JP2007182052A - 印刷装置及び印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】印刷装置及び印刷方法において、印刷板と印刷板ステージ間に洗浄液が侵入するのを防ぐことによって、ステージの真空吸着力を害することと、印刷板下面が汚染することを防止する。
【解決手段】印刷板を固定するための印刷板用ステージ４５０と、印刷板を真空吸着するために印刷板用ステージ４５０に形成された複数個の真空穴６００と、印刷板の洗浄時に、印刷板と印刷板用ステージ４５０との間への洗浄液の侵入を防ぐために、複数個の真空穴６００を取り囲むように印刷板用ステージ４５０に形成された空洞域６３０とを備える。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、液晶表示素子の製造方法に係り、特に、液晶表示素子を製造するための印刷装置及び印刷方法に関する。
表示画面の厚さが数センチメートル（ｃｍ）に過ぎない超薄型の平板表示素子、なかでも液晶表示素子は、動作電圧が低いために消費電力が少なく、且つ携帯用に向いている点から、ノートブックコンピュータ、モニタ、宇宙船、航空機など広範で多様な分野に応用されている。
かかる液晶表示素子は、下部基板、上部基板、及びこれら両基板間に形成された液晶層を備えて構成される。
ここで、下部基板上には、互いに縦横に交差して画素領域を定義するゲート配線とデータ配線が形成されている。そして、ゲート配線とデータ配線との交差領域には、スイッチング素子として薄膜トランジスタが形成されている。さらに、画素電極が薄膜トランジスタと接続されるように形成されている。
また、上部基板上には、ゲート配線、データ配線、及び薄膜トランジスタ領域から光が漏れるのを遮断するための遮光層が形成されている。さらに、この遮光層上にカラーフィルタ層が形成されており、このカラーフィルタ層の上部に共通電極が形成されている。
このように、液晶表示素子は、種々の構成要素を備えてなり、これら構成要素を形成するために、数多くの工程が反復的に行なわれることとなる。特に、種々の構成要素を種々の形状にパターニングするために、フォトリソグラフィ工程が用いられてきた。
このフォトリソグラフィ工程は、基板上にパターン物質層を形成し、このパターン物質層上に感光膜を積層した後、該感光膜上を所定パターンのマスクで覆って露光及び現像することで、感光膜をマスクに対応するようにパターニングし、このパターニングされた感光膜をマスクとしてパターン物質層をエッチングする方法である。
しかしながら、フォトリソグラフィ工程は、上記のように感光膜と所定パターンのマスクを使用しなければならず、それだけ製造コストが上昇するとともに、現像工程及びエッチング工程などを行わねばならず、工程が複雑で、工程時間が長くかかるという欠点があった。
そこで、このようなフォトリソグラフィ工程の欠点を解決できる新規のパターン形成方法が要求され、この要求に応じて印刷ロールを用いてパターンを形成する方法が発明された。
図１Ａ乃至図１Ｃは、一般の印刷ロールを用いて基板上にパターンを形成する工程を示す断面図である。
図１Ａに示すように、印刷ノズル１０を用いてパターン物質３０を印刷ロール２０の表面に塗布する。
次に、図１Ｂに示すように、形成しようとするパターン状に凹部が形成され、残り部分が突出した印刷板４０上に、パターン物質３０の塗布された印刷ロール２０を回転させ、印刷板４０の突出部にのみパターン物質３０ｂが転写されるようにし、残りのパターン物質は、印刷ロール２０に残存させる。これにより、印刷ロール２０上には、所望のパターン物質３０ａが形成される。
次に、図１Ｃに示すように、基板５０上に印刷ロール２０を回転させて、パターン物質３０ａを転写する。
このように、印刷ロール２０を用いてパターンを形成する方法では、所定形状の印刷板４０が必要とされる。
また、印刷ロール２０が印刷板４０上で回転して印刷板４０の突出部にのみパターン物質３０ｂが転写されるようにする時、印刷板４０が動かないように該印刷板４０を支持及び固定する印刷板ステージを備える必要がある。
また、図１Ｂに示すように、印刷板４０は、一度使用すると、その突出部にはパターン物質３０ｂが残されるので、印刷板４０を再使用するためには、突出部に残されているパターン物質３０ｂを除去する洗浄工程を行わねばならない。
図２Ａは、従来技術による印刷板ステージを概略的に示す斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＩ−Ｉ’断面図である。
図２Ａに示すように、従来技術による印刷板ステージは、印刷板ステージ４５の表面に、該印刷板４０を真空吸着して固定するための複数個の真空穴６０を備えている。
図示してはいないが、複数個の真空穴６０は、真空ポンプと連結されている。したがって、複数個の真空穴６０が形成されたステージ４５上に印刷板４０が置かれ、前記真空ポンプが複数個の真空穴を介して印刷板４０を真空吸着することで、この印刷板４０がステージ４５に固定される。
しかしながら、このような従来技術による印刷板ステージは、下記の問題点を抱えていた。
図３は、印刷板の洗浄時における従来の印刷板ステージの問題点を概略的に示す断面図である。図３に示すように、従来の印刷板ステージ４５上に置かれた印刷板４０は、真空力で固定された後、洗浄される。
このとき、印刷板を洗浄するために、洗浄機７０から洗浄液７５を印刷板４０に噴射すると、洗浄機７０から噴射された洗浄液７５が印刷板４０とステージ４５との間に流れ込み、ステージの真空力の低下を招く。したがって、印刷板４０がステージの正確な位置に固定されず移動してしまうこととなり、精密なパターン形成が不可能になる。
しかも、洗浄液７５が印刷板４０とステージ４５との間に流れ込むと、印刷板４０の下面が洗浄液で汚染されるという問題につながる。
本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、ステージに空洞域を形成して洗浄液が印刷板と印刷板用ステージとの間に流れ込むのを防止することによって、精密なパターンを形成でき、かつ、印刷板の下部面の汚染を防止できる印刷装置及び印刷方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る印刷装置は、印刷板を固定するための印刷板用ステージと、前記印刷板を真空吸着するために前記印刷板用ステージに形成された複数個の真空穴と、前記印刷板の洗浄時に、前記印刷板と前記印刷板用ステージとの間への洗浄液の侵入を防ぐために、前記複数個の真空穴を取り囲むように前記印刷板用ステージに形成された空洞域とを備えることを特徴とする。
ここで、前記空洞域は、前記複数個の真空穴を取り囲む四角形に形成されることが好ましい。
また、本発明に係る印刷装置は、前記印刷板用ステージが載置され、前記印刷板用ステージを移動させる移動レールと、前記移動レール上に配置されて基板を固定する基板用ステージと、前記印刷板を経由して前記基板にパターンを転写する印刷ロールと、前記印刷板を洗浄する洗浄機とをさらに備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る印刷方法は、複数個の真空穴と前記複数個の真空穴を取り囲むように形成された空洞域とを有するステージに、凹部または凸部が形成された印刷板を固定する段階と、印刷ロールの外周面にパターン物質を塗布する段階と、前記印刷ロールを前記印刷板上に回転させ、前記印刷板の突出部に一部のパターン物質が転写され、残りのパターン物質が前記印刷ロールの表面に残存するようにする段階と、前記印刷ロールを基板上に回転させ、前記印刷ロールに残されているパターン物質を前記基板上に転写する段階と、前記空洞域に空気を注入しながら前記印刷板のパターン物質を除去するために前記印刷板を洗浄する段階とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、印刷板ステージに空洞域を形成し、この空洞域の内部に形成された空気注入口から注入された空気が空洞域の内部で気流を形成するようにしたため、印刷板と印刷板ステージとの間に洗浄液が流入することを防止することが可能になる。
このように、洗浄液の印刷板下面への洗浄液の流入を防止すると、真空が低下することなく維持されると同時に、印刷板下面が汚染されないため、印刷板の位置が変わらず、結果として精密なパターンの印刷が可能になる。
以下、本発明に係る印刷装置及びこれを用いた液晶表示素子の製造方法について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図４Ａは、本発明による印刷装置のステージを概略的に示す斜視図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＩ−ＩＩ’断面図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本発明による印刷装置は、印刷板を載置して固定するステージ４５０と、印刷板を真空吸着して固定するためにステージ４５０に形成された真空穴６００と、洗浄液が印刷板とステージ４５０との間に流れ込むのを防止するためにステージ４５０の表面に形成された空洞域６３０とを備えて構成される。
ここで、ステージ４５０は、上部に印刷板が載置される板構造物である。
また、ステージ４５０の角部は、一定角度で傾斜して形成される。これは、洗浄時に、洗浄液を印刷板ステージ４５０の外部に容易に排出させるためである。
真空穴６００は、印刷板を真空吸着するために、ステージ４５０に形成されている。
この真空穴６００は、真空ポンプと連結されており、ステージ４５０に載置される印刷板とステージ４５０との間を真空状態とすることにより印刷板を固定する。
ステージ４５０の上面に溝形状で形成された空洞域６３０は、真空穴６００を取り囲む直方形に形成されると良い。
これは、印刷板が直方形となっているのが普通であるためであるが、これ以外の多角形または円形などで印刷板が形成されている場合には、その形状に対応して空洞域６３０を形成することが好ましい。
また、本発明による印刷板ステージの目的は、洗浄液の印刷板下部への侵入を防止することにあるので、空洞域６３０は、印刷板の角部よりも内側に形成されなければならない。
また、空洞域６３０の内部には、空気注入口６６０が形成される。
図５は、本発明の実施の形態１による印刷板ステージを上から見た平面図である。また、図６は、本発明の実施の形態２による印刷板ステージを上から見た平面図である。
図５に示すように、複数の穴形状の空気注入口６６０を、空洞域６３０の内部に不連続的に形成することができる。
このような空気注入口６６０は、少なくとも１つ以上形成される。
図５では、４つの空気注入口６６０が形成されているが、これに限定されるものではなく、印刷板の大きさ及び空気注入口６６０から注入される空気の量などに基づいて、適宜その個数を決定すれば良い。
また、図６に示すように、穴形状の空気注入口６６０を、空洞域６３０の内部に連続的な溝形状に形成することもできる。
このような印刷板ステージの原理について説明すると、次の通りである。
すなわち、印刷板の洗浄時に、印刷板と印刷板ステージとの間は、真空穴６００によって真空状態が維持されるが、このときに、洗浄機から噴射された洗浄液が印刷板と印刷板ステージとの間に流入すると、印刷板とステージとの間の真空力が低下し、ステージに印刷板が固定されずに離脱してしまう。
したがって、真空穴６００を取り囲んでいる空洞域６３０の内部に形成された空気注入口６６０から空洞域６３０に空気を注入すると、空気は、空洞域６３０の内部を巡りながら気流を形成し、洗浄液が真空穴６００に流入するのを防ぐとともに、ステージと印刷板との間の真空力の低下を防止することが可能になる。
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明による印刷板ステージが適用された印刷システムを概略的に示す斜視図である。
本発明による印刷システムは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、パターン物質が塗布され、その一部を印刷板４００に転写し、残りのパターン物質を基板５００に転写する印刷ロール２００と、印刷板４００を洗浄するための洗浄機７００と、各ステージが印刷ロール２００または洗浄機７００の下側に位置するように各ステージを移動させる移動レール８００と、移動レール８００上に設置されて印刷板４００を固定する印刷板ステージ４５０と、移動レール８００上に設置されて基板５００を固定する基板ステージ５５０とを備えて構成される。
ここで、印刷板ステージ４５０は、図５あるいは図６に示すような構造を有する。洗浄機７００は、図示してはいないが、洗浄液噴射装置と、洗浄した印刷板を乾かす乾燥装置とから構成される。
上述の説明においては、移動レール８００を移動させることにより印刷板４００及び基板５００を移動させているが、移動レール８００を用いる代わりに、印刷ロール２００または洗浄機７００が移動する構成にしても良い。
また、印刷板ステージ４５０と基板ステージ５５０の位置は、図７Ｂに示すように、変えても良い。
次に、このように構成された本発明による印刷システムを用いる印刷方法について説明する。
まず、図１Ａ及び図１Ｂに示した方法と同様にして、印刷ノズルを用いて印刷ロール２００の外周面にパターン物質（図１Ａの３０に相当）を塗布する。
そして、所望のパターン形状に凹部が形成され、残りの部分が突出した印刷板４００上に、パターン物質３０の塗布された印刷ロール２００を回転させ、印刷板４００の突出部に一部のパターン物質が転写されるようにし、残りのパターン物質が印刷ロール２００の表面に残存するようにする。その後、印刷ロール２００を基板５００上に回転させ、印刷ロール２００の表面に残されているパターン物質を基板５００上に転写する。
このように、印刷板４００を用いてパターン物質を基板５００に転写すると、再び印刷板４００を使用するためには、印刷板４００の突出部に残されているパターン物質を除去する洗浄工程を実施しなければならない。
洗浄工程では、印刷板４００を洗浄機７００の下側に位置させ、図３で説明したように、洗浄液を印刷板４００に噴射して印刷板４００に残されているパターン物質を除去する。
このような工程を繰り返し行うことにより、パターン物質を基板５００に形成する。
図８Ａ乃至図８Ｄは、本発明の実施の形態３による液晶表示素子の製造方法を概略的に示す工程断面図である。
図８Ａに示すように、第１基板５１０上にブラックマトリクス層３３０を形成する。
このとき、ブラックマトリクス層３３０は、上述したように、印刷ロール２００及び印刷板４００を用いて形成される。すなわち、印刷ロール２００の外周面にブラックマトリクス物質（樹脂系）を塗布し、この印刷ロール２００をブラックマトリクスパターン用印刷板４００上に回転させ、このブラックマトリクスパターン用印刷板４００の突出部に一部のブラックマトリクス物質が転写されるようにし、残りのブラックマトリクス物質は、印刷ロール２００の表面にそのまま残存させる。その後、印刷ロール２００を第１基板５１０上に回転させて、印刷ロール２００の表面に残されているブラックマトリクス物質を第１基板５１０上に転写する。
次に、図８Ｂに示すように、ブラックマトリクス層３３０を含む第１基板５１０上にカラーフィルタ層３６０を形成する。カラーフィルタ層３６０も、同様に、上述したような印刷ロール及びカラーフィルタパターン用印刷板を用いて形成される。
次に、図８Ｃに示すように、第２基板５２０上にゲートライン、データライン、薄膜トランジスタ及び画素電極などを備えた薄膜トランジスタアレイを形成する。
この場合にも、図示してはいないが、上述した本発明による印刷システムを用いて、ゲートライン、データライン、薄膜トランジスタ及び画素電極を形成する。
ここで、ゲートライン、データライン、薄膜トランジスタ及び画素電極は、樹脂系の物質からなるものでないため、各物質を直接印刷ロール及び印刷板を用いて形成せず、たとえば、ゲートラインを形成するために、第２基板の全面に低抵抗金属層を蒸着し、この金属層上に感光膜パターンを形成する。
この感光膜パターンを形成する際に、上述した本発明による印刷システムを用いるのである。すなわち、印刷ロールの外周面に感光物質を塗布し、該感光物質の塗布された印刷ロールを感光膜パターン用印刷板上に回転させ、感光膜パターン用印刷板の突出部に一部の感光物質が転写されるようにし、残りの感光物質は、印刷ロールの表面にそのまま残存させる。この印刷ロールを金属層の蒸着された第２基板５２０上に回転させ、印刷ロールの表面に残されている感光物質を第２基板５２０上の金属層上に転写する。そして、感光物質をマスクとして金属層をエッチングしてゲートラインを形成する。これと同様の方法でデータライン、薄膜トランジスタ及び画素電極などを形成する。
このように任意の物質を転写した後、各印刷板は、上述したような方法で洗浄する。
次に、図８Ｄに示すように、第１基板５１０及び第２基板５２０間に液晶層９００を形成する。このとき、液晶層９００は、第１基板５１０及び第２基板５２０のいずれか１つの基板に、注入口のないシール材を形成して液晶を滴下した後、両基板５１０、５２０を合着することにより形成される。
また、液晶層９００は、第１基板５１０及び第２基板５２０のいずれか１つの基板に、注入口を有するようにシール材を形成して両基板を合着した後に、毛細管現象と圧力差を用いて注入口から液晶を注入して形成しても良い。
一般の印刷ロールを用いて基板上にパターンを形成する工程を概略的に示す断面図である。 一般の印刷ロールを用いて基板上にパターンを形成する工程を概略的に示す断面図である。 一般の印刷ロールを用いて基板上にパターンを形成する工程を概略的に示す断面図である。 従来技術による印刷板ステージを概略的に示す斜視図である。 従来技術による印刷板ステージを概略的に示す断面図である。 印刷板の洗浄時における従来の印刷板ステージの問題点を概略的に示す断面図である。 本発明による印刷装置のステージを概略的に示す斜視図である。 本発明による印刷装置のステージを概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１による印刷装置のステージを示す平面図である。 本発明の実施の形態２による印刷装置のステージを示す平面図である。 本発明による印刷装置を概略的に示す斜視図である。 本発明による印刷装置を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態による液晶表示素子の製造方法を概略的に示す工程断面図である。 本発明の実施の形態による液晶表示素子の製造方法を概略的に示す工程断面図である。 本発明の実施の形態による液晶表示素子の製造方法を概略的に示す工程断面図である。 本発明の実施の形態による液晶表示素子の製造方法を概略的に示す工程断面図である。
符号の説明
２００ 印刷ロール、３３０ ブラックマトリクス層、３６０ カラーフィルタ層、４００ 印刷板、４５０ ステージ、５００ 基板、５１０ 第１基板、５２０ 第２基板、５５０ 基板ステージ、６００ 真空穴、６３０ 空洞域、６６０ 空気注入口、７００ 洗浄機、８００ 移動レール、９００ 液晶層。

Claims (9)

  1. 印刷板を固定するための印刷板用ステージと、
    前記印刷板を真空吸着するために前記印刷板用ステージに形成された複数個の真空穴と、
    前記印刷板の洗浄時に、前記印刷板と前記印刷板用ステージとの間への洗浄液の侵入を防ぐために、前記複数個の真空穴を取り囲むように前記印刷板用ステージに形成された空洞域と
    を備えることを特徴とする印刷装置。
  2. 前記印刷板用ステージは、角部が傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
  3. 前記印刷板用ステージに形成された前記空洞域は、前記複数個の真空穴を取り囲む直方形に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
  4. 前記印刷板用ステージに形成された前記空洞域は、溝状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
  5. 前記印刷板用ステージに形成された前記空洞域は、内部に空気注入口が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
  6. 前記空気注入口は、少なくとも１つの穴からなることを特徴とする請求項５に記載の印刷装置。
  7. 前記空洞域の内部に形成された前記空気注入口は、連続した溝状に形成されたことを特徴とする請求項５に記載の印刷装置。
  8. 前記印刷板用ステージが載置され、前記印刷板用ステージを移動させる移動レールと、
    前記移動レール上に配置されて基板を固定する基板用ステージと、
    前記印刷板を経由して前記基板にパターンを転写する印刷ロールと、
    前記印刷板を洗浄する洗浄機と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
  9. 複数個の真空穴と前記複数個の真空穴を取り囲むように形成された空洞域とを有するステージに、凹部または凸部が形成された印刷板を固定する段階と、
    印刷ロールの外周面にパターン物質を塗布する段階と、
    前記印刷ロールを前記印刷板上に回転させ、前記印刷板の突出部に一部のパターン物質が転写され、残りのパターン物質が前記印刷ロールの表面に残存するようにする段階と、
    前記印刷ロールを基板上に回転させ、前記印刷ロールに残されているパターン物質を前記基板上に転写する段階と、
    前記空洞域に空気を注入しながら前記印刷板のパターン物質を除去するために前記印刷板を洗浄する段階と
    を備えることを特徴とする印刷方法。
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