JP4029461B2

JP4029461B2 - Color filter and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4029461B2
Application number: JP5664598A
Authority: JP
Inventors: 淳佐々木; 茂平山; 晃一熊井
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-03-09
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2018-03-09
Also published as: JPH11258414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマディスプレイやエレクトロルミネッセンスディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、液晶ディスプレイなどの各種表示装置や固体撮像素子に設けられ、反射率低減、色合成あるいは色分解などのために用いられるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カラー液晶ディスプレイでは、カラー表示を行うためのカラーフィルタが必要であり、公知の染色法や顔料分散法等の方法で作成されたカラーフィルタが用いられている。これは有機染料や有機顔料を用いて樹脂層を着色してカラーフィルタとするものである。
また、プラズマディスプレイにおいても、映像を表示した際のコントラスト向上のためにカラーフィルタを用いることが提案されている
このように、いくつかのディスプレイデバイスではカラー表示や画質向上のためにカラーフィルタが不可欠となっている。
【０００３】
ところで、プラズマディスプレイの場合、その作製プロセスには約６００℃で焼成するプロセスが含まれている。もし、液晶ディスプレイ用カラーフィルタをプラズマディスプレイ用カラーフィルタに流用すると、これを構成する有機染料、有機顔料、樹脂バインダーが、こうした作製プロセスにおいて燃焼あるいは分解反応が生じ、カラーフィルタとしての特性が得られなくなってしまう。
【０００４】
この問題の解決方法として、耐熱性の無機顔料を基板上へ形成したものをカラーフィルタとして用いることが提案されている。
これは、無機顔料を適当なバインダ樹脂および溶剤と混合したペーストを、所定の基板にスクリーン印刷等の方法でパターニングし、しかるのち焼成することによりバインダ樹脂及び溶剤の除去を行い、無機顔料フィルタを得るものである。この場合、このカラーフィルタは無機材料であることから、プラズマディスプレイ作製にかかわる高温プロセスに耐えることが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマディスプレイやエレクトロルミネッセンスディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイなどにカラーフィルタを用いる場合、点灯させる画素の走査や維持を目的に透明な電極が、各々のパネル構造に応じて、カラーフィルタ上部あるいは下部に配線されている。表示装置を正常に動作させるには、透明電極に断線やピンホールを発生させないことが極めて肝要であり、そのために色素層には、耐熱性はもとより電極パターン配線工程での耐薬品性と基板への密着性が要求される。
【０００６】
これまでの方法によって製造されるカラーフィルタは、基板上へ色素層を所定の位置にパターン形成しただけのものであることから、色素層の基板付着力が弱いものとなっている。
【０００７】
こうした色素層は、顔料間の付着力だけでは充分な基板密着力を保持できずに、一連のパネル化工程で脱落しやすく、品質の安定した製品が得られない。また、色素層上に電極パターンを配線する構造では、配線工程で色素層が薬品による変質、変色または退色などを起こしてしまい、色分解や反射防止などのカラフィルタ特性が損なわれ、表示品位を低下させる。また、この欠陥から電極に断線やピンホールが発生して、書き込み信号が処理できず表示装置として映像を表示することが出来なくなってしまっている。
【０００８】
このような問題に対して欠陥、不良などを発生させずに色素層や透明電極の特性を確保するために、ガラスのオーバーコート層を形成することが提案されている。しかしながら、ガラス材料が低融点ガラスフリットを用いていることから、微粒化してもその粒径が３〜１０μｍの範囲が限度であり、オーバーコート層自身のピンホールの発生、膜厚が厚く形成されることに伴うフィルタ分光透過率の低下といった問題を解決できずにいた。
【０００９】
従って本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は色素層の密着力を向上させ、パネル表示品位を維持することができるカラーフィルタおよびその製造方法を提供するものである。
【００１０】
また他の目的は、パネル組立各工程での信頼性を向上させてフィルタ層の変質、変色、退色及び配線電極の断線、ピンホールなどが発生しない、高い信頼性を有した高品質な色素層が得られるカラーフィルタ及びその製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、基板と、該基板上に規則的に配置された色素層と、該色素層を覆うように該基板上に形成された光透過性を有するオーバーコート層とからなるカラーフィルタにおいて、該オーバーコート層を構成する粒子が５〜５０ｎｍであり、該粒子が前記色素層内に浸透していることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１２】
また、本発明の第２の発明は、請求項１記載のカラーフィルタにおいて、オーバーコート層が絶縁性金属酸化物層であることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１３】
また、本発明の第３の発明は、請求項２記載のカラーフィルタにおいて、絶縁性金属酸化物層に、シリコン、リチウム、チタン、アルミナ、アンチモン、スズ、ジルコニア及びイットリュウムの少なくとも１種類の絶縁性金属酸化物を用いていることを特徴とする、カラーフィルタである。
【００１４】
また、本発明の第４の発明は、基板上の色素層が無機顔料、バインダー樹脂、溶剤から構成される色素ペーストを用いて基板上の所定の位置に規則的に形成される工程と、前記色素層上に粒子径５〜５０ｎｍ金属コロイド溶液を塗布させる工程と、前記金属コロイド溶液を乾燥させ金属コロイド類の含水ゲル膜を得る工程と、前記色素層と乾燥した金属コロイドゲルとを焼成して有機成分を除去し、色素層上に光透過性を有する絶縁性金属酸化物層を形成する工程とを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１５】
また、本発明の第５の発明は、基板上の色素層が無機顔料、バインダー樹脂、溶剤から構成される色素ペーストを用いて基板上の所定の位置に規則的に形成される工程と、前記色素層を焼成し有機成分を除去する工程と、前記焼成した色素層上に粒子径５〜５０ｎｍ金属コロイド溶液を塗布し浸透させる工程と、前記金属コロイド溶液を乾燥させ金属コロイド類の含水ゲル膜を得る工程と、この後焼成して色素層上に光透過性を有する絶縁性金属酸化物層を形成する工程とを含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１６】
また、本発明の第６の発明は、請求項４又は５に記載のカラーフィルタの製造方法において、粒子径５〜５０ｎｍの金属コロイド溶液の金属元素に、シリコン、リチウム、チタン、アルミナ、アンチモン、スズ、ジルコニア及びイットリュウムの少なくとも１種類を用いていることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面を用いて実施の形態を説明する。
図１は本発明によるカラーフィルタの実施の形態を説明する断面図であり図に示されるように基板１０と所定位置にパターニングされて規則的に配置された各色の色素層１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと、これを覆う絶縁性金属酸化物層１２を有して構成される。
基板は、通常のカラーフィルタに使用されるものが適用でき、ソーダライムガラスやまた、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス等の耐熱性無アルカリ板ガラスなどを用いることができる。
【００１８】
基板上の所定の位置に規則的に形成される色素層１１は無機顔料から構成される。
【００１９】
無機顔料としては、例えば赤色顔料としてＦｅ₂Ｏ₃を、緑色顔料としてはＴｉＯ₂−ＣｏＯ−ＮｉＯ−ＺｎＯ、ＣｏＯ−ＣｒＯ−ＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃、青色顔料とてはＣｏＯ−Ａｌ₂Ｏ_3-ＣｒＯ、ＣｏＯ−Ａｌ₂Ｏ₃等を用いることができ、この他、用途によっては、黄色、ブラウン、ブラック等の顔料が用いられる。
【００２０】
次にこの各色色素層１１が形成されたガラス基板１０上に、金属コロイド類を液状に調整した金属コロイド溶液を、例えば、スピンコート法により塗布して金属コロイド溶液の含水ゲル塗膜を形成する。塗布方法はスピンコート方式に限定されず、スプレー法、ディピング法、または流し塗り法等により塗布することが可能である。このとき、溶液塗布後所定時間ゆるやかに（１５〜６０分間くらい）乾燥したほど、色素層１１内に金属コロイド類がより多く浸透し、顔料粒子間に充分に浸透される。
この後、酸化雰囲気中にて約５００℃の温度で数時間焼成を行うことにより光透過性を有する絶縁性金属酸化物層１２が形成される。
【００２１】
このような方法によれば、色素層１１表面に一様に塗布形成された金属コロイド類は、加熱焼成工程で、色素層１１の溶剤やバインダー等の有機成分が分解除去されて、生じた顔料粒子間に、充填しながら焼結し、色素層１１表面を覆った光透過性を有する絶縁性金属酸化物層１２が形成される。こうして製造されたカラーフィルタは、表示装置としてのパネル化後工程に於いても色素層１１と雰囲気ガスとの反応を著しく低減することが可能になる。
【００２２】
また、色素層１１を被覆した光透過性を有する絶縁性金属酸化物層１２は、無機バインダーとしての機能が同時に得られるので色素層１１を構成する無機顔料粒子は互いに接着性を著しく向上させ、一連のパネル化プロセスを経ても顔料粒子の脱落や電極配線工程における変質、変色または退色を防止することができる。従って、前述した従来の問題点を解決することができる。
【００２３】
ここでは、基板１０上に色素層１１を形成したカラーフィルタ基板上に金属コロイド溶液を塗布した後、焼成し光透過性の絶縁性金属化合物層１２を形成する方法について説明したが、各色色素層１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを形成した後焼成を行って、この上に金属コロイド溶液を塗布し、金属コロイド溶液を顔料粒子間隙に充分浸透させ、その後、乾燥、再焼成を行って光透過性を有する絶縁性金属化合物を形成する方法でも同様の効果を得ることが可能である。
【００２４】
前述した、金属コロイド溶液としては、無定型金属粒子が水中に分散してコロイド状を成しているものであり粒子の形状は球形であることが好ましい。なお、金属コロイド類の金属元素は、シリコン、リチウム、チタン、アルミナ、アンチモン、スズ、ジルコニア及びイットリュウムの少なくとも１種類を用いており、コロイド粒子径は５〜５０ｎｍの範囲である。
【００２５】
コロイド粒子径が５０ｎｍ以上であると色素層１１上へ塗布した際の充填度が不十分となり、緻密な皮膜が得られず密着力、各種薬品に対する耐性が得られなくなる恐れがある。また粒子径が５ｎｍ以下のものは、無定型金属粒子を溶液中に安定して分散させておくことが困難になり凝集等が生じることから上記の範囲であることが好ましい。粒子径が５〜５０ｎｍである場合は、請求項４乃至６の製造方法によって製造できるのはもちろんである。
【００２６】
コロイド分散媒としては水、或いはメタノール、イソプロパノール、ｎ- ブタノール、イソブタノール、エチレングリコール等のアルコール系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサン等のケトン系溶剤、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノｎ−プロピルエーテル等のエーテル系溶剤が使用される。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明のカラーフィルタとカラーフィルタの製造方法について、一実施例について各段階の状態を模式的に示す図面を参照しながら説明する。説明に於ける使用材料、および温度、時間などの材料処理条件は好適な一例を示したもので、説明に用いた図面は本発明を各構成成分の大きさ、形状、配置関係を概略して示したものである。
【００２８】
＜実施例１＞
はじめに青色顔料として東洋顔料社製「コバルトブルーＸ」とバインダー樹脂としてエチルセルロース（関東化学製）及び、α−テルピネオール（関東化学社製）が所定の比率で混合し、ロールミル分散された青色ペーストを調整した。
【００２９】
この青色ペーストをストライプ状に開口したポリエステル３００メッシュのスクリーン版を用いて印刷を行い、ソーダライムガラス基板１０上に線幅１５０μｍ、ピッチ２２０μｍ、膜厚８μｍのストライプパターンの色素層１１Ｂを印刷形成した。
【００３０】
以下同様に、緑色顔料として日本電工社製「ＮＤ−８０１」を用い、また赤色顔料としてＢＡＳＦ社製「シコトランスレッドＬ−２８１７」を用いてバインダー樹脂と共に分散・ペースト化し、スクリーン版の位置あわせを行って、所定の位置に緑色ストライプパターンの色素層１１Ｇと赤色ストライプパターンの色素層１１Ｒを印刷した（図２）。共に線幅１５０μｍ、膜厚８μｍであった。
【００３１】
この後、コロイド質珪酸とカセイソーダとをオートクレープ中で加熱、反応、溶解させて得た粒子系１０〜２０ｎｍの球状の無水珪酸（ＳｉＯ₂）を水中に固形分比率２０％で分散したコロイド溶液をスピンコート法によって、各色色素層が形成された基板１０上に全面に塗布した。この後ゆるやかに（３０分間常温放置して）乾燥させコロイド溶液から含水ゲルを経た後、９０℃で乾燥を行い乾燥ゲル塗膜を得た。こうしてソーダライムガラス基板１０上に色素層１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂと無水珪酸の乾燥ゲル塗膜を順次形成した。
【００３２】
この後酸化雰囲気中にて約５３０℃で６０分間焼成を行って色素層１１の有機成分の除去と無水珪酸（ＳｉＯ₂）の焼結を行って、ガラス基板１０上に青、緑、赤色の色素層と光透過性の絶縁性金属酸化物層とが順次積層したカラーフィルタを製造した（図１）。
【００３３】
以上の工程により製造したカラーフィルタ基板を、表示装置のパネル化工程へ移行させ、カラーフィルタ基板上面に、ＩＴＯ膜（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタ法によって製膜した後、任意のレジストパターンをマスクとして塩化第二鉄と塩酸を混合したエッチング液で透明電極を配線した。こうした工程を経たカラーフィルタ基板の色素層１１は変質、変色、退色、剥離、クラック及び脱落などの問題のないもので、また、配線電極も断線、ピンホールのない良好なものであった。このカラーフィルタの分光透過率の測定結果を図４に示す。
【００３４】
＜実施例２＞
実施例１と同様にしてソーダライムガラス基板１０上に、スクリーン印刷法により青、緑、赤のペーストを繰り返して印刷を行い線幅１５０μｍ、膜厚８μｍのストライプ状の色素層１１Ｂ・１１Ｇ・１１Ｒを形成した。この後酸化雰囲気中にて５００℃で６０分焼成を行ってカラーフィルタの有機成分を除去した。
【００３５】
この後、粒子径１０〜２０ｎｍの球状の無水珪酸（ＳｉＯ₂）が水中に固形分比率２０％で分散したコロイド溶液をスピンコート法によって、各色色素層が形成された基板１０上に全面に塗布した。この後ゆるやかに（３０分間常温放置して）乾燥させコロイド溶液から含水ゲルを経た後、９０℃で乾燥を行い乾燥ゲル膜を得た。こうしてソーダライムガラス基板１０上に色素層１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂと無水珪酸の乾燥ゲル塗膜を順次形成した。
【００３６】
この後酸化雰囲気中にて約５３０℃で６０分間焼成を行って色素層１１の有機成分の除去と無水珪酸（ＳｉＯ₂）の焼結を行って、ガラス基板１０上に青、緑、赤色の色素層と光透過性の絶縁性金属酸化物層とが順次積層したカラーフィルタを製造した（図１）。
【００３７】
以上の工程により製造したカラーフィルタ基板を、表示装置のパネル化工程へ移行させ、カラーフィルタ基板上面に、ＩＴＯ膜（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタ法によって製膜した後、任意のレジストパターンをマスクとして塩化第二鉄と塩酸を混合したエッチング液で透明電極を配線した。こうした工程を経たカラーフィルタ基板の色素層１１は変質、変色、退色、剥離、クラック及び脱落などの問題のないもので、また、配線電極も断線、ピンホールのない良好なものであった。このカラーフィルタの分光透過率の測定結果は図４に示した通りである。
【００３８】
＜実施例３＞
実施例１と同様にしてソーダライムガラス基板１０上に、スクリーン印刷法により青、緑、赤のペーストを繰り返して印刷を行い線幅１５０μｍ、膜厚８μｍのストライプ状の色素層１１Ｂ・１１Ｇ・１１Ｒを形成した。この後、酸化雰囲気中にて５００℃で６０分焼成を行ってカラーフィルタの有機成分を除去した。
【００３９】
次いで、粒子径１０〜２０ｎｍの球状のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が水中に固形分比率２０％で分散したアルミナコロイド溶液をスピンコート法によって、各色色素層が形成された基板１０上にスピンコート法によって全面に塗布した。この後、ゆるやかに（３０分間常温放置して）乾燥させコロイド溶液から含水アルミナゲルを経た後、９０℃で乾燥を行い乾燥アルミナゲル膜を得た。こうしてソーダライムガラス基板１０上に色素層１１Ｂ・１１Ｇ・１１Ｒと乾燥アルミナゲル塗膜を順次形成した。
【００４０】
この後酸化雰囲気中にて約５２０℃で６０分間焼成を行って色素層１１上のアルミナゲルの焼結を行って、ガラス基板１０上に青、緑、赤色の色素層と光透過性の絶縁性金属酸化物層とが順次積層したカラーフィルタを製造した（図１）。
【００４１】
以上の工程により製造したカラーフィルタ基板を、表示装置のパネル化工程へ移行させ、カラーフィルタ基板上面に、ＩＴＯ膜（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタ法によって製膜した後、任意のレジストパターンをマスクとして塩化第二鉄と塩酸を混合したエッチング液で透明電極を配線した。こうした工程を経たカラーフィルタ基板の色素層１１は変質、変色、退色、剥離、クラック及び脱落などの問題のないもので、また、配線電極も断線、ピンホールのない良好なものであった。このカラーフィルタの分光透過率の測定結果は図４に示した通りである。
【００４２】
＜実施例４＞
実施例１と同様にしてソーダライムガラス基板１０にストライプ状の青、緑、赤の色素層１１を形成し、酸化雰囲気中にて５００℃で６０分間焼成を行ってカラーフィルタの有機成分を除去した。
【００４３】
次いで、粒子径１０〜２０ｎｍのリチウムシリケート（ＳｉＯ₂/ ＬｉＯ₂モル比３. ５）が水中に固形分比率２０％で分散したコロイド溶液をスピンコート法によって同様に基板全面に塗布した。この後、９０℃で乾燥を行い色素層１１Ｂ・１１Ｇ・１１Ｒと乾燥リチウムシリケート塗膜を順次形成した。
【００４４】
この後酸化雰囲気中にて約５３０℃で６０分間焼成を行って色素層１１上のリチウムシリケートの焼結を行って、ガラス基板１０上に青、緑、赤色の色素層と光透過性の絶縁性金属酸化物層とが順次積層したカラーフィルタを製造した（図１）。
【００４５】
以上の工程により製造したカラーフィルタ基板は、光透過性の絶縁性金属酸化物層１２が色素層１１の表面及び内部に充填浸透しているものであった。前記のリチウムシリケート溶液は低粘度で浸透性に優れ、またその硬化物はより皮膜強度が向上したものであった。
【００４６】
このカラーフィルタ基板を、表示装置のパネル化工程へ移行させ、カラーフィルタ基板上面に、ＩＴＯ膜（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタ法によって製膜した後、任意のレジストパターンをマスクとして塩化第二鉄と塩酸を混合したエッチング液で透明電極を配線した。こうした工程を経たカラーフィルタ基板の色素層１１は変質、変色、退色、剥離、クラック及び、脱落などの問題のないものであり、また、配線した電極も同様に断線、ピンホールのない良好なものであった。このカラーフィルタの分光透過率の測定結果は図４に示した通りである。
【００４７】
＜比較例＞
実施例１と同様にしてソーダライムガラス基板１０上に、スクリーン印刷法により青、緑、赤のペーストを繰り返して印刷を行い線幅１５０μｍ、膜厚８μｍのストライプ状の色素層１１Ｂ・１１Ｇ・１１Ｒを形成した。この後、酸化雰囲気中にて５００℃で６０分焼成を行ってカラーフィルタの有機成分を除去した。
【００４８】
次いで、ガラス原料としてＰｂＯ、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｆ₂から構成される平均粒径５μｍの低融点ガラスフリットをバインダー樹脂としてエチルセルロース（関東化学製）及び有機溶剤としてα−テルピネオール（関東化学製）とを所定の比率で混練して低融点ガラスペーストを調整した。
【００４９】
この後、ポリエステル３００メッシュのスクリーン版を用いてガラスペーストの印刷を行い、１００℃、３０分で乾燥を行った。
【００５０】
この後酸化雰囲気中にて約５２０℃で６０分間焼成を行って色素層１１上の低融点ガラスペーストの有機成分の除去とガラスフリットの軟化を行い、ガラス基板１０上に青、緑、赤色の色素層１１とオーバーコートガラス層とが順次積層したカラーフィルタを製造した。オーバーコートガラス層の膜厚は２０μｍであった。
【００５１】
以上の工程により製造したカラーフィルタ基板を、表示装置のパネル化工程へ移行させ、カラーフィルタ基板上面に、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタ法によって製膜し、任意のレジストパターンをマスクとして塩化第二鉄と塩酸を混合したエッチング液で透明電極を配線した。こうした工程を経たカラーフィルタ基板を検査した結果、オーバーコートガラス層にピンホールが多数存在し、この部分からエッチング液が浸透して色素層１１が変色している欠陥領域が確認された。また、オーバーコートガラス成分であるＰｂＯのエッチング性に耐性がなく表面が白濁しているものであった。このカラーフィルタの分光透過率の測定結果を図５に示す。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、光透過性を有する絶縁性金属酸化物層が、色素層を構成している顔料粒子の少なくとも一部を被覆する事から、表示装置組立後工程の焼成処理において雰囲気ガスと顔料粒子との酸化或いは還元反応を回避することができる。また、電極配線工程を経ても色素層の剥離、クラック、変質、変色または退色などの問題の生じない極めて優れた効果を有する。
【００５３】
また、光透過性を有する絶縁性金属酸化物層に粒径５〜５０ｎｍの超微粒子が分散したコロイド溶液を用い、色素層を構成している無機顔料粒子間に十分浸透させた後、これを焼結させることにより無機バインダーとして、無機顔料粒子を強固に接着させる機能をもたせることができる。この、コロイド溶液を塗布して乾燥させたゲル膜は粒子表面に水酸基が存在していることから、焼結工程の加熱で脱水して粒子間同士が酸素原子を介して強固に結合した構造を得る（図３）。こうして得られた皮膜は、外的な応力に対して皮膜自身のクラック、剥離などの欠陥が生じないものである。これによって、カラーフィルタ上部への配線電極形成や表示装置パネル化工程を経ても、色素層の変質、変色、退色、剥離、クラック及び脱落などを生じない良好なものであった。また配線電極にも断線、ピンホール等の問題の生じない優れた効果を有する。
【００５４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの断面図である。
【図２】本発明の一実施例であるカラーフィルタの製造工程図である。
【図３】本発明の一実施例であるカラーフィルタの製造工程図である。
【図４】本発明の一実施例であるカラーフィルタの分光透過率測定結果を示すグラフである。
【図５】比較例であるカラーフィルタの分光透過率測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０・・・ガラス基板
１１・・・色素層
１１Ｂ・・・色素層（青）
１１Ｇ・・・色素層（緑）
１１Ｒ・・・色素層（赤）
１２・・・オーバーコート層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter provided for various display devices such as a plasma display, an electroluminescence display, a field emission display, a liquid crystal display, and a solid-state imaging device, and used for reducing reflectance, color synthesis, or color separation, and a method for manufacturing the same. About.
[0002]
[Prior art]
For example, a color liquid crystal display requires a color filter for performing color display, and a color filter created by a known dyeing method or pigment dispersion method is used. This is a color filter obtained by coloring a resin layer with an organic dye or organic pigment.
In plasma displays, it has been proposed to use color filters to improve the contrast when images are displayed. Thus, in some display devices, color filters are indispensable for color display and image quality improvement. It has become.
[0003]
By the way, in the case of a plasma display, the manufacturing process includes a process of baking at about 600 ° C. If a color filter for a liquid crystal display is diverted to a color filter for a plasma display, the organic dye, organic pigment, and resin binder that composes the color filter undergo a combustion or decomposition reaction in such a production process, and characteristics as a color filter are obtained. It will disappear.
[0004]
As a solution to this problem, it has been proposed to use a heat-resistant inorganic pigment formed on a substrate as a color filter.
This is done by patterning a paste in which an inorganic pigment is mixed with an appropriate binder resin and a solvent by a method such as screen printing on a predetermined substrate, and then baking the paste to remove the binder resin and the solvent. To get. In this case, since the color filter is an inorganic material, it can withstand a high-temperature process related to plasma display fabrication.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When using color filters for plasma displays, electroluminescent displays, field emission displays, etc., transparent electrodes are wired above or below the color filters for the purpose of scanning and maintaining the pixels to be lit. Yes. In order for the display device to operate normally, it is extremely important not to cause disconnection or pinholes in the transparent electrode. For this reason, the dye layer not only has heat resistance but also chemical resistance in the electrode pattern wiring process and the substrate. Is required.
[0006]
Since the color filter manufactured by the conventional method is merely a pattern in which a dye layer is formed at a predetermined position on a substrate, the dye layer has a weak substrate adhesion.
[0007]
Such a dye layer cannot maintain sufficient substrate adhesion only by the adhesion between the pigments, and easily drops off in a series of paneling processes, and a product with stable quality cannot be obtained. In addition, in the structure in which the electrode pattern is wired on the dye layer, the dye layer causes chemical deterioration, discoloration, or fading in the wiring process, and color filter characteristics such as color separation and antireflection are impaired and display quality is improved. Reduce. In addition, disconnection or pinholes are generated in the electrode due to this defect, and the writing signal cannot be processed, and the video cannot be displayed as a display device.
[0008]
In order to ensure the characteristics of the dye layer and the transparent electrode without causing defects and defects with respect to such problems, it has been proposed to form a glass overcoat layer. However, since the glass material uses a low-melting glass frit, even if it is atomized, its particle size is limited to the range of 3 to 10 μm. However, it has not been possible to solve the problem of a decrease in the spectral transmittance of the filter.
[0009]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a color filter capable of improving the adhesion of the dye layer and maintaining the panel display quality, and a method for manufacturing the same. To do.
[0010]
Another object is to improve the reliability in each panel assembly process so that the filter layer is not altered, discolored, fading, wire electrode disconnection, pinholes, etc. Is provided, and a method for manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate, a dye layer regularly arranged on the substrate, and a light-transmitting overcoat layer formed on the substrate so as to cover the dye layer. in becomes a color filter, Ri particles 5 up to 50 nm der constituting the overcoat layer, a color filter, wherein the particles have penetrated into the dye layer.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the color filter according to claim 1, wherein the overcoat layer is an insulating metal oxide layer.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the color filter according to claim 2, the insulating metal oxide layer includes at least one insulating material selected from silicon, lithium, titanium, alumina, antimony, tin, zirconia, and yttrium. It is a color filter characterized by using a conductive metal oxide.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a process in which a dye layer on a substrate is regularly formed at a predetermined position on a substrate using a dye paste composed of an inorganic pigment, a binder resin, and a solvent; A step of applying a metal colloid solution having a particle size of 5 to 50 nm on the dye layer, a step of drying the metal colloid solution to obtain a hydrated gel film of metal colloids, and baking the dye layer and the dried metal colloid gel And a step of removing an organic component and forming an insulating metal oxide layer having light transmittance on the dye layer.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a process in which a dye layer on a substrate is regularly formed at a predetermined position on a substrate using a dye paste composed of an inorganic pigment, a binder resin, and a solvent; A step of baking the pigment layer to remove organic components, a step of applying and infiltrating a metal colloid solution having a particle diameter of 5 to 50 nm on the baked pigment layer, and a hydrated gel film of metal colloids by drying the metal colloid solution. And a step of forming a light-transmitting insulating metal oxide layer on the dye layer by subsequent firing, and a method for producing a color filter.
[0016]
Further, a sixth invention of the present invention is the method for producing a color filter according to claim 4 or 5, wherein the metal element of the metal colloid solution having a particle diameter of 5 to 50 nm includes silicon, lithium, titanium, alumina, antimony, A color filter manufacturing method using at least one of tin, zirconia, and yttrium.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an embodiment of a color filter according to the present invention. As shown in the figure, a substrate 10 and dye layers 11R, 11G, and 11B of respective colors that are regularly arranged and patterned at predetermined positions; And an insulating metal oxide layer 12 covering the same.
As the substrate, those used for ordinary color filters can be used, and soda-lime glass, heat-resistant alkali-free glass such as borosilicate glass and aluminosilicate glass, and the like can be used.
[0018]
The dye layer 11 regularly formed at a predetermined position on the substrate is composed of an inorganic pigment.
[0019]
Examples of the inorganic pigment include Fe ₂ O ₃ as a red pigment, TiO ₂ —CoO—NiO—ZnO, CoO—CrO—TiO ₂ —Al ₂ O _{3 as} a green pigment, and CoO—Al ₂ O as a blue pigment. _3- CrO, CoO-Al ₂ O _{3 and the} like can be used, and other pigments such as yellow, brown, and black are used depending on applications.
[0020]
Next, on the glass substrate 10 on which each color pigment layer 11 is formed, a metal colloid solution in which metal colloids are adjusted to a liquid state is applied by, for example, spin coating to form a hydrogel coating film of the metal colloid solution. . The application method is not limited to the spin coating method, and it is possible to apply by a spray method, a dipping method, a flow coating method, or the like. At this time, the metal colloids penetrate more into the dye layer 11 and sufficiently penetrate between the pigment particles as the coating is dried gently (about 15 to 60 minutes) for a predetermined time after application of the solution.
Thereafter, firing is performed in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 500 ° C. for several hours, thereby forming an insulating metal oxide layer 12 having optical transparency.
[0021]
According to such a method, the metal colloids uniformly formed on the surface of the dye layer 11 are decomposed and removed from the organic components such as the solvent and the binder of the dye layer 11 in the heating and baking step, and the resulting pigment is formed. Between the particles, sintering is performed while filling, and an insulating metal oxide layer 12 having light transmittance covering the surface of the dye layer 11 is formed. The color filter thus manufactured can significantly reduce the reaction between the dye layer 11 and the atmospheric gas even in a post-panel process as a display device.
[0022]
Further, the insulating metal oxide layer 12 having a light transmission property coated with the dye layer 11 can simultaneously obtain a function as an inorganic binder, so that the inorganic pigment particles constituting the dye layer 11 significantly improve the adhesion to each other, Even after passing through a series of paneling processes, it is possible to prevent pigment particles from dropping and alteration, discoloration or fading in the electrode wiring process. Therefore, the conventional problems described above can be solved.
[0023]
Here, the method for forming the light-transmissive insulating metal compound layer 12 after applying the metal colloid solution on the color filter substrate on which the dye layer 11 is formed on the substrate 10 has been described. After forming 11R, 11G, and 11B, firing is performed, and a metal colloid solution is applied thereon, the metal colloid solution is sufficiently permeated into the pigment particle gaps, and then dried and refired to have light transmittance. A similar effect can be obtained by a method of forming an insulating metal compound.
[0024]
The metal colloid solution described above is a colloidal form in which amorphous metal particles are dispersed in water, and the shape of the particles is preferably spherical. The metal element of the metal colloids is at least one of silicon, lithium, titanium, alumina, antimony, tin, zirconia, and yttrium, and the colloid particle diameter is in the range of 5 to 50 nm.
[0025]
If the colloidal particle diameter is 50 nm or more, the degree of filling when applied onto the dye layer 11 becomes insufficient, and a dense film cannot be obtained, and there is a possibility that adhesion and resistance to various chemicals may not be obtained. In addition, particles having a particle size of 5 nm or less are preferably in the above-mentioned range because it becomes difficult to stably disperse amorphous metal particles in a solution and aggregation occurs . If the particle element size is 5~50nm is of course it can be produced by the method of claims 4 to 6.
[0026]
Examples of colloidal dispersion media include water, alcohol solvents such as methanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol and ethylene glycol, aromatic solvents such as toluene and xylene, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexane, Ether solvents such as dioxane, tetrahydrofuran and ethylene glycol mono n-propyl ether are used.
[0027]
【Example】
Hereinafter, a color filter and a method for manufacturing the color filter of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing the state of each stage in one embodiment. The material used in the explanation, and the material processing conditions such as temperature and time show a suitable example, and the drawings used in the explanation outline the size, shape, and arrangement relationship of each component. It is shown.
[0028]
<Example 1>
First, “Cobalt Blue X” manufactured by Toyo Pigment Co., Ltd. as a blue pigment and ethyl cellulose (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and α-terpineol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) as a binder resin are mixed at a predetermined ratio to prepare a blue paste dispersed in a roll mill. did.
[0029]
The blue paste was printed using a polyester 300 mesh screen plate opened in stripes, and a dye layer 11B having a stripe pattern with a line width of 150 μm, a pitch of 220 μm, and a film thickness of 8 μm was printed on the soda-lime glass substrate 10. .
[0030]
In the same manner, “ND-801” manufactured by NIPPON DENKO Co., Ltd. is used as a green pigment, and “Sicotrans Red L-2817” manufactured by BASF is used as a red pigment, and dispersed and pasted together with a binder resin to align the screen plate. The green stripe pattern dye layer 11G and the red stripe pattern dye layer 11R were printed at predetermined positions (FIG. 2). Both had a line width of 150 μm and a film thickness of 8 μm.
[0031]
Thereafter, a colloidal solution in which spherical anhydrous silicic acid (SiO ₂ ) having a particle size of 10 to 20 nm obtained by heating, reacting and dissolving colloidal silicic acid and caustic soda in autoclave is dispersed in water at a solid content ratio of 20%. Was coated on the entire surface of the substrate 10 on which each color dye layer was formed by spin coating. Thereafter, it was gently dried (left at room temperature for 30 minutes), passed through a hydrogel from the colloidal solution, and then dried at 90 ° C. to obtain a dried gel coating film. In this manner, the dye layers 11R, 11G, and 11B and the dried gel coating of anhydrous silicic acid were sequentially formed on the soda lime glass substrate 10.
[0032]
Thereafter, baking is performed in an oxidizing atmosphere at about 530 ° C. for 60 minutes to remove organic components of the dye layer 11 and sintering of anhydrous silicic acid (SiO ₂ ), and blue, green, red on the glass substrate 10 is performed. A color filter in which a dye layer and a light-transmissive insulating metal oxide layer were sequentially laminated was manufactured (FIG. 1).
[0033]
The color filter substrate manufactured by the above process is shifted to the panel forming process of the display device, and an ITO film (Indium Tin Oxide) is formed on the upper surface of the color filter substrate by a sputtering method, and an arbitrary resist pattern is used as a mask. The transparent electrode was wired with an etching solution in which ferric chloride and hydrochloric acid were mixed. The dye layer 11 of the color filter substrate that has undergone these steps is free from problems such as alteration, discoloration, fading, peeling, cracking, and dropping, and the wiring electrodes are also excellent without disconnection or pinholes. The measurement result of the spectral transmittance of this color filter is shown in FIG.
[0034]
<Example 2>
In the same manner as in Example 1, the blue, green and red pastes were repeatedly printed on the soda lime glass substrate 10 by the screen printing method, and the stripe-shaped dye layers 11B, 11G and 11R having a line width of 150 μm and a film thickness of 8 μm. Formed. Thereafter, baking was performed at 500 ° C. for 60 minutes in an oxidizing atmosphere to remove organic components of the color filter.
[0035]
Thereafter, a colloidal solution in which spherical silicic acid (SiO ₂ ) having a particle size of 10 to 20 nm is dispersed in water at a solid content ratio of 20% is applied on the entire surface of the substrate 10 on which each color pigment layer is formed by spin coating. did. Thereafter, it was gently dried (left at room temperature for 30 minutes), passed through a hydrogel from the colloidal solution, and then dried at 90 ° C. to obtain a dry gel film. In this manner, the dye layers 11R, 11G, and 11B and the dried gel coating of anhydrous silicic acid were sequentially formed on the soda lime glass substrate 10.
[0036]
Thereafter, baking is performed in an oxidizing atmosphere at about 530 ° C. for 60 minutes to remove organic components of the dye layer 11 and sintering of anhydrous silicic acid (SiO ₂ ), and blue, green, red on the glass substrate 10 is performed. A color filter in which a dye layer and a light-transmissive insulating metal oxide layer were sequentially laminated was manufactured (FIG. 1).
[0037]
The color filter substrate manufactured by the above process is shifted to the panel forming process of the display device, and an ITO film (Indium Tin Oxide) is formed on the upper surface of the color filter substrate by a sputtering method, and an arbitrary resist pattern is used as a mask. The transparent electrode was wired with an etching solution in which ferric chloride and hydrochloric acid were mixed. The dye layer 11 of the color filter substrate that has undergone these steps is free from problems such as alteration, discoloration, fading, peeling, cracking, and dropping, and the wiring electrodes are also excellent without disconnection or pinholes. The measurement result of the spectral transmittance of this color filter is as shown in FIG.
[0038]
<Example 3>
In the same manner as in Example 1, the blue, green and red pastes were repeatedly printed on the soda lime glass substrate 10 by the screen printing method, and the stripe-shaped dye layers 11B, 11G and 11R having a line width of 150 μm and a film thickness of 8 μm. Formed. Thereafter, baking was performed at 500 ° C. for 60 minutes in an oxidizing atmosphere to remove organic components of the color filter.
[0039]
Next, an alumina colloidal solution in which spherical alumina (Al ₂ O ₃ ) having a particle diameter of 10 to 20 nm is dispersed in water at a solid content ratio of 20% is spin-coated on the substrate 10 on which each color pigment layer is formed by spin coating. The entire surface was coated by the method. Thereafter, it was dried gently (left at room temperature for 30 minutes), passed through a hydrous alumina gel from the colloidal solution, and then dried at 90 ° C. to obtain a dry alumina gel film. In this way, the pigment layers 11B, 11G, and 11R and the dried alumina gel coating film were sequentially formed on the soda lime glass substrate 10.
[0040]
Thereafter, baking is performed at about 520 ° C. in an oxidizing atmosphere for 60 minutes to sinter the alumina gel on the dye layer 11, and the blue, green, and red dye layers on the glass substrate 10 and the light-transmitting insulation. A color filter in which a conductive metal oxide layer was sequentially laminated was manufactured (FIG. 1).
[0041]
The color filter substrate manufactured by the above process is shifted to the panel forming process of the display device, and an ITO film (Indium Tin Oxide) is formed on the upper surface of the color filter substrate by a sputtering method, and an arbitrary resist pattern is used as a mask. The transparent electrode was wired with an etching solution in which ferric chloride and hydrochloric acid were mixed. The dye layer 11 of the color filter substrate that has undergone these steps is free from problems such as alteration, discoloration, fading, peeling, cracking, and dropping, and the wiring electrodes are also excellent without disconnection or pinholes. The measurement result of the spectral transmittance of this color filter is as shown in FIG.
[0042]
<Example 4>
In the same manner as in Example 1, a striped blue, green, and red pigment layer 11 is formed on a soda lime glass substrate 10 and baked in an oxidizing atmosphere at 500 ° C. for 60 minutes to remove organic components of the color filter. did.
[0043]
Next, a colloidal solution in which lithium silicate having a particle size of 10 to 20 nm (SiO ₂ / LiO ₂ molar ratio 3.5) was dispersed in water at a solid content ratio of 20% was similarly applied to the entire surface of the substrate by spin coating. Then, it dried at 90 degreeC and formed the pigment | dye layer 11B * 11G * 11R and the dry lithium silicate coating film one by one.
[0044]
Thereafter, baking is performed in an oxidizing atmosphere at about 530 ° C. for 60 minutes to sinter lithium silicate on the dye layer 11, and the blue, green, and red dye layers and the light transmissive insulation are formed on the glass substrate 10. A color filter in which a conductive metal oxide layer was sequentially laminated was manufactured (FIG. 1).
[0045]
In the color filter substrate manufactured by the above steps, the light-transmitting insulating metal oxide layer 12 is filled and penetrated into the surface and inside of the dye layer 11. The lithium silicate solution was low in viscosity and excellent in permeability, and the cured product had improved film strength.
[0046]
This color filter substrate is shifted to a panel forming process of a display device, and an ITO film (Indium Tin Oxide) is formed on the upper surface of the color filter substrate by a sputtering method, and then an arbitrary resist pattern is used as a mask with ferric chloride. The transparent electrode was wired with an etching solution mixed with hydrochloric acid. The dye layer 11 of the color filter substrate that has undergone these processes is free from problems such as alteration, discoloration, fading, peeling, cracking, and dropping, and the wired electrodes are similarly free from disconnection and pinholes. Met. The measurement result of the spectral transmittance of this color filter is as shown in FIG.
[0047]
<Comparative example>
In the same manner as in Example 1, the blue, green and red pastes were repeatedly printed on the soda lime glass substrate 10 by the screen printing method, and the stripe-shaped dye layers 11B, 11G and 11R having a line width of 150 μm and a film thickness of 8 μm. Formed. Thereafter, baking was performed at 500 ° C. for 60 minutes in an oxidizing atmosphere to remove organic components of the color filter.
[0048]
Next, ethyl cellulose (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) using a low melting point glass frit having an average particle diameter of 5 μm composed of PbO, SiO ₂ , B ₂ O ₃ , Na ₂ O, and F ₂ as a glass raw material and α- Terpineol (manufactured by Kanto Chemical) was kneaded at a predetermined ratio to prepare a low melting point glass paste.
[0049]
Thereafter, a glass paste was printed using a polyester 300 mesh screen and dried at 100 ° C. for 30 minutes.
[0050]
Thereafter, baking is performed in an oxidizing atmosphere at about 520 ° C. for 60 minutes to remove organic components of the low melting point glass paste on the dye layer 11 and soften the glass frit. A color filter in which the dye layer 11 and the overcoat glass layer were sequentially laminated was manufactured. The film thickness of the overcoat glass layer was 20 μm.
[0051]
The color filter substrate manufactured by the above process is transferred to the panel forming process of the display device, ITO (Indium Tin Oxide) is formed on the upper surface of the color filter substrate by a sputtering method, and an arbitrary resist pattern is used as a mask. The transparent electrode was wired with an etching solution in which ferric acid and hydrochloric acid were mixed. As a result of inspecting the color filter substrate having undergone such a process, a defect region in which many pinholes existed in the overcoat glass layer and the etching solution penetrated from this portion to discolor the dye layer 11 was confirmed. Moreover, the etching property of PbO which is an overcoat glass component was not resistant and the surface was clouded. The measurement result of the spectral transmittance of this color filter is shown in FIG.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the insulating metal oxide layer having light transmittance covers at least a part of the pigment particles constituting the dye layer, Oxidation or reduction reaction between the atmospheric gas and the pigment particles can be avoided in the firing treatment. Further, it has an extremely excellent effect that does not cause problems such as peeling, cracking, alteration, discoloration, or fading of the dye layer even after the electrode wiring process.
[0053]
In addition, after using a colloidal solution in which ultrafine particles having a particle diameter of 5 to 50 nm are dispersed in an insulating metal oxide layer having optical transparency and sufficiently infiltrating between the inorganic pigment particles constituting the dye layer, Sintering can provide a function of firmly bonding inorganic pigment particles as an inorganic binder. Since this gel film coated with colloidal solution and dried has hydroxyl groups on the particle surface, it is dehydrated by heating in the sintering process and has a structure in which the particles are firmly bonded via oxygen atoms. Obtain (Figure 3). The film thus obtained is free from defects such as cracks and peeling of the film itself against external stress. As a result, even after the formation of the wiring electrode on the upper part of the color filter and the display device paneling process, the dye layer did not deteriorate, discolor, fade, peel, crack or drop off. Also, the wiring electrode has an excellent effect without causing problems such as disconnection and pinholes.
[0054]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a color filter of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a color filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a color filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing spectral transmittance measurement results of a color filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing spectral transmittance measurement results of a color filter as a comparative example.
[Explanation of symbols]
10 ... Glass substrate 11 ... Dye layer 11B ... Dye layer (blue)
11G ... Dye layer (green)
11R ... Dye layer (red)
12 ... Overcoat layer

Claims

In the color filter comprising a substrate, a dye layer regularly arranged on the substrate, and a light-transmitting overcoat layer formed on the substrate so as to cover the dye layer, the overcoat layer 5 up to 50 nm der constituting the particles is, the color filter, wherein the particles have penetrated into the dye layer.

2. The color filter according to claim 1, wherein the overcoat layer is an insulating metal oxide layer.

3. The color filter according to claim 2, wherein at least one insulating metal oxide of silicon, lithium, titanium, alumina, antimony, tin, zirconia, and yttrium is used for the insulating metal oxide layer. And a color filter.

A step in which a dye layer on a substrate is regularly formed at a predetermined position on the substrate using a dye paste composed of an inorganic pigment, a binder resin, and a solvent; and a metal colloid having a particle diameter of 5 to 50 nm on the dye layer A step of applying a solution, a step of drying the metal colloid solution to obtain a water-containing gel film of metal colloids, baking the pigment layer and the dried metal colloid gel to remove organic components, and And a step of forming an insulating metal oxide layer having light transparency.

A step in which the dye layer on the substrate is regularly formed at a predetermined position on the substrate using a dye paste composed of an inorganic pigment, a binder resin, and a solvent; and a step of firing the dye layer to remove organic components A step of applying a metal colloid solution having a particle size of 5 to 50 nm on the baked dye layer and infiltrating it, a step of drying the metal colloid solution to obtain a hydrated gel film of metal colloids, and a baked dye after that Forming a light-transmitting insulating metal oxide layer on the layer.

6. The method for producing a color filter according to claim 4, wherein at least one of silicon, lithium, titanium, alumina, antimony, tin, zirconia and yttrium is used as the metal element of the metal colloid solution having a particle diameter of 5 to 50 nm. A method for producing a color filter, characterized by being used.