JP4853049B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばカラーフィルタの製造に使用することができるプラズマ処理方法に関する。
図6(A)に示すように、カラーフィルタは基材となるガラス板1を有し、このガラス板1上にブラックマトリックス2を備える。ブラックマトリックス2は多数の微細な凹部3を有し、各凹部3内にRGBの各着色用インク4,5,6がそれぞれ充填されることにより、RGBの各画素がガラス板1上に形成される。
このカラーフィルタの製造方法としては、従来からフォトリソグラフィ工程を複数回繰り返す顔料分散法等が用いられてきたが、近年、インクジェット装置が用いられるようになった。このインクジェットによる製造方法は、ブラックマトリックス2をガラス板1上に形成した後、インクジェット装置の走査ヘッドでガラス板1上を走査しながらブラックマトリックス2の各凹部3にRGBの各着色用インク4,5,6の微小な液滴を噴射し、図6(A)に示すようなRGBの各色の画素を基材上に形成しようというものである。
ところが、ブラックマトリックス2、着色用インク4,5,6及びガラス板1の性質の相違等から、図6(B)に示すように、ブラックマトリックス2の凹部3内に例えば着色用インク4,6が適正に充填されない場合がある。この着色用インク4が例えばR、B色であればこのカラーフィルタを使用したディスプレイ上にそのR、B色の欠けた箇所が白抜けとなって現れる。また、図6(C)に示すように、ブラックマトリックス2の隣り合う凹部3,3間で着色用インク4,5が混じり合う場合が生じる。この場合はディスプレイ上で色が滲み適正な色が表示されなくなる。
このような白抜け、混色等を防止するため、ブラックマトリックス2が形成されたガラス板1に対しプラズマ処理を行うことが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。これは、ブラックマトリックス2に有機材料を含有させておき、着色用インク4,5,6に対する非親和性の程度がガラス板1の表面におけるよりもブラックマトリックス2における方がより高くなるような条件下でプラズマ処理をガラス板1にブラックマトリックス2の上から施そうというものである。
このプラズマ処理を行う装置としては、固定電極下で平板状の可動電極を移動させるようにしたものを使用することができる(例えば、特許文献2参照。)。この装置の可動電極上にガラス板を固定して固定電極下で移動させつつ、両電極間に電圧を印加すると共に処理ガスを導入し、両電極間で発生したプラズマをガラス板に照射することができる。これにより、ブラックマトリックス2の着色用インク4,5,6に対する非親和性の程度が高まり、後にインクジェット印刷により各画素の着色用インク4,5,6をガラス板1に対して噴射した場合に図6(B)(C)に示したような不具合がある程度解消される。
ところが、可動電極が移動する際、その進行方向に対する左右両側から可動電極とガラス板との間のプラズマ処理空間内に外部の空気aが巻き込まれることがある。このように外気aがプラズマ処理空間内に巻き込まれると、処理ガス中に含まれる例えばフッ素が空気a中に含まれる水蒸気の水素と結び付く等して、フッ素とブラックマトリックスとの結び付きが妨害され、ブラックマトリックスが被処理体から剥離しやすくなる。また、ブラックマトリックスのインクに対する非親和性が低下したり、ガラス板1の親和性が阻害されたりして図6(B)(C)に示したような不具合が依然として発生することになる。
これを防止するため、従来、図7に示すように可動電極7とガラス板1との間のプラズマ処理空間を可動電極における相対平行移動方向に平行な両端部において閉塞部材14により閉塞し、できるだけ外気aがプラズマ処理空間内に侵入しないようにしている(例えば、特許文献3参照。)。
特許第3328297号公報 特開2002−320845号公報 特開2005−19150号公報
図7に示すように、従来のプラズマ処理方法によれば、閉塞部材14が可動電極7側から固定電極8側に向かって突出し、閉塞部材14の先端側に生じる僅かな隙間から外気aがプラズマ処理空間内に侵入することになる。ところが、この侵入した外気aは隙間よりも高い位置にあるガラス板1の表面に到達し、上述したと同様なプラズマ処理不良を引き起こす原因となり、図6(B)(C)に示したような不具合が依然として発生することとなる。
本発明は、上記問題点を解決することができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は次のような方法を採用する。
すなわち、請求項1に係る発明は、相対的に平行移動可能な第一の電極(9)と第二の電極(10)とを設け、第一の電極(9)に対向するように第二の電極(10)に板状の被処理体(1)を設置し、両電極(9,10)を相対平行移動させつつ両電極(9,10)間に電圧を印加すると共に処理ガス(b)を導入し、両電極(9,10)間で発生したプラズマを被処理体(1)に照射し、上記第一の電極(9)が上記第二の電極(10)及び被処理体(1)に対して相対平行移動する際に、この第一の電極(9)と被処理体(1)との間のプラズマ処理空間を第一の電極(9)における相対平行移動方向(P)に平行な両端部において閉塞部材(22,23,25)により閉塞するようにしたプラズマ処理方法において、上記閉塞部材(22,23,25)を上記第二の電極(10)側から上記第一の電極(9)側に向かって、上記第二の電極(10)上における被処理体(1)の表面よりも高く隆起させておくことを特徴とするプラズマ処理方法である。
ここで、被処理体は例えばカラーフィルタ用の無機材料で出来た基材例えば透明なガラス板とすることができる。基材上には有機材料を含んだ黒インク等でブラックマトリックスが形成される。基材の形状としては、板状のほかフィルム状、シート状等であってもよい。
処理ガスとしては、フッ素又はフッ素化合物を含有したCF4、C26、CClF3、SF6等のハロゲンガスを用いることができる。処理ガスはフッ素又はフッ素化合物に酸素等を混合した混合ガスとし、混合比を調整することにより、ブラックマトリックスと基材面との着色用インクに対する接触角の差を大きくし、ブラックマトリックスの対着色用インクの非親和性を高めると同時に基材面の対着色用インクの親和性を高めることができる。
プラズマ処理は密閉した雰囲気下で行うこともできるが、大気圧雰囲気下で行うこともできる。
被処理体を設置する第二の電極は平板状とすることができ、第一の電極は平板状の第二の電極上を横切るように伸びる棒状とすることができる。
第一の電極と被処理体との間のプラズマ処理空間を第一の電極における相対平行移動方向に平行な両端部において閉塞する閉塞部材は、第二の電極側から第一の電極側に向かって、第二の電極上における被処理体の表面よりも高く隆起させておく。閉塞部材の上端面と被処理体の表面との間の高低差γは、プラズマ処理に支障が生じない程度にできるだけ大きく設定するのが望ましい。閉塞部材の上端面は平坦面のほか曲面であってもよい。閉塞部材の上端面と第一の電極側との間の僅かな隙間δからプラズマ処理空間内に侵入した外気aは上記高低差γの存在によりプラズマ処理空間内をガラス板1の表面近傍の処理ガスやプラズマを乱すことなく第一の電極寄りに流れる。従って、処理ガス中に含まれる例えばフッ素はブラックマトリックスと円滑に結び付き、ブラックマトリックスの被処理体からの剥離を防止することができる。さらには、ブラックマトリックスと被処理体表面との接触角の差が大きくなり、ブラックマトリックスの黒インクに対する非親和性が被処理体の表面におけるよりも向上する。これにより、ブラックマトリックスに形成される凹部内にカラーフィルタ用のインキを充填した場合、図6(B)(C)のごとき色抜け、混色が防止され、同図(A)のごとき適正なインキの充填が達成可能となる。
プラズマ処理空間を閉塞する閉塞部材は、請求項2に記載のように、上記相対平行移動方向(P)に沿って伸ばしておくのが望ましい。閉塞部材は上記相対平行移動方向(P)における被処理体の長さよりも長めに設けられる。
本発明のプラズマ処理方法によれば、外気(a)がプラズマ処理空間内に巻き込まれ難くなるようにし、たとえ微量の外気(a)がプラズマ処理空間内に侵入したとしても、外気(a)はプラズマ処理空間内を被処理体(1)の表面近傍の処理ガスやプラズマを乱すことなく第一の電極(9)寄りの箇所を流れる。これにより、処理ガス(b)のみをプラズマ化すると共に、処理ガス(b)のプラズマのみでブラックマトリックス(2)と被処理体(1)を処理することができ、ブラックマトリックス(2)の被処理体(1)からの剥離を防止することができる。さらには、ブラックマトリックス(2)と被処理体(1)表面との接触角の差が大きくなり、ブラックマトリックス(2)の着色用インク(4,5,6)に対する非親和性が被処理体(1)の表面におけるよりも向上すると共に、被処理体(1)の表面の対着色用インク親和性が向上し、ブラックマトリックス(2)に形成される凹部(3)内に着色用インキ(4,5,6)を充填した場合、図6(B)(C)のごとき色抜け、混色が防止され、同図(A)のごとき適正な着色用インキ(4,5,6)の充填が可能となる。

また、本発明のプラズマ処理方法によれば、被処理体(1)を設置する第二の電極(10)側に閉塞部材(22)が配置されるので、従来の第一の電極(9)側に閉塞部材が設けられる場合に比べ、第一と第二の電極(9,10)間での放電中、閉塞部材(22)の全体が常に印加されるような事態が回避される。従って、閉塞部材(22)の放電による損傷が軽減され、閉塞部材(22)による閉塞性を長期にわたり維持することができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
<実施の形態1>
このプラズマ処理方法は、カラーフィルタ用の基材となる透明なガラス板1を被処理体とするもので、図6(A)に示すように、このガラス板1の表面にはあらかじめブラックマトリックス2が印刷等により形成されている。ブラックマトリックス2は有機材料である例えばポリイミドやカーボンブラックあるいはチタンブラックを含有する黒色系のインクを用いた印刷等により形成される。
このプラズマ処理方法を実施するについては、図1乃至図3に示すように、このブラックマトリックス2が形成されたガラス板1をプラズマ処理するために相対的に平行移動可能な第一の電極9と第二の電極10とを使用する。図1中、矢印Pはこの平行移動方向を示す。
第一の電極9は、より具体的には図2に示すように走査ヘッド11内に二本平行に収納された状態で、第二の電極10の上方を横切るように配置される。この実施の形態1では、走査ヘッド11が第一の電極9を保持して第二の電極10の上方を平行移動するようになっているが、走査ヘッド11を固定して第二の電極10を第一の電極9に対して平行移動させるようにしてもよい。二本の第一の電極9は、走査ヘッド11の平行移動方向Pで前後二分割されたケース12,12でそれぞれ覆われ、セラミック板27,27で下側から支えられる。第一の電極9は二本に限らず、一本でもよいし、三本以上であってもよい。
ケース12,12間には処理ガスbの流路13が形成され、ケース12,12の下端においてスリット状の吐出口13aが形成される。この吐出口13aは第一の電極9に平行に伸びる。処理ガスbとしては、例えばCF4を含有するガスが使用され、この処理ガスbが流路13内を下方に流れて吐出口13aから第二の電極10上に配置されたガラス板1のブラックマトリックス2が形成された表面に向って吹き出る。また、所定箇所にはスリット状の吸引口15が形成され、この吸引口15aからプラズマ処理に不要なガスdが吸引され排出される。
図1に示すように、第二の電極10は平板状のステージ電極として形成される。この第二の電極10上に上記ガラス板1が真空吸引され固定される。真空吸引は図示しないが第二の電極10の上面に出没する多数の中空ピンにより行われる。
この第二の電極10における第一の電極9の移動方向の前後両側には、アルミニウム製の電極16,16が配置される。所定箇所には、第二の電極10及びアルミニウム製の電極16と第一の電極9との間に電圧を印加するための電源17が設けられる。第一の電極9を第二の電極10上で平行移動させつつ両電極9,10間に電圧を印加すると共に上記処理ガスbを導入することにより、両電極9,10間でプラズマが発生し、このプラズマが被処理体であるガラス板1に照射される。プラズマ化したフッ素がブラックマトリックス2の有機材料と結び付く等して、ブラックマトリックス2とガラス板1との間での接触角の差が大きくなり、その結果ブラックマトリックス2の着色用インク4,5,6に対する非親和性が向上し、ガラス板1の表面の対インキ親和性が向上する。これにより、後の工程においてブラックマトリックス2の凹部3内にカラーフィルタ用のインキ4,5,6を充填した場合、図6(A)のごとくインキ4,5,6が各凹部3内の全体に適正に広がる。
第二の電極10のステージ面はガラス板1よりも面積が小さく、ガラス板1の前後端は第二の電極10から前後方向に突出している。アルミニウム製の電極16,16上には、下部固体誘電体18,18が第二の電極10の上面と同一高さの面となるように配置され、この下部固体誘電体18,18上にガラス板1の前後端が乗り上がる。下部固体誘電体18,18上には、それぞれ上部固体誘電体19,19が積層され、これらの上部固体誘電体19,19は、ガラス板1の前端と後端にそれぞれガラス板1の高さと同等となるように連接される。ただし、下部固体誘電体18は、ガラス板1と同等の比誘電率及び電気抵抗値を有する。これにより、第一の電極9と第二の電極10上のガラス板1との間での放電がガラス板1の前後端においても適正に行われ、その結果ガラス板1の前後端の近傍における画素も適正に形成されることになる。
図3に示すように、第一の電極9が第二の電極10及びガラス板1に対して平行移動する際に、この第一の電極9とガラス板1との間のプラズマ処理空間が、第一の電極9における相対平行移動方向Pに平行な左右両端部において閉塞部材22により閉塞されるようになっている。そして、この閉塞部材22は、第二の電極10側から第一の電極9側に向かって、第二の電極10上におけるガラス板1の表面よりも高く隆起している。
閉塞部材22が隆起することにより生じた閉塞部材22の上端面とガラス板1の表面との間の高低差γは、プラズマ処理に支障が生じない程度にできるだけ大きく設定される。閉塞部材22の上端面は平坦面とされ、この平坦面が走査ヘッド11の下側の平坦面に対峙し、両者間に僅かな隙間δが形成される。
被処理体であるガラス板1はその左右両端部においても第二の電極10の左右両端から食み出しているが、第二の電極10の左右にはガラス板1の食み出した部分を支えるために支持体20,20が設けられる。支持体20,20のガラス板1の下面に接する箇所はスペーサ21,21として形成される。支持体20は樹脂等の絶縁材で形成される。スペーサ21は樹脂その他の材料で形成される。スペーサ21は支持体20と一体化してもよい。このスペーサ21上に上記絶縁材で形成された閉塞部材22が固定される。
閉塞部材22は第二の電極10の長さと同じ長さに形成してもよいし、ガラス板1の全長にわたって設けてもよいし、アルミニウム製の電極16,16の端まで支持体20及びスペーサ21と共に延長してもよい。
閉塞部材22は断面形が長方形の板であり、閉塞部材22の上面が平坦に延びていることから、第一の電極9を支持した走査ヘッド11の平坦な下面との間の狭い隙間が長く延びることとなり、その結果外気aの遮断が適正に行われる。しかし、閉塞部材22の形状としてはこれに限られるものではなく、図3に示す閉塞部材22と第一の電極9との間の間隙δが外気を通し難くなるものであれば他のどのような形状であってもよい。また、図示例では閉塞部材22はスペーサ21や支持体20と別体となっているが一体であってもよい。
このように、閉塞部材22が第一の電極9と第二の電極10との間に介在することにより、第一の電極9が移動する際に外気aが第一の電極9と被処理体であるガラス板1との間のプラズマ処理空間内に巻き込まれ難くなる。これにより、処理ガスbが適正にプラズマ化されると共に、処理ガスbのプラズマのみがブラックマトリックス2とガラス板1を処理することになる。
また、図3に示すように、大部分の外気aはこの閉塞部材22により遮断されるが、僅かの外気aが隙間δからプラズマ処理空間内に侵入する場合がある。このプラズマ処理空間内に侵入した外気aは上記高低差γの存在によりプラズマ処理空間内をガラス板1の表面近傍の処理ガスbやプラズマを乱すことなく第一の電極9寄りの箇所を流れる。従って、処理ガスb中に含まれる例えばフッ素はブラックマトリックス2と円滑に結び付き、ブラックマトリックス2のガラス板1からの剥離が防止される。さらには、さらにはブラックマトリックス2とガラス板1の表面との接触角の差が大きくなり、ブラックマトリックス2の着色用インク4,5,6に対する非親和性が向上し、ガラス板1の表面の着色用インク4,5,6に対する親和性が向上し、ブラックマトリックス2の凹部3内にカラーフィルタ用のインキ3,4,5が適正に充填されることとなる。
ちなみに、本発明者等の実験によれば、電源17による第一と第二の電極9,10間の印加電圧を1kHz〜50kHz、100V〜300Vとし、プラズマ処理空間の間隙を0.1mm〜10mm好ましくは0.1mm〜1mmとし、上記δを0.01mm〜1mmとし、ガラス板1と閉塞部材22との間の段差γを0mm〜10mm好ましくは0mm〜1mmとすることにより、ガラス板1の表面及びブラックマトリックス2に対し支障なくプラズマ処理を行うことができ、ブラックマトリックス2の凹部3内に適正にインキ4,5,6を塗布することができることが分かった。
次に、上記プラズマ処理方法を実施する手順の具体例について説明する。
図1に示すように、被処理体であるガラス板1を第二の電極10上に配置し固定する。このガラス板1の設置は例えばロボットにより行うことができる。
ガラス板1の設置が終わると、第一の電極9を第二の電極10の上方でP方向に平行移動させる。具体的には図2に示す走査ヘッド11が移動する。この第一の電極9の移動中、図2に示すごとく両電極9,10間に電圧を印加すると共に処理ガスbを導入し、両電極9,10間で発生したプラズマをガラス板1の表面にブラックマトリックス2の上から照射する。
この第一の電極9が移動する際、図3に示すように、第一の電極9における平行移動方向Pに平行な左右両端部とガラス板1の左右両端部との間の隙間が閉塞部材22によって塞がれ、僅かな間隙δのみが生じる。これにより、第一の電極9が移動する際に外気aが第一の電極9とガラス板1との間のプラズマ処理空間内に巻き込まれ難くなり、処理ガスb(図2参照)のみがプラズマ化されると共に、処理ガスbのプラズマのみがガラス板1の表面及びブラックマトリックス2を処理することになる。
また、図3に示すように、大部分の外気aはこの閉塞部材22により遮断されるが、僅かの外気aが隙間δからプラズマ処理空間内に侵入する場合がある。このプラズマ処理空間内に侵入した外気aは上記高低差γの存在によりプラズマ処理空間内をガラス板1の表面近傍の処理ガスbやプラズマを乱すことなく第一の電極9寄りの箇所を流れる。
これにより、ブラックマトリックス2のガラス板1からの剥離がより的確に防止され、さらには、ブラックマトリックス2の着色用インク4,5,6に対する非親和性がガラス板1の表面におけるよりも向上し、ガラス板1の表面の着色用インク4,5,6に対する親和性が向上する。その結果、ブラックマトリックス2は着色用インク4,5,6を撥ねやすくなり、凹部3内のガラス板1の表面には着色用インク4,5,6が付着しやすくなる。
この後、ガラス板1はインクジェット方式による印刷に供され、カラーフィルタ用の各色の着色用インク4,5,6がブラックマトリックス2の凹部3内に噴射される。ガラス板1は上述したプラズマ処理が施されていることから、図6(A)のごとくカラーフィルタ用の各色インキ4,5,6がブラックマトリックス2の凹部3内におけるガラス板1の表面上に適正に充填されることとなる。
なお、着色用インクの充填はインクジェット方式によらず、オフセット印刷等他の方式で行うことも可能である。
<実施の形態2>
図4に示すように、この実施の形態2のプラズマ処理方法では、閉塞部材として凹溝24内に嵌り込むガイドレール23を使用する。
具体的には、ガイドレール23を上記支持体20上に走査ヘッド11の平行移動方向Pに平行に固定し、第一の電極9を保持する走査ヘッド11の凹溝24内にガイドレール23をスライド可能に嵌め込む。
第一の電極9はプラズマ処理空間を左右両側から完全に遮断した状態で第二の電極10の上方を移動するので、第一の電極9とガラス板1との間への外気aの巻き込みがより確実に防止される。また、凹溝24内とガイドレール23との摺接により生じる微小な塵埃等は凹溝24の空洞24a内に封じ込められ、ガラス板1等の上への落下が防止される。
<実施の形態3>
図5に示すように、この実施の形態3のプラズマ処理方法では、閉塞部材として複数条の凹溝26内に嵌り込むラビリンスレール25を使用する。
具体的には、ラビリンスレール25を上記支持体20上に固定し、第一の電極9を保持する走査ヘッド11の複数条の凹溝26内に、ラビリンスレール25の複数本の凸条をラビリンス状の空隙を介するように嵌め込む。これにより、第一の電極9はプラズマ処理空間を左右両側から遮断した状態で第二の電極10の上方を移動し、第一の電極9とガラス板1との間への外気aの巻き込みを阻止する。
このように、ラビリンス状の空隙が介在することから、外気aに対する閉塞性能を高めつつ、実施の形態2におけるような直接接触による塵埃等の発生を防止することができる。また、ラビリンス状の空隙を微量の外気が通った場合であっても、実施の形態1の説明で述べたと同様な理由からプラズマ処理を妨害することはない。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば実施の形態ではカラーフィルタの製造について説明したが、カラー有機EL等の製造についても適用可能である。また、上記実施の形態では第一の電極を第二の電極に対して平行移動させるようにしたが、第一の電極を固定して第二の電極を平行移動させるようにしてもよい。
本発明の実施の形態1に係るプラズマ処理方法を実施するための装置の概略を示す垂直断面図である。 図1中、第一の電極を有した走査ヘッドの構造を示す断面図である。 図1中、III−III線矢視断面図である。 本発明の実施の形態2を示す図3と同様な断面図である。 本発明の実施の形態3を示す図3と同様な断面図である。 カラーフィルタの模式拡大断面図であり、(A)は正常なカラーフィルタを示し、(B)は色抜けを生じたカラーフィルタを示し、(C)は色混じりを生じたカラーフィルタを示す。 従来のプラズマ処理方法を実施する装置を示す図3と同様な断面図である。
符号の説明
1…ガラス板
2…ブラックマトリックス
3…凹部
4,5,6…着色用インク
9…第一の電極
10…第二の電極
23…ガイドレール
25…ラビリンスレール
a…外気
b…処理ガス
P…相対平行移動方向

Claims (4)

  1. 相対的に平行移動可能な第一の電極と第二の電極とを設け、第一の電極に対向するように第二の電極に板状の被処理体を設置し、両電極を相対平行移動させつつ両電極間に電圧を印加すると共に処理ガスを導入し、両電極間で発生したプラズマを被処理体に照射し、上記第一の電極が上記第二の電極及び被処理体に対して相対平行移動する際に、この第一の電極と被処理体との間のプラズマ処理空間を第一の電極における相対平行移動方向に平行な両端部において閉塞部材により閉塞するようにしたプラズマ処理方法において、上記閉塞部材を上記第二の電極側から上記第一の電極側に向かって、上記第二の電極上における被処理体の表面よりも高く隆起させておくことを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、上記閉塞部材をあらかじめ上記相対平行移動方向に沿って伸ばしておくことを特徴とするプラズマ処理方法。
  3. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、閉塞部材として凹溝内に嵌り込むガイドレールを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
  4. 請求項1に記載のプラズマ処理方法において、閉塞部材として複数条の凹溝内に嵌り込むラビリンスレールを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
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