JP4978299B2 - カラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタ基板の製造方法及び製造装置に関し、特に、透明基板上に、複数の着色フィルターと、積層スペーサーとフォトスペーサー（以下、ＰＳと称す）とからなる柱状スペーサーが形成されたカラーフィルタ基板において、仕上がりスペーサーである柱状スペーサーの膜厚（高さ）を精度良く形成し、且つＰＳ製造装置の稼働率を落とすことなくＰＳを作製できるカラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板製造装置に関する。

近年、大型カラーテレビ、ノートパソコン、携帯用電子機器の増加に伴い、液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイの需要の増加はめざましいものがある。
一般に、液晶表示ディスプレイパネルにおいて、現在最も広く使用されている液晶セル駆動方式は、ＴＮ（ねじれネマティック）方式とＳＴＮ（超ねじれネマティック）方式による縦電界駆動型であり、近年、横電界駆動型（ＩＰＳ）による液晶セル駆動方式の開発も進んでいる。

カラー液晶ディスプレイ及び有機ＥＬカラー表示装置等に用いられるカラーフィルタ基板は、透明基板上に、ブラックマトリックス、赤色フィルター、緑色フィルター、青色フィルターからなる着色フィルター、透明電極及びスペーサー等が形成されたものである。

以下カラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
図５（ａ）〜（ｇ）に一般的なカラーフィルタの製造方法の一例を工程順に示す。
まず、透明基板１１上にアクリル系樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散した黒色感光性樹脂をスピンナー等にて塗布し、予備乾燥して黒色感光性樹脂層２１を形成し（図５（ａ）参照）、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、ブラックマトリクス２１ｂを形成する（図５（ｂ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料を分散した赤色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して赤色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルター３１Ｒ及び所定のブラックマトリクス２１ｂ上に赤色スペーサー３１Ｓを形成する（図５（ｃ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に緑色顔料を分散した緑色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂ及び赤色フィルター３１Ｒが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して緑色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルター３２Ｇ及び赤色スペーサー３１Ｓ上に緑色スペーサー３２Ｓを形成する（図５（ｄ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に青色顔料を分散した青色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂ、赤色フィルター３１Ｒ及び緑色フィルター３２Ｇが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して青色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルター３３Ｂ及び緑色スペーサー３２Ｓ上に青色スペーサー３３Ｓを形成し、ブラックマトリクス２１ｂが形成された透明基板上に赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０と所定のブラックマトリクス２１ｂ上に赤色スペーサー３１Ｓと緑色スペーサー３２Ｓと青色スペーサー３３Ｓとからなる積層スペーサー４１を形成する（図５（ｅ）参照）。

次に、スパッタリング等により酸化インジウム錫膜等からなる透明電極５１を形成する（図５（ｆ）参照）。
さらに、アクリル系樹脂を主成分とする感光性樹脂溶液をスピンナー等で塗布し、予備乾燥して透明樹脂感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、加熱硬化して、積層スペーサー４１上にＰＳ６１が形成されたカラーフィルタ基板３００を得ることができる（図５（ｇ）参照）。

上記カラーフィルタ基板３００を用いて液晶パネルを作製する際、液晶材の注入量は液晶パネル部材であるカラーフィルタ基板３００のＰＳの膜厚値（高さ値）に依存しており、上記カラーフィルタ基板の製造工程においては、ＰＳの膜厚（高さ）管理が重要な位置付けとなっている。

カラーフィルタ基板の製造には、上記したように、ブラックマトリクス形成工程と、赤色フィルター、緑色フィルター、青色フィルターからなる着色フィルター及び積層スペーサーの形成工程と、透明電極の形成工程と、ＰＳ形成工程とがあり、ＰＳ形成工程までに製造ロット内の各基板の積層スペーサーの膜厚には仕上がり差が発生してしまう。

しかし、現在のカラーフィルタ基板の製造全体及びＰＳ形成工程において、積層スペーサーの仕上がりを決定する処理条件の各パラメーターはカラーフィルタ基板の品種毎に統一管理されており、ＰＳ形成工程前のカラーフィルタ基板の仕上がり状況に応じたＰＳ形成処理を施すことができない。

従来の技術として、積層スペーサーを精度良く形成する方法として、最終層のスペーサーを形成する前のスペーサー膜厚を測定し、その測定結果に基づいて、最終層のスペーサーの形成条件を設定して、精度の良い積層スペーサーを形成するカラーフィルタ基板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の積層スペーサーの形成方法では、最終層のスペーサーを形成する前のスペーサー膜厚が変動すると、最終層のスペーサーの形成条件をその都度変更しなければならない。

その結果、スペーサー製造装置の動作が不安定になる。また、スペーサー製造装置によっては、所望の処理条件がきちんと出ているかを変更毎に確認する必要がある。
このため、生産効率が低下したり、スペーサー製造装置の不安定化が品質に悪影響を及ぼすという問題がある。
特開２００５−２９２４９７号公報

積層スペーサーの仕上がり精度を上げるために、最終層のスペーサーを形成する前のスペーサー膜厚の仕上がり状況に合わせてスペーサー形成条件を変更する機構はカラーフィルタ基板の製造プロセスにおいて実現されていない。
もし、最終層のスペーサーを形成する前のスペーサー膜厚の仕上がり状況に合わせてスペーサー形成条件を変更しようとすると、以下の問題がある。

スペーサー製造装置の処理条件を煩雑に変更しなければならず、装置稼動が不安定になる。また、スペーサー製造装置によっては、処理条件変更後にテスト搬送を要するものも
あり、装置稼働率が著しく低下する。

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、透明基板上に、複数の着色フィルターと、積層スペーサーとフォトスペーサー（以下、ＰＳと称す）とからなる柱状スペーサーとが形成されてなるカラーフィルタ基板において、仕上げスペーサーである柱状スペーサーの膜厚（高さ）を精度良く形成し、且つＰＳ製造装置の稼働率を落とすことなくＰＳを作製できるカラーフィルタ基板の製造方法及びカラーフィルタ基板製造装置を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、透明基板上に、ブラックマトリクスと、複数の着色フィルターと、透明電極と、積層スペーサーとフォトスペーサー（以下、ＰＳと称す）とからなる柱状スペーサーとが形成されたカラーフィルタ基板において、
（ａ）透明基板上に、ブラックマトリクスと、複数の着色フィルターと、所定のブラックマトリクス上に積層スペーサーとを形成する工程と、
（ｂ）透明電極を形成する工程と、
（ｃ）前記積層スペーサーの膜厚を測定する工程と、
（ｄ）測定された積層スペーサー膜厚を、前記柱状スペーサーの膜厚精度の程度及び前記積層スペーサーの膜厚バラツキの程度に応じて設定した膜厚レンジ分類に分類し、当該カラーフィルタ基板をバッファーカセットに収納する工程と、
（ｅ）積層スペーサー膜厚の前記膜厚レンジ分類の単位毎にＰＳの製造条件を設定して、カラーフィルタ基板を前記バッファーカセットより順次取り出してＰＳ製造手段により積層スペーサー上にＰＳを形成する工程と、を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。

また、請求項２においては、少なくとも、
（ａ）透明基板上に、ブラックマトリクスと、複数の着色フィルターと、積層スペーサーとを形成する着色フィルター形成手段１１０と、
（ｂ）複数の着色フィルター上に透明電極を形成する透明電極形成手段１２０と、
（ｃ）積層スペーサーの膜厚を測定する膜厚測定手段１３０と、
（ｄ）測定された積層スペーサー膜厚を、積層スペーサーとフォトスペーサーとからなる柱状スペーサーの膜厚精度の程度及び前記積層スペーサーの膜厚バラツキの程度に応じて設定した膜厚レンジ分類に分類し、積層スペーサー膜厚の前記膜厚レンジ分類の単位毎にフォトスペーサー製造手段の製造条件を設定する制御手段（１６０）と、前記透明基板をバッファーカセットに収納する積層スペーサー膜厚層別手段（１４０）と、を有し、
前記制御手段（１６０）が、前記膜厚レンジ分類の単位毎にカラーフィルタ基板を前記バッファーカセットより順次取り出しフォトスペーサー製造手段（１５０）に供給することを特徴とするカラーフィルタ基板製造装置としたものである。

本発明のカラーフィルタ基板製造装置及びカラーフィルタ基板の製造方法にて、カラーフィルタ基板を作製することにより、積層スペーサーの膜厚（高さ）レンジ毎にＰＳの処理条件を設定して、ＰＳを作製することができるため、ＰＳ製造手段の製造条件の変更を極力抑えることができ、ＰＳ製造の稼働率を落とすことなく、柱状スペーサーの膜厚（高さ）を精度良く形成することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明のカラーフィルタ基板製造装置の一実施例を示す模式構成図である。
本発明のカラーフィルタ基板製造装置２００は、透明基板上に、ブラックマトリクスと、複数の着色フィルターと、積層スペーサーとを形成する着色フィルター形成手段１１０と、複数の着色フィルター上に透明電極を形成する透明電極形成手段１２０と、積層スペーサーの膜厚を測定する膜厚測定手段１３０と、積層スペーサーの膜厚をレンジ毎にソーティングする積層スペーサー膜厚層別手段１４０と、ＰＳ製造手段１５０と、積層スペーサーの膜厚レンジ毎にＰＳ製造手段の製造条件を設定する制御手段１６０とから構成されている。

以下、本発明のカラーフィルタ基板製造装置２００を用いたカラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｇ）は、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の一実施例を示す模式構成断面図である。
まず、着色フィルター形成手段１１０にて、ガラス基板等からなる透明基板１１上にアクリル系樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散した黒色感光性樹脂をスピンナー等にて塗布し、予備乾燥して黒色感光性樹脂層２１を形成し（図２（ａ）参照）、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、ブラックマトリクス２１ｂを形成する（図２（ｂ）参照）。
ここで、透明基板１１としては、低膨張ガラス、ノンアルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板及びプラスチックフィルム等が利用できる。

次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料を分散した赤色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して赤色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルター３１Ｒ及び所定のブラックマトリクス２１ｂ上にスペーサー３１Ｓを形成する（図２（ｃ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に緑色顔料を分散した緑色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂ及び赤色フィルター３１Ｒが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して緑色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルター３２Ｇ及び赤色スペーサー３１Ｓ上にスペーサー３２Ｓを形成する（図２（ｄ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に青色顔料を分散した青色感光性樹脂溶液をスピンナー等にて、ブラックマトリクス２１ｂ、赤色フィルター３１Ｒ及び緑色フィルター３２Ｇが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して青色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルター３３Ｂ及びスペーサー３２Ｓ上にスペーサー３３Ｓを形成し、ブラックマトリクス２１ｂが形成された透明基板上に赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０と所定のブラックマトリクス２１ｂ上にスペーサー３１Ｓとスペーサー３２Ｓとスペーサー３３Ｓとからなる積層スペーサー４１を形成する（図２（ｅ）参照）。

次に、透明電極形成手段１２０にて、赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０上に酸化インジウム錫膜等からなる透明電極５１を形成して、途中工程のカラーフィルタ基板８０を得る（図２（ｆ）参照）。
透明電極形成手段１２０としては、公知のスパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等の成膜装置が使用できる。

上記の工程を経ることにより、着色フィルター形成手段１１０にて、透明基板１１上にブラックマトリクス１２ｂ、赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０と所定のブラックマトリクス２１ｂ上にスペーサー３１Ｓとスペーサー３２Ｓとスペーサー３３Ｓとからなる積層スペーサー４１を形成し、さらに、透明電極形成手段２０にて、酸化インジウム錫膜等からなる透明電極５１を形成して、途中工程のカラーフィルタ基板８０を得ることができる。

次に、膜厚測定手段１３０にて、途中工程のカラーフィルタ基板８０の積層スペーサー４１の膜厚（高さ）を測定する。
膜厚測定手段１３０では、途中工程のカラーフィルタ基板８０にはレシピ番号が付与されており、それぞれのレシピ番号に対応した膜厚（高さ）測定結果が保存され、基板に付与されたレジピ番号は、積層スペーサー４１の膜厚層別手段１４０、ＰＳ製造手段１５０まで紐づけ管理される。
図３は、積層スペーサー４１の膜厚(高さ)とＰＳの膜厚(高さ)の関係を示したもので、仕上がりスペーサーである柱状スペーサーの膜厚(高さ)をＳ、積層スペーサー４１の膜厚(
高さ)をＳ1とした場合、Ｓ−Ｓ1がＰＳ製造手段１５０における狙い値と定め製造する必要がある。

次に、積層スペーサー膜厚層別手段１４０では、膜厚測定手段３０にて測定された積層スペーサー４１の膜厚値とそれに対応したレシピ番号が保存され、途中工程のカラーフィルタ基板８０はバッファーカセットに収納される。所定の枚数処理された後積層スペーサー４１の膜厚レンジ毎の層別が行われる。
図４は、膜厚測定手段１３０にて測定された積層スペーサー４１の膜厚と度数の関係を示す度数分布曲線の一例を示す。
ここでは、得られた分布曲線から積層スペーサー４１の膜厚レンジをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４レンジに層別し、途中工程のカラーフィルタ基板５０のレシピ番号に対して、膜厚レンジ分類記号が付与される。
膜厚レンジの設定は、仕上がりスペーサーである柱状スペーサーの膜厚（高さ）精度をどの程度に抑えるか、また積層スペーサーの膜厚(高さ)バラツキがどの程度あるかによって、適宜設定される。

次に、制御手段１６０では、積層スペーサー膜厚層別手段１４０にて、積層スペーサー４１の膜厚層別が行われたレンジ毎に、ＰＳの製造条件が設定される。
制御手段６０で積層スペーサー４１のレンジ毎に設定されたＰＳの製造条件に基づいて、層別されたレンジ単位毎にレシピ番号に対応したカラーフィルタ基板５０は、例えば、制御手段１６０と接続された搬送ロボットにてバッファーカセットより順次取り出され、搬送コンベアに載置されて、ＰＳ製造手段１５０に供給される。

ＰＳ製造手段１５０では、アクリル系樹脂を主成分とする感光性樹脂溶液をスピンナー等で塗布し、予備乾燥して透明樹脂感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、加熱硬化して、積層スペーサー４１上にＰＳ６１を形成する。
以上の工程で、透明基板１１上に、ブラックマトリクス２１ｂ、赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０と、透明電極５１と、積層スペーサー４１とＰＳ６１とからなる柱状スペーサー７０とが形成されたカラーフィルタ基板１００を得ることができる（図２（ｇ）参照）。

上記したように、本発明のカラーフィルタ基板製造装置及びカラーフィルタ基板の製造方法にて、カラーフィルタ基板を作製することにより、積層スペーサー膜厚（高さ）の層別が行われたレンジ毎にＰＳの処理条件を設定して、ＰＳ形成を行うことができるため、ＰＳ製造手段の製造条件の設定変更を極力抑えることができ、装置の稼働率を落とすことなく、柱状スペーサーの膜厚（高さ）を精度良く形成することが可能となる。

本発明のカラーフィルタ基板製造装置の一実施例を示す模式構成図である。 （ａ）〜（ｇ）は、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の一実施例を示す模式構成断面図である。 カラーフィルタ基板の積層スペーサー膜厚(高さ)Ｓ₁と仕上がりスペーサーである柱状スペーサーの膜厚(高さ)Ｓとの関係を示す説明図である。 膜厚測定手段１３０にて測定された積層スペーサー４１の膜厚と度数の関係を示す度数分布曲線の一例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｇ）は、カラーフィルタ基板の製造方法の一例を示す模式構成断面図である。

符号の説明

１１……透明基板
２１……黒色感光性樹脂層
２１ｂ……ブラックマトリクス
３０……着色フィルター
３１Ｒ……赤色フィルター
３１Ｇ……緑色フィルター
３１Ｂ……青色フィルター
４１……ＰＳ
５１……透明電極
６１……ＰＳ
７０……柱状スペーサー
８０……途中工程のカラーフィルタ基板
１００、３００……カラーフィルタ基板
１１０……着色フィルター形成手段
１２０……透明電極形成手段
１３０……膜厚測定手段
１４０……積層スペーサー膜厚層別手段
１５０……ＰＳ製造手段
１６０……制御手段
２００……カラーフィルタ基板製造装置

Claims (2)

1. 透明基板上に、ブラックマトリクスと、複数の着色フィルターと、透明電極と、積層スペーサーとフォトスペーサー（以下、ＰＳと称す）とからなる柱状スペーサーとが形成されたカラーフィルタ基板において、
   （ａ）透明基板上に、ブラックマトリクスと、複数の着色フィルターと、所定のブラックマトリクス上に積層スペーサーとを形成する工程と、
   （ｂ）透明電極を形成する工程と、
   （ｃ）前記積層スペーサーの膜厚を測定する工程と、
   （ｄ）測定された積層スペーサー膜厚を、前記柱状スペーサーの膜厚精度の程度及び前記積層スペーサーの膜厚バラツキの程度に応じて設定した膜厚レンジ分類に分類し、当該カラーフィルタ基板をバッファーカセットに収納する工程と、
   （ｅ）積層スペーサー膜厚の前記膜厚レンジ分類の単位毎にＰＳの製造条件を設定して、カラーフィルタ基板を前記バッファーカセットより順次取り出してＰＳ製造手段により積層スペーサー上にＰＳを形成する工程と、を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
2. 少なくとも、
   （ａ）透明基板上に、ブラックマトリクスと、複数の着色フィルターと、積層スペーサーとを形成する着色フィルター形成手段（１１０）と、
   （ｂ）複数の着色フィルター上に透明電極を形成する透明電極形成手段（１２０）と、
   （ｃ）積層スペーサーの膜厚を測定する膜厚測定手段（１３０）と、
   （ｄ）測定された積層スペーサー膜厚を、積層スペーサーとフォトスペーサーとからなる柱状スペーサーの膜厚精度の程度及び前記積層スペーサーの膜厚バラツキの程度に応じて設定した膜厚レンジ分類に分類し、積層スペーサー膜厚の前記膜厚レンジ分類の単位毎にフォトスペーサー製造手段の製造条件を設定する制御手段（１６０）と、前記透明基板をバッファーカセットに収納する積層スペーサー膜厚層別手段（１４０）と、を有し、
   前記制御手段（１６０）が、前記膜厚レンジ分類の単位毎にカラーフィルタ基板を前記バッファーカセットより順次取り出しフォトスペーサー製造手段（１５０）に供給することを特徴とするカラーフィルタ基板製造装置。

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