速度以及滚筒的转动和线性运动之间的比率被控制在与将形成于凹版印刷板表面上的图案转印到滚筒的步骤中的状态相同的状态下。

最后，执行步骤S900，烘烤基板以稳定并固化已转印的图案。

在此实施方式中，因为滚筒的转动和水平运动能够通过在步骤S500中将图案转印到滚筒的外周表面上的独立驱动单元或者在步骤S800中将形成于滚筒上的图案转印到基板上的独立驱动单元来实现，能够实现对滚筒的精确控制和将图案精确地印刷到基板上。

根据本发明，因为能够精确地控制滚筒的转动和水平运动，形成于凹版印刷板上的图案能够精确地转印到基板上。由于在形成图案时的高度精确性，即使在短处理时间内也能在大尺寸基板上精确地形成图案。

而且，优点在于，根据本发明的图案形成装置和方法能够应用到多种领域，包括等离子显示面板中的电极印刷以及平板显示器中的滤色器的制造。

尽管已经结合优选实施方式对本发明进行了解释和说明，可以理解，在不偏离本发明的范围和精神的情况下能够对其进行各种改进、变化和增加。

Claims (11)

1.一种使用照相凹版胶印方法形成图案的装置，包括：

凹版印刷板，其上形成有将要填充以着色感光材料的图案；

滚筒，其接触到该凹版印刷板，以将形成于该凹版印刷板上的图案转印到滚筒上，并然后将已转印的图案印刷到基板上；

滚筒驱动装置，用于转动并水平地驱动该滚筒，以将形成于该凹版印刷板上的图案转印到该滚筒上，并然后将已转印的图案按照其原样印刷到该基板上；以及

基板支撑件，其上放置有基板，

其中该滚筒驱动装置包括：

转动驱动单元，其用于转动地驱动该滚筒；

水平驱动单元，其用于独立于该转动驱动单元而水平地驱动该滚筒；和

控制单元，其用于控制该转动和水平驱动单元的驱动速度，

其中所述装置还包括板状的第一补偿构件，其设置在基板支撑件的放置有基板的区域的前端处，该第一补偿构件接触到该滚筒，从而在滚筒接触到基板之前帮助滚筒初始加速。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该转动驱动单元为伺服马达。

3.根据权利要求1所述的装置，其中该水平驱动单元为线性马达。

4.根据权利要求1所述的装置，其中该第一补偿构件具有等于或小于基板厚度的厚度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中该第一补偿构件由弹性材料制成。

6.根据权利要求1所述的装置，其中该第一补偿构件由热膨胀系数近似于基板的热膨胀系数的材料制成。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括板状的第二补偿构件，其设置在基板支撑件的放置有基板的区域的后端处，该第二补偿构件接触到该滚筒，从而在滚筒接触到基板之后帮助滚筒减速。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括等离子预处理单元，用于使得基板表面由等离子预处理。

9.一种使用照相凹版胶印方法在基板上形成预定图案的方法，包括下列步骤：

1)测量形成于凹版印刷板上的图案；

2)校正滚筒的转动和线性运动之间的比率；

3)使着色感光材料排放到该凹版印刷板的表面上；

4)将刮墨刀接触到该凹版印刷板的表面，以使着色感光材料填充该凹版印刷板的图案；

5)使该滚筒接触到该凹版印刷板的表面，从而将形成于该凹版印刷板上的图案转印到该滚筒上；

6)在转印图案之后驱动该滚筒从该凹版印刷板朝向该基板移动并且不转动；和

7)转动地和水平地驱动该滚筒，以在滚筒接触基板的状态下将形成于该滚筒上的图案印刷到该基板上，

其中所述方法还包括以下步骤：利用设置在该基板前端的第一补偿构件在该滚筒接触到该基板之前帮助该滚筒初始加速。

10.根据权利要求9所述的方法，其中步骤7)中的滚筒的水平和转动驱动分别通过独立的驱动装置实现。

11.根据权利要求9所述的方法，在步骤7)之前还包括使得基板表面由等离子预处理的步骤。

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