JP3103094B2

JP3103094B2 - パターン部材の形成方法およびそれに用いる装置

Info

Publication number: JP3103094B2
Application number: JP22607590A
Authority: JP
Inventors: 淨隆原; 康弘石野
Original assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Current assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 2000-10-23
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JPH04106502A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、たとえばカラーフィルタのように、基体
の一面に、所定形状のパターン要素を縦横に繰返し配列
したパターン部材を形成する方法、およびその方法を実
施する上で好適な形成装置に関する。

（従来の技術）この種のパターン部材の代表例は、液晶ディスプレイ
のカラーフィルタである。カラーフィルタの製法とし
て、従来、印刷法、フォトリソグラフィ法、転写法およ
びインキジェット法などが知られている。

各製法には、それぞれの利点および欠点がある。たと
えば、パターン精度からすると、フォトリソグラフィ法
が一番であるが、工程が多く複雑であるため、コストお
よび歩留まりの点に難点がある。コストの点からする
と、印刷法およびインキジェット法は優れている。しか
し、印刷法には、印刷インキのにじみおよび位置合わせ
の点に問題があるし、インキジェット法にもインキのに
じみの点に問題がある。転写法もコストの点では比較的
優れているが、まだ開発段階にある技術である。

（発明が解決しようとする課題）コスト的に有利な印刷法およびインキジェット法の共
通の問題として、インキのにじみがある。

この発明は、そうしたインキあるいはパターン形成材
料のにじみを有効に防止し、カラーフィルタ等のパター
ン部材を低コストで形成することができる技術を提供す
ることを目的とする。

（発明の開示）この発明では、基本的に、基体の一面に予め各パター
ン要素の境界領域を被う境界パターンを形成し、その基
体の一面の環境パターン上に、形成すべきパターン要素
の外形に適合した形状をもつノズルの開口部端面を当て
た状態で、可塑性のパターン形成材料の所定量をノズル
の開口部に押し出し、ノズルと基体との間の空間を型と
して前記パターン要素を成形し形成するようにしてい
る。

予め形成した境界パターンを型の一部として利用し、
しかも、各パターン要素に必要なだけのパターン形成材
料を型の中に押し出し、成形することから、可塑性のパ
ターン形成材料がにじみ出ることはない。

そして、成形を終えた後、ノズルの開口部端面を基体
の一面から離す際、成形したパターン要素を加熱し、少
なくともその表面部分を硬化させて基体の一面に仮定着
させることによって、離型処理時にも成形した各パター
ン要素の外形を崩すようなことがない。この仮定着の加
熱温度は、表面が硬化する範囲でできるだけ低い値（た
とえば、200〜220℃）とする。そうした加熱温度によれ
ば、熱膨張の影響を比較的小さく押さえ、位置合わせを
有利に行うことができる。また、表面が硬化していれ
ば、そこに塵が付着すること、および不用意に傷を付け
ることを防ぐことができるので、仮定着を終えた段階
で、パターン要素の検査および修正を有効に行うことが
できる。

以下、この発明について、基体、パターン形成材料、
形成に用いる装置などの各項目ごとに明らかにする。な
お、この発明は、所定形状のパターン要素を縦横に繰返
し配列したパターン部材、たとえばカラーフィルタ、装
飾シートなどに適用することができるが、以下において
はカラーフィルタを中心に説明を進める。

基体基体は各パターン要素、つまり各色画素を支持するた
めの部材であり、一般的なガラス基板のほか、光透過性
の他の部材、たとえば、プラスチック基板あるいはフレ
キシブルなプラスチックフィルム、さらには電気的な素
子が形成された半導体基板なども基体として適用するこ
とができる。

たとえばガラス基板を基体として用いる場合、その表
面を充分に洗浄および乾燥して用いることは勿論である
が、各色画素を形成すべきガラス基板の表面に、予め境
界パターンを形成しておく。境界パターンは、各色画素
の境界領域を被うパターンであり、クロム等の遮光性の
金属材料あるいは黒系の顔料等を含有させたプラスチッ
ク材料によって形成する。その境界パターンの加工は、
パターン精度の高いフォトリソグラフィ技術によるのが
良い。境界パターンは、画像の鮮明度を増すという画像
表示上のメリットを生じるだけでなく、各色画素を形成
する際の型の一部としても機能する。成形用の型という
点からすると、境界パターンを金属材料、その中でも硬
度の高いクロムで形成するのが最も良い。その点、後で
述べる各色画素の成形についての説明において、より明
らかにする。

パターン形成材料カラーフィルタの色画素は、一般に、レッド、グリー
ン、ブルーの三色である。したがって、それらの色画素
を構成するためのパターン形成材料も三色である。パタ
ーン形成材料は、プラスチック材料の中に各色に応じた
顔料を分散したものである。それを成形して各色画素を
得ることから、その材料自体が可塑性であり、印刷イン
キあるいはインキジェット用のインキなどよりも粘度が
高く、したがって、にじみを生じにくい。プラスチック
を着色する材料という点からすれば、顔料のほか染料も
あるが、ここでは、成形後に各色画素を加熱処理して硬
化させるため、耐熱性に優れた顔料を用いる。顔料は、
また、コストの面でも有利である。

形成に用いる装置形成装置の一例を第１図に示す。形成装置10は、可塑
性のパターン形成材料の供給源となる供給部101と、供
給部101から供給されるパターン形成材料の所定量を用
いてパターン要素（色画素）を成形するノズルユニット
102と、ガラス基板等の基体12を支持する支持部103とを
備えている。

供給部101には、可塑性のパターン形成材料を加圧状
態で貯えるタンク20のほか、タンク20とノズルユニット
102とを結ぶ配管の途中に位置するヘッダー40を含む。
タンク20には、上が開いた容器となったタンク本体21
と、タンク本体21の上部を被う蓋22とがある。蓋22は、
ヒンジ付きのボルト23および蝶ナット24によってタンク
本体21に開閉可能に取り付けられる。これらの蓋22とタ
ンク本体21との接合部にはシールリング25を入れ、タン
ク20の内部の密閉を図る。こうしたタンク20の内部は、
薄い板で構成した中蓋26によって上下に二分される。株
の室27bがパターン形成材料を入れる部分であり、ま
た、上部の室27aは蓋22の中央のポート28から乾燥した
圧縮空気を入れる部分である。そこで、中蓋26は、上部
の室27aの圧縮空気から圧力を受け、下部の室27bの中に
パターン形成材料を加圧状態で貯えるようにする。

タンク20の内部の下部の室27bは、タンク本体21の底
の供給ポート29から配管30a,30bを通してノズルユニッ
ト102側に連絡する。ヘッダー40は、配管30aと配管30b
との間に位置する。このヘッダー40は、円筒形の容器で
あり、供給部101から供給されるパターン形成材料をノ
ズルユニット102側の各押出し機構の部分に均等に配分
するためのものである。なお、タンク20に近い配管30a
の途中にＴ字型のジョイントを設け、そこにストップバ
ルブ41を設けてあるが、そのストップバルブ41はタンク
20の洗浄およびドレン排出のために利用する。

次に、供給部101に連絡するノズルユニット102に注目
する。

ノズルユニット102には、下部にノズル50がある本体5
1のほか、本体51自体を上下動させる上下動機構60、お
よび本体51の中にあり、ノズル50から所定量のパターン
形成材料を押し出す押出し機構70がある。上下動機構60
は空気アクチェータを利用した昇降手段であり、本体51
の下部のノズル50を基板12の上面に当てた位置と、基板
12上から離した位置との間、本体51を昇降させる。

一方、押出し機構70は、第２図に示す本体51の部分の
断面構造から分かるように、水平方向に配置したプラン
ジャ装置71と、プランジャ装置71に直交するポンチ装置
80とからなる。プランジャ装置71は、プランジャ72とリ
タンスプリング73とを備え、また、プランジャ72には、
Ｏ−リング74を保持した頭部72aと、所定体積の孔75を
あけた本体部分72bがある。こうしたプランジャ72およ
びリターンスプリング73は、本体51の中の横穴52の中に
あり、通常、プランジャ72は、リターンスプリング73の
力によって、その通部72aが閉じ蓋76の内面に当たって
いる。そして、その状態で、本体部分72bの孔75は、供
給部101のタンク20側に通じるチャンバー53の開口53aに
整合した位置にある。しかし、閉じ蓋76に設けたポート
76aから圧縮空気を供給すると、プランジャ72はリター
ンスプリング73を変形し、本体部分72bの孔75を縦穴54
に整合した位置まで移動する。ここで、孔75の中には所
定量のパターン形成材料が充填されているが、それが各
色画素を形成するために必要とされる量となっている。

ポンチ装置80は、孔75内のパターン形成材料をノズル
50側に押し出すためのものである。このポンチ装置80
は、ポンチ81と、ポンチ81を支持するピエゾ部材82とか
らなり、ピエゾ部材82に対して電圧を印加することによ
って、ポンチ81を上下方向に移動させることができる。
ポンチ81が下方に移動すると、孔75内のパターン形成材
料をノズル50の開口部50aに押し出すことになる。ノズ
ル50の開口部50aは、各色画素に合った形状であり、鎖
線で示す基体12の上面およびその上に形成した境界パタ
ーン14とともに、色画素を成形するための型として機能
する。成形時、パターン形成材料が境界パターン14とノ
ズル50の端面との間から漏れ出ないようにするため、ノ
ズル50の端面を境界パターン14に密着させるようにする
のが好ましい。しかし、パターン形成材料の粘度、ある
いはポンチ装置80の押出し力などを選ぶことによって、
ノズル50の端面を境界パターン14に必ずしも完全に密着
させることなく、ごくわずかな隙間は許容される。パタ
ーン形成材料の漏れを確実に防ぐ点からすると、境界パ
ターン14をより平滑性の高い面が得られる金属材料、そ
の中でも硬度の高いクロムで形成するのが最適である。

なお、ポンチ装置80とプランジャ装置71とを含む押出
し機構70は、第３図の平面図から分かるように、複数の
色画素に対応して、本体51の中に複数のものが一列状に
配置されている。そしてまた、図には示さないが、ノズ
ルユニット102には、高周波加熱を利用した加熱手段も
設けられている。その加熱手段は、ノズル50の開口部50
aを加熱することによって、そこに成形した色画素の少
なくとも表面部分を硬化させるためのものである。

また、形成装置10では、基体12上に予め形成した境界
パターン14に対してノズル50の端面を当てた状態で成形
を行うので、ノズル50に対して境界パターン14を正確に
位置合わせすることが必要である。そこで、基体12を支
持する支持部103には、その上面に基体12を吸着して固
定する支持台16と、その支持台16についてＸ、Ｙ、θ方
向の位置を微調整するための調整装置18がある。なお、
カラーフィルタを形成する場合、一列の各色画素を形成
した後、その隣りの列の各色画素を形成するというよう
に、ステップ・アンド・リピートによって順次色画素を
形成して行く。その際の搬送手段としては、粗動と微動
との二段にわたる搬送形態を採るのが良い。たとえば目
的とする位置の手前５μｍまでの粗動をパルスモータで
行い、ついで、圧電アクチェータによってたとえば0.1
μｍ程度の精度で微動を行う。

以上からも理解されるように、形成装置10では、ノズ
ルユニット102が全体的に昇降し、ノズル50が基体12上
の境界パターン14に載った後、押出し機構70によって色
画素の成形を行う。その場合、ノズル50の位置の選択
は、ポート76aに連絡する配管途中の空気用電磁弁、お
よびピエゾ部材82への電圧の印加により行う。成形を終
えると、各色画素は、加熱手段によって加熱処理し、仮
定着することは勿論である。

成形を終えたら、その直後に成形の状況について検査
を行う。そして、もしも色画素に成形不良などの欠陥が
あったら、不良部分を剥がし、その部分の色画素を再び
成形することによって修正する。修正装置自体は、前記
した形成装置10に準じた装置を用いることができる。不
良部分に対応したノズル50を選択して成形処理をすれば
良い。

次に、以上の各手段あるいは装置を含む、カラーフィ
ルタの製造ラインの一例を第４図に示す。

図に示すように、その製造ライン200は一連となって
おり、外からの悪影響（いわゆる外乱）が入る余地は非
常に少ない。レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー
（Ｂ）のすべての色画素についての成形、検査、修正を
終えた後、各色をまとめてポーストベーキングの処理を
行う。ポーストベーキングは、各色画素を基体12の上に
強固に定着させる処理であり、たとえば300℃前後の高
温での加熱処理である。成形後の仮定着のための加熱温
度は、たとえば200〜220℃であり、そのために成形した
色画素は表面部分のみが硬化し、内部は溶融している
が、このポーストベーキングでの高温によって、色画素
は全体的に硬化して基体12に強固に付着する。

ついで、トップコーティング、およびそのベーキング
の各処理を行う。トップコーティングは、定着された各
色画素を保護するための表面保護膜を施す処理であり、
また、ベーキングはその表面保護膜を定着させる処理で
ある。

こうした一連のラインは製品の歩留まりを向上する上
で非常に有効であるが、さらに、特に重要な形成装置10
の部分には、外気圧よりもたとえば水柱で10cm程度高く
加圧して、外気が流れ込まないようにするのが良い。

（発明の効果）この発明によれば、カラーフィルタの各色画素を成形
によってパターニングすることによって、フォトリソグ
ラフィ技術におけるマスクを不要として工程を簡略化す
ることができる。特に、この発明では、ノズル50の開口
部50aに所定量のパターン形成材料を押し出し、しか
も、ノズル50の開口部50aだけでなく、境界パターン14
をも成形用の型として利用するようにしているので、材
料のにじみを有効に回避することができる。

また、この発明では、成形時の加熱温度を比較的低く
し、成形後に高温で各色画素をまとめて定着させるよう
にしているので、各色画素の位置合わせおよび修正を正
確かつ有効に行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明で用いる成形装置の一例を示す概略
構成図、第２図は、ノズルユニット部分の断面構造図、第３図は、ノズルユニット部分の平面図、そして、第４図は、製造ラインを示すレイアウト図である。 10……形成装置、101……供給部、102……ノズルユニッ
ト、103……支持部、12……基板、14……境界パター
ン、20……タンク、50……ノズル、51……本体、60……
上下動機構、70……押出し機構。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02B 5/20 101 B05D 1/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基体の一面に、所定形状のパターン要素を
縦横に繰返し配列したパターン部材を形成する方法であ
って、前記基体の一面に予め各パターン要素の境界領域
を被う境界パターンを形成し、その基体の一面の境界パ
ターン上に、形成すべきパターン要素の外形に適合した
形状をもつノズルの開口部端面を当てた状態で、可塑性
のパターン形成材料の所定量をノズルの開口部に押し出
し、ノズルと基体との間の空間を型として前記パターン
要素を成形し、しかも、成形したパターン要素を加熱
し、少なくともその表面部分を硬化させて基体の一面に
仮定着させた後、ノズルの開口部端面を基体の一面から
離す、パターン部材の形成方法。
【請求項２】基体の一面にすべてのパターン要素を仮定
着させた後、それらすべてのパターン要素を、前記仮定
着時の加熱温度よりも高い温度でまとめて加熱し、基体
の一面に定着させる、請求項１に記載のパターン部材の
形成方法。
【請求項３】パターン部材がカラーフィルタであり、パ
ターン要素が赤、緑、青の色画素である、請求項１に記
載のパターン部材の形成方法。
【請求項４】請求項１のパターン部材の形成方法を実施
するための装置であって、（ａ）可塑性のパターン形成材料を加圧状態で貯えるタ
ンク、（ｂ）ノズルを含む本体の内部がタンクに連絡し、その
ノズルの開口部が形成すべきパターン要素の外形に適合
したノズルユニット、（ｃ）ノズルユニット内にあり、ノズルから所定量のパ
ターン形成材料を押し出す押出し機構、（ｄ）ノズルユニットを上下動させる上下動機構、（ｅ）ノズルユニットのノズルの開口部に対向する位置
に基体を支持する支持台、（ｆ）支持台上の基体をノズルの開口部との関係で位置
合わせする位置合わせ機構、（ｇ）ノズルから押し出し成形したパターン要素を加熱
し、少なくともその表面部分を硬化させる加熱手段、を備えたパターン部材の形成装置。
【請求項５】前記ノズルユニットが前記加熱手段を含
み、その加熱手段によってノズルの開口部を加熱する、
請求項４に記載したパターン部材の形成装置。