JP5973233B2 - カラーフィルタ基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタ基板（ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）及びその製造方法に関する。

近年、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、略称ＴＦＴ−ＬＣＤ）のカラー表示は、カラーフィルタ層（Ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｅｒ、略称ＣＦ）により実現される。カラーフィルタ層は色を示す光学フィルタであり、透過させる光を波長の狭い範囲まで特定し、透過すべきでない波長の光を反射または吸収することができる。通常、カラーフィルタ層は光源の手前に設置され、観察者に特定の飽和色の光が届くようにすることができる。

カラーフィルタ層は一般的に透明基板上に形成され、カラーフィルタ基板を形成する。カラーフィルタ基板の製造は主に以下のステップを含む。最初にブラックマトリクス材料を混合した高分子フォトレジスト層を基板上に塗布し、露光、現像を経てブラックマトリクスのパターンを形成する。その後、赤色の顔料を混合した高分子フォトレジスト層を基板上に塗布し、露光、現像を経て赤色の領域のパターンを形成する。同じ方法と工程により緑色の領域のパターン、及び青色の領域のパターンを順次形成する。最終的に所定の規則性に沿って並ぶ赤、緑、青の三原色のカラーフィルタ層が形成される。

高分子フォトレジストは本来、熱安定性と均一性が低いため、顔料を混入した後に製造されたカラーフィルタ層の安定性と均一性も低い。

本発明の一実施例は、ベース基板と複数の異なる色のカラーフィルタ層を含むカラーフィルタ基板を提供する。前記ベース基板上に複数の開口部があるブラックマトリクスパターンが形成され、前記カラーフィルタ層は、前記ベース基板上に設置され、かつ前記ブラックマトリクスパターンの開口部に位置する異なる色のガラス層である。

本発明の他の一実施例は、以下のステップを含むカラーフィルタ基板の製造方法を提供する。炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を形成する。溶融したガラス液により前記炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を封着し、複数の開口部があるブラックマトリクスパターンを備えるガラス板を形成する。異なる色の着色剤を混合したガラス原料を前記ブラックマトリクスパターンの開口部のガラス板上に充填する。前記ガラス板を焼成し、異なる色の着色剤を混合したガラス原料により異なる色のカラーフィルタ層を焼成する。

本発明の実施例または従来の技術における発明をより明白に説明するため、以下、実施例の説明に必要な図面について簡単な説明をするが、以下の説明における図面は公開される発明の実施例の一部に過ぎず、当業者は創造力を用いることなく他の図面を得られることは明らかである。

本発明の実施例におけるカラーフィルタ基板の構造を示す図である。 本発明の実施例における炭粉溶液の浸透の過程を示す図である。 本発明の実施例における炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を示す図である。

本発明の実施例は、カラーフィルタ及びその製造方法を提供する。本発明の実施例におけるカラーフィルタ基板は均一性と熱安定性が高く、高い温度と湿度に耐えられ、かつ透過率と色純度が高い特徴を備え、カラーフィルタ基板の性能を向上させ、大いに表示効果を高め、カラーフィルタ基板の寿命を延ばすことができる。

以下図面に基づき公開される発明について詳細な説明を行う。

本実施例はカラーフィルタ基板を提供する。図１に示すように、このカラーフィルタ基板は、
複数の開口部があるブラックマトリクスパターン２を備えるガラス板１と、
ガラス板上に設置され、ブラックマトリクスパターン２の開口部に位置する異なる色のカラーフィルタ層（ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｌａｙｅｒ）とを含む。カラーフィルタ層には二種類以上の異なる色があるとし、本発明の実施例においては、赤、緑、青の三原色のカラーフィルタ層を例に説明するが、本発明はこれらの色に限らず、他の色であっても良い。本発明の実施例により、これらの異なる色のカラーフィルタ層はガラス層とする。

本実施例のカラーフィルタ層は、カラーガラスの構造を使用する。具体的に、ガラス溶融液中に着色剤を添加しカラーガラスを製造する。例えば、普通のガラスの材料中に０．４〜０．７％（重量比）の着色剤を添加すれば、ガラスに色を付けることができる。

本発明の実現方法として、赤、緑、青の三原色のカラーフィルタ層は、赤色の着色剤、緑色の着色剤、及び青色の着色剤をそれぞれ混合したガラス原料を焼成し形成され、即ち赤色ガラス層３、緑色ガラス層４、青色ガラス層５であるものとする。

ガラスが色を示すのは、可視光がガラスを透過する際、異なる波長の可視光の透過率が異なるためである。着色剤は一般的に金属の酸化物であり、それぞれの金属元素には、特有の「スペクトル特徴」が存在するため、異なる金属酸化物は異なる色を示す。例えば、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を添加すればガラスは緑色を示し、酸化コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）を添加すればガラスは青色を示し、酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）を添加すればガラスは赤色を示す。

本実施例において、カラーフィルタ層が赤、緑、青の三原色を示すようにするために使用する赤色の着色剤は酸化銅、緑色の着色剤は酸化クロム、青色の着色剤は酸化コバルトとする。

ブラックマトリクスパターンを備えるガラス板は、溶融したガラス液により炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を封止し形成される。

本実施例のカラーフィルタ基板において、赤色の着色剤、緑色の着色剤、及び青色の着色剤をそれぞれ混合したガラス原料を焼成し形成されたガラス層を赤、緑、青の三原色のカラーフィルタ層として使用し、溶融したガラス液により炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を封止し形成されるブラックマトリクスパターンを備えるガラス板を基板として使用する。これにより得られるカラーフィルタ基板は均一性と熱安定性が高く、かつ高い温度と湿度に耐えられ、透過率と色純度が高い特徴を備え、大いにカラーフィルタ基板の性能を向上させ、表示効果を高め、カラーフィルタ基板の寿命を延ばすことができる。

本実施例は、カラーフィルタ基板の製造方法を提供する。以下、図２と図３を参照しながら本実施例の製造方法を詳しく説明する。この方法は以下のステップを含む。

ステップ１０１では、炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を形成する。

高分子透過膜は主に所定の規則性に沿って、かつ所定の並列形状を有する薄膜である。本実施例において使用する高分子透過膜はマトリクス形状に並び、かつ高温に耐えうる高分子透過膜とする。

本ステップにおいて、炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を形成する工程は、例えば、以下のステップを含む。

ステップ１０１１では、高分子材料を溶剤に溶解させる。

ステップ１０１２では、減圧法により溶剤に溶解した高分子材料を支持材上に堆積させ、マトリクス形状の高分子ウェット膜を形成する。

高分子材料が膜状であるようにするため、本実施例では減圧法を使用する。即ち、支持材の片側には高分子材料が溶解した溶液であると同時に、他の側から負圧をかけることにより、溶液を支持材方向に移動させることができる。支持材の隙間は限られているため、比較的小さい水分子のみ通過させ、比較的大きい高分子材料は通過できない。これにより、高分子材料が支持材上に堆積し、マトリクス形状の高分子ウェット膜を形成する。本実施例において、支持材はポリエステル布を使用することができる。また、本発明は減圧法による堆積に限らず、他に知られている方法により堆積させても良い。

ステップ１０１３では、高分子ウェット膜内の溶剤を蒸発させ、マトリクス形状の高分子透過膜を形成する。

ステップ１０１２を経て得られる高分子ウェット膜にはある程度溶剤が含まれるため、以後の製造工程の便宜上、溶剤を取り除く必要がある。本実施例において溶剤を取り除く方法は蒸発である。即ち、高分子ウェット膜を溶剤の沸点以上の温度までに加熱すれば、溶剤は高分子ウェット膜から蒸発する。

ステップ１０１４では、高分子透過膜を炭粉溶液に入れ、炭粉顆粒を高分子透過膜に吸着させ、炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を形成する。

マトリクス形状の高分子透過膜に炭粉顆粒を吸着させるため、本実施例では減圧法を使用することができる。即ち、高分子透過膜の片側には所定濃度の炭粉溶液であると同時に、他の側から負圧をかけることにより、炭粉溶液を高分子透過膜の方向に移動させることができる。高分子透過膜の隙間は限られているため、比較的小さい水分子のみ通過させ、比較的大きい炭粉顆粒は通過できない。これにより、炭粉顆粒が高分子透過膜に吸着される。

図２に示すように、浸透（ｏｓｍｏｓｉｓ）作用により炭粉顆粒８を高分子透過膜６に吸着させても良い。浸透作用の原理は、二つの濃度が異なる溶液を半透膜（溶剤分子を通過させるが、溶質分子は通過させない膜）により隔てた際、水分子または他の溶剤分子が低濃度の溶液から半透膜を通し高濃度の溶液に移動する、あるいは水分子が水ポテンシャルの高い側から半透膜を通し水ポテンシャルの低い側に移動することである。本実施例は、上記原理のうち後者を利用し、即ち、高分子透過膜６の両側に異なる水ポテンシャル（ｗａｔｅｒ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を形成する。例えば、高分子透過膜６を水平に支持物上に置き、高分子透過膜６の上側に炭粉溶液を設けて高水ポテンシャルを形成し、下側に純水を設けて低水ポテンシャルを形成する。水分子７は水ポテンシャルの高い側から高分子透過膜６を通し水ポテンシャルの低い側に移動し、その移動の過程において炭粉顆粒８の移動が促される。高分子透過膜６は比較的小さい水分子のみを通過させ、比較的大きい炭粉顆粒は通過させないため、図３に示すように、炭粉顆粒８が高分子透過膜６に吸着され、炭粉顆粒８を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜６が形成される。

ステップ１０２では、溶融したガラス液により炭粉顆粒８を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を封止し、ブラックマトリクスパターンを備えるガラス板を形成する。

ステップ１０１において形成される炭粉顆粒８を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜は安定度が低く、特に炭原子は所定条件において移動することがあるため、炭粉顆粒を固定するため、本実施例では、溶融したガラス液により炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を封止し、ブラックマトリクスパターンを備えるガラス板を形成する。ここにおける封止とは、溶融したガラス液を均一に炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜上に塗布した後冷却させ、炭粉顆粒が移動しないようガラス板上に固定することである。

このステップでは、溶融したガラス液を利用して炭粉顆粒を吸着した高分子透過膜を封止する際、溶融したガラス液により炭粉顆粒を吸着した高分子透過膜を損傷することを防止するため、真空高温環境において溶融したガラス液を炭粉顆粒を吸着した高分子透過膜にスプレーすることができる。或いは、ガラス粉を炭粉顆粒を吸着した高分子透過膜にスプレーし、加熱によりガラス粉を熔解させる。

ステップ１０３では、赤色の着色剤、緑色の着色剤、及び青色の着色剤をそれぞれ混合したガラス原料をブラックマトリクスパターンの開口部のガラス板上に順次充填する。

赤色の着色剤、緑色の着色剤、及び青色の着色剤をそれぞれ混合したガラス原料をブラックマトリクスパターンの開口部のガラス板上に充填するため、本実施例では単画素注入法を使用する。即ち、それぞれの開口部に対し別々にガラス原料を注入した後、ガラス原料を注入したガラス板においてガラス原料を伸ばし、均一にガラス板上のブラックマトリクスパターンの開口部に塗布されるようにする。

本実施例の製造方法はカラーガラスの製造工程を含む。カラーガラスの製造工程において、ガラス溶融液に着色剤を添加すれば、カラーガラスを製造することができる。例えば、普通のガラスの材料中に０．４〜０．７％（重量比）の着色剤を添加すれば、ガラスに色を付けることができる。着色剤は一般的に金属の酸化物であり、それぞれの金属元素は特有の「スペクトル特徴」が存在するため、異なる金属酸化物は異なる色を示す。例えば、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を添加すればガラスは緑色を示し、酸化コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）を添加すればガラスは青色を示し、酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）を添加すればガラスは赤色を示す。

本実施例において、カラーフィルタ層が赤、緑、青の三原色を示すようにするために使用する赤色の着色剤は酸化銅、緑色の着色剤は酸化クロム、青色の着色剤は酸化コバルトとする。本実施例においては赤、緑、青の三原色のカラーフィルタ層を例に説明するが、公開される発明はこれらの色に限らず、他の色であっても良い。

また、ブラックマトリクスパターンの開口部のガラス板が赤、緑、青の三原色を示すようにするため、本発明のもう一つの実現方式として、電子プリント等の方法により、まず赤、緑、青の三原色の顔料をガラスの表面にプリントし、赤、緑、青の三原色を備えるガラス板を形成する。

ステップ１０４では、ガラス板を焼成し、赤、緑、青の三原色層を備えるフィルタ層を形成する。

最後に、ガラス原料が充填されたガラス板を焼成し、赤色ガラス層、緑色ガラス層、青色ガラス層を形成し、赤、緑、青の三原色のカラーフィルタ層をガラス板上に密着させる。

前記のガラス板を焼成した後に、以下のステップも含まれる。焼成した後のガラス板の平面度制御を行う。ここでも同じくガラス製造工程における平面度制御を取り入れる。焼成が完了した後、まず８０〜２３０分間（１５０分が好適）保温し、そして素早くガラス板を２００〜３００℃のシリコンオイルの中に置き、１５〜２０分間静置する。その後に乾燥室に置き室温まで冷却させる。最後に四塩化炭素、アセトン、水で順次洗浄し、平面度を向上させたカラーフィルタ基板が得られる。

この他、ガラス板を焼成した後にブラシで研磨しても良い。これにより、ガラス板の平面度をある程度制御することができる。

本実施例のカラーフィルタ基板の製造方法において、溶融したガラス液により炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を封止し、ブラックマトリクスパターンを備えるガラス板を形成する。そして赤色の着色剤、緑色の着色剤、青色の着色剤をそれぞれ混合したガラス原料を前記ブラックマトリクスパターンの開口部のガラス板上に充填して焼成し、赤、緑、青の三原色層のカラーフィルタ層を焼成する。本発明によるカラーフィルタ基板は均一性と熱安定性が高く、かつ高い温度と湿度に耐えられ、透過率と色純度が高い特徴を備え、大いにカラーフィルタ基板の性能を向上させ、表示効果を高め、カラーフィルタ基板の寿命を延ばすことができる。

以上に述べたのは公開される発明の具体的実施例に過ぎず、本発明の保護範囲はこれに限るものではなく、公開される発明の技術範囲内において、本技術領域を熟知する技術者が簡単に想像できる変更や取替は全て、本発明の保護範囲に含まれるべきである。このため、公開される発明の保護範囲は特許請求の範囲をもとにすべきである。

２ ブラックマトリクスパターン
６ 高分子透過膜
８ 炭粉顆粒

Claims (14)

1. 複数の開口部があるブラックマトリクスパターンを備えるベース基板と、
   前記ベース基板上に設置され、前記ブラックマトリクスパターンの開口部に位置する複数の異なる色のカラーフィルタ層と、
   を含み、前記カラーフィルタ層は異なる色のガラス層であり、
   前記ブラックマトリクスパターンを備えるベース基板は、炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜をガラスに封入したガラス板であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 前記ベース基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ基板。
3. 前記カラーフィルタ層は、異なる色の着色剤が混合されたガラス層であることを特徴とする請求項１あるいは２記載のカラーフィルタ基板。
4. 前記カラーフィルタ層はそれぞれ三種類の異なる色であり、前記異なる色のカラーフィルタ層は前記ブラックマトリクスパターンの複数の開口部に順次配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板。
5. 前記カラーフィルタ層はそれぞれ赤、緑、青の三種類の異なる色があり、前記異なる色の着色剤はそれぞれ赤色の着色剤、緑色の着色剤、及び青色の着色剤であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板。
6. 前記赤色の着色剤は酸化銅、前記緑色の着色剤は酸化クロム、前記青色の着色剤は酸化コバルトであることを特徴とする請求項５記載のカラーフィルタ基板。
7. 炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を形成するステップ、
   溶融したガラス液により、炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を封入し、複数の開口部があるブラックマトリクスパターンを備えるガラス板を形成するステップ、
   異なる色の着色剤を混合したガラス原料を前記ブラックマトリクスパターンの開口部のガラス板上に順次充填するステップ、
   前記ガラス板を焼成し、異なる色の着色剤を混合したガラス原料を異なる色のカラーフィルタ層に焼成するステップ、
   を含むカラーフィルタ基板の製造方法。
8. 前記炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を形成するステップは、
   高分子材料を溶剤に溶解させるステップと、
   前記溶剤に溶解した高分子材料を支持材上に堆積させ、マトリクス形状の高分子ウェット膜を形成するステップと、
   高分子ウェット膜内の溶剤を蒸発させ、マトリクス形状の高分子透過膜を形成するステップと、
   高分子透過膜を炭粉溶液に入れ、炭粉顆粒を前記高分子透過膜に吸着させ、炭粉顆粒を吸着したマトリクス形状の高分子透過膜を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項７記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
9. 前記高分子材料を支持材上に堆積させるステップは、減圧法により前記高分子材料を前記支持材上に堆積させる工程を含むことを特徴とする請求項８記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
10. 前記支持材はポリエステル布であることを特徴とする請求項９記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
11. 前記異なる色の着色剤はそれぞれ赤色の着色剤、緑色の着色剤、及び青色の着色剤であることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
12. 前記ガラス原料を前記ブラックマトリクスパターンの開口部のガラス板上に充填するステップは、それぞれの開口部において別々に前記ガラス原料を注入する工程と、前記ガラス原料を注入したガラス板において前記ガラス原料を伸ばす工程を含むことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
13. 前記ガラス板の焼成が完了した後、
    焼成が完了したガラス板を８０〜２３０分間保温し、そして素早くガラス板を２００〜３００℃のシリコンオイルの中に置き、１５〜２０分間静置し、その後に乾燥室に置き室温まで冷却させ、最後に四塩化炭素、アセトン、水で順次洗浄する工程、
    を含むことを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
14. 前記赤色の着色剤は酸化銅、前記緑色の着色剤は酸化クロム、前記青色の着色剤は酸化コバルトであることを特徴とする請求項１１記載のカラーフィルタ基板の製造方法。