JP4449100B2

JP4449100B2 - 表示装置用カラーフィルタ及び表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP4449100B2
Application number: JP14627299A
Authority: JP
Inventors: 美子松本; 茂平山; 美希植田; 好弘日野
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: JP2000338320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）及び液晶表示装置などの表示装置用カラーフィルタ及び表示装置に関するものであり、特に耐熱性、透明性及び強度に優れた表示装置用カラーフィルタ及び表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタは、表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御等の目的で使用され、有効な手段となっている。
【０００３】
着色物質として染料が用いられる場合は、非常に透明性の高いカラーフィルタが得られるが、耐熱性には劣るという欠点があった。
【０００４】
耐熱性を向上させたタイプとして、着色物質として有機や無機の顔料を用いたものや耐熱性染料を用いたものが開発されている。
【０００５】
しかし、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの耐熱性は２００〜２５０℃程度であるため、有機顔料や耐熱性染料を使用することが可能であるが、電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）に用いられるカラーフィルタの耐熱性は４００℃以上必要であるとされており、有機顔料や耐熱性染料の耐熱性では不十分である。
【０００６】
そこで、一般的には、着色物質として無機顔料が用いられる。しかし、無機顔料は耐熱性は十分備えているが、着色性、鮮明性、透明性は劣っているという問題を有していた。
【０００７】
さらに、無機顔料を用いた場合はやや強度が劣るという欠点も有していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特に電界放射型表示装置、蛍光表示装置、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）などの表示装置用に適した、染料を用いたカラーフィルタと遜色のない着色性、透明性を有し、耐熱性かつ強度に優れた表示装置用カラーフィルタ及び表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
請求項１に記載の発明は、透明基板上に少なくとも、赤色、緑色、青色の各着色層を設け、各着色層が金属または金属化合物のコロイドを分散させたガラス質物質で構成され、前記コロイドの粒子径が１〜１００ｎｍである表示装置用カラーフィルタの製造方法において、ガラス質物質形成用溶液と、金属もしくは金属化合物のコロイド又は金属もしくは金属化合物のコロイドの前駆体である錯体と、を含む溶液を基板上の着色層位置に塗布する工程と、前記塗布した溶液を各色の着色層ごとに乾燥する工程と、加熱してコロイドを分散させたガラス質層を形成する工程と、を有し、前記各色の着色層ごとに乾燥する工程において、該着色層ごとに溶液の組成又は乾燥温度が異なることを特徴とする表示装置用カラーフィルタの製造方法である。
請求項２に記載の発明は、ガラス質物質形成用溶液が、（Ａ）少なくとも１種の加水分解され得るシランあるいはそれから誘導されるオリゴマー、および（Ｂ）少なくとも１種のオルガノシランあるいはそれから誘導されるオリゴマーで、（Ａ）：（Ｂ）の重量比は５〜５０：５０〜９５であり、さらに必要に応じて（Ｃ）ガラス形成性元素を含む１種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の表示装置用カラーフィルタの製造方法である。
請求項３に記載の発明は、赤色及び青色の着色層にはガラス質物質に金の前記コロイドが分散されており、緑の着色層にはガラス質物質に金及び銀のコロイドが分散されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置用カラーフィルタの製造方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３記載の表示装置用カラーフィルタの全面に透明導電膜を設け、表示装置用前面板を形成したことを特徴とする表示装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による表示装置用カラーフィルタを図面により詳細に説明する。
図１は本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す平面図である。図１に示すように、表示装置用カラーフィルタ１は、透明基板２上に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々の着色層３がストライプ状あるいはモザイク状等の画素状に形成されている。必要に応じて、透明基板２と着色層３の間に下地層４、着色層３の上に保護層５が設けられる。
【００１１】
図１において、本発明に用いる透明基板２は、十分な強度、平坦性、耐熱性、光透過性等を有するものが好ましく、通常透明なガラスを用いる。
【００１２】
また、図１において、着色層３は金属又は金属化合物のコロイドとガラス質物質によって構成される。
【００１３】
金属コロイドとしては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、およびＰｔのそれらが、特に好適である。これらは、通常、１〜１００ｎｍの粒子径、透明層の場合は１〜２０ｎｍ、および光散乱層の場合は２０〜１００ｎｍの粒子径をそれぞれ有する。
【００１４】
コロイド形態の好適な金属化合物の例は、金属ハロゲン化物、例えばＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＣｌ_XＢｒ_1-X、およびＣｕＣｌ、金属炭化物、例えば、ＴｉＣおよびＢ₄Ｃ、金属窒化物、例えば、ＢＮおよびＴｉＮ、金属ヒ化物、例えば、Ｃｄ₃Ａｓ₂、金属リン化物、例えば、Ｃｄ₃Ｐ₂、カルコゲナイド類（硫化物、セレン化物、テルル化物）例えば、ＡｇＳ、ＣｄＳ、ＨｇＳ、ＰｂＳ、およびＺｎＳ；ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ、および混合相、例えば、ＺｎＳｅ／ＰｂＳ₂あるいはＣｄＳ／ＰｂＳ₂である。
【００１５】
金属または金属化合物のコロイドは、好ましくは１〜１００ｎｍ、特に１〜５０ｎｍ、さらに好ましくは２〜３０ｎｍの粒子径を有する。
【００１６】
金属または金属化合物のコロイドの量は、カラーフィルタとして所望される所特性、例えば、着色度あるいは透明度等により決定される。また、金属または金属化合物のコロイドは、必要に応じて、予め錯体化された形態で使用することができる。
【００１７】
ガラス質物質としては、加水分解され得るシラン（Ａ）およびオルガノシラン（Ｂ）において、加水分解され得る基の例は、水素またはハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）、アルコキシ（好ましくは、例えば、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、ｉ−プロポキシおよびブトキシのようなＣ_1-6アルコキシ）、アリールオキシ（好ましくは、フェノキシのようなＣ_6-10アリールオキシ）、アシルオキシ（好ましくは、アセトキシまたはプロピオニルオキシのようなＣ_1-6アシルオキシ）、アルキルカルボニル（好ましくは、アセチルのようなＣ_2-7アルキルカルボニル）、アミノ、１〜１２個、特に１〜６個の炭素原子を有するモノアルキルアミノまたはジアルキルアミノである。
【００１８】
オルガノシランは加水分解されないラジカル、官能基を有するラジカル、及び加水分解され得る基を有しており、加水分解されないラジカルの例は、アルキル（好ましくは、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、およびｔ−ブチペンチル、ヘキシルまたはシクロヘキシルのようなＣ_1-6アルキル）、アルケニル（好ましくは、ビニル、１−プロペニル、２−プロペニル、およびブテニルのようなＣ_2-6アルケニル）、アルキニル（好ましくは、アセチレニルおよびプロパルギルのようなＣ_2-6アルキニル）、およびアリール（好ましくは、フェニルおよびナフチルのようなＣ_6-10アリール）である。
【００１９】
前記加水分解されないラジカルおよび加水分解され得る基は、必要に応じて、例えばハロゲンまたはアルコキシのような常用されている置換基を１個以上有しても良い。
【００２０】
官能基を有するラジカルの官能基の具体的な例は、エポキシ、ヒドロキシ、エーテル、アミノ、モノアルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アミド、カルボキシ、メルカプト、チオエーテル、ビニル、アクリルオキシ、メタクリルオキシ、シアノ、ハロゲン、アルデヒド、アルキルカルボニル、スルホン酸およびリン酸の基である。
【００２１】
上記官能基は、アルキレン、アルケニレンまたはアリーレン架橋基を介してケイ素原子に結合され、架橋基は、酸素または硫黄原子または−ＮＨ−基を中間に介在させても良い。上記架橋基は、上述のアルキル、アルケニルまたはアリール・ラジカルより誘導される。官能基を有するラジカルは、好ましくは、１〜１８個、特に好ましくは１〜８個の炭素原子を含む。
【００２２】
特に好ましい加水分解され得るシラン（Ａ）は、テトラアルコキシシラン類、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）である。特に好ましいオルガノシランは、エポキシシラン類、例えば、３−グリシジルオキシプロピル−トリメトキシシラン（ＧＰＴＳ）、およびアミノシラン類、例えば、３−アミノプロピル−トリエトキシシランおよび３−（アミノエチルアミノ）−プロピル−トリエトキシシラン（ＤＩＡＭＯ）である。
【００２３】
加水分解されるシラン（Ａ）対オルガノシラン（Ｂ）の重量比は、５〜５０：５０〜９５、好ましくは１５〜２５：７５〜８５である。
【００２４】
ガラス形成性元素を含む１種以上の化合物（Ｃ）は、反応媒体に溶解性または分散性であることが好ましい。使用可能な化合物（ハロゲン化物、アルコキシド類、カルボキシレート類、キレート化合物など）の例は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、硼素、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウム、錫、亜鉛またはバナジウム系のものである。
【００２５】
加水分解および重縮合は、溶媒の不存在下かまたは、好ましくは、水性もしくは水性／有機反応媒体中で、必要に応じて酸性または塩基性の縮合触媒、例えば、ＨＣｌ、ＨＮＯ₃またはＮＨ₃の存在下で行われる。
【００２６】
液体反応媒体が使用される場合には、出発成分は、前記反応媒体に可溶性である。好適な有機溶媒は、特に、水混和性溶媒、例えば、一価または多価の脂肪族アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、アミド類、スルホキシド類、およびスルホン類である。
【００２７】
必要に応じて、加水分解および重縮合は、錯生成剤の存在下で行われる。
【００２８】
金属または金属化合物のコロイドを含有するガラス質物質は、必要に応じて、溶媒を添加または除去することにより粘度が調整された後に使用される。
【００２９】
金属または金属化合物のコロイドを分散させたガラス質物質でカラーフィルタの着色層を形成する方法として、印刷法、あるいはインクジェット法等を用いる場合は上述した液がそのまま使用されるが、フォトリソグラフィ法を用いる場合は、上述の液に感光性物質を混合するなどして使用される。しかし、カラーフィルタの着色層を形成する方法はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
形成された着色層は、必要に応じて乾燥し、その後、熱で高密度化し、ガラス質層を形成させる。高密度化は、２５０℃以上の温度、好ましくは４００℃以上、特に好ましくは５００℃以上で、支持体の軟化または分解温度までで行う。熱による高密度化は、空気中、または窒素もしくはアルゴンのような不活性ガス中で行う。
【００３１】
更に、必要に応じて着色層３の上に保護層５を形成してもよい。
【００３２】
本発明によるカラーフィルタは、金属または金属化合物のコロイドを分散させたガラス質物質で着色層を形成している。金属または金属化合物のコロイドは、非常に小さな粒径を有するので、ガラス質物質に非常に均一に分散されるとともに、適当な粒径のコロイドを採用すれば、透過（透明）または光散乱の作用によって、白色光を着色することができる。更に、金属または金属化合物コロイドは、耐熱性がある。また、ガラス質物質は、非常に均一な状態、密着した状態で基板（通常ガラス）上にコーティング可能であり、かつ熱による高密度化においてクラッキングを生じないので、着色層の光学的特性、特に透明性に非常に優れる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例を挙げて、詳細に説明する。
予め、線幅２０ミクロン、開口部幅２００ミクロンのストライプ状ブラックマトリックス層が形成された透明基板の上に、幅約２００ミクロンのストライプ状画素の着色層を形成した表示用カラーフィルタを作製し、これを用いた表示装置を作製した。
【００３４】
（ガラス質物質の調製）
３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＴＳ）１６０ｇおよびテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）４０ｇをエタノール１２０ｍｌと混合し、攪拌しながら６０℃に加熱した。これに、水２８．５ｇおよび濃ＨＮＯ3 ０．５ｍｌを加え、６０℃にて１５時間攪拌後エタノール１５０ｍｌで希釈した。このようにして得た液をガラス質物質形成用の液(A) とする。
【００３５】
（着色層用コーティング液の調製）
エタノール４ｍｌ中にＨ［ＡｕＣｌ₄］−２Ｈ₂Ｏ０．３１ｇを溶解した溶液に、エタノール１ｍｌに溶解した３−（アミノエチルアミノ）−プロピル−トリエトキシシラン（ＤＩＡＭＯ）０．１８ｇを滴下した（液(B) ）。液(B) をＤＩＡＭＯ１．５８ｍｌが混合された液(A) に滴下した。得られた溶液を３０分間攪拌後、０．８ミクロンのフィルターで濾過し、着色層用コーティング液▲１▼を得た。
【００３６】
次に、ＤＩＡＭＯ３．３ｍｌとエタノール３ｍｌ中にＡｇＮＯ₃０．５１ｇを溶解した溶液を液(A) ２０ｍｌ中に混合し、３０分間攪拌後、０．８ミクロンのフィルターで濾過し、着色層用コーティング液▲２▼を得た。
【００３７】
（カラーフィルタの作製）
予めブラックマトリックス層が形成された透明基板上の所定の位置にスクリーン印刷法により赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）各々の着色層を形成した。
【００３８】
赤色（Ｒ）層は、上記着色層用コーティング液▲１▼をコーティング後、８０℃で乾燥しさらに５００℃で高密度化することにより作製した。
緑色（Ｇ）層は、上記着色層用コーティング液▲１▼と▲２▼を重量比で３：１に混合しコーティング後、１５０℃で乾燥しさらに５００℃で高密度化することにより作製した。
青色（Ｂ）層は、上記着色層用コーティング液▲１▼をコーティング後、１５０℃で乾燥しさらに５００℃で高密度化することにより作製した。
【００３９】
（表示装置の作製）
前記カラーフィルタの全面に透明導電膜を設けさらに保護層を設けて表示装置（ＰＤＰ）用前面基板を作製した。
【００４０】
上記表示装置（ＰＤＰ）用前面基板とは別に、基板上に所望の電極パターン、隔壁内に蛍光体を塗布した蛍光体層等を設けた表示装置（ＰＤＰ）用背面基板を作製した。
【００４１】
次に表示装置（ＰＤＰ）用前面基板および背面基板の間に不活性ガスを封入し表示装置（ＰＤＰ）を作製した。
この表示装置の表示品質は良好なものであった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の表示装置用カラーフィルタは、着色層が金属または金属化合物のコロイドとガラス質物質で構成されており、金属または金属化合物を含有するガラス質物質は、非常に小さな粒径の着色物質がしかも非常に均一な状態でコーティングされ、かつ熱による高密度化においてクラッキングを生じないので、着色層の光学的特性、特に透明性に非常に優れる。
また、着色層がガラス質で形成されるため、耐熱性、強度に優れ、通常ガラスよりなる透明基板との密着性に優れる。
従って、このカラーフィルタを用いた表示装置も光学的特性、耐熱性、強度、密着性に優れる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１表示装置用カラーフィルタ
２透明基板
３着色層
４下地層
５保護層

Claims

透明基板上に少なくとも、赤色、緑色、青色の各着色層を設け、各着色層が金属または金属化合物のコロイドを分散させたガラス質物質で構成され、前記コロイドの粒子径が１〜１００ｎｍである表示装置用カラーフィルタの製造方法において、ガラス質物質形成用溶液と、金属もしくは金属化合物のコロイド又は金属もしくは金属化合物のコロイドの前駆体である錯体と、を含む溶液を基板上の着色層位置に塗布する工程と、前記塗布した溶液を各色の着色層ごとに乾燥する工程と、加熱してコロイドを分散させたガラス質層を形成する工程と、を有し、前記各色の着色層ごとに乾燥する工程において、該着色層ごとに溶液の組成又は乾燥温度が異なることを特徴とする表示装置用カラーフィルタの製造方法。
ガラス質物質形成用溶液が、（Ａ）少なくとも１種の加水分解され得るシランあるいはそれから誘導されるオリゴマー、および（Ｂ）少なくとも１種のオルガノシランあるいはそれから誘導されるオリゴマーで、（Ａ）：（Ｂ）の重量比は５〜５０：５０〜９５であり、さらに必要に応じて（Ｃ）ガラス形成性元素を含む１種以上の化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の表示装置用カラーフィルタの製造方法。
赤色及び青色の着色層にはガラス質物質に金の前記コロイドが分散されており、緑の着色層にはガラス質物質に金及び銀のコロイドが分散されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置用カラーフィルタの製造方法。
請求項１ないし３記載の表示装置用カラーフィルタの全面に透明導電膜を設け、表示装置用前面板を形成したことを特徴とする表示装置。