JP2010015080A - カラーフィルタ用ガラス基板の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間の処理でカラーフィルタ基板上のＢＭおよび着色画素を剥離・除去・洗浄して、研磨処理を必要としないで再使用できるガラス基板の再生が可能な、ガラス基板の再生方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板上に、少なくとも感光性黒色樹脂層からなる遮光層、感光性着色樹脂層からなる１ないし複数の着色画素が順次形成されたカラーフィルタ基板の膜が形成してある側から、水性の剥離液を用いてガラス基板上の樹脂皮膜を剥離・除去・洗浄し、続いて水でブラシ洗浄した後水切り乾燥してガラス基板を再生するガラス基板の再生方法において、剥離液が、全体を１００質量％として、少なくともグリコールエーテルを１５質量％以上、エタノールアミンを８質量％以上、水を４５質量％以上含有し、且つ、水酸化カリウムを３〜２０質量％、芳香族アルコールを０．３〜３．０質量％含有した組成からなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ用ガラス基板の再生方法に関するもので、より詳細には、透明導電膜以外の樹脂皮膜を剥離・除去・洗浄するカラーフィルタ用ガラス基板の再生方法に関する。

カラー液晶表示装置は、一般に、外側にそれぞれ偏光板が設けられているカラーフィルタ基板と素子基板との間に液晶を封入して構成される。そして、カラーフィルタ基板と素子基板側との間に画素ごとに電圧を印加して光の透過・不透過を制御して、その透過光を表示光として画面表示する。

カラーフィルタ基板は、透明ガラス基板を構造的支持体として備え、その画面観察者側の反対側（背面側）は多数の画素領域に区分され、画素領域と画素領域の境界に位置する画素間部位には遮光層（ブラックマトリクス：以下ＢＭと略称する）のパターンが設けられ、画素領域のそれぞれには着色画素が配置されている。着色画素は、画素ごとに透過光を着色するもので、一般に、光の三原色に相当する赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の三色の着色画素を配列している。なお、前記ＢＭは、これら各色に着色された透過光の混色を防止するもので、従来は金属クロムの皮膜が使われていたが、近年ではカーボンブラック等の黒色顔料を分散した感光性樹脂が主流になっている。

そして、カラーフィルタ基板には、着色画素による段差を埋めるオーバーコート層を設けるか、または、表面を研磨・平坦化した後、ＩＴＯ透明電極を設けて、液晶パネル製作工程に送られる。

カラーフィルタ基板の代表的な製造方法として、感光性樹脂に顔料を分散した色材を用いたフォトリソグラフィー技術が用いられている。一般的な製造工程としては、ガラス基板の投入からはじまり、ＢＭの形成、Ｒ，Ｇ，Ｂ各着色画素の形成へと進むが、それぞれの工程において、ガラス基板の事前洗浄、感光性樹脂液の塗布、溶剤の乾燥、プレベーク、パターン露光、現像、ポストベーク、検査が繰り返され、長い製造工程となる。

カラーフィルタ基板には高い信頼性が求められるが、上記したように長い工程の途中では、ゴミや樹脂カスなどの異物の付着・混入や、ピンホール、パターン欠け等による欠陥が生じる場合がある。品質基準に達しないカラーフィルタ基板は廃棄されるが、ガラス自身に傷つき等の不良がないものについては、従来からガラス基板として再生し、再利用されてきた。

例えば、特許文献１には、水溶性有機アミン化合物と無機アルカリ金属化合物を含有する水溶液にカラーフィルタ基板を浸漬処理することで、ガラス基板を再生する方法が開示されている。また、特許文献２には、所定の剥離液に浸漬することで、カラーフィルタ膜を除去する方法が開示されている。更に、特許文献３には、カラーフィルタ膜又は少なくとも１色の着色層が形成された中間製品に対して、濃硫酸または発煙硫酸により着色層を除去して、ガラス基板を再生する方法が開示されている。

しかしながら、上述した従来のガラス基板の再生方法では、剥離液への浸漬に２０分から２時間もの長時間を必要とするためガラス基板自身がおかされてしまうことがあり、なおかつ、カラーフィルタ膜の除去が不完全となり、従来技術の工程の後に加えて、ガラス基板表面の研磨処理が必要となる問題がある。また、特に、近年の大画面液晶テレビの普
及に伴うガラス基板の大型化により、例えば１ｍｍ以下の薄く、かつ一辺が１〜２ｍ以上に達する大型ガラス基板の廃棄そのものに危険が伴い、輸送や剥離液への浸漬、洗浄装置に多大の負荷とコストがかかることになり、再生したガラス基板を再度利用する価値、コストメリットが出ない問題があった。大型液晶テレビ以外にも、パーソナルコンピュータ、各種モニターやモバイル機器へのカラー液晶表示装置の適用が急激に拡大しており、液晶パネルの価格構成の中で大きな割合を占めるカラーフィルタ基板へのコストダウン要求は厳しくなっている。そのため、カラーフィルタ基板の製造工程にて、品質基準を満足しないものが発生した場合には、ＢＭや着色画素を剥離してガラス基板を短時間で効率的に再生し、且つ、研磨による後処理なしでカラーフィルタの製造工程に再投入・再使用可能なガラス基板再生方法が求められている。
特開２００１−１２４９１６号公報 特開２００３−２７９９１５号公報 特開２００５−１８９６７９号公報

本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、短時間の処理でカラーフィルタ基板上のＢＭおよび着色画素を剥離・除去・洗浄して、研磨処理を必要としないで再使用できるガラス基板の再生が可能な、ガラス基板の再生方法を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、ガラス基板上に、少なくとも感光性黒色樹脂層からなる遮光層、感光性着色樹脂層からなる１ないし複数の着色画素が順次形成されたカラーフィルタ基板であって、該カラーフィルタ基板の再生対象である前記ガラス基板の膜が形成してある側から、水性の剥離液を用いて前記ガラス基板上の樹脂皮膜を剥離・除去・洗浄し、続いて水でブラシ洗浄した後水切り乾燥して前記ガラス基板を再生する、カラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法において、
前記剥離液が、全体を１００質量％として、少なくともグリコールエーテルを１５質量％以上、エタノールアミンを８質量％以上、水を４５質量％以上含有し、且つ、水酸化カリウムを３〜２０質量％、芳香族アルコールを０．３〜３．０質量％含有した組成からなることを特徴とするカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法である。

次に、本発明の請求項２に係る発明は、前記剥離液を４０〜８０℃の間の一定温度に維持して、圧力０．０５〜０．１５ＭＰａのシャワーとして、一定速度で水平搬送される前記ガラス基板上の樹脂皮膜に吐出して剥離・除去・洗浄す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基板用ガラス基板の再生方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記エタノールアミンが、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンから選ばれた１種または混合物であ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基板用ガラス基板の再生方法である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記剥離液が、水酸化カリウムの代わりに、水酸化ナトリウムを３〜２０質量％含有した組成からなることを特徴とする請求項１〜３いずれか1項に記載するカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法である。

本発明のカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法によれば、特定の組成の剥離液を用いることで、短時間で、主にノボラック系あるいはアクリル系の紫外線硬化型樹脂で構成される、ＢＭの感光性黒色樹脂層及び着色画素の感光性着色樹脂を剥離・除去・洗浄することが可能となる。エタノールアミンによって、樹脂成分を溶解させるグリコールエーテルと芳香族アルコールが水性の剥離液中で分離せずに安定的に分散し、かつ、４５％以上の水の存在で樹脂成分が加水分解で凝集することで剥離効果が維持され、さらに、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの存在によってガラス表面が親水性となって、剥離樹脂の再付着が防止され樹脂の剥離効果が促進される。

また、本発明では、上記した特定組成の剥離液を４０〜８０℃の間の一定温度に維持して、圧力０．０５〜０．１５ＭＰａのシャワーとして、一定速度で水平搬送されるガラス基板上の樹脂皮膜にかけて剥離・除去・洗浄するため、前述したフォトリソグラフィー法による、ＢＭあるいは着色画素の形成工程での現像工程で使用する装置と類似の装置を用いて、かつ、短時間で確実に、ＢＭの感光性黒色樹脂層及び着色画素の感光性着色樹脂を剥離・除去・洗浄することが可能となり、再生したガラス基板の品質とコスト両面で有利となる。

以下、本発明のカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法について、一実施形態に基づいて説明する。

本発明においてガラス基板を再生する対象とするカラーフィルタ基板は、ガラス基板上に、少なくとも感光性黒色樹脂層からなる遮光層（ブラックマトリクス：ＢＭ）、感光性着色樹脂層からなる１ないし複数の着色画素が順次形成されたカラーフィルタ基板である。通常、カラーフィルタ基板はその上に、着色画素による段差を埋めるオーバーコート層を設ける及び／又は設けないタイプがあり、更にその上にＩＴＯからなる透明導電膜が設けられており、更に、フォトスペーサ（ＰＳ：Ｐｈｏｔｏ Ｓｐａｃｅｒ）及びＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）パターンが形成されたタイプもある。本発明のカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法は、上記したＩＴＯからなる透明導電膜以外の樹脂層の除去が可能であり、公知の方法で行われるＩＴＯからなる透明導電膜を除去する方法と組み合わせることで有効性が発揮される。また、再生対象のカラーフィルタ基板の膜構成によっては、本発明の再生方法は、単独であるいは他の公知の再生方法と組み合わせて、更に複数回繰り返すことも可能である。

まず、本発明で用いる剥離液は、全体を１００質量％として、少なくともグリコールエーテルを１５質量％以上、エタノールアミンを８質量％以上、水を４５質量％以上含有し、且つ、水酸化カリウムを３〜２０質量％、芳香族アルコールを０．３〜３．０質量％含有した組成からなる。ここで、グリコールエーテルは、感光性樹脂皮膜を溶解させるもので、全体で水４５質量％以上を確保しつつ１５質量％以上を含有させる。具体的には、ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートが好ましく使用できる。また、芳香族アルコールも感光性樹脂皮膜を溶解させるもので、特に、アクリル系の感光性樹脂皮膜に対して有効であるが、０．３質量％未満では効果が出ず、３質量％を超えると、成分が分離してしまう。具体的には、ベンジルアルコール、フェニルグリコールエーテルが好ましく使用できる。

エタノールアミンは、樹脂成分を溶解させる溶剤であるグリコールエーテルと芳香族アルコールが水性の剥離液中で分離せずに安定的に分散させるための分離抑制剤および分散材として機能する。そのため、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンから選ばれた１種または混合物として８質量％以上含有させるが、グリコールエーテルの分離を抑制するため、にグリコールエーテル量と比例して量を増やす。

さらに、本発明で用いる剥離液は、全体を１００質量％として、水を少なくとも４５質量％以上含む水性の剥離液である点が重要である。まず、４５質量％以上の水の存在で樹脂成分が加水分解で凝集することで剥離液の樹脂溶解性の低下を防ぎ、剥離効果が維持される。また製造コストの観点から、水は最大量含むことが望ましい。さらに、水酸化カリウムは、その存在によってガラス表面が親水性となって、剥離樹脂の再付着が防止され樹脂の剥離効果を促進するものであり、実用的な再生ガラス基板の品質には、水酸化カリウムの濃度と、剥離液の液温が大きく影響することになる。すなわち、従来のガラス再生技術では、一旦剥離した樹脂成分が再付着することを有効に防止できなかったことが問題であった。水酸化カリウムは、３質量％未満では上記効果が発揮されず２０質量％を超えると、液温が３５℃以下で薬液が結晶化する。また、水酸化カリウムの代替として水酸化ナトリウムの使用が可能である。低濃度においては水酸化カリウムにくらべてやや剥離効果が弱くなるが実用上問題ない程度である。

本発明のカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法では、上記した組成の水性剥離液を４０〜８０℃の間の一定温度に維持して、通常のフォトリソ工程で使用する現像装置と同様の、基板の進行方向に複数の吐出ノズルが多列で配置された処理ユニットを用いて、圧力０．０５〜０．１５ＭＰａのシャワーとして、５００〜１０００ｍｍ／分程度の一定速度で水平搬送される前記ガラス基板上の樹脂皮膜に吐出して剥離・除去・洗浄する。なお、ノズルを配置した処理ユニットは、水性剥離液がガラス基板上の樹脂皮膜に接触している処理時間として１〜１０分確保される長さから選定する。なお、以下の実施例では、有効処理長さ３．５ｍの処理ユニットを用いる。この際、剥離液の温度が４０℃未満の場合、搬送速度を遅くする長時間の処理であっても剥離効果が不十分で研磨処理が必要となり、剥離液の温度が８０℃を超えた処理では、ガラス基板が侵され、更に液温が高いとシャワーのムラが発生して、再生したガラス基板の表面がムラとなり、目視確認でもムラが見える不具合となる。

上記水性剥離液による処理に続いて、ガラス基板を水で洗浄し、さらに、従来技術である毛ブラシで表面を接触して洗浄した後、水洗・水切り・乾燥してガラス基板の再生を完了する。再生したガラス基板は、抜き取り目視検査等で品質確認を行い、再度カラーフィルタ基板の製造工程に投入されることになる。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。

再生対象のカラーフィルタ基板としては、公知のフォトリソグラフィー法により０．７ｍｍ厚のアルミノホウケイ酸ガラスからなるガラス基板上に、アクリル系樹脂にカーボンブラックを配合した感光性黒色樹脂からなるＢＭ層（１．２μｍ厚）、アクリル系樹脂にそれぞれ赤色、緑色及び青色顔料を分散配合した感光性着色樹脂からなるＲ、Ｇ、Ｂの着色画素（それぞれ１．８μｍ厚）までが順に形成された不良基板を用いた。

＜実施例１＞
表１に示す組成の水性剥離液を調整し、水平搬送速度７５０ｍｍ／分で搬送された再生対象カラーフィルタ基板に、該水性剥離液を液温４５℃、吐出圧力０．１ＭＰａでシャワーして処理し、さらに水洗洗浄を行った。処理再生されたガラス基板を目視検査したが、残渣の付着や、ムラの発生はなかった。

＜実施例２〜９、比較例１〜２＞
表２に示すように、上記実施例１で用いた組成の水性剥離液の内、水酸化カリウムの濃度を、水と水酸化カリウムの合計が水性剥離液全体の中で７１質量％に保ったまま変化させ、かつ、水性剥離液の液温を変化させた以外は実施例１と同様にして、カラーフィルタ基板を処理し、残渣の付着や処理ムラの有無を目視で以下の判定基準で評価した。○：残渣ヤムラ無く研磨不要で再生良好、△：かすかな残渣、ムラ発生あり、研磨すれば使用可能×：残渣、ムラが顕著に発生。

＜実施例１０〜１７、比較例３〜４＞
表３に示すように、上記実施例２〜９、比較例１〜２１で用いた組成の水性剥離液の内、水酸化カリウムを水酸化ナトリウムに代替し、かつ、水性剥離液の液温を変化させた以外は実施例１と同様にして、カラーフィルタ基板を処理し、残渣の付着や処理ムラの有無を目視で評価した。なお、判定基準は前記と同様である。

実施例１の結果、及び表２ならびに表3に示した評価結果から、本発明のカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法により、２８０秒の短時間でガラス基板の再生が実現できた。本発明の方法によれば、研磨せずに再使用できるガラス基板が、従来のカラーフィルタ製造工程で使用されている現像ラインと類似した処理装置を使って、時間当たり１０枚以上再生できるため、特にマザーガラスの寸法が第６世代（１５００×１８００ｍｍ）あるいは第８世代（２１６０×２４００ｍｍ）と呼ばれる大型ガラス基板を使用したカラーフィルタ基板のガラス基板再生にきわめて有効なことがわかる。

Claims (4)

1. ガラス基板上に、少なくとも感光性黒色樹脂層からなる遮光層、感光性着色樹脂層からなる１ないし複数の着色画素が順次形成されたカラーフィルタ基板であって、該カラーフィルタ基板の再生対象である前記ガラス基板の膜が形成してある側から、水性の剥離液を用いて前記ガラス基板上の樹脂皮膜を剥離・除去・洗浄し、続いて水でブラシ洗浄した後水切り乾燥して前記ガラス基板を再生する、カラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法において、
   前記剥離液が、全体を１００質量％として、少なくともグリコールエーテルを１５質量％以上、エタノールアミンを８質量％以上、水を４５質量％以上含有し、且つ、水酸化カリウムを３〜２０質量％、芳香族アルコールを０．３〜３．０質量％含有した組成からなることを特徴とするカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法。
2. 前記剥離液を４０〜８０℃の間の一定温度に維持して、圧力０．０５〜０．１５ＭＰａのシャワーとして、一定速度で水平搬送される前記ガラス基板上の樹脂皮膜に吐出して剥離・除去・洗浄す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基板用ガラス基板の再生方法。
3. 前記エタノールアミンが、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンから選ばれた１種または混合物であ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基板用ガラス基板の再生方法。
4. 前記剥離液が、水酸化カリウムの代わりに、水酸化ナトリウムを３〜２０質量％含有した組成からなることを特徴とする請求項１〜３いずれか1項に記載するカラーフィルタ基板用ガラス基板の再生方法。