JP5261976B2 - スペーサーの形成方法とそれに用いるブランケット基材 - Google Patents

Description

本発明は、あらかじめ機能性パターンが設けられた、ガラス基材やプラスチックフィルム上の所定の位置に、効率よくスペーサービーズを配置して設けるスペーサーの形成方法に関するものである。

液晶表示装置は、近年のカラー化や高精細化を経て、小型の電子機器やテレビ用途として一般に広く用いられるようになったが、今後さらに薄型化、大型化、低価格化が期待されている。

一般にカラーテレビ等に用いられるパネル部材は、透明導電極が設けられたカラーフィルター基材と、ＴＦＴ等の画素電極が設けられた透明基材を貼り合わせることにより形成された微小な空間（セル）に、液晶材料が封止されている。この封止されたセルの厚みは、一方の基材に設けられたスペーサーと呼ばれる微小な構造物によって規制され、維持されている。セルの厚みは、そのまま液晶層の厚みとなるため、パネルの一部でセルの厚みが０．１μｍ程度の差異があるだけで、その部分の発色や液晶の応答速度が不均一になり、表示のムラの原因や色再現の不具合がでてしまう。

従来の液晶表示装置の製造方法では、画素電極を設けた基材上にスペーサービーズやガラスファイバー片をランダムに散布しており、画素パターン上にもこれらスペーサーが配置されていた。このため、スペーサー周辺の配向不良や光漏れ、加圧による画素電極の損傷などの不具合が問題となっていた。

また、最近ではフォトリソ法によりカラーフィルターのブラックマトリクス上に精度良く樹脂柱を形成する方法が非常に多くの製品に用いられている。しかし、このフォトリソ法によるスペーサーの製造方法は、製膜、露光、現像、剥離の工程を含むので製造設備が大掛かりとなるという問題が指摘されている。また、フォトレジストの使用効率が低いため製造コストが高くなってしまう問題もあるが、今後製造装置の大型化が進むと、コーティングの均一性が無視できない問題となり、樹脂柱の高さを均一に揃えることが困難となってくる問題がある。

一方、スペーサーとして樹脂製のスペーサービーズを用いてセル化を行った場合、スペーサービーズが数％程度圧縮された状態で保持されることから、外気温度の変化で空間が膨張した場合や、たえず振動にさらされる状況でもスペーサービーズの形状復元により、セル構造の維持が容易である。このため、温度環境の厳しい車載用ディスプレイや、製造工程でたわみを持ちやすい大型パネルやフィルム基材を用いた液晶ディスプレイなどでの使用が見直されている。

そこで、インクジェット方式を用いて、基材上の任意のパターン上にスペーサービーズを配置する試みがなされている（特許文献１参照）。

しかし、スペーサーとして用いられる３〜５μｍ径のビーズをインク中に含むため、目詰まりや吐出位置精度を確保する為に、３０μｍ以上のノズル径を使用しなければならない。この為、インクジェット法で吐出されるインキ滴を小さくすることが困難である。

使用するノズル径が５〜６μｍ程度の場合に、着弾の精度が８〜１０μｍとすると、このノズル径を３０μｍに広げると、着弾の精度が２０μｍ以上に悪化してしまう。そのた
め、カラーフィルターのパターンに設けられた、数十から数百μｍ幅の画素上にスペーサービーズを配置することは十分可能であるが、線幅が１０〜２０μｍ程度であるブラックマトリクス上に選択的に配置することは困難である。

下記に公知文献を記す。
特開平９−１０５９４６号公報

本発明は、上記の技術的背景を考慮してなされたものであって、あらかじめ機能性パターンが設けられたガラス基材あるいはフィルム基材の任意のパターン上に、スペーサービーズを安価に精度良く設置するスペーサーの形成方法およびそれに用いるブランケット基材を提供するものである。

本発明において上記課題を達成する為に、まず請求項１の発明は、インクジェット法を用いて、スペーサービーズをあらかじめ機能性パターンが設けられた基材上に設置するスペーサーの形成方法であって、
まず、撥水表面加工を施したブランケット基材上にスペーサービーズ含有溶液をインクジェット法によりパターン吐出し、溶剤を乾燥させて前記スペーサービーズを配置した後、前記ブランケット基材上の前記スペーサービーズを前記機能性パターンが設けられた基材上に転写することを特徴とするスペーサーの形成方法である。

また、請求項２の発明は、前記撥水表面加工を施したブランケット基材上に、使用する前記スペーサービーズ径よりも浅い凹凸部を有するパターンを設けることにより、前記スペーサービーズ分散液を凹部へ誘導し、該スペーサービーズの配置を行なうことを特徴とする請求項１に記載のスペーサーの形成方法である。

また、請求項３の発明は、前記スペーサービーズを配置したブランケット基材面上に、既に前記機能性パターンが設けられた基材のパターン面を平行に近づけ、カメラなどの観察機器を用いて各基材上にあらかじめ設けた位置合わせマークを基準に位置合わせを行なった後、両基材を重ね合わせ、加圧した後、剥離し、前記スペーサービーズを転写することを特徴とする請求項１又は２に記載のスペーサーの形成方法である。

また、請求項４の発明は、前記ブランケット基材上に配置された前記スペーサービーズを既に前記機能性パターンが設けられた基材へ転写する際に、接着層を介して転写を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスペーサーの形成方法である。

また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撥水表面加工を施したブランケット基材として、透明な基材上へ前記スペーサービーズ径よりも薄い印刷パターン層を設けた後、さらに基材全面にシリコーン樹脂層を積層することを特徴とするブランケット基材である。

本発明は以上の特徴を持つことから、下記に示す効果がある。

即ち、請求項１に係る発明によれば、インクジェット法を用いて、スペーサービーズを既に機能性パターンが設けられた基材上に設置する方法であって、まず撥水表面加工を施したブランケット基材上にスペーサービーズをパターン状に配置した後、目的の基材上に転写することから、目的の基材上にスペーサービーズを適切に配置するための加工などを
特に設けることなく、高精細パターンにあわせたスペーサーの形成を行う事が可能となる。また、ガラス基材やフィルム基材など転写対象となる基材を問うことなくスペーサーの形成を行うことが可能となる。

また、請求項２に係る発明によれば、該撥水表面加工を施したブランケット基材上の、インクジェット法によるスペーサービーズ分散液の着弾エリアの範囲に、段差を有するパターンを配列して設ける事により、溶剤の揮発過程において、スペーサービーズの前記パターン中心部への自己配列を誘発する事で、任意のパターンに応じたスペーサービーズの設置を行う事ができる。

また、請求項３に係る発明によれば、前記ブランケット基材上にスペーサービーズを配列した面上に、既に機能性パターンが設けられた基材のパターン面を平行に近づけ、カメラなどの観察機器を用いて各基材上にあらかじめ設けた位置合わせマークを基準に位置合わせを行なった後、両基材を重ね合わせ、加圧した後、剥離して被転写基材へスペーサービーズを転写する事で、高精細パターン上に再現性良くスペーサーを形成することが可能となる。

さらに、請求項４に係る発明によれば、前記ブランケット基材上に配置されたスペーサービーズを目的の基材へ転写する際に、接着層を介する事で、スペーサービーズの基材上への転写を完全に行うことが可能であり、被転写基材との密着を強めることで、後工程でのスペーサー欠落を防ぎ、たわみや振動による不具合を低減することが可能である。

また、請求項５に係る発明によれば、前記撥水表面加工を施したブランケット基材として、透明な基材上へ前記スペーサービーズ径よりも薄い印刷パターン層を設けた後、さらに基材全面にシリコーン樹脂層を積層する事で、表面に凹凸のある撥水表面加工を施したブランケット基材を安価に入手することができる。

従って、本発明はインクジェット方式と転写方式を併用することで、既に機能性パターンを有するガラス基材あるいはフィルム基材を用いた任意の基材パターン上にスペーサーを安価に精度良く、形成する方法とする事ができる。

以下に図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

本発明に用いるブランケット基材は、表面に撥水性を持ち、表面に任意の凹凸パターンを施すことが可能な基材を用いる事ができるが、母型の凹凸表面をシリコーン樹脂により型取りする、レプリカ型ブランケット基材１０５や、あらかじめ設けた印刷パターン層１１１にシリコーン薄膜層１１２を設けた印刷パターン型ブランケット基材１１３を用いるのが好ましい。

レプリカ型ブランケット基材１０５は、支持基材１０３や、アンカー層１０４、シリコーン樹脂層１０２より形成される。（図１ｃ）
一方、印刷パターン型ブランケット基材１１３は、支持基材１０３や印刷パターン層１１１、シリコーン薄膜層１１２から形成される。（図１ｅ）
支持基材１０３は、ソーダガラスや無アルカリガラス等のガラス基材やプラスチック等の基材に加工し用いることが可能である。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ナイロン、アラミド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、トリアセチルセルロースなどのフィルム、シートを用いることができる。さらに光透過性の基材を用いることにより、パターンの重ね合わせ時にアライメントを容易とすること
ができる。

また、シリコーン樹脂層１０２や印刷パターン層１１１との密着性を向上させるため易接着層を設ける事や、加工前にＵＶ処理やコロナ処理を行なうのが好ましい。

ブランケット基材として、シリコーン樹脂によるレプリカ型ブランケット基材１０５を用いる場合は、ブランケット支持基材１０３とシリコーン樹脂層１０２の密着を向上させるため、アンカー層１０４を設けることが好ましい。

アンカー層１０４には、熱硬化または紫外線硬化性のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン樹脂やこれら樹脂とシリコーン樹脂との混合体やシランカップリング剤など、最表面に設けるシリコーン樹脂層１０２に対してより基材との接着性の高い樹脂層を、アンカー層１０４としてあらかじめブランケット支持基材１０３上に設けておくこともできる。

シリコーン樹脂層１０２としては、母型から鋳型をとることができるものなら使用可能であり、二液型のジオルガノポリシロキサンと架橋剤としての三官能性以上のシラン、またはシロキサン及び硬化触媒を組み合わせたものが使用可能であるが、いわゆる型取り用として市販されている室温硬化型のものが好適である。縮重合タイプと付加重合タイプがあるが、どちらも使用可能である。例えば、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製のＴＳＥ―３５０４，ＴＳＥー３５０，ＴＳＥ―３５０２、ＴＳＥ―３５０８、ＴＳＥ―１２−Ａ４００１、ＴＳＥ―３４５７，ＴＳＥ―３４７７、ＴＳＥ―３４５０、ＴＳＥ―３４５３、ＴＳＥ―３４５３Ｔ、ＸＥ−１５−Ａ１８１４、ＴＳＥ―３４５０、ＴＳＥ―３４６６、ＴＳＥ―３４０２，ＹＥ―５６２６等の一連の製品、また信越シリコーン社製の型取り用の、ＫＥ１０，ＫＥ１２、ＫＥ１７、ＫＥ２０、ＫＥ１１１、ＫＥ１１２、ＫＥ１１３、ＫＥ２４、ＫＥ２６、ＫＥ１４００、ＫＥ１４０２、ＫＥ１４０４、ＫＥ１３００、ＫＥ１６００等が使用可能である。さらに硬度を調整するために硬度の異なるものを混合してもよい。また、母型のパターンが数十μｍの細かなパターンの場合、重合時に副生成物の生じない付加重合タイプのものが好ましい。

母型１０１としては、無アルカリガラス等の低膨張ガラス表面に感光性樹脂を用いてマスクパターンを形成した後、既存のドライエッチング処理やウエットエッチング処理、もしくはサンドブラスト処理を用いて、使用するスペーサービーズ２０２の直径や設置密度に応じて、２μｍから５μｍの版深を設けたものを用いることができる。

また、同じく無アルカリガラス等の低膨張ガラス表面に感光性樹脂を用いてパターニングし、２μｍから５μｍの厚みのパターンを設けたものを利用する事ができる。感光性材料は無機分を含有する必要がなく、シリコーンゴム等の型取りに耐える強度だけが必要である。そのため各種の感光性材料を使用することができる。例えば３次元光造形法に使用する感光性材料を使用することができる。また、感光性フィルム（ドライフィルム）を使用することもできる。

母型１０１上へ上記シリコーン樹脂層１０２を形成する方法としては、インキの粘度や溶媒の乾燥性によって公知の塗工方法を用いることができる。すなわち、例えばスピンコート、ディッピング法、ロールコート、グラビアコート、リバースコート、エアナイフコート、コンマコート、ダイコート、スクリーン印刷法、スプレーコート、グラビアオフセット法等が挙げられる。中でも、ダイコート、キャップコート、ロールコート、アプリケータは、広い範囲の粘度のインキについて均一なインキ液膜を形成することができ、さらにその中でもダイコートが最も効率的で好適な形成方法である。

まず、母型１０１上に型取り用シリコーンを塗布し（図１ａ、ｂ）、あらかじめアンカー層を設けた支持基材をラミネート後、必要によっては加熱し、常温で放置し型取り用シリコーンを硬化させた後、支持基材を母型から剥離することで凹部パターンを持つレプリカ型ブランケット基材１０５を得る。（図１ｃ）
一方、あらかじめ設けた印刷パターン層１１１にシリコーン薄膜層１１２を設けた印刷パターン型ブランケット基材１１３を用いる事もできる。

印刷パターン層１１１は、既存のパターニング方式を用いる事ができ、スクリーン印刷方式やグラビア印刷方式、凹版印刷方式、反転印刷方式を用いる事ができるが、高精度のパターンを形成する場合は、光硬化性樹脂を用いた、いわゆるフォトリソ方式を用いるのが好ましい。

また、印刷パターン層１１１の膜厚は、使用するスペーサービーズ２０２の直径や設置密度により２μｍから５μｍに設けるのが好ましい。

印刷パターン層１１１上に設けるシリコーン薄膜層１１２には、シリコーンオイル、シリコーンワニスで代表される離型剤を用いても良いし、あるいはシリコーンゴムを薄く設けてもをよい。また同じ目的でフッ素系樹脂、フッ素系ゴムも利用されうるし、フッ素樹脂微粉末をシリコーンゴムあるいは、普通のゴムに混ぜて剥離性を出すなどの使い方をしてもよい。

具体的なシリコーンとしては、ジメチルポリシロキサンの各種分子量のもの、その他メチルハイドロジエンポリシロキサン、メチルフェニルシリコーンオイル、メチル塩素化フェニルシリコーンオイル、あるいはこれらポリシロキサンと有機化合物との共重合体など、変成したものを用いることができる。 シリコーンゴムとしては、二液型のジオルガノポリシロキサンと架橋剤としての三官能性以上のシラン、またはシロキサン及び硬化触媒を組み合わせたもの、あるいは一液型ではジオルガノポリシロキサンとアセトンオキシム、各種メトキシシラン、メチルトリアセトキシシラン等の組み合わせなどが用いられ、その他ゴム硬度を調節するためのポリシロキサンが適宜用いられる。

上記に示した印刷パターン層１１１上へシリコーン薄膜層１１２を形成する方法としては、インキの粘度や溶媒の乾燥性によって公知の塗工方法を用いることができる。すなわち、例えばスピンコート、ディッピング法、ロールコート、グラビアコート、リバースコート、エアナイフコート、コンマコート、ダイコート、スクリーン印刷法、スプレーコート、グラビアオフセット法等が挙げられる。中でも、ダイコート、キャップコート、ロールコート、アプリケータは、広い範囲の粘度のインキについて均一なインキ液膜を形成することができ、さらにその中でもダイコートが最も効率的で好適な形成方法である。

このように印刷パターン層１１１上へシリコーン薄膜層１１２を塗布した後、シリコーン薄膜層１１２の硬化促進の為に過熱処理を行い、印刷パターン型ブランケット基材１１３を得る。（図１ｅ）
本発明に用いるスペーサービーズ２０２は粒子径３〜５μｍの球状粒子を、１種または２種以上を混合して用いることができる。

スペーサービーズ２０２の材質としては特に限定されず、例えば、樹脂、有機物、無機物、これらの化合物や混合物等が挙げられる。上記樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール等の線状又は架橋高分子重合体；エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジビニルベンゼン重合体、ジビニルベンゼン−スチレン共重合体、ジビニルベンゼン−アクリル酸エステル共重合体、ジアリルフタレート重合体、トリアリルイソシアヌレート重合体等の架橋構造を有する樹脂等が挙げられる。また、無機物としてはシリカ等があげられる。

また、スペーサービーズ２０２は液晶セル化工程の際の圧力によるセル厚のムラを低減させるため、あるいは転写工程において加えられる圧力に耐えるために圧縮弾性率（１０％Ｋ値）が２５００ＭＰａ〜１３０００ＭＰａであるものが好ましい。

本発明のスペーサービーズ分散液２０１中におけるスペーサービーズ２０２の固形分濃度は、特に限定されないが、例えば分散液全体の０．２〜３％であることが好ましい。

スペーサービーズ分散液２０１におけるスペーサービーズ２０２の固形分濃度が０．２％未満であると、吐出された液滴中にスペーサービーズ２０２が含まれなくなり易く、カラーフィルター基材上のスペーサー密度が低下し、また３％を超えると、スペーサービーズ２０２同士が凝集したり、インクジェット塗工ヘッド２０３のノズルが詰まったり、また、吐出された液滴中のスペーサービーズ２０２の含有量が過剰となり易くなる傾向があるため好ましくない。

本発明のスペーサービーズ分散液２０１に用いる水溶性溶剤としては沸点１５０℃以上、好ましくは１８０℃以上のものを１種または２種以上混合して用いることができる。

本発明に用いられる水溶性溶剤としては、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２，４−ブタントリオール、２，２‘−チオジエタノール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の高沸点低揮発性の多価アルコール類が用いられ、その他Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、モノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン等の水溶性溶剤を添加することが出来る。

また、本発明における沸点１５０℃以上の水溶性溶剤の添加量は５０〜９０％であることが好ましい。添加量が５０％以下であるとスペーサービーズ分散液２０１の揮発性が高くなり、インキ安定性を低下させ、また、９０％以上であるとスペーサービーズ分散液２０１の粘度が上昇し、インクジェット塗工時の吐出不良の原因となるため好ましくない。

また必要に応じ、カラーフィルター基材およびインクジェット塗工ヘッド２０３とスペーサービーズ分散液２０１との濡れ性を制御する目的でアルコール類や界面活性剤を用いられ、１種または２種以上を混合して用いることができる。

アルコール類としてはメチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｉ−プロピルアルコール等が使用でき、界面活性剤としては、水溶性のアニオン性、カチオン性、両性、ノニオン性の界面活性剤を一種類または複数種を添加できる。

本発明のスペーサービーズ分散液２０１においては、スペーサービーズ２０２が単粒子状に分散していることが好ましく、その効果を阻害しない範囲で、各種添加剤、例えば、粘接着性付与剤、粘性調整剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤、消泡剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤が添加されていても良い。

本発明ではスペーサービーズ２０２をインクジェット塗工方式で所定の位置に配置する。インクジェット方式は、インク滴の生成原理により、連続ジェット（コンティヌアス）方式とドロップ・オン・デマンド方式の２方式に分類される。本発明では、いずれの方式も好ましく採用できる。

連続ジェット方式は、インク滴を連続して生成させ、記録信号に応じてインク滴を選択して記録を行う方式であり、Ｓｗｅｅｔ型、マイクロドット型、Ｈｅｒｚ型、ＩＲＩＳ型などがある。また、ドロップ・オン・デマンド方式は、記録信号に応じてインク滴を噴出させる方式であり、圧力パルス方式、サーマルジェット方式、ＥＲＦ方式などがある。
いずれの方式においても、インキ滴の吐出再現性やスペーサービーズ径、スペーサービーズ２０２によるノズル詰まりの防止を考慮すると、ノズル径が２０〜６０μｍであることが望ましい。

インクジェット装置としては、インクジェット塗工ヘッド２０３のほかにブランケット基材を設置し、吐出開始位置や傾きを調節するＸ，Ｙ，θ軸移動や、ヘッドの吐出信号と同期してブランケット基材の移動を行うことが可能なステージからなる搬送系や、吐出位置や吐出状態を観測する観測系、スペーサービーズ分散体の供給系等から構成されるが、ブランケット基材に配置された任意のパターンにスペーサービーズ分散液２０１を吐出することが可能であれば、吐出位置の移動方法や装置構成、インクジェット塗工ヘッド２０３のマウント方法や搭載するヘッドの数は限定されるものではない。

本発明の対象となる被転写基板としては、スペーサービーズ２０２を配置して設ける用途に用いられ、各種表示素子やタッチスイッチ等に使用可能であるが、特に液晶ディスプレイに好適である。この基板は、特に限定されるものではなく、ガラス基材やフィルム基材等の一般的に液晶ディスプレイとして用いられているものであってよい。

通常、液晶ディスプレイは２枚の基板を重ね合わせて形成される。このため、通常は一方の基材にスペーサーが形成または配置される。そして他方の基材と重ね合わせて液晶表示素子を作製する。スペーサーを形成する基材としては、位置合わせの点からは、遮光パターンを有するカラーフィルター基材２０４とすることが好ましい。また、本発明によるスペーサービーズ２０２の配置方法によれば、転写によるブランケットやスペーサービーズ２０２自体の接触を伴う工程の為、配向膜を設ける前の透明導電膜層２０７上にスペーサービーズ２０２を設ける際に用いる事が好ましい。よって、以下被転写基材として、フィルム基材を用いたカラーフィルター基材２０４の透明導電膜層２０７へスペーサーの形成を行う場合を例に、工程の説明を行なう。

カラーフィルター基材２０４上におけるスペーサービーズ２０２の配置は、スペーサービーズ２０２に起因する光抜けなどの表示品質の低下を抑制するという観点からも、パネルの遮光パターン（ブラックマトリクスパターン層２０６）上にスペーサービーズ２０２を配置することが好ましい。また、基材上におけるスペーサービーズ２０２の粒子密度は、ブラックマトリクスパターン層２０６の解像度にもより、特に限定されるものではないが、通常１ｃｍ平方の領域に１０００〜２００００個であることが好ましい。

凹凸パターンを設けたブランケット基材上の凹部パターン付近に、スペーサービーズ分散液２０１を着弾させると、溶液の表面張力によって、その凹部が隔壁となりほとんどが凹部内に留まる。また、凹部溶剤の乾燥と共にスペーサービーズが液滴中を移動するが、一度凹部に進入すると、その外部へ拡散する事は無く、よってブランケット基材の凹部パターンに、ほとんどのスペーサービーズ２０２が定着する。

スペーサービーズ２０２を配置したブランケット基材１０５、１１３は、転写装置２０
１に搬送し、スペーサービーズ２０２のカラーフィルター基材２０４への転写を行なう。

転写装置２０１は、カラーフィルター基材２０４の巻き出し部２１１、巻き取り部２１２、可動ステージ２１６、乾燥炉２１３、アライメント用カメラ２１４、加圧部２１５によって構成される。

巻き出し部２１１、巻き取り部２１２は、それぞれ巻き取りロールで供給されるカラーフィルター基材２０４の原反を設置または、巻き取るため直径３インチから３０インチの芯を装着できるマウンターを備えたシリンダーと、回転やテンションを制御して基材を搬送するためのモーターを備える。装着されるフィルム原反幅は１００ｍｍ〜１０００ｍｍが選択できるが、パターンの実用性と転写位置精度を考慮し３００ｍｍ幅が選択される。

また、カラーフィルター基材２０４のテンションの制御は、これら装置以外に搬送系にニップ部を設置して基材を保持することでも調節を行うことができる。ニップ部は、主に搬送ロールに備わったエアー吸着孔による吸着ニップが用いられる。

可動ステージ２１６は、ボールねじや、リニアモーター等で駆動するものを用いることができ、金属製、石製などのものを用いることができるが、少なくとも水平方向に水平を保ったまま上下運動することができ、さらにブランケット基材を吸着することができる。吸着による表面の凹凸を防ぐためにフィルムのエッジ付近のみ吸着孔を設ける方法や、多孔質性材料を用いた吸着表面を用いる方法を選択することができる。

乾燥炉２１３は、カラーフィルター基材２０４上に転写したスペーサービーズ２０２を、搬送や巻取り、配向膜の塗布の際に剥離することを防ぐ為、接着パターン層３０１や接着層３０２をより硬化させる為に設けることができ、ホットプレート、オーブン、温風、減圧乾燥、紫外線照射などの乾燥装置を設けてもよい。

アライメント用カメラ２１４は、カラーフィルター基材２０４に設けられたブラックマトリクスパターン層２０６と、スペーサービーズを配置したブランケット基材との位置合わせを行うために設ける。可動性ステージ２１６上に吸着したブランケット基材上に、カラーフィルター基材２０４上のブラックマトリクスパターン層２０６を１００〜２５０μｍに近づけた後、カラーフィルター基材２０４上に得られたパターンの一部やアライメント用のマークパターンと、ブランケット基材上のパターンを透過画像で認識し、それぞれの基材パターンを認識した画像を基に可動性ステージ２１６を動作させ転写位置の補正を行うことができる。

上記アライメント用カメラ２１４は光学顕微鏡、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）顕微鏡のどちらであっても良いが、オートフォーカス、電気的に制御可能な手動焦点制御機構のいずれか、もしくはその両方の機能を必要とし、観察の為に外部に設置したモニターや位置補正の為の画像処理装置へのインターフェースを持つものとすることができる。

また、カラーフィルター基材２０４とブランケット基材の間に顕微鏡カメラを挿入し、それぞれの基材上のパターンを認識した画像を基に位置の補正を行う方法も選択できる。

加圧部２１５は、可動性ステージ２１６上に金属ローラーまたはゴムローラーが設けられる。

可動性ステージに固定されたブランケット基材と、わずかな隙間をあけて設置されたカラーフィルター基材２０４の上からローラーを押し当て、可動性ステージ２１６の移動と
共にローラーを回転させながら印圧をかけ、つぎにカラーフィルター基材２０４をブランケット基材から剥がすことによりスペーサービーズ２０２をカラーフィルター基材２０４上へ転写することができる。

ブランケット基材の凹部パターンに定着したスペーサービーズ２０２は、そのまま転写しても、カラーフィルター基材２０４上の透明導電膜層２０７への密着力が弱く、転写することが困難であり、またスペーサービーズ２０２の固着力により転写を行なう事ができたとしても、その後の搬送や配向膜の塗布などの際に剥離してしまう可能性がある。

そこで、接着成分を介してスペーサービーズ２０２とカラーフィルター基材２０４を接着させる必要がある。

接着成分を介して、スペーサービーズの転写を行なう方法としては、あらかじめカラーフィルター基材２０４上に接着パターン層３０１を設けておく方法（図３ａ）や、インクジェットによる塗工の際に用いる、スペーサービーズ分散液２０１に硬化性樹脂を添加しておく方法（図３ｂ）、ブランケット基材に定着したスペーサービーズ２０２上に、再度インクジェットにより接着インキ滴３０３を吐出する方式（図３ｃ）が考えられる。

あらかじめカラーフィルター基材２０４上に接着パターン層３０１を設けておく方法図３ａ）で用いられる接着パターン層３０１は、硬化性樹脂から成り、液晶表示装置向けスペーサー用樹脂柱成分としてとして公知の光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を用いることが可能である。例えば、エポキシ系樹脂、ポリスチレン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アクリル系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂を挙げることができ、必要に応じて硬化剤、架橋剤を混合し硬化する。

また、上記硬化性樹脂はパターニング時においては、必要に応じて溶剤に溶解して使用することが可能である。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、メトキシアルコール、エトキシアルコール、メトキシエトキシエタノール、エトキシエトキシエタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、乳酸エチル、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メトキシエチルアセテート、エトキシエチルアセテート、エチルセロソルブアセテート、メトキシエトキシエチルアセテート、エトキシエトキシエチルアセテート、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン等が挙げることができる。

接着パターン層３０１は、カラーフィルター基材２０４上のブラックマトリクスパターン２０６上に設けるが、パターニングする方法としては、既存のパターニング方式を用いる事ができ、スクリーン印刷方式やグラビア印刷方式、凹版印刷方式、反転印刷方式インクジェット方式を用いる事ができる。

スペーサービーズ分散液２０１に硬化性樹脂を添加しておく方法（図３ｂ）では、あらかじめ添加しておいた硬化性樹脂が、溶剤の乾燥と共にスペーサービーズ表面にコーティングされ、密着性を発現することから、スペーサービーズ２０２の転写やその後のスペーサービーズ２０２の固定化を行なう。

添加される硬化性樹脂としては、ポリアクリル酸エステル、ポリメタアクリル酸エステル、ポリエチルアクリル酸エステル、スチレンーブタジエン共重合体、ブタジエン共重合
体、アクリロニトリルーブタジエン共重合体、クロロプレン共重合体、架橋アクリル樹脂、架橋スチレン樹脂、フッ素樹脂、フッ化ビニリデン、ベンゾグアナミン樹脂、フエノール樹脂、ポリオレフィン樹脂、セルロース、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エステル共重合体、ポリスチレン、スチレン−アクリルアミド共重合体、ｎ−イソブチルアクリレート、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリルアミド、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ロジン系樹脂、ポリエチレン、ポリカーボネート、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール、セルロース系樹脂、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−アクリル共重合体、塩化ビニル樹脂、ポリウレタン、等が挙げられるがこれに限定されるものではない。これら水分散型エマルションポリマーにアクリル基、カルボキシル基、イソシアネート基などの反応性部位を付与したもの、更にはこれらに必要に応じて架橋剤、光開始剤などを添加したものを使用できる。

また、これら水分散型エマルジョンを、ブランケット基材上に配置したスペーサービーズ２０２のパターンに沿って、インクジェット方式を用いて吐出することで、スペーサービーズ２０２表面に接着層３０２を設けることも可能である。

その場合、スペーサービーズ分散液を塗布する際に使用したインクジェット塗工ヘッド２０３よりも、ノズル径の小さなより精度の高いヘッドを用いる事ができる。

上記、スペーサービーズ２０２を被転写基材に転写するための接着性を付与する方法により、ブランケット基材上に配置したスペーサービーズ２０２の転写を行なった後、被転写基材を乾燥路２１３に搬送し、加熱・乾燥を行なう事で、スペーサービーズ２０２の被転写基材上への固定化を行なう。

以下、本発明を更に詳しく説明するため以下に実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

ブランケット基材として、シリコーン樹脂によるレプリカ版を作製し用いた。レプリカの母型としては、３００ｍｍのガラス基材上にフォトリソ方式によりパターン（パターン有効エリアは１５０ｍｍ、凸部２５μｍ幅、凹部１２５μｍ幅の連続したストライプパターンと、パターン有効幅の内外へアライメントマークを設けた。）を作製した物を用いた。

二液型取り用シリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、ＴＳＥ−３４５０（Ａ）液、（Ｂ）液）を混合し、減圧下で脱気しておいたものを、母型上にコーティングし、あらかじめＰＥＴ基材上にアンカー剤（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、ＸＰ８１−Ａ６３６１）を膜厚０．５μｍで設けた支持基材で挟み込み、室温下でラミネート処理を行ってシリコーン樹脂層を均一の膜厚に引き伸ばした状態で、２日間保持させシリコーン樹脂層を硬化させた。

硬化したシリコーン樹脂層をフィルム基材と共に、母型から剥離しパターン有効エリア１５０ｍｍ、凸部１２５μｍ幅、凹部２５μｍ幅の連続したストライプパターンを有するブランケット基材を得た。

次に、反応性を有する水分散型ウレタンアクリレートエマルション（荒川化学製、ＥＭ−９０、固形分４０％）を攪拌しながら、光開始剤（チバスペシャリティケミカル製、ダロキュア４２６５）を固形分比で５％となる添加量で少量ずつ添加し、光硬化型エマルションポリマー液を調製した。次いでスペーサービーズ（早川ゴム製、ハヤビーズＬ−１１
Ｓ、粒子径５μｍ）、前記光硬化型エマルションポリマー液、エチレングリコール／ブチルセルソルブ／水＝６５／５／３０（重量比）の混合溶媒を、スペーサービーズ／ポリマー液／混合溶媒＝０．３／５／９４．７（重量比）となるように混合、超音波分散させ、目開き１０μｍのステンレスメッシュで濾過し、実施例１のスペーサービーズ分散液を得た。得られたスペーサービーズ分散液の粘度は１１．０ｍＰａ・ｓ（２３℃）であった。このスペーサー分散液を、ピエゾ式インクジェットヘッドを搭載した観察システム付インクジェット印刷装置を用いて、ブランケット基材上に設けたストライプパターン（凹部）に合わせて吐出した。ブランケット基材を６０℃オーブンで１分間乾燥させた後、転写装置の可動ステージにエアー吸引により固定した。

被転写基材として、ＰＥＴ基材上に母型と同様のストライプ状遮光パターンを有するフィルム状カラーフィルターを重ね合わせ、アライメントカメラによる観察を行ないながら、可動ステージによる位置の微調整を行った。さらに、転写ローラーによる加圧（０．３ＭＰａ／ｃｍ２）により、スペーサービーズを被転写基材であるフィルム状カラーフィルター基材に密着させた。
可動ステージを下降させ、被転写基材を剥離した後、１００℃、２ｍｉｎで乾燥させ、さらに紫外線照射を行うことで、スペーサービーズの基材への固着を行ない、フィルム状カラーフィルターへスペーサーを形成した。

ブランケット基材として、印刷パターン型ブランケット基材を作製し用いた。
まず、アルカリ可溶性樹脂として、アクリレート樹脂（ダイセル化学工業（株）社製：商品名「サイクロマーＰ−ＡＣＡ２００Ｍ」）１００重量部、光重合性モノマーとして、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（東亜合成（株）社製：商品名：Ｍ４００）３０重量部、光重合開始剤として、イルガキュア３６９（チバスペシャルケミカル社製）６重量部、希釈溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３００重量部を、撹拌して希釈することにより、ネガレジスト組成物を調製した。

３００ｍｍ、０．７ｍｍ厚ガラスに、スピンコートにより２．５μｍ厚になるように均一に塗工し、減圧下で乾燥した。その後、パターン有効エリア１５０ｍｍ、開口部２５μｍ幅、遮光部１２５μｍ幅の連続したストライプパターンと、パターン有効幅の内外へアライメントマークの開口部を持つマスクを用いて露光、現像を行い、２１０℃１ｈｒの環境で硬化させることで、ガラス基材上にパターンを得た。

二液型剥離用シリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、ＴＰＲ―６７１２、ＣＭ６３０硬化剤１％、トルエンにて４倍希釈）を混合し、同じくスピンコートにより１μｍ厚になるようにガラスパターン上に積層し、２００℃、２０ｍｉｎでシリコーン薄膜層を硬化させることで、印刷パターン型ブランケット基材を得た。

後は、実施例１と同様の要領で、スペーサービーズ分散液をブランケット上に吐出し、スペーサービーズをブランケット基材上に配置した後、フィルム状カラーフィルター基材の所定の位置にスペーサービーズを転写しスペーサー形成を行なった。

微小な空間を得る為のスペーサーを微細パターン上に形成する用途、例えば各種表示素子やタッチスイッチ等に使用可能であるが、特にガラス基材やフィルム基材を用いた液晶ディスプレイのスペーサー形成に利用可能である。

本発明におけるブランケット基材の製造プロセスを示す概略図。 本発明におけるスペーサービーズの設置工程を示す概略図。 本発明における接着層を用いたスペーサービーズの転写工程を示す概略図。

符号の説明

１０１…母型
１０２…シリコーン樹脂層
１０３…ブランケット支持基材
１０４…アンカー層
１０５…シリコーンレプリカ型ブランケット基材
１１１…印刷パターン層
１１２…シリコーン薄膜層
１１３…印刷パターン型ブランケット基材
２０１…スペーサービーズ分散液
２０２…スペーサービーズ
２０３…インクジェット塗工ヘッド
２０４…カラーフィルター基材
２０５…カラーフィルターパターン層
２０６…ブラックマトリクスパターン層
２０７…透明導電膜層
２１０…転写装置
２１１…巻き出し部
２１２…巻取り部
２１３…乾燥炉
２１４…アライメント用カメラ
２１５…加圧部
２１６…可動ステージ
３０１…接着パターン層
３０２…接着層
３０３…接着インキ滴

Claims (2)

1. インクジェット法を用いて、スペーサービーズをカラーフィルタパターン層およびブラックマトリックスパターン層を有するカラーフィルター基材上に設置するスペーサーの形成方法であって、
   まず、撥水表面加工を施したブランケット基材上にスペーサービーズ含有溶液をインクジェット法によりパターン吐出し、溶剤を乾燥させて前記スペーサービーズを配置した後、前記ブランケット基材上の前記スペーサービーズを前記カラーフィルター基材上に転写することを特徴とするスペーサーの形成方法。
2. 前記撥水表面加工を施したブランケット基材上に、使用する前記スペーサービーズ径よりも浅い凹凸部を有するパターンを設けることにより、前記スペーサービーズ分散液を凹部へ誘導し、該スペーサービーズの配置を行なうことを特徴とする請求項１に記載のスペーサーの形成方法。