JP2006150522A - 研磨機 - Google Patents

Abstract

【課題】平盤研磨機で品目変更の際のテンプレートの交換時時に、テンプレートなどを破損することなく、多品目への対応が容易に可能で、且つ表面の全面をより均一に研磨し、着色画素の膜厚のバラツキ、カラーフィルタ色度のバラツキを縮小させる研磨機を提供する。
【解決手段】ガラス基板６を所定の位置に固定するテンプレート７を下面側に有する中定盤３０と、上定盤３の揺動時の偏荷重を緩和するためのバッキングプレート２０を具備し、該中定盤は、その上面側を上定盤の下面側に向け、該バッキングプレートを介して上定盤に着脱可能に固定されている。バッキングプレートの材料が発泡ポリウレタン。
【選択図】図７

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタを製造する際の研磨機に関するものであり、例えば、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カラーフィルタの突起を研磨除去する場合に、多品目への対応が容易で、且つ着色画素の膜厚のバラツキを減少させる研磨機に関する。

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（４０）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。
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（５２）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インチの画面に数百μｍ程度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（５１）は、開口部を有する遮光性のマトリックスであり、着色画素（５２）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（５１）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックスの材料として樹脂を用いた例である。
このブラックマトリックス（５１）は、ガラス基板（４０）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。

また、カラーフィルタの周縁部（Ｇ）は、額縁と称している部分である。図３、及び図４はカラーフィルタは、額縁の部分、すなわち、カラーフィルタの周縁部（Ｇ）の端まで樹脂ブラックマトリックスが形成された例である。
バックライトからの直接光をカラーフィルタの周縁部（Ｇ）の端まで遮蔽し、またカラーフィルタの端面から入射する迷光を低減させ画像のコントラストを向上させる機能をもたせたものである。

また、着色画素（５２）は、この樹脂ブラックマトリックス（５１）が形成されたガラス基板（４０）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、この塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像処理によって着色画素として形成されたものである。

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（図示せず）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。

ガラス基板が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。
この移行は、ガラス基板が更に大サイズ化するに伴い著しくなるものと思われる。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、０．８μｍ〜２．０μｍ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４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、その周縁部が樹脂ブラックマトリックス（５１）上にて突起（５３）となる。例えば、図４において、厚さ１．３μｍ程度の樹脂ブラックマトリックス（５１）上に、厚さ１．０μｍ程度の着色画素（５２）を形成した際には、突起（５３）の高さ（Ｈ）は０．５μｍ程度のものとなる。

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ので、多くの場合、カラーフィルタ表面への研磨によって突起を除去している。
カラーフィルタ表面への研磨によって、突起を除去すると、同時に、例えば、着色画素上、及びガラス基板の周縁部に残存しているフォトレジストの残渣も取り除くことができ、後工程、例えば、透明導電膜の成膜における透明導電膜の密着性にとって、或いは、周縁部を対向基板とのシール部とする際におけるシール剤の密着性にとって好ましいものとしている。

図１、及び図２は、４００ｍｍ×５５０ｍｍ程度のサイズのガラス基板を用いた液晶表示装置用カラーフィルタの表面を研磨する際に、一般的に使用されているオスカー型研磨機の一例の概略を示した説明図である。図１は、オスカー型研磨機の回転部分の断面図、図２は平面図である。
図１、及び図２に示すように、この研磨機の回転部分は、円盤状の下定盤（１）、下定盤と一体的に固定され下定盤を回転させる回転軸（２）、摩擦によって下定盤の回転に追従した回転をする円盤状の上定盤（３）、上定盤の回転軸（４）で構成されたものである。

上定盤（３）のサイズは、下定盤（１）より小さなものであり、上記摩擦によって下定盤の回転に追従した回転をしながら、下定盤（１）の上面上を円弧状に揺動（Ｃ）するようになっている。また、上定盤（３）の上部からは設定した研磨圧力（Ｄ）をかけられるようになっている。
下定盤（１）の上面上には、研磨クロス（５）が貼り合わされており、上定盤（３）の下面上には、研磨処理中のガラス基板（カラーフィルタ）（６）が外れてしまうのを防止する為に、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）の板厚よりも薄いテンプレート（７）が設けられている。

研磨方法は、先ず、上定盤（３）の下面のテンプレート（７）内に、カラーフィルタの
表面が下向きになるようにガラス基板（カラーフィルタ）（６）を貼り付ける。この貼り付けは、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）の裏面、及び上定盤（３）の下面を水で濡らし、水の表面張力を利用して上定盤（３）の下面に貼り付ける。

次に、研磨液（図示せず）を研磨クロス（５）の上方より滴下し、上定盤（３）を下ろし、設定した研磨圧力（Ｄ）をかけ、モーター（図示せず）により回転軸（２）を駆動させ、下定盤（１）を一定方向に回転（Ａ）させる。上定盤（３）の回転軸（４）には駆動を与えず、上定盤（３）には下定盤（１）の回転に追従した回転（Ｂ）をさせる。また、上定盤（３）に円弧状の揺動（Ｃ）をさせる。このようにして、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）の表面への研磨を行うといった方法である。

図５は、図１に示す上定盤（３）の下面へのテンプレート（７）及びガラス基板（カラーフィルタ）（６）の貼り付けの他の例を説明する断面図である。図５に示すように、上定盤（３）とガラス基板（カラーフィルタ）（６）の間には、キズ防止、研磨ムラ防止、及び吸着性向上のために、バッキングシート（１１）が設けられている。バッキングシート（１１）は弾性のあるシートであり、上定盤（３）へは両面接着テープ（１２）を介し密着して設けられている。

また、テンプレート（７）は、図２に点線で示すように、枠状のものであるが、例えば、感熱樹脂を用いた接着剤（１３）を介しバッキングシート（１１）の下面の周縁部に密着して設けられている。
ガラス基板（カラーフィルタ）（６）は、バッキングシート（１１）の下面のテンプレート（７）内に、その裏面を水の表面張力を利用して貼り付ける。

研磨クロス（５）としては、ＪＩＳ硬度８５程度の発泡樹脂素材、不織繊維素材などが用いられる。また、研磨液としては、一次粒子径０．１〜１．０μｍのアルミナ、ジルコニア、セリウム、二酸化マンガン、シリコンカーバイト、シリカなどの研磨材を分散させたものが用いられる。研磨材の含有量は１ｗｔ％程度である。
研磨液は、下定盤（１）の上面上に貼り合わされた研磨クロス（５）上に滴下される。研磨圧力は１６００Ｐａ程度、下定盤の回転数は３０ｒｐｍ程度、所要時間は４０秒間程度である。

しかしながら、上記のような研磨処理によってカラーフィルタ表面の突起を除去する方法においては、カラーフィルタの品目変更をする際のテンプレートの交換時、或いはテンプレートの磨耗による更新時にテンプレートなどを取り外すと、多くの場合、テンプレートなどは再使用することが出来なくなっしまうといった問題がある。
上定盤（３）からのテンプレート（７）の取り外しは、図５に示す、一体になっているテンプレート（７）、接着剤（１３）、バッキングシート（１１）、両面接着テープ（１２）を、上定盤（３）と両面接着テープ（１２）との間で剥離し取り外すのであるが、一度剥がすと両面接着テープ（１２）は破損してしまいテンプレート枠なども再使用することは出来ない。

また、上記のような研磨処理においては、カラーフィルタ表面の全面は必ずしも均一なものにならず、着色画素の膜厚に差が生じる。上定盤（３）は、下定盤（１）の回転に追従した回転をしながら、円弧状の揺動を行うが、この上定盤（３）の円弧状の揺動時の偏荷重によって、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）の中央部の着色画素の膜厚よりも、周縁部の着色画素の膜厚の方が薄くなる、いわゆる、面ダレと称する膜厚差が生じるといった問題がある。
着色画素の膜厚に差が生じることは、結果としてカラーフィルタの色度のバラツキとなるので好ましいものではない。

図６は、上定盤（３）の揺動時の偏荷重を説明する断面図である。図６は、上定盤（３）の下面のテンプレート（７）内に、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）を貼り付け、上定盤（３）を下ろし、設定した研磨圧力をかけて下定盤（１）を一定方向に回転させ、上定盤（３）には下定盤（１）の回転に追従した回転をさせ、また、上定盤（３）に円弧状の揺動をさせている状態を示したものである。図６中、矢印は揺動の進行方向を表している。

図６に示すように、上定盤（３）は、揺動の進行方向に対して、前のめりになるように、傾き（θ）をもって揺動し、且つ回転している。上定盤（３）が、このように傾くことによって、加圧される研磨圧力は偏荷重となり、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）の周縁部（Ｆ）での荷重が増大し、周縁部（Ｆ）の研磨が過剰に行われてしまう。

この傾き（θ）は、一般にはガラス基板（カラーフィルタ）（６）の厚さ（Ｔ１）と、テンプレート部の厚さ（Ｔ３）との段差（ｄ）によって助長されたものとなる。
また、この傾き（θ）は、図１に示す円盤状の上定盤（３）と上定盤の回転軸（４）とを接続している継手部（Ｅ）が、自在継手の構造であるために、その傾きを発生し易いものとしている。

例えば、実開平７−２７７４８号公報には、前記テンプレート（７）の交換、更新時の問題を解決する被研磨体保持具が開示されている。この被研磨体保持具は、被研磨体の角部を保持する角部保持部品と、バッククロスを貼り付けた定盤と、それらを脱着自在、且つ固定する基盤とで構成されるものである。
この被研磨体保持具を用いることにより、品目変更や部品更新時の前記問題は解消されるものの、上記問題、すなわち、面ダレによる着色画素の膜厚差を解消するには至らない。
実開平７−２７７４８号公報 特開２００４−１２２３５１号公報 特願２００３−２８５０９８

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置用カラーフィルタを製造する際の、カラーフィルタ表面の研磨処理に用いるオスカー型研磨機において、カラーフィルタの品目変更の際のテンプレートの交換時、或いはテンプレートの磨耗による更新時に、テンプレートなどを破損することなく、多品目への対応が可能であって、テンプレートの交換、更新が容易な、且つカラーフィルタ表面の全面をより均一に研磨し、着色画素の膜厚のバラツキを大幅に縮小させることのできる、すなわち、面ダレを低減し、カラーフィルタの色度のバラツキを大幅に縮小させることのできる研磨機を提供することを課題とするものである。

本発明は、オスカー型研磨機において、被研磨基板を所定の位置に固定するテンプレートを下面側に有する中定盤と、上定盤の揺動時の偏荷重を緩和するためのバッキングプレートを具備し、該中定盤は、その上面側を上定盤の下面側に向け、該バッキングプレートを介して上定盤に着脱可能に固定されていることを特徴とする研磨機である。

また、本発明は、上記発明による研磨機において、前記バッキングプレートの材料が発
泡ポリウレタンであることを特徴とする研磨機である。

また、本発明は、上記発明による研磨機において、前記バッキングプレートの厚さは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にあり、その圧縮率は７５％〜９５％の範囲にあることを特徴とする研磨機である。

本発明は、ガラス基板（カラーフィルタ）などの被研磨基板を所定の位置に固定するテンプレートを下面側に有する中定盤と、上定盤の揺動時の偏荷重を緩和するためのバッキングプレートを具備し、中定盤は、その上面側を上定盤の下面側に向け、バッキングプレートを介して上定盤に着脱可能に固定されているオスカー型の研磨機であるので、カラーフィルタの品目変更の際のテンプレートの交換時、或いはテンプレートの磨耗による更新時に、テンプレートなどを破損することなく、多品目への対応が可能であって、テンプレートの交換、更新が容易な、且つカラーフィルタ表面の全面をより均一に研磨し、着色画素の膜厚のバラツキを大幅に縮小させることのできる、すなわち、面ダレを低減し、カラーフィルタの色度のバラツキを大幅に縮小させることのできる研磨機となる。

また、本発明は、バッキングプレートの材料が発泡ポリウレタンであるので、偏荷重を緩和、上定盤への中定盤の固定が良好なものとなる。また、バッキングプレートの厚さは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にあり、その圧縮率は７５％〜９５％の範囲にあるので、揺動時の偏荷重の緩和が効果的なものとなる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図７は、本発明による研磨機の一実施例の断面図である。図７に示すように、本発明による研磨機は、上定盤（３）の下面側に、上定盤の揺動時の偏荷重を緩和するためのバッキングプレート（２０）を介して、中定盤（３０）が着脱可能に固定されている。

中定盤（３０）の下面側には、少なくとも、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）を所定の位置に固定するテンプレート（７）を有している。図７に示す一実施例においては、中定盤（３０）の下面側には、両面接着テープ（１２）を介してバッキングシート（１１）が密着して貼り合わされており、また、バッキングシート（１１）の下面側の周縁部には、接着剤（１３）を介してテンプレート（７）が密着して貼り合わされている。

図８は、上定盤（３）への中定盤（３０）の着脱を説明する断面図である。図８に示すように、中定盤（３０）の下面側には、バッキングシート（１１）及びテンプレート（７）などが一体的に貼り合わされている。この中定盤（３０）の上面側、バッキングプレート（２０）の上下両面側、及び上定盤（３）の下面側を水で濡らし、白太矢印で示すように、図８中、下方より押圧して上定盤（３）の下面側にバッキングプレート（２０）を介して、中定盤（３０）を固定する。

この固定は、上定盤（３）とバッキングプレート（２０）の間、及びバッキングプレート（２０）と中定盤（３０）の間にある水の表面張力の作用によるものである。また、上定盤（３）とバッキングプレート（２０）の間、及びバッキングプレート（２０）と中定盤（３０）の間にある空気が、下方より押圧によって追い出され、やや減圧の状態が保たれることによっても、この固定は助長されている。

すなわち、中定盤（３０）を固定するために、例えば、固定ネジなどの保持部品は用いていない。また、中定盤（３０）の取り外しは、中定盤（３０）を下方へ引き剥がすことによって容易に行うことができる。
尚、バッキングシート（１１）へのガラス基板（カラーフィルタ）（６）の貼り付けは、前記と同様に、バッキングシート（１１）とガラス基板（カラーフィルタ）（６）間の水の表面張力を利用して行う。

上記のように、本発明による研磨機においては、上定盤（３）への中定盤（３０）の固定、及び上定盤（３）からの中定盤（３０）の取り外しは、容易に行うことができる。従って、予め、カラーフィルタの各品目毎のサイズ、厚さに適合したテンプレート（７）を貼り合わせた中定盤（３０）を複数個作製しておき、カラーフィルタの品目変更の際には、該当する品目の中定盤へと交換する。
これにより、テンプレート（７）などは中定盤（３０）から剥がすことはないので、テンプレート（７）などを破損することなく、多品目への対応が容易になる。また、同様に、テンプレート（７）など磨耗による更新への対応も容易なものとなる。

また、上記のように、本発明による研磨機においては、上定盤（３）と中定盤（３０）の間に、上定盤（３）の揺動時の偏荷重を緩和するためのバッキングプレート（２０）が挟持されているので、上定盤（３）の円弧状の揺動時の偏荷重によって、ガラス基板（カラーフィルタ）（６）の中央部の着色画素の膜厚よりも、周縁部の着色画素の膜厚の方が薄くなる、いわゆる、面ダレと称する膜厚差が生じるといった問題が解消される。

着色画素の膜厚のバラツキを色度のバラツキで換言すると、従来の研磨機における１枚のガラス基板（カラーフィルタ）内の中央部と周縁部とでの色度のバラツキを１００とすると、本発明による研磨機においては、色度のバラツキは略８０であり、大幅に減少したものとなった。

中定盤（３０）の材料としては、例えば、アルミニウムのような軽い金属が好ましい。厚さは８ｍｍ程度のものである。
バッキングプレート（２０）の材料としては、揺動時の偏荷重を緩和させるため、また、上定盤（３）へ中定盤（３０）を固定する際の空気を追い出すために、発泡ポリウレタンであることが好ましい。
また、バッキングプレート（２０）の厚さは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にあり、その圧縮率は７５％〜９５％の範囲にあると、揺動時の偏荷重の緩和が効果的であることを本発明者は見出している。

４００ｍｍ×５５０ｍｍ程度の液晶表示装置用カラーフィルタを研磨するオスカー型研磨機の一例の概略を示した断面図である。 図１に示すオスカー型研磨機の一例の平面図である。 液晶表示装置用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。 上定盤の下面へのテンプレート及びガラス基板（カラーフィルタ）の貼り付けの他の例を説明する断面図である。 上定盤の揺動時の偏荷重を説明する断面図である。 本発明による研磨機の一実施例の断面図である。 上定盤への中定盤の着脱を説明する断面図である。

符号の説明

１・・・下定盤
２・・・下定盤を回転させる回転軸
３・・・上定盤
４・・・上定盤の回転軸
５・・・研磨クロス
６・・・ガラス基板（カラーフィルタ）
７・・・テンプレート
１１・・・バッキングシート
１２・・・両面接着テープ
１３・・・接着剤
２０・・・バッキングプレート
３０・・・中定盤
４０・・・ガラス基板
５１・・・樹脂ブラックマトリックス
５２・・・着色画素
５３・・・突起
Ａ・・・下定盤の回転
Ｂ・・・上定盤の回転
Ｃ・・・揺動
Ｄ・・・研磨圧力
Ｅ・・・上定盤の回転軸の継手部
Ｆ・・・ガラス基板（カラーフィルタ）の周縁部
Ｇ・・・カラーフィルタの周縁部（額縁）
Ｈ・・・突起の高さ

Claims (3)

1. オスカー型研磨機において、被研磨基板を所定の位置に固定するテンプレートを下面側に有する中定盤と、上定盤の揺動時の偏荷重を緩和するためのバッキングプレートを具備し、該中定盤は、その上面側を上定盤の下面側に向け、該バッキングプレートを介して上定盤に着脱可能に固定されていることを特徴とする研磨機。
2. 前記バッキングプレートの材料が発泡ポリウレタンであることを特徴とする請求項１記載の研磨機。
3. 前記バッキングプレートの厚さは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にあり、その圧縮率は７５％〜９５％の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の研磨機。

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