JP3412951B2

JP3412951B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP3412951B2
Application number: JP05446495A
Authority: JP
Inventors: 秀幸佐々木; 公人酒井; 明子渡邉; 章田中; 充石橋; 辰夫野牧; 雅之小口; 大輔宮崎; 裕志前田; 輝行緑川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: JPH08248221A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラックマトリックス
を有する表示装置に関するものであり、さらに詳しく
は、ブラックマトリックスを有するカラーフィルターを
組み込んだ液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶による表示装置は、軽量、薄型化が
容易で、しかも低電圧駆動、低消費電力といった発光型
ディスプレイには見られない特徴を有することから、ラ
ップトップやブックタイプのパソコンあるいはワープロ
の表示装置として広く用いられている。特に近年は、カ
ラーブラウン管以外では唯一カラー表示が可能な表示装
置として注目されている。

【０００３】この液晶表示装置は、駆動方式により単純
マトリックス型とアクティブマトリックス型に大きく分
けられ、基本的に対向配置した透明基板の対向面に多数
の画素を構成するように透明電極を形成し、これらの電
極間に液晶組成物を保持させた構造を有し、フルカラー
表示のために、例えば図４に示すようなカラーフィルタ
ーを使用している。

【０００４】すなわち、図４において、カラーフィルタ
ー２１は透明基板２２の一方の面上に個々の画素を区切
る部分にブラックマトリックス２３を設け、このブラッ
クマトリックス２３により区画形成された画素部にＲ
（赤）、Ｇ（緑）Ｂ（青）の各着色層２４ａ、２４ｂ、
２４ｃを形成し、これらの上に透明電極２５、配向膜２
６を順に積層した構造を有している。

【０００５】一般に、透明基板２２にはガラス基板など
が用いられている。ブラックマトリックス２３は、透明
基板上にポジ型レジストをスピンコートし、露光・現像
によってパターニングした後、パターニングされた基板
上に炭素塗料をスピンコートし、熱処理を行い炭素塗料
からなる膜を形成した後、アルカリ水溶液によりポジ型
レジストを剥離してストライプ状または格子状に形成さ
れる。炭素塗料は、一般に黒鉛約６０重量％、バインダ
ー約２０重量％、無機物約２０重量％からなる固形分１
０重量部を水９０重量部に分散混合したような組成のも
のが用いられている。

【０００６】着色層２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、Ｒ
（赤）、Ｇ（緑）Ｂ（青）の３原色に対応する３色の色
素を１種類づつ各画素部に配置される。配置する方法と
しては、染色法、染料分散法、顔料分散法、印刷法、電
着法、色素蒸着法など種々の方法が用いられている。ま
た、一般に透明電極２５にはＩＴＯ薄膜が、配向膜２６
にはポリイミド薄膜が用いられている。

【０００７】さらに、このようなカラーフィルターを用
いて液晶表示装置は、次のように構成される。

【０００８】例えば、アクティブマトリックス型液晶表
示装置では、カラーフィルターのブラックマトリックス
に対応する位置に非晶質シリコン薄膜トランジスター
（ａ−ＳｉＴＦＴ）を、また各着色層に対応する位置に
透明電極をそれぞれ透明基板上に形成したアレイ基板
と、上記のカラーフィルターとを対向配置させ、これら
の間に液晶組成物を挟持させるとともに、これらの外側
の両面に偏光板を配置し、さらに、その外側に３波長タ
イプのバックライトを配置した構成を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように炭
素塗料を使用して作製したブラックマトリックスは、透
明基板との接着力が非常に弱く、製造工程中にキズや剥
がれなどにより発塵しクリーン度を低下させる場合があ
った。また、カラーフィルターと電極側透明基板との張
り合わせる時（以下、セル組という）にカラーフィルタ
ー側透明基板とブラックマトリックスが剥離を起こしセ
ル組が不可能となる場合があった。

【００１０】一方、ブラックマトリックスを形成するた
めに用いる炭素塗料は、ホール抜け性が良好であるこ
と、薄い塗膜を形成することが可能でかつ十分な遮光性
を有すること、膜強度が十分に高いこと、ガラス面との
接着性が強いことなどが要求される。しかしながら、従
来の炭素塗料では十分な膜強度および接着強度が得られ
なかった。

【００１１】従って本発明は、上述した状況を鑑みてな
されたものであり、その目的は、従来の炭素塗料を用い
ても透明基板との接着力が高く、発塵やセル組時の剥離
が起こらないブラックマトリックスを形成する方法およ
び該方法を用いて作製したブラックマトリックスを有す
る表示装置を提供することである。

【００１２】また、本発明は、遮光性に優れかつ膜強度
や接着強度など機械的強度が格段に高いブラックマトリ
ックスが得られる炭素などの遮光粒子を含有するコーテ
ィング剤を提供し、それを用いることによって発塵やセ
ル組時の剥離が起こらないブラックマトリックスを形成
し、さらにイオン性不純物の拡散を抑えることにより電
気的不都合の発生を抑制した安定したブラックマトリッ
クスを有する表示装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明基板上に
炭素を含有する塗料を用いて形成したブラックマトリッ
クスを有する表示装置であって、前記ブラックマトリッ
クスは、ブラックマトリックス層内に含有される炭素が
ブラックマトリックス表面層に比べてブラックマトリッ
クスと透明基板との界面層で少ない密度で存在し、ブラ
ックマトリックスと透明基板との界面およびブラックマ
トリックス表面とで異なる炭素の分布状態を形成してい
るブラックマトリックスからからなる表示装置であるこ
とを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記のブラックマトリッ
クスを透明基板上に形成する際し、透明基板上に炭素を
含有する塗料をコーティングする工程と、透明基板上に
コーティングした塗料に含まれる炭素をコーティングし
た塗料内で透明基板方向またはコーティングされた塗料
表面方向のいずれかに移動せしめ、透明基板との界面お
よびコーティングされた塗料表面とで異なる炭素の分布
状態を透明基板上にコーティングされた塗料内に形成す
る工程と、透明基板との界面およびコーティングされた
塗料表面とで異なる炭素分布状態が形成されたコーティ
ングした塗料を、熱により硬化し、ブラックマトリック
スと透明基板との界面およびブラックマトリックス表面
とで異なる炭素の分布状態が形成されたブラックマトリ
ックスを形成する工程とを備えることを特徴とするブラ
ックマトリックスの形成方法である。

【００１５】さらに、前記ブラックマトリックスの形成
方法において、塗料を透明基板上にコーティングした
後、透明基板上のコーティング面を重力に対して下方に
向け、前記塗料内の炭素をコーティングされた塗料表面
に移動せしめることを特徴とするものであり、この際、
さらに、透明基板上のコーティング面を有機溶剤蒸気に
暴露することによって、前記塗料内の炭素をコーティン
グされた塗料表面に移動せしめることも特徴とする。

【００１６】また、前記ブラックマトリックスの形成方
法において、前記塗料に磁性体を添加しコーティングし
た後、磁界を形成し前記磁性体を透明基板との界面に引
き寄せることによって前記塗料内の炭素をコーティング
された塗料表面に移動せしめることを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明は、透明基板上に遮光粒子
を含有するコーティング剤を用いて形成したブラックマ
トリックスを有し、前記ブラックマトリックスが、遮光
粒子および、金属錯塩または金属粒子のいずれかまたは
両者を含有しているブラックマトリックスからなる表示
装置におけるブラックマトリックスの形成方法に関する
ものであり、このブラックマトリックスの形成方法は、
バインダー、遮光粒子および、金属錯塩または金属粒子
のいずれかまたは両者を水中に分散したコーティング剤
を透明基板上にコーティングする工程と、コーティング
したコーティング剤を熱により硬化し、ブラックマトリ
ックスを形成する工程とを備えることを特徴とする。

【００１８】

【００１９】さらに、バインダー、遮光粒子および、金
属錯塩または金属粒子のいずれかまたは両者を水中に分
散したコーティング剤の金属錯塩または金属粒子の配合
量が、遮光粒子に対して０．２〜１０重量％であること
を特徴とするものである。

【００２０】ブラックマトリックスを透明基板に形成す
るために、ポジ型レジストにカーボンを添加したいわゆ
る黒レジストを用い、フォトリソグラフィー法によって
直接ブラックマトリックスを形成した場合、透明基板と
の接着力は比較的よいものが得られる。しかし、レジス
トを露光しパターニングすることによってブラックマト
リックスを形成するため、露光に必要な光をレジストに
透過させる必要があるため、十分に遮蔽するだけの光学
濃度が得られなかった。そのため、従来技術で説明した
ように遮蔽力のある黒鉛を用いる炭素塗料を用いるブラ
ックマトリックス形成方法が開発されたが、透明基板と
の接着力が乏しく、製造上問題となった。この接着力の
不足の原因を検討すると、炭素塗料中における黒鉛の分
散性が悪く均一に分散した安定な塗料が得られず、黒鉛
粒子がすぐに沈降してしまうこと、また、形成したブラ
ックマトリックスでは、黒鉛粒子がブラックマトリック
ス内に均一に分散せず透明基板との界面付近に遍在して
いると透明基板との界面で接着力が減少し、黒レジスト
や金属酸化物を使用して形成したブラックマトリックス
に比べ透明基板との接着力が非常に弱くなることがわか
った。

【００２１】本発明は、従来の炭素塗料を用いてこの黒
鉛粒子が透明基板との界面付近に遍在しないようなブラ
ックマトリックスの形成方法によって作製されたブラッ
クマトリックスを有する表示装置、および接着性が改良
された、黒鉛などの遮光粒子を含有するコーティング剤
を用いて作製したブラックマトリックスを有する表示装
置である。

【００２２】前者の発明におけるブラックマトリックス
は、透明基板上に形成されたブラックマトリックス内の
炭素分布が透明基板の界面とブラックマトリックス表面
とで異なり、透明基板界面で薄く、ブラックマトリック
ス表面で濃い炭素分布を有するようにしたものである。

【００２３】このようなブラックマトリックスをつくる
には、炭素塗料をスピンナでスピンコートした後、外部
から作用する力によってブラックマトリックス内の炭素
粒子をブラックマトリックス表面に移動させ、不均一な
炭素分布を生ぜしめ、その後熱処理を行い不均一な分布
のままで成膜することによって製造することができる。
外部から作用する力は、炭素粒子を移動させるためのも
のであり、例えば、重力、磁力、静電力などがあげられ
る。

【００２４】重力を利用する場合は、炭素塗料をスピン
コートしたあとの基板をコーティング面を下に向け一定
時間その状態を保持することにより、黒鉛など炭素粒子
自体を重力の作用によって沈降させ、炭素粒子の不均一
な分布を形成することができる。この場合、コーティン
グ面を有機溶剤蒸気に暴露することによってコーティン
グ液内に有機溶剤を浸透させ、コーティングされた炭素
塗料内の炭素粒子を凝集させると炭素粒子の沈降が促進
され、透明基材との界面での炭素分布がきわめてすくな
いものが得られ、また遮蔽力も向上する。用いる有機溶
剤としては、炭素塗料に浸透し、分散状態を破壊し、凝
集を起こさせるものでなければならず、また、その後の
熱処理によって蒸発し、ブラックマトリックス中に残存
しないことが必要となる。このような有機溶剤として
は、例えばアセトン、ＭＥＫなどのケトン類、メチルア
ルコール、イソプロピルアルコールのようなアルコール
類などがあげられるが、特にアセトンが炭素粒子の凝集
性が良好なため好ましい。

【００２５】磁力による場合は、炭素塗料中に例えばフ
ェライト系の磁性体を添加し、この液を用いてスピンコ
ートし、コーティングした状態で、透明基板に対して垂
直に磁場を形成し、フェライト系磁性体を透明基板との
界面の方向に引き寄せる。これによって、コーティング
された炭素塗料内のフェライト系磁性体は界面付近に集
まり、炭素粒子はフェライト系磁性体によって押し退け
られ、逆に表面付近に集まるようになり、透明基板との
界面付近に薄い炭素分布を有するブラックマトリックス
を形成することができる。

【００２６】なお、用いる磁性体の形状は平板以外の針
状などの形状のものを使用すると、膜強度をさらに増加
させることができる。

【００２７】また、静電力を利用する場合も、炭素塗料
に誘電体の微粒子などを添加し、電場を形成することに
よって、磁力の場合と同様に透明基板との界面付近に薄
い炭素分布を有するブラックマトリックスを形成するこ
とができる。

【００２８】つぎに、後者の発明である改良した炭素塗
料を用いてブラックマトリックスを作製する場合につい
て説明する。

【００２９】本発明に用いられるブラックマトリックス
を形成するためのコーティング剤は、分散剤、バインダ
ーおよび金属錯塩を含む水中に、カーボンや黒鉛などの
遮光粒子がコロイド状に分散したコーティング剤であ
る。遮光粒子としては遮光性を考慮すると黒鉛が好まし
く、また金属錯塩は、鉄、コバルト、ニッケル、マンガ
ン、銅、チタン、バナジウム、アルミニウム、ジルコニ
ウム、ニオブ、タンタルなどの金属錯塩を単独で、また
は組み合わせて使用することができる。このなかでも、
特に鉄、ニッケルの錯塩が接着性がよいため好ましく、
配位子としてはアルカリ性水溶液への溶解性がよいため
アミン系化合物が好ましい。このような金属錯塩として
は、例えばヘキサアンミン鉄錯体、ヘキサアンミンニッ
ケル錯体、ヘキサアンミンコバルト錯体などの塩があげ
られる。

【００３０】金属錯塩の配合量は、最終的に得られるブ
ラックマトリックスに前記金属錯塩が金属として０．２
〜１０重量％の範囲で含有させると、最適な接着強度お
よびブラックマトリックス膜の機械的強度が得られる。
ブラックマトリックスに含まれる金属の量が多くなりす
ぎると欠陥が多くなり、１０重量％以上では光学濃度が
低下する傾向がみられる。また、０．２重量％以下では
十分な接着強度および膜強度が得られない傾向がみられ
る。

【００３１】配合される金属錯塩はカーボンや黒鉛など
の遮光粒子やバインダー中で分散しており、特に遮光粒
子が黒鉛である場合には、黒鉛の層間にも分散されるこ
とになり層間の強度を高め、結果として膜強度が高いブ
ラックマトリックスが得られるようになる。

【００３２】このように配合された金属錯塩は、ブラッ
クマトリックスを形成するときに行われる熱処理によっ
て、一部は金属へと変化し、接着性を高めている。その
ため本発明で用いるコーティング剤は、コーティング液
中に金属錯塩溶液としてではなく粒子として金属自体を
分散しても同様な効果が得られる。これらの場合、粒子
径は０．１μｍ以下が分散性がよいため好ましい。

【００３３】用いることができる金属は金属錯塩の場合
と同様であり、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、
銅、チタン、バナジウム、アルミニウム、ジルコニウ
ム、ニオブ、タンタルなどの金属を単独で、または組み
合わせて使用することができる。なお、コーティング液
に金属錯塩または金属粒子を添加する場合、コーティン
グ液への分散性や分散操作性を考慮すると、金属錯塩が
溶液として添加できるため好ましい。

【００３４】一方、金属錯塩または金属粒子を混合した
コーティング剤を用いてブラックマトリックスを形成す
る場合は、前述のような方法を用いてブラックマトリッ
クス内の炭素分布を不均一にしブラックマトリックスを
形成してもよいが、本コーティング剤は金属錯塩などの
配合によって透明基板との接着性が高められているた
め、通常の方法、すなわち、レジストパターン形成透明
基板上にスピンコートし、そのまま熱処理を行ってブラ
ックマトリックスを形成しても、密着力の高いものが得
られる。通常の方法に従って形成したブラックマトリッ
クス内の炭素分布は均一なものとなっているが、配合さ
れた金属錯塩や金属によってバインダーと透明基板との
密着性が高められるため、透明基板との接着性が高いブ
ラックマトリックスが得られる。

【００３５】以上のようにして、ブラックマトリックス
を形成したカラーフィルターを組み込んで公知の方法に
より液晶表示装置を作製する。なお、本明細書では液晶
表示装置を例として説明したが、本発明は液晶ばかりで
はなく、ブラックマトリックスを有するカラーブラウン
管などにも適用することができる。

【００３６】

【作用】透明基板とブラックマトリックスとの接着は、
コーティング液中のバインダーとカーボンや黒鉛などの
炭素粒子と透明基板との相互作用によって達成される。
しかし、カーボンなど炭素粒子とバインダーとの接着
は、ガラスなどの透明基板とバインダーとの接着に比べ
て比較的弱く、透明基板との界面付近に炭素粒子が多く
存在すると、接着性が低下してしまう。すなわち、炭素
塗料は炭素粒子の分散性が悪く、炭素粒子は比較的重い
のでコーティングした時に下方に沈降するため、ブラッ
クマトリックスと透明基板との接着力はきわめて乏しい
ものになる。

【００３７】本発明のブラックマトリックス形成方法に
従うと、透明基板との界面付近の存在する炭素粒子を少
なくすることができるので、炭素粒子に起因する接着力
の低下を防止することができる。

【００３８】また、本発明の改良されたコーティング剤
は、配合された金属錯塩または金属粒子によってコーテ
ィング液の分散性が改良され、コーティング時の炭素粒
子の沈降を防止し、また、金属錯体や金属はバインダー
との接着性がよく、炭素粒子とともに強固な膜を形成で
きるようになるため、炭素粒子による透明基板との接着
性の低下も回避することができる。

【００３９】

【実施例】次に実施例によって本発明をさらに詳しく説
明する。

【００４０】実施例１以下に本発明の実施例を図１を用いて説明する。図１に
おいて、カラーフィルター１は透明基板２上に、ブラッ
クマトリックス３が形成され、ブラックマトリックスで
区画させた画素部は着色層４ａ、４ｂ、４ｃがそれぞれ
設けられ、その上面には透明電極５および配向膜６が積
層された構造を有している。さらに、ブラックマトリッ
クス３は黒鉛からなる黒色顔料と、炭素塗料に含まれて
いたシリケート系珪素化合物が熱により縮合されて生じ
たＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する珪素化合物と、有機バイ
ンダーなどの物質から成り立っており、かつ形成後のブ
ラックマトリックス３上部には図に示すように黒色顔料
７のリッチな層、ブラックマトリックス３の下部には有
機バインダー８などからなる黒色顔料７の少ない層が形
成されている。

【００４１】これらのブラックマトリックス３は、以下
のようにして製造される。

【００４２】透明基板２（製品名：Ｃｏｒｎｉｎｇ７０
５９、厚さ：０．７ｍｍもしくは１．１ｍｍ、コーニン
グ社製）上に水溶性樹脂であるポリビニルピロリドンか
らなるポジ型レジストをスピンナを用いて１μｍ〜１０
μｍ膜厚に塗布し、公知のフォトリソグラフィー工程を
経てブラックマトリックス３を形成しない部分に対応す
るパターンをパターニングする。ついで、レジストパタ
ーン形成基板上に平均粒径０．６５μｍの黒鉛を４重量
％、シリケート系珪素化合物５重量％、界面活性剤０．
０２重量％、有機バインダー５重量％、残部水からなる
コーティング液をスピンナを用いて１μｍ〜１０μｍ膜
厚にコーティングする。この後、重力に対してコーティ
ング面を５〜３０分間下方に向けて、塗布後のコーティ
ング液中に存在する比重の重い黒鉛を透明基板と反対側
のコーティング表面に沈降させる。これにより、コーテ
ィング層内で黒鉛の分布をつくり、その後約１２０℃、
１時間焼成してブラックマトリックス上部に黒色顔料の
リッチな層、また、ブラックマトリックス下部には有機
バインダーのリッチな層を形成する。

【００４３】この後、レジスト剥離液を用いてレジスト
を溶解、除去した後、２００℃、３０分間大気中にて焼
成し、顔料（ＲＧＢ各色）を２μｍの厚さで、パターン
形成されたブラックマトリックスの開口部上に色が乗る
ように着色層４ａ、４ｂ、４ｃを順次形成する。この
時、ブラックマトリックスと着色層が剥離することはな
かった。この着色層およびブラックマトリックス上に、
アクリル系樹脂を２μｍ厚でスピンコートし、平坦化さ
れたオーバーコート層を形成し、２５０℃、３０分熱処
理することによりオーバーコート層を硬化させた。そし
て、これらのブラックマトリックス３、着色層４、オー
バーコート層上に３０００Å厚でＩＴＯ膜をスパッタリ
ング法で形成し、フォトリソグラフィー法によりパター
ニングし透明電極５を積層し、ついでポリイミドからな
る配向膜６を積層して構成した。

【００４４】このカラーフィルターを用いてセルを作製
したところブラックマトリックスと透明基板界面での剥
離は発生しなかった。

【００４５】次に、透明基板上に形成したブラックマト
リックス部の接着強度と膜強度を、以下に示す方法によ
って評価した。結果を表１に示す。１．接着強度ＪＩＳＫ５４００に基づきテープ剥離テストを行い、
粘着テープ（スリーエム社製）を貼付けた後テープは剥
し取ることにより次の基準に従いその強度を評価した。 ○ 剥し取った粘着テープに、ブラックマトリックスの
付着がない。 × 剥し取った粘着テープに、ブラックマトリックスの
付着が認められる。

【００４６】２．膜強度スクラッチテスター（製品名：ＳＳＴ−１０１、島津製
作所社製）を用いて、ＪＩＳ５４００に従い、引っか
き法による膜強度の試験を行った。

【００４７】

【表１】

【００４８】実施例２この実施例では、ブラックマトリックスを次のようにし
て形成した。図２はブラックマトリックス３の製法を説
明するための概念図である。透明基板２上に水溶性樹脂
であるポジ型レジストをスピンコートし、フォトリソグ
ラフィー工程によりブラックマトリックス３を形成しな
い部分に対応するパターンをパターニングする。レジス
トパターン形成基板上に黒鉛を４重量％、シリケート系
珪素化合物５重量％、界面活性剤０．０２重量％、有機
バインダー５重量％、残部水からなるコーティング溶液
をスピンナを用いて所定の膜厚に成膜する。その後、透
明基板をコーティング面を下方に向けたた状態でアセト
ン蒸気９に暴露してアセトンを膜中に溶解させる。アセ
トンが溶解するにつれて、膜中に分散していた黒鉛粒子
７は凝集し始め、コーティング膜の下方つまりコーティ
ング膜表面に沈降し、図示するように黒鉛粒子がリッチ
なコーティング膜表面と有機バインダー８がリッチな透
明基板との界面の間に黒鉛粒子の不均一な分布が生じ
る。ついで、この状態のままで７０℃、３０分間大気中
で水分を蒸発させることにより仮乾燥する。その後、レ
ジスト剥離液を用いてレジストを溶解することにより、
その上にのったコーティング膜をリフトオフにより剥離
し、パターニングする。ついで、２００℃、２時間大気
中で焼成することにより膜強度と透明基板との接着性を
向上させ、ブラックマトリックス３を得た。

【００４９】得られたブラックマトリックスを用いて、
実施例１と同様にしてカラーフィルターを作製し、セル
を作製したところブラックマトリックスと透明基板界面
での剥離は発生しなかった。さらに、ブラックマトリッ
クスの接着強度と膜強度を、実施例１と同様にして評価
した。結果を表１に示す。

【００５０】実験例３この実施例では、ブラックマトリックスを次のようにし
て形成した。図３はブラックマトリックス３の製法を説
明するための概念図である。透明基板２上に水溶性樹脂
であるポジ型レジストをスピンコートし、フォトリソグ
ラフィー工程によりブラックマトリックスを形成しない
部分に対応するパターンをパターニングする。レジスト
パターン形成基板上に黒鉛を４重量％、シリケート系珪
素化合物５重量％、界面活性剤０．０２重量％、フェラ
イト系磁性粉３重量％、有機バインダー５重量％、残部
水からなるコーティング溶液をスピンナを用いて所定の
膜厚に成膜する。その後、電磁石または永久磁石１１に
より透明基板面の法線方向に磁界１２を発生させること
により、透明基板２上のコーティング膜中の磁性粉１０
のみを透明基板２側に移動させる。この結果として膜中
の黒鉛７は逆に膜表面に移動することになる。ついで、
この状態のままで７０℃、２時間大気中で水分を蒸発さ
せることにより仮乾燥する。その後、レジスト剥離液を
用いてレジストを溶解することにより、その上にのった
コーティング膜をリフトオフにより剥離し、パターニン
グする。ついで、２００℃、２時間大気中で焼成するこ
とにより膜強度と透明基板との接着性を向上させ、ブラ
ックマトリックス３を得た。

【００５１】以上の工程により得られる膜の断面構造は
透明基板面側の磁性膜濃度が膜表面側に比べ高濃度に偏
析し、逆に黒鉛の濃度は膜表面側で高濃度に偏析するこ
とになる。得られたブラックマトリックスを用いて、実
施例１と同様にしてカラーフィルターを作製し、セルを
作製したところブラックマトリックスと透明基板界面で
の剥離は発生しなかった。さらに、ブラックマトリック
スの接着強度と膜強度を、実施例１と同様にして評価し
た。結果を表１に示す。

【００５２】比較例１実施例１で用いた炭素塗料をレジストパターン形成基板
上に１μｍ〜１０μｍ膜厚でスピンコートした後、引き
続いて約１２０℃、１時間焼成してブラックマトリック
スを形成した。ついで、実施例１と同様にしてカラーフ
ィルターを組立て、評価した。結果を表１に示す。

【００５３】また、このカラーフィルターを用いてセル
を作製したところブラックマトリックスと透明基板界面
での剥離が発生しセル組ができなかった。さらに、得ら
れたブラックマトリックスについて断面を調べると、透
明基板との界面に炭素粒子が沈降し、炭素粒子の濃度分
布はブラックマトリックス表面に比べて大きかった。

【００５４】実施例４基板上に形成するブラックマトリックスのコーティング
剤材料として、天然黒鉛粉４重量％、界面活性剤０．０
２重量％、バインダー５重量％、シリケート系珪素化合
物５重量％および水からなる溶液に、ヘキサアンミン鉄
錯体塩溶液を加え、最終的に黒鉛に対する鉄の割合が
０．５重量％となるように調製した。この溶液をスピン
ナを用いてレジストパターン形成基板上に所定の膜厚に
コーティングし、７０℃、３０分大気中で乾燥した。こ
の後、従来と同様にしてレジストを除去、焼成しブラッ
クマトリックスを形成した。ついで、実施例１と同様に
してカラーフィルターを組立、このカラーフィルターを
用いてセルを作製したところブラックマトリックスと透
明基板界面での剥離は発生しなかった。

【００５５】得られたブラックマトリックスについて、
実施例１と同様にして評価を行い、鉄錯塩を添加しなか
った場合（比較例２）ついて同様に評価した結果ととも
に表２に結果をしめす。なお、鉄錯塩を用いなかったカ
ラーフィルターを用いてセルを作製したところ、ブラッ
クマトリックスと透明基板界面との間で剥離が発生しセ
ル組ができなかった。

【００５６】

【表２】表１によると、いずれの方法を用いても、コーティング
液の炭素を透明基板との界面付近での薄く、ブラックマ
トリックス表面付近で厚くなるように分布させることに
より、透明基材との界面における接着性を向上できるこ
とがわかる。

【００５７】表２によると、粘着テープ剥離テストで
は、鉄錯塩を添加していないものに比較して鉄錯塩を添
加したブラックマトリックスではブラックマトリックス
の剥離は認められなかった。また、鉄錯塩が添加されて
いないブラックマトリックスではスクラッチ値が０．４
ｇｆであるのに対し、鉄錯塩が添加されたブラックマト
リックスではスクラッチ値が１．５ｇｆと３倍以上向上
している。このことは鉄の添加によりブラックマトリッ
クスの膜強度および透明基板との接着性が増加している
ことを示している。

【００５８】

【発明の効果】以上のように、本発明の方法で形成した
ブラックマトリックスを有するカラーフィルターによれ
ば、透明基板とブラックマトリックスとの接着力が向上
している。また、本発明のコーティング剤を用いたブラ
ックマトリックスを有するカラーフィルターによれば、
ブラックマトリックスの膜強度および透明基板との接着
力が向上している。そのため、工程流品中にキズなどが
発生しないので発塵しクリーン度を悪化することがな
い。また、電極透明基板との張り合わせ時にカラーフィ
ルター側透明基板とブラックマトリックスが剥離せずに
セル組が可能となり歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素が偏析しているブラックマトリク
スを有するカラーフィルターの断面図。

【図２】黒鉛粒子をアセトンにより凝集させ、偏析させ
てブラックマトリックスを形成する方法を説明するため
の概念図。

【図３】黒鉛粒子とフェライト系磁性体とを混合し、磁
界を与えることによって黒鉛粒子を偏析させてブラック
マトリックスを形成する方法を説明するための概念図。

【図４】従来のカラーフィルターの断面図。

【符号の説明】

１カラーフィルター２透明基板３ブラックマトリックス４ａ、４ｂ、４ｃ着色層５透明電極６配向膜７黒鉛８バインダー９アセトン蒸気１０フェライト系磁性体１１磁石１２磁界２１カラーフィルター２２透明基板２３ブラックマトリックス２４ａ、２４ｂ、２４ｃ着色層２５透明電極２６配向膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡邉明子神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者田中章神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者石橋充神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者野牧辰夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者小口雅之神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者宮崎大輔神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者前田裕志神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１東芝電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者緑川輝行神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１東芝電子エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開平８−5818（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/20 101 G02F 1/1335 G09F 9/00 321

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に炭素を含有する塗料を用い
て形成したブラックマトリックスを有する表示装置であ
って、前記ブラックマトリックスは、ブラックマトリッ
クス層内に含有される炭素がブラックマトリックス表面
層に比べてブラックマトリックスと透明基板との界面層
で少ない密度で存在し、ブラックマトリックスと透明基
板との界面およびブラックマトリックス表面とで異なる
炭素の分布状態を形成しているブラックマトリックスか
らなることを特徴とする表示装置。
【請求項２】請求項１に記載のブラックマトリックス
を透明基板上に形成する方法であって、透明基板上に炭素を含有する塗料をコーティングする工
程と、透明基板上にコーティングした塗料に含まれる炭素をコ
ーティングした塗料内で透明基板方向またはコーティン
グされた塗料表面方向のいずれかに移動せしめ、透明基
板との界面およびコーティングされた塗料表面とで異な
る炭素の分布状態を透明基板上にコーティングされた塗
料内に形成する工程と、透明基板との界面およびコーティングされた塗料表面と
で異なる炭素分布状態が形成されたコーティングした塗
料を、熱により硬化し、ブラックマトリックスと透明基
板との界面およびブラックマトリックス表面とで異なる
炭素の分布状態が形成されたブラックマトリックスを形
成する工程と、を備えることを特徴とするブラックマトリックスの形成
方法。
【請求項３】前記透明基板との界面およびコーティン
グされた塗料表面とで異なる炭素の分布状態を透明基板
上にコーティングされた塗料内に形成する工程におい
て、前記塗料を透明基板上にコーティングした後、透明
基板上のコーティング面を重力に対して下方に向け、前
記塗料内の炭素をコーティングされた塗料表面に移動せ
しめることを特徴とする請求項２に記載のブラックマト
リックスを形成する方法。
【請求項４】前記透明基板との界面およびコーティン
グされた塗料表面とで異なる炭素の分布状態を透明基板
上にコーティングされた塗料内に形成する工程におい
て、前記塗料を透明基板上にコーティングした後、透明
基板上のコーティング面を重力に対して下方に向け、さ
らに、透明基板上のコーティング面を有機溶剤蒸気に暴
露し、前記塗料内の炭素をコーティングされた塗料表面
に移動せしめることを特徴とする請求項２に記載のブラ
ックマトリックスを形成する方法。
【請求項５】前記透明基板との界面およびコーティン
グされた塗料表面とで異なる炭素の分布状態を、透明基
板上にコーティングされた塗料内に形成する工程におい
て、前記塗料に磁性体を添加しコーティングした後、磁
界を形成し前記磁性体を透明基板との界面に引き寄せる
ことによって前記塗料内の炭素をコーティングされた塗
料表面に移動せしめることを特徴とする請求項２に記載
のブラックマトリックスを形成する方法。
【請求項６】透明基板上にブラックマトリックスを有
する表示装置におけるブラックマトリックスを透明基板
上に形成する方法であって、バインダー、遮光粒子および、金属錯塩または金属粒子
のいずれかまたは両者を水中に分散したコーティング剤
を透明基板上にコーティングする工程と、コーティングしたコーティング剤を熱により硬化し、ブ
ラックマトリックスを形成する工程と、を備えることを特徴とするブラックマトリックスの形成
方法。
【請求項７】バインダー、遮光粒子および、金属錯塩
または金属粒子のいずれかまたは両者を水中に分散した
コーティング剤の金属錯塩または金属粒子の配合量が、
遮光粒子に対して０．２〜１０重量％であることを特徴
とする請求項６に記載のブラックマトリックスの形成方
法。