JP2011170058A - ブラックマトリックス、及びその製造方法とそれを用いた画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温プロセス後でも正反射率や拡散反射率の増大を抑制し、かつ膜厚バラツキに対して反射率特性が急変しないブラックマトリックスを提供する。
【解決手段】基板6上に形成されたブラックマトリックス5であって、ブラックマトリックス5は遷移金属酸化物と酸化ケイ素からなる、第1の膜1、第2の膜2、第3の膜3、第4の膜4をこの順で積層した4層で構成され、第1の膜の屈折率=第3の膜の屈折率<第2の膜の屈折率=第4の膜の屈折率であり、第4の膜は全体が同一組成かつTEM写真で見たときに膜内に境界が認められることを特徴とするブラックマトリックス。
【選択図】図1
【解決手段】基板6上に形成されたブラックマトリックス5であって、ブラックマトリックス5は遷移金属酸化物と酸化ケイ素からなる、第1の膜1、第2の膜2、第3の膜3、第4の膜4をこの順で積層した4層で構成され、第1の膜の屈折率=第3の膜の屈折率<第2の膜の屈折率=第4の膜の屈折率であり、第4の膜は全体が同一組成かつTEM写真で見たときに膜内に境界が認められることを特徴とするブラックマトリックス。
【選択図】図1
Description
本発明は、フラットパネルディスプレイ(FPD)の遮光部材であるブラックマトリックス、及びその製造方法とそれを用いた画像表示装置に関する。
プラズマディスプレイや液晶、FED等の表示装置の発光面を有する基板(フェースプレート)に用いられる遮光膜は、ブラックマトリックスと呼ばれ、コントラストの向上や混色防止を目的としてガラス基板上に成膜される。
ブラックマトリックスで最も重要な特性は光学特性である。混色を防止するには十分に光を遮光すること、即ち遮光性が高いことが重要であり、表示側から観たときの外部光源の映り込みを少なくし表示画像のコントラストを高くするには反射率が低いことが必要である。遮光性を高くし、かつ反射率を低くする方法としては、遮光性の機能を持つ薄膜と光反射防止の機能を持つ薄膜でブラックマトリックスを構成する方法が従来から採られている。複数の層を積層し、光干渉効果により反射率を抑える光干渉層と、反射率が高く、光透過性の低い金属膜により透過率を抑える光遮光層とから構成されたブラックマトリックスが、特許文献1に開示されている。その他、光干渉層の中に光遮光効果も組み込んでCrとCrOの繰り返しの多層膜構成とすることが、特許文献2に開示されている。
また、ブラックマトリックスはガラス基板上もしくは透明導電膜が形成された基板上に設けられるため、ブラックマトリックス形成後のフェースプレートの製造工程においてプロセス耐性が求められる。とりわけ、プラズマディスプレイやFEDの製造工程では焼成プロセスがあるため、熱耐性は重要である。高温プロセスに対するブラックマトリックスの光学特性の劣化を防止することが、特許文献3に開示されている。ここでは絶縁体中に金属微粒子を分散させた遮光膜が記載されており、金属微粒子が絶縁体中に保持されているために高温プロセスで光学特性の劣化が抑制されている。
上記の従来技術において、光干渉層と光遮光層で構成されるブラックマトリックスはスパッタリング法等で形成されている。光干渉層は複数の膜で構成され光干渉により反射率を抑制しようとするものであるため、膜の屈折率や膜厚の精度が重要であるが、一般にスパッタリング法ではその膜厚分布が±7〜10%程度ある。このため、基板面内での光干渉効果は均一ではなく、ブラックマトリックスの反射率に分布が発生し、場所によって反射率が増大するという課題があった。また、光遮光層は金属膜のような耐熱性のない薄膜が用いられていた。特許文献3のように絶縁体中に金属微粒子を分散させる場合、焼成プロセス後の光遮光性は維持されるが、光反射層がないため、絶縁体層と基板の屈折率から決まる反射率以下に、反射率を低下させることが困難であった。
そこで、本発明は、焼成のような高温プロセスを経ても光学特性が劣化せず、基板面内全体にわたって低反射率と高遮光性を実現できるブラックマトリックス、及びその製造方法とそれを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、基板上に形成されたブラックマトリックスであって、ブラックマトリックスは遷移金属酸化物と酸化ケイ素からなる、第1の膜、第2の膜、第3の膜、第4の膜をこの順で積層した4層で構成され、第1の膜の屈折率=第3の膜の屈折率<第2の膜の屈折率=第4の膜の屈折率であり、第4の膜は全体が同一組成かつTEM写真で見たときに膜内に境界が認められることを特徴とするブラックマトリックスを提供するものである。
本発明によれば、膜の膜厚バラツキがあり、かつ高温プロセスを経ても、低反射率特性を持ち、遮光性に優れたブラックマトリックスを得ることができる。また、このブラックマトリックスを用いた画像表示装置は表示面への映り込みが少なく、コントラストに優れた良好な画像を得ることができる。
本発明の実施形態について説明する。本発明のブラックマトリックスを使用した画像表示装置は、液晶表示装置やプラズマ表示装置、電界放出型表示装置(FED)、電界発光型表示装置(ELD)等を含む。プラズマ表示装置や、SEDを代表とする電界放出型表示装置(FED)の製造過程では高温プロセスを経験するため、本発明の効果が発揮されやすく好ましい。
図1は本発明のブラックマトリックスの膜構成であり、図1(a)は断面図、図1(b)は上面図とそのA−A’線での断面図である。ガラス基板6は液晶表示装置やプラズマ表示装置等に一般的に用いられるガラス基板6であれば良く、例えばPD200(旭硝子社製)は歪み点が高く、高温プロセスの耐性があるため好ましい。
ブラックマトリックス5はガラス基板6上にスパッタリング法で形成され、第1の膜1、第2の膜2、第3の膜3、第4の膜4、がこの順に積層された4つの膜で構成される。第1の膜1は遷移金属酸化物と酸化ケイ素を混合した膜であり、第2の膜2は遷移金属酸化物と酸化ケイ素を第1の膜1と異なる混合比率(mol%)で混合した膜である。第3の膜3は遷移金属酸化物と酸化ケイ素を第1の膜1と同じ混合比率(mol%)で混合した膜であり、第4の膜4は遷移金属酸化物と酸化ケイ素を第2の膜2と同じ混合比率(mol%)で混合した膜である。ターゲットとしては遷移金属酸化物と酸化ケイ素の焼結体を用いるのが好適である。この場合、上記膜構成は4層構成のブラックマトリックスでありながら、遷移金属酸化物と酸化ケイ素の混合割合が異なる2つの焼結体ターゲットで形成可能となるため生産の面から有利である。スパッタリングの雰囲気はArでも良いし、Arと酸素の混合雰囲気でも良い。図1において、第1の膜1と第3の膜3は成膜時間を除いて同一の成膜条件で形成され、第2の膜2と第4の膜4も成膜時間を除いて同一の成膜条件で形成される。なお、第1の膜1の膜厚と第3の膜の膜厚は同じでなくても良いし、第2の膜2と第4の膜4の膜厚も同じでなくても良い。形成された膜は酸化物であるため、金属のように酸化しないので高温プロセス後もほとんど反射率等の特性が劣化しない。遷移金属としてはコバルトやマンガン、鉄、ニッケル等が、黒色に近く可視光を遮断するため好ましい。酸化ケイ素を混合するのは、遷移金属酸化物だけでは膜の強度が低く脆いためであり、また同時に屈折率を制御するためである。ブラックマトリックス5のパターニング方法としては、例えばガラス基板6上にブラックマトリックス5を形成した後にレジストをパターニングしウェットエッチングで形成する方法がある。その他、予めレジストでパターニングした後にブラックマトリックス5を成膜しレジストを剥離するリフトオフ法等がある。
ブラックマトリックス5は遷移金属とケイ素の合金であるシリサイドのターゲットを用いて酸素混合雰囲気下でスパッタリングすることによっても得られる。また、遷移金属酸化物と酸化ケイ素を別々のターゲットとし、2つのターゲットを同時に又は交互にスパッタすることにより第1の膜〜第4の膜の各膜を形成しても良い。2つのターゲットを同時にスパッタする際には、各ターゲットへの投入エネルギー(単位:W/cm2)により遷移金属酸化物と酸化ケイ素の混合比率を調整でき、混合する比率が大きい方のターゲットへの投入エネルギーを大きくすれば良い。一方、2つのスパッタを交互にスパッタする際には、遷移金属酸化物と酸化ケイ素の混合比率は各ターゲットから成膜された膜厚の比率で決まるため、混合する比率が大きい方の成膜時間を長くすることにより遷移金属酸化物と酸化ケイ素の混合比率を調整できる。その他、成膜時間を同じとして混合する比率が大きい方のターゲットへの投入エネルギーを大きくすること等により遷移金属酸化物と酸化ケイ素の混合比率を調整できる。ブラックマトリックス5の形成後、ブラックマトリックス5の開口部には後の工程で発光部材が塗布される。
第1の膜1の屈折率n1と第2の膜2の屈折率n2はn1<n2を満たすことが低反射率を実現するために好ましい。屈折率は膜中の遷移金属とケイ素の組成比によって調節でき、遷移金属の比率が多いほど屈折率は高くなる。より好ましくは、n1<n2かつn1が1.6以上2.1以下、n2が2.1以上を満たすことである。遷移金属がコバルトの場合、遷移金属の膜中全金属元素に対する組成比が、第1の膜1の組成比<第2の膜の組成比かつ第1の膜1でおよそ10mol%以上60mol%以下、第2の膜2でおよそ60mol%以上であれば上記屈折率を満たす。マンガンの場合、前記組成比が第1の膜1の組成比<第2の膜の組成比かつ第1の膜1でおよそ10mol%以上30mol%以下、第2の膜2でおよそ30mol%以上であれば上記屈折率を満たす。鉄の場合、前記組成比が第1の膜1の組成比<第2の膜の組成比かつ第1の膜1でおよそ10mol%以上60mol%以下、第2の膜2でおよそ60mol%以上であれば上記屈折率を満たす。ニッケルの場合、前記組成比が第1の膜1の組成比<第2の膜の組成比かつ第1の膜1でおよそ10mol%以上90mol%以下、第2の膜2でおよそ90mol%以上であれば上記屈折率を満たす。但し、上記4つの金属についての上記屈折率を満たす前記組成比は膜形成条件により多少の差が出ることがある。また、ここでの屈折率は複素屈折率の実数部のことであり、屈折率の値は可視光の波長により変化するため、上記では波長550nmに対する値で示している。
図1のブラックマトリックス5は3層の光干渉膜と1層の光遮光膜で構成されているが、膜の種類としては2種の屈折率の組合せであり、光干渉膜自体も遮光性を有する。光干渉膜の構成は、一般に低屈折率/高屈折率/低屈折率或いは高屈折率/低屈折率/高屈折率という3層構成を基本に設計することが多い。しかし、これは特定波長だけの最適値を求める方法で、可視光全域に対して見積もることは困難であり、また設計の求める値になる材料がない等の理由により、実験により最適な構成を求めていく必要がある。本発明者は耐熱性のある遷移金属酸化物を用いること、遷移金属酸化物と酸化ケイ素で屈折率を制御すること、可視光全域に対する反射率が低く、かつ膜厚バラツキに対して反射率特性が安定すること、高屈折率膜が十分な遮光性を持つこと等を考慮し鋭意検討した。その結果本発明の膜構成に至った。即ち基板/低屈折率膜/高屈折率膜/低屈折率膜の構成をとり、低屈折率膜の屈折率<高屈折率膜の屈折率かつ低屈折率膜は1.6以上2.1以下の屈折率、高屈折率膜は2.1以上の屈折率、かつ光遮光膜は高屈折率膜と同じ屈折率を有する膜である。
図2(a)は本発明におけるブラックマトリックスの正反射率と屈折率の関係の一例である。反射には鏡面反射成分と拡散反射成分があり、正反射は鏡面反射成分を指す。図2(a)では高屈折率膜(膜2)の屈折率が2.1以上であるときの、低屈折率膜(膜1、膜3)の屈折率に対する正反射率の変化を示しており、正反射率は屈折率の増加と共に大きくなっている。ここでの正反射率は波長550nmに対する値で示しているが、可視光全域での正反射率を1%以下に抑えるためには、低屈折率膜(膜1、膜3)の屈折率は2.1以下にする必要がある。また遷移金属酸化物と酸化ケイ素からなる膜では、1.6以下の屈折率にするのは困難である。さらに高屈折率膜(膜2)は低屈折率膜(膜1、膜3)よりも大きい屈折率が必要であり、遮光膜(膜4)も屈折率が大きいことが好ましく、高屈折率膜(膜2、膜4)は2.1以上の屈折率が好ましい。
膜1〜膜4の各膜の膜厚は、各膜の屈折率を元に光学計算をして膜厚の中心値を算出することにより決定する。このようにして膜厚を決定することにより、膜厚のバラツキを与えても面内で低反射率を実現できる。例えば、光干渉膜の膜厚は屈折率により異なり、550nmの波長での正反射率が最も小さくなるように各層の膜厚を定めれば良い。本発明の膜構成によれば正反射率が可視光全域にわたり低くなり、また膜厚のバラツキに対して正反射率が変化しにくい構成となっている。図2(b)は遷移金属酸化物としてコバルト酸化物を用いてブラックマトリックス5を形成したときの正反射率スペクトルである。可視光全域にわたり、低い正反射率になっていることがわかる。図2(c)はこの膜構成に対して、±10%までのバラツキを各々の膜に与えたときの正反射率の頻度を表している。正反射率の平均値よりも小さい正反射率値が最頻値となっており、バラツキが小さいことがわかる。
図3は本発明のブラックマトリックスをTEMにより観察した写真(TEM写真)の画像を模式的に示した図であり、第4の膜をスパッタリングで膜形成している際に、ある膜厚毎に膜形成を断続して同一の成膜条件で形成した後の状態を表している。図3(a)は断面図、図3(b)は図3(a)における第4の膜内の領域Aの拡大図である。断続的な成膜について詳しく説明すると、図1において、第4の膜4はまず膜厚1.2nm以上30nm以下の膜4aを成膜し、成膜を中断した後膜4aと同条件で膜厚1.2nm以上30nm以下の膜4bを成膜する。なお、成膜面にスパッタ粒子が到達しなくなったときが中断期間の開始である。成膜と成膜中断とを所望の膜厚になるまで任意の回数繰り返して膜厚1.2nm以上30nm以下かつ同一組成の薄膜が積層された、膜4a〜4gからなる第4の膜4を形成する。図1では7層からなる多層膜としているが、2層以上であれば何層でも良い。1つの層の膜厚は1.2nm以上30nm以下であれば上下の層で同じ膜厚でも異なる膜厚でも構わないが、成膜時間の短縮という観点からはなるべく厚いことが好ましい。上記のように膜を断続的に成膜することにより、膜の膜厚方向の連続性がなくなる。なお、成膜中断中に成膜雰囲気と異なる雰囲気、例えば窒素や空気のようなスパッタガス以外の雰囲気に曝露させたり、成膜中断中にスパッタガスと同雰囲気で圧力を変えたりすることで、より確実に膜の膜厚方向の連続性をなくすことができる。このように本実施形態では第4の膜4の膜厚方向の連続性がなくなるため、スパッタ膜が30nmより大きい粒子に成長することを防ぐことができる。スパッタ膜の粒子が30nmより大きくなると粒子界面による光散乱による拡散反射が無視できなくなるが、本実施形態のように第4の膜4の成膜において膜を断続的に成膜することで低い拡散反射率を得ることができる。
上記の断続的な成膜方法で形成した第4の膜4は、形成条件が同一であっても実質的な多層膜となっている。ここで実質的な多層膜とは、膜全体が同一組成であり、かつTEM写真で見たときに膜内に境界が認められることをいう。このときの境界とは、上記の断続的な成膜方法でガスの物理的吸着を行うことにより膜質(例えば密度)が周囲とは異なる状態に変化した結果現れるものである。図4は上記の断続的な成膜方法で形成した遮光膜を用いたブラックマトリックスと単一の遮光膜を用いたブラックマトリックスとの拡散反射率の一例である。拡散反射率は積分球を用い、可視光領域について測定したものである。図4からわかるように、多層膜化により拡散反射が減少している。
図5はコバルト酸化物と酸化ケイ素からなる遮光膜の屈折率と消衰係数の一例である。光の遮光性は消衰係数によるが、コバルト、マンガン、鉄、ニッケルの酸化物は何れも優れた光遮光性を示し、0.3μmから0.5μmの膜厚であれば光透過率は5%以下となり、十分な遮光性を示す。中でもコバルト酸化物やマンガン酸化物が好ましい。このような遷移金属酸化物と酸化ケイ素からなる膜は熱処理に対して極めて安定であり、後述するパネル製造工程、例えば印刷配線の焼成工程等の高温プロセスを経ても、ブラックマトリックスの光学特性に劣化は認められない。PD200の歪点570℃の熱処理まで、その光学特性は安定している。
次に上記のブラックマトリックス5を用いた画像表示装置について説明する。ここでは画像表示装置として、表面伝導型電子放出素子を用いた例を説明するが、本発明のブラックマトリックス5が用いられる画像表示装置はこれに限定されない。図6は本実施形態の画像表示装置100の全体概要を示しており、内部構造を示すために一部切り欠いた斜視図である。リアプレート12には複数の表面伝導型電子放出素子16が配置され、走査配線14と情報配線15とでマトリックス状に接続されている。
フェースプレート11上には、ブラックマトリックス5が基板上に形成される。ブラックマトリックス5の開口部には発光部材17が形成され、電子放出素子16から放出された電子の照射を受けて発光する。発光部材17としては、電子線励起により発光する蛍光体結晶を用いることができる。このような材料としては、例えば「蛍光体ハンドブック」(蛍光体同学会編 オーム社発行)に記載されたものを使用できる。発光部材17に重なって位置するアノード電極19はメタルバックと呼ばれ、リアプレート12からの電子を加速する電圧を適宜印加される。メタルバックはCRTで知られるAl等が用いられる。隣り合う発光部材17の間には発光部材17よりもリアプレート12側に突出する隔壁部材18があり、スペーサ13と当接される。隔壁部材18は酸化鉛、酸化亜鉛、酸化硼素、酸化アルミ、酸化ケイ素、酸化チタン等の金属酸化物を含むガラス材料からなり、パターニングは例えば感光性フォトペースト法を用いることができる。パターニングされた隔壁部材18は大気中で500℃以上の高温で焼成される。リアプレート12とフェースプレート11との間には耐大気圧構造としてスペーサ13が配置されている。スペーサ13は画像表示装置100の表示画像に影響しないように隣り合う発光部材17の間に配置され、隔壁部材18を介してフェースプレート11と当接される。このようにして得られたフェースプレート11は電子放出源を持つリアプレート12と対向して組み立てられ、周辺部分を接合することにより、真空容器を形成する。
高圧端子からアノード電極19に電圧を印加し、それとともに電子放出素子16から電子ビームを放出させると、電子は発光部材17に衝突して発光部材17が発光し、画像を表示させることができる。
[実施例1]
旭硝子社製PD200ガラス基板上に、酸化コバルトと酸化ケイ素を50:50(mol%)の割合で混合した焼結体ターゲットAを用いてアルゴンと酸素の混合雰囲気下RF電力2.0kw、全圧0.3Paの雰囲気でスパッタリングし、膜1を60nm成膜した。この第1の膜1の屈折率は1.8であった。次に酸化コバルトと酸化ケイ素を90:10(mol%)の割合で混合した焼結体ターゲットBを用いてアルゴンと酸素の混合雰囲気下RF電力2.0kw、全圧0.3Paの雰囲気でスパッタリングし、膜1の上に膜2を10nm成膜した。この第2の膜2の屈折率は2.5であった。さらにターゲットAと同じターゲットを用い、第1の膜1と同じ条件で成膜を行い第2の膜2の上に第3の膜3を20nm成膜した。最後にターゲットBと同じターゲットを用い、第2の膜2と同じ条件で成膜を行い第3の膜3の上に膜4を270nm成膜した。途中、30nm成膜されるごとに成膜を中断し、窒素雰囲気に晒した後成膜を再開させることを繰り返し、全部で9層からなる第4の膜4を成膜した。
旭硝子社製PD200ガラス基板上に、酸化コバルトと酸化ケイ素を50:50(mol%)の割合で混合した焼結体ターゲットAを用いてアルゴンと酸素の混合雰囲気下RF電力2.0kw、全圧0.3Paの雰囲気でスパッタリングし、膜1を60nm成膜した。この第1の膜1の屈折率は1.8であった。次に酸化コバルトと酸化ケイ素を90:10(mol%)の割合で混合した焼結体ターゲットBを用いてアルゴンと酸素の混合雰囲気下RF電力2.0kw、全圧0.3Paの雰囲気でスパッタリングし、膜1の上に膜2を10nm成膜した。この第2の膜2の屈折率は2.5であった。さらにターゲットAと同じターゲットを用い、第1の膜1と同じ条件で成膜を行い第2の膜2の上に第3の膜3を20nm成膜した。最後にターゲットBと同じターゲットを用い、第2の膜2と同じ条件で成膜を行い第3の膜3の上に膜4を270nm成膜した。途中、30nm成膜されるごとに成膜を中断し、窒素雰囲気に晒した後成膜を再開させることを繰り返し、全部で9層からなる第4の膜4を成膜した。
このようにして作成したブラックマトリックス5の膜厚バラツキを面内で測定したところ±10%のばらつきがあることがわかった。また拡散反射率と正反射率を測定した。測定装置は「島津製作所製 SolidSpec 3700」を用いた。拡散反射率はガラス上に作成したブラックマトリックスに対し、ガラス側かつブラックマトリックスの法線方向に対し0°方向から測定光を入射させて積分球で測定した。このとき標準白板をref(100%)とした。正反射率はガラス上に作成したブラックマトリックスに対し、ガラス側から測定光を入射させ、絶対反射率測定法により測定した。それぞれの測定で得られた分光反射率から素ガラス片面分の反射分を除いた後にJIS−Z−8722に基づき視感反射率に換算した。上記方法で拡散反射率と正反射率を測定したところどの箇所でも拡散反射率は0.2%、正反射率は0.6〜0.9%であった。さらにこのブラックマトリックス5を580℃で30分焼成した後の拡散反射率と正反射率を上記方法で測定したところ拡散反射率は0.2%、正反射率は0.6〜0.9%であった。焼成後も低反射率特性が面内いずれの箇所でも保たれて品位の良いブラックマトリックスが得られた。
[実施例2]
本実施例では、実施例1のターゲットAを酸化マンガンと酸化ケイ素を20:80(mol%)の割合で混合したターゲットCに変更し、実施例1のターゲットBを酸化マンガンと酸化ケイ素を50:50(mol%)の割合で混合したターゲットDに変更した。それ以外は実施例1と同じ条件でブラックマトリックス5を作成した。
本実施例では、実施例1のターゲットAを酸化マンガンと酸化ケイ素を20:80(mol%)の割合で混合したターゲットCに変更し、実施例1のターゲットBを酸化マンガンと酸化ケイ素を50:50(mol%)の割合で混合したターゲットDに変更した。それ以外は実施例1と同じ条件でブラックマトリックス5を作成した。
このようにして作成したブラックマトリックス5の膜厚バラツキを面内で測定したところ±10%のばらつきがあることがわかった。また拡散反射率と正反射率を実施例1と同じ測定装置・測定方法で測定したところどの箇所でも拡散反射率は0.2%、正反射率は0.6〜1.0%であった。さらにこのブラックマトリックス5を580℃で30分焼成した後の拡散反射率と正反射率を実施例1と同じ測定装置・測定方法で測定したところ拡散反射率は0.2%、正反射率は0.7〜1.0%であった。焼成後も低反射率特性が面内いずれの箇所でも保たれて品位の良いブラックマトリックスが得られた。
[実施例3]
本実施例では、実施例1で作成したブラックマトリックスを用いて、画像表示装置を形成した。リアプレート12は表面伝導型電子放出素子16を複数配置したものを用いた。フェースプレート11は発光部材17としてCRT用蛍光体を用い、スクリーン印刷にてパターニングした。その後有機成分を500℃で焼失させた。メタルバックにはAl膜を使用した。隔壁部材18は硼珪酸ガラスを主成分とする感光性ペーストを用い、塗布、露光、現像してパターニングした後に570℃で焼成した。スペーサ13を介してリアプレート12とフェースプレート11を対向させ、周辺を接合し、画像表示装置100を形成した。
本実施例では、実施例1で作成したブラックマトリックスを用いて、画像表示装置を形成した。リアプレート12は表面伝導型電子放出素子16を複数配置したものを用いた。フェースプレート11は発光部材17としてCRT用蛍光体を用い、スクリーン印刷にてパターニングした。その後有機成分を500℃で焼失させた。メタルバックにはAl膜を使用した。隔壁部材18は硼珪酸ガラスを主成分とする感光性ペーストを用い、塗布、露光、現像してパターニングした後に570℃で焼成した。スペーサ13を介してリアプレート12とフェースプレート11を対向させ、周辺を接合し、画像表示装置100を形成した。
このようにして形成した画像表示装置100の発光部材17のアノード電極19に10kvの電圧を印加して、電子ビームを放出させて画像を表示させ、映り込みのない、コントラストの高い良好な画像を得た。
[比較例1]
本比較例はブラックマトリックスを単一の遮光膜とした例である。本比較例では、実施例1のターゲットBを実施例1の第1の膜から第4の膜までの合計膜厚と同じ膜厚で成膜し、ブラックマトリックス5をターゲットBからなる単一膜としたことを除いては実施例1と同じ条件でブラックマトリックス5を作成した。
本比較例はブラックマトリックスを単一の遮光膜とした例である。本比較例では、実施例1のターゲットBを実施例1の第1の膜から第4の膜までの合計膜厚と同じ膜厚で成膜し、ブラックマトリックス5をターゲットBからなる単一膜としたことを除いては実施例1と同じ条件でブラックマトリックス5を作成した。
このようにして作成したブラックマトリックス5の拡散反射率と正反射率を実施例1と同じ測定装置・測定方法で測定したところどの箇所でも拡散反射率は0.6〜0.8%、正反射率は0.6〜0.9%であった。またこのブラックマトリックス5を580℃で30分焼成した後の拡散反射率と正反射率を実施例1と同じ測定装置・測定方法で測定したところ拡散反射率は0.6〜0.8%、正反射率は0.6〜0.9%であった。拡散反射率は焼成前・焼成後共に実施例1及び2よりも大きくなっていることがわかる。
[比較例2]
本比較例は第1の膜〜第4の膜の屈折率が最適でない例である。本比較例では、ターゲットの組成、成膜の条件等は実施例1と変えず、膜1、膜3を焼結体ターゲットBで、膜2、膜4を焼結体ターゲットAでスパッタしたブラックマトリックス5を作成した。各膜の厚さは反射率及び透過率を低減させるため、光学計算をもとに膜1から順に15nm、30nm、60nm、600nmとした。第4の膜4は焼結体ターゲットAを用い、途中30nm成膜されるごとに成膜を中断し、窒素雰囲気に晒した後成膜を再開させることを繰り返し、第3の膜3の上に全部で20層からなる厚さ600nmである第4の膜4を作成した。
本比較例は第1の膜〜第4の膜の屈折率が最適でない例である。本比較例では、ターゲットの組成、成膜の条件等は実施例1と変えず、膜1、膜3を焼結体ターゲットBで、膜2、膜4を焼結体ターゲットAでスパッタしたブラックマトリックス5を作成した。各膜の厚さは反射率及び透過率を低減させるため、光学計算をもとに膜1から順に15nm、30nm、60nm、600nmとした。第4の膜4は焼結体ターゲットAを用い、途中30nm成膜されるごとに成膜を中断し、窒素雰囲気に晒した後成膜を再開させることを繰り返し、第3の膜3の上に全部で20層からなる厚さ600nmである第4の膜4を作成した。
このようにして作成したブラックマトリックス5の膜厚バラツキを面内で測定したところ±10%のばらつきがあることがわかった。また拡散反射率と正反射率を実施例1と同じ測定装置・測定方法で測定したところ、どの箇所でも拡散反射率は0.2%、正反射率は1.0〜2.8%と大きくばらついた。さらにこのブラックマトリックス5を580℃で30分焼成した後の拡散反射率と正反射率を実施例1と同じ測定装置・測定方法で測定したところ拡散反射率は0.2%、正反射率は1.1〜3.0%であった。その結果、正反射率が基板面内で大きくばらついた品位の悪いブラックマトリックスになった。
1:第1の膜、2:第2の膜、3:第3の膜、4:第4の膜、4a〜4g:第4の膜を構成する膜、5:ブラックマトリックス、6:ガラス基板、100:画像表示装置
Claims (8)
- 基板上に形成されたブラックマトリックスであって、
ブラックマトリックスは遷移金属酸化物と酸化ケイ素からなる、第1の膜、第2の膜、第3の膜、第4の膜をこの順で積層した4層で構成され、
第1の膜の屈折率=第3の膜の屈折率<第2の膜の屈折率=第4の膜の屈折率であり、
第4の膜は全体が同一組成かつTEM写真で見たときに膜内に境界が認められることを特徴とするブラックマトリックス。 - 前記第4の膜は膜厚1.2nm以上30nm以下かつ同一組成の薄膜が積層された構成であることを特徴とする請求項1に記載のブラックマトリックス。
- 前記遷移金属がコバルト、マンガン、ニッケル、鉄のいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に記載のブラックマトリックス。
- 前記第1の膜の屈折率は前記第2の膜の屈折率より小さい、かつ前記第1の膜の屈折率が1.6以上2.1以下、前記第2の膜の屈折率が2.1以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のブラックマトリックス。
- 前記ブラックマトリックスはスパッタリングにより形成され、前記第4の膜は成膜、成膜中断を繰り返し行うことで形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のブラックマトリックスの製造方法。
- 前記第4の膜は成膜中断中に成膜雰囲気と異なる雰囲気に曝露させて形成されることを特徴とする請求項5に記載のブラックマトリックスの製造方法。
- 前記ブラックマトリックスは酸素混合雰囲気でのスパッタリングにより形成されたことを特徴とする請求項5又は6に記載のブラックマトリックスの製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のブラックマトリックスを備えたことを特徴とする画像表示装置。
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