JPH04342204A - ブラックマトリクスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶カラーディスプレイ
等のカラー表示パネルのブラックマトリクスおよびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクス分野において、
液晶ディスプレイを始めプラズマディスプレイ、ＥＬデ
ィスプレイ等のカラーパネル化が進んでいる。

【０００３】カラーパネルにおいて画面のコントラスト
を上げ、視覚的に見やすくするためにカラーフィルター
の間に黒色のブラックマトリクスが入れられる。ブラッ
クマトリクスの材質としてはクロム、ニクロム、タンタ
ル等の低反射率の金属が主流で、一部カーボン系インク
を印刷したものもある。

【０００４】また、その作製方法としてはクロムの様な
金属の場合、蒸着法やスパッター法で金属の薄膜層（０
．１μｍ程度）を形成した後、フォトリソグラフィによ
ってフォトレジストのパターンを金属膜上に作製し、こ
れを金属のエッチャントに浸して金属パターンを形成し
、最後にフォトレジストを除去してブラックマトリクス
を作製する方法が採られている。

【０００５】一方、カーボン系インクの場合はカーボン
粉末をエポキシ樹脂などの基材に分散させたインクを用
い、平版印刷や凹版印刷等の印刷法でパターン形成した
後、加熱して樹脂を硬化してブラックマトリクスを形成
する。例えば、特開平２−８０３号公報。

【０００６】さらに、金属酸化物を用いてブラックマト
リクスを作製する例も考えられている。例えば、特開平
２−１４６５０２号公報。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
クロム等の金属を用いたブラックマトリクスは金属薄膜
の真空成膜を行った後、フォトリソグラフィとエッチン
グでパターン形成を行うため工数が多く、製造コストが
高くつく欠点を有する。また、膜が金属であるため若干
の反射を生じ、コントラストの低下につながる。さらに
導電性を有するため透明電極間に直接ブラックマトリク
スを形成することができなかった。

【０００８】金属酸化物は反射がほとんどなくコントラ
ストがよい利点はあるが、膜の強度が弱く、導電性（金
属酸化物は半導体もしくは導体）を有する欠点があった
。

【０００９】一方、カーボン系インクの場合は印刷で形
成するため、製造コストが安い反面、パターンの膜厚が
２μｍ程度と厚くなる。このため、大きな段差ができ、
配向膜の配向不良を生じる欠点を有する。

【００１０】本発明は上記課題に鑑み、膜厚が比較的薄
く、非導電性の反射の少ないブラックマトリクスおよび
それを安価に形成する製造方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は金属酸化物粒子
とガラスフリットを成分とするペーストでパターン形成
した後、インクを焼成することによって金属酸化物とガ
ラス成分の混合物で形成されたことを特徴とするブラッ
クマトリクスおよびその製造方法に関するものである。

【００１２】ペーストとしては酸化銅や酸化鉄等の金属
酸化物の微粒子を主材として、これに下地との接着性お
よび金属酸化物粒子間の強度を付与するためのガラスフ
リット成分およびビヒクル（樹脂及びオイル類）を添加
したものが有効である。

【００１３】金属酸化物粒子としては周期律表のＩＢ、
ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、ＶＩＩＩ族の金属の酸化物が
安定性や遮光性の点で優れていた。

【００１４】製造方法としては、凹版印刷や平版印刷の
ような印刷法で金属酸化物を主材とするペーストのパタ
ーンを被印刷体（通常はガラス基板）上に形成し、これ
を空気中あるいは酸素中で焼成することによって金属酸
化物とガラス成分の混合物からなるブラックマトリクス
を形成するか、もしくは金属酸化物とガラスフリットを
フィラーとし、熱硬化性樹脂をビヒクルとするペースト
を凹版に充填した後、加熱硬化させる。次に、紫外線硬
化樹脂をペースト充填された凹版上に塗布し、その上に
ガラス基板を張り合わせ、ガラス基板上から紫外線照射
し、紫外線硬化樹脂を硬化した後、凹版からガラス基板
を剥し、凹版パターンが形成されたペーストを紫外線硬
化樹脂層を介してガラス基板上に転写する。この後ペー
ストを空気中あるいは酸素中焼成することで有機成分を
除去し、ブラックマトリクスを形成する。

【００１５】

【作用】本発明は上記した構成において、金属酸化物粒
子とガラスフリットとビヒクル（樹脂、オイル類）から
なるペーストを焼成することで有機物成分が除去され、
ガラスフリットは溶融するため膜厚が印刷時の５分の１
程度となり大きな段差を生じない。また、前記金属酸化
物は反射が非常に少ないため、大きなコントラストが確
保できる。さらに、金属酸化物粒子間にＳｉＯ２のよう
な絶縁性の酸化物（ガラスフリット）が存在するため電
気抵抗が大きく、単純マトリクス型の液晶ディスプレイ
における透明電極間のブラックマトリクスにも使用する
ことが可能である。

【００１６】また、その製造方法は印刷法によるパター
ン形成工程と焼成工程のみからなっており、従来の真空
成膜、フォトリソグラフィ、エッチングによるパターン
形成法に比べ、工数が少ないため製造コストが大幅に低
減される。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の第１の実施例について、図面
を参照しながら説明する。（図１）は第１の実施例にお
ける白黒単純マトリクス液晶基板の断面図を示すもので
ある。（図１）において１１はガラス基板、１２はＳｉ
Ｏ２層、１３は透明電極、１４はブラックマトリクスで
ある。

【００１８】以下に白黒単純マトリクス液晶基板のブラ
ックマトリクス付き透明電極基板の製造方法を示す。研
磨されたガラス基板１１上にナトリウムイオンの拡散を
防ぐためにＳｉＯ２層１２をゾル・ゲル法で形成した。 この上にＩＴＯ（酸化インジウムと酸化錫の混合物）か
らなる透明導電層をスパッター法で形成し、フォトリソ
グラフィとエッチングによって透明電極１３を作製した
。

【００１９】次に、粒径０．１μｍの酸化銅４０ｗｔ％
、粒径０．３μｍのガラスフリット（日本電気硝子製Ｇ
Ａー９を粉砕）２０ｗｔ％、アクリル系樹脂３６ｗｔ％
、テルピネオール４ｗｔ％からなる酸化銅ペーストを凹
版オフセット印刷法で透明電極間に印刷し、これを５０
０℃２０分間空気中焼成した。この結果、酸化銅ペース
トは、ほぼＣｕＯ（黒色）とガラスフリットだけの混合
物となり、ブラックマトリクス１４を形成した。ブラッ
クマトリクスの膜厚は０．２μｍと薄く、配向膜形成時
のラビングへの影響はほとんど無かった。

【００２０】この様にして作製した電極基板を用いて液
晶パネルを作製したところ従来品に比べコントラストの
取れたシャープな画面が得られた。電極間のクロストー
ク（ブラックマトリクスによるショートに起因するもの
）も無視できる程度のものであった。これはＣｕＯ粒子
間がＳｉＯ２のような絶縁物で分離されているため、電
気抵抗が非常に高くなったためと考えられる。

【００２１】なお、酸化銅の他に周期律表のＩＢ、ＶＢ
、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、ＶＩＩＩ族の金属（例えばＶ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ等
）の酸化物粒子を主材とする金属酸化物ペーストが酸化
物の安定性および光の遮光性の点で優れていた。

【００２２】次に第２の実施例について図面を参照しな
がら説明する。（図２）はブラックマトリクスの作製工
程図で（図２（ａ））はペースト充填・固化工程、（図
２（ｂ））は張り合わせ工程、（図２（ｃ））は剥離工
程、（図２（ｄ））は焼成工程である。（図２）におい
て２１はガラス凹版、２２は離型層、２３はペースト、
２４はガラス基板、２５はプライマー層、２６は紫外線
硬化樹脂、２７はブラックマトリクス、２８は電気炉で
ある。

【００２３】以下にＴＦＴ型のカラーフィルター用のブ
ラックマトリクスの作製方法を示す。表面にフッ素系シ
ランカップリング剤からなる離型層２２を有するガラス
凹版２１の溝部に粒径０．２μｍの酸化鉄４０ｗｔ％と
粒径が０．５μｍのガラスフリット（日本電気硝子製Ｇ
Ａー９）４０ｗｔ％と熱硬化性エポキシ樹脂２０ｗｔ％
からなる酸化鉄ペースト２３をドクターブレードで充填
した後、１４０℃１０分間加熱してペーストを固化した
。・・・（ａ）ペースト充填・固化工程次に、この凹版
上に紫外線硬化樹脂２６を少量滴下し、その上に表面に
シランカップリング剤からなるプライマー層２５を有す
る液晶ディスプレイ用のガラス基板２４をゆっくり張り
合わせた。・・・（ｂ）張り合わせ工程ガラス基板側か
ら紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させた後、ガ
ラス基板をガラス凹版から剥離した。・・・（ｃ）剥離
工程 次にこのガラス基板を電気炉２８で空気中５００℃２０
分間加熱し、紫外線硬化樹脂とインク中のエポキシ樹脂
成分を除去した。・・・（ｄ）焼成工程本実施例のパタ
ーンの寸法精度は凹版の形状をそのまま転写するため１
μｍ程度と非常に優れていた。膜厚は０．４μｍであっ
た。

【００２４】なお、酸化銅、酸化鉄の他に周期律表のＩ
Ｂ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、ＶＩＩＩ族の金属（例え
ばＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｃｏ
、Ｒｈ等）の酸化物粒子を主材とする金属酸化物ペース
トが酸化物の安定性および光の遮光性の点で優れていた
。

【００２５】ガラスフリット成分の焼成後の全組成に対
する混合量としては下地との接着性、非導電性および遮
光性の点から２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下のものが優
れていた。ガラスフリットとしてはガラス基板よりでき
るだけ軟化温度の低いものが接着性の点で優れておりＳ
ｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＰｂＯ系が有効であった。

【００２６】また、金属酸化物の粒径は０．３μｍ以下
でガラスフリットの粒径としては、０．５μｍ以下のも
のが焼成後の表面性、膜厚による配向膜への影響および
遮光性の点で優れていた。

【００２７】焼成条件としては空気中あるいは酸素中焼
成が有効であった。また、印刷法としては凹版印刷法以
外にも平版印刷や凸版印刷も可能であった。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、上記した構成に
おいてＩＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、ＶＩＩＩ族の金
属元素の酸化物粒子を主材とし、ガラスフリットおよび
ビヒクルからなるペーストを印刷、焼成することによっ
て膜厚が０．４μｍ以下と薄く、大きな段差を生じない
ためカラーフィルターとの重なり部分において段差がほ
とんど付かない。また、白黒単純マトリクスタイプにお
いては配向膜への影響もほとんど無く、抵抗値も大きい
ため透明電極間のショートも無い。さらに、反射が少な
く大きなコントラストが確保できる利点を有する。

【００２９】また、その製造方法は印刷法によるパター
ン形成工程と焼成工程からなっており、従来のクロム等
の金属製ブラックマトリクスのように金属を真空成膜し
た後、フォトリソグラフィとエッチングでパターン形成
する方法に比べ、製造コストが大幅に低減される。

【００３０】以上のように本発明は非導電性でコントラ
スト、膜厚等の性能に優れたブラックマトリクスおよび
そのブラックマトリクスを低コストで作製する製造方法
を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における白黒単純マトリ
クス液晶基板の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例におけるブラックマトリ
クスの作製工程図である。

【符号の説明】

１１　　ガラス基板 １２　　ＳｉＯ２層 １３　　透明電極 １４　　ブラックマトリクス ２１　　ガラス凹版 ２２　　離型層 ２３　　酸化鉄ペースト ２４　　ガラス基板 ２５　　プライマー層 ２６　　紫外線硬化樹脂 ２７　　ブラックマトリクス ２８　　電気炉

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属酸化物粒子とガラスフリットの混
   合物からなることを特徴とするブラックマトリクス。
2. 【請求項２】　　金属酸化物粒子がＩＢ、ＶＢ、ＶＩＢ
   、ＶＩＩＢ、ＶＩＩＩ族の金属の酸化物粒子であること
   を特徴とするブラックマトリクス。
3. 【請求項３】　　ガラスフリットの混合量が全組成に対
   して２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることを特徴と
   するブラックマトリクス。
4. 【請求項４】　　金属酸化物とガラスフリットをフィラ
   ーとするペーストでブラックマトリクスのパターンを凹
   版オフセット印刷法で形成した後、空気中あるいは酸素
   中で前記ペーストを焼成して作製したことを特徴とする
   ブラックマトリクスの製造方法。
5. 【請求項５】　　金属酸化物とガラスフリットをフィラ
   ーとし、熱硬化性樹脂をビヒクルとするペーストを凹版
   に充填した後、加熱硬化させる。次に、紫外線硬化樹脂
   をペースト充填された凹版上に塗布し、その上にガラス
   基板を張り合わせる。次にガラス基板上から紫外線照射
   し、紫外線硬化樹脂を硬化した後、凹版からガラス基板
   を剥し、凹版パターンが形成されたペーストを紫外線硬
   化樹脂層を介してガラス基板上に転写する。この後ペー
   ストを空気中あるいは酸素中焼成することで有機成分を
   除去し、ブラックマトリクスのパターンを形成したこと
   を特徴とするブラックマトリクスの製造方法。