JP2007076209A - 刷版および印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大小の寸法のパターンが混在する場合でも大パターンの中抜けが無く印刷可能であり、なおかつ１回のエッチング加工によって形成することが可能な反転印刷用刷版を提供することを目的とする。
【解決手段】ブランケットにインクを塗布し、不要な部分を刷版の表面に転写除去した後、ブランケットに残ったインクを基板に転写する印刷法によりパターンを印刷するための該刷版において、該刷版が太い凹部と細い凹部を有し、該太い凹部は小パターンに分割されていることを特徴とする刷版。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、液晶カラーフィルターなどの微細パターンを、いわゆる反転印刷法（「反転印刷法」については、後述。）によりガラス基板に形成するために使用する刷版、さらには、該刷版を用いた印刷方法に関するものである。

カラーフィルターを例として、背景技術を説明する。
カラーフィルター等の微細パターンを形成する方法として、円筒状ブランケットの表面に均一な厚みの着色インキ塗膜を形成し、該塗布面に対し所定の形状で形成された刷版を押圧して刷版表面の平坦部に不要な部分の塗膜を転写除去する除去工程と、塗布面に残ったと膜を基板に転写する転写工程とからなるされている印刷法（本明細書においては、この印刷法を「反転印刷法」と称す。）が提案されている。

この反転印刷法は、円筒状ブランケットにインキ塗膜を均一に塗布することと、刷版表面の平坦部に不要な部分の塗膜を転写除去したのち、円筒状ブランケットに残ったインキを１００％転写することが容易であり、通常の印刷法では困難であった、印刷パターンの膜厚の均一性を実現できる。また、刷版の版深、円筒状ブランケットの刷版ニップ条件、印刷速度等の印刷諸条件を調整することによって、線幅１０μｍ以下のパターンを形成することも可能である。

しかし、この反転印刷法では、印刷したいパターンの線幅に対し、版深が十分に深くない場合には、円筒状ブランケットが刷版のパターンの底に接触してしまい、本来ブランケットにインキ塗膜を残しておきたい部分からインキ塗膜が刷版に転写されてしまうという問題が生じる。この場合、印刷したパターンは、パターンの中央部分のインキが無くなりいわゆる中抜けの状態が生じてしまうことになる。すなわち、反転印刷法では使用する刷版の版深によって、印刷可能な最大パターン寸法には上限があるという問題を有している。

中抜けを回避する為には、版深を深くして、円筒状ブランケットが刷版の凹パターンの底に接触しないようにすれば良い。すなわち、版深は可能な限り深くすることが望ましい。

反転印刷用の刷版は、平板ガラス、金属板、樹脂板等の平板に所望の印刷パターンのネガパターンを形成した凸版が使用される。また、用途によっては、平板状ではなく、シリンダー状の刷版を使用することも出来る。

カラーフィルターを対象とする場合には、印刷物の寸法、パターンの座標位置等が設計値に対し数μｍ以内の精度が必要なことから、刷版の寸法精度、刷版からブランケットを介して基板に転写する際の転写精度の両面でもっとも高い精度が実現できることから、平板ガラスからなる刷版が使用される。

平板ガラスで刷版を作製する場合には、ウエットエッチング、反応性プラズマエッチング（いわゆるドライエッチング）や型成型、サンドブラスト等の方法があるが、パターン形状や処理時間、大型基板への適用の可能性等を勘案するとウエットエッチング法にて形成することが好ましい。

ガラスをウエットエッチングする場合はフッ酸を主成分としたエッチング液を使用し、形成するパターン寸法や版深に応じてフッ酸濃度、添加剤の種類や量を適宜調整する。
ウエットエッチングにおいては、通常、垂直方向と水平方向のエッチング量が等しい等方的なエッチングが進行する。このため、所望の深さで形成できる最小のパターン開口寸法は版深の２倍以上となる制約がある。すなわち、微細なパターンを形成しようとした場合、版深はパターン寸法の１／２より浅くするしかない。
このことは、１回の印刷で形成したいパターンの寸法が種々混在するような場合に、大きな問題となる。

すなわち、大サイズのパターン、太い寸法のパターンでは、円筒状ブランケットが刷版の凹パターンの底に接触しないように版深を深くしたいが、版深を深くすると、エッチング時の線幅太りにより細線が形成できない為、パターンの寸法が種々混在するような場合には大小のパターンを同時に印刷形成する版を作ることが出来ない。

この問題を解決する方法としては、複数回のエッチング工程を経て、パターンによって版深を変えた版を形成する手法があるが、工程が複雑になってしまう上に、大小のパターンが繋がり合わさったようなパターンの場合には適用が困難である。
特開平１１−５８９２１号公報

本発明は上記課題を解決するものであり、大小の寸法のパターンが混在する場合でも大パターンの中抜けが無く印刷可能であり、なおかつ１回のエッチング加工によって形成することが可能な反転印刷用刷版を提供すること、さらには、該刷版を用いた印刷方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、反転印刷法に於いては、刷版上に不要なインキを転写除去した後、円筒状ブランケットから基板に転写される状態では、インキは完全に乾燥した状態でない為、基板への転写時の圧力を受けて、パターンが広がる性質を有すること、刷版へ不要なインキを転写除去する際に、パターンとパターンの境界が０．５μｍ以上あれば、円筒状ブランケットの変形量は一定となりパターンピッチによらず、刷版底部へのブランケットの接触を生じる版深は一定となることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の発明は、
ブランケットにインクを塗布し、不要な部分を刷版の表面に転写除去した後、ブランケットに残ったインクを基板に転写する印刷法によりパターンを印刷するための該刷版において、該刷版が太い凹部と細い凹部を有し、該太い凹部は分割用凸部により小パターンに分割されていることを特徴とする刷版である。

請求項２に記載の発明は、
前記分割されている小パターンの境界部分である分割用凸部のパターン幅が０．５μm以上３μm以下であることを特徴とする請求項１に記載の刷版である。

請求項３に記載の発明は、
ブランケットにインクを塗布し、不要な部分を請求項１あるいは２に記載の刷版の表面に転写除去した後、ブランケットに残ったインクを基板に転写する印刷方法であって、
前記刷版の基材の熱膨張率と、前記基板の熱膨張率との差が５×１０^−７／℃以内であることを特徴とする印刷方法である。

請求項４に記載の発明は、
ブランケットにインクを塗布し、不要な部分を請求項１あるいは２に記載の刷版の表面に転写除去した後、ブランケットに残ったインクを基板に転写する印刷方法であって、
前記刷版の基材と、前記基板とが同一の材質あることを特徴とする印刷方法である。

本発明の刷版は、所望の印刷条件では刷版の内部にブランケットが接触して転写されてしまい印刷パターンにインク抜けが生じてしまうような線幅の太いパターンを、刷版の内部にブランケットが接触することの無い線幅の小パターンに分割して形成してなるため、円筒状ブランケットに塗布したインキ塗膜を刷版に転写する際、線幅の太いパターン部分においても、分割した小パターンの境界部分の幅を０．５μｍ以上にすることで、ブランケットの変形に対してささえとなる為、ブランケットの変形量は刷版底部へのブランケットの接触を生じるには至らない。このため、大パターン部でも版底へのブランケットの接触が生じないので、この領域でのインキの刷版への転写が生じず、印刷したパターンに中抜けを生じることが無い。

また、本発明では、分割した小パターンの境界部分の幅を３μｍ以下にすることで、ブランケットから基板にインキを転写する際の圧力で分割した小パターンの境界部分が広がって一体化するため、最終的に形成された印刷パターンでは、境界のない一体化したパターンが形成できる。

従って、本発明の刷版を使用すれば、大小のパターンが混在しているような場合でも反転印刷法によって一回の印刷でパターン形成が可能となる。
また、刷版の製造においても１回のエッチングによって製造が可能であり、複数回のエッチングを行うような複雑な加工工程を経る必要がなくなる。
さらに本発明で印刷基板と刷版の基材が、印刷パターンを形成する基板と熱膨張率の差が５×１０^−７／℃以内の基材を使用している為、印刷時の刷版と基板の温度差を１℃以内で均一に維持すれば、長さ２ｍの基板においても、熱膨張による刷版と基板の伸び縮みによる印刷パターンの位置精度を１μｍ以内に維持することが出来、反転印刷法によってカラーフィルター等の高精度なパターンの形成が可能となる。

本発明の反転印刷用版刷版の一形態として、カラーフィルターのブラックマトリクス用の刷版の例を図１〜図３に示す。
図１（ａ）は刷版を上面から見た図であり、この例では、基板内に4面付けでカラーフィルターを形成する為の刷版を示している。カラーフィルターのブラックマトリクスは、ＲＧＢの各色の画素パターンの境界部分をストライプ状あるいは格子状に区切るパターン（細い凹部）と画面周辺に額縁状のパターン（太い凹部）から構成されている。
図１（ｂ）は額縁周辺を拡大した図であり、反転印刷法では、刷版の表面は印刷のネガ（逆）パターンとなっており、図では黒色の部分が表面の平滑面、白色の部分が凹部となっている。

図２は図１（ｂ）のＢ部を拡大したものであり、額縁パターン（太い凹部）は小パターンに分割されており、黒線で示した格子状の細線（分割用凸部）が刷版表面と同一の高さの面をなしており、その線幅は０．５μｍ以上、３μｍ以下で形成する。図３には図２のＸ−Ｙ部分の断面図を示す。額縁部分と格子状ブラックマトリクスパターンは同じ版深で形成され、ブラックマトリクスの部分は印刷パターンが所望の線幅となるように、印刷による版と印刷パターンの線幅変化を考慮して版の線幅を設定する。通常は印刷により１乃至２μｍの線幅太りが生じる為、刷版では線幅を１乃至２μｍ細く設定する。

刷版の版深はブランケットが刷版の底部に接触することを防止する為に可能な限り深くすることが望ましいが、版基材としてガラス基板を使用し、フッ酸系のエッチング液を使用してウエットエッチングによりパターンを形成する場合には、深さ方向のエッチング量と水平方向のサイドエッチングエッチング量はほぼ１：１であり、エッチングマスクに形成した開口寸法に対し、版深の２倍量だけ線幅が太くなる。
このようなガラス基板のウエットエッチングにおけるエッチングマスク材には通常Ｃｒ薄膜が使用される。このＣｒ薄膜のパターニングにおける最小線幅と上記のサイドエッチングによる線幅太り量の２倍量を合計した値が形成されるパターンの線幅となり、この値が形成可能な版深の最大値となる。
例えば、Ｃｒマスクのパターン開口の最小値が４μｍの場合、印刷パターン２０μｍに対応した刷版を製造する場合は、版深は最大８μｍが上限である。

これに対し、額縁パターンは通常５乃至１０ｍｍの線幅があり、版深は５０μｍ以上無いと、ブランケットが刷版の底に接触してしまい使用できない。そこで、額縁パターンは、版深８μｍで印刷可能な線幅に分割する。今、ある印刷条件で、版深８μｍで印刷可能な線幅が５０μｍであった場合、額縁部分は５０μｍのパターンに縦横分割する。分割した小パターンの境界は、版ニップによるブランケットの変形を抑え、版パターンの凹部の底にブランケットが接触する事を防ぐ為に必要なパターン幅が必要であり、０．５μｍ以上の線幅が必要である。一方、この境界部分の線幅が太くなると、ブランケットからインキ塗膜が転写されてしまう為、パターンに抜けが生じてしまう。従って、この境界部分の線幅は、印刷条件に応じて選択することが望ましいが、通常の印刷では３μｍ以下に設定すれば、ブランケットから基板へのインキ転写の際の印圧によって隣接のパターンと融合し一体のパターンとなり、実質的に境界の無い大パターンが印刷できる。

このように、最小線幅のパターンに対応した版深では印刷できない大パターンを、小パターンに分割した刷版とすることで、同一の版深で線幅の異なるパターンが混在したパターンを反転印刷法によって印刷することが可能となる。

刷版の基材は、印刷パターンを形成する基板と熱膨張率の差が５×１０^−７／℃以内の基材を使用とすることが好ましい。印刷時の刷版と基板の温度差を１℃以内で均一に維持すれば、長さ２ｍの基板においても、熱膨張による刷版と基板の伸び縮みによる印刷パターンの位置精度を１μｍ以内に維持することが出来、反転印刷法によってカラーフィルター等の高精度なパターンの形成が可能となる。
この場合、刷版の基材と印刷パターンを形成する基板とを同一の基材としても良い。例えば、同じ材質のガラス基板を用いても良い。

ＬＣＤ用ガラス基板（コーニング１７３７ガラス ６２０×７３０ｍｍ、板厚０．７ｍｍ）にＣｒ膜を０．２μｍ厚でスパッタ成膜した。ポジ型感光性樹脂ＡＺ−１３５０を塗布、定法に従い、露光、現像を行い、さらに、ポジレジストパターンをマスク材として、Ｃｒ膜のエッチングを行い、刷版の凹部に相当するＣｒマスクパターンを形成した。
形成したパターンは、５５０×６５０ｍｍ基板に１３インチのカラーフィルターを４面付けにて形成する為のブラックマトリクス用パターンとした。

ブラックマトリクスパターンは、印刷パターンの設計値で線幅１２μmであり、刷版の版深は３μｍで設計した。この場合、Ｃｒマスクパターンの開口幅は４μｍとした。一方、カラーフィルターの額縁部分は幅５ｍｍのべたパターンを３０μｍ角の微小パターンに分割し、Ｃｒマスクパターンの開口幅２３．５μｍ角、ピッチ３０μｍのパターンとした。

次に、１０％フッ化水素酸に該基板を浸け、深さ３μｍのエッチングを行った。その後、Ｃｒ膜およびレジスト膜を剥離して、ブラックマトリクスパターンが凹部として形成された刷版を得た。
得られた刷版は、ブラックマトリクスパターン部分が線幅１０μｍ、版深３μｍ、周辺の額縁部分が版深３μｍ、パターン寸法２９μｍ角のパターンに分割されており、各パターンの境界の平面部分の幅は１μｍであった。

この刷版を印刷機に設置し、シリコーンゴムからなるブランケットを付けた円筒状ブランケットを版上に移動し、版ニップ５ｍｍとなるように印圧を設定した。また、印刷速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとした。印刷機の基板定盤には、版と同じ材質であるコーニング１７３７ガラス （５５０×６５０ｍｍ、板厚０．７ｍｍ）を設置した。
この条件で、円筒ブランケットに黒色インキを塗布し、さらに刷版上を上記の印圧と印刷速度にて押圧し、不要な部分のインキを刷版に転写除去した。ついで、円筒状ブランケットを基板上に押圧して印刷を完了した。
印刷されたパターンは、ブラックマトリクスの線幅が１２μｍであり、額縁部分は５ｍｍ幅であり、額縁部分は分割した微小パターンの境界が目視では確認できず均一なパターンが印刷できた。

ガラス基板にコーニング社製イーグル２０００ガラス １１００×１３００ｍｍ、板厚０．７ｍｍ 熱膨張率 ３１．８×１０^−７／℃）を使用した以外は実施例１と同様に手順で１５インチの液晶ディスプレイのブラックストライプパターンを１５面（３×５）付けの刷版を作製した。また、パターンの周辺に、測長用のパターンを合わせて形成した。

この刷版を使用して、基板にコーニング社製１７３７ガラス １１００×１２５０ｍｍ、板厚０．７ｍｍ 熱膨張率３７．６×１０^−７／℃）を使用し、実施例１と同様にしてブラックマトリクスパターンを印刷した。印刷の際には、版定盤と基板定盤の温度を２３±０．５℃に調節した。
印刷されたパターンの周辺に設置した測長用パターン間の距離を測定した結果、刷版の寸法に対し印刷パターンの寸法変化は０．６μｍ／ｍであり、カラーフィルターのトータルピッチの規格である±５μｍ以内を満足する結果が得られた。

ＥＬディスプレイの発光材料の印刷や回路基板の配線パターンの印刷、ＩＣタグのアンテナパターンの印刷に用いることができる。

本発明の刷版を示す全体図 本発明の刷版の大パターン部分を示す拡大図 本発明の刷版を示す断面図

符号の説明

１・・・ＬＣＤパターン
２・・・額縁パターン
３・・・ブラックマトリクスパターン
４・・・分割パターンの平坦部

Claims (4)

1. ブランケットにインクを塗布し、不要な部分を刷版の表面に転写除去した後、ブランケットに残ったインクを基板に転写する印刷法によりパターンを印刷するための該刷版において、
   該刷版が太い凹部と細い凹部を有し、該太い凹部は分割用凸部により小パターンに分割されていることを特徴とする刷版。
2. 前記分割されている小パターンの境界部分である分割用凸部のパターン幅が０．５μm以上３μm以下であることを特徴とする請求項１に記載の刷版。
3. ブランケットにインクを塗布し、不要な部分を請求項１あるいは２に記載の刷版の表面に転写除去した後、ブランケットに残ったインクを基板に転写する印刷方法であって、
   前記刷版の基材の熱膨張率と、前記基板の熱膨張率との差が５×１０^−７／℃以内であることを特徴とする印刷方法。
4. ブランケットにインクを塗布し、不要な部分を請求項１あるいは２に記載の刷版の表面に転写除去した後、ブランケットに残ったインクを基板に転写する印刷方法であって、
   前記刷版の基材と、前記基板とが同一の材質あることを特徴とする印刷方法。