JP2007182053A - パターン形成方法及びこれを用いた液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット方式及びロール印刷方式の長所を結合することで、印刷の精密度及び工程の安全性を向上できるパターン形成方法及びこれを用いた液晶表示素子の製造方法を提供する。
【解決手段】凹部４３０及び凸部４６０を備えた印刷板４００を準備する段階と、印刷板４００の凹部４３０にパターン物質を塗布する段階と、印刷板４００上に印刷ロールを回転させ、印刷板４００の凹部４３０に形成されたパターン物質を印刷ロールに転写する段階と、基板上に印刷ロールを回転させ、基板上にパターン物質を転写する段階とを備えてパターン形成方法を構成する。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、液晶表示素子に関するもので、詳しくは、液晶表示素子のパターン形成方法に関するものである。

表示画面の厚さが数ｃｍに過ぎない超薄型の平板表示素子のうち、液晶表示素子は、動作電圧が低く、消費電力が少なく、携帯用として用いられるなどの利点があり、ノートブックコンピュータ、モニター、宇宙船、航空機などの多様な分野で広く用いられている。

このような液晶表示素子は、下部基板、上部基板、及びこれら両基板の間に形成された液晶層を含んで構成される。

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及びデータ配線が形成される。また、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の薄膜トランジスタが形成される。さらに、画素電極は、下部基板上に形成されて薄膜トランジスタに連結される。

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ことを遮断するための遮光層が形成され、遮光層上には、カラーフィルタ層が形成され、カラーフィルタ層の上部には、共通電極が形成される。

上記のように、液晶表示素子は、多様な構成要素を含んでおり、それら構成要素を形成するために数多くの工程が繰り返して行われる。特に、多様な構成要素を多様な形態でパターニングするために、一般的なフォトリソグラフィ工程が用いられている。

以下、一般的なフォトリソグラフィ工程によるパターン形成方法を説明する。

図１Ａ乃至図１Ｃは、一般的なフォトリソグラフィ工程によるパターン形成方法を概略的に示した断面図である。

まず、図１Ａに示すように、基板１０上にパターン物質層２０を形成し、このパターン物質層２０に感光膜２１を形成する。

次いで、図１Ｂに示すように、感光膜２１上に、所定パターンのマスク３０を位置させた後、露光装置を通して光を照射する。

次いで、図１Ｃに示すように、現像工程によって感光膜２１をパターニングし、パターニングされた感光膜２１をマスクとして用いてパターン物質層２０をエッチングし、所望のパターン２０ａを形成する。

しかしながら、上記のフォトリソグラフィ工程においては、感光膜及び所定パターンのマスクを用いる必要があり、それだけ製造原価が上昇するという短所があった。さらに、現像工程及びエッチング工程などを経るため、工程が複雑になるとともに、長い工程時間が必要とされるという短所があった。

したがって、上記のフォトリソグラフィ工程の短所を解決するために、新しいパターン形成方法が要求されており、その要求に合わせて、印刷ロールを用いたパターン形成方法が考案された。

以下、従来の印刷ロールを用いて基板上にパターンを形成する方法を説明する。

図２Ａ乃至図２Ｄは、従来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した断面図である。

まず、図２Ａに示すように、所定形状の凹部及び凸部が備わった印刷板４０上に、パターン物質２０を塗布する。

次いで、図２Ｂに示すように、印刷板４０から、ブレード３５などを用いて凹部以外の部分に形成されたパターン物質２０ｂを取り除き、凹部のみにパターン物質２０ａが残るようにする。

次いで、図２Ｃに示すように、印刷板４０上に印刷ロール５０を回転させ、印刷板４０の凹部に残ったパターン物質２０ａを印刷ロール５０に転写することで、印刷ロール５０に所定形状のパターンを形成する。

次いで、図２Ｄに示すように、基板１０上に、所定形状のパターン物質が転写された印刷ロール５０を回転させ、基板１０上にパターン物質２０ａを転写することで、基板１０上にパターンを形成する。

上記の印刷ロール及び印刷板を用いたパターン形成方法においては、所定形状のマスクが必要でなく、露光及び現像工程が要求されないため、一般的なフォトリソグラフィに比べて、生産費用及び工程時間を節減できる。

しかしながら、従来の印刷ロールを用いたパターン形成方法においては、図２Ｂに示すように、印刷板４０上にパターン物質２０を全て塗布した後、ブレード３５などを用いて凹部以外の部分に形成されたパターン物質２０ｂを取り除き、凹部にパターン物質２０ａを充填する構造となっているが、ブレード３５などの使用によって、凹部以外の部分に残留物が残る可能性が大きく、凹部にも不均一なパターンが形成されうるという問題点があった。

また、不要な部分にもパターン物質２０ｂを塗布した後、それを取り除く構造となっており、材料費用が多くかかるという問題点があった。

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、インクジェット方式及びロール印刷方式の長所を結合することで、印刷の精密度及び工程の安定性を向上できるパターン形成方法及びこれを用いた液晶表示素子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るパターン形成方法は、凹部及び凸部を備えた印刷板を準備する段階と、前記印刷板の前記凹部にパターン物質を滴下する段階と、前記印刷板上に印刷ロールを回転させ、前記印刷板の前記凹部に形成された前記パターン物質を印刷ロールに転写する段階と、基板上に前記印刷ロールを回転させ、前記基板上に前記パターン物質を転写する段階とを備えて構成されることを特徴とする。

ここで、前記印刷板の前記凹部には、親水性処理が施されることを特徴とする。

前記印刷板の凸部には、疎水性処理が施されることを特徴とする。

前記凹部及び前記凸部を備えた前記印刷板を準備する段階は、前記凸部に該当する基板にブラックマトリックス層を形成する段階と、前記ブラックマトリックス層の表面に疎水層を形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、 凹部及び凸部を備えた印刷板を準備する段階と、前記印刷板の前記凹部にパターン物質を滴下する段階と、印刷板上に印刷ロールを回転させ、前記印刷板の前記凹部に形成された前記パターン物質を前記印刷ロールに転写する段階と、基板上に前記印刷ロールを回転させ、前記基板上に前記パターン物質を転写してパターン物質層を形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする。

本発明に係るパターン形成方法及びこれを用いた液晶表示素子の製造方法においては、形成しようとするパターンの形状に凹部が形成された印刷板を準備し、微細ノズルを用いて凹部のみにパターン物質を塗布するので、パターン不良が減少して精密な印刷が可能になり、不要な部分にまでパターン物質を塗布する必要がないので、パターン物質の消費が減少して製造原価を節減できるという効果がある。

以下、本発明に係るパターン形成方法及びこれを用いた液晶表示素子の製造方法の好適な実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図３Ａ乃至図３Ｄは、本発明の実施の形態１に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。

本発明の実施の形態１に係るパターン形成方法は、印刷板を形成するとき、基板をエッチングして凹部を形成するのではなく、形成しようとするパターン以外の部分にブラックマトリックス層を形成した後、ブラックマトリックス層の表面に疎水性物質をコーティングすることにより、インクジェット方式で該当部分のみにパターン物質層を滴下して印刷ロールに転写する方法である。

まず始めに、図３Ａに示すように、親水性基板１００上に、形成しようとするパターン部分以外の領域にブラックマトリックス層２３０を形成する。すなわち、フォトリソグラフィ工程を用いてブラックマトリックス層２３０を形成する。

次いで、図３Ｂに示すように、所定パターンのブラックマトリックス層２３０の表面に疎水性処理を施して疎水層２６０を形成し、印刷板を製造する。このとき、パターン物質が親水性を有するため、疎水層２６０を形成しない場合、ブラックマトリックス層２３０にまでパターン物質が浸透してしまう、あるいは、印刷ロールに転写するとき、パターン物質が印刷ロールに精密に転写できなくなってしまう。

次いで、図３Ｃに示すように、形成しようとするパターン部分、すなわち、ブラックマトリックス層２３０が形成されてない部分に、微細ノズル６００を用いてパターン物質を滴下する。

次いで、図３Ｄに示すように、パターン物質が適当量滴下されると、図面に示してないが、印刷ロールを印刷板上に回転させ、パターン物質を印刷ロールに転写し、パターン物質が転写された印刷ロールを基板に回転させてパターンを形成する。

上記のように、インクジェット方式でパターンを形成する場合、必要な部分のみにパターン物質を塗布するので、不要なパターン物質の消費を防止できる。

一方、基板にブラックマトリックス層を形成せずに、形成しようとするパターンの形態でガラス基板などに凹部を形成して印刷板を形成し、凹部にインクジェット方式でパターン物質を滴下してパターンを形成することもできる。以下、これを具体的に説明する。

図４Ａ乃至図４Ｄは、本発明の実施の形態２に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。

まず、図４Ａに示すように、形成しようとするパターンの形態で凹部４３０が形成された印刷板４００を準備する。印刷板４００の材質は、ガラス、無機物質または有機物質である。前記凹部４３０が形成された印刷板は、上述した実施の形態１とは異なり、前記印刷板の所定部分をエッチングし、エッチングされた部分に凹部を形成することで備わる。また、前記印刷板の所定部分をエッチングし、エッチングされた部分に凹部を形成した後、上述した実施の形態１と同様に、凹部以外の部分（凸部）にブラックマトリックス層を形成し、このブラックマトリックス層の表面に疎水層を形成することで、前記凹部４３０が形成された印刷板を形成することもできる。

このとき、印刷板４００に備わった凹部４３０の底には、親水性処理が施されている。印刷板４００が親水性の強い物質であれば、別途に親水性処理を施す必要はないが、印刷板４００の材質がヒドロキシル系列及びカルボニル系列の有機物である場合には、酸素プラズマを用いて親水性処理を施す。

すなわち、凹部４３０は、パターン物質が塗布される部分であるので、その底に親水性処理を施すことで、パターン物質が均一に塗布されるようにする。

また、印刷板４００に備わった凸部４６０の上部面には、疎水性処理が施されている。これは、印刷板４００の材質が親水性の強い物質からなる場合、疎水性処理を施してないと、パターン物質が凸部４６０の上部面にも塗布される恐れがあるためである。

したがって、印刷板４００の凸部４６０をフッ化炭素（ＣＦ_４）でプラズマ処理し、凸部４６０に疎水性処理を施す。すなわち、凸部４６０は、パターン物質が塗布されない部分であるので、その上部面に疎水性処理を施すことで、パターン物質が塗布されないようにする。

上記のように、凹部４３０には親水性処理が施され、凸部４６０には疎水性処理が施された印刷板４００の凹部４３０に、微細ノズル６００を用いてパターン物質を塗布する。このとき、印刷板４００の凹部４３０にパターン物質を塗布するための微細ノズル６００は、１つ以上用いられる。一方、微細ノズル６００は、１つだけ用いられて、各凹部４３０を移動しながらパターン物質を塗布してもよいが、複数個の微細ノズル６００を用いることにより、工程時間が短縮される。

一方、前記印刷板４００の凹部４３０の深さ及びパターン物質の高さを調節する場合、前記印刷板の親水性処理または疎水性処理を省略できる。すなわち、前記印刷板４００の凹部４３０にパターン物質を滴下するとき、凹部４３０内にパターン物質を完全に充填せずに、所定のギャップ、好ましくは、滴下するパターン物質の高さ以上のギャップを維持する場合、パターン物質が前記印刷板４００の凸部４６０へとあふれる憂いがないため、前記印刷板４００の親水性処理または疎水性処理を省略できる。

ここで、凹部４３０のみにパターン物質を塗布するので、残留物が残る心配がなく、ブレードなどを用いて不要なパターン物質を取り除く必要がないので、材料費用及び工程時間を節減できる。

また、印刷板４００は、一度製作されると複数回用いられるため、追加工程が必要でなく、比較的複雑なパターンも形成可能である。

次いで、図４Ｂに示すように、微細ノズル６００を用いて凹部４３０に適当量のパターン物質２００ａが塗布されると、図４Ｃに示すように、印刷板４００上に印刷ロール５００を回転させ、印刷板４００の凹部４３０に形成されたパターン物質２００ａを印刷ロール５００の表面に転写することで、印刷ロール５００に所定形状のパターン物質２００ａを形成する。

このとき、印刷ロール５００の表面には、Ｓｉ系樹脂層によって構成されたブランケット５５０が付着される。Ｓｉ系樹脂層によって構成されたブランケット５５０は、ある程度の弾性を有しており、印刷ロール５００と印刷板４００との間の摩擦及び印刷ロール５００と後でパターンが転写される基板１００との間の摩擦を減少する役割をする。

次いで、図４Ｄに示すように、基板１００上に印刷ロール５００を回転させ、基板１００上にパターン物質２００ａを転写することで、基板１００上にパターンを形成する。

以上、説明したパターン形成方法は、液晶表示素子の製造工程に適用できる。すなわち、液晶表示素子のブラックマトリックス層及びカラーフィルタ層の製造工程に適用できる。

図５Ａ乃至図５Ｄは、本発明の実施の形態３に係る液晶表示素子用基板の製造方法を概略的に示した工程断面図である。

まず、図５Ａに示すように、第１基板１３０上にブラックマトリックス層２７０を形成する。すなわち、図３Ｃ及び図４Ａに示すように、印刷板４００の凹部４３０に、微細ノズル６００を用いてブラックマトリックス物質を形成する。次いで、上述した方法で、印刷板４００上に印刷ロール５００を回転させ、印刷板４００の凹部４３０に形成されたブラックマトリックス物質を印刷ロール５００の表面に転写した後、第１基板１３０に印刷ロール５００を回転させ、第１基板１３０上にブラックマトリックス物質を転写することで、ブラックマトリックス層２７０を形成する。

また、同じ方法で、印刷板４００の凹部４３０に、微細ノズル６００を用いてＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ物質を形成し、図５Ｂに示すように、ブラックマトリックス層２７０が形成された第１基板１３０の該当部分に、カラーフィルタ層２８０をそれぞれ形成する。

その後、図５Ｃに示すように、薄膜トランジスタアレイ基板である第２基板１６０を準備する。

この第２基板１６０を準備するための工程は、図示してないが、第２基板上に互いに縦横に交差して画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線を形成する工程と、ゲート配線とデータ配線との交差領域に薄膜トランジスタを形成する工程と、薄膜トランジスタを含む第２基板の全面に保護膜を形成する工程と、薄膜トランジスタのドレイン電極に接続される画素電極を保護膜の上部に形成する工程とを含んでいる。

次いで、図５Ｄに示すように、第１基板１３０と第２基板１６０とを合着し、第１基板１３０及び第２基板１６０の間に液晶層７００を形成する。

このとき、液晶層７００の形成工程では、第１基板１３０及び第２基板１６０のうちいずれか１つの基板に注入口のないシール材を形成し、第１基板１３０及び第２基板１６０のうちいずれか１つの基板に適当量の液晶を滴下した後、第１基板１３０及び第２基板１６０を合着する。

また、液晶層７００の形成工程では、第１基板１３０及び第２基板１６０のうちいずれか１つの基板に注入口が備わったシール材を形成し、第１基板１３０及び第２基板１６０を合着した後、注入口を通して、毛管現象及び圧力差を用いて液晶を注入することもできる。

一般的なフォトリソグラフィ工程によるパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 一般的なフォトリソグラフィ工程によるパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 一般的なフォトリソグラフィ工程によるパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 従来の印刷ロールを用いたパターン形成方法を示した断面図である。 従来の印刷ロールを用いたパターン形成方法を示した断面図である。 従来の印刷ロールを用いたパターン形成方法を示した断面図である。 従来の印刷ロールを用いたパターン形成方法を示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態２に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態２に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態２に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態２に係るパターン形成方法を概略的に示した断面図である。 本発明の実施の形態３に係る液晶表示素子用基板の製造方法を概略的に示した工程断面図である。 本発明の実施の形態３に係る液晶表示素子用基板の製造方法を概略的に示した工程断面図である。 本発明の実施の形態３に係る液晶表示素子用基板の製造方法を概略的に示した工程断面図である。 本発明の実施の形態３に係る液晶表示素子用基板の製造方法を概略的に示した工程断面図である。

符号の説明

１００ 基板、１３０ 第１基板、１６０ 第２基板、２００ａ パターン物質、２３０ ブラックマトリックス層、２６０ 疎水層、２７０ ブラックマトリックス層、２８０ カラーフィルタ層、３５０ ブレード、４００ 印刷板、４３０ 凹部、４６０ 凸部、５００ 印刷ロール、５５０ ブランケット、６００ 微細ノズル、７００ 液晶層。

Claims (13)

1. 凹部及び凸部を備えた印刷板を準備する段階と、
   前記印刷板の前記凹部にパターン物質を滴下する段階と、
   前記印刷板上に印刷ロールを回転させ、前記印刷板の前記凹部に形成された前記パターン物質を印刷ロールに転写する段階と、
   基板上に前記印刷ロールを回転させ、前記基板上に前記パターン物質を転写する段階と
   を備えて構成されることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記印刷板の前記凹部には、親水性処理が施されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記印刷板の前記凸部には、疎水性処理が施されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
4. 前記印刷板の凹部にパターン物質を滴下する段階は、前記凹部内にパターン物質を完全に充填せずに、所定のギャップを維持しながらパターン物質を滴下することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
5. 前記所定のギャップは、前記滴下するパターン物質の高さ以上であることを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
6. 前記印刷板の凹部にパターン物質を滴下する段階には、少なくとも１つの微細ノズルが用いられることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
7. 前記印刷ロールの表面には、ブランケットが付着されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
8. 前記凹部及び凸部を備えた印刷板を準備する段階は、
   前記凸部に該当する基板にブラックマトリックス層を形成する段階と、
   前記ブラックマトリックス層の表面に疎水層を形成する段階と
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
9. 前記基板は、親水性基板であることを特徴とする請求項８に記載のパターン形成方法。
10. 前記凹部及び凸部を備えた印刷板を準備する段階は、
    前記凹部に該当する基板をエッチングする段階を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
11. 前記凹部及び凸部を備えた印刷板を準備する段階は、
    前記凸部に該当する基板にブラックマトリックス層を形成する段階と、
    前記ブラックマトリックス層の表面に疎水層を形成する段階とをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１０に記載のパターン形成方法。
12. 凹部及び凸部を備えた印刷板を準備する段階と、
    前記印刷板の前記凹部にパターン物質を滴下する段階と、
    印刷板上に印刷ロールを回転させ、前記印刷板の前記凹部に形成された前記パターン物質を前記印刷ロールに転写する段階と、
    基板上に前記印刷ロールを回転させ、前記基板上に前記パターン物質を転写してパターン物質層を形成する段階と
    を含んで構成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
13. 前記パターン物質は、ブラックマトリックスまたはカラーフィルタであることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示素子の製造方法。
    

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