JPH04106502A - パターン部材の形成方法およびそれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、液晶デイスプレィの
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
ーン形成材料か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１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、−船釣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糸の顔料
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および蝶ナツ
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によって上下に部分される。下部の室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２
７ａ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２
７ａ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３０　ａと配管３０１）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
ヨイントを設け、そこにストップバルブ４１を設けであ
るが、そのストップバルブ４１はタンク２０の洗浄およ
びドレン排呂のために利用する。

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５１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は空気アクチエ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
の頭部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１
０１のタンク２０側に通じるチャンバー５３の開口５３
ａに整合した位置にある。しかし、閉じ蓋７６に設けた
ボート７６ａから圧縮空気を供給すると、プランジャ７
２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１
４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１
４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５０ａ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１
４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
、−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、圧電アクチエー
タによってたとえば０．１μｍ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、ポードア　６　ａ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　’Ｃ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ｌｏｃｍ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５０　ａ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
体、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   形し形成する、パターン部材の形成方法。 ２、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、請求項１に記載
   のパターン部材の形成方法。 ３、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２に記載のパターン部材の形成方法
   。 ４、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。 ５、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、 を備えたパターン部材の形成装置。 ６、ノズルユニットに、さらに、ノズルの開口部を加熱
   する加熱手段を含む、請求項５に記載したパターン部材
   の形成装置。