JP2002296575A - 液晶装置用基板および液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低アルカリガラスを基板としたカラーフィルタ
ーにおいて、現像時に低アルカリガラスとの密着力の高
い樹脂ブラックマトリックスを提供することで、低アル
カリガラス上において良好なブラックマトリックスパタ
ーンを得る。 【解決手段】低アルカリ基板上に遮光材と樹脂を有して
なる樹脂ブラックマトリックスが形成されており、該遮
光材は高分子化合物とカーボンブラックを有することを
特徴とする液晶表示素子用基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低アルカリガラス
を用いた液晶表示素子用基板および該液晶表示素子用基
板を用いた液晶表示素子に関する。これらの液晶表示素
子は、画像や文字の表示や、情報処理などに用いられる
ものであり、具体的には、パソコン、ワードプロセッサ
ー、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、ビデオ、携
帯電話などの表示画面や、液晶プロジェクター、液晶空
間変調素子などに用いられる。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は基本的には２枚の基板間
に液晶層が挟み込まれた構造を取っている。液晶表示素
子内部の液晶層が電圧印加に伴って示す電気光学応答を
利用することにより明暗が表現できる。色選択性を有す
る画素から成るカラーフィルターを用いることによりカ
ラー表示が可能である。

【０００３】基板にはガラスが用いられるが、用途によ
り、３種類のガラスが使い分けられている。低アルカリ
ガラスは、アルカリガラスとともにパッシブマトリック
スと呼ばれるＴＮモードやＳＴＮモードの液晶表示素子
に用いられるガラスである。アルカリイオンは液晶中に
混入して表示ムラの原因になるので、アルカリガラスで
はシリカ被覆してアルカリ溶出防止が施されるが、低ア
ルカリガラスではアルカリ溶出量が小さいので、アルカ
リ溶出防止のための被覆が不要である。一方、ＴＦＴ駆
動素子を用いたアクティブマトリックスでは、駆動素子
の電気的特性に微量のアルカリが悪影響を及ぼすのでア
ルカリを含まない無アルカリガラスが用いられる。

【０００４】カラーフィルターは３原色の着色膜の集ま
りを一画素として多数の画素から構成されている。そし
て、各着色膜の間には混色の防止によるコントラスト向
上や対向基板上の駆動素子の誤動作防止のためにブラッ
クマトリックスと呼ばれる遮光膜が用いられる。遮光膜
としては、クロム、ニッケルなどの金属膜を用いること
が知られている他、カーボンブラックを主成分とする黒
色遮光材と樹脂の組成物、すなわち樹脂ブラックマトリ
ックスにより形成する方法が知られている。樹脂ブラッ
クマトリックスはクロム、ニッケルなどの重金属を含ま
ないため、対環境性の点で優れている。また、真空薄膜
形成プロセスを使用しないので、低コストである点でも
優れている。

【０００５】樹脂ブラックマトリックスの遮光材として
は、通常カーボンブラックが使用されるが、本発明者ら
が検討したところ、無アルカリガラスやシリカコートし
たアルカリガラス上では十分な接着力があるカーボンブ
ラックを使った樹脂ブラックマトリックスであっても低
アルカリガラス上では接着力、特にキュア前でパターニ
ング時の接着力が不足し、パターニングする際に膜が脱
離しやすいことがわかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、かか
る従来技術の欠点を解決せんとするものであり、低アル
カリガラス上でも良好にパターニングされた樹脂ブラッ
クマトリックスを備えた液晶表示素子用基板を提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には、
以下の構成からなる。低アルカリ基板上に遮光材と樹脂
を有してなる樹脂ブラックマトリックスが形成されてお
り、該遮光材は高分子化合物とカーボンブラックを有す
ることを特徴とする液晶表示素子用基板。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に使用される基板は、低ア
ルカリガラスである。アルカリの含有量により、ガラス
は、アルカリガラス、低アルカリガラス、無アルカリガ
ラスに分けることができる。アルカリとは、アルカリ金
属元素であり、ナトリウム、カリウム、リチウム、ルビ
ジウム、セシウムである。無アルカリガラスでは、Ｒ₂
Ｏ（Ｒはアルカリ金属）で示されるアルカリ成分が重量
で０．１％未満である。アルカリガラスにおいては、数
％〜数十％含まれる。低アルカリガラスでは２％以下で
ある。ＪＩＳ Ｒ３５０２で測定したアルカリ溶出量に
おいては、無アルカリガラスはＲ₂Ｏで示されるアルカ
リ成分の溶出が、ほぼ０であり、低アルカリガラスでは
０．１ｍｇ以下である。無アルカリガラスおよび低アル
カリガラスとしては、ホウケイ酸ガラスおよびアルミノ
ホウケイ酸塩ガラスに分類されるガラスが用いられる
が、ホウケイ酸ガラスおよびアルミノホウケイ酸塩ガラ
スに分類されるガラスの中でもアルカリ含有量に大きな
幅がある。例えば、ホウケイ酸ガラスは、ＳｉＯ₂、Ｂ₂
Ｏ₃を主体とし、Ｒ₂Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯが添加される
が、Ｒ₂Ｏ量は、０〜２０％である。また、アルミノホ
ウケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を主体とし、
Ｒ₂Ｏ、ＣａＯ、Ｂ₂Ｏ₃が添加されるが、Ｒ₂Ｏ量は、０
〜２０％である。

【０００９】上記低アルカリガラス基板上に樹脂ブラッ
クマトリックスが設けられる。樹脂ブラックマトリック
スに用いられる遮光材としては、カーボンブラック、黒
鉛、酸化チタン、四酸化鉄等の金属酸化物粉、金属硫化
物粉などがあるが、本発明では、現像液でパターニング
中の樹脂ブラックマトリックスと低アルカリガラス基板
との接着力を確保し、パターンの脱離を防止するため
に、遮光材は高分子化合物とカーボンブラックを有する
ことが必要である。ここで接着性をより強固なものとす
るためには、カーボンブラックが高分子化合物に覆われ
ている形態が好ましい。覆われている状態としては、カ
ーボンブラック表面の好ましくは１０％以上（より好ま
しくは３０％以上、更に好ましくは５０％）が覆われて
いることである。また、高分子化合物とカーボンブラッ
クとの結合形態は特に限定されるものではなく、物理的
吸着、化学的吸着、グラフト重合等が例示できるが、遮
光材との結合が強く、溶媒への分散時に高分子化合物が
脱離しにくく、また、遮光材表面上に立体的に配置され
易いことから、少量で効果がありＯＤ値の低下が小さい
点で、高分子化合物によりグラフト化されたカーボンブ
ラックからなる遮光材を採用することが好ましい。以
下、この好適な例である高分子化合物によりグラフト化
されたカーボンブラックからなる遮光材を専ら例に取り
本発明を説明していくが、なんらこれに限定されるもの
ではない。カーボンブラック表面に高分子をグラフト重
合することで現像液中での低アルカリガラス基板と樹脂
ブラックマトリックスの接着力を高めることができる理
由の詳細は不明であるが、キュア前においては、樹脂は
下地との接着力を発現しきれておらず、樹脂に分散され
た遮光材と下地の接着力が現像時の樹脂ブラックマトリ
ックスの接着力に大きな役割を果たしているためと考え
られる。前述の通りであるので、樹脂ブラックマトリッ
クス中の遮光材が全て高分子化合物でグラフト化されて
いる必要はなく、少なくとも、低アルカリガラス等との
界面部分において遮光材が高分子化合物でグラフト化さ
れていれば十分である。

【００１０】高分子としてはアクリル系ポリマーが好ま
しい。

【００１１】低アルカリガラス基板との接着力を確保す
るために、カーボンブラックにグラフト重合する高分子
がアクリルであることが好ましい。アクリルはグラフト
重合しやすいことに加えて、極性基の導入量をコントロ
ールしやすく、下地との接着力と樹脂ブラックマトリッ
クスを構成する樹脂との馴染み、すなわち分散性のバラ
ンスを取りやすい。又、高分子化合物の分子量は特に限
定されるものではないが、重量平均分子量は、好ましく
は５００〜５０万（より好ましくは１０００〜２５万）
である。

【００１２】カーボンブラックとしては水とカーボンブ
ラックを混合した液体を測定したときのｐＨが５以下で
あることが、グラフトがしやすく好ましい。

【００１３】本発明における高分子化合物によりグラフ
ト化されたカーボンブラックからなる遮光材について、
当該高分子化合物とカーボンブラックとの重量比は好ま
しくは０．５：９９．５〜５０：５０（より好ましくは
１：９９〜４０：６０である。カーボンブラック表面に
高分子をグラフト重合することで、さらにキュア後の接
着力も高めることができる。

【００１４】本発明に使用される遮光材粒子の一次粒子
径は１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは６０ｎ
ｍ以下である。何故ならばより濃い黒色を得ることがで
きるとともに樹脂ブラックマトリックスの表面粗さを低
減して液晶配向への悪影響を抑制することができるから
である。一方、遮光材粒子の一次粒子径の下限値は特に
限定されるものではないが、１０ｎｍ以上が好ましく、
１５ｎｍ以上がより好ましい。何故ならば、小さすぎる
と分散が不安定になりやすく、塗布の安定性が損なわれ
たり、凝集によってかえって表面粗さが増大することが
あるからである。一次粒子径は、電子顕微鏡による算術
平均により求めることができる。

【００１５】カーボン粒子とアクリルポリマーあるいは
アクリルモノマーを溶剤とともに加熱撹拌重合させるこ
とで、カーボンブラックに高分子化合物をグラフト化す
ることができる。この場合、レドックス開始剤などの開
始剤を添加しても良い。気相でグラフト重合させる例と
しては、カーボン粒子を減圧下に置き、アクリルモノマ
ーの熱分解あるいはプラズマ分解を利用する方法があ
る。

【００１６】なお、本発明において、遮光材の高分子化
合物やカーボンブラックは、単独種であっても良いし、
複数種の混合でも良い。混合形態は、粒子毎に異なって
いても良いし、１つの粒子中で複数種が混合しているも
のであっても良い。又、本発明において、樹脂ブラック
マトリックス中に、遮光材や樹脂以外のもの（分散剤、
界面活性剤、色調調整のための顔料等）が混合されてい
ても良いが、それが樹脂ブラックマトリックス中に占め
る割合は２０重量％以下であることが好ましい。

【００１７】樹脂ブラックマトリックス中における樹脂
成分の含有量は、好ましくは１０重量％以上である。上
限値は遮光材などの下限値により決められる。樹脂ブラ
ックマトリックスおよび後述する着色膜に用いられる樹
脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、ア
クリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、
ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの非感光
性または感光性の材料が好ましく用いられる。

【００１８】非感光性の樹脂としては、上記の各種ポリ
マーなどで現像処理が可能なものが好ましく用いられる
が、透明導電膜の製造工程や液晶表示素子の製造工程で
かかる熱に耐えられるような耐熱性を有する樹脂が好ま
しい。また、液晶表示素子の製造工程で使用される有機
溶媒への耐性を持つ樹脂が好ましく、中でもポリイミド
系樹脂が特に好ましい。

【００１９】本発明で使用されるポリイミド樹脂は例え
ば、前駆体としてのポリアミック酸を加熱閉環イミド化
することによって形成される。ポリアミック酸は、通常
次の一般式（１）で表される構造単位を主成分とする。

【００２０】

【化１】

【００２１】ここで上記式（１）中のｎは１〜４の数で
ある。Ｒ¹は酸成分残基であり、Ｒ¹は少なくとも２個の
炭素原子を有する３価または４価の有機基を示す。耐熱
性の面から、Ｒ¹は環状炭化水素、芳香族環または芳香
族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の３価または
４価の基が好ましい。Ｒ¹の例として、フェニル基、ビ
フェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン
基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、
ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニル
トリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペン
チル基などから誘導された基が挙げられるがこれに限定
されるものではない。Ｒ²は少なくとも２個の炭素原子
を有する２価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ²は
環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、
かつ炭素数６から３０の２価の基が好ましい。Ｒ²の例
として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、
ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジ
フェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾ
フェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフ
ェニルメタン基、シクロヘキシルメタン基などから誘導
された基が挙げられるがこれに限定されるものではな
い。上記式（１）で表される構造単位を主成分とするポ
リマーはＲ¹、Ｒ²がこれらの内各々１個から構成されて
いても良いし、各々２種以上から構成される共重合体で
あっても良い。

【００２２】またアクリル系樹脂としては、アクリル
酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタク
リレートなどのアルキルアクリレートまたはアルキルメ
タクリレート、環状のアクリレートまたはメタクリレー
ト、ヒドロキシエチルアクリレートまたは、メタクリレ
ートなどの内から３〜５種類程度のモノマを用いて、分
子量５０００〜２０００００程度に重合した樹脂を用い
ることが好ましい。

【００２３】感光性の樹脂としては、光分解型樹脂、光
架橋型樹脂、光重合型樹脂などのタイプがあり、特に、
エチレン不飽和結合を有するモノマー、オリゴマーまた
はポリマーと紫外線によりラジカルを発生する光重合性
モノマや光重合開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポ
リアミック酸組成物等が好適に用いられる。光重合性モ
ノマとしては、２官能、３官能、それ以上の多官能モノ
マがあり、２官能モノマとして、１，６−ヘキサンジオ
ールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレー
ト、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリエチ
レングリコールアクリレートなどがあり、３官能モノマ
として、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペ
ンタエリスリトールトリアクリレート、トリス（２−ヒ
ドロキシエチル）イソシアネートなどがあり、それ以上
の多官能モノマとしてジトリメチロールプロパンテトラ
アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘ
キサアクリレートなどがある。また、光重合開始剤とし
ては、ベンゾフェノン、チオキサントン、イミダゾー
ル、トリアジン系などが単独もしくは混合で用いられ
る。

【００２４】前記樹脂と溶媒などからなる樹脂溶液中に
遮光材粒子を分散させることにより樹脂ブラックマトリ
ックス用のペースト（以下、黒色ペーストという、これ
に対して、着色膜用のペーストを着色ペースト又は単に
色ペーストという）を得る。遮光材粒子を分散させる方
法としては、例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光材
粒子や分散剤等を混合させた後、三本ロール、サンドグ
ラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方
法などがあるが、これらの方法に特に限定されない。ま
た、遮光材粒子の分散性向上、あるいは塗布性や平坦性
向上のために種々の添加剤が加えられていても良い。樹
脂ブラックマトリックスおよび後述する着色膜の塗液に
用いる溶媒は、着色材、遮光材、樹脂の溶解性、塗液の
塗布性などの観点から選択する。

【００２５】遮光材粒子と樹脂の比は、高分子化合物に
よりグラフト化されたカーボンブラックと樹脂が重量組
成比で、６５：３５〜２０：８０の範囲が低アルカリガ
ラスに対して高い密着力を示しかつ高いＯＤ値を有する
上で好ましい。重量比で遮光材粒子が６５％を越えると
分散性確保が難しくなる他、パターン形成性が悪くな
る。また、遮光材粒子が２０％未満となるとＯＤ値が低
く、十分な遮光性を得るために厚いブラックマトリック
スとなって、液晶配向に重要な基板の平坦性が損なわれ
る。高分子化合物によりグラフト化されたカーボンブラ
ックと樹脂が重量組成比で、４０：６０〜２２：７８の
範囲が更に好ましい。

【００２６】樹脂ブラックマトリックスの色度調整など
を目的として、黒色以外の顔料を添加することは、十分
なＯＤ値を確保できる範囲で適宜許される。

【００２７】樹脂ブラックマトリックスは、黒色ペース
トを基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングして形
成される。黒色ペーストを塗布する方法としては、ディ
ップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティ
ング法、ワイヤーバーコーティング法などが好適に用い
られ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱
乾燥する。加熱乾燥条件は、使用する樹脂、溶媒、ペー
スト塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜
６０分である。

【００２８】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォ
トレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹
脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成
した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ形フ
ォトレジスト膜または酸素遮断膜を除去し、キュアす
る。キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る
場合には、塗布量により若干異なるが、２００〜３００
℃で１〜６０分の加熱が一般的である。アクリル系樹脂
の場合には、キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１
〜６０分の加熱が一般的である。かくして樹脂ブラック
マトリックスを得る。

【００２９】また、基板上に黒色ペーストを塗布する方
法以外に、別基板上に塗布、セミキュアされた黒色膜を
加熱加圧して転写する方法（転写法）によって樹脂ブラ
ックマトリックスを形成しても良い。

【００３０】本発明の樹脂ブラックマトリックスには混
色の防止、駆動素子に外光があたることにより生じる駆
動素子の誤作動の防止、駆動配線上の配向不良部分の遮
光などのため、一定以上の遮光能を付与する。反射型あ
るいは半透過型と呼ばれる液晶表示素子においては、バ
ックライトからの透過光に対しては金属薄膜の反射膜に
よる遮光性があること、外光の反射光はブラックマトリ
ックスを二回通ることなどの理由により、通常の透過型
の液晶表示の場合より遮光能は低くても良い。ＯＤ値
は、波長４３０〜６４０ｎｍの可視光域において１．３
以上が好ましい。

【００３１】樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、上記
のＯＤ値と液晶表示素子用基板表面の平坦性の点から選
択されるが、好ましくは０．５〜２μｍ、より好しくは
０．８〜１．５μｍである。

【００３２】樹脂ブラックマトリックス層は格子状もし
くはストライプ状に形成される。樹脂ブラックマトリッ
クス層の下に部分的に着色層などの有機物層や反射型も
しくは半透過型液晶表示素子に用いられる金属反射膜な
どが配置されても良い。あるいは、信号配線上などの上
に直接形成される部分があっても良い。

【００３３】本発明の液晶表示素子用基板の一形態であ
るカラーフィルターは、少なくとも基板、樹脂ブラック
マトリックス、および着色膜から構成され、カラーフィ
ルターオンアレイと呼ばれる駆動素子側基板にカラーフ
ィルターを設ける配置でも有効である。通常、赤、緑、
青または黄、マゼンダ、シアンの三原色の着色膜がブラ
ックマトリックスの開口部に配置される。

【００３４】着色膜用の色ペーストは着色材、前述の樹
脂と溶媒などによって形成される。着色材としては有機
顔料、無機顔料、染料を問わず着色剤全般を使用するこ
とができる。代表的な有機顔料の例をカラーインデック
ス（ＣＩ）ナンバーで示す。赤色顔料の例としてはピグ
メントレッド９、９７、１２２、１２３、１４４、１４
９、１６６、１６８、１７７、１９０、１９２、２０
９，２１５、２１６、２２４、２５４などが挙げられ
る。緑色顔料の例としてはピグメントグリーン７、１
０、３６、４７などが挙げられる。青色顔料の例として
はピグメントブルー１５：３、１５：４、１５：６、２
１、２２、６０、６４などが挙げられる。黄色顔料の例
としてはピグメントイエロー１２、１３、１４、１７、
２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１
０、１１７、１２５、１２９，１３７、１３８、１３
９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６
６、１７３などが挙げられる。紫色顔料の例としてはピ
グメントバイオレット１９、２３、２９、３２、３３、
３６、３７、３８などが挙げられる。橙色顔料の例とし
てはピグメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４
０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５
などが挙げられる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン
処理、酸性基処理、塩基性基処理などの表面処理が施さ
れているものを使用しても良い。

【００３５】着色膜を形成する方法としては、樹脂ブラ
ックマトリックスと同様の方法が採用できる。基板上に
着色剤を含むペーストを塗布、乾燥した後に、パターニ
ングを行う。着色剤を分散または溶解させ着色ペースト
を得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤を混合させ
た後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルな
どの分散機中で分散させる方法などがある。

【００３６】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーコ
ーティング法等が好適に用いられ、この後、オーブンや
ホットプレートを用いて加熱乾燥を行う。加熱乾燥条件
は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なる
が通常６０〜２００℃で１〜６０分である。

【００３７】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォ
トレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹
脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成
した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレ
ジスト膜または酸素遮断膜を除去し、キュアする。

【００３８】キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹
脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、２００
〜３００℃で１〜６０分の加熱が一般的である。アクリ
ル系樹脂の場合には、キュア条件は、１５０〜３００℃
で１〜６０分加熱が一般的である。以上のプロセスによ
り、基板上にパターニングされた着色膜が形成される。
また、いわゆる転写法で着色膜を形成しても良い。

【００３９】基板上に、上記のように、第１色目の着色
膜を全面にわたって形成した後に、不必要な部分をフォ
トリソグラフィー法により除去し、所望の第１色目の着
色膜のパターンを形成する。同様の操作を繰り返し、第
２色目の着色パターン、第３色目の着色パターンを形成
する。

【００４０】着色膜の膜厚は、好ましくは０．５〜２．
５μｍ、より好ましくは０．８〜２μｍである。この膜
厚が０．５μｍよりも薄い場合には、着色が不十分にな
る。一方、膜厚が２．５μｍよりも厚い場合には、カラ
ーフィルターの平坦性が犠牲になりやすい。現実には、
各着色膜の目標とする色を出し、かつ３色の着色膜およ
び樹脂ブラックマトリックスの段差がなるだけ小さくな
るように着色膜中の着色材料と樹脂の比率を設定するこ
とにより膜厚を一定範囲内に調整する。

【００４１】着色膜の上には必要に応じて透明保護膜を
形成できる。樹脂ブラックマトリックスを採用した場
合、金属薄膜によるブラックマトリックスに比べて膜厚
が大きいので、カラーフィルターの凹凸が大きくなり、
平坦化のために透明保護膜が設けられることが多い。ま
た、透明保護膜を設けることで着色膜や樹脂ブラックマ
トリクスからの不純物の溶出を抑制することができる。
透明保護膜に用いられる樹脂としては、エポキシ系樹
脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ゼラ
チン等が好ましく用いられるが、透明導電膜の製造工程
や液晶表示素子の製造工程でかかる熱に耐えられるよう
な耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示素子
の製造工程で使用される有機溶媒への耐性を持つ樹脂が
好ましいことから、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂
やアクリル系樹脂が好ましく用いられる。

【００４２】透明保護膜を塗布する方法としては、黒色
ペースト、着色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロ
ールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワ
イヤーバーによる方法などが好適に用いられ、この後、
オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥を行う。こ
のとき、必要に応じて真空乾燥をしても良い。加熱乾燥
条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異
なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分である。ま
た、キュア条件は、樹脂により異なるが、通常２００〜
３００℃で１〜６０分である。

【００４３】本発明の透明保護膜の厚さは０．０２μｍ
から６μｍであることが好ましい。０．０２μｍよりも
薄い場合は、ブラックマトリックスや着色膜からの不純
物の遮断性が充分でないだけでなく、平坦化も充分でな
い。画素内段差を小さくする点からは該透明保護膜が厚
い方が効果的である。該透明保護膜が６μｍよりも厚い
場合は、不純物の遮断性の点では良好であるが、液晶注
入の際に気泡が残りやすかったり、該透明保護膜が乾燥
して生成したパーティクルが生産収率を低下させたりす
るので好ましくない。

【００４４】着色膜を形成後、もしくは透明保護膜形成
後、必要に応じて透明導電膜が形成される。透明導電膜
としてはＩＴＯなどの酸化物薄膜が採用され、通常０．
１μｍ程度のＩＴＯ膜がスパッタリング法などで作製さ
れる。ＴＦＴアクティブマトリックス方式では透明導電
膜は表示領域でベタ膜であるが、ＴＦＤアクティブマト
リックス方式や単純マトリックス方式ではベタの透明導
電膜形成後、ストライプ状にパターニングされる。ま
た、透明導電膜形成前に、透明保護膜との密着性改良や
透明導電膜のパターニング性改良を目的として、酸化珪
素膜などの透明無機膜を設けることは適宜許される。

【００４５】上述のようにして得られた少なくともブラ
ックマトリックスとを備えた液晶表示素子用基板と対向
基板とをセルギャップ保持のためのスペーサーを介して
シール剤で貼り合わせる。次に、シール部に設けられた
注入口から液晶を注入した後に、注入口を感光性樹脂で
封止して、液晶表示素子が完成する。

【００４６】本発明の液晶表示素子用基板上に固定され
たスペーサーを形成しても良い。固定されたスペーサー
とは、特開平４−３１８８１６号公報に示されるように
液晶表示素子用基板の特定の場所に固定され、液晶表示
素子を作製した際に対向基板と接するものである。これ
により対向基板との間に、一定のギャップが保持され、
このギャップ間に液晶が注入される。固定されたスペー
サーを配することにより、液晶表示素子の製造工程にお
いて球状スペーサーを散布する工程や、シール剤内にロ
ッド状のスペーサーを混練りする工程を省略することが
できる。

【００４７】固定されたスペーサーの形成は、フォトリ
ソグラフィーや印刷、電着などの方法でよって行われ
る。スペーサーを容易に設計通りの位置に形成できるの
で、フォトリソグラフィーによって形成することが好ま
しい。また、該スペーサーは赤、緑、青着色膜の作製時
に積層構造で形成しても赤、緑、青着色膜作製後に別材
料で形成しても良い。

【００４８】なお、本発明において、液晶表示素子用基
板とは、ブラックマトリックスを設ける工程以降の各中
間段階の基板の何れであっても良い。

【００４９】本発明の液晶表示素子用基板は、液晶表示
素子の駆動方法、表示方式にも限定されず、アクティブ
マトリックス方式、パッシブマトリックス方式、ＴＮモ
ード、ＳＴＮモード、ＩＰＳモード、ＶＡモード、ＥＣ
Ｂモード、ＯＣＢモードなど種々の液晶表示素子に適用
される。また、液晶表示素子の構成、例えば偏光板の
数、散乱体の位置などにも限定されずに反射型液晶表示
素子もしくは半透過半反射型液晶表示素子に使用するこ
とができる。

【００５０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき、さらに具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるもの
ではない。

【００５１】実施例１ （ポリアミック酸の合成）γ−ブチロラクトン３８２５
ｇ溶媒中で、ピロメリット酸二無水物１４９．６ｇ、ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物２２５．５ｇ、
３,３’−ジアミノジフェニルスルフォン６９．５ｇ、
４,４’−ジアミノジフェニルエーテル２１０．２ｇ、
ビス−３−（アミノプロピル）テトラメチルシロキサン
１７．４ｇを６０℃、３時間反応させた後、無水マレイ
ン酸２．２５ｇを添加し、さらに６０℃、１時間反応さ
せることによって、前駆体であるポリアミック酸溶液
（ポリマー濃度１５重量％）ＰＡ１を得た。 （黒色ペースト用分散液の作製）アクリルポリマーをグ
ラフトしたカーボンブラック（数平均粒径１８ｎｍ、、
粒径１７ｎｍのカーボンブラックに重量で約１３％のモ
ノメチルメタクリレートをグラフト化重合。）２．１
ｇ、前記のＰＡ１ポリアミック酸溶液２７．８ｇ、Ｎ−
メチル−２ピロリドン５７．２ｇ、３−メチル−３メト
キシブチルアセテート１２．９ｇをガラスビーズ１００
ｇとともにホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで
３０分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除去
し、黒色ペースト用分散液Ｂｋ１を得た。 （樹脂ブラックマトリックスの形成）上述のＢｋ１分散
液２７．５ｇに、ＰＡ１ポリアミック酸溶液３．７ｇ、
γ−ブチロラクトン１ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン
６ｇ、３−メチル−３−メトキシブチルアセテート１．
８ｇを添加混合し、黒色ペーストを作製した。黒色ペー
スト中のアクリルポリマーをグラフトしたカーボンブラ
ックと樹脂の重量比は２５：７５であった。このペース
トを低アルカリガラス（日本電気硝子製ＢＬＣ）上に塗
布後、１２５℃、２０分間乾燥し、ポリイミド前駆体黒
色膜を形成した。ＪＩＳ Ｒ３５０２にしたがって測定
した該低アルカリガラスのアルカリ成分（Ｒ₂Ｏ）溶出
量は、０．０５ｍｇであった。次にポジ型フォトレジス
トを塗布し、９０℃で１０分間乾燥した。フォトレジス
トをフォトマスクを介して６０ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎ
ｍの紫外線強度）露光した。露光後、テトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイドの２．２５％の水溶液から
なる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリイミ
ド前駆体の黒色膜のエッチングを同時に行った。エッチ
ング後の黒色膜は、幅１８μｍ、ピッチ１００μｍのス
トライプで、欠けや脱離がなく、良好なパターンが得ら
れた。フォトレジスト膜をアセトンで剥離した後、該ポ
リイミド前駆体黒色着色膜を２７０℃、３０分間キュア
してポリイミドに転換し、樹脂ブラックマトリックスを
形成した。得られた樹脂ブラックマトリックスの厚さは
０．５μｍで、１μｍあたりのＯＤ値は１．８であっ
た。 （色画素の形成）赤、緑、青の顔料として各々ピグメン
トレッド１７７で示されるジアントラキノン系顔料、ピ
グメントグリーン３６で示されるフタロシアニングリー
ン系顔料、ピグメントブルー１５：６で示されるフタロ
シアニンブルー系顔料を用意した。ポリイミド前駆体溶
液ＰＡ１に上記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青
の３種類の着色ペーストを得た。

【００５２】まず、樹脂ブラックマトリックスを形成し
た基板上に青ペーストを塗布し、１２５℃、２０分間乾
燥した。この後、ポジ型フォトレジストをスピナーで塗
布後、９０℃で１０分間乾燥した。フォトマスクを用い
て露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド２．２５％水溶液に基板を浸漬し揺動させながら、ポ
ジ型レフォトジストの現像および着色ペースト塗膜のエ
ッチングを同時に行い、ストライプ状の樹脂ブラックマ
トリックス間を埋めるピッチ３００μｍのパターンを得
た。その後、ポジ型フォトレジストをレジスト剥離液で
剥離し、さらに、２７０℃で３０分間キュアした。青着
色膜の膜厚は０．７μｍでストライプ幅方向端部を６μ
ｍ幅でブラックマトリックスに重ねる設計とした。

【００５３】基板洗浄後に、青着色膜と同様にして、厚
さ０．７μｍの緑画素を形成した。さらに基板洗浄後
に、青着色膜と同様にして、厚さ０．７μｍの赤画素を
形成した。 （透明保護膜および透明導電膜の作製）メチルトリメト
キシシラン４．０８ｇ、フェニルトリメトキシシラン
９．９ｇ、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン
２８．８ｇをγ−ブチロラクトン１５６．３ｇ、３−メ
チル−３−メトキシブタノール１５０ｇに溶解し、３０
℃で撹拌しながら９．１２ｇの蒸留水を加えた後、５０
℃で２時間加熱撹拌し、加水分解・縮合をおこなった。
ついで１３０℃に昇温してさらに縮合を進めながら生成
したアルコールと水を留去させた。この溶液を５０℃に
冷却した後、撹拌しつつ３，３’，４，４’−ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸２無水物２４．１７ｇを添加し
てアミック酸系ポリオルガノシロキサン溶液ＰＳＡ１を
得た。

【００５４】メチルトリメトキシシラン２７２ｇ、フェ
ニルトリメトキシシラン３９６ｇを３−メチル−３−メ
トキシブタノール７８５．６ｇに溶解した後に、撹拌し
つつ燐酸３．３４ｇと蒸留水２１６ｇの混合物を加え
た。得られた溶液を１０５℃で１時間加熱し、主として
メタノールからなる成分３０２ｇを留去させた。ついで
１３０℃で２時間加熱し、主としてアルコールと水から
なる成分１４７ｇを留去させた。これを室温まで冷却し
てから３−メチル−３−メトキシブタノール８６ｇを加
えてポリオルガノシロキサン系溶液ＯＳ１を得た。

【００５５】アセト酢酸エチルエステル６５０ｇと３−
メチル−３−メトキシブタノール１５６７ｇの混合液に
テトラブトキシジルコニウム３８３ｇを添加して３０℃
で１時間撹拌した後、２４時間放置してジルコニアキレ
ート溶液ＺＣ１を得た。

【００５６】上記の方法で得たＰＳＡ１アミック酸系ポ
リオルガノシロキサン溶液７．５ｇとＯＳ１ポリオルガ
ノシロキサン溶液１０ｇおよびＺＣ１キレート溶液１．
５ｇを混合し、透明樹脂用組成物を得た。ブラックマト
リックスと３原色の着色膜が形成された基板上に該透明
樹脂を塗布し、８０℃ で１０分間乾燥し、次いで２７
０℃ で６０分間キュアして、厚さが０．２μｍの透明
保護膜を形成した。

【００５７】該透明保護膜が形成された基板上に、スパ
ッタリング法にて厚さが３０ｎｍの酸化珪素膜と厚さが
１．５μｍのＩＴＯ膜をこの順に連続形成した。フォト
リソグラフィー法にてＩＴＯ膜をブラックマトリクスの
ストライプ状開口部上に残すようにパターニングした。
かくしてカラーフィルター基板を得た。 （対向基板の作製）低アルカリガラス基板上に膜厚０．
１５μｍのＩＴＯ膜をスパッタ法にて形成した後にフォ
トリソグラフィー法により、カラーフィルター基板上の
ＩＴＯストライプとは直交するように、ストライプパタ
ーンを形成した。 （液晶表示素子の作製）上記のカラーフィルター基板上
と対向基板上にポリイミド配向剤を塗布し、８０℃ で
１０分間乾燥し１８０℃ で１時間キュアして厚さ５０
ｎｍの配向膜を得た。液晶が両基板間で２７０°捻れる
ように、該配向膜をレーヨン布によりラビング処理し
た。カラーフィルター基板に直径４．５μｍのポリスチ
レンからなるスペーサーを散布した。一方、対向基板上
には直径４．８μｍのガラスロッドを混入したエポキシ
系のシール剤をスクリーン印刷した。シール剤は樹脂ブ
ラックマトリックスで形成された額縁部分に接合される
ように配置し、液晶注入口を設けた。

【００５８】カラーフィルター基板と対向基板を位置合
わせし、圧力をかけつつ加熱処理した。加熱処理は１５
０℃で１時間実施され、２つの基板が固定した。次い
で、得られたセルに液晶を注入する。まずセルを減圧中
に置き充分脱気した。シール剤に設けられた液晶注入口
を液晶中に浸した後、減圧雰囲気を常圧もしくは加圧雰
囲気に変化させ、液晶をセルの中に注入した。液晶が注
入されたセルの液晶注入口を紫外線硬化樹脂で塞いだ。
ラビング方向に合わせて、基板外側に偏光フィルムを貼
り付けて液晶表示素子を得た。かくして得られた液晶表
示素子は、基板貼り合わせ後の製造工程でのシール剥が
れがなく、樹脂ブラックマトリックスとガラス基板との
密着性は良好であった。

【００５９】実施例２ スチレン−ブチルアクリレート共重合物をグラフト化し
たカーボンブラック（日本触媒製ＧＬＫ−２０）を遮光
材として使用したこと以外は、実施例１と同様にしてカ
ラーフィルター基板を作製した。

【００６０】低アルカリガラス上の樹脂ブラックマトリ
ックスを現像後、観察したところ、パターンの欠落はな
く良好なストライプパターンが得られた。ブラックマト
リクスのＯＤ値は１μｍあたり１．８であった。

【００６１】得られた液晶表示素子は、基板貼り合わせ
後の製造工程でのシール剥がれがなく、樹脂ブラックマ
トリックスとガラス基板との密着性は良好であった。 実施例３ 黒色ペースト中のアクリルポリマーをグラフトしたカー
ボンブラックと樹脂の重量比を５０：５０としたこと以
外は、実施例１と同様にしてカラーフィルター基板を作
製した。

【００６２】低アルカリガラス上の樹脂ブラックマトリ
ックスを現像後、観察したところパターンの欠落はなか
ったが、ストライプパターンの端部にうねりが見られパ
ターンはやや不良であった。ブラックマトリクスのＯＤ
値は１μｍあたり３．０であった。得られた液晶表示素
子は、基板貼り合わせ後の製造工程でのシール剥がれが
若干あり１．５％の割合で発生し、樹脂ブラックマトリ
ックスとガラス基板との密着性はやや不良であった。

【００６３】実施例４ 黒色ペースト中のアクリルポリマーをグラフトしたカー
ボンブラックと樹脂の重量比を３５：６５としたこと以
外は、実施例１と同様にしてカラーフィルター基板を作
製した。

【００６４】低アルカリガラス上の樹脂ブラックマトリ
ックスを現像後、観察したところパターンの欠落はな
く、ストライプパターンも良好あった。ブラックマトリ
クスのＯＤ値は１μｍあたり２．７であった。得られた
液晶表示素子は、基板貼り合わせ後の製造工程でのシー
ル剥がれがなく、樹脂ブラックマトリックスとガラス基
板との密着性は良好であった。

【００６５】比較例１ カーボンブラック（数平均粒径２２ｎｍ、三菱化学製Ｍ
Ａ１００）を遮光材として使用したこと以外は、実施例
１と同様にしてカラーフィルター基板を形成した。

【００６６】低アルカリガラス上の樹脂ブラックマトリ
ックスを現像後、観察したところ、ストライプパターン
の端部にうねりが見られ、さらにストライプパターンが
全幅欠落している部分があった。ＩＴＯエッチングを施
して完成したカラーフィルターには、数ｍｍの長さに渡
ってストライプパターンが欠落することがあり、接着力
が不足であった。

【００６７】比較例２ カーボンブラック（三菱化学製ＭＡ１００）と樹脂の重
量比を５０：５０としたこと以外は、比較例１と同様に
してカラーフィルター基板を形成した。

【００６８】低アルカリガラス上の樹脂ブラックマトリ
ックスを現像後、観察したところ、ストライプパターン
の端部にうねりが見られ、さらにストライプパターンが
全幅欠落している部分があった。ＩＴＯエッチングを施
して完成したカラーフィルターには、数ｍｍの長さに渡
ってストライプパターンが欠落することがあり、接着力
が不足であった。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、低アルカリガラス基板上に、
高分子化合物とカーボンブラックを有する遮光材、特
に、主として高分子化合物によりグラフト化されたカー
ボンブラックからなる遮光材と樹脂を含有する樹脂ブラ
ックマトリックスを形成したことにより、低アルカリガ
ラス基板上においても現像時にパターンの欠落がなく良
好なパターニングができる。また、キュア後の樹脂ブラ
ックマトリックスとやガラス基板との密着性も良好でシ
ール剥がれがない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５０５ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５０５ ５２０ ５２０ Ｆターム(参考） 2H042 AA09 AA15 AA26 2H048 BA02 BA11 BA45 BA48 BB02 BB14 BB28 BB37 BB44 2H090 JA06 JB02 JC07 JD01 JD08 LA05 2H091 FA02Y FA02Z FA14Y FA14Z FA34Y FA34Z FA35Y FA35Z FC01 FC22 GA01 GA07 LA30 4J002 BB001 BG001 BG011 BG021 BG041 BG051 BG061 CD001 CF001 CK021 CM041 DA036 FB266 FD016 GP00 GQ00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低アルカリ基板上に遮光材と樹脂を有して
   なる樹脂ブラックマトリックスが形成されており、該遮
   光材は高分子化合物とカーボンブラックを有することを
   特徴とする液晶表示素子用基板。
2. 【請求項２】該遮光材は、該カーボンブラックが該高分
   子化合物に覆われた形態である請求項記１載の液晶表示
   素子用基板。
3. 【請求項３】該高分子化合物は該カーボンブラックにグ
   ラフト化しているものである請求項１または２に記載の
   液晶表示素子用基板。
4. 【請求項４】該液晶表示素子用基板が、低アルカリ基板
   上に少なくとも着色膜が形成されたカラーフィルターで
   あることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   液晶表示素子用基板。
5. 【請求項５】該高分子がアクリルであることを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示素子用基
   板。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示
   素子用基板を使用したことを特徴とする液晶表示素子。