JP2005261996A - 感光性着色樹脂組成物用の塗布装置及び表示装置用カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】感光性着色樹脂組成物の塗布装置において、吐出ノズルの先端部の外壁への塗布液のまわりこみを予防し、均一な塗布を可能とし、凝集、固形化へとすすんだ感光性着色樹脂組成物が落下せず、凝集体の発生を抑制し、凝集体が滴下しない感光性着色樹脂組成物用の塗布装置を提供すること。
【解決手段】感光性着色樹脂組成物を滴下する吐出ノズル４０の先端部４１の外壁をフッ素系樹脂４２でコーチングしたこと。吐出ノズルの材料がステンレス鋼で、吐出ノズルの内壁面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下であること。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板上にフォトレジストなどを塗布する塗布装置に関するものであり、特に、感光性着色樹脂組成物用の塗布装置、及びその塗布装置を用いた表示装置用カラーフィルタの製造方法に関する。

液晶表示装置やプラズマディスプレイパネルなどにおいて、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは有用な手段となっている。
この表示装置に用いるカラーフィルタは、多くの場合、カラーフィルタは画素として形成されて使用される。この表示装置用カラーフィルタの画素を形成する方法としては、フォトリソグラフィイ法があげられる。

例えば、顔料分散法は、このフォトリソグラフィイ法の一方法であるが、この顔料分散法において使用するカラーフィルタ形成用のフォトレジストは、感光性着色樹脂組成物とも称されている。
この感光性着色樹脂組成物をガラス基板上に、例えば、スピンコータを用いて回転塗布し、この塗膜にフォトマスクを介してＵＶ露光し、現像処理により表示装置用カラーフィルタの画素を形成する。

従来、液晶表示装置の製造プロセスにおいて、感光性着色樹脂組成物などの塗布装置としては、吐出ノズルからガラス基板の中央部に塗布液を滴下した後、ガラス基板を回転させ塗布液を延展させるスピンコータが多く用いられてきた。

上記感光性着色樹脂組成物は、例えば、高分子樹脂に顔料を分散剤を用いて分散させ、この分散液に重合性モノマー、光重合開始剤、増感剤、溶剤などを添加して調製されるものであるが、感光性着色樹脂組成物中の微小な顔料粒子は凝集し易く、この顔料粒子が核となって感光性着色樹脂組成物に凝集体が生じ易いものである。

図１は、スピンコータにおける吐出ノズルの先端部の一例を拡大して示す断面図である。図１に示すように、ステンレス鋼製の吐出ノズル（１０）の先端部（１１）からガラス基板上に滴下させた後に、吐出ノズルの先端部（１１）に残留した感光性着色樹脂組成物は、表面張力によって先端部の外壁にまわりこむ。
長時間の稼働による累積によって、外壁にまわりこんだ感光性着色樹脂組成物が凝集、固形化へとすすむと、次第に、均一な感光性着色樹脂組成物の塗布に支障をきたすことになる。

図１中、（１２）は、凝集、固形化へとすすんだ感光性着色樹脂組成物を示している。また、凝集、固形化へとすすんだ感光性着色樹脂組成物が落下すると、カラーフィルタの画素上に凝集体が固着した状態になり、カラーフィルタとしては異物と称する欠陥となる。
このような残留した塗布液は、顔料を分散させたフォトレジストに限らず、顔料を含有しない非感光性の塗布液における乾燥、固形化への進行でも同様に均一な塗布液の塗布に支障をきたすものである。

また、吐出ノズルの先端部の外壁へのまわりこみは、塗布装置の振動によっても助長さ
れる。図２は、吐出ノズルの動作の一例を説明するものであり、後述する塗布装置の一例（図３）の吐出ノズル（２８）近傍を拡大して示す斜視図である。
図２において、（Ａ）は、吐出ノズル（２８）の待機位置、（Ｂ）は、吐出ノズル（２８）が待機位置（Ａ）から垂直に上昇した位置、（Ｃ）は、吐出ノズル（２８）が上昇した位置（Ｂ）からスピンコータの回転軸上方、すなわち、ガラス基板（２０）の中心上方に向かって吐出ノズルの先端部が９０°の水平旋回をした位置を示している。

吐出ノズル（２８）の動作は、まず、待機位置（Ａ）から上昇した位置（Ｂ）へと垂直に上昇する。次に、上昇した位置（Ｂ）から回転軸上方の位置（Ｃ）へと吐出ノズルの先端部が９０°の水平旋回をする。このガラス基板（２０）の中心上方の位置で吐出ノズルの先端部から感光性着色樹脂組成物をガラス基板（２０）上へ滴下する。
滴下後の復路は（Ｃ）、（Ｂ）、（Ａ）の順路にて待機位置（Ａ）に至る。

この一連の動作、すなわち、吐出ノズル（２８）の昇降、左右旋回による振動、及びスピンコータの回転に伴う振動によって、吐出ノズル（２８）の先端部の感光性着色樹脂組成物の液面が揺れ動き、吐出ノズル（２８）の先端部の外壁へのまわりこみが助長されることになる。

このような、吐出ノズルの先端部周辺に付着している塗布液を除去する技法が、例えば、特開平９−１９２５６６号公報に開示されている。この技法は、吐出ノズルの先端部の下方に清掃部材を設け、先端部に摺接しながら先端部周辺に付着している塗布液を確実に除去し、良好な塗布膜の形成を行うといった技法である。

また、例えば、特開２０００−１６７４７０号公報には、吐出ノズルの先端部の下方からリンス溶剤を噴出させ、先端部周辺に付着している塗布液を洗浄し、更に、乾燥用ノズルからＮ₂ を加圧供給して乾燥を行い、常に清浄な塗布液を供給するといった技法が開示されている。
しかし、上記技法は、いずれも吐出ノズルの先端部周辺に付着している塗布液を除去するものであり、塗布液の付着を予防する技法ではない。

また、前記感光性着色樹脂組成物は、感光性着色樹脂組成物中においては、分散剤によって高分子樹脂に顔料を分散させ、また、分散した顔料の凝集を防ぎ、分散系としての平衡を保つ機能を果たすようにしている。しかし、高分子樹脂を用いて顔料を分散させるには、ボールミル、サンドミルなどの方法で行うものであるが、顔料を一次粒子、または、それに近い状態にまで微粒子化することは困難なことである。ちなみに、顔料は粒径約１μｍ以下の状態である。

感光性着色樹脂組成物中において、粒径約１μｍ以下の顔料が分散していると、微小な顔料粒子は凝集し易く、この顔料粒子が核となって、感光性着色樹脂組成物に凝集体が生じ易いものとなる。
このような凝集体は、その粒径が数μｍに達するものもあり、これが感光性着色樹脂組成物の中に存在したまま、吐出ノズルより基板上に滴下され、表示装置用カラーフィルタの画素が形成されると、カラーフィルタの画素上に凝集体が固着した状態になり、カラーフィルタとしては異物と称する欠陥となる。

図３は、ガラス基板上に感光性着色樹脂組成物を塗布する塗布装置の一例を模式的に断面で示す説明図である。

図３に示す塗布装置において、レジストタンク（２１）の中の感光性着色樹脂組成物（２２）は、流路のチューブ（２３）、第一段フィルタ（２４）、第二段フィルタ（２５）
、及びバルブ（２６）、最終段フィルタ（２７）を経て、吐出ノズル（２８）よりスピンコータのハウジング（２９）内のガラス基板（２０）上に適量が滴下されるようになっている。

図３に示す塗布装置においては、上記凝集体などを各段フィルタ（２４、２５、２７）によって捕捉除去し、吐出ノズル（２８）の先端部よりガラス基板（２０）上に滴下されるようになっている。
しかし、バルブ（２６）などを含む全流路においては、流体（感光性着色樹脂組成物（２２））と内壁面の表面との間での剪断応力、及び流体内部での剪断応力、すなわち、流体摩擦が発生しており、内壁面の性状、特に表面の粗さが大きい際、また、使用している材料の電気的特性、特に絶縁性（帯電性）によっては、この感光性着色樹脂組成物の凝集体が生じ易くなる。

このため、図３における第二段フィルタ（２５）〜最終段フィルタ（２７）間において発生した感光性着色樹脂組成物の凝集体は、最終段フィルタ（２７）にて除去し得るものであるが、最終段フィルタ（２７）〜吐出ノズル（２８）の先端部間において発生した感光性着色樹脂組成物の凝集体は除去されずに吐出ノズル（２８）よりガラス基板（２０）上に滴下されてしまうことになる。
すなわち、カラーフィルタの画素上に凝集体が固着した状態になり、カラーフィルタとしては異物と称する欠陥となる。
特開平９−１９２５６６号公報 特開２０００−１６７４７０号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、感光性着色樹脂組成物を用い、顔料分散法により表示装置用カラーフィルタを製造する際に、感光性着色樹脂組成物を塗布する塗布装置において、吐出ノズルの先端部の外壁に感光性着色樹脂組成物がまわりこむことを予防した、すなわち、常に均一な感光性着色樹脂組成物の塗布を可能とし、また凝集、固形化へとすすんだ感光性着色樹脂組成物が外壁に発生することのない、且つ最終段フィルタ以降における凝集体の発生を抑制し、凝集体がガラス基板上に滴下されることのない感光性着色樹脂組成物用の塗布装置を提供することを課題とする。
また、上記感光性着色樹脂組成物用の塗布装置を用いて製造する表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、感光性着色樹脂組成物を塗布する塗布装置であって、感光性着色樹脂組成物を滴下する吐出ノズルの先端部の外壁をフッ素系樹脂でコーチングしたことを特徴とする感光性着色樹脂組成物用の塗布装置である。

また、本発明は、上記発明による感光性着色樹脂組成物用の塗布装置において、前記吐出ノズルの材料がステンレス鋼で、吐出ノズルの内壁面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下であることを特徴とする感光性着色樹脂組成物用の塗布装置である。

また、本発明は、上記発明による感光性着色樹脂組成物用の塗布装置を用いて製造することを特徴とする表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

本発明は、感光性着色樹脂組成物を滴下する吐出ノズルの先端部の外壁をフッ素系樹脂でコーチングし、且つ吐出ノズルの材料がステンレス鋼で、吐出ノズルの内壁面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下の感光性着色樹脂組成物用の塗布装置であるので、吐出ノズルの先端部の外壁に感光性着色樹脂組成物がまわりこむことを予防した、すなわち、常に均一な感光性着色樹脂組成物の塗布を可能とし、また凝集、固形化へとすすんだ感光性着色樹脂組成物が外壁に発生することのない、且つ最終段フィルタ以降における凝集体の発生を抑制し、凝集体がガラス基板上に滴下されることのない感光性着色樹脂組成物用の塗布装置となる。

また、本発明は、上記塗布装置を用いた表示装置用カラーフィルタの製造方法であるので、常に均一な塗膜の形成が可能で、カラーフィルタの画素上に凝集体が固着した状態の異物と称する欠陥が解消された表示装置用カラーフィルタの製造方法となる。

本発明を一実施の形態に基づいて以下に説明する。
図４は、本発明による感光性着色樹脂組成物用の塗布装置における吐出ノズルの一実施例を断面で示す説明図である。
図１に示すように、本発明による感光性着色樹脂組成物用の塗布装置においては、吐出ノズル（４０）の先端部（４１）の外壁にはフッ素系樹脂（４２）がコーチングされている。

吐出ノズル（４０）の先端部（４１）からガラス基板上に滴下させた後に、吐出ノズルの先端部（４１）に残留した感光性着色樹脂組成物は、フッ素系樹脂（４２）が有する感光性着色樹脂組成物に対する撥液性によって、先端部の外壁にまわりこむことはなくなる。
長時間の稼働においても、外壁にまわりこむことはない。従って、感光性着色樹脂組成物が先端部の外壁で凝集、固形化へとすすむことはなく、常に均一な感光性着色樹脂組成物の塗布が可能となる。
また、凝集、固形化へとすすんだ感光性着色樹脂組成物が外壁に発生することはなくなる。従って、カラーフィルタの画素上に凝集体が固着した状態の異物と称する欠陥は解消される。

先端部（４１）の外壁のコーチングに使用されるフッ素系樹脂（４２）としては、例えば、耐薬品性、電気的特性、表面特性などの優れた性質を有し、且つ溶融成形が可能なフッ素系樹脂であるペルフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）が挙げられる。

また、吐出ノズル（４０）の内壁面（４３）は、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下に加工されている。内壁面（４３）の粗さがＲａ０．１５μｍ以下に平滑に加工されていることによって、感光性着色樹脂組成物の流体摩擦は激減し凝集体の発生は殆どなくなる。
すなわち、最終段フィルタ以降における凝集体の発生が抑制され、凝集体がガラス基板上に滴下することはなくなり、カラーフィルタの画素上に凝集体が固着した状態の異物と称する欠陥は解消される。

この内壁面への加工は、吐出ノズル（４０）の材料として、例えば、耐孔食性に優れ、溶接が容易なステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）を用いた際などは、高速反転電解研磨法によって行われる。

スピンコータにおける吐出ノズルの先端部の一例を拡大して示す断面図である。 吐出ノズルの動作の一例を説明する斜視図である。 ガラス基板上に感光性着色樹脂組成物を塗布する塗布装置の一例を模式的に断面で示す説明図である。 本発明による感光性着色樹脂組成物用の塗布装置における吐出ノズルの一実施例を断面で示す説明図である。

符号の説明

１０…吐出ノズル
１１、４１…吐出ノズルの先端部
１２…凝集、固形化へとすすんだ感光性着色樹脂組成物
２０…ガラス基板
２１…レジストタンク
２２…感光性着色樹脂組成物
２３…チューブ
２４…第一段フィルタ
２５…第二段フィルタ
２６…バルブ
２７…最終段フィルタ
２９…ハウジング
４０…本発明における吐出ノズル
４２…フッ素系樹脂
４３…吐出ノズルの内壁面

Claims (3)

1. 感光性着色樹脂組成物を塗布する塗布装置であって、感光性着色樹脂組成物を滴下する吐出ノズルの先端部の外壁をフッ素系樹脂でコーチングしたことを特徴とする感光性着色樹脂組成物用の塗布装置。
2. 前記吐出ノズルの材料がステンレス鋼で、吐出ノズルの内壁面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の感光性着色樹脂組成物用の塗布装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の感光性着色樹脂組成物用の塗布装置を用いて製造することを特徴とする表示装置用カラーフィルタの製造方法。

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