JP2005288649A - カラーフィルタの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】突起を有するカラーフィルタの突起を研磨除去する際に、或いは、フォトレジストの残渣、凝集物を除去する際に、着色画素を形成する装置と研磨装置を連結させた装置を用い、現状のサイズのガラス基板においては研磨作業の生産性を向上させ、更に大サイズ化したガラス基板においては、安全、且つ生産性を向上させたカラーフィルタの研磨方法を提供すること。
【解決手段】カラーフィルタ１を水平搬送し、研磨液供給部１Ａにて研磨液をカラーフィルタ面に供給し、研磨部１Ｂにて矩形の研磨ヘッド１２をカラーフィルタ面に接触回動させること。水平搬送の速度が、０．１〜２０ｍ／分であること。接触回動の速度が、５〜１０００ｒｐｍであること。研磨ヘッドが、剛体板と弾性体の複合構造であること。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタの研磨方法に関するものであり、特に、樹脂ブラックマトリックスと着色画素との重なりにより生じる突起を研磨除去する際に、大サイズのガラス基板であっても安全に、生産性を向上させて研磨することのできるカラーフィルタの研磨方法に関する。

図３は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図４は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図３、及び図４に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（３１）、着色画素（３２）が形成されたものである。
図３、及び図４はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（３２）は９個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１４インチの画面に一辺を数百μｍ程度とする矩形状の着色画素が多数個配列されている。

ブラックマトリックス（３１）は、遮光性を有し、開口部をマトリックス状に配置したものであり、着色画素（３２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。

このブラックマトリックス（３１）は、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ_X ）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯ_X などの金属薄膜からなるブラックマトリックス（３１）に形成されたものである。

また、着色画素（３２）の形成は、このブラックマトリックス（３１）に形成されたガラス基板（３０）上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。

また、図５は、図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図であるが、ブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例を示すものである。
このカラーフィルタは、図４に示すカラーフィルタと同様に、ガラス基板（３０）上にブラックマトリックス（５１）、着色画素（５２）が形成されたものである。
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（３０）上に、例えば、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成されたものであり、樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックス（５１）と称している。

樹脂ブラックマトリックスは、例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックスとして用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される
場合、或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されていた。しかし、ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスから、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。

カラーフィルタを大量に製造する際には、一基の液晶表示装置に対応したカラーフィルタを大サイズのガラス基板に面付けした状態で製造する。例えば、対角１４インチのカラーフィルタを５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けし、或いは、対角１７インチのカラーフィルタを６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度の大サイズのガラス基板に４面付けして製造する。

カラーフィルタを面付けして大量に製造する際の、大サイズのガラス基板が、例えば、６５０ｍｍ×８５０ｍｍ程度から９００ｍｍ×１１００ｍｍ程度へと大サイズ化するに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。
また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向もある。

樹脂ブラックマトリックスは、クロムなどの金属を用いたブラックマトリックスのように、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の薄膜では高濃度を得ることはできず、例えば、０．５μｍ〜５．０μｍ程度の厚さにして必要な高濃度を得るようにしている。
樹脂ブラックマトリックスの膜厚が、例えば、１．０μｍ程度と厚くなると、図５に示すように、樹脂ブラックマトリックス（５１）上にその周縁部を重ねて形成された着色画素（５２）は、周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５２）上にて突起（５３）となる。
この突起（５３）は、カラーフィルタの表面を凹凸のあるものとし、平坦性を悪化させる。このような突起（５３）のある、表面の平坦性が悪化したカラーフィルタを液晶表示装置に用いると、突起の影響によって液晶分子の配向が乱され、表示ムラなど表示品質を低下させることになる。

例えば、図５において、厚さ０．５μｍ〜５．０μｍ程度の樹脂ブラックマトリックス（５１）上に、厚さ０．５μｍ〜５．０μｍ程度の着色画素（５２）を形成した際には、突起（５３）の高さ（Ａ）は０．５μｍ〜５．０μｍ程度のものとなる。
尚、金属を用いたブラックマトリックスの場合には、膜厚が１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度であるので、このような突起は僅少である。

このようなカラーフィルタ表面の突起（５３）を除去する、或いは液晶分子の配向に影響のない程度にまで突起の高さを低くするために、例えば、図６に示すように、カラーフィルタ表面への研磨が行われる。
この方法は、平盤研磨機の円形テーブル（６１）上に、カラーフィルタ（７０）を載置、固定し、定盤（６２）に貼り合わせた研磨パッド（６３）面をカラーフィルタ表面に加圧接触させるのであるが、円形テーブル（６１）を回転させながら、研磨液を滴下しつつ、円形の定盤（６２）を揺動させて、カラーフィルタ表面の突起を除去するといった方法である。

しかし、このカラーフィルタ表面への研磨工程が、前記着色画素を形成する工程とは別ラインになっていると、実作業においては、着色画素が形成されたガラス基板を、一旦、ラックに収納した状態で研磨工程まで運搬し、ラックから一枚づつ取り出して平盤研磨機に載置し研磨作業を行うようになる。これでは、ガラス基板の移動作業による設備の停止
ロスが起こりて、研磨作業の生産性は良いものとはいえない。

また、ガラス基板の厚さは、０．７ｍｍ程度のものであるので、現状のサイズのガラス基板においても、例えば、撓みが発生するので、その取扱には注意を払わなければならない状況にある。
今後、ガラス基板が更に大サイズ化するに従い、その取扱には寧ろ危険が伴うこととなり、安全対策が求められている。
特開２００２−２３６２１０号公報 特開平７−１５１９１１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、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリックス、着色画素が順次形成され、樹脂ブラックマトリックスの端部上に突起を有するカラーフィルタの突起を研磨除去する際に、着色画素を形成する装置と研磨装置を連結させた装置を用い、現状のサイズのガラス基板においては研磨作業の生産性を向上させ、また、更に大サイズ化したガラス基板においては、安全、且つ生産性を向上させたカラーフィルタの研磨方法を提供することを課題とするものである。

本発明は、研磨されるカラーフィルタ面を上向きにしてカラーフィルタを水平搬送し、研磨部に前置きして設けられた研磨液供給部にて研磨液をカラーフィルタ面に供給し、研磨部にて矩形の研磨ヘッドをカラーフィルタ面に接触回動させることによりカラーフィルタ面を平坦化することを特徴とするカラーフィルタの研磨方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの研磨方法にいて、前記水平搬送の速度が、０．１〜２０ｍ／分であることを特徴とするカラーフィルタの研磨方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの研磨方法にいて、前記接触回動の速度が、５〜１０００ｒｐｍであることを特徴とするカラーフィルタの研磨方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの研磨方法にいて、前記研磨ヘッドが、剛体板と弾性体の複合構造であることを特徴とするカラーフィルタの研磨方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの研磨方法にいて、前記カラーフィルタが、ガラス基板上に樹脂によるリブが形成されたＰＤＰ基板、或いはガラス基板上に樹脂による模様が形成された装飾基板であることを特徴とするカラーフィルタの研磨方法である。

本発明は、研磨されるカラーフィルタ面を上向きにしてカラーフィルタを水平搬送し、研磨部に前置きして設けられた研磨液供給部にて研磨液をカラーフィルタ面に供給し、研磨部にて矩形の研磨ヘッドをカラーフィルタ面に接触回動させることによりカラーフィルタ面を平坦化するカラーフィルタの研磨方法であるので、カラーフィルタの突起を研磨除去する際に、着色画素を形成する装置と研磨装置を連結させたものとなり、現状のサイズのガラス基板においては研磨作業の生産性を向上させ、また、更に大サイズ化したガラス基板においては、安全、且つ生産性を向上させたカラーフィルタの研磨方法となる。

また、本発明は、上記研磨方法にいて、研磨ヘッドが、剛体板と弾性体の複合構造であるので、粘弾性のある膜を研磨する際には、更に良好な、すなわち、研磨が面内で更に均一な結果が得られる。
従って、ガラス基板上に樹脂によるリブが形成されたＰＤＰ基板、或いはガラス基板上に樹脂による模様が形成された装飾基板を研磨する際には、好適な研磨方法となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明によるカラーフィルタの研磨方法において用いられる研磨装置の一例の概念を示す平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、この研磨装置（１０）は、研磨液供給ノズル（１１）が設けられた研磨液供給部（１Ａ）と、矩形の研磨ヘッド（１２）が設けられた研磨部（１Ｂ）とで構成されている。
矩形の研磨ヘッド（１２）は、研磨ヘッド（１２）を回動する回動軸と、その上部で一体的に連結されている。ガラス基板を搬送するコロ・コンベア（１４）が、図中、左方の前工程（着色画素を形成する工程）から右方の後工程（水洗工程）へと、研磨装置（１０）の研磨液供給部（１Ａ）と研磨部（１Ｂ）を貫いて設けられている。
図１の一例では、下定盤（１６）は、ガラス基板の着脱が容易な多孔質定盤とし、研磨ヘッド（１２）の下支えとなっている。

ガラス基板（カラーフィルタ）（１）は、白太矢印で示すように、左方の前工程から搬送され、コロ・コンベア（１４）で搬送されながら研磨液供給部（１Ａ）において、研磨液供給ノズル（１１）から研磨液が供給され、研磨部（１Ｂ）において、研磨ヘッド（１２）のガラス基板（カラーフィルタ）（１）面への接触回動によってカラーフィルタ面が平坦化され、右方の後工程（水洗工程）へと搬送される。

上記のように、本発明において用いられる研磨装置は、前工程である着色画素の形成装置と研磨装置は連結され、また、研磨装置と後工程である水洗装置は連結されているので、研磨作業の生産性は向上したものとなる。
また、ガラス基板が更に大サイズ化した際に予想される、ガラス基板を取扱う上での危険は回避されたものとなる。

また、研磨液供給部（１Ａ）において、ガラス基板（カラーフィルタ）（１）面には、研磨液供給ノズル（１１）からの研磨液を予め供給しておくので、研磨液はカラーフィルタ面上で均一に供給された状態になっており、カラーフィルタ面の研磨は均一なものが得られる。
また、本発明において用いられる研磨装置においては、研磨ヘッドとして矩形の研磨ヘッドを用いているので、前記円形の定盤（６２）に比較して研磨ヘッドとガラス基板（カラーフィルタ）（１）との擦過距離を面内で均一化する作用がある。その結果、研磨が面内で均一に行われ、局所的な過剰研磨は生じない。

また、本発明による研磨方法は、ガラス基板上に形成された着色画素のように、樹脂膜の研磨を対象にした研磨方法である。カラーフィルタ面の研磨以外のものとして、例えば、ガラス基板上に樹脂によるリブが形成されたＰＤＰ基板、或いはガラス基板上に樹脂による模様が形成された装飾基板にも良好に適用できる研磨方法である。

上記のような樹脂膜、すなわち、粘弾性のある膜を研磨する際には、その粘弾性の程度
によるが、研磨ヘッドが剛体板と弾性体の複合構造であると、更に良好な、すなわち、研磨が面内で更に均一な結果が得られる。
図７に示す研磨ヘッドの構造例は、研磨ヘッド（１２）の上部が剛体板（２２）、下部が弾性体（２３）の組み合わせの例である。

また、本発明による研磨方法においては、ガラス基板（カラーフィルタ）（１）の水平搬送の速度が、０．１〜２０ｍ／分であると良好に適用できる研磨方法である。また、研磨ヘッドのガラス基板（カラーフィルタ）（１）面への接触回動の速度が、５〜１０００ｒｐｍであると良好に適用できる研磨方法である。

図２は、本発明によるカラーフィルタの研磨方法において用いられる研磨装置の他の第一例の概略を示す断面図である。
図２に示すように、ガラス基板（カラーフィルタ）（１）は、図中、左方の前工程（着色画素を形成する工程）からコンベア（１４）によって搬送される。水供給ノズル（１５）によって、搬送ベルトコンベア（１７）上には水が供給されている。搬送ベルト（１７）上に載置されるガラス基板（カラーフィルタ）（１）は、搬送ベルト（１７）上の水の界面張力によって、搬送ベルト（１７）上に固定された状態になる。

研磨液供給ノズル（１１）から研磨液の供給を受けたガラス基板（カラーフィルタ）（１）は、搬送ベルトコンベア（１７）を介した下定盤（１６）上で、研磨ヘッド（１２）の接触回動によってカラーフィルタ面が平坦化され、右方の後工程（水洗工程）へとコロ・コンベア（１４）によって搬送される。
図２に示す研磨装置（２０）は、ガラス基板のサイズが小さく、自重が軽い際、或いは、研磨の接触圧が高い際などに好適に適用される研磨装置の例である。

図８は、本発明によるカラーフィルタの研磨方法において用いられる研磨装置の他の第二例の概略を示す断面図である。
図８に示すように、ガラス基板（カラーフィルタ）（１）は、図中、左方の前工程（着色画素を形成する工程）から搬送ベルト（１９）によって搬送され、第一異載装置（図示せず）によって、下定盤（２６）上に載置される。
ガラス基板（カラーフィルタ）（１）は、下定盤（２６）上でガラス基板（カラーフィルタ）（１）を固定するための固定具（図示せず）によって固定される。

下定盤（２６）上のガラス基板（カラーフィルタ）（１）へ研磨液供給ノズル（１１）から研磨液が供給され、下定盤（２６）上のガラス基板（カラーフィルタ）（１）は、右方の研磨部へと、フレーム（１８）上に設けられたラック・ピニオン（４２、４１）機構によって搬送される。
下定盤（２６）上での、研磨ヘッド（１２）の接触回動による研磨によってカラーフィルタ面が平坦化される。研磨後に固定具による固定は解除され、第二移載装置（図示せず）によって、右方の後工程（水洗工程）へと連結している搬送ベルト（１９）上に載置される。

図８に示す研磨装置（３０）は、研磨の接触圧が更に高い際などに好適に適用される研磨装置の例である。

（ａ）は、本発明によるカラーフィルタの研磨方法において用いられる研磨装置の一例の概念を示す平面図である。（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。 本発明によるカラーフィルタの研磨方法において用いられる研磨装置の他の第一例の概念を示す断面図である。 カラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。 図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 図３に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 平盤研磨機による、カラーフィルタ表面の突起を除去する研磨方法の説明図である。 研磨ヘッドの構造例であり、上部が剛体板、下部が弾性体の組み合わせの例である。 本発明によるカラーフィルタの研磨方法において用いられる研磨装置の他の第二例の概念を示す断面図である。

符号の説明

１・・・ガラス基板（カラーフィルタ）
１Ａ・・・研磨液供給部
１Ｂ・・・研磨部
１０、２０、３０・・・研磨装置
１１・・・研磨液供給ノズル
１２・・・矩形の研磨ヘッド
１４・・・コンベア
１５・・・水供給ノズル
１６、２６・・・下定盤
１７・・・搬送ベルトコンベア
１８・・・フレーム
１９・・・搬送ベルト
２２・・・剛体板
２３・・・弾性体
３０・・・ガラス基板
３１・・・ブラックマトリックス
３２、５２・・・着色画素
４１、４２・・・ラック・ピニオン
５１・・・樹脂ブラックマトリックス
５３・・・突起
６１・・・円形テーブル
６２・・・定盤
６３・・・研磨パッド
７０・・・カラーフィルタ
Ａ・・・突起の高さ
Ｂ・・・ガラス基板の周縁部

Claims (5)

1. 研磨されるカラーフィルタ面を上向きにしてカラーフィルタを水平搬送し、研磨部に前置きして設けられた研磨液供給部にて研磨液をカラーフィルタ面に供給し、研磨部にて矩形の研磨ヘッドをカラーフィルタ面に接触回動させることによりカラーフィルタ面を平坦化することを特徴とするカラーフィルタの研磨方法。
2. 前記水平搬送の速度が、０．１〜２０ｍ／分であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの研磨方法。
3. 前記接触回動の速度が、５〜１０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のカラーフィルタの研磨方法。
4. 前記研磨ヘッドが、剛体板と弾性体の複合構造であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のカラーフィルタの研磨方法。
5. 前記カラーフィルタが、ガラス基板上に樹脂によるリブが形成されたＰＤＰ基板、或いはガラス基板上に樹脂による模様が形成された装飾基板であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載のカラーフィルタの研磨方法。

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