JP4736484B2 - カラーフィルターの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パタン化された赤・緑・青や、シアン・マゼンダ・イエローの３色、及びこれに黒を加えた４色からなる着色層が透明基板上に形成された、凹版を使用した反転印刷カラーフィルターの製造方法に関するものである。

近年、フラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が注目されており、その薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノート型のパーソナルコンピューター（ＰＣ）、ＰＣ用のモニターを中心に市場が急速に拡大した。

また最近は、従来からＣＲＴが主流であったＴＶ向けにも大型のＬＣＤが利用されるようになってきた。

液晶カラーフィルターは、パタン化された赤・緑・青や、シアン・マゼンダ・イエローの３色、及びこれに黒を加えた４色からなる着色層が透明基板上に形成されたものである。

この着色層は従来より、感光性顔料分散レジストをフォトリソ処理によって形成されているが、近年、液晶カラーフィルター（ＣＦ）の低コスト化を実現する為、印刷法によって形成する事が提案されている。

印刷法には、凹版にインキを塗布、スキージで不要なインキを除去し、凹版内に残ったインキをオフセットブランケットに転写し、被印刷基板に印刷する方法（例えば、特許文献１参照。）や、オフセットブランケットにインキを塗布、凹版で不要なインキを除去し、オフセットブランケットに残ったインキを被印刷基板に印刷する方法が知られている。（例えば、特許文献２参照。）
この様な凹版の製造方法としては、一般的に硝子基板を金属薄膜をマスキング材として使用しフッ酸等の薬液で硝子を溶解して形成する方法が知られている。

また、反転印刷用の凹版は、画面パタン、合わせ基準マーク、遮光用額縁パタンと様々な寸法のパタンを同一の刷版上に配置する必要がある。これらの様々な寸法のパタンをオフセットブランケットから凹版へ転写する場合、版深が浅いとオフセットブランケットのニップ圧により凹部の底にオフセットブランケットが接触する現象が認められる。この現象を回避する方策として、凹部の開口寸法が大きいパタンでは版深を深く設計する方法をとっている。

なお、ここで言う反転印刷は、図９から図１１で示す様な、シリコン樹脂面に樹脂を塗布して塗布面を形成する塗布工程（図９）と、該塗布面に対し所定の形状で形成された凸版を押圧して凸版の凸部分に樹脂を転写除去する除去工程（図１０）と、塗布面に残った樹脂を基盤に転写する転写工程（図１１）とからなる印刷法を示す（特許文献３参照）。

しかし、前記硝子凹版の従来の製造方法では、版深を変更する為に、設定版深毎に複数回のマスキング層のフォトリソ処理及び硝子エッチング処理をする必要がある。

この場合、マスキング層の開口部を硝子エッチングする際、硝子のウェット・エッチング時の方向性が（深さ方向）：（横方向）≒１：１である為、深さ数μｍの硝子エッチングを行った場合、マスキング層の下に深さと同等量のオーバーハングが発生してしまう。

この為、硝子エッチ処理後マスキング層のエッジが浮いた状態で再度レジスト形成からの一連のフォトリソ処理を行う事は不可能であり、硝子版材のウェット処理の繰り返し回数には限度があり、１回のマスキング層形成後最大２回迄のウェット処理が限界と考えられる。

また、カラフィルターサイズの要求も高精細のモバイルＰＣから比較的画素サイズの大きい液晶ＴＶまで多岐に渡っている。

画面が大型化する中でカラーフィルター内に配置されているパタンサイズも、細線から大パタンまで混在するようになっている。この為、刷版を設計する上でパタンサイズと版深の関係からなる印刷可能域毎にパタンを層分類した場合、３層以上の分類が必要となり版深を３段以上に変更する設計が要求される様になってきている。

このように、硝子刷版において、従来のウェット処理法だけでは２段までの版深形成が限界であり、３段以上の版深の製版に対応出来なくなっている。

特許文献は以下の通り。
特開昭６２−８５２０２号公報 特開２００５−３１１９１号公報 特開平１１−５８９２１号公報

本発明は上記問題点になされたもので、その目的とするところは反転印刷カラーフィルターの製造において、印刷パタン寸法に応じて版深を変更した２版以上の刷版を用いて、技術的容易に且つ安価に表示品位の高いカラーフィルターを提供することである。

本発明はこの課題を解決するため、まず請求項１は、
オフセットブランケットにインキを塗布、凹版で不要なインキを除去し、オフセットブランケットに残ったインキを被印刷基板に印刷する反転印刷法によるカラーフィルターの製造方法において、カラーフィルターの色パタンないしブラックマトリクス（ＢＬＫ）パタンの一色分のパタンを版深の異なる２版以上の版に分割して形成し、この版を用いて一色のパタンを複数回に分けて印刷することを特徴とするものですある。

このうち、分けて印刷する必要性は、請求項１の様にブラックパターンが高い場合が多い。これは、請求項２の様にパタンがアイランドパターンと額縁パタンと細線パタンとでは違い、一度での印刷には不向きだからである。

複数回の印刷により１つのパタンを形成する際、重ね精度が重要でり、各刷版に重ね合わせ用のアライメントマークを形成し、画像処理により制御すれば良い。

また連続印刷の方法として、連続印刷機で連続して反転印刷し最後に硬膜する方法と、単色機複数台で刷版を入れ替えながら繰り返し印刷する方法が可能である。

前者の場合、印刷インキが硬化せず重ね刷りする事で、重なり部の膜厚の増加を抑え、１色分のパタン形成時間の短縮が図れる。後者の場合、装置サイズを短くし調整が容易である。

使用する刷版の枚数は形成する版深の種類により設計すれば良く、同一凹版上に１種類（レイヤー）ないし２種類（レイヤー）以上の版深にて設計すれば良い。また、必要により色パタン、ＢＬＫパタンで刷版数を設定すれば良い。

凹版の凹形状の形成は、ウェット処理およびドライ処理ないし、両方の併用により可能である。

ウエット処理としては、硝子エッチング液にフッ酸系のエッチング液が使用し、マスキング層として、硝子エッチング液に対する耐性の得られるクロム、ＩＴＯ膜、チタン及びその酸化物等の金属薄膜材料が使用できる。

ウェット処理では工程設計上、下記の如く２種類（レイヤー）の版深の硝子エッチング処理まではマスキング層のオーバーハングの影響を受けずに処理出来る。

（１） 硝子上にマスキング層形成
（２） レジストのパタンα形成の為のフォトリソ処理
（３） マスキング層のパタンαのパタニング
（４） レジストのパタンβ形成の為のフォトリソ処理
（５） パタンα部の硝子エッチング処理
（６） マスキング層のパタンβのパタニング
（７） パタンβ部の硝子エッチング処理
以上である。

ドライ処理としては、感光性レジストにより形成したマスキング層に対するサンドブラスト処理や真空系におけるドライエッチ処理が可能である。

同一凹版上に深さの異なる凹形状を形成する場合、先に形成した凹形状の上に重ねて次のレイアーの凹形状パタンをフォトリソ形成するとパタン形状が変形したり、版材のエッチング時に先に形成した凹形状の壁面より浸食が入り各レイアーのパタン形状が変形することがある。

また複数段の版深を形成する場合、各レイアーの影響の無いようにレイアーの設計及び同一の凹版上に形成する層の順番の設計が重要となる。

刷版の解像性とレイアーを設計する上で、同一版上に形成する版深の種類としては最多でも２から３種類が最適と考えられる。

請求項３は、凹形状の版深と開口寸法の比に係るもので、オフセットブランケットから凹版へ転写する場合、版深が浅いとオフセットブランケットのニップ圧により凹部の底にオフセットブランケットが接触する現象が認められる。

以下に、版深、パタン寸法と、印刷時の底当たり、のデータを表１に記す。

この様に、（版深）／（開口寸法）の比が０．０１以上であれば底当たりし難くなる。

凹版のパタン寸法によりレイアー設計を行う場合、上記のルールに従い版深を振り分ければよい。

レイアーを複数の刷版へ割り振る方法として、
１）パタン寸法に従い版深のレイアーを分類し、刷版に割り振り、全てのレイヤーを前
記（版深）／（開口寸法）比に従い設計する方法、２）版深の浅い版で細線パタンと額縁などの全パタンのエッジ形状を形成し、版深の深い版を前記（版深）／（開口寸法）比に従いを設計し、版深の浅い版で生じた中抜けを版深の深い版で補正することも可能である。

カラーフィルター基板は、対向電極基板とのセルの位置精度を保証する為に、トータルピッチは±３μｍ以下で制御する事が求められている。現在カラーフィルター基板と対向電極基板は熱膨張率の同じ硝子材料を使用し、露光も熱膨張率の低いクウォーツ製のフォトマスクを使用して、トータルピッチの制御を行っている。

反転印刷法における刷版の要求精度は、フォトリソ法の露光マスクと同等のものが求められている。つまり、カラーフィルター基板のトータルピッチの制御には、刷版のトータルピッチの制御が重要となってくる。

また、刷版のフォトリソ処理時露光マスクを介して処理すると露光マスクの精度と同等以下の精度となる為、直描露光機によりパタンデータを描画することも可能である。

刷版のトータルピッチを制御する方法としてはカラーフィルター基板に近い熱膨張率の材料を使用する事が望ましい。

現状、液晶カラーフィルターに使用される硝子基板熱膨張率は３＊１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃程度であり、１０００ｍｍの基板サイズで１℃温度が変化すると３μｍ硝子基板の長さが変化する。液晶ディスプレイの要求仕様である±３μｍを保証する為には、刷版のベース基材とカラーフィルター基板トータルピッチの差は±１．５μｍ以下で制御する必要があり、熱膨張率の差として１５＊１０^-7ｃｍ／ｃｍ／℃以下である事が望ましい。熱膨張率がカラーフィルター基板に近い基材としては、液晶ディスプレイに使用されている低膨張硝子より選定すれば良い。

つまり請求項４はこれに係るもので、前記凹版を構成する刷版用基板と印刷パタンを転写される基板の熱膨張率との差が１５＊１０^−７ｃｍ／ｃｍ／℃以下である事を特徴とするものである。

表１は以下の通り。

本発明の技術を用いることにより、容易に且つ高精度の印刷用刷版を提供することにより、高品位の画像表示が可能な液晶カラーフィルターを安価に生産することが可能となる。

以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

まず、図２および図６で示した様なＡ版とＢ版を用意する。Ａ版は細線パタン２１，６１およびアライメントパタン６４から構成され、対するＢ版はアイランドパターン２２，６２と、額縁パタン２３，６３、それにアライメントパタン６４からなる。なお、Ａ版の細線パタン２１，６１とＡ版とＢ版のアライメントパタン６４は同じ深さであり、Ｂ版のアイランドパターン２２，６２はこれより深く、さらにＢ版の額縁パタン２３，６３は更に深い。

図３を用いてＡ版による印刷工程を説明する。但し、説明の関係上画素パタンが一段の場合で説明する。

まず、図３（ａ）に示す様にオフセットブランケット胴３４に設けられたオフセットブランケット３３にインキ３２を塗布形成する。同時に、印刷用刷版３０を所定の位置にセットする。

次に、図３（ｂ）に示す様に印刷用刷版３０にオフセットブランケット３３の必要な部分のインキ３５以外を転写する。

最後に、図３（ｃ）に示す様に、オフセットブランケット３３上に残ったインキ３５を硝子基板３６に印刷することでＡ版により反転印刷が完了する。

これにより、図６（ａ）に示す様に基板６０にブラックインキをＡ版にて反転転写して細線パタン６１を形成した。

同様に、図４を用いてＢ版による印刷工程を説明する。但し、説明の関係上画素パタンが一段の場合で説明する。

まず、図４（ａ）に示す様にオフセットブランケット胴４４に設けられたオフセットブランケット４３にインキ４２を塗布形成する。同時に、印刷用刷版４０を所定の位置にセットする。

次に、図４（ｂ）に示す様に印刷用刷版４０にオフセットブランケット４３の必要な部分のインキ４５以外を転写する。

最後に、図４（ｃ）に示す様に、オフセットブランケット４５上に残ったインキ４５を硝子基板４６に印刷することで反転印刷が完了する。

これにより、図６（ｂ）に示す様に基板６０にブラックインキをＢ版にて反転転写してアイランドパターン２２，６２と、額縁パタン２３，６３を形成した。

さらに、レッドパタン６５、グリーンパタン６６、ブルーパタン６７を順次印刷して図６（ｃ）の状態のカラーフィルタ基板６８を形成した。

図６に、図２で示した凹版であるＡ版、Ｂ版の製版を使用してブラックパタンを形成した後、レッド、グリーン、ブルーを各々１枚の凹版で印刷してカラーフィルターを製造した実施例を示す。

Ａ版の画素部パタンの線巾２０μｍ、版深６μｍ。Ｂ版のアイランドパタンの寸法は７０μｍ×７０μｍ、版深１５μｍ。Ｂ版の額縁パタンは線巾５ｍｍ、版深５０μｍで設計した。

印刷機として連続印刷機を使用し、Ａ版とＢ版にて連続で印刷形成した後熱硬化し、ＢＬＫパタンとした。

刷版用基板として低膨張硝子６２０＊７５０＊０．７ｍｍｔ（コーニング社製１７３７硝子熱膨張率：３＊１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃）を使用し、ピュアＣｒ膜（膜厚：２０００Å）をマスキング層に硝子エッチングをして凹版を準備した。

Ａ版は上記版材をウェット処理にて１回エッチングで形成した。Ｂ版はウエット処理にて２回エッチングで形成した。

図６（ａ）基板６０にブラックインキを刷版Ａ版にて反転転写して細線パタン６１を形成した。

図６（ｂ）基板６０にブラックインキを刷版Ｂ版にて反転転写してアイランドパタン６２、額縁パタン６３を形成した。

図６（ｃ）（ｂ）でブラックパタンを形成した基板６０にレッド６５、グリーン６６、ブルー６７の３色を印刷しカラーフィルター基板６８とした。

こうして得られたカラーフィルターは、ＢＬＫの色重なり部の膜厚が一回印刷の膜厚の１．３倍に抑えされた、画素のエッジ形状のシャープな、中抜けの無いＢＬＫパタンを形成することができた。また、カラーフィルターのパタン寸法の面内バラツキが±１．２μｍ、トータルピッチ±２μｍで制御する事が出来た。

図７に、２版の凹版を使用してブラックパタンを形成した後、レッド、グリーン、ブルーを各々１枚の凹版で印刷してカラーフィルターを製造した実施例を示す。

第１版の画素部パタンの線巾１０μｍ、版深３μｍ。第２版のアイランドパタンの寸法は４０μｍ×４０μｍ、版深８μｍ。Ｂ版の額縁パタンは線巾３ｍｍ、版深５０μｍで設計した。

印刷機として単色印刷機を使用し、第１版で印刷した後、１度硬化した後、第２版にて印刷した後に２回目の硬化処理を行い、ＢＬＫパタンとした。

また、重なり部のオーバーラップ量を２μｍに抑える事で、重なり部の膜厚増加を抑えた。

刷版用基板として低膨張硝子６２０＊７５０＊０．７ｍｍｔ（コーニング社製１７３７硝子熱膨張率：３＊１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃）を使用し、ピュアＣｒ膜（膜厚：２０００Å）をマスキング層に硝子エッチングをして凹版を準備した。

Ａ版は上記版材をウェット処理にて１回エッチングで形成した。Ｂ版はウエット処理にて２回エッチングで形成した。

図８（ａ）基板８０にブラックインキを第１版にて反転転写して細線パタン８１を形成した。

図８（ｂ）基板８０にブラックインキを刷版Ｂ版にて反転転写してアイランドパタン８２、額縁パタン８３を形成した。

図８（ｃ）（ｂ）でブラックパタンを形成した基板８０にレッド８５、グリーン８６、ブルー８７の３色を印刷しカラーフィルター基板８８とした。

こうして得られたカラーフィルターは、ＢＬＫの色重なり部の膜厚が一回印刷の膜厚の１．５倍に抑えされた、画素のエッジ形状のシャープな、中抜けの無いＢＬＫパタンを形
成することができた。また、カラーフィルターのパタン寸法の面内バラツキが±１．２μｍ、トータルピッチ±２μｍで制御する事が出来た。

本発明は、パタン化された赤・緑・青や、シアン・マゼンダ・イエローの３色、及びこれに黒を加えた４色からなる着色層が透明基板上に形成された、凹版を使用した反転印刷カラーフィルターの技術分野に適する。

本発明の実施の印刷するパタンのレイアウト図である。 本発明の実施の凹版のレイアウト図である。 本発明の一実施例に用いる版の断面図である。 図３の例においてＡ版を用いた印刷工程の説明図である。 図３の例においてＢ版を用いた印刷工程の説明図である。 図３の例における場合を示す工程説明図である。 本発明の図３とは別な一実施例に用いる版の断面図である。 図７の例における場合を示す工程説明図である。 一般的な反転印刷の塗布工程に係る断面説明図である。 一般的な反転印刷の除去工程に係る断面説明図である。 一般的な反転印刷の転写工程に係る断面説明図である。

符号の説明

１１、２１，３１、７１ 細線パタン
１２、２２、３２、７２ アイランドパタン
１３、２３、３３、７３ 額縁パタン
３４、７４ アライメントパタン
４０、５０、Ａ版、Ｂ版、第１版、第２版 印刷用刷版
４６、５６、６０、８０ 刷版用基板
６５、６６、６７、８５、８６、８７ レッド、グリーン、ブルーパタン
４２、５２ 印刷インキ
４３、５３ オフセットブランケット
４４、５４ オフセットブランケット胴
４５、５５ インキパタン
６８、８８ カラーフィルター基板
１０１ 樹脂凸版
１０７ シリコンシート
１１０ ブレードユニット
１１１ ワイヤーバーユニット
１１６ 塗布面

Claims (4)

1. 反転印刷法によるカラーフィルターの製造方法において、版深の異なる２版以上の版に印刷パタンを分割して形成し、この版を用いてのパタンを複数回に分けて一色もしくは複数の印刷し、
   前記分割して形成するパタンがブラックであることを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
2. 請求項１記載ブラックパタンがアイランドパターンと額縁パタンを含む版と、細線パタンを含む版に分割したものであることを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
3. 凹版の凹形状の（版深）／（開口寸法）の比が０．０１以上である凹版を使用する事を特徴とする使用する請求項１〜２何れか記載のカラーフィルターの製造方法。
4. 前記凹版を構成する刷版用基板と印刷パタンを転写される基板の熱膨張率との差が１５＊１０^−７ｃｍ／ｃｍ／℃以下である事を特徴とする請求項３に記載のカラーフィルターの製造方法。
   

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