(57)【要約】【課題】転写パターンを高精細、高品質に且つ高速で形成することができるカラーフィルタの製造方法及び装置を提供する。【解決手段】開口部Ａ１が形成されたマスク４を使用することにより、照射面における走査方向の照射エネルギー積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するレーザ光を照射してブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラックマトリクス転写層を含む転写シートをカラーフィルタ基板と接触させ、転写シートにレーザ光を照射し走査してブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させることによりブラックマトリクスパターンを形成するカラーフィルタの製造方法において、
照射面における走査方向の照射エネルギー積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するレーザ光を用いてブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
走査方向の面積積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するマスクを通して形成されたレーザ光を用いることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
ブラックマトリクス転写層は、遮光材料と５０〜１２０℃の軟化点を有すると共に熱硬化性を有する熱硬化性樹脂を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
ブラックマトリクス転写層を含む転写シートにレーザ光を照射し走査してブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させることによりブラックマトリクスパターンを形成するカラーフィルタの製造装置において、
走査方向の面積積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するマスクを備え、
前記マスクを通して形成されたレーザ光を用いてブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させることを特徴とするカラーフィルタの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイに多く用いられているカラー表示のためのカラーフィルタの製造方法及び装置に係り、特にブラックマトリクスを大面積で高速且つ高精度、高品質に製造するレーザ転写方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄型、軽量で低消費電力等の特徴を有する液晶表示装置は、フラットパネルディスプレイとして広く使用されているが、ＴＶやコンピュータのディスプレイへの適用に伴って、カラー表示が主流となり、さらに近年は画面の大型化が要求されている。
カラー液晶表示装置には、白色光源からの光をＲ、Ｇ、Ｂの３原色に変換し、これら３原色を混合して各色を出すためのカラーフィルタを用いたものがある。このカラーフィルタの基板に着色層を形成する方法として、例えば特許文献１には、レーザ転写方式が提案されている。レーザ転写方式は、フィルム状の基材に予め熱溶融型の着色剤を塗布した転写シートをカラーフィルタ基板に重ね合わせ、この状態で転写シートにレーザ光を照射して着色剤を溶融させることにより、基板に所望のパターンで着色剤を転写する方法である。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０６６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーザ転写方式は、主としてカラーフィルタの画素を構成する数１００μｍ幅のＲ，Ｇ，Ｂの着色部分を転写することを目的として考案されたものが多く、図６に示されるように、ブラックマトリクスパターンＢＰに含まれる画素間の遮光部となる数１０μｍ幅の微細なライン状の転写パターンＰ１、ＴＦＴ部分の遮光部となるドット状の転写パターンＰ２、外周部の枠線に相当する太線状の転写パターンＰ３等を精度良く描画するには必ずしも適しているものではなかった。
【０００５】
特に、描画速度が速くなる場合は、転写に比較的高出力の照射エネルギーが必要となり、転写シート材料の熱収縮に伴うエッジ形状のギザつきが発生するといった問題や、ブラックマトリックス転写層の表面に凹凸が生じるという問題があった。また、逆に、描画速度が遅くなる場合は、レーザ光の照射時間が比較的長時間となるため、熱伝導により描画部とそれに隣接する非描画部との温度差が小さくなり、エッジの切れが悪くなってからみが発生するという問題があった。さらに、ＴＦＴ部分の遮光部となるドット状の転写パターンＰ２を形成する場合には、熱伝導の影響により中央部が膨らみ、俵型のドットとなるため、描画品質を上げるためには、より矩形のパターンに近づける必要があった。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、転写パターンを高精細、高品質に且つ高速で形成することができるカラーフィルタの製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るカラーフィルタの製造方法は、ブラックマトリクス転写層を含む転写シートをカラーフィルタ基板と接触させ、転写シートにレーザ光を照射し走査してブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させることによりブラックマトリクスパターンを形成する方法において、照射面における走査方向の照射エネルギー積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するレーザ光を用いてブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させる方法である。
【０００７】
照射面におけるレーザ光の走査方向の照射エネルギー積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するようにしてレーザ光を照射させてブラックマトリクスパターンを形成することにより、熱伝導による中央部分へのエネルギーの偏りを是正し、転写パターン毎にエッジ部と中央部のエネルギー分布が最適となるようなレーザ光に調節することができるため、転写パターンのエッジ形状を滑らかにすると共に熱収縮によるブラックマトリクス転写層表面の凹凸の発生を抑制しつつ転写を行うことが可能となる。これにより、ブラックマトリクスパターンに含まれる画素間の遮光部となる数１０μｍ幅の微細なライン状の転写パターンや、ＴＦＴ部分の遮光部となるドット状の転写パターン、外周部の枠線に相当する太線状の転写パターン等を高精細、高品質且つ高速で形成することが可能となる。
【０００８】
具体的には、走査方向の面積積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するマスクを通して形成されたレーザ光を用いることができる。
また、転写シートのブラックマトリクス転写層としては、遮光材料と５０〜１２０℃の軟化点を有すると共に熱硬化性を有する熱硬化性樹脂を含有するものが好ましい。
【０００９】
この発明に係るカラーフィルタの製造装置は、ブラックマトリクス転写層を含む転写シートにレーザ光を照射し走査してブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させることによりブラックマトリクスパターンを形成する装置において、走査方向の面積積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するマスクを備え、このマスクを通して形成されたレーザ光を用いてブラックマトリクス転写層をカラーフィルタ基板に転写させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、照射面におけるレーザ光の走査方向の照射エネルギー積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するようにしてレーザ光を照射させるため、熱伝導による幅方向中央部分へのエネルギーの偏りが抑制され、転写パターンのエッジ形状が滑らかになると共に熱収縮によるブラックマトリクス転写層の表面の凹凸の発生が防止される。このため、ブラックマトリクスパターンを高精細、高品質に且つ高速で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１にこの発明の実施の形態に係るカラーフィルタの製造装置の概略構成を示す。この製造装置は、マスクイメージング法によるレーザ描画装置を用いたものであり、レーザ発振器１の下方にビームエキスパンダー２、第１のマスク３、第２のマスク４及びレンズ５を含む光学系が配置され、さらに光学系の下方にＸＹステージ６が配置されている。レーザ発振器１としては、例えばレーザ波長が７８０ｎｍの半導体レーザや、レーザ波長が１０８４ｎｍのＹＡＧレーザ等を用いることができる。第１のマスク３は、ビームエキスパンダー２によりビーム径が広げられたレーザ光の照射エネルギー分布をトップハット形とするためのものであり、第２のマスク４には、図２に示されるように、走査方向の面積積分値が走査方向と直角の方向（幅方向）に対して凹型の分布を有する開口部Ａ１が形成されている。これにより、第１のマスク３及び第２のマスク４を通過したレーザ光の照射エネルギーは、図２に示されるように、走査方向のエネルギー積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有することとなる。
【００１２】
図１に示されるように、ＸＹステージ６の上にカラーフィルタの基板となるガラス基板７が載置され、ガラス基板７の上に転写シート８が載置される。ここで、転写シート８としては、図３に示されるように、透明なフィルム基材９の片面に光熱変換層１０とブラックマトリックス転写層１１を設けたものが用いられる。また、転写性を調整する目的で光熱変換層１０とブラックマトリックス転写層１１の間に離型層や剥離層を設けても良いし、ブラックマトリクス転写層１１上に接着層を設けても良い。またブラックマトリックス転写層１１がレーザ光を吸収し光熱変換層の働きを兼ね備える場合は光熱変換層１０を省略しても良い。この場合はフィルム基材９とブラックマトリックス転写層１１の間に離型層や剥離層を設けても良い。
【００１３】
フィルム基材９としては、用いるレーザ光のレーザ波長における光線透過率が６０％以上、より好ましくは８０％以上である透明なフィルム基材が好ましく用いられる。例えば、ポリエステルフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム等が挙げられる。基材の厚みとしては３〜２００μｍで、特に好ましくは５０〜１２５μｍである。基材厚みが薄くなるほど真空密着性が悪くなり、転写感度が低下する。厚すぎるとフィルムの搬送性が悪くなってくる。
【００１４】
光熱変換層１０は、用いるレーザ光の光を吸収し熱変換させる層であり、レーザ波長における光線吸収材料と結着材により構成される。かかるレーザ光線吸収材料としては、赤外線吸収剤等が挙げられ、特にカーボンブラックやチタンブラック等の無機粒子が好ましく用いられる。結着材としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアリレート樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース樹脂等やこれらの共重合樹脂、変性樹脂、電離照射線架橋樹脂、熱硬化樹脂等が用いられる。これらの樹脂のなかでも特に熱分解温度が２００℃以上の耐熱性が高い樹脂はアブレーション耐性が高く好ましく用いられる。光熱変換層１０のレーザ波長における光線吸収率としては、５０％以上が好ましく、より好ましくは６０〜９０％である。低すぎると光熱変換の効率が低くなり、エネルギーのロスが大きくなる。高すぎると目標とするブラックマトリックスの線幅となる最適な転写エネルギーのマージンが狭くなり描画精度が悪くなってくる。光熱変換層１０の厚みとしては０．５〜５．０μｍで、好ましくは２．０〜３．０μｍである。厚みが薄すぎると熱変換効率が低くなりエネルギーのロスが大きくなる。また薄膜で熱変換効率を上げるためにレーザ光線吸収材料の比率を上げると塗膜強度が低下してくるためアブレーションが発生しやすくなり、光熱変換層ごと転写してしまい転写時にヨゴレが発生する。厚すぎると熱伝導性が低くなり転写感度が低下したり、線幅の精度が低下してくる。光熱変換層１０における、レーザ光線吸収材料と結着材の比率は１／２０〜２／１で、特に１／１０〜１／１の範囲とすることで、上記のごとき、熱変換効率と膜厚とすることが好ましい。
【００１５】
ブラックマトリックス転写層１１はレーザ熱転写性とブラックマトリクス適性を有する層であり遮光性材料と結着材により構成される。遮光性材料としてはカーボンブラック、チタンブラック等の無機粒子が好ましく用いられる。またカーボンブラック、チタンブラックは遮光性材料であると共に、赤外線吸収材料でもあるため、光熱変換層１０を設けない構成とすることも可能となる。結着材としてはレーザ熱転写性とブラックマトリクス適性を付与するために熱可塑性と熱硬化性を有する樹脂組成とすることが好ましく、熱硬化性官能基を有しなおかつ軟化点が５０〜１５０℃である樹脂材料及び硬化剤等により構成される。例えば、エポキシ樹脂と硬化剤の組合せなどが挙げられる。ブラックマトリクス転写層１１の遮光性としては、透過濃度で２．５以上、特に３．０以上とすることがディスプレイとしたときの光漏れを防止する上で好ましい。低すぎると光漏れが生じディスプレイとしての性能が低下してくる。ブラックマトリクス転写層１１の厚みとしては０．５〜２．０μｍで、好ましくは０．８〜１．５μｍである。厚みが薄すぎると遮光性が低くなる。また薄膜で遮光性を上げるために遮光材料の比率を上げると熱転写性が低下して転写感度が低くなったり、ブラックマトリクスとしたときの耐薬品性が低下してくる。厚すぎると転写感度が低下したり、転写時のエッジの切れが悪くなったり、カラーフィルタの他の着色画素との高さが合わなくなってくる。ブラックマトリクス転写層１１の遮光性材料と結着材の比率としては３／７〜２／１が好ましく、上記のごとき、遮光性と膜厚とすることが好ましい。
【００１６】
ブラックマトリクス転写層１１がガラス基板７の表面に接触するように、フィルム基材９を上に向けて転写シート８がガラス基板７の上に載置され、真空密着される。
【００１７】
この状態で、レーザ発振器１からレーザ光を出射すると、レーザ光はビームエキスパンダー２によりそのビーム径が広げられ、第１のマスク３を通過することにより照射エネルギー分布がトップハット形とされる。さらに、レーザ光は、第２のマスク４を通過することにより走査方向の照射エネルギー積分値が幅方向に対して凹型の分布を有するものとなる。その後、レンズ５によって、レーザ光のビーム径が縮小され、転写シート８に照射される。そして、レーザ光を照射したままＸＹステージ６を駆動して転写シート８をガラス基板７と共に移動させることにより、レーザ光の走査を行う。このとき、第２のマスク４の開口部Ａ１に対して図２に示されるような方向に走査がなされる。
【００１８】
このようにして転写シート８に照射されたレーザ光は、基材９を透過して光熱変換層１０へ至り、ここで熱を発生する。この熱により、レーザ光が照射された部分のブラックマトリクス転写層１１が溶融してガラス基板７の上に転写される。従って、レーザ光の走査が終了した後に、図４に示されるようにガラス基板７から転写シート８を剥離すると、レーザ光が照射された部分のブラックマトリクス転写層１１のみがガラス基板７の上に残留する。
【００１９】
図２に示される第２のマスク４の使用により、走査方向のエネルギー積分値が幅方向に対して凹型の分布を有するレーザ光を照射してパターン転写を行うので、熱伝導による幅方向中央部分へのエネルギーの偏りが抑制され、転写パターンのエッジ形状が滑らかになる。また、高出力の照射エネルギーとして高速でパターン転写を行っても、エッジ形状のギザつきの発生が抑制されると共に熱収縮によるブラックマトリクス転写層１１の表面の凹凸の発生が防止される。このため、図６に示したようなブラックマトリクスパターンＢＰに含まれる微細なライン状の転写パターンＰ１、ドット状の転写パターンＰ２、太線状の転写パターンＰ３等を高精細、高品質に且つ高速で形成することができる。
【００２０】
なお、第２のマスク４は、図２に示したような形状の開口部Ａ１を有するものに限るものではない。例えば、図５に示されるように、Ｈ形の開口部Ａ２を有していても、同様に走査方向のエネルギー積分値が走査方向と直角の方向に対して凹型の分布を有するレーザ光を形成することができる。このマスクを用いても、図２に示される第２のマスク４を使用した際と同様の効果が得られる。
【実施例】
【００２１】
実施例１．
厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（東レ株式会社製、ルミラーＴ−６０）を基材として、その基材の表面上に下記組成の光熱変換層塗工液をバーコートにより塗布し、温度９０℃で３分間乾燥して厚さ３μｍの光熱変換層を形成した。
光熱変換層塗工液
カーボンブラック                                                ２部
ポリアミドイミド樹脂（東洋紡績株式会社製  パイロマックス）    １８部
ポリエステル樹脂（東洋紡績株式会社製  バイロン）                １部
エタノール／トルエン（１／１）                                ７９部
なお、各組成の部数は固形分重量基準である（以下同様）。また、基材上に光熱変換層が形成された、この構成において、波長７８０ｎｍにおける透過率は１０％であった。
【００２２】
次に、光熱変換層の上に下記組成のブラックマトリクス転写層塗工液をバーコートによって塗布し、温度１００℃で３分間乾燥して厚さ１．２μｍのブラックマトリクス転写層を形成することにより転写シートを製造した。
ブラックマトリクス転写層塗工液
カーボンブラック                                              １２部
変性アクリル樹脂                                              １０部
エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製
エピコート１５７Ｓ７０  軟化点：７０℃）          ４部
硬化剤                                                          ５部
メチルエチルケトン／トルエン（１／１）                        ７０部
【００２３】
ＸＹステージ上に載置されたガラス基板上にこの転写シートを被せて真空密着させ、図２に示した第２のマスク４を有する図１の製造装置を使用して以下の描画条件でレーザ光によるパターン転写を行った。
レーザ描画条件
ＸＹステージ走査速度（Ｙ軸方向）：８００ｍｍ／ｓ
レーザ集光径：２０μｍ角
レーザ出力  ：３６０ｍＷ／４００μｍ２
印加パルス  ：２５μｓｅｃ
【００２４】
これにより、ガラス基板上に縦方向に線幅２０μｍのライン状のパターンを形成した。ラインのエッジ形状は切れがよく、またラインの表面に熱収縮による凹凸の発生は認められなかった。
【００２５】
比較例１．
比較例１として、上記の実施例１のレーザ描画条件において、第２のマスク４の代わりに正方形の開口部を有するマスクを用いた以外は、実施例１と同様にしてガラス基板上に縦方向に線幅２０μｍのライン状のパターンを形成した。
この比較例１で形成されたラインのエッジにはギザつきが確認され、ラインの表面には熱収縮による凹凸の発生が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態に係るカラーフィルタの製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態で用いられた第２のマスクの形状とこのマスクを透過したレーザ光の照射エネルギー分布を示す図である。
【図３】実施の形態で用いられた転写シートの構造を示す断面図である。
【図４】レーザ光の走査終了後にガラス基板から転写シートを剥離する状態を示す断面図である。
【図５】変形例で用いられた第２のマスクの形状とこのマスクを透過したレーザ光の照射エネルギー分布を示す図である。
【図６】カラーフィルタのブラックマトリクスパターンを示す部分平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  レーザ発振器、２  ビームエキスパンダー、３  第１のマスク、４  第２のマスク、５  レンズ、６  ＸＹステージ、７  ガラス基板、８  転写シート、９  基材、１０  光熱変換層、１１  ブラックマトリクス転写層、Ａ１，Ａ２  開口部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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