JPH09277571A - カラーフィルタ製造装置および方法ならびにカラーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型基板上にＲ、Ｇ、Ｂ各色パターンを高精
度で描画できるようにし、生産性を向上させる。 【解決手段】 Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のインクジェットをそれ
ぞれ生じさせる少なくとも１組の描画ヘッドと、前記イ
ンクジェットによる描画によってカラーフィルタが形成
される基板を搭載するステージとを具備し、前記描画ヘ
ッドを取りつけた描画ヘッドユニットと前記基板とを相
対走査して描画することによりカラーフィルタを形成す
る製造装置において、前記基板を前記ステージに搭載す
る際、変位検出手段により前記基板上のアライメントマ
ークと前記描画の基準位置とのずれ量を検出してそのず
れ量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビやパ
ーソナルコンピュータに使用されるカラー液晶ディスプ
レイ等のカラーフィルタおよびその製造装置および方法
に関し、特にインクジェット記録技術を利用したものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラーフィルタの製造方法として
は、染料法、顔料分散法、電着法、印刷法等がある。染
料法とは、ガラス基板上に染料用の材料である水溶性の
高分子材料の層を形成し、これをフォトリソグラフィに
より所望のパターンに形成し、そしてこのガラス基板を
染料槽に浸漬して着色されたパターンを得る工程をＲ、
Ｇ、Ｂ３色につき３回繰り返すことによりカラーフィル
タを形成するものである。顔料分散法とは、ガラス基板
上に顔料を分散した感光性樹脂層を形成し、これをパタ
ーニングすることにより単色のパターンを得る工程を
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色につき３回繰り返すことによりカラーフ
ィルタを形成するものである。

【０００３】電着法とは、ガラス基板上に透明電極パタ
ーンを形成し、このガラス基板を顔料、樹脂、電解液等
の入った電着塗装液に浸漬して単色を電着させる工程を
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色につき３回繰り返し、そして焼成するこ
とによりカラーフィルタを形成するものである。そして
印刷法とは、熱硬化型の樹脂に顔料を分散させたものを
用いた印刷を３回繰り返すことによりＲ、Ｇ、Ｂ各色を
塗り分け、その後、樹脂を熱硬化させるものである。

【０００４】この４種類の方法に共通しているのは、
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色を着色するために同一工程を３回繰り返
す必要があり、工程数が多いために、歩留まりが低下
し、コストが高くなる、等の欠点を有することである。
さらに、電着法は、形成可能なパターンの形状が限定さ
れるため、ＴＦＴへの適用が困難である。また印刷法
は、解像度が悪く、パターン微細化への対応が困難であ
る等の欠点を有する。

【０００５】そこで、これらの欠点を補うべく、ガラス
基板上にインクジェットを吐出させてフィルタのパター
ンを形成する技術が提案されている（特開昭５９−７５
２０５、特開昭６３−２３５９０１、特開平１−２１７
３２０等）。

【０００６】ここで、インクジェットを吐出させてフィ
ルタのパターンを形成する技術は、移動ステージ装置を
用いており、高精細なカラーフィルタを形成するために
は、精度の高い移動ステージが必要である。従来の移動
ステージ装置においては、高精度位置決めのために、高
精度な加工、組立を行い、また、干渉計によって移動量
を計測するため、各ステージの移動範囲とほぼ同じ長さ
の超平面ミラーを使用していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
このインクジェットを用いる技術においては、生産を行
っていくための機能が不十分であった。すなわち、液晶
表示素子の大画面化や製造スピードアップのために１枚
の基板から複数枚取りを行う必要が高まり、カラーフィ
ルタ製造用基板の大型化とそれにともなう製造装置の大
型化が必要不可欠である。このため、ガラス基板のディ
ストーションの増大や製造装置の位置精度の劣化が生
じ、高精度な描画を行うことができず、生産性について
も問題が生じていた。また、製造装置の大型化にともな
い、計測用の超平面ミラーの精度および製造可能な長さ
に制限があり、また、製造できたとしても重量や保持方
法などの問題があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、かかる問題点を
改善するとともに、従来法の有する解像性等の特性を満
足し、かつインクジェット方式の特性を生かした、安価
で信頼性の高いカラーフィルタ製造装置および方法を提
供することにある。より具体的には、大型基板に対し、
基板上にＲ、Ｇ、Ｂ各色パターンを高精度で描画できる
ようにし、生産性を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のインクジェ
ットをそれぞれ生じさせる少なくとも１組の描画ヘッド
と、インクジェットによる描画によってカラーフィルタ
が形成される基板を搭載するステージとを用い、描画ヘ
ッドを取り付けたユニット（描画ヘッドユニット）もし
くは基板を走査することによりカラーフィルタを形成す
る場合において、基板をステージに搭載した際、変位検
出手段により基板上のアライメントマークと描画ヘッド
基準位置のずれ量を検出し、検出されたずれ量を補正す
る補正手段を有することを特徴としている。

【００１０】また、描画走査途中において基板上のアラ
イメントマークと描画基準位置のずれ量を検出し、補正
することを特徴としている。また、描画走査動作とノズ
ルもしくは基板ステージのステップ動作（走査平面内走
査垂直方向移動）を組み合わせて描画する際、ステップ
動作後、基板上のアライメントマークと描画ヘッドの位
置合わせを行うことを特徴としている。また、ステップ
動作において、ブラックマトリクスからなるカラーフィ
ルタのパターン形状（例えば画素の個数）を読み取って
そのパターン形状（画素の個数）からステップ方向の位
置を検出することを特徴としている。また、基板搬入時
に基板４隅付近を含む４つ以上のアライメントマークの
位置から、描画走査時のずれ量を前もって検出し、走査
描画時に補正することを特徴としている。

【００１１】

【作用】以上の構成に基づき、アライメントマークやカ
ラーフィルタのパターンを用い位置決めすることによ
り、大型基板に対し、高精度な描画を行うことができ、
また、基板全域において均一な特性のカラーフィルタを
形成することができる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に沿って説明する。 （実施例１）図１は、本発明の一実施例に係る装置概略
図である。同図において、１は装置搭載用の定盤、２は
定盤１を支持し、外部振動を遮断するための除振台、３
は定盤１上に設けられた、大ストローク移動を行うＸＹ
ステージ、４はＲ、Ｇ、Ｂ描画ヘッド、５はカラーフィ
ルタを形成する基板、６は基板５のＸ、Ｙ、θ方向のア
ライメント検出用光学系、７はＺ検出用光学系、８は描
画ヘッド４が吐出するインクの着弾位置検出用光学系、
９は描画ヘッド４のθ回転などのヘッド位置調整ユニッ
ト、１０は測長用のレーザ、１１は測長用の超平面ミラ
ー、１２は画素検出用光学系である。図２はＸＹステー
ジ３の詳細図であり、１３はＺ−チルトステージ、１４
はθステージ、１５、１６はそれらを駆動するピエゾ素
子等の駆動素子である。

【００１３】上記構成において、カラーフィルタの製造
時には、図３に示すように、基板５をＸＹステージ
（θ、Ｚ−チルトステージ１３、１４）３に搭載すると
（ステップＳ５１）、基板５の面がアライメント検出光
学系６の検出範囲（焦点深度）に収まるようにＺ−チル
トステージ１３によりＺ−チルト方向を合わせる（ステ
ップＳ５２）。その後、アライメント検出系６により、
基板５上のアライメントマークが基準位置になるよう
に、Ｘ、Ｙ、θ３方向のずれ量を検出する。ここで、ア
ライメント検出用光学系６は、ＣＣＤ等のセンサでアラ
イメントマークを読み取り、そこで得られた画像情報を
画像処理部で解析しずれ量を算出する。この検出は、複
数のマークを複数の検出系６で行っても良いし、複数の
検出マークを１カ所の検出系でＸＹステージ３を移動さ
せて行っても良い。この検出結果に基づき、θ成分のず
れは、θステージ１４により補正し、Ｘ方向のずれはＸ
Ｙステージ３のＸ位置を合わせることにより補正する。
また、Ｙ方向のずれ（印字走査方向）はＸＹステージ３
のＹ位置合わせ、あるいは描画ヘッド４からの吐出タイ
ミングを制御することにより行う（ステップＳ５４）。
さらに、ヘッドのインク吐出方向やヘッドの姿勢が傾い
ている場合、図４に示すように、基板５および描画ヘッ
ド４間の隙間が変動すると着弾位置が変動する。したが
って、Ｚ検出用光学系７によりそれらの間の隙間および
傾きを求め、隙間が一定となるようにＺ−チルトステー
ジ１３を制御しながら描画ヘッド４で描画する（ステッ
プＳ５６）。精度によってはこれらの隙間および傾きは
基板５搭載時に測定しＺ−チルトステージ１３により補
正して、描画中は固定でもよい。レーザ１０および超平
面ミラー１１はレーザ干渉測長系を構成しており、描画
走査時の走査方向（Ｙ方向）の基板位置を計測する。

【００１４】ここで、描画ヘッド４のインクの着弾位置
は、描画ヘッドを装置に取り付けた際、インクジェット
を吐出し着弾位置検出用光学系８によりＸＹステージ３
の基準に対しずれ量を検出し、ヘッド位置調整ユニット
９により調整しておく。

【００１５】また、描画ヘッド４は、基板５の必要描画
幅より短いことが多い。その場合は、描画ヘッド４と基
板５とを相対的に走査平面（ＸＹ平面）内で走査方向
（Ｙ方向）に垂直（Ｘ方向）に移動させるステップ動作
（走査平面内走査垂直方向移動）を行うことにより対応
している。このステップ動作後、アライメントマークを
用い前記基準位置との位置合わせを行うことが望まし
い。このときのアライメントマーク配置の一例を図５に
示す。２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）はアライメント
マークであり、基板５上に複数配置されている。このア
ライメントマーク２１は、スキャン垂直方向の基板両側
端部付近に配置されており、その間隔は、アライメント
検出用光学系６のスパンＬ１に配置されたペアー（２１
ａと２１ａ、２１ｂと２１ｂ、２１ｃと２１ｃ）がヘッ
ド描画可能長さと同等かそれより若干短いスパンＬ２で
複数配置されている。これにより、ステップ動作後、再
度位置合わせを行い、描画走査動作に入ることができ
る。

【００１６】ここで、望ましくは、アライメント検出用
光学系６は、ヘッドより基板搬入側に設置することが良
い。また、描画ヘッドのインク着弾位置の検出、調整
は、別の調整装置などで調整し、本装置に搭載すること
により、ヘッド位置調整ユニット９の構成を簡略化でき
る。

【００１７】本実施例によれば、基板搬入時およびステ
ップ動作後に基板アライメントを行っており、これによ
り、大型基板に対し、高精度な描画を行うことができ、
基板全域において均一な特性のカラーフィルタを形成す
ることができる。

【００１８】（実施例２）図６は、カラーフィルタのパ
ターン構成の一例である。このパターンを用いステップ
移動量（Ｘ方向移動量）を画素検出用光学系１２を用い
て計測する。画素検出用光学系１２は、ＣＣＤ等のセン
サでステップ動作したときの画像情報を読み取り、その
画像情報を画像処理部で解析する。図７に図６のＡ−
Ａ’で示すカラーフィルタ上のライン（Ｘ方向）に沿っ
て、画素検出用光学系１２で読み取った波形の一例を示
す。このように、カラーフィルタ部分とブラックマトリ
クス部分の画像信号レベルの差を検出することができ
る。この画像処理部によって得られた画像信号を基に算
出されたステップ移動量により位置決めを行う。

【００１９】また、ステップ動作後、実施例１に示した
アライメントマーク２１（図５）を用いた補正を行うこ
とが望ましい。図８は、画素検出用光学系１２の配置を
示した図である。画素検出用光学系１２は、描画ヘッド
４に対して、アライメント検出用光学系６の反対側に設
置することが望ましい。

【００２０】なお、本実施例においては移動量検出を専
用の画素検出用光学系１２を用いて行ったが、アライメ
ント検出用光学系６や着弾位置検出用光学系８を用いて
も構わない。また、本実施例では、画素検出用にＣＣＤ
等の画素センサを用いているが、基板下のステージ面に
ミラーを組み込むか、鏡面にすることにより、レーザな
どの光を基板に当てその反射光を光強度検出器により検
出し、その強度分布により、横切ったブラックマトリク
スの数を検出し、移動量を検出しても良い。

【００２１】本実施例によれば、描画走査方向（Ｙ方
向）に対し走査平面内垂直方向（Ｘ方向）の位置検出を
ブラックマトリクスパターン基準で行うことにより、Ｘ
方向移動の測長用の超平面ミラーを削除することがで
き、可動部を軽量化でき、位置決め精度および移動速度
を向上させることができる。

【００２２】（実施例３）本発明のさらに他の実施例に
ついて説明する。図９は本実施例を説明するための基板
の概略図である。アライメントマーク２１は、基板の４
隅付近に、各１個ずつ配置されている。基板搬入時に、
アライメント検出用光学系６により、この４個のアライ
メントマーク２１を用い、基板５を基準位置に合わせ
る。基板５の基準位置合わせ終了後の各アライメントマ
ーク２１のずれ量を記憶し、描画走査時にそのずれ量を
ＸＹステージ３とθステージ１４、またはヘッド位置調
整ユニット９により補正を行う。

【００２３】また、場合によっては、基板搬入後、基板
５のずれ量だけを検出し、基板５の基準位置に対する位
置合わせを行わず、描画走査中に基板ステージ３、１４
やヘッド位置調整ユニット９を用いて位置補正を行うこ
とにより対応することも可能である。本実施例では基板
の４隅にアライメントマークを配置しているが、実施例
２の図５のようにステップ位置ごとにアライメントマー
クを配置し、ステップごとに詳細な位置補正検出を行っ
ても良い。

【００２４】本実施例によれば、位置決め精度を損なう
ことなく、基板搬入時の基板アライメントを簡略化また
は省略することができ、スループットを向上させること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成およ
び方法により、基板アライメントを行うことにより、大
型基板に対し、高精度な描画を行うことができ、基板全
域において均一な特性のカラーフィルタを形成すること
ができる。また、描画走査方向に対し垂直方向の位置検
出をブラックマトリクスパターン基準で行うことによ
り、該垂直方向移動の測長用の超平面ミラーの削除など
により可動部を軽量化でき、位置決め精度、移動速度の
向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係るカラーフィルタ
の製造装置の主要部の斜視図である。

【図２】 図１におけるＸＹステージの主要部の側面図
である。

【図３】 第１の実施例における基板処理を示すフロー
チャートである。

【図４】 第１の実施例におけるインクの吐出イメージ
図である。

【図５】 第１の実施例で用いられる基板のアライメン
トマーク配置図である。

【図６】 本発明の第２の実施例に係るカラーフィルタ
の拡大図である。

【図７】 第２の実施例におけるカラーフィルタパター
ンの検出信号波形の一例を示す図である。

【図８】 第２の実施例に適用されるヘッドと光学系の
配置図である。

【図９】 本発明の第３の実施例の説明に用いられるア
ライメントマーク配置図である。

【符号の説明】

１：定盤、２：除振台、３：ＸＹステージ、４：描画ヘ
ッド、５：基板、６：アライメント光学系、７：Ｚ検出
用光学系、８：着弾位置検出用光学系、９：ヘッド位置
調整ユニット、１０：測長用レーザ、１１：超平面ミラ
ー、１２：画素検出用光学系、１３：Ｚ−チルトステー
ジ、１４：θステージ、２１（２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ）：アライメントマーク。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のインクジェットをそれ
   ぞれ生じさせる少なくとも１組の描画ヘッドと、 前記インクジェットによる描画によってカラーフィルタ
   が形成される基板を搭載するステージとを具備し、 前記描画ヘッドを取りつけた描画ヘッドユニットと前記
   基板とを相対走査して描画することによりカラーフィル
   タを形成する製造装置において、 前記基板を前記ステージに搭載する際、変位検出手段に
   より前記基板上のアライメントマークと前記描画の基準
   位置とのずれ量を検出する検出手段と、 検出されたずれ量を補正する補正手段とを有することを
   特徴とするカラーフィルタ製造装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記補正手段が補正動
   作した後、残ったずれ量を再度検出し、前記補正手段は
   その残りのずれ量を描画走査途中において補正すること
   を特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ製造装置。
3. 【請求項３】 前記描画走査動作と、前記描画ヘッドユ
   ニットと前記ステージとの描画走査平面内走査垂直方向
   へのステップ動作とを組み合わせて描画する際、前記ス
   テップ動作後、前記基板上のアライメントマークと前記
   描画基準位置との位置合わせを行うことを特徴とする請
   求項１または２記載のカラーフィルタ製造装置。
4. 【請求項４】 前記ステップ動作において、ブラックマ
   トリクスからなるカラーフィルタのパターン形状を読み
   取りそのパターン形状からステップ方向の位置を検出す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカ
   ラーフィルタ製造装置。
5. 【請求項５】 前記基板搬入時に前記基板４隅付近を含
   む４つ以上の前記アライメントマークの位置から、前記
   描画走査時のずれ量を前もって検出し、前記走査描画時
   に補正することを特徴とした請求項１記載のカラーフィ
   ルタ製造装置。
6. 【請求項６】 Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のインクジェットをそれ
   ぞれ生じさせる少なくとも１組の描画ヘッドと、前記イ
   ンクジェットによる描画によってカラーフィルタが形成
   される基板とを相対的に走査させ前記基板上にＲ、Ｇ、
   Ｂ３色の多数の画素を描画してカラーフィルタを形成す
   る製造方法において、 前記基板を前記ステージに搭載する際、変位検出手段に
   より前記基板上のアライメントマークと前記描画の基準
   位置とのずれ量を検出し、検出されたずれ量を補正する
   ことを特徴とするカラーフィルタ製造方法。
7. 【請求項７】 前記ずれ量補正後のずれ量残差を、描画
   走査途中において補正することを特徴とする請求項１記
   載のカラーフィルタ製造方法。
8. 【請求項８】 前記描画走査動作を、前記描画ヘッドユ
   ニットと前記ステージとの描画走査平面内走査垂直方向
   へのステップ動作と組み合わせて描画するとともに、前
   記ステップ動作後、さらに前記基板上のアライメントマ
   ークと前記描画基準位置との位置合わせを行うことを特
   徴とする請求項６または７記載のカラーフィルタ製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記ステップ動作において、前記基板上
   のブラックマトリクスからなるカラーフィルタのパター
   ン形状を読み取りそのパターン形状からステップ動作方
   向の基板位置を検出することを特徴とする請求項６〜８
   のいずれかに記載のカラーフィルタ製造方法。
10. 【請求項１０】 前記基板搬入時に前記基板４隅付近を
    含む４つ以上の前記アライメントマークの位置から、前
    記描画走査時のずれ量を前もって検出し、前記走査描画
    時に補正することを特徴とする請求項６記載のカラーフ
    ィルタ製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかの装置また
    は方法により製造されたことを特徴とするカラーフィル
    タ。