カラーフィルター

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【発明の名称】	カラーフィルター
【発明者】	【氏名】澤田篤昌
【要約】	【課題】オーバーコートとしての役割をもつ樹脂膜層が液晶層に対して露出すると、外部からの紫外光による励起エネルギーが、色層に達した酸素分子を活性化させ、色層に使用されている有機顔料等の色素を分解し、退色等の劣化を導く。又、色層とその上のＴｉＯ₂との間に樹脂膜層がある構造でも、樹脂膜層自体が有する溶存活性酸素により色層を劣化させる恐れがある。【解決手段】上層にのみ紫外光に対して遮光性のあるＴｉＯ₂を形成する場合にはカラーフィルターの上を直接ＴｉＯ₂で覆い、さらに退色防止効果を完璧にするために、下層にもＴｉＯ₂を設ける場合には、カラーフィルターの上を直接ＴｉＯ₂３Ｕで覆った上で，下層にもＴｉＯ₂３Ｄを敷くことにより、色層６への紫外部の波長領域をもつ光の進入が抑えられ、色層６上方からの色層への酸素流入をも遮断することから、自動酸化反応の進行防止効果による退色防止効果も得られる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】基板の上方に色層を有し、前記色層よりも少なくとも下方にならない位置にあって、前記色層の下面以外の露出する表面を直接覆って紫外光を遮光する上部遮光層のみを有することを特徴とするカラーフィルター。
【請求項２】基板の上方に色層を有し、前記基板と前記色層との間に紫外光を遮光する下部遮光層を有し、かつ、前記色層よりも少なくとも下方にならない位置にあって、紫外光を遮光する上部遮光層を有することを特徴とするカラーフィルター。
【請求項３】前記上部遮光層は、前記色層の下面以外の露出する表面を直接覆う請求項２記載のカラーフィルター。
【請求項４】前記色層は、隣接する色層との間に色層の形成されない隙間を有しており、少なくとも前記隙間の底部を充填するブラックマトリックス層を有する請求項１、２又は３記載のカラーフィルター。
【請求項５】前記基板と前記色層との間には、薄膜トランジスタのゲート電極及び薄膜トランジスタのチャネル部を構成する半導体層を有しており、前記薄膜トランジスタと前記上部遮光層との間に前記色層を有する請求項１、２、３又は４記載のカラーフィルター。
【請求項６】前記色層は、前記薄膜トランジスタのチャネル部の上方に色層の形成されない隙間を有しており、前記薄膜トランジスタと前記上部遮光層との間にあって、少なくとも前記隙間を覆い、かつ、少なくとも前記薄膜トランジスタのチャネル部を覆うブラックマトリックス層を有する請求項５記載のカラーフィルター。
【請求項７】前記薄膜トランジスタの下方にも紫外光を遮光する下部遮光層を有する請求項５又は６記載のカラーフィルター。
【請求項８】前記上部遮光層は、酸素を遮断する酸素遮断層を兼ねる請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のカラーフィルター。
【請求項９】前記基板の上方に上部遮光層のみを有する場合には前記上部遮光層が、前記基板の上方に上部遮光層及び下部遮光層を共に有する場合は、前記上部遮光層及び前記下部遮光層が、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）である請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のカラーフィルター。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルターの構造に関し、特に、退色による画質の劣化を防止する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３に示す一般的液晶表示用カラーフィルター基板は、透明基板４１上に格子状のパターンをフォトリソグラフィー法などにより形成したブラックマトリックス４２と、このブラックマトリックス４２の格子間を埋めるように印刷、もしくはフォトリソグラフィー法などにより形成された赤色、緑色、青色の色層４６から成り、色層４６とブラックマトリックス４２を覆うように樹脂膜層４４の構造を成している。各色の色層４６には、染料、有機顔料、無機顔料等の色材が用いられている。
【０００３】次に、図４に示す本発明に類似の一般的カラーフィルターは、樹脂膜層６４と画素電極層６５の間に両層間の付着力向上を目的とした上層ＴｉＯ₂６３Ｕを設けている（公知例：特開平５－１１９３０６）。
【０００４】また、図５に示すようなカラーフィルター・オン・ＴＦＴは、ゲート線８７、ゲート絶縁膜８８、半導体膜９１、ソース線９０等からなるＴＦＴの上方に、保護絶縁膜９２を除いては、図３と同様な構造体を有している（公知例：ＥｕｒｏＤｉｓｐｌａｙ’９９Ｌａｔｅ－ｎｅｗｓＰａｐｅｒｐ７７－８０）。
【０００５】カラーフィルターは、図５に示すように、ブラックマトリックス８２と共に、液晶パネル内の液晶分子配向方式により、カラーフィルター側にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅの略称で、以下ＩＴＯと記す。）等の透明な画素電極８５、または樹脂膜層８４を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩＰＳ（Ｉｎ－ｐｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｅｄの略称で、以下ＩＰＳと記す。）方式等の画素電極５を持たない液晶表示体や、図５に示すＣＯＴ（カラーフィルター・オン・ＴＦＴの略称で、以下ＣＯＴと記す。）等は、一般にオーバーコートとしての役割をもつ樹脂膜層８４が液晶層に対して、画素電極配置上露出してしまう可能性を持っている。
【０００７】このことは、外部からの紫外光による励起エネルギーが色層８６に達した酸素分子を活性化させ、色層８６に使用されている有機顔料等の色素を分解し、退色等の劣化を導く。
【０００８】このように、酸素分子を遮断可能にするために、透明基板８１上の色層８６を覆って酸素分子を遮断する層がないことが従来の液晶表示用カラーフィルター基板の欠点である。
【０００９】また、本発明とは目的を異にするものではあるが、外部からの紫外光遮断が期待できる図４に示すような上層ＴｉＯ₂６３Ｕを設けた構造が公知である。しかし、このカラーフィルター基板は、色層６６と上層ＴｉＯ₂６３Ｕの間に樹脂膜層６４があるため、樹脂膜層６４自体が有する溶存活性酸素により色層６６を劣化させる恐れがある。
【００１０】本発明の目的は、カラーフィルターを搭載する基板において、カラーフィルターが紫外光又は酸素により退色等の劣化を生じないカラーフィルターの構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のカラーフィルターは、基板の上方に色層を有し、前記色層よりも少なくとも下方にならない位置にあって、前記色層の下面以外の露出する表面を直接覆って紫外光を遮光する上部遮光層のみを有することを特徴とする。
【００１２】本発明の第２のカラーフィルターは、基板の上方に色層を有し、前記基板と前記色層との間に紫外光を遮光する下部遮光層を有し、かつ、前記色層よりも少なくとも下方にならない位置にあって、紫外光を遮光する上部遮光層を有することを特徴とし、前記上部遮光層は、前記色層の下面以外の露出する表面を直接覆う、というものである。
【００１３】又、上記第１、２のカラーフィルターにおいて前記色層は、隣接する色層との間に色層の形成されない隙間を有しており、少なくとも前記隙間の底部を充填するブラックマトリックス層を有する、というものである。
【００１４】上記第１、２のカラーフィルターの具体的な適用形態として、前記基板と前記色層との間には、薄膜トランジスタのゲート電極及び薄膜トランジスタのチャネル部を構成する半導体層を有しており、前記薄膜トランジスタと前記上部遮光層との間に前記色層を有し、さらに、前記色層は、前記薄膜トランジスタのチャネル部の上方に色層の形成されない隙間を有しており、前記薄膜トランジスタと前記上部遮光層との間にあって、少なくとも前記隙間を覆い、かつ、少なくとも前記薄膜トランジスタのチャネル部を覆うブラックマトリックス層を有する、というものである。
【００１５】上記適用形態において、前記薄膜トランジスタの下方にも紫外光を遮光する下部遮光層を有する、という形態も採用し得る。
【００１６】最後に、上記第１、２のカラーフィルターにおいて、前記上部遮光層は、酸素を遮断する酸素遮断層を兼ね、さらに、前記基板の上方に上部遮光層のみを有する場合には前記上部遮光層が、前記基板の上方に上部遮光層及び下部遮光層を共に有する場合は、前記上部遮光層及び前記下部遮光層が、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）である、というものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の特徴は、以下のようにまとめることができる。
１）紫外光に対して遮光性のある二酸化チタン（ＴｉＯ₂）を各種カラーフィルターの色層上部と下部に膜形成することで、有機色素を含む色層を外光に含まれる紫外光よる退色から保護できる。
２）酸素遮断性を有するＴｉＯ₂を各種カラーフィルターの色層上部に膜形成することで、有機色素を含む色層を自動酸化による退色から保護できる。
【００１８】次に、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。
【００１９】図１に示される一般的カラーフィルターは、透明基板１上に紫外光に対して遮光性のある下層ＴｉＯ₂３Ｄ、ブラックマトリックス２、色層６、紫外光に対して遮光性があり、酸素遮断性も有する上層ＴｉＯ₂３Ｕ、樹脂膜層４、画素電極５の順番に形成する。下層ＴｉＯ₂３Ｄと上層ＴｉＯ₂３Ｕは、何れも数１００ｎｍの膜厚となる様に真空蒸着法、化学気相成長法、スパッタリング法等を用いて形成する。その他のブラックマトリックス２、色層６、樹脂膜層４、画素電極５については公知の方法にて形成する。
【００２０】カラーフィルターの色層６中に含まれる有機色素には、フタロシアニン類、アントラキノン類、インジゴ類、オキサジン類、ペリレン類等の数多くのものが知られており、単一もしくは複数混合して用いられている。これら有機色素には、一般的に顔料母体分子の電子吸収スペクトル長波長シフト化の為に必要な不飽和基を持っており、色素退色に大きく関係している。退色のメカニズムには、一重項酸素などの活性酸素による発色団の分解と、紫外光による分子構造の直接的な分解の二通りが考えられる。劣化パターンについては、前者の例を示すと以下の様になる。
【００２１】（開始反応）・パターン１【００２２】
【数１】

【００２３】・パターン２【数２】

（伝播反応）
１．ハイドロパーオキサイドの生成・パターン１【数３】

・パターン２【数４】

２．ハイドロパーオキサイドの生成・パターン１【００２４】
【数５】

【００２５】・パターン２【数６】

３．オキシラジカルの分解【数７】

ＴｉＯ₂は、公知の事実として紫外線波長領域に対し耐光性及び遮光性がある。ＴｉＯ₂は、酸素遮断性が公知の事実として実証されている（公知例：特開平５－１１９３０６）。ＴｉＯ₂は、公知の事実として、可視領域で光透過性がある単結晶状の物質であることから、カラーフィルターへの適用が可能である。
【００２６】以上のことから、本発明の第１の実施形態では、紫外光に対して遮光性のある上層ＴｉＯ₂３Ｕと下層ＴｉＯ₂３Ｄを設けることにより、色層６への紫外部の波長領域をもつ光の進入が押さえられ、色素分子の直接的分解を押さえることができ、退色防止効果が得られる。また、上層ＴｉＯ₂３Ｕは、色層６への酸素流入を遮断し、自動酸化反応の進行を押さえることから、退色防止効果が得られる。
【００２７】次に、本発明の第２の実施形態について図２を参照して説明する。
【００２８】図２に示されるカラーフィルターは、透明基板２１上に下層ＴｉＯ₂２３Ｄ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；ゲート線２７、ゲート絶縁膜２８、ドレイン線２９、ソース線３０、半導体膜３１、保護絶縁膜３２）、ブラックマトリックス２２、色層２６、上層ＴｉＯ₂２３Ｕ、樹脂膜層２４、画素電極２５の順番に形成する。下層ＴｉＯ₂と上層ＴｉＯ₂は、何れも数１００ｎｍの膜厚となる様に真空蒸着法、化学気相成長法、スパッタリング法等を用いて形成する。その他のブラックマトリックス２２、色層２６、樹脂膜層２４、画素電極２５については公知の方法にて形成する。
【００２９】ＴＦＴ上のカラーフィルターの構造を以上のような構造にすることにより、第１の実施形態で述べたものと同じ効果が得られる。即ち、上下層のＴｉＯ₂が、色層２６への紫外光の進入を防いで、色素分子の直接的分解を抑え、また、上層ＴｉＯ₂２３Ｕが、色層２６への酸素流入を遮断し、自動酸化反応の進行を抑え、退色防止効果を発揮する。
【００３０】
【発明の効果】本発明のカラーフィルターの構造を採用すれば、上層にのみ紫外光に対して遮光性のあるＴｉＯ₂を形成する場合にはカラーフィルターの上を直接ＴｉＯ₂で覆い、さらに退色防止効果を完璧にするために、下層にもＴｉＯ₂を設ける場合には、カラーフィルターの上を直接ＴｉＯ₂で覆った上で下層にもＴｉＯ₂を敷くことにより、色層への紫外部の波長領域をもつ光の進入が抑えられ、色素分子の直接的分解を抑えることができ、退色防止効果が得られる。また、色層上方からの色層への酸素流入を遮断することから、自動酸化反応の進行防止効果による退色防止効果も得られる。

【出願人】	【識別番号】０００００４２３７【氏名又は名称】日本電気株式会社
【出願日】	平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【代理人】	【識別番号】１０００８２９３５【弁理士】【氏名又は名称】京本直樹（外２名）
【公開番号】	特開２００１－１９４５１８（Ｐ２００１－１９４５１８Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－１２５４（Ｐ２０００－１２５４）