(57)【要約】【課題】ガラス基板又はＴＦＴ基板上に着色層が形成された液晶表示装置用カラーフィルタ製造における欠陥修正方法において、塗布針の交換や複数回の塗布をすることなく、インク転写量を変化させることが出来、修正時間の短縮化が可能なカラーフィルタの欠陥修正方法と欠陥修正装置を提供する。【解決手段】基板上に着色層形成後、該着色層内の欠陥部をレーザーで除去し、除去された開口部に、前記着色層と同色の修正インクを塗布針を用いて転写するカラーフィルタの欠陥修正方法において、前記塗布針の前記基板に対する接触角度を変化させることで、前記塗布針先端部の前記修正インクと前記基板との接触面積を変化させる。また、前記塗布針をその軸芯方向で所定の角度回転させることで、前記塗布針先端部の前記修正インクと前記基板との接触面積を変化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に着色層形成後、該着色層内の欠陥部をレーザーで除去し、除去された開口部に、前記着色層と同色の修正インクを塗布針を用いて転写するカラーフィルタの欠陥修正方法において、前記塗布針の前記基板に対する接触角度を変化させることで、前記塗布針先端部の前記修正インクと前記基板との接触面積を変化させることを特徴とするカラーフィルタの欠陥修正方法。
【請求項２】
前記塗布針をその軸芯方向で所定の角度回転させることで、前記塗布針先端部の前記修正インクと前記基板との接触面積を変化させることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタの欠陥修正方法。
【請求項３】
前記塗布針はその先端部が、前記修正インク付着用平坦面を備え、前記平坦面は前記塗布針をその軸芯方向で回転させた場合に回転対称性を持たない、もしくは鏡像対称性を持たない形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載するカラーフィルタの欠陥修正方法。
【請求項４】
前記塗布針はその先端部が、円柱または楕円柱を斜めにカットした斜円柱の形状を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載するカラーフィルタの欠陥修正方法。
【請求項５】
基板上に着色層形成後該着色層内の欠陥部をレーザーで除去して開口部とした修正対象基板の、前記開口部に前記着色層と同色の修正インクを塗布針を用いて転写するカラーフィルタの欠陥修正装置において、少なくとも、
先端部に前記修正インク付着用平坦面を備えた塗布針であって、前記平坦面は前記塗布針をその軸芯方向で回転させた場合に回転対称性を持たないもしくは鏡像対称性を持たない形状を有している前記塗布針を具備し、前記塗布針の前記基板に対する接触角度を変化させる機構と、前記塗布針をその軸芯方向で所定の角度回転させる機構とを具備していることを特徴とするカラーフィルタの欠陥修正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置等に用いるカラーフィルタの欠陥修正方法に関し、ガラス基板あるいはＴＦＴ基板上に形成されたカラーフィルタの欠陥修正方法、及び、その欠陥修正方法が適用された欠陥修正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶表示装置はコンピュータ端末表示装置、テレビ画像表示装置を中心に急速に普及が進んでいる。このカラー液晶表示装置は、アレイ基板と、このアレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板と、これら２つの基板間に狭持された液晶層と、から構成される液晶表示素子を備えており、アレイ基板および対向基板のいずれか一方の基板には、カラー化のために通常、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の着色層からなるカラーフィルタが設けられている。
【０００３】
近年、この液晶表示装置には、高コントラスト化、高視野角化、低消費電力等の様々な要求があり、液晶表示装置のカラー表示化には必要不可欠なカラーフィルタにおいても同様の要求を達成する必要がある。一方で、カラー液晶表示装置は、その需要の増加に伴い、コストダウンに対する要求が高くなっている。カラーフィルタは、カラー液晶表示装置の部材の中でも製品価格に占める割合が高い為、より一層の低価格化が求められている。しかしながら、基板の大型化の進展に対して、カラーフィルタの製造工程でより高い歩留まりを維持する事は困難になりつつある。
【０００４】
そこで、液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造工程において、歩留まりを改善するためにカラーフィルタ中の欠陥を修正している。一般に、対向基板として設けられる液晶表示装置用カラーフィルタ基板は、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、透明導電膜、柱状スペーサおよび配向制御用突起が複数の工程で順次形成されている。そして、通常のカラーフィルタの画素部の大きさは、（６０〜１２０μｍ）×（１００〜３００μｍ）角の大きさであり、修正箇所の大きさは、２０μｍΦ以上が対象となる。最近では、この修正箇所の大きさは、ますます微細化の方向にある。
【０００５】
カラーフィルタの製造工程において、代表的な不良として、ピンホールのように画素部の一部が欠落したものや、「異物」が付着する欠陥が挙げられる。この異物には、レジスト材料の硬化片や、装置のベアリング削れ等による金属片、あるいは埃などの多様なバリエーションが存在する。カラーフィルタ製造の中間工程において欠陥が発生した場合、欠陥部をレーザーで除去した後、各構成層に対応した修正インクをそれぞれ塗布して硬化させることにより良品となるカラーフィルタ基板とする欠陥修正方法がある。
【０００６】
着色層の修正に関しては、まず異物近傍の欠陥部をレーザーで除去して微小な白欠陥部とすることが従来より行われてきた。その後、液晶表示装置の高精細化、高品位化への必要性から、レーザーにより欠陥部が除去・トリミングされた被修正面（白欠陥部）に、塗布針方式（特許文献1参照）やディスペンス方式（特許文献２参照）あるいはインクジェット方式（特許文献３参照）を用いて、極微量の修正液を塗布して硬化させることにより良品とする修正方法が採用・実用化されている。
【０００７】
また、この着色層を対象とした修正方法において、インク転写量の制御を塗布針で行う方法としては、使用する針を交換して針の先端径を変化させる、先端形状を変化させる、あるいは表面形状を変化させるなどの方法がある。例えば、特許文献4には、転写ヘッドの先端部分の形状を凹凸にする方法が開示されている。特許文献５には、先端に平坦部を
有する塗布針にその近傍で該針に沿って上下に相対移動可能に設けられた補助部材を動かすことで修正液を欠陥部に転移させ、また、修正液を供給する方法が開示されている。また、特許文献６には、先端部を先端に向かって細くなるテーパ状に形成し、塗布針の中心軸に対してほぼ垂直な平坦面を設け、先端部の側面と平坦面との境界部に逃げ部を設けた塗布針が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３３８１９１１号明細書
【特許文献２】特開２００６−１４５７８６号公報
【特許文献３】特開２００６−０３０２８３号公報
【特許文献４】特開平０３−９８６６９号公報
【特許文献５】特許第３７５８８９２号明細書
【特許文献６】特開２００６−１１９３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、修正対象欠陥の面積及び正常部との膜厚差によって、修正に必要なインク転移量は異なる。例えば、修正用インクが必要量以上転写され、欠陥部分以外あるいは、隣接する違う色の画素に付着した場合、最終製品となったとき黒点として見えてしまい不良と判定される。また、修正用インクが必要量以上もしくは必要量以下で転写された場合、転写部分の膜厚が周辺部と異なるため、液晶配向不良の原因となり、最終製品となったとき不良と判定される。すなわち、修正対象の欠陥によって、インク転写量を調整する必要がある。
【００１０】
従来のカラ−フィルタの欠陥修正方法を用いた場合には、修正対象にあわせて、インク転写量を増やす場合は、同一箇所へインクを複数回転写することで、必要なインク転写量を確保していた。しかし、必要な転写量が多ければ多いほど、転写回数が増加するため、修正処理時間が増える問題があった。また、インク転写量を減らす場合は、その都度、転写量の少ない塗布針に交換しなければならない。塗布針交換のため、修正処理時間が増える問題があった。
【００１１】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、ガラス基板又はＴＦＴ基板上に着色層（ＲＧＢ他）およびブラックマトリックス（ＢＭ）などの着色層が形成された液晶表示装置用カラーフィルタ製造における欠陥修正方法において、塗布針の交換や複数回の塗布をすることなく、インク転写量を変化させることが出来、修正時間の短縮化が可能なカラーフィルタの欠陥修正方法と、その修正方法を適用した欠陥修正装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明の請求項１に係る発明は、基板上に着色層形成後、該着色層内の欠陥部をレーザーで除去し、除去された開口部に、前記着色層と同色の修正インクを塗布針を用いて転写するカラーフィルタの欠陥修正方法において、前記塗布針の前記基板に対する接触角度を変化させることで、前記塗布針先端部の前記修正インクと前記基板との接触面積
を変化させることを特徴とするカラーフィルタの欠陥修正方法である。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記塗布針をその軸芯方向で所定の角度回転させることで、前記塗布針先端部の前記修正インクと前記基板との接触面積を変化させることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタの欠陥修正方法である。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記塗布針はその先端部が、前記修正インク付着用平坦面を備え、前記平坦面は前記塗布針をその軸芯方向で回転させた場合に回転対称性を持たない、もしくは鏡像対称性を持たない形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載するカラーフィルタの欠陥修正方法である。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記塗布針はその先端部が、円柱または楕円柱を斜めにカットした斜円柱の形状を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載するカラーフィルタの欠陥修正方法である。
【００１６】
次に、本発明の請求項５に係る発明は、基板上に着色層形成後該着色層内の欠陥部をレーザーで除去して開口部とした修正対象基板の、前記開口部に前記着色層と同色の修正インクを塗布針を用いて転写するカラーフィルタの欠陥修正装置において、少なくとも、
先端部に前記修正インク付着用平坦面を備え前記平坦面は前記塗布針をその軸芯方向で回転させた場合に回転対称性を持たないもしくは鏡像対称性を持たない形状を有している前記塗布針を具備し、前記塗布針の前記基板に対する接触角度を変化させる機構と、前記塗布針をその軸芯方向で所定の角度回転させる機構とを具備していることを特徴とするカラーフィルタの欠陥修正装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法では、基板上に形成された着色層の欠陥修正部分を、斜円柱等の先端形状が回転対称性のない塗布針を使用し、その塗布針と基板の接触角度の可変機構及び、塗布針の軸芯方向の回転機構を付与することで、塗布針先端部の修正インクと基板との接触面積を変化させることが出来るため、塗布針を交換することなく、修正用インクの転写量を制御することが可能である。複数回の塗布、あるいは塗布針の交換をすることなくインク転写量の調整が可能なため、修正時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る塗布針の、一実施形態例の針先端部形状を拡大して示す説明図である。
【図２】図１に示した塗布針と基板との、一例の接触状態を示す説明図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの欠陥修正装置の一例の概略図である。
【図４】本発明に係る、一例の着色層欠陥部と開口部を上から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法を、一実施形態に基づいて以下に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の欠陥修正方法で用いられる一例の塗布針の、針先端部形状を拡大して示す説明図である。この塗布針２０は、その先端部が円柱を斜めにカットした斜円柱の形状を有している。ここでは、針の太さは２０μｍ、斜めにカットした切り込み角度θ１は３０度である。
【００２１】
本発明においては、塗布針２０はその先端部が、修正インク付着用平坦面２１を備え、その平坦面２１は塗布針２０を、一点鎖線で表示したその軸芯方向で回転させた場合に回転対称性を持たない、もしくは鏡像対称性を持たない形状を有している。塗布針の形状は、加工の容易性とその精度を考慮すると、例示した斜円柱が最も好ましいが、図１に示した上面図が楕円形あるいは多角形のものも使用可能である。
【００２２】
図２は、図１に示した塗布針２０と基板１０との、一例の接触状態を示している。ここでは、塗布針２０と基板１０との接触角度θ２は４５度である。塗布針２０の基板１０に対する接触角度θ２を変化させることで、塗布針先端部の図示しない修正インクと基板１０との接触面積を変化させる。また、塗布針２０をその軸芯方向で所定の角度回転させることで、塗布針先端部の図示しない修正インクと基板１０との接触面積を変化させる。ここで、軸芯方向の回転角度をθ３とする。
【００２３】
塗布針２０の材質としては、ＳＵＳ、炭素鋼、Ｎｉ、Ｔｅ等の金属以外にも、セラミックス、樹脂が採用可能であるが、精度良くインク転写量を調整するために、修正用インクによって侵されず、基板との接触時に形状変化の少ない剛性の高いものが好ましい。修正インク付着用平坦面２１は、修正インクの保持性を考慮して塗布針の材質をそのまま用いても、表面加工を施してもかまわない。
【００２４】
本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法を実施するカラーフィルタの欠陥修正装置は、着色層形成後検査工程で欠陥が検出された基板１０を修正対象基板として受け入れる。まず、検出された着色層１４内の欠陥部１１をレーザーで除去して開口部１２とし、次に、開口部１２に着色層１４と同色の修正インクを、前述した本発明に係る塗布針２０を用いて転写するものである。本発明のカラーフィルタの欠陥修正装置は、少なくとも、後述する修正インク転写ヘッド３１に前述した塗布針２０を具備し、塗布針２０の基板１０に対する接触角度θ２を変化させる機構と、塗布針２０をその軸芯方向で所定の角度θ３回転させる機構とを具備している。
【００２５】
図３は、本発明のカラーフィルタの欠陥修正装置の一例を示す概略図である。光学系は、レーザー照射機構として強度切り替え可能なレーザー光源４１と、観察機構として基板１０上の欠陥を照射する観察用照明光源４２と、レーザー光を反射し照明光源による欠陥部１１及び／又は開口部１２からの反射光を透過するダイクロイックミラー４３、対物レンズ４４および欠陥部１１及び／又は開口部１２からの反射光を受光する光学素子４５から成る。光学系に加えて、図示しない、膜厚測定機構や図示しない昇華ガスを吸引するヘッドを備えている。そして、上述した本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法を実施するうえでの重要なポイントである修正インク転写ヘッド３１が設置されている。前述したように、修正インク転写ヘッド３１は、塗布針２０の基板１０に対する接触角度θ２を変化させる機構と、塗布針２０をその軸芯方向で所定の角度θ３回転させる機構とを具備している。また、修正インクを乾燥・硬化させるための乾燥ヘッド３２が設置されている。なお、光学素子からなる観察機構は別途画像処理装置４６と結ばれている。
【００２６】
上記画像処理装置４６を除く光学系と修正インク転写ヘッド３１及び膜厚測定機構は、平面テーブル３０上に保持された基板１０に対して、三次元で任意の位置に移動可能とするための３軸駆動軸５０上に配置されている。このことで、任意位置における欠陥のモニタリング、除去、さらに開口部への精密なインク転写が可能となっている。上記説明した機構に加えて、ピンアップによる製品基板の出し入れ、真空吸着による保持とパージによる脱着といった機能を有する平面テーブル３０を適用する。修正装置への基板の投入、排出には、別途産業用ロボット等を用意する。
【００２７】
次に、本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法を適用するカラーフィルタについて説明する。基板のガラス基板には、カラー化のために通常、遮光層（ブラックマトリックス）１３で区画された複数色の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の着色画素からなる着色層１４が設けられる。
【００２８】
ガラス基板又はＴＦＴ基板上への着色層および遮光層の作製方法は、公知のインクジェット法、印刷法、フォトリソグラフィ法、エッチング法など何れかの方法で作製される。高精細、分光特性の制御性及び再現性等を考慮すれば、透明な樹脂中に顔料を、光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させた着色樹脂組成物を基板上に塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜にパターン露光、現像することで一色の着色層を形成する工程を各色毎に繰り返し行って着色画素を形成するフォトリソグラフィ法が一般的である。
【００２９】
本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法を適用する場合、まず、上記した基板上への着色層および遮光層の作製工程において、欠陥を検出する。上記したカラーフィルタ付基板１０を、図示しない検査機で検査し、欠陥を検出した場合、欠陥部１１の位置を座標データとして記録し、本発明のカラーフィルタの欠陥修正装置へ転送する。以下、欠陥修正装置における作業となる。対象となる欠陥は、着色層の白欠陥及び黒欠陥、ブラックマトリックスの白欠陥などがある。
【００３０】
上記位置データに基づき、基板１０上に形成された着色層（ＲＧＢ他）１４およびブラックマトリックス（ＢＭ）１３などの、カラーフィルタ用レジストを用いて形成されたカラーフィルタ層の所定の位置で、レーザーを用いて、欠陥部１１を含む修正箇所を除去し開口部１２とする。図４に、一例の着色層欠陥部１１と開口部１２を上から見た模式図を示す。
【００３１】
ここで、レーザー光源は、強度可変のレーザー光源が選定される。例えば、ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ等の希ガスを用いた波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３０８ｎｍ等の短波長紫外線のエキシマレーザーが使用できる。レーザーは、特にこのタイプに限定されず、カラーフィルタ層が除去されるエネルギーを持つレーザーであればよい。
【００３２】
次に、開口部１２の面積及び、周囲の着色層１４の正常部分との膜厚差を測定する。例えば、開口部の欠損面積は１００μｍ×１００μｍ、膜厚差は−２．０μｍ程度となる。ここで測定した開口部１２の面積と正常部分との膜厚差から、基板１０と塗布針２０との接触角度θ２と、及び塗布針の軸芯方向回転角度θ３とを設定する。例えば、上記した開口部の測定例に対して、接触角度θ２は４５度、軸芯方向回転角度θ３は９０度と設定した。設定した接触角度θ２と回転角度θ３を維持した状態で塗布針２０を図示しない修正用インク壺内に入れ、引き上げる。次に、修正インク転写ヘッド３１を動かして塗布針２０の先端を、基板１０の開口部１２に接触させ、修正用インクを基板１０に付着させる。次に、乾燥ヘッドを用いて、修正用インクを乾燥・硬化させる。一例として、赤外線（ＩＲ）スポットヒーターを欠陥修正部分に３Ｖ／１０秒間の強度で照射して修正用インクを硬化した。なお、修正用インクの硬化は、上記以外にもＵＶ照射、ハロゲンスポットヒーター、温風ヒーターのいずれから適当なものが使用できる。
【００３３】
ここで、修正用インクは、主に顔料からなる着色剤と、分散用樹脂、分散剤、溶媒などから構成される。
【００３４】
分散用樹脂としては、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド系樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂などが用いられ、顔料分散性との関係で適宜選択される。中でも、耐熱性や耐光性を考慮すると、アクリル系樹脂又はエポキシ系樹脂が好ましい。
【００３５】
修正用インクを構成する顔料の分散性向上に分散剤を用いる場合には、非イオン性界面活性剤として、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどが、また、イオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩などが、その他、有機顔料誘導体、ポリエステルなどが挙げられる。１種類の分散剤を単独で、また、２種類以上を混合しても構わない。
【００３６】
溶媒は、溶解性、経時安定性、乾燥性などの特性と、顔料分散性、樹脂溶解性の関係から適宜選択される。例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキサノン、エチルセルソルブ、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、２−フェノキシエタノール、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。必要に応じて２種類以上の溶媒を混合しても良い。
【００３７】
本発明に係る着色層修正用インクは、塗布針２０によるインク転写と、熱硬化方式に適合されるように調整する。一例として、青色画素修正インクは、ポリエチレングリコールジアクリレート樹脂５０質量％、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ：Ｃ．Ｉ．Ｎｏ．１顔料２０質量％、シクロヘキサノン２０質量％、分散安定剤リノレン酸ナトリウム１０質量％に調整したものが使用できる。なお、組成は上記に限定されず、樹脂４０〜６０質量％、顔料１５〜３０質量％、溶剤０〜３０質量％、分散安定剤１〜１０質量％の範囲で適宜設定できる。
【００３８】
また、着色層修正用インクを、赤外スポットヒーターによらず、紫外光のスポット照射によって塗膜の硬化を行うＵＶ硬化プロセスを採用した場合は、修正用インクは紫外線硬化開始剤を２〜５質量％含む。重合開始剤添加の有無は、塗布後に紫外線による硬化を行うか、熱による乾燥を行うかによって選択する。
【００３９】
以上説明したように、本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法及び欠陥修正装置を用いて、着色層形成後に検出した黒欠陥の修正を実施して、着色画素を１開口部あたり１回のインク転写で再生・良品化させることができた。本発明のカラーフィルタの欠陥修正方法を用いることによって、効率的に修正が可能となる。また、その結果歩留まりが向上し、生産性向上への寄与が期待できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・基板    １１・・欠陥部    １２・・開口部    １３・・ブラックマトリックス
１４・・着色層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）    ２０・・塗布針    ２１・・平坦面    
３０・・平面テーブル    ３１・・修正インク転写ヘッド    ４１・・レーザー光源    ４２・・・観察用証明光源    ４３・・ダイクロイックミラー    ４４・・対物レンズ  
４５・・光学素子    ４６・・画像処理装置    ５０・・３軸駆動軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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