JP2010102063A

JP2010102063A - カラーフィルタ基板の修正方法およびカラーフィルタ

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Publication number: JP2010102063A
Application number: JP2008272794A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Shimizu; みゆき清水; Masashi Iguchi; 正士井口; Yukihiro Kimura; 幸弘木村
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: JP5556001B2

Abstract

【課題】液晶表示装置用カラーフィルタの、異物等を含んで着色層の膜厚が部分的に厚くなった際、異物部分だけを除去した小面積をインクで修正し、異物付着で凸部となった周辺部位の平坦化を行い、膜厚のバラツキを小さくして良品とするカラーフィルタ基板の欠陥修正方法、および該欠陥修正方法で修正されたカラーフィルタを提供することで、カラーフィルタ基板の製造工程における欠陥修正負荷を削減し、歩留まりを改善する。
【解決手段】レジスト材料で表面に少なくとも着色画素がパターンニングされた、複数の工程で形成されるカラーフィルタ基板上にレーザー光を照射して、前記基板上の欠陥を修正するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法において、前記着色画素を形成する着色層の膜厚が厚くなった不良部分に、アパーチャのサイズを変更して照射領域を変えながらレーザー光を繰り返し照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置等に用いる、レジスト材料で表面に少なくとも着色画素がパターンニングされた、複数の工程で形成されるカラーフィルタ基板上にレーザー光を照射して、基板上の欠陥を修正するカラーフィルタ基板の修正方法および該修正方法で修正されたカラーフィルタに関する。

液晶表示装置用カラーフィルタの製造工程において、歩留まりを改善するためにカラーフィルタ基板中の欠陥を修正している。一般に、液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、柱状スペーサおよび配向制御用突起が順次形成されている。カラーフィルタ製造の中間工程、例えば着色層の形成工程において欠陥が発生した場合、特許文献１に開示されているように、まず異物近傍の欠陥部をレーザーで除去する。その後、特許文献２及び特許文献３に開示されているように、塗布針あるいはディスペンサを用いて、修正インクを塗布して硬化させることにより良品とする修正方法がある。

カラーフィルタの製造工程において、代表的な不良の一つとして、「異物」が付着する欠陥が挙げられる。この異物には、レジスト材料の硬化片や、装置のベアリング削れ等による金属片、あるいは埃などの多様なバリエーションが存在する。カラーフィルタの着色層を形成する際に、例えばガラス基板上に異物が存在したまま、着色層を形成した場合、異物が付着した周辺の着色層の膜厚が厚くなってしまう。膜厚が厚くなる部分が広範囲におよんだ場合、従来の修正方法では、膜厚が変動した部位全体を除去し、除去した部分に修正インクを塗布していた。そのため、修正インクの塗布面積が広くなり、修正を行っても、周囲と色が微妙に異なるため、修正箇所が後工程の検査で検出され、不良と判定される場合がある。

また、近年の液晶表示装置の技術においては、カラーフィルタも狭ギャップ化、広視野角対応の構成となっているため、緩やかな膜厚変化であっても、液晶の配向を乱し、輝点不良の原因となるといった問題が生じる。そのため、特殊な布等で膜厚が厚くなった部分を部分的に摩擦することで表面を削ぎ落とす“研磨”による修正がある。しかしながら、例えば、“研磨”による修正では、異物による膜厚の厚い欠陥以外の正常な製品部分にもダメージを与えることがある。また、“レーザー照射による昇華”では、対象とする修正面積が大きいと、修正作業の負荷が高くなり、工程タクトの関係で修正の対応が出来ないことがあり、仮に修正を行っても、前述したように、面積が大きいと修正箇所が後工程の検査で検出され、不良と判定されるため、良品化できないという問題があった。
特開昭６２−１９１８０４号公報特許第３３８１９１１号公報特開平２００６−１４５７８６号公報

本発明は上述の事情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の製造工程において、異物等を含んで着色層の膜厚が部分的に厚くなった際、異物の付着した部分だけを除去することで、除去部の面積を小面積化した上でインクで修正し、異物付着
で凸部となった周辺部位の平坦化を行い、膜厚のバラツキを小さくして良品とするカラーフィルタ基板の修正方法、および該修正方法で修正されたカラーフィルタを提供することで、カラーフィルタ基板の製造工程における欠陥修正負荷を削減し、歩留まりを改善することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、レジスト材料で表面に少なくとも着色画素がパターンニングされた、複数の工程で形成されるカラーフィルタ基板上にレーザー光を照射して、前記基板上の欠陥を修正するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法において、前記着色画素を形成する着色層の膜厚が厚くなった不良部分に、アパーチャのサイズを変更して照射領域を変えながらレーザー光を繰り返し照射することを特徴とするカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記レーザー光の出力、照射面積、ショット回数を変化させて、該レーザー光を繰り返し照射して前記着色層の表層を除去することを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記レーザー光のフルエンスが、１００ｍＪ／ｃｍ²以下であることを特徴とする請求項１または２に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記レーザー光を照射する対象が、着色層形成後、該着色層内の異物をレーザーで除去し、除去された箇所に前記着色層と同色の修正インクを周辺の正常な部位の膜厚よりも厚くなるように塗布、乾燥する修正箇所であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項５に係る発明は、前記レーザー光のスポット径を固定し、カラーフィルタ基板が設置されている装置のステージを移動させることで、広範囲の面積の前記着色層を修正することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項６に係る発明は、前記レーザー光のスポット径を固定し、該レーザー光を走査させて、広範囲の面積の前記着色層を修正することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項７に係る発明は、前記レーザー光の照射中に、該レーザー光のフォーカスを移動して、修正対象着色層表面における該レーザー光の照射強度の分布を変更することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項８に係る発明は、前記レーザー光として、フェムト（１０^-15）秒レーザーを使用することを特徴とする請求項１または２、または請求項４〜７の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

また、本発明の請求項９に係る発明は、欠陥を修正するカラーフィルタ基板が、カラーフィルタ形成工程の中間工程の基板であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法である。

次に、本発明の請求項１０に係る発明は、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着
色画素、透明導電膜、柱状スペーサおよび配向制御用突起が順次形成された、もしくはいずれかの組み合わせで形成された、液晶表示装置用カラーフィルタであって、上記請求項１〜９のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の欠陥修正方法によって、欠陥部分が修正されたことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明の請求項１１に係る発明は、カラーフィルタ基板の欠陥を、上記請求項１〜９のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法によって、欠陥部分を修正した後、更に、前記着色層が機械的または化学的方法によって、研磨されたことを特徴とするカラーフィルタである。

本発明のカラーフィルタ基板の修正方法によれば、従来の一挙に異物や欠陥部を昇華させるために行っていた広範囲へのレーザー光の照射と異なり、照射領域を変えながら、小面積にレーザー光を繰り返し照射するために、これまで修正できずに不良としていた、異物等によるブラックマトリックスや着色層の膜厚異常について、レーザー光を照射し欠陥部（膜厚部）の表層部分を少量ずつ繰り返し除去し、膜厚を周辺と一致させ、欠陥部分を良品化する。そのため、カラーフィルタ製造工程の中間工程の歩留まりを向上させることができる

本発明のカラーフィルタ基板の修正方法を、一実施形態に基づいて、図面を参照して以下に詳細に説明する。

図１は、本発明のカラーフィルタ基板の修正方法の一実施形態を説明する部分拡大概略図である。図１（ａ）は、平面視格子状のブラックマトリックス２０で区画されたＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）着色画素２１，２２，２３の、グリーン着色層２２上の異物欠陥を顕微鏡で観察した場合を示し、点線は異物付着により着色層の膜厚が変わったことによる干渉縞が見える範囲を示している。図１の（ｂ）〜（ｅ）は、図１（ａ）中のＸ−Ｘ’の断面図である。図１（ｂ）に示すように、従来の修正方法では、膜厚変化が生じた部位全体の大きな面積を除去する。一方、本発明の方法では、図１（ｃ）に示すように、点線で囲われた異物３０の核部分のみを、エネルギーの比較的大きなレーザー光を照射して除去する。異物の形状にもよるが、従来の修正方法で除去する着色層の面積に比較して、本発明の修正方法で除去する面積は１／５〜１／１０程度となる。図１（ｄ）は異物が除去された部分に修正インキ４０が塗布され、硬化、乾燥させた状態で、過剰膜厚部分が残っている状態を示す。図１（ｅ）は、レーザーを繰り返し照射して、過剰膜厚部分が除去されて良品化された状態を示す。

まず、修正のフローとして、順に、異物除去、色修正、膜厚調整となる欠陥修正方法の実施例について説明する。
（１）カラーフィルタ基板上の異物欠陥を、検査機にて検出し、欠陥の位置をデータとして記録する。以下、欠陥修正装置における作業となる。
（２）上記位置データに基づき、欠陥（異物）位置へレーザー光照射装置のレーザー光の照射スポットを移動する。
（３）図１（ｃ）に示すように、異物３０の核部分にレーザー光を照射し、昇華・除去する。
ここで、レーザー光源は、強度可変のレーザー光源が選定される。昇華時に必要な光強度を確保するためにＹＡＧレーザーを用いる。レーザー光の照射条件は、ＹＡＧレーザー第４高調波、波長２６６ｎｍ、フルエンス１００ｍＪ／ｃｍ²、発振周波数３０Ｈｚ、ショット数１０とする。
（４）図１（ｄ）に示すように、異物が除去された箇所に、熱硬化性樹脂の修正インク４
０を塗布し、乾燥、硬化させる。
（５）修正箇所周辺の正常部と修正箇所との膜厚の差を非接触の高さ測定器にて測定し、膜厚差が検出されない場合は、良品として次工程に送り、膜厚差が生じている場合には、以下の本発明の欠陥修正方法を実施する。
（６）本発明の欠陥修正方法に基づき、図１（ｄ）に示すように、アパーチャのサイズを広いＷ５０から狭いＷ５１のように変更して、照射領域を変えながらレーザー光を繰り返し照射して膜厚過剰分を除去し、最終的に図１（ｅ）に示すように、周辺の膜厚と一致させる。なお、このとき、アパーチャのサイズを狭いＷ５１から広いＷ５２に変更することであっても、膜厚過剰分の除去は可能であるので、構わない。レーザー光の照射条件は、ＹＡＧレーザー第４高調波、波長２６６ｎｍ、フルエンス５０〜１００ｍＪ／ｃｍ²、発振周波数３０Ｈｚとする。なお、加工量とショット数は、着色層ごとに異なるため、予め膜厚修正対象の着色層ごとに調べておき、必要なショット数を設定する。
（７）膜厚差を測定し、周辺と一致したことを確認したのち、次工程に送る。

また、上記した修正のフローと異なり、予め本発明の修正方法で膜厚調整した後、順に、異物除去、色修正し、更に、本発明の修正方法での膜厚調整とすることも可能である。しかし、工程を簡略にするためには、着色層内の異物をレーザーで除去し、除去された箇所に前記着色層と同色の修正インクを周辺の正常な部位の膜厚よりも厚くなるように塗布、乾燥することで、前者の修正フローでの作業が可能であり、欠陥修正に必要な時間が短縮される。

図２は、レーザー光の照射領域とアパーチャサイズの関係を説明する概念図である。本発明の修正方法では、欠陥部分の大きさと膜厚の変化に合わせて、アパーチャのサイズを変更して、照射領域を変えながらレーザー光を繰り返し照射して膜厚過剰分を除去するが、図２（ａ）に示すように、アパーチャサイズを変えずにスリットを固定した場合には、照射領域全体が均一に、すなわち同じ厚み分加工される。それに対して、図２（ｂ）に示すように、スリットを外側から内側に、あるいは、図２（ｃ）に示すように、スリットを内側から外側に可変として段階的にアパーチャサイズを変更することで、加工する厚みを段階的に変化させることが可能である。そのため、修正箇所の断面・厚み形状に合わせた加工ができる。なお、アパーチャを大きくしていく場合と、小さくしていく場合での加工量の差は見出せない。

また、除去する対象によって、最大出力（Ｗ）の何％でレーザー光を取り出すかを変化させる。さらに、除去する対象の膜厚が厚ければ、加工速度を速めるために、繰り返し周波数を増やして対応するが、前述したように、加工量とショット数は、着色層ごとに異なるため、予め膜厚修正対象の着色層ごとに調べておき、必要なショット数を設定する。一例として、上記した実施例で使用したと同一の着色画素を形成しているレジストの着色層別の加工量を、表１に示す。ここで、用いたレーザー光の照射条件は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、第４高調波、波長２６６ｎｍ、フルエンス５０ｍＪ／ｃｍ²、発振周波数３０Ｈｚで、表１には、２００ショット後の加工量（単位［μｍ］）を示した。

次に、本発明のカラーフィルタ基板の修正方法では、レーザー光の波長が、２６６ｎｍ以下のＹＡＧレーザーが好ましく用いられる。膜厚調整時は、周囲へのダメージを考慮して強度を弱くし、異物昇華時は、強度を強くするため、強度可変のレーザー光源が選定される。昇華時に必要な光強度を確保するためにＹＡＧレーザーが好ましいが、ＹＡＧレーザーでは取り出される波長が決まっていて、２６６ｎｍを超えるものとしては、例えば３５５ｎｍと５３２ｎｍがある。２６６ｎｍは、３５５ｎｍよりも微小な電子振動により発熱量が少なく、微細な加工が可能であり、異物による膜圧変動を平坦化して良品化させるためには２６６ｎｍ以下の波長を用いることが好ましい。

なお、上記した、レーザー光の波長が２６６ｎｍ以下のＹＡＧレーザーとは別に、本発明の修正方法においては、レーザー光として、チタンサファイアレーザー等のパルス幅がフェムト秒（１０^-13〜１０^-15）台のパルスレーザーも好ましく使用することができる。平均強度が微弱でもパルスのピークでは大きな光強度が得られると共に、波長が８００ｎｍ〜１２００ｎｍの近赤外光を用いることで、周囲の正常な部位にダメージを与えることなく微妙な膜厚修正や、微小突起の修正が可能となる。

また、本発明のカラーフィルタ基板の修正方法では、レーザー光のスポット径を固定し、レーザー光を走査させることで、広範囲の面積の着色層を修正することが可能である。アパーチャサイズを変えずにスポット径を固定してレーザー光を走査させると、レーザーの照射部分が狭くなるが、アパーチャサイズを変更することで、広い範囲での均一加工を行うことが可能となる。

図３は、フォーカスの違いによる加工量の違いを説明する模式図である。レーザー光の照射中にフォーカスを移動して、修正対象着色層表面におけるレーザー光の照射強度の分布を変更することで、図３に示すように、Ａでは照射エリアを広くして加工厚みを小さくする、あるいは、Ｂのように照射エリアを狭くして加工厚みを大きくすることが可能である。

以上説明したように、本発明の修正方法においては、対象異物にレーザー光の焦点を速やかに合わせる、あるいは、機能ヘッドから修正インクを塗布する、さらに、レーザー光の照射範囲を変えつつ厚み修正を行う等の動作を繰り返す必要がある。そのため、レーザー照射機構と、厚み（高さ）測定を含む観察機構と、修正インク塗布・乾燥用等の機能ヘッドとは、高精度での駆動が求められる。本発明はその駆動手法には限定されないが、サーボドライブを用いた３軸位置決め機構を適用する、あるいは、基板テーブルをＸＹ方向に移動させることで、レーザー照射機構と観察機構と機能ヘッドはＺ軸方向のみの移動させる方法等を採用することで、本発明の修正方法の有効性がより発揮される。本発明のカラーフィルタ基板の修正方法により、従来修正が難しかった異物等による着色層の膜厚不良品の良品化が図れるため、歩留まりが向上し、生産性向上への寄与が期待できる。

本発明のカラーフィルタ基板の欠陥修正方法の一実施形態を説明する部分拡大概略図。レーザー光の照射領域とアパーチャサイズの関係を説明する概念図。レーザー光のフォーカスの違いによる加工量の違いを説明する模式図。

符号の説明

１０・・・ガラス基板２０・・・ブラックマトリックス
２１・・・レッド着色層２２・・・グリーン着色層２３・・・ブルー着色層３０・・・欠陥（異物）４０・・・修正インク
５０・・・アパーチャサイズ（Ｗ）５１・・・アパーチャサイズ（ｗ）
５２・・・スリット６０・・・集光レンズ

Claims

レジスト材料で基板表面に少なくとも着色画素がパターンニングされた、複数の工程で形成されるカラーフィルタ基板上にレーザー光を照射して、前記基板上の欠陥を修正するカラーフィルタ基板の修正方法において、
前記着色画素を形成する着色層の膜厚が厚くなった不良部分に、アパーチャのサイズを変更して照射領域を変えながらレーザー光を繰り返し照射することを特徴とするカラーフィルタ基板の修正方法。
前記レーザー光の出力、照射面積、ショット回数を変化させて、該レーザー光を繰り返し照射して前記着色層の表層を除去することを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
前記レーザー光のフルエンスが、１００ｍＪ／ｃｍ²以下であることを特徴とする請求項１または２に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
前記レーザー光を照射する対象が、着色層形成後、該着色層内の異物をレーザーで除去し、除去された箇所に前記着色層と同色の修正インクを周辺の正常な部位の膜厚よりも厚くなるように塗布、乾燥する修正箇所であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
前記レーザー光のスポット径を固定し、カラーフィルタ基板が設置されている装置のステージを移動させることで、広範囲の面積の前記着色層を修正することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
前記レーザー光のスポット径を固定し、該レーザー光を走査させて、広範囲の面積の前記着色層を修正することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
前記レーザー光の照射中に、該レーザー光のフォーカスを移動して、修正対象着色層表面における該レーザー光の照射強度の分布を変更することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
前記レーザー光として、フェムト（１０^-15）秒レーザーを使用することを特徴とする請求項１または２、または請求項４〜７の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
欠陥を修正するカラーフィルタ基板が、カラーフィルタ形成工程の中間工程の基板であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法。
ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、柱状スペーサおよび配向制御用突起が順次形成された、もしくはいずれかの組み合わせで形成された、液晶表示装置用カラーフィルタであって、上記請求項１〜９のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法によって、欠陥部分が修正されたことを特徴とするカラーフィルタ。
カラーフィルタ基板の欠陥を、上記請求項１〜９のいずれか１項に記載するカラーフィルタ基板の修正方法によって、欠陥部分を修正した後、更に、前記着色層が機械的または化学的方法によって、研磨されたことを特徴とするカラーフィルタ。