JP2007025103A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷法の利点と光学的方法の利点を共に生かし、微細なパターンのカラーフィルタを安価に製造する方法を提供すること。
【解決手段】透明基板ｃとしてフォトリソグラフィ法を利用して設けられた遮光膜と位置合わせマーク（ＢＭマーク）とを具備するものを使用し、印刷版として画素パターンと位置合わせマーク（版面マーク）とを具備するものを使用し、まずＢＭマークと版面マークに基づいて試し刷り用基板ａに印刷し、版面マークの印刷位置をカメラ３１で検知・記憶し、次に記憶された版面マークとＢＭマークとに基づいて、透明基板ｃを位置決めして印刷する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置の表面等に適用されるカラーフィルタの製造方法に関する。特に、本発明は、微細なカラーフィルタを安価に製造する方法に関するものである。

周知のように、液晶表示装置において、カラーの画面表示を行うため、その表面にカラーフィルタが適用されている。カラーフィルタは、ガラス板等の透明な基板の表面を画素ごとに区分し、この画素部位に透明着色膜を設けて構成されている。この透明着色膜は、一般に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光の三原色が用いられており、透明着色膜を透過する表示光がこれら三原色に着色され、画面全体としてフルカラーの表示を可能としている。

また、カラーフィルタは、前記表示光の混色を防止するため、画素と画素との間の部位に遮光膜を備えていることが多い。この遮光膜は、一般に格子状に設けられており、このため、ブラックマトリクス（ＢＭ）と呼ばれている。そして、この格子に囲まれた格子間部位を前記画素としている。

カラーフィルタは、一般に、まず透明基板上に前記ＢＭを形成し、次に、このＢＭに位置合わせして各色の透明着色膜を形成する方法で製造されている。

ＢＭの形成方法及び透明着色膜の形成方法には種々の方法が知られている。

例えば、黒色インキと透明着色インキとを印刷して、黒色インキ皮膜によりＢＭを構成し、透明着色インキの皮膜により透明着色膜を構成する方法である。この方法によれば、簡便かつ安価にカラーフィルタを製造することができる。しかしながら、ＢＭと透明着色膜の印刷精度に問題があり、このため、微細なパターンのカラーフィルタを製造することは困難である。

他方、ＢＭの形成方法として、黒色顔料を感光性樹脂に分散させて透明基板上に塗布し、選択的に露光・現像してＢＭを形成する方法も知られている。また、ＢＭの形成方法として、透明基板上にクロムの蒸着膜を形成し、このクロム膜上に感光性樹脂を塗布し、露光・現像することにより感光性樹脂をパターニングしてクロム膜を選択的に露出し、この露出部位のクロム膜をエッチング除去することによって、残存するクロム膜をＢＭとする方法も知られている。クロム膜の代わりに、クロム膜と酸化クロムの蒸着膜の２層から構成される積層膜を利用する方法も公知である。また、透明着色膜についても、同様の形成方法が知られている。すなわち、透明着色顔料感光性樹脂に分散させて透明基板上に塗布し、選択的に露光・現像して透明着色膜を形成する方法である。これらの方法は、ＢＭや透明着色膜のパターニングを光学的方法によって行っているため、微細なパターンのカラーフィルタを製造でき、ＢＭと透明着色膜も精度良く位置合わせすることが可能である。しかしながら、これらの方法はその工程が煩雑であり、しかも現像液によって溶解除去される各材料を含む廃液を廃棄する必要があることから、得られるカラーフィルタは高価なものとならざるを得ない。

本発明はこのような事情によってなされたものであり、印刷法の利点と光学的方法の利点を共に生かし、微細なパターンのカラーフィルタを安価に製造する方法を提供すること
を目的とするものである。

すなわち、請求項１記載の発明は、遮光膜（ブラックマトリクスＢＭ）を有する透明基板の前記遮光膜（ブラックマトリクスＢＭ）間の画素部位を印刷部位として、この印刷部位に透明着色インキを印刷してカラーフィルタを製造する方法であって、
まず試し刷り用基板に印刷してその印刷位置を検知し、次に印刷位置に前記透明基板を配置して印刷するカラーフィルタの製造方法において、
前記印刷版として、前記画素部位に対応する画素パターンと位置合わせマーク（以下「版面マーク」という）のパターンとから成る印刷パターンを具備するものを使用し、前記試し刷り用基板に前記印刷パターンを印刷する試し刷りステップと、
試し刷り用基板上に印刷された版面マークの位置を検知して記憶する位置記憶ステップと、
前記透明基板として、フォトリソグラフィ法を利用して設けられた前記遮光膜と、位置合わせマーク（以下「ＢＭマーク」という）とを具備するものを使用し、この透明基板を機台上に載置し、そのＢＭマークと記憶された版面マークの位置とに基づいて、透明基板を位置決めする位置決めステップと、
位置決めされた透明基板に、前記印刷パターンを印刷する印刷ステップと、
を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

請求項１に係る発明においては、まず試し刷り用基板に版面マークを印刷し、この版面マークの位置に基づいて透明基板を位置決めしているため、確実かつ精度良く、前記ブラックマトリクスＢＭ格子間の画素部位に透明着色インキを印刷してカラーフィルタを製造することができる。

そして、このため、請求項１に係る発明によれば、微細なパターンのカラーフィルタを、精度良く、かつ、安価に製造することが可能となるのである。

次に、請求項２に記載の発明は、前記印刷版が、前記印刷パターンを凹部、その周囲を凸部とする凸型刷版であり、
前記印刷方法が、表面を一様な印刷インキ皮膜で被覆した転写胴を印刷版の凸部に押圧してこの部位の印刷インキを印刷版に転移し、次に、転写胴表面に残存する印刷インキを透明基板に転移する方法であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法である。

また、請求項３に記載の発明は、版面マークの位置の検知を、固定カメラによって行うことを特徴とする請求項１又は２記載のカラーフィルタの製造方法である。

本発明によれば、印刷法の利点と光学的方法の利点を共に生かし、微細なパターンのカラーフィルタを安価に製造することが可能となる。

以下、本発明に実施の形態を説明する。

本発明に係る透明基板は、格子状の遮光膜と、位置合わせマーク（ＢＭマーク）とを具備するものである。格子状遮光膜は、フォトリソグラフィ法を使用して精度良く設けられたものである必要がある。

本発明において、フォトリソグラフィ法とは、感光性樹脂皮膜をパターン状に露光し、現像してこの感光性樹脂皮膜をパターン状に形成する方法をいい、前記遮光膜としては残
存する感光性樹脂皮膜から構成されるものが利用できる。例えば、黒色顔料を分散させた感光性樹脂を露光・現像してパターン状に形成したものである。

また、前記遮光膜として、パターン状感光性樹脂皮膜のパターンを写し取った別の材料から構成されるものであっても良い。例えば、クロム蒸着膜上に感光性樹脂を塗布して皮膜を形成し、この感光性樹脂皮膜を露光・現像してパターン状の感光性樹脂皮膜を形成した後、残存する感光性樹脂皮膜をエッチング・レジストとして前記クロム蒸着膜をエッチングすることにより、前記パターンをクロム蒸着膜に写し取ることができる。そして、残存するパターン状感光性樹脂皮膜を除去した後も、このパターンはクロム蒸着膜のパターンとして維持される。このようなパターン状クロム蒸着膜も、本発明に係る遮光膜として使用することができる。クロム蒸着膜の代わりに、クロム蒸着膜と酸化クロム蒸着膜の２層から構成される積層膜を利用することも可能である。

ＢＭマークは、印刷時の位置合わせに利用するもので、前記遮光膜と明確な位置関係を有するものなら任意のものが使用できる。前記遮光膜との位置関係のばらつきを防止するため、遮光膜形成の際に同時に形成したものが望ましい。

なお、透明基板の材質としては、ガラス基板が使用できる。また、本発明に係る製造方法は大面積の透明基板に印刷する際にその効果を発揮する。例えば、１８００ｍｍ×１５００ｍｍのガラス基板である。

次に、本発明に係る試し刷り基板は任意のものでよいが、前記透明基板と同一の基板を使用することが望ましい。この場合には、試し刷り基板にＢＭマークがあるから、試し刷りステップに先立って、印刷版との位置合わせを行うことができる。この位置合わせは、印刷版に設けられた版面マークと試し刷り基板のＢＭマークとを、あらかじめ予定された関係を満たすように配置することで可能である。なお、印刷版には製版時等の誤差があるから、この位置合わせは仮の位置合わせである。

次に、本発明に適用する印刷方法としては、画素部位に対応する画素パターンと位置合わせマーク（以下「版面マーク」という）とから成るその印刷パターンを有する印刷版を使用する方法であれば、任意の方法が適用できる。例えば、スクリーン印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法、オフセット印刷法などである。中でも、印刷精度の点から、反転凸版印刷法を利用することが好ましい。この反転凸版印刷法は、印刷版として、印刷パターンを凹部、その周囲を凸部とする凸型刷版を使用し、表面を一様な印刷インキ皮膜で被覆した転写胴を印刷版の凸部に押圧してこの部位の印刷インキを印刷版に転移し、次に、転写胴表面に残存する印刷インキを透明基板に転移する方法である。

次に、図面を参照して、反転凸版印刷法を利用する実施態様について説明する。

図面の図１に示すように、この反転凸版印刷法に適用する印刷装置は、機台１上に、その長手方向に沿って、基板定盤１１と版定盤１２とを具備している。この基板定盤１１は、被印刷物、すなわち、試し刷り基板ａや透明基板ｃを載置する台であり、版定盤１２は印刷版ｂを載置する台である。この両者は、いずれも、移動可能に構成されている。その移動方向は、機台１の長手方向、幅方向、回転方向の三方向である。また、印圧を調整して印刷ムラを防止するため、その高さも微調整可能に構成されている。基板定盤１１と版定盤１２とは、例えば、２０００ｍｍ×２０００ｍｍの大きさで、被印刷物（試し刷り基板ａ又は透明基板ｃ）や印刷版ｂを固定する真空吸引孔を備えている。またその平面度は５μｍである。

また、この印刷装置は、機台１の長手方向に移動可能な印刷台車２を備えている。この
印刷台車２は転写胴２１を有している。そして、この転写胴２１は表面をシリコーンゴムで被覆されている。また、この転写胴２１は、被印刷物（試し刷り基板ａ又は透明基板ｃ）や印刷版ｂに接触する高さに設けられており、印刷台車２の移動に伴って被印刷物（試し刷り基板ａ又は透明基板ｃ）や印刷版ｂに接触しながら回転する。

また、この印刷装置１は、その端部に上下動可能なスリットノズル２２を備えている。このスリットノズル２２は、その印刷インキを押し出して、転写胴２１の表面に一様な厚みのインキ皮膜を形成するものである。

また、この印刷装置は、カメラ台車３を備えている。カメラ台車３は機台１の長手方向に移動可能であると共に、基板定盤１１の上方で停止して固定することも可能である。また、版定盤１２の上方で停止して固定することも可能である。カメラ台車３には、ＢＭマークの個数と同一の個数のカメラ３１が搭載されており、このカメラ３１によってＢＭマークを検出し、その位置を確認する。この例では、ＢＭマークは試し刷り基板ａの四隅に設けられており、カメラ３１もこれに対応する位置に計４台搭載されている。なお、このカメラ３１には、図示しないマイクロコンピュータが接続されており、また、このマイクロコンピュータにはＢＭマークの位置を記憶する記憶装置が接続されている。また、カメラ３１の測定精度は０．５μｍ以下であることが望ましい。より望ましくは０．１μｍ以下である。視野の範囲は１ｍｍ程度でよい。

また、この印刷装置は、機台１の長手方向に移動可能な版洗浄器４を備えている。

また、この印刷装置の近傍には、機台１の長手方向に移動可能なロボット５が配置されており、このロボット５によって、被印刷物（試し刷り基板ａ又は透明基板ｃ）を基板定盤１１に載置又は排出し、また、印刷版ｂを版定盤１２に載置又は排出する。

次に、図面の図２〜図９を参照して、試し刷りステップを説明する。

なお、この試し刷りステップに先立って、基板定盤１１と版定盤１２とを移動させ、あらかじめ予定された関係を満たすようにその位置及び角度に仮に固定することが望ましい。例えば、印刷版ｂに設けられた版面マークが、試し刷り基板ａのＢＭマーク上に重ねられて印刷される位置である。その精度誤差はカメラ３１の視野範囲内であることが必要であり、この例ではせいぜい１ｍｍである。望ましくは０．１ｍｍ以下である。

そして、図２に示すように、ロボット５を駆動して、基板定盤１１上に試し刷り基板ａを載置する。載置にあたって、試し刷り基板ａは、あらかじめ予定された関係を満たすようにその位置及び角度に載置することが望ましい。

次に、カメラ台車３を移動させて試し刷り基板ａ上に停止させ、カメラ３１によって四隅のＢＭマークの位置を検出し、記憶する（図３参照）。

次に、ロボット５を駆動して、印刷版ｂを版定盤１２に載置する（図４参照）。そして、カメラ台車３を移動させて印刷版ｂ上に停止させ、カメラ３１によって四隅の版面マークの位置を検出する（図５参照）。そして、この版面マークの位置と記憶されたＢＭマークの位置とに基づき、版定盤１２を移動させて印刷版ｂの位置を予定位置に移動させる。印刷版ｂは試し刷り基板ａと同一か又はそれより大きいものが好ましく、例えば、試し刷り基板ａが１８００ｍｍ×１５００ｍｍの大きさであれば、印刷版ｂとして１８００ｍｍ×１５００ｍｍ又はそれ以上の大きさのものを使用すべきである。なお、位置合わせの精度誤差は０．１ｍｍ以下が望ましい。

そして、カメラ台車３を印刷装置端部の待機位置に移動させると共に、スリットノズル２２を下降させ、転写胴２１を回転させながらスリットノズル２２から印刷インキを押し出して、転写胴２１の周囲に一様な厚みのインキ皮膜を施す（図６参照）。インキ皮膜の厚みとしては、例えば、１０μｍである。また、その厚み精度は３％以下である。

次に、印刷台車２を移動させ、転写胴２１を印刷版ｂに押し付けながら回転させて、印刷版ｂの凸部に印刷インキを転移する（図７〜８参照）。このとき、転写胴２１に残存する印刷インキ皮膜は、印刷版ｂの凸部を反転したパターン、すなわち、印刷版ｂの凹部のパターンである。なお、この印刷版ｂは、画素パターンと版面マークとから成るものである。

そして、さらに印刷台車２を移動させ、転写胴２１を試し刷り基板ａに押し付けながら回転させ、転写胴２１に残存する印刷インキを試し刷り基板ａに転移させて、試し刷りステップを完了する（図９参照）。なお、試し刷りステップの後、版洗浄器４を使用して速やかに印刷版ｂ表面の印刷インキを洗浄除去することが望ましい。

次に、図１０をを参照して、位置記憶ステップを説明する。

すなわち、カメラ台車３を移動させて試し刷り基板ａ上に停止させ、固定する。そして、カメラ３１によって試し刷り基板ａに印刷された四隅の版面マークの位置を検出し、図示しない記憶装置に記憶する。この例では、もし試し刷り基板ａと印刷版ｂとの間に位置ずれがなければ、版面マークは四隅のＢＭマーク上に完全に重なって印刷されているはずである。もし位置ずれが生じていれば、その位置ずれの距離だけ版面マークはＢＭマークからずれて印刷されている。いずれの場合においても、固定されたカメラ３１で版面マークの位置を検出することによって、透明基板ｃに印刷される版面マークの位置を正確に予測することが可能となる。

次に、図１１〜１２を参照して、位置決めステップを説明する。

すなわち、位置記憶ステップにおいて版面マークの位置を記憶された試し刷り基板ａを排出すると共に、ロボット５を駆動して、基板定盤１１上に透明基板ｃを載置する（図１１参照）。載置にあたって、透明基板ｃは、あらかじめ予定された関係を満たすようにその位置及び角度に載置することが望ましい。

そして、カメラ３１によって透明基板ｃのＢＭマークの位置を検出し、記憶された前記版面マークの位置と比較する。もしこの両者の位置が異なっていれば、両者が一致する位置まで基板定盤１１を移動させる（図１１参照）。前述のように、基板定盤１１は機台１の長手方向、幅方向、回転方向の三方向に移動可能であるから、これら各方向への移動を組み合わせることによって、透明基板ｃの四隅に設けられたＢＭマークを、記憶された版面マークの位置に一致させることが可能である。なお、その位置精度誤差は、０．５μｍ以下であることが望ましい。

こうして透明基板ｃを位置決めした後、カメラ台車３を印刷装置端部の待機位置に移動させ、転写胴２１にインキ皮膜を施し（図１３参照）、次に、転写胴２１を順次印刷版ｂ及び透明基板ｃに押し付けながら回転させて、透明基板ｃに印刷する。版面マークは正確に透明基板ｃのＢＭマークに重ねられて印刷される。その誤差は、前記位置精度誤差、すなわち０．５μｍ以下である。

このＢＭマークと格子状遮光膜の位置関係と、版面マークと画素パターンの位置関係とは、正確に対応して設けられているから、画素パターンは遮光膜の格子間の画素部位に正
確に印刷される。なお、多少に位置ずれがあっても、格子状遮光膜に重ねられるから、液晶表示装置の表示品質に影響することはない。

なお、こうして印刷された透明基板ｃ上にカメラ台車３を移動させてその版面マークの位置を検出・記憶して、この記憶された版面マークに基づいて２枚目の透明基板ｃを位置決めして印刷することが可能である。

また、透明基板に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三色の透明着色インキを印刷するためには、インキと印刷版を交換しながら前述の工程を繰り返せば良い。

図１Ａは本発明に適用する印刷装置の側面図、図１Ｂはその平面図。 図２Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図２Ｂはその平面図。 図３Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図３Ｂはその平面図。 図４Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図４Ｂはその平面図。 図５Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図５Ｂはその平面図。 図６Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図６Ｂはその平面図。 図７Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図７Ｂはその平面図。 図８Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図８Ｂはその平面図。 図９Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図９Ｂはその平面図。 図１０Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図１０Ｂはその平面図。 図１１Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図１１Ｂはその平面図。 図１２Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図１２Ｂはその平面図。 図１３Ａは本発明に適用する印刷装置の印刷時の側面図、図１３Ｂはその平面図。

符号の説明

１ ・・・・機台
１１・・・・基板定盤
１２・・・・版定盤
２ ・・・・印刷台車
２１・・・・転写胴
２２・・・・スリットノズル
３ ・・・・カメラ台車
３１・・・・カメラ
４ ・・・・版洗浄器
５ ・・・・ロボット
ａ ・・・・試し刷り基板
ｂ ・・・・印刷版
ｃ ・・・・透明基板

Claims (3)

1. 遮光膜を有する透明基板の前記遮光膜間の画素部位を印刷部位として、この印刷部位に透明着色インキを印刷してカラーフィルタを製造する方法であって、
   まず試し刷り用基板に印刷してその印刷位置を検知し、次に印刷位置に前記透明基板を配置して印刷するカラーフィルタの製造方法において、
   前記印刷版として、前記画素部位に対応する画素パターンと位置合わせマーク（以下「版面マーク」という）とから成る印刷パターンを具備するものを使用し、前記試し刷り用基板に前記印刷パターンを印刷する試し刷りステップと、
   試し刷り用基板上に印刷された版面マークの位置を検知して記憶する位置記憶ステップと、
   前記透明基板として、フォトリソグラフィ法を利用して設けられた前記遮光膜と、位置合わせマーク（以下「ＢＭマーク」という）とを具備するものを使用し、この透明基板を機台上に載置し、そのＢＭマークと記憶された版面マークの位置とに基づいて、透明基板を位置決めする位置決めステップと、
   位置決めされた透明基板に、前記印刷パターンを印刷する印刷ステップと、
   を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 前記印刷版が、前記印刷パターンを凹部、その周囲を凸部とする凸型刷版であり、
   前記印刷方法が、表面を一様な印刷インキ皮膜で被覆した転写胴を印刷版の凸部に押圧してこの部位の印刷インキを印刷版に転移し、次に、転写胴表面に残存する印刷インキを透明基板に転移する方法であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 版面マークの位置の検知を、固定カメラによって行うことを特徴とする請求項１又は２記載のカラーフィルタの製造方法。

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