JP2009095930A - 研磨機及びカラーフィルタ用研磨機 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ基板用の研磨機において、基板のサイズが大面積になっても、縦横どちらのストライプパターンであっても、基板全面を均一に研磨できる研磨機を提供する。
【解決手段】水平な長尺状の架台３０上に、カラーフィルタ１を載置固定する定盤１０と、定盤を投入側と搬出側との間で移動可能にする搬送機構３９と、２台１組のロール状研磨工具２０を水平方向の傾き角が基板移動方向に対し３０°以上９０°未満でかつ互いに線対称となる角度で配置した研磨部２９とを少なくとも設け、研磨工具をその下面が定盤の移動方向と反対となる方向に５０〜６００ｒｐｍで回転させた状態の研磨部に定盤を通過させることによりカラーフィルタ表面を研磨するカラーフィルタ用研磨機。
【選択図】図１

Description

本発明は、板状基板表面の研磨機、特にガラス等の基板上に形成された液晶表示装置用カラーフィルタの着色層を研磨するのに使用する研磨機に関する。

液晶表示装置用カラーフィルタは、一般に、ガラス基板上に設けられた開口部を有するブラックマトリックス上に着色層が形成されたものであるが、着色層の周縁部はブラックマトリックス端部に重ねた状態で形成されている。

このブラックマトリックスが、例えば、樹脂ブラックマトリックスのように膜厚が厚い場合、着色層の周縁部がブラックマトリックス端部上で突起となる。この突起は、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、画像の表示ムラなど表示品質を低下させることになる。

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、同時に、例えば、着色層上、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。

従来主流の研磨方法は、以下のとおりである。上定盤の下面にカラーフィルタの着色層面が下向きになるようにガラス基板（以下、カラーフィルタ基板と記す）を貼り付ける。このときカラーフィルタ基板と上定盤の間には、バッキング材をキズ防止、研磨ムラ防止、及び吸着性向上の為に使用し、また研磨処理中のカラーフィルタ基板が外れてしまうのを防止する為にテンプレート枠をカラーフィルタ基板の周囲に取り付ける場合がある。下定盤には研磨クロスを貼り、上定盤と下定盤を回転させながら加圧し、研磨液を研磨クロス上に滴下しつつ研磨処理を行う。

この場合、上定盤の上部からは設定した研磨圧力をかけられるようになっており、上定盤、下定盤ともにそれぞれの軸を中心にした自転をする機能を有している。また、上定盤は回転しながら、左右への揺動も行えるような構造となっている。

しかしながら、カラーフィルタ基板のサイズが、大サイズ化するのに伴い、カラーフィルタ基板の中心部からコーナーまでの対角距離が長くなり、カラーフィルタ基板の中心部とコーナー部で定盤回転による周速に差が出てしまい、すなわち、回転中心からコーナー方向に離れるに従い周速が早くなり、この周速差がガラス基板内での研磨品質のバラツキとなるために、この研磨方法では、均一な研磨をすることは益々困難なものとなってきた。

このような問題を解決するために、カラーフィルタ基板を回転して研磨する際に発生する周速差をなくし、ガラス基板が大面積であっても、ガラス基板の全面においてカラーフィルタ表面を均一に研磨することのできる液晶表示装置用カラーフィルタの研磨方法が提案されている。

その方法として、カラーフィルタ基板と水平にロール状の研磨工具（以下研磨用ロールと記す）を設置するものがあり、例えば、水平に研磨用ロールを設置し、研磨用ロールの
下面にカラーフィルタの着色層面が上向きになるようにカラーフィルタ基板を研磨ラインに投入する。このときカラーフィルタ基板と研磨用ロールの間には、純水等を供給しつつ、搬送するカラーフィルタ基板の移動方向に逆回転する研磨用ロールをカラーフィルタ基板に転接させることによってカラーフィルタ基板の表面を平坦に研磨する。

あるいは、水平に対をなす研磨用ロールを上下に設置、そのギャップを調整しておき、回転する両研磨用ロールの間にカラーフィルタ基板を研磨ラインに投入する（特許文献１参照）。

図５は、研磨用ロールを用いた研磨方法の一例を説明する上面図であり、カラーフィルタ基板１は移動方向１２（矢印）に搬送され、回転する研磨用ロール８により研磨される。この場合、研磨用ロール８への加圧は、両端の加圧ポイント７であり、研磨方向９はパターンの配置方向１１、およびカラーフィルタ基板の移動方向１２と平行となる。

このときカラーフィルタ基板１は、その下面にコンベア、搬送ロール等の支持体が配置されており（図上表示せず）、そのような支持体面は剛性および平面度が不足している。その支持体上に載置したカラーフィルタ基板に対し研磨用ロールからの圧力を均一にかけることは難しく、従って均一に研磨することが困難である。

また、一般に突起部の研磨は、突起部の側面から研磨すると研磨量が多く、ストライプパターン方向には起伏がないためストライプパターンと平行な方向での研磨はほとんどできない。図５に示す例では、研磨用ロールの回転方向、すなわち研磨方向９と、基板の移動方向１２、そしてカラーフィルタのパターンの配置方向１１との関係は平行である。一般に、カラーフィルタのパターンの形成方向は、設計パターンにより異なるが、上記の研磨方向に平行なパターンでは研磨がほとんどできず、また垂直方向のパターンでは、ストライプパターンの片方の側面に偏って研磨される。このように研磨用ロールをカラーフィルタ基板面上の一方向に回転移動させることによりカラーフィルタ基板面を均一に研磨することは困難である。

以下に公知文献を記す。
特開２００１−３１５０５２号公報

本発明は、上記の問題を解決するために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基板のサイズが更に大面積になっても、カラーフィルタ基板の全面においてカラーフィルタ表面を均一に研磨することのできる研磨機を提供することであり、また、上記液晶表示装置用カラーフィルタの縦横どちらのストライプパターンであっても基板面を均一に研磨するカラーフィルタ用研磨機を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係る発明は、板状基板表面をロール状研磨工具の回転により研磨する研磨機において、水平な長尺状の架台上に、被研磨基板を載置固定する定盤と、該定盤を投入側と搬出側との間で移動可能にする搬送機構と、２台１組のロール状研磨工具を水平方向の傾き角が基板移動方向に対し３０°以上９０°未満でかつ互いに線対称となる角度で配置した研磨部とを少なくとも設け、前記研磨工具をその下面が定盤の移動方向と反対方向に５０〜６００ｒｐｍで回転させた状態の研磨部に定盤を通過させることにより前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨機である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記ロール状研磨工具は、その表面がポリウレタン又は不織布からなることを特徴とする請求項１に記載の研磨機である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記ロール状研磨工具は上下動する機構を備え、基板への垂直方向の押し当て量を設定可能であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の研磨機である。

本発明の請求項４に係る発明は、前記基板表面の、前記研磨工具との接触部の平面度を±３０μｍ以内としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨機である。

本発明の請求項５に係る発明は、板状基板表面をロール状研磨工具の回転により研磨する、前記本発明の請求項１乃至４のいずれか１項に記載の研磨機を用いたカラーフィルタ用研磨機であって、前記基板表面の、前記研磨工具との接触部の平面度を±３０μｍ以内としたことを特徴とするカラーフィルタ用研磨機である。

本発明の研磨機を用いれば、堅固で且つ平面な定盤にカラーフィルタ基板を固定したあと、カラーフィルタ用研磨機のガイドレールを介してカラーフィルタ用の研磨機内を移動することにより、カラーフィルタ基板の全面にわたってゆがみ無く均一な平面が形成されるため、研磨工具から均一な加圧を与えて研磨することが可能となる。

また本発明の研磨機を用いれば、カラーフィルタ基板を固定した定盤の移動方向と直交方向側に傾きをもって設置された研磨用ロールにて研磨することにより、縦横どちらのストライプパターンであっても、突起部がやや側面から研磨されるため、基板面を均一に研磨することが可能となる。

さらに、本発明の研磨機を用いれば、研磨用ロールの軸を昇降させることで、研磨用ロールのカラーフィルタ基板への押し当て量の調整が可能となり、研磨量の調整が可能となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ用研磨機の一実施例を説明する図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

図１（ａ）〜（ｂ）に示すようにステージ上１９上に設けられた定盤１０上にカラーフィルタ基板１が載置され、カラーフィルタ基板１の着色層が形成された面より上方に、一対のロール状の研磨工具（研磨用ロール）２０ａ、２０ｂが配置されている。この近辺を、以下、研磨部２９と呼ぶ。前記投入側３７から搬出側３８方向にカラーフィルタ基板１を載置したステージ１９を搬送する領域を、以下、搬送部３９と呼ぶ。

本発明の研磨機の架台３０上には、搬送方向に沿ってその両端にラック（ギア）３４が配置されている。さらに、前記ラック３４の内側に各々ラックに並行するようにガイドレール３２が配置されている。前記架台３０上には、その搬送方向両端の所定の位置に研磨工具受が配置され、その一方端の所定位置に角度のみが可変の研磨工具受け２１ａ、２１ｂが、他方端の所定位置にその配置位置および角度が可変の研磨工具受け２２ａ、２２ｂがあり、一方端と他方端の研磨工具受け２１ａ、２２ａの一対に１本のロール状の研磨工具２０ａが付設され、同様に残りの研磨工具受け２１ｂ、２２ｂの一対に１本のロール状の研磨工具２０ｂが付設されている。

前記ロール状の研磨工具２０ａ、２０ｂの一方の端部は、所定位置の研磨工具受け上２１ａ、２１ｂに付設され、角度のみが可変となり、その反対側の端部は配置位置および角度が可変の研磨工具受け上２２ａ、２２ｂに付設され、必要に応じて、研磨工具受け２２ａと研磨工具受け２２ｂとの間隔を拡大、若しくは縮小させ、各々のロール状の研磨工具２０ａ、２０ｂの搬送方向との間で挟む傾き角を拡大、若しくは縮小させることができる。なお、各々研磨工具受け２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂでは、位置の移動時、ロール状の研磨工具２０ａ、２０ｂの中心位置は、ガイドレール間の中心位置、すなわち、カラーフィルタ基板１の中心位置と重なるように工夫されている。

また、図１（ａ）のガイドレール３２上には、定盤１０が付設され、定盤１０に連結されたピニオン３３を介してガイドレール３２及びラック３４と連動され、定盤１０が一定速度で移動する。定盤１０には、カラーフィルタ基板１が載置されており、定盤面に沿うように固定されている。カラーフィルタ基板１を定盤面に固定したことにより、カラーフィルタ基板自身の基材歪は修正されており、カラーフィルタ基板表面は水平、平面性が維持されている。ラック３４は、駆動を伝達する役割である。ガイドレール３２は、定盤１０を安定して、平行に載置する役割である。研磨処理時には、ガイドレール３２面上では、ロール状の研磨工具の下側表面との段差は常時同一段差になるように工夫されている。

架台３０では、カラーフィルタ基板１は、図左側の投入側３７から投入され、図右の搬出側３８から搬出する。投入側３７、搬出側３８では、カラーフィルタ基板用移載装置を用いて、定盤１０上に自動的に脱着する。ガイドレール上には、定盤に連結されたピニオンを介してラック及びガイドレールからなる搬送部と連動され、定盤が移動方向に搬送される。

図１（ｂ）の側面図では、定盤１０上にカラーフィルタ基板１が固定されている。定盤１０の両側のピニオン３３はラック３４を介して定速度で移動しながらロール状の研磨工具２０へ投入される。ロール状の研磨工具２０の研磨時では、ロール状の研磨工具２０は、定盤の移動方向と逆方向、すなわち時計周りに高速回転している。この場合、ロール状の研磨工具２０の表面とカラーフィルタ基板１の表面との接触の間隔、すなわち押し込み量は付設したエアシリンダー２４を加減する方法で調整する。研磨工具受け２２ａの側面には、加圧センサー２３と、エアシリンダー２４が配置されている。加圧センサー２３は、その幅方向に複数個が配置され、必要に応じて加圧状態をモニターし、その計測データより圧力分布等の情報を出力する。また、エアシリンダー２４は、加圧情報により、最適な加圧状態を維持する役割を備えている。

定盤１０上に固定され一体化したカラーフィルタ基板の上面にはロール状の研磨工具２０、定盤１０の下面にガイドレール３２が配置されており、ガイドレール３２面上でカラーフィルタ基板を載置した状態で加圧されている。従って、ガイドレール３２面での平面性が安定して維持されていることにより、カラーフィルタ基板自身の表面は、平面性を維持したままで研磨することができる。研磨装置では、ロール状の研磨工具２０ａは、架台３０の線ａ−０上に配置した研磨工具受け２２ａに付設されている。ガイドレール３２は、架台３０の線ｃ−０上に配置されており、ガイドレール３２上の線ｃ’−０’に定盤１０が付設されている。ロール状の研磨工具２０からの圧力をガイドレール３２面が受けることになり、カラーフィルタ基板面に均一に加圧され、均一に研磨することができる。本発明の研磨装置では、カラーフィルタ基板及び定盤の厚さを均一にして、ガイドレール３２の高さ位置、ロール状の研磨工具２０の高さ位置をそれぞれ独立して高さを制御する方法を採用した。

図２は、本発明のカラーフィルタ用研磨機の研磨部の一実施例を説明する上面図である。各々のロール状の研磨工具２０ａ、２０ｂの傾き角を拡大、若しくは縮小する方法を説明する。

図２では、定盤１０のセンターは、線ｃ−ｃ’であり、ロール状の研磨工具２０ａ、２０ｂのセンターは線ｃ−ｃ’に重なる位置に付設されている。ロール状の研磨工具２０ａ、２０ｂの線対称軸となる中心線は線ｏ−ｏ’である。ロール状の研磨工具と基板移動方向に直行する線（ｏ−ｏ’）であり、基板搬送方向と同方向である。カラーフィルタのパターンは、カラーフィルタ基板の移動方向と平行、若しくは直行する方向に配列されており、本発明の研磨装置では、ロール状の研磨工具を基板搬送方向に対し３０°以上９０°未満となる角度で配置した。従って、研磨用ロールの２本を一対とした研磨用ロールによる研磨処理では、研磨面が金一となるようにように、前側の研磨用ロールと後側研磨用ロールを対称に配列した。前側の研磨用ロール２０ａの傾き角は、ｃ−ｃ’とｏ−ａ’との角度で、プラス（＋向き）とした。後側の研磨用ロール２０ｂの傾き角は、ｃ−ｃ’とｏ−ｂ’との角度で、マイナス（−向き）とした。図２上では、前側の研磨用ロール２０ａの傾き角は、＋θ（＋向きθ）で、後側の研磨用ロール２０ｂは−θ（−向きθ）である。基板移動方向に対する傾き角が３０°以上から９０°未満の範囲で最適となる研磨角に設定する。

図３は、本発明による研磨方法の一実施例を説明する、研磨機の定盤の側断面図である。

ロール状の研磨工具は、そのロール方向に複数の加圧センサーと、エアシリンダーを装備し、前記ロール状の研磨工具の加圧制御は、各々の加圧センサーからの情報により、エアシリンダーが作動し、ロール状の研磨工具の表面とカラーフィルタ基板の表面とが接触する状態を基準位置（ｄ’―０’）、０ｍｍに設定し、ロール状の研磨工具をカラーフィルタ基板側に垂直に押し込む方向に３ｍｍ下降する加圧を上限とし、逃げる方向に３ｍｍ上昇、すなわち０ｍｍを下限とした加圧範囲で調整する。

図３では、ガイドレール３２の表面を線ｃ’−０’とし、そのガイドレール３２上に付設した定盤の表面は、線ｄ’−０’とし、線ｄ’−０’がロール状の研磨工具の表面に接する高さを基準位置とした。ロール状の研磨工具２０の表面は、カラーフィルタ基板の表面（線ｄ’−０’）との接触する状態を基準位置−０ｍｍに設定した後、カラーフィルタ基板側に垂直に押し込む方向に３ｍｍまで下降する加圧上限とした。加圧範囲は、最大加圧を３ｍｍ、最小加圧を０ｍｍの範囲で調整する。

本発明では、定盤１０内の表面は、堅固且つ平面で高精度、例えば、ステンレス材を用い、平面度±３０μｍの精度で作製した。基準位置の設定方法は、公知の技術、例えばレーザ照射による位置検出等を用いる場合もある。

本発明の研磨機を用いた研磨方法を説明する。ロール状の研磨工具２０でカラーフィルタ基板１面を加圧しながら、ロール状の研磨工具２０をカラーフィルタ基板１の移動方向と反対方向に５０〜６００ｒｐｍの回転をさせながら、カラーフィルタ基板１を移動方向に進めてカラーフィルタ基板の表面を研磨する。

前記ロール状の研磨工具２０は、加圧センサー２３からの情報によりエアシリンダー２４が作動し、押し込み量を加減する方法で調整、制御する。従って、ロール状の研磨工具２０とカラーフィルタ基板１との接触面の圧力分布が改善され、短辺中央部と短辺両端部における研磨圧力差が減少し、研磨後の均一性が向上する。

ロール状の研磨工具２０では、前記加圧の制御範囲内の撓み量が−０〜０．５ｍｍとなるようにその強度を設定した。均一圧力値での研磨では、多品種対応での均一性向上に効果的なものになる。

本発明のロール状の研磨工具２０では、その表面はポリウレタン、又は不織布からなり、高速回転する表面をカラーフィルタ基板１の表面に接触させて研磨する。

一対のロール状の研磨工具の基板移動方向に対する傾き角が３０°〜９０°未満の角度の範囲で選択、例えば４５°に設定した場合、ロール状の研磨工具２０ａはその研磨方向は、基板移動方向に対し右４５°（＋向き）となり、次のロール状の研磨工具２０ｂはその研磨方向は、基板移動方向に対し左４５°（−向き）となり、一対のロール状の研磨工具２０ａ、２０ｂを用いたカラーフィルタ基板面と接触させ、研磨する方法である。その研磨時は、ロール状の研磨工具をカラーフィルタ基板の移動方向と反対方向に、５０〜６００ｒｐｍの回転をさせながら、カラーフィルタ表面を研磨するカラーフィルタ用研磨方法である。

本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの研磨方法の一実施例を説明するカラーフィルタ用研磨機であり、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、側面図である。 本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの研磨方法の一実施例を説明するカラーフィルタ用研磨機の研磨部の上面図である。 本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの研磨方法の一実施例を説明するカラーフィルタ用研磨機の定盤の側断面図である。 従来の液晶表示装置用カラーフィルタの研磨方法の一例を説明するカラーフィルタ用研磨機の上面図である。

符号の説明

１…ガラス基板（カラーフィルタ基板）
７…加圧ポイント
８…研磨用ロール
９…研磨方向
１０…定盤
１１…パターン配列方向
１２…移動方向
１９…ステージ
２０…ロール状の研磨工具
２０ａ…ロール状の研磨工具
２０ｂ…ロール状の研磨工具
２１ａ…研磨工具受け
２１ｂ…研磨工具受け
２２ａ…研磨工具受け
２２ｂ…研磨工具受け
２３…加圧センサー
２４…エアシリンダー
２９…研磨部
３０…架台
３２…ガイドレール
３３…ピニオン
３４…ラック
３７…投入側
３８…搬出側
３９…搬送部

Claims (5)

1. 板状基板表面をロール状研磨工具の回転により研磨する研磨機において、
   水平な長尺状の架台上に、被研磨基板を載置固定する定盤と、該定盤を投入側と搬出側との間で移動可能にする搬送機構と、２台１組のロール状研磨工具を水平方向の傾き角が基板移動方向に対し３０°以上９０°未満でかつ互いに線対称となる角度で配置した研磨部とを少なくとも設け、前記研磨工具をその下面が定盤の移動方向と反対方向に５０〜６００ｒｐｍで回転させた状態の研磨部に定盤を通過させることにより前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨機。
2. 前記ロール状研磨工具は、その表面がポリウレタン、又は不織布からなることを特徴とする請求項１に記載の研磨機。
3. 前記ロール状研磨工具は、上下動する機構を備え、基板への垂直方向の押し当て量を設定可能であることを特徴とする請求項１、又は２に記載の研磨機。
4. 前記基板表面の、前記研磨工具との接触部の平面度を±３０μｍ以内としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の研磨機。
5. 板状基板表面をロール状研磨工具の回転により研磨する、前記本発明の請求項１乃至４のいずれか１項に記載の研磨機を用いたカラーフィルタ用研磨機であって、
   前記基板表面の、前記研磨工具との接触部の平面度を±３０μｍ以内としたことを特徴とするカラーフィルタ用研磨機。

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