JP3846985B2 - カラーフィルタの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラータイプの液晶表示セルに使用されるカラーフィルタの製造方法および製造装置に関し、特にカラーフィルタの転写ずれを防止したカラーフィルタの製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来のレーザー照射装置７を示す概略図である。また、図１０は前記レーザー照射装置７から発射されたレーザー光の照射巾とエネルギー密度（強度）との関係を示すグラフである。
図９に示すレーザー照射装置７は、半導体素子が組込まれたレーザー発振器８を有し、このレーザー発振器８の出射光口８ａから発射された１軸のレーザー光がミラー９ａ，９ｂおよび９ｃを介して順番に反射されながら照射点Ｐまで導かれる。
このようなレーザー照射装置７を用いて、ガラス基板等の被着色支持体に図６に示すカラーフィルムシート５０が配設され、レーザー光の照射によりカラーフィルタが形成される。
【０００３】
前記カラーフィルムシート５０は、ベースフィルム３に光熱変換層４およびカラーインク層２が順番に積層されている。前記ベースフィルム３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる樹脂を延伸したものが使用される。また、光熱変換層４は、樹脂製のバインダにカーボン粉を混入させたものが使用され、光を吸収して発熱する性質を有している。また、カラーインク層２は、樹脂製のバインダに顔料等を添加したものが使用され、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３種類の色のいずれかである。
前記カラーフィルムシート５０は、図６に示す被着色支持体１に密着して設置され、ベースフィルム３の上方からレーザー光が局所的に照射され、被着色支持体１上にカラーインク層２が転写される。
【０００４】
図１１は、前記被着色支持体１を移動させる手段としての移動装置６０を示す。この移動装置６０により、被着色支持体１が設置されている側を移動させ、レーザー照射装置７側は常に固定した状態で使用される。
前記移動装置６０は、支持台６２と、基板吸着板６１と、リニアモータ駆動部６６とにより形成されている。さらに、このリニアモータ駆動部６６は、コイル本体６３と、スライドヨーク６４と、マグネット６５とを有している。前記支持台６２上に基板吸着板６１が配設され、使用時には基板吸着板６１上に被着色支持体１が吸着、固定される。また、前記コイル本体６３は、リニアモータ用コイルであり、ボビンにコイル６３ａが巻回され、コイル本体６３の両端部に突設された鍔部６３ｂおよび６３ｃの上辺部が、前記支持台６２の下面に固定されている。
【０００５】
前記移動装置６０を稼動させるには、マグネット６５の磁力の向きを制御し、コイル本体６３に働くスライド方向への力を発生させることにより、支持台６２と共に被着色支持体１がＸ方向へ移動する。
また、図示していないが、前記移動装置６０の全体がＹ方向へ移動できるように、移動装置６０の両端部等に前述したのと同様な機構を有するリニアモータ駆動部が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９で示したレーザー照射装置７を使用した場合、レーザー発振器８の出射光口８ａから照射点Ｐまで光学部品（ミラー）を組合わせて光軸１本で行なっていたため、生産性が低く、且つ被着色支持体１へのカラーインク層２の転写エッジパターンの形状に異常が生じたりするなどの問題があった。
すなわち、図１０に示すグラフから認められるように、照射点の位置によってレーザー光の強度が異なることが原因とされる。具体的には、図１０に示すグラフは、ガウシアン分布と称される分布であり、レーザー光の中心点Ｃで最も強度が高く、中心点Ｃから離れるにつれて強度が急激に弱くなるものであった。特に、被着色支持体１に転写されるカラーインク層２は、図１０の２つの点線間で示される転写巾（照射巾）Ｌにてレーザー光が照射され、転写巾Ｌ間においてはエッジ部が最も強度が低くなる。そのためエッジ部が十分に溶融されず、またその境界部の強度差も大きくなって、境界がはっきりしなくなり、転写エッジパターンの形状に異常が生じていた。
【０００７】
一方、図１１に示す移動装置６０を使用した場合、コイル本体６３から発生した熱が支持台６２から基板吸着板６１に、そして被着色支持体１に伝達され、カラーフィルタの転写精度に異常が生じることがあった。
すなわち、コイル本体６３から発生する熱が被着色支持体１を加熱して、被着色支持体１上に配置されたカラーフィルムシート５０の表面に温度勾配を発生させていた。主に被着色支持体１の中央部の温度が高くなり、それによって被着色支持体１の中央部の伸びが他の部分と較べて大きくなり、その伸びた時点で転写が行われると、常温に戻って収縮した時に、カラーフィルタ（カラーインク層２）のピッチにずれが生じていた。
【０００８】
このずれの程度は、１００ｍｍで１度違うと０．８μｍ程度のピッチずれが生じ、実際には、被着色支持体１の中央部と端部とでは１０度程度違うので、８μｍ程度の誤差が生じることがあった。上記した場合のカラーフィルタの製造においては、ピッチが±３μｍ以内で配置されていなければならず、前記移動装置６０では、この誤差範囲を超えてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、転写エッジパターン形状がきれいで且つ高精度なカラーフィルタを被着色支持体に形成することができると共に、生産の効率を向上させることができるカラーフィルタの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、被着色支持体に、互いに異なる複数の色の着色パターンを、第１の方向（Ｚ）へ規則的に繰り返すように配列させて着色するカラーフィルタの製造方法において、
第１の方向（Ｚ）へ一定の間隔を空け且つ第１の方向（Ｚ）と直交する第２の方向（Ｗ）へ位置をずらした複数の箇所にレーザー光を同時に照射するヘッドを用い、
（ａ）所定の色のカラーインク層を有するカラーフィルムシートを、前記被着色支持体に設置し、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に同じ色の複数の着色パターンを転写し、
（ｂ）前記カラーフィルムシートを前記被着色支持体に設置した状態で、前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第２の方向（Ｗ）へ移動させ、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に、（ａ）の工程と同じ色の複数の着色パターンを、既に形成されている着色パターンと重複しない位置に転写し、これを繰り返すことにより、同じ色の複数の着色パターンを第２の方向（Ｗ）に沿って形成し、
（ｃ）前記カラーフィルムシートを前記被着色支持体から剥がした後に、他の色のカラーインク層を有するカラーフィルムシートを前記被着色支持体に設置して、前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第１の方向（Ｚ）へ移動させ、その後、前記（ａ）と（ｂ）の工程に移行して、他の色の複数の着色パターンを既に形成されている着色パターンと重複しない位置に形成し、
前記（ａ）（ｂ）（ｃ）の工程を繰り返して、前記被着色支持体に全ての色の着色パターンを形成することを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、前記ヘッドで同時にレーザー光が照射される複数の箇所を１ブロックとし、
前記（ｂ）の工程では、同じ色の複数の着色パターンを第２の方向（Ｗ）に沿って形成した後に、前記ヘッドと前記被着色支持体とを、第１の方向（Ｚ）へ、１ブロック分だけ相対的に移動させ、さらに前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第２の方向（Ｗ）へ移動させて、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に、同じ色の複数の着色パターンを、既に形成されている着色パターンと重複しない位置で且つ第２の方向（Ｗ）に沿って転写することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のカラーフィルタの製造装置は、それぞれが異なる色のカラーインク層を有する複数種類のカラーフィルムシートを用い、それぞれのカラーフィルムシートが被着色支持体に設置された状態で、前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に前記カラーインク層の色に対応する着色パターンを転写するカラーフィルタの製造装置において、
前記被着色支持体が設置される支持台と、前記被着色支持体に対向するヘッドと、前記被着色支持体と前記ヘッドとが対向した状態で、前記支持台と前記ヘッドとを相対的に第１の方向（Ｚ）とこれと直交し且つ前記被着色支持体と平行な第２の方向（Ｗ）へ移動させる移動装置とが設けられており、
前記ヘッドには、第１の方向（Ｚ）へ一定の間隔を空け且つ第１の方向（Ｚ）と直交する第２の方向（Ｗ）へ位置をずらして配置されたレーザー光照射用の複数の集光レンズと、それぞれの前記集光レンズに対向して配置された複数の光ファイバとが搭載され、
複数のレーザー発振器から発せられるレーザー光の光路が、個々の前記光ファイバに光学的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
集光レンズを上記のように配列、例えば千鳥状、あるいは斜めに直線状に配列することにより、一方向の移動だけで、隣接するカラーフィルタの転写が可能になる。したがって、従来の方法よりも照射回数および照射時間も少なくて済み生産性を大きく向上させることができる。
【００１４】
また、前記ヘッドに搭載された光ファイバの断面を四角形とすることが好ましい。
【００１５】
上記手段により、カラーフィルムシートに対する転写形状が四角形になるため、転写パターンが角型を要求している場合には、円形状から四角形状へと変換するための特別な接続部を設ける必要も無く、コストダウンを図ることができる。
【００１６】
また、レーザー発振器から発せられたレーザー光のエネルギー分布を光路の断面方向に均一化する光変換手段が設けられていることが好ましい。この場合の光変換手段としては、光ファイバをコイル状としたもの、または光エキスパンダとしたものを使用することができる。
【００１７】
前者で示す光変換手段を使用した場合には、転写巾とエネルギー密度との関係をトップハット形状に変換することができ、よってカラーフィルムシートには均一なエネルギー強度を有するレーザー光を照射することができる。
【００１８】
また、後者で示す光変換手段を使用した場合でも、レーザー光の中心付近の波長帯域を広げることができるので、その中心の均一化されたエネルギー強度を有するレーザー光を得ることができる。
【００１９】
上記のようにして、均一な強度を有するレーザー光をカラーフィルムシートに照射することにより、カラーインク層の加熱部分と非加熱部分との境界部分を分離しやすくし、きれいな転写エッジパターン形状を有するカラーフィルタを得ることができる。
【００２０】
さらに、ヘッドに冷却手段が設けられていてもよい。
【００２１】
ヘッドは、レーザー光の発熱による温度変化によって各光ファイバ間のピッチにずれが生じ、それによって転写パターンにずれが生じる。そこで、冷却手段として、例えば常温の水、その他の流体、エアー、またはその他のガスを循環させてヘッドを恒温化しておくことによりヘッドのピッチずれを防止することができる。
【００２３】
この場合、支持台は、その下に位置するリニアモータ駆動部で移動させる移動手段と、前記駆動部のコイルに冷却媒体を吹付ける冷却手段とが設けられていてもよい。
【００２４】
上記手段によって、稼働中にリニアモータ駆動部から発生する熱が被着色支持体側に伝達されることがなくなり、被着色支持体に温度むらができることが防止される。したがって、例えばカラーフィルムシートが膨張したときに転写され、その後常温に戻された時に収縮されて、カラーフィルタの転写パターンのピッチにずれが発生するといったことが防止される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１はレーザー照射装置全体を示す概略図、図２は集光レンズの配列状態を示す一部省略平面図、図３は前記照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を表わしたグラフである。
なお、本発明の実施の形態では、被着色支持体１としてガラス基板が使用されるが、ガラス製の基板に限られず無定形の高分子透明フィルムなど他の材質で形成された基板であっても適用することができる。
【００２６】
図１に示すレーザー照射装置７ａは、レーザー生成部１７と、ジョイント部１３と、ヘッド部１１とが設けられている。
前記レーザー生成部１７は、複数のレーザー発振器８と、複数の光ファイバ１０ａとがレーザー光の出射光口８ａにてそれぞれ接続されている。
【００２７】
前記レーザー発振器８には、半導体素子が組込まれており、この半導体素子としては、波長が赤外光に近い素子、特に赤色半導体素子を用いることが好ましい。すなわち、カラーフィルムシート５０に形成された後述する光熱変換層４（図６参照）がカーボンを含む黒色であるため赤外光を吸収し易い性質を有している。よって、前記のような素子を用いることが望ましい。このような半導体素子としては、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系（波長λ＝７８０〜９０５ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ系（λ＝１．１〜１．６μｍ）、鉛化合物系（λ＝２．８〜３０μｍ）を使用することが好ましい。また、波長は、７８０ｎｍ〜３μｍ程度とすることが好ましい。
【００２８】
また、各光ファイバ１０ａは、導光経路途中でカールさせたコイル部１０ｃが形成されている。このように、光ファイバ１０ａをカールさせることにより、図３に示すようなトップハット形状、すなわち照射される中心付近のエネルギー強度が均一な分布が得られる。
このレーザー光の均一な部分のみを抜き出してカラーフィルムシート５０に照射することにより、エッジパターン形状のきれいなカラーインク層２が被着色支持体に形成される。
【００２９】
また、レーザー発振器８からジョイント部１３までの光ファイバ１０ａを、断面が丸型（φ１ｍｍ又は２ｍｍ程度）のグラスファイバで形成することができる。一方、照射パターンは図２に示すように四角型（巾７５μｍ）であるため、ジョイント部１３からヘッド部１１までの光ファイバ１０ｂを断面が角型のグラスファイバとすることが好ましい。そのため、ジョイント部１３には、結合用の集光レンズ１３ａが設けられ、光ファイバ１０ａを伝わるレーザー光を光ファイバ１０ｂへ効率よく入射できるようになっている。なお、前記した光ファイバ１０ａおよび１０ｂをすべて断面が角型のグラスファイバとしてもよい。この場合には、結合用の集光レンズ１３ａを設けず、ファイバの端面どうしを密着させることでジョイント部１３を構成できる。
上記のように、ジョイント部１３を設けることにより、必要とされる転写パターンに適宜変更することができる。
【００３０】
前記ヘッド部１１では、光ファイバ１０ｂの先端部にそれぞれレーザー光を集光するための照射用の集光レンズ１２が取付けられている。この集光レンズ１２の配列は、図２（平面図）に示すように、走査方向（Ｗ方向）と直交する横方向（Ｚ方向）の配列が、図７に示す製造しようとするカラーフィルタの同色の着色パターン（例えばＲ）の配列ピッチと同じ間隔（Ｇ、Ｂの着色パターンを飛ばして隣接する同色の着色パターンの間隔；図２の３Ｐ）に設定されている。ただし、この間隔で集光レンズ１２をＺ方向へ直線的に並べると、集光レンズ１２どうしが重なり、また光ファイバ１０ｂどうしも重なってしまう。そのため、図２に示すように、集光レンズ１２および光ファイバ１０ｂを走査方向（Ｗ方向）へずれるように斜めに配列させている。
【００３１】
図２の場合には、３段分（３組分）をひとまとまりとして配列され、それぞれの集光レンズ１２に対向するように光ファイバ１０ｂを配置させ、３段分がＺ方向へ繰り返すように千鳥状に配列させている。ただし、４段以上（４組以上）を繰り返すように配列してもよい。
【００３２】
さらに、必要によっては、光ファイバ１０ｂと集光レンズ１２との間にレーザー光の一部をカットするためのマスクを形成してもよい。すなわち、図３に示すように、コイル部１０ｃを設けることにより照射位置に導かれたレーザー光のエネルギー分布がトップハット型となって均一化される。このエネルギー分布が均一な部分を照射幅としてこの照射幅をカラーフィルタの着色パターンの転写幅と等しくするために、マスクＭを設け、光ファイバ１０ｂ内を通過する光の光束幅Ｄを絞るようにしてもよい。
【００３３】
上記のような配列を有するレーザー照射装置７ａを使用して、被着色支持体１上に設置されたカラーフィルムシート５０に対してレーザー光を照射する際、カラーフィルムシート５０が設置された被着色支持体とヘッド部１１とをＷ方向へ相対移動させる。このときレーザ照射を断続させることにより、図７に示すようにＷ方向へ所定のピッチで間欠的に連続する同じ色（例えばＲ）の着色パターンを転写していく。
【００３４】
そしてＷ方向への走査が完了した後に、レーザー光を照射する位置をＺ方向へ移動させる。この移動量は、図２のようにＺ方向へ配列された集光レンズ群を１ブロックとしたときに１ブロック分移動させる。そしてカラーフィルムシート上でレーザー光をＷ方向へ走査させる。これを繰り返すことにより所定の色の着色パターンが全て転写される。
【００３５】
上記のようにして、所定の色、例えば最初にＲの色の転写を完了した後は、Ｇのカラーインク層２を有するカラーフィルムシート５０を被着色支持体１の上に設置する。そして、ヘッド部１１と被着色支持体１との相対位置をＺ方向へ着色パターンの１ピッチＰだけ移動させる。そして前記のような転写を行うと、被着色支持体１にＧの着色パターンが形成される。さらに、Ｂのカラーインク層を有するカラーフィルムシート５０を被着色支持体１に設置し、被着色支持体１とヘッド部１１とをＺ方向へ１ピッチＰだけ相対移動させて、転写を行う。
【００３６】
また、ヘッド部１１では、光ファイバ１０ｂから発生する発熱量が多く、しかも光ファイバ１０ｂを束ねることによりさらに発熱量が多くなり、それが原因で樹脂製のホルダー部１１ａが熱変形してしまい光ファイバのピッチに狂いが生じてしまう。そのため、前記ヘッド部１１は、ヘッド温度を±２度程度の範囲内で恒温化するヘッド冷却手段１５が設けられている。
【００３７】
前記ヘッド冷却手段１５では、例えば常温の水（あるいはその他の流体）を循環させるとともに、ヘッド部１１を通過した水の温度をセンサで監視しながら、水の温度が一定温度になるように流量を変化させる。なお、前記冷却媒体は、エアーまたはその他のガスであってもよい。
上記のようにして形成されたレーザー照射装置７ａは、通常そのヘッド部１１が被着色支持体１に対して垂直に配置されるが、このヘッド部１１を傾けて配置することにより、転写パターンのピッチを変更することが可能である。
【００３８】
なお、ヘッド部１１における集光レンズ１２の配列は、図２に示すような千鳥状に限られず、斜めに直線状に配列したものであってもよく、種々変更できる。また、本発明の製造装置の他の実施の形態として、前記のレーザー生成部１７に代えて、図４に示すレーザー生成部２７に変更したレーザー照射装置７ｂを用いることができる。
【００３９】
図４に示すレーザー生成部２７は、半導体素子が組込まれたレーザー発振器８と、レーザー光を出射光口８ａからジョイント部１３まで導くミラーと、さらに、導光経路途中に配設される光エキスパンダ１９とが設けられている。この光エキスパンダ１９は、図５に示すように、レーザー光の中心付近の波長帯域を広げて２本の点線で示される照射巾内をほぼ均一なエネルギー密度になるように形成できるものである。
上記のようなレーザー照射装置７ａまたは７ｂを用いて、被着色支持体１に対してカラーフィルタが形成される。ここで形成されるカラーフィルタは、後述するカラーフィルムシート５０を被着色支持体１に密着させて配置し、その上面よりレーザー光が照射される。
【００４０】
図６に示すカラーフィルムシート５０は、ベースフィルム３に、光熱変換層４およびカラーインク層２を順番に積層したものである。前記ベースフィルム３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる樹脂を延伸したものを熱処理して応力を緩和したものが使用される。
また、光熱変換層４は、エポキシ樹脂等にカーボン粉を添加したものが使用され、光を吸収して熱エネルギーに変換する機能を有している。この光熱変換層４では、黒色系であるため光吸収性の点で好ましいものである。なお、この光熱変換層４は、エポキシ樹脂等のバインダとカーボンとの組合わせに限られるものではなく、赤外線吸収性の有機材料であってもよい。
【００４１】
また、カラーインク層２は、エポキシ樹脂等のバインダにインクや顔料（シアンなど）を添加したものが使用される。
上記のようなカラーフィルムシート５０を被着色支持体１に密着させ、ベースフィルム３の上方からレーザー照射装置７ａまたは７ｂを使用してレーザー光を局所的に照射する。すると、このレーザー光は、ベースフィルム３を透過して光熱変換層４に吸収される。そしてこの光熱変換層４の発熱作用により、カラーインク層２が加熱、溶融され、この加熱部のみが被着色支持体１に転写され、加熱部以外のカラーインク層２は熱によって溶融されないため、被着色支持体１には接着されずベースフィルム３にカラーインク層２が残るようになっている。
【００４２】
その後、前記の工程で転写を続けることにより、カラーインク層２の配列を有する所定の色のカラーフィルタが被着色支持体１に形成される。同様にして、前記とは異なる色のカラーフィルムシート５０を順に被着色支持体１に配置することにより、被着色支持体１にカラーインク層２が転写される。その結果、図７に示すようにＲ，Ｇ，Ｂが所定のパターンで配列されたカラーフィルタを有する基板を得ることができる。
【００４３】
また、このカラーフィルタには、図７に示すように、カラーフィルタを形成する準備段階として、被着色支持体１表面にブラックマトリクスが形成される。被着色支持体１上に各色のカラーフィルタが形成された後に、色と色との隙間を遮光するためのブラックマトリクスＢＬが形成される。このブラックマトリクスＢＬは、クロム薄膜を成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることにより形成することができる。
【００４４】
上記のように、符号７ａで示されるレーザー照射装置を使用した場合には、図３に示されているエネルギー強度分布を有するレーザー光が、一方符号７ｂで示されるレーザー照射装置を使用した場合には、図５で示されるようなエネルギー強度分布を有するレーザー光が、被着色支持体１上のカラーフィルムシート５０に照射される。これによって、カラーフィルムシート５０の加熱部分のみが均一なエネルギー強度で照射されることにより、エッジ部分が良好に分離されたカラーインク層２が被着色支持体１に形成される。
【００４５】
一方、本発明の製造装置では、レーザー光の照射位置を移動させる場合、被着色支持体１側が移動するようになっている。
図８は、そのための移動装置７０が示されている。前記移動装置７０は、図１１で示したように、支持台６２と、リニアモータ駆動部６６と、基板吸着板６１（図示せず）とで形成されている。また、前記リニアモータ駆動部６６についても図１１で示したものと同様なコイル本体６３、スライドヨーク６４、およびマグネット６５が形成されている。
【００４６】
前記移動装置７０には、稼動時にコイル本体６３から発生する熱がカラーフィルタの転写精度に悪影響を与えるため、これを防止するための第１および第２冷却手段７５，７６が設けられている。
図８に示すように、第１冷却手段７５では、前記支持台６２にエアーが通る通路６２ａが形成され、さらに通路６２ａの下面にはエアーを噴出するための孔が複数形成されている。この孔から通路６２ａ内に注入されたエアーが前記コイル本体６３の上面に吹付けられて冷却されるようになっている。なお、必要ならばエアーをコイル本体６３の側面（図８中、ＢおよびＣ方向）からも吹付けるように形成してもよい。また、冷却媒体は、エアー以外の通常使用される冷却用ガスを使用することもできる。
【００４７】
前記支持台６２には、さらに第２冷却手段７６が設けられており、支持台６２内の一面に水などの冷却媒体が循環するように配管が施されている。さらに、支持台６２を断熱材で形成してもよい。
上記のような冷却手段７５，７６により、稼動時にコイル本体６３から発生する熱が支持台６２を伝わり被着色支持体１に伝達されることが防止される。
【００４８】
さらに、本発明の製造装置では、レーザー照射装置７ａまたは７ｂの集光レンズ１２の表面に、保護膜１４を形成することができる（図１参照）。
この保護膜１４は、レーザー光の波長に対し透過率の高い耐摩耗性部材をコーティングし、レーザー光の照射と同時に加圧制御が行なわれるものである。
【００４９】
前記保護膜１４をカラーフィルムシート５０に密着させて、ヘッド部１１に対して被着色支持体１およびこれを覆うカラーフィルムシート５０を相対的に移動させることにより、カラーインク層２と被着色支持体１との密着性が向上し、またこの保護膜１４の厚さを適宜変更することにより焦点距離を正確に設定することができる。なお、保護膜１４の厚さは、５００オングストローム〜５μｍ程度に形成されることが好ましい。
上記のような保護膜１４としては、特に０．４〜４μｍ程度の波長を有する透明または透光性の材料を使用することが好ましく、例えばＳｉ０2やセラミックが挙げられる。
【００５０】
前記セラミックとしては、透光性アルミナにＭｇＯ，Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，ＺｒＯ2などをドープしたもの、ＭｇＯにＬｉＦ，ＮａＦなどをドープしたもの、ＭｇＡｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，またはＺｎＯなどが挙げられる。これらの材料は、必要に応じて、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法で成膜成形される。
以上のようにしてカラーフィルタが形成された被着色支持体１としてガラス基板を使用し、このガラス基板が、他のガラス基板と貼り合わされ、両ガラス基板のギャップ内に液晶材料が封入されて液晶セルが形成される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルタの製造方法および製造装置は、均一な強度を有するレーザー光をカラーフィルムシートに照射することができ、且つ冷却手段を用いて光ファイバのヘッド部の配列ピッチや被着色支持体に発生する温度むらを防止できることにより、エッジパターン形状がきれいでしかも高精度な転写パターンを有するカラーフィルタが被着色支持体に形成できる。さらに、ヘッド部の集光レンズの配置を変更することにより、照射回数や時間を減少させることができ、生産効率を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー照射装置を示す概略図、
【図２】集光レンズの配列状態を示すヘッド部の平面図、
【図３】レーザー照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を示すグラフ、
【図４】レーザー照射装置の他の実施の形態を示す概略図、
【図５】他のレーザー照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を示すグラフ、
【図６】カラーフィルムシートを被着色支持体に密着させた状態を示す状態図、
【図７】カラーフィルタの各色の着色パターンの配列状態の一例を示す状態図、
【図８】移動装置の冷却構造を示す一部省略斜視図、
【図９】従来のレーザー照射装置を示す概略図、
【図１０】従来のレーザー照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を示すグラフ、
【図１１】従来の移動装置を示す一部省略斜視図、
【符号の説明】
７ａ，７ｂ レーザー照射装置
８ レーザー発振器
１０ａ，１０ｂ 光ファイバ
１０ｃ コイル部
１１ ヘッド部
１２ 集光レンズ
１３ ジョイント部
１４ 保護膜
１５ ヘッド冷却手段
１７，２７ レーザー生成部
６２ 支持台
６３ コイル本体
７０ 移動装置
７５ 第１冷却手段
７６ 第２冷却手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラータイプの液晶表示セルに使用されるカラーフィルタの製造方法および製造装置に関し、特にカラーフィルタの転写ずれを防止したカラーフィルタの製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来のレーザー照射装置７を示す概略図である。また、図１０は前記レーザー照射装置７から発射されたレーザー光の照射巾とエネルギー密度（強度）との関係を示すグラフである。
図９に示すレーザー照射装置７は、半導体素子が組込まれたレーザー発振器８を有し、このレーザー発振器８の出射光口８ａから発射された１軸のレーザー光がミラー９ａ，９ｂおよび９ｃを介して順番に反射されながら照射点Ｐまで導かれる。
このようなレーザー照射装置７を用いて、ガラス基板等の被着色支持体に図６に示すカラーフィルムシート５０が配設され、レーザー光の照射によりカラーフィルタが形成される。
【０００３】
前記カラーフィルムシート５０は、ベースフィルム３に光熱変換層４およびカラーインク層２が順番に積層されている。前記ベースフィルム３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる樹脂を延伸したものが使用される。また、光熱変換層４は、樹脂製のバインダにカーボン粉を混入させたものが使用され、光を吸収して発熱する性質を有している。また、カラーインク層２は、樹脂製のバインダに顔料等を添加したものが使用され、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３種類の色のいずれかである。
前記カラーフィルムシート５０は、図６に示す被着色支持体１に密着して設置され、ベースフィルム３の上方からレーザー光が局所的に照射され、被着色支持体１上にカラーインク層２が転写される。
【０００４】
図１１は、前記被着色支持体１を移動させる手段としての移動装置６０を示す。この移動装置６０により、被着色支持体１が設置されている側を移動させ、レーザー照射装置７側は常に固定した状態で使用される。
前記移動装置６０は、支持台６２と、基板吸着板６１と、リニアモータ駆動部６６とにより形成されている。さらに、このリニアモータ駆動部６６は、コイル本体６３と、スライドヨーク６４と、マグネット６５とを有している。前記支持台６２上に基板吸着板６１が配設され、使用時には基板吸着板６１上に被着色支持体１が吸着、固定される。また、前記コイル本体６３は、リニアモータ用コイルであり、ボビンにコイル６３ａが巻回され、コイル本体６３の両端部に突設された鍔部６３ｂおよび６３ｃの上辺部が、前記支持台６２の下面に固定されている。
【０００５】
前記移動装置６０を稼動させるには、マグネット６５の磁力の向きを制御し、コイル本体６３に働くスライド方向への力を発生させることにより、支持台６２と共に被着色支持体１がＸ方向へ移動する。
また、図示していないが、前記移動装置６０の全体がＹ方向へ移動できるように、移動装置６０の両端部等に前述したのと同様な機構を有するリニアモータ駆動部が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９で示したレーザー照射装置７を使用した場合、レーザー発振器８の出射光口８ａから照射点Ｐまで光学部品（ミラー）を組合わせて光軸１本で行なっていたため、生産性が低く、且つ被着色支持体１へのカラーインク層２の転写エッジパターンの形状に異常が生じたりするなどの問題があった。
すなわち、図１０に示すグラフから認められるように、照射点の位置によってレーザー光の強度が異なることが原因とされる。具体的には、図１０に示すグラフは、ガウシアン分布と称される分布であり、レーザー光の中心点Ｃで最も強度が高く、中心点Ｃから離れるにつれて強度が急激に弱くなるものであった。特に、被着色支持体１に転写されるカラーインク層２は、図１０の２つの点線間で示される転写巾（照射巾）Ｌにてレーザー光が照射され、転写巾Ｌ間においてはエッジ部が最も強度が低くなる。そのためエッジ部が十分に溶融されず、またその境界部の強度差も大きくなって、境界がはっきりしなくなり、転写エッジパターンの形状に異常が生じていた。
【０００７】
一方、図１１に示す移動装置６０を使用した場合、コイル本体６３から発生した熱が支持台６２から基板吸着板６１に、そして被着色支持体１に伝達され、カラーフィルタの転写精度に異常が生じることがあった。
すなわち、コイル本体６３から発生する熱が被着色支持体１を加熱して、被着色支持体１上に配置されたカラーフィルムシート５０の表面に温度勾配を発生させていた。主に被着色支持体１の中央部の温度が高くなり、それによって被着色支持体１の中央部の伸びが他の部分と較べて大きくなり、その伸びた時点で転写が行われると、常温に戻って収縮した時に、カラーフィルタ（カラーインク層２）のピッチにずれが生じていた。
【０００８】
このずれの程度は、１００ｍｍで１度違うと０．８μｍ程度のピッチずれが生じ、実際には、被着色支持体１の中央部と端部とでは１０度程度違うので、８μｍ程度の誤差が生じることがあった。上記した場合のカラーフィルタの製造においては、ピッチが±３μｍ以内で配置されていなければならず、前記移動装置６０では、この誤差範囲を超えてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、転写エッジパターン形状がきれいで且つ高精度なカラーフィルタを被着色支持体に形成することができると共に、生産の効率を向上させることができるカラーフィルタの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、被着色支持体に、互いに異なる複数の色の着色パターンを、第１の方向（Ｚ）へ規則的に繰り返すように配列させて着色するカラーフィルタの製造方法において、
第１の方向（Ｚ）へ一定の間隔を空け且つ第１の方向（Ｚ）と直交する第２の方向（Ｗ）へ位置をずらした複数の箇所にレーザー光を同時に照射するヘッドを用い、
（ａ）所定の色のカラーインク層を有するカラーフィルムシートを、前記被着色支持体に設置し、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に同じ色の複数の着色パターンを転写し、
（ｂ）前記カラーフィルムシートを前記被着色支持体に設置した状態で、前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第２の方向（Ｗ）へ移動させ、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に、（ａ）の工程と同じ色の複数の着色パターンを、既に形成されている着色パターンと重複しない位置に転写し、これを繰り返すことにより、同じ色の複数の着色パターンを第２の方向（Ｗ）に沿って形成し、
（ｃ）前記カラーフィルムシートを前記被着色支持体から剥がした後に、他の色のカラーインク層を有するカラーフィルムシートを前記被着色支持体に設置して、前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第１の方向（Ｚ）へ移動させ、その後、前記（ａ）と（ｂ）の工程に移行して、他の色の複数の着色パターンを既に形成されている着色パターンと重複しない位置に形成し、
前記（ａ）（ｂ）（ｃ）の工程を繰り返して、前記被着色支持体に全ての色の着色パターンを形成することを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、前記ヘッドで同時にレーザー光が照射される複数の箇所を１ブロックとし、
前記（ｂ）の工程では、同じ色の複数の着色パターンを第２の方向（Ｗ）に沿って形成した後に、前記ヘッドと前記被着色支持体とを、第１の方向（Ｚ）へ、１ブロック分だけ相対的に移動させ、さらに前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第２の方向（Ｗ）へ移動させて、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に、同じ色の複数の着色パターンを、既に形成されている着色パターンと重複しない位置で且つ第２の方向（Ｗ）に沿って転写することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のカラーフィルタの製造装置は、それぞれが異なる色のカラーインク層を有する複数種類のカラーフィルムシートを用い、それぞれのカラーフィルムシートが被着色支持体に設置された状態で、前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に前記カラーインク層の色に対応する着色パターンを転写するカラーフィルタの製造装置において、
前記被着色支持体が設置される支持台と、前記被着色支持体に対向するヘッドと、前記被着色支持体と前記ヘッドとが対向した状態で、前記支持台と前記ヘッドとを相対的に第１の方向（Ｚ）とこれと直交し且つ前記被着色支持体と平行な第２の方向（Ｗ）へ移動させる移動装置とが設けられており、
前記ヘッドには、第１の方向（Ｚ）へ一定の間隔を空け且つ第１の方向（Ｚ）と直交する第２の方向（Ｗ）へ位置をずらして配置されたレーザー光照射用の複数の集光レンズと、それぞれの前記集光レンズに対向して配置された複数の光ファイバとが搭載され、
複数のレーザー発振器から発せられるレーザー光の光路が、個々の前記光ファイバに光学的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
集光レンズを上記のように配列、例えば千鳥状、あるいは斜めに直線状に配列することにより、一方向の移動だけで、隣接するカラーフィルタの転写が可能になる。したがって、従来の方法よりも照射回数および照射時間も少なくて済み生産性を大きく向上させることができる。
【００１４】
また、前記ヘッドに搭載された光ファイバの断面を四角形とすることが好ましい。
【００１５】
上記手段により、カラーフィルムシートに対する転写形状が四角形になるため、転写パターンが角型を要求している場合には、円形状から四角形状へと変換するための特別な接続部を設ける必要も無く、コストダウンを図ることができる。
【００１６】
また、レーザー発振器から発せられたレーザー光のエネルギー分布を光路の断面方向に均一化する光変換手段が設けられていることが好ましい。この場合の光変換手段としては、光ファイバをコイル状としたもの、または光エキスパンダとしたものを使用することができる。
【００１７】
前者で示す光変換手段を使用した場合には、転写巾とエネルギー密度との関係をトップハット形状に変換することができ、よってカラーフィルムシートには均一なエネルギー強度を有するレーザー光を照射することができる。
【００１８】
また、後者で示す光変換手段を使用した場合でも、レーザー光の中心付近の波長帯域を広げることができるので、その中心の均一化されたエネルギー強度を有するレーザー光を得ることができる。
【００１９】
上記のようにして、均一な強度を有するレーザー光をカラーフィルムシートに照射することにより、カラーインク層の加熱部分と非加熱部分との境界部分を分離しやすくし、きれいな転写エッジパターン形状を有するカラーフィルタを得ることができる。
【００２０】
さらに、ヘッドに冷却手段が設けられていてもよい。
【００２１】
ヘッドは、レーザー光の発熱による温度変化によって各光ファイバ間のピッチにずれが生じ、それによって転写パターンにずれが生じる。そこで、冷却手段として、例えば常温の水、その他の流体、エアー、またはその他のガスを循環させてヘッドを恒温化しておくことによりヘッドのピッチずれを防止することができる。
【００２３】
この場合、支持台は、その下に位置するリニアモータ駆動部で移動させる移動手段と、前記駆動部のコイルに冷却媒体を吹付ける冷却手段とが設けられていてもよい。
【００２４】
上記手段によって、稼働中にリニアモータ駆動部から発生する熱が被着色支持体側に伝達されることがなくなり、被着色支持体に温度むらができることが防止される。したがって、例えばカラーフィルムシートが膨張したときに転写され、その後常温に戻された時に収縮されて、カラーフィルタの転写パターンのピッチにずれが発生するといったことが防止される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１はレーザー照射装置全体を示す概略図、図２は集光レンズの配列状態を示す一部省略平面図、図３は前記照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を表わしたグラフである。
なお、本発明の実施の形態では、被着色支持体１としてガラス基板が使用されるが、ガラス製の基板に限られず無定形の高分子透明フィルムなど他の材質で形成された基板であっても適用することができる。
【００２６】
図１に示すレーザー照射装置７ａは、レーザー生成部１７と、ジョイント部１３と、ヘッド部１１とが設けられている。
前記レーザー生成部１７は、複数のレーザー発振器８と、複数の光ファイバ１０ａとがレーザー光の出射光口８ａにてそれぞれ接続されている。
【００２７】
前記レーザー発振器８には、半導体素子が組込まれており、この半導体素子としては、波長が赤外光に近い素子、特に赤色半導体素子を用いることが好ましい。すなわち、カラーフィルムシート５０に形成された後述する光熱変換層４（図６参照）がカーボンを含む黒色であるため赤外光を吸収し易い性質を有している。よって、前記のような素子を用いることが望ましい。このような半導体素子としては、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系（波長λ＝７８０〜９０５ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ系（λ＝１．１〜１．６μｍ）、鉛化合物系（λ＝２．８〜３０μｍ）を使用することが好ましい。また、波長は、７８０ｎｍ〜３μｍ程度とすることが好ましい。
【００２８】
また、各光ファイバ１０ａは、導光経路途中でカールさせたコイル部１０ｃが形成されている。このように、光ファイバ１０ａをカールさせることにより、図３に示すようなトップハット形状、すなわち照射される中心付近のエネルギー強度が均一な分布が得られる。
このレーザー光の均一な部分のみを抜き出してカラーフィルムシート５０に照射することにより、エッジパターン形状のきれいなカラーインク層２が被着色支持体に形成される。
【００２９】
また、レーザー発振器８からジョイント部１３までの光ファイバ１０ａを、断面が丸型（φ１ｍｍ又は２ｍｍ程度）のグラスファイバで形成することができる。一方、照射パターンは図２に示すように四角型（巾７５μｍ）であるため、ジョイント部１３からヘッド部１１までの光ファイバ１０ｂを断面が角型のグラスファイバとすることが好ましい。そのため、ジョイント部１３には、結合用の集光レンズ１３ａが設けられ、光ファイバ１０ａを伝わるレーザー光を光ファイバ１０ｂへ効率よく入射できるようになっている。なお、前記した光ファイバ１０ａおよび１０ｂをすべて断面が角型のグラスファイバとしてもよい。この場合には、結合用の集光レンズ１３ａを設けず、ファイバの端面どうしを密着させることでジョイント部１３を構成できる。
上記のように、ジョイント部１３を設けることにより、必要とされる転写パターンに適宜変更することができる。
【００３０】
前記ヘッド部１１では、光ファイバ１０ｂの先端部にそれぞれレーザー光を集光するための照射用の集光レンズ１２が取付けられている。この集光レンズ１２の配列は、図２（平面図）に示すように、走査方向（Ｗ方向）と直交する横方向（Ｚ方向）の配列が、図７に示す製造しようとするカラーフィルタの同色の着色パターン（例えばＲ）の配列ピッチと同じ間隔（Ｇ、Ｂの着色パターンを飛ばして隣接する同色の着色パターンの間隔；図２の３Ｐ）に設定されている。ただし、この間隔で集光レンズ１２をＺ方向へ直線的に並べると、集光レンズ１２どうしが重なり、また光ファイバ１０ｂどうしも重なってしまう。そのため、図２に示すように、集光レンズ１２および光ファイバ１０ｂを走査方向（Ｗ方向）へずれるように斜めに配列させている。
【００３１】
図２の場合には、３段分（３組分）をひとまとまりとして配列され、それぞれの集光レンズ１２に対向するように光ファイバ１０ｂを配置させ、３段分がＺ方向へ繰り返すように千鳥状に配列させている。ただし、４段以上（４組以上）を繰り返すように配列してもよい。
【００３２】
さらに、必要によっては、光ファイバ１０ｂと集光レンズ１２との間にレーザー光の一部をカットするためのマスクを形成してもよい。すなわち、図３に示すように、コイル部１０ｃを設けることにより照射位置に導かれたレーザー光のエネルギー分布がトップハット型となって均一化される。このエネルギー分布が均一な部分を照射幅としてこの照射幅をカラーフィルタの着色パターンの転写幅と等しくするために、マスクＭを設け、光ファイバ１０ｂ内を通過する光の光束幅Ｄを絞るようにしてもよい。
【００３３】
上記のような配列を有するレーザー照射装置７ａを使用して、被着色支持体１上に設置されたカラーフィルムシート５０に対してレーザー光を照射する際、カラーフィルムシート５０が設置された被着色支持体とヘッド部１１とをＷ方向へ相対移動させる。このときレーザ照射を断続させることにより、図７に示すようにＷ方向へ所定のピッチで間欠的に連続する同じ色（例えばＲ）の着色パターンを転写していく。
【００３４】
そしてＷ方向への走査が完了した後に、レーザー光を照射する位置をＺ方向へ移動させる。この移動量は、図２のようにＺ方向へ配列された集光レンズ群を１ブロックとしたときに１ブロック分移動させる。そしてカラーフィルムシート上でレーザー光をＷ方向へ走査させる。これを繰り返すことにより所定の色の着色パターンが全て転写される。
【００３５】
上記のようにして、所定の色、例えば最初にＲの色の転写を完了した後は、Ｇのカラーインク層２を有するカラーフィルムシート５０を被着色支持体１の上に設置する。そして、ヘッド部１１と被着色支持体１との相対位置をＺ方向へ着色パターンの１ピッチＰだけ移動させる。そして前記のような転写を行うと、被着色支持体１にＧの着色パターンが形成される。さらに、Ｂのカラーインク層を有するカラーフィルムシート５０を被着色支持体１に設置し、被着色支持体１とヘッド部１１とをＺ方向へ１ピッチＰだけ相対移動させて、転写を行う。
【００３６】
また、ヘッド部１１では、光ファイバ１０ｂから発生する発熱量が多く、しかも光ファイバ１０ｂを束ねることによりさらに発熱量が多くなり、それが原因で樹脂製のホルダー部１１ａが熱変形してしまい光ファイバのピッチに狂いが生じてしまう。そのため、前記ヘッド部１１は、ヘッド温度を±２度程度の範囲内で恒温化するヘッド冷却手段１５が設けられている。
【００３７】
前記ヘッド冷却手段１５では、例えば常温の水（あるいはその他の流体）を循環させるとともに、ヘッド部１１を通過した水の温度をセンサで監視しながら、水の温度が一定温度になるように流量を変化させる。なお、前記冷却媒体は、エアーまたはその他のガスであってもよい。
上記のようにして形成されたレーザー照射装置７ａは、通常そのヘッド部１１が被着色支持体１に対して垂直に配置されるが、このヘッド部１１を傾けて配置することにより、転写パターンのピッチを変更することが可能である。
【００３８】
なお、ヘッド部１１における集光レンズ１２の配列は、図２に示すような千鳥状に限られず、斜めに直線状に配列したものであってもよく、種々変更できる。また、本発明の製造装置の他の実施の形態として、前記のレーザー生成部１７に代えて、図４に示すレーザー生成部２７に変更したレーザー照射装置７ｂを用いることができる。
【００３９】
図４に示すレーザー生成部２７は、半導体素子が組込まれたレーザー発振器８と、レーザー光を出射光口８ａからジョイント部１３まで導くミラーと、さらに、導光経路途中に配設される光エキスパンダ１９とが設けられている。この光エキスパンダ１９は、図５に示すように、レーザー光の中心付近の波長帯域を広げて２本の点線で示される照射巾内をほぼ均一なエネルギー密度になるように形成できるものである。
上記のようなレーザー照射装置７ａまたは７ｂを用いて、被着色支持体１に対してカラーフィルタが形成される。ここで形成されるカラーフィルタは、後述するカラーフィルムシート５０を被着色支持体１に密着させて配置し、その上面よりレーザー光が照射される。
【００４０】
図６に示すカラーフィルムシート５０は、ベースフィルム３に、光熱変換層４およびカラーインク層２を順番に積層したものである。前記ベースフィルム３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる樹脂を延伸したものを熱処理して応力を緩和したものが使用される。
また、光熱変換層４は、エポキシ樹脂等にカーボン粉を添加したものが使用され、光を吸収して熱エネルギーに変換する機能を有している。この光熱変換層４では、黒色系であるため光吸収性の点で好ましいものである。なお、この光熱変換層４は、エポキシ樹脂等のバインダとカーボンとの組合わせに限られるものではなく、赤外線吸収性の有機材料であってもよい。
【００４１】
また、カラーインク層２は、エポキシ樹脂等のバインダにインクや顔料（シアンなど）を添加したものが使用される。
上記のようなカラーフィルムシート５０を被着色支持体１に密着させ、ベースフィルム３の上方からレーザー照射装置７ａまたは７ｂを使用してレーザー光を局所的に照射する。すると、このレーザー光は、ベースフィルム３を透過して光熱変換層４に吸収される。そしてこの光熱変換層４の発熱作用により、カラーインク層２が加熱、溶融され、この加熱部のみが被着色支持体１に転写され、加熱部以外のカラーインク層２は熱によって溶融されないため、被着色支持体１には接着されずベースフィルム３にカラーインク層２が残るようになっている。
【００４２】
その後、前記の工程で転写を続けることにより、カラーインク層２の配列を有する所定の色のカラーフィルタが被着色支持体１に形成される。同様にして、前記とは異なる色のカラーフィルムシート５０を順に被着色支持体１に配置することにより、被着色支持体１にカラーインク層２が転写される。その結果、図７に示すようにＲ，Ｇ，Ｂが所定のパターンで配列されたカラーフィルタを有する基板を得ることができる。
【００４３】
また、このカラーフィルタには、図７に示すように、カラーフィルタを形成する準備段階として、被着色支持体１表面にブラックマトリクスが形成される。被着色支持体１上に各色のカラーフィルタが形成された後に、色と色との隙間を遮光するためのブラックマトリクスＢＬが形成される。このブラックマトリクスＢＬは、クロム薄膜を成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることにより形成することができる。
【００４４】
上記のように、符号７ａで示されるレーザー照射装置を使用した場合には、図３に示されているエネルギー強度分布を有するレーザー光が、一方符号７ｂで示されるレーザー照射装置を使用した場合には、図５で示されるようなエネルギー強度分布を有するレーザー光が、被着色支持体１上のカラーフィルムシート５０に照射される。これによって、カラーフィルムシート５０の加熱部分のみが均一なエネルギー強度で照射されることにより、エッジ部分が良好に分離されたカラーインク層２が被着色支持体１に形成される。
【００４５】
一方、本発明の製造装置では、レーザー光の照射位置を移動させる場合、被着色支持体１側が移動するようになっている。
図８は、そのための移動装置７０が示されている。前記移動装置７０は、図１１で示したように、支持台６２と、リニアモータ駆動部６６と、基板吸着板６１（図示せず）とで形成されている。また、前記リニアモータ駆動部６６についても図１１で示したものと同様なコイル本体６３、スライドヨーク６４、およびマグネット６５が形成されている。
【００４６】
前記移動装置７０には、稼動時にコイル本体６３から発生する熱がカラーフィルタの転写精度に悪影響を与えるため、これを防止するための第１および第２冷却手段７５，７６が設けられている。
図８に示すように、第１冷却手段７５では、前記支持台６２にエアーが通る通路６２ａが形成され、さらに通路６２ａの下面にはエアーを噴出するための孔が複数形成されている。この孔から通路６２ａ内に注入されたエアーが前記コイル本体６３の上面に吹付けられて冷却されるようになっている。なお、必要ならばエアーをコイル本体６３の側面（図８中、ＢおよびＣ方向）からも吹付けるように形成してもよい。また、冷却媒体は、エアー以外の通常使用される冷却用ガスを使用することもできる。
【００４７】
前記支持台６２には、さらに第２冷却手段７６が設けられており、支持台６２内の一面に水などの冷却媒体が循環するように配管が施されている。さらに、支持台６２を断熱材で形成してもよい。
上記のような冷却手段７５，７６により、稼動時にコイル本体６３から発生する熱が支持台６２を伝わり被着色支持体１に伝達されることが防止される。
【００４８】
さらに、本発明の製造装置では、レーザー照射装置７ａまたは７ｂの集光レンズ１２の表面に、保護膜１４を形成することができる（図１参照）。
この保護膜１４は、レーザー光の波長に対し透過率の高い耐摩耗性部材をコーティングし、レーザー光の照射と同時に加圧制御が行なわれるものである。
【００４９】
前記保護膜１４をカラーフィルムシート５０に密着させて、ヘッド部１１に対して被着色支持体１およびこれを覆うカラーフィルムシート５０を相対的に移動させることにより、カラーインク層２と被着色支持体１との密着性が向上し、またこの保護膜１４の厚さを適宜変更することにより焦点距離を正確に設定することができる。なお、保護膜１４の厚さは、５００オングストローム〜５μｍ程度に形成されることが好ましい。
上記のような保護膜１４としては、特に０．４〜４μｍ程度の波長を有する透明または透光性の材料を使用することが好ましく、例えばＳｉ０2やセラミックが挙げられる。
【００５０】
前記セラミックとしては、透光性アルミナにＭｇＯ，Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，ＺｒＯ2などをドープしたもの、ＭｇＯにＬｉＦ，ＮａＦなどをドープしたもの、ＭｇＡｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，またはＺｎＯなどが挙げられる。これらの材料は、必要に応じて、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法で成膜成形される。
以上のようにしてカラーフィルタが形成された被着色支持体１としてガラス基板を使用し、このガラス基板が、他のガラス基板と貼り合わされ、両ガラス基板のギャップ内に液晶材料が封入されて液晶セルが形成される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルタの製造方法および製造装置は、均一な強度を有するレーザー光をカラーフィルムシートに照射することができ、且つ冷却手段を用いて光ファイバのヘッド部の配列ピッチや被着色支持体に発生する温度むらを防止できることにより、エッジパターン形状がきれいでしかも高精度な転写パターンを有するカラーフィルタが被着色支持体に形成できる。さらに、ヘッド部の集光レンズの配置を変更することにより、照射回数や時間を減少させることができ、生産効率を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー照射装置を示す概略図、
【図２】集光レンズの配列状態を示すヘッド部の平面図、
【図３】レーザー照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を示すグラフ、
【図４】レーザー照射装置の他の実施の形態を示す概略図、
【図５】他のレーザー照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を示すグラフ、
【図６】カラーフィルムシートを被着色支持体に密着させた状態を示す状態図、
【図７】カラーフィルタの各色の着色パターンの配列状態の一例を示す状態図、
【図８】移動装置の冷却構造を示す一部省略斜視図、
【図９】従来のレーザー照射装置を示す概略図、
【図１０】従来のレーザー照射装置における転写巾とエネルギー密度との関係を示すグラフ、
【図１１】従来の移動装置を示す一部省略斜視図、
【符号の説明】
７ａ，７ｂ レーザー照射装置
８ レーザー発振器
１０ａ，１０ｂ 光ファイバ
１０ｃ コイル部
１１ ヘッド部
１２ 集光レンズ
１３ ジョイント部
１４ 保護膜
１５ ヘッド冷却手段
１７，２７ レーザー生成部
６２ 支持台
６３ コイル本体
７０ 移動装置
７５ 第１冷却手段
７６ 第２冷却手段
Claims (10)
- 被着色支持体に、互いに異なる複数の色の着色パターンを、第１の方向（Ｚ）へ規則的に繰り返すように配列させて着色するカラーフィルタの製造方法において、
第１の方向（Ｚ）へ一定の間隔を空け且つ第１の方向（Ｚ）と直交する第２の方向（Ｗ）へ位置をずらした複数の箇所にレーザー光を同時に照射するヘッドを用い、
（ａ）所定の色のカラーインク層を有するカラーフィルムシートを、前記被着色支持体に設置し、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に同じ色の複数の着色パターンを転写し、
（ｂ）前記カラーフィルムシートを前記被着色支持体に設置した状態で、前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第２の方向（Ｗ）へ移動させ、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に、（ａ）の工程と同じ色の複数の着色パターンを、既に形成されている着色パターンと重複しない位置に転写して、同じ色の複数の着色パターンを第２の方向（Ｗ）に沿って形成し、
（ｃ）前記カラーフィルムシートを前記被着色支持体から剥がした後に、他の色のカラーインク層を有するカラーフィルムシートを前記被着色支持体に設置して、前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第１の方向（Ｚ）へ移動させ、その後、前記（ａ）と（ｂ）の工程に移行して、他の色の複数の着色パターンを既に形成されている着色パターンと重複しない位置に形成し、
前記（ａ）（ｂ）（ｃ）の工程を繰り返して、前記被着色支持体に全ての色の着色パターンを形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。 - 前記ヘッドで同時にレーザー光が照射される複数の箇所を１ブロックとし、
前記（ｂ）の工程では、同じ色の複数の着色パターンを第２の方向（Ｗ）に沿って形成した後に、前記ヘッドと前記被着色支持体とを、第１の方向（Ｚ）へ、１ブロック分だけ相対的に移動させ、さらに前記ヘッドと前記被着色支持体とを相対的に第２の方向（Ｗ）へ移動させて、前記ヘッドから前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に、同じ色の複数の着色パターンを、既に形成されている着色パターンと重複しない位置で且つ第２の方向（Ｗ）に沿って転写する請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。 - 前記ヘッドで同時にレーザー光を照射できる箇所が、第１の方向（Ｚ）と第２の方向（Ｗ）の双方に対して傾斜する向きに並んで列を成しており、この列が、第１の方向（Ｚ）に向けて複数設けられ、それぞれの箇所が第２の方向（Ｗ）に向く線上で重複していない請求項１または２記載のカラーフィルタの製造方法。
- それぞれが異なる色のカラーインク層を有する複数種類のカラーフィルムシートを用い、それぞれのカラーフィルムシートが被着色支持体に設置された状態で、前記カラーフィルムシートにレーザー光を照射し、前記カラーインク層を溶融させて、前記被着色支持体に前記カラーインク層の色に対応する着色パターンを転写するカラーフィルタの製造装置において、
前記被着色支持体が設置される支持台と、前記被着色支持体に対向するヘッドと、前記被着色支持体と前記ヘッドとが対向した状態で、前記支持台と前記ヘッドとを相対的に第１の方向（Ｚ）とこれと直交し且つ前記被着色支持体と平行な第２の方向（Ｗ）へ移動させる移動装置とが設けられており、
前記ヘッドには、第１の方向（Ｚ）へ一定の間隔を空け且つ第１の方向（Ｚ）と直交する第２の方向（Ｗ）へ位置をずらして配置されたレーザー光照射用の複数の集光レンズと、それぞれの前記集光レンズに対向して配置された複数の光ファイバとが搭載され、
複数のレーザー発振器から発せられるレーザー光の光路が、個々の前記光ファイバに光学的に接続されていることを特徴とするカラーフィルタの製造装置。 - 前記ヘッドに搭載された光ファイバの断面が四角形である請求項４記載のカラーフィルタの製造装置。
- レーザー発振器から発せられたレーザー光のエネルギー分布を光路の断面方向に均一化する光変換手段が設けられている請求項４または５記載のカラーフィルタの製造装置。
- 光変換手段が、光ファイバをコイル状としたものである請求項６記載のカラーフィルタの製造装置。
- 光変換手段が、光エキスパンダである請求項６記載のカラーフィルタの製造装置。
- 前記ヘッドに冷却媒体を循環させる冷却手段が設けられている請求項４ないし８のいずれかに記載のカラーフィルタの製造装置。
- 支持台が、その下に位置するリニアモータ駆動部で移動させられるものであり、且つリニアモータ駆動部のコイルに冷却媒体を吹付ける冷却手段が設けられた請求項４ないし９のいずれかに記載のカラーフィルタの製造装置。
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