JPH08334753A - 表示用基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表示用基板のブラックマトリクスの外光によ
る反射を防止し、製造コストを低減させる。 【構成】 液晶表示装置２０は、基板部材１８と表示用
基板１９との間に液晶層２４を挟持する。表示用基板１
９の基板２３の一表面２３ａにはブラックマトリクス２
８とカラーフィルタ２７が形成され、その上に透明電極
２９が形成され、さらにその上にオーバコート層３０が
形成される。ブラックマトリクス２８は、低反射率を有
する無機材料微粒子を分散させたガラス薄膜から形成さ
れ、外光がブラックマトリクス２８に入射すると、外光
は無機材料微粒子によって散乱もしくは吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示装置に
用いられ、ブラックマトリクスが形成される表示用基板
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の表示用基板１を有する液
晶表示装置２の断面図である。液晶表示装置２は、一対
の透光性を有する基板３，４の間に液晶層５が挟持さ
れ、基板３，４はたとえばガラスから成る。一対の基板
３，４のうち一方の基板３の液晶層５側の一表面には赤
・緑・青のカラーフィルタ６がそれぞれ設けられ、各カ
ラーフィルタ６の間にはブラックマトリクス７が形成さ
れる。各カラーフィルタ６とブラックマトリクス７を覆
って透光性の透明電極８が設けられ、透明電極８の上に
透明電極８を保護する透光性のオーバコート層９が設け
られ、その上に図示しない配向膜が形成される。基板３
の他表面には偏光板１２が設けられる。これらの偏光板
１２、基板３、カラーフィルタ６、ブラックマトリクス
７、透明電極８およびオーバコート層９から表示用基板
１は構成される。

【０００３】他方の基板４の液晶層５側の一表面の前記
カラーフィルタ６に対向する領域には絵素電極１０がそ
れぞれ設けられ、他表面には偏光板１３が設けられる。
絵素電極１０には、絵素電極１０への表示用の信号をス
イッチングするＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子１１が
それぞれ接続され、基板４、絵素電極１０およびＴＦＴ
素子１１の液晶層５側の表面には図示しない配向膜が形
成される。液晶表示装置２は、ＴＦＴ素子１１のスイッ
チング動作によって各絵素電極１０を選択／非選択し、
これによって光を透過／遮断して表示を行う。このよう
に構成される液晶表示装置２には、コントラストのよい
画像を得るために外光を吸収する黒色のブラックマトリ
クス７が前述のように各カラーフィルタ６の周囲に形成
される。

【０００４】従来のブラックマトリクス７の形成方法
は、まず基板３に金属、たとえばクロムを蒸着しクロム
の蒸着膜を形成する。次に、クロムの蒸着膜の上にホト
レジストを塗布してホトレジスト層を形成し、このホト
レジスト層をパターン露光およびホトエッチングの手法
によって現像し、パターニングされたホトレジスト層を
形成する。さらに、このパターニングされたホトレジス
ト層をマスクとしてクロムの蒸着膜をエッチングにより
現像し、パターニングされたホトレジスト層を剥離する
ことによってブラックマトリクス７を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように形成され
たクロムから成る従来のブラックマトリクス７は金属蒸
着膜であるため、金属結合における自由電子の光学的性
質により表面に金属光沢を有する。そのため、液晶表示
装置２の外部から入射する外光がブラックマトリクスの
表面で反射することによって表示品位の低下をまねくと
いう問題が生じる。

【０００６】一方、低反射化のためにクロムに比べて低
反射率の酸化クロムを前記クロムの蒸着膜の上にさらに
蒸着し、反射を抑制する方法もあるが、この方法でもま
だ光の反射を完全に抑制することはできず、表示品位の
低下を克服することができない。また、蒸着を２度行う
必要があり、さらにクロムと酸化クロムとはエッチング
方法が異なるので、それぞれに対してエッチングを行わ
なければならず工程数が増加し、製造コストが高価にな
るという問題が生じる。また、金属蒸着による方法で
は、金属蒸着装置が高価なので、さらに製造コストが高
価になるという問題が生じる。

【０００７】したがって本発明の目的は、外光による反
射を抑制することによって液晶表示装置の表示品位が向
上し、また工程数を減らしかつ安価な装置を使うことに
よって製造コストの低いブラックマトリクスを有する表
示用基板およびその製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、透光性材料か
ら成る基板と、前記基板上に形成され、低反射率を有す
る、無機材料微粒子を分散させたガラス薄膜から成るブ
ラックマトリクスと、前記基板上に、ブラックマトリク
スが形成されていない領域に設けられるカラーフィルタ
層と、前記ブラックマトリクス上および前記カラーフィ
ルタ層上に形成される透光性電極とを含むことを特徴と
する表示用基板である。また本発明は、透光性材料から
成る基板上に、低反射率を有する、無機材料微粒子が分
散された分散液を塗布し、固化してブラックマトリクス
用ガラス薄膜を形成し、そのブラックマトリクス用ガラ
ス薄膜の上部にホトレジスト層を形成してホトエッチン
グの手法でパターニングし、ブラックマトリクス用ガラ
ス薄膜のカラーフィルタ層に対応する部分を選択的に除
去し、ブラックマトリクスに対応する部分を残して、ブ
ラックマトリクスを形成し、前記基板上のブラックマト
リクスが形成されていない領域にカラーフィルタ層を形
成することを特徴とする表示用基板の製造方法である。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、表示用基板の透光性基板の上
に形成されるブラックマトリクスは、低反射率を有す
る、無機材料微粒子が分散されたガラス薄膜から成る。
前記基板上の前記ブラックマトリクスが形成されていな
い領域にはカラーフィルタが設けられ、カラーフィルタ
およびブラックマトリクスの上には透光性基板が形成さ
れる。

【００１０】このように構成された表示用基板の外部か
らブラックマトリクスの表面に入射してきた外光は、ブ
ラックマトリクスのガラス薄膜内に分散された無機材料
微粒子によって散乱もしくは吸収されるので、先行技術
における金属蒸着によるブラックマトリクスに比べて反
射を抑制することができる。先行技術におけるたとえば
クロムの金属蒸着によるブラックマトリクスは金属結合
における自由電子の光学的性質により金属光沢を有して
いたが、本発明のブラックマトリクスのガラス薄膜にお
いては、ガラスマトリクスにより個々の無機材料微粒子
は分散されており、そのため粒子単位の反射はあっても
全体として金属結合による寄与は非常に小さくなるた
め、先行技術におけるブラックマトリクスの金属蒸着膜
で見られるような金属光沢を防止することができる。

【００１１】また本発明に従えば、表示用基板には、ま
ず透光性材料から成る基板上に低反射率を有する、無機
材料微粒子が分散された分散液を塗布し、それを固化し
てブラックマトリクス用ガラス薄膜を形成する。次に、
このブラックマトリクス用ガラス薄膜の上部にホトレジ
スト層を形成し、ホトエッチングの手法でパターニング
し、カラーフィルタ層に対応する部分を選択的に除去し
てブラックマトリクスを形成する。

【００１２】このように分散液を基板上に塗布すること
によってブラックマトリクス用ガラス薄膜を形成するの
で、先行技術の金属蒸着によるブラックマトリクスを形
成する際に使用する高価な金属蒸着装置を使用する必要
がないため、製造コストを低減することができる。

【００１３】また、反射率を低下させるためにクロムな
どの金属を蒸着し、その蒸着した金属層の上に低反射率
を有する酸化クロムをさらに蒸着させ、それらをそれぞ
れエッチングする方法も行われていたが、本発明では分
散液を塗布するだけでよく、またブラックマトリクス用
ガラス薄膜に対するエッチングは一度だけで済むため工
程数が減り、製造コストを低減させることができる。さ
らに、酸化クロムを蒸着させる先行技術におけるブラッ
クマトリクスに比べても本発明のブラックマトリクスは
反射率を抑えることができ、高コントラスト比を得るこ
とができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の表示用基板１９
を有する液晶表示装置２０を示す断面図である。液晶表
示装置２０は、絵素がマトリクス状に配置され、各絵素
が赤・緑・青のいずれかの色を選択的に表示するマトリ
クス表示を行う。

【００１５】液晶表示装置２０は、対向して配置される
基板部材１８と表示用基板１９の間に液晶層２４が挟持
される。基板部材１８および表示用基板１９は基板２
２，２３を有し、これらの基板２２，２３は絶縁性の透
光性材料、たとえば透明なガラスまたはポリカーボネー
トなどの高分子材料で実現される。

【００１６】基板部材１８の基板２２の液晶層２４側の
一表面２２ａにはマトリクス状に配置される絵素電極２
５と、この絵素電極２５への表示用信号をスイッチング
するＴＦＴ素子２６とが形成される。基板部材１８の液
晶層２４側の表面には、図示しない配向膜が形成され、
基板２２の他表面２２ｂには偏光板３５が設けられる。

【００１７】また、表示用基板１９の基板２３の液晶層
２４側の一表面２３ａの、前記絵素電極２５に対向する
領域には、各絵素２５毎に赤・緑・青いずれかのカラー
フィルタ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ（以後、カラーフィル
タ２７ａ，２７ｂ，２７ｃを総称するときはカラーフィ
ルタ２７と略記する）が形成され、カラーフィルタ２７
以外の基板２３の一表面２３ａにはブラックマトリクス
２８が形成される。カラーフィルタ２７とブラックマト
リクス２８との上には、これらを覆って透光性の電極で
ある透明電極２９が形成され、この透明電極２９の上に
は透明電極２９を保護する、たとえばポリビニルアルコ
ールから成るオーバコート層３０が透明電極２９を覆っ
て形成され、このオーバコート層３０の液晶層２４側の
一表面には図示しない配向膜が形成される。透明電極２
９は、基板２３の一表面２３ａでなくカラーフィルタ２
７およびブラックマトリクス２８の液晶層２４寄りの表
面に形成されるので、絵素電極２５との距離を小さくす
ることができる。基板２３の他表面２３ｂには、偏光板
３４が設けられる。

【００１８】図２は、本発明の一実施例の表示用基板１
９の各製造工程を説明するための断面図である。まず、
図２（１）に示されるように表示用基板１９の基板２３
の一表面２３ａに無機材料微粒子が分散された分散液を
塗布する。無機材料微粒子は金属または黒色の金属酸化
物またはカーボンブラックなどの黒色の固体で実現さ
れ、本実施例ではクロムおよび／または酸化クロムを使
用する。微粒子の直径は、好ましくは１００〜３００Å
の範囲に選ばれ、超微粒子と呼ばれる状態となる。この
場合、３００Åより大きい場合は粒体の表面で局所的な
反射が表示品位に影響する可能性を有する。無機材料微
粒子は分散媒に分散され、超微粒子分散状態となり、こ
の分散媒は、チタンまたはアルミニウムなどの金属から
成る金属アルコキシドまたはアルコキシシランで実現さ
れ、本実施例ではアルコキシシランを使用する。このア
ルコキシシランにクロムおよび／または酸化クロムを分
散させて分散液であるアルコキシシランゾルを作る。本
実施例の分散液であるアルコキシシランゾルの重量比
は、たとえばテトラエトキシシランを２５重量部、純水
を１０重量部、エタノールを２５重量部、ノルマルブタ
ノールを２５重量部、クロムおよび／または酸化クロム
を１〜３重量部である。分散される分散材としてはクロ
ムだけでもよいし、クロムと酸化クロムの混合物であっ
てもよいし、酸化クロムだけでもよい。好ましくは、ク
ロムよりも反射率の低い酸化クロムだけの分散材であ
る。

【００１９】この分散液を、スピンコート法もしくはデ
ィップ法によって基板２３の一表面２３ａに一様に塗布
する。次に室温で約１時間乾燥させ、前記分散液を固化
して厚さ０．３〜０．５μｍの薄膜を形成し、その後、
２００℃で１時間焼成処理することによってブラックマ
トリクス用ガラス薄膜３２を形成する。

【００２０】図２の（２）に示されるように、前記ブラ
ックマトリクス用ガラス薄膜３２の基板２３とは反対側
の一表面２８ａにホトレジストを一様に塗布し、ホトレ
ジスト層３６を形成する。

【００２１】次に、図２（３）に示すように、カラーフ
ィルタ２７を予め形成すべき部分に光が当たらず、ブラ
ックマトリクス２８を形成すべき部分のみに孔が形成さ
れて光が当たるように構成されたホトマスク３１を用い
て露光を行う。ホトレジスト層３６をホトエッチングの
手法により現像すると、図２（４）に示すようにブラッ
クマトリクス２８を形成すべき部分のみにパターニング
されたホトレジスト層３３が形成される。このパターニ
ングされたホトレジスト層３３をマスクとして前記ガラ
ス薄膜３２をエッチングにより現像し、図２（５）に示
すように、パターニングされたホトレジスト層３３の下
にパターニングされたブラックマトリクス用ガラス薄膜
３２であるブラックマトリクス２８を形成する。さら
に、ホトレジスト層３３を剥離することによって図２
（６）に示すようにブラックマトリクス２８が完成す
る。

【００２２】図２（７）を参照して、ブラックマトリク
ス２８が形成された基板２３の一表面２３ａに、赤の顔
料で予め調色した感光性レジストを基板に塗布し、赤の
カラーフィルタ２７ａを形成しようとする部分にパター
ニングして赤のカラーフィルタ２７ａを形成する。青お
よび緑に関しても、ブラックマトリクス２８が形成され
た基板２３の一表面２３ａに赤のカラーフィルタ２７ａ
を形成するときと同様の工程を繰り返すことによって青
および緑のカラーフィルタ２７ｂ，２７ｃを形成する。

【００２３】次に、基板２３とは反対側のブラックマト
リクス２８およびカラーフィルタ２７の一表面に、ブラ
ックマトリクス２８およびカラーフィルタ２７を覆って
透明電極２９を形成し、この透明電極２９のブラックマ
トリクス２８およびカラーフィルタ２７とは反対側の一
表面には透明電極２９を覆ってオーバコート層３０を形
成する。オーバコート層３０の透明電極２９とは反対側
の一表面３０ａには図示しない配向膜を形成し、基板２
３の他表面２３ｂには偏光板３４を設け、表示用基板１
９は完成する。

【００２４】この表示用基板１９は、前述の図１に示さ
れるように液晶表示装置２０を構成する。この液晶表示
装置２０は、液晶表示装置２０の図１における上方から
白色光を照射すると同時にＴＦＴ素子２６を駆動させて
絵素電極２５への表示用信号をスイッチング動作させる
と、それに応じて液晶層を通過する光量が変化し、カラ
ー画像が表現される。

【００２５】本発明の表示用基板は、このような透光型
液晶表示装置だけでなく反射型液晶表示装置にも実施す
ることができる。

【００２６】図３は、先行技術におけるブラックマトリ
クスの金属蒸着膜と本発明におけるブラックマトリクス
の微粒子を膜式的に示す図である。なお、図３において
Ｍは原子を示し、−は自由電子を示す。図３（１）に示
すように、先行技術におけるブラックマトリクスの金属
蒸着膜は、ブラックマトリクス全体が金属結合によって
結合されているので、金属結合における自由電子の光学
的性質によりブラックマトリクスの表面に金属光沢を有
し、ブラックマトリクスに入射する光は表面でマクロ的
に反射する。この先行技術のブラックマトリクスに対し
て本発明のブラックマトリクスは、図３（２）に示すよ
うに、金属結合した無機材料微粒子がブラックマトリク
ス用ガラス薄膜のガラスマトリクス内に分散されている
ので、ブラックマトリクスに入射する光は無機材料微粒
子によって散乱される。つまり、入射光は、ミクロ的に
は無機材料微粒子の表面で反射が起こるが、マクロ的に
は散乱されるということである。なお、先行技術および
本発明のブラックマトリクスのどちらにおいても、入射
する光の一部は吸収される。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、表示用基
板のブラックマトリクスに入射してきた外光は、ガラス
薄膜内に分散された無機材料微粒子によって散乱もしく
は吸収する。したがって先行技術における金属蒸着によ
るブラックマトリクスのように外光を反射し、表示品位
を低下させることが防がれる。先行技術における、たと
えばクロムの金属蒸着によるブラックマトリクスでは金
属結合における自由電子の光学的性質により金属光沢を
有し、表面で外光を反射していたが、本発明のブラック
マトリクスのガラス薄膜においては、ガラスマトリクス
により個々の無機材料微粒子は分散されており、そのた
め粒子単位で反射はあっても全体としては金属結合によ
る寄与は非常に小さくなるため、従来のブラックマトリ
クスに比べて反射率は低減される。

【００２８】また、本発明によれば、基板に無機材料微
粒子が分散された分散液を塗布し、それを固化してブラ
ックマトリクス用ガラス薄膜を形成するので、従来のよ
うに高価な金属蒸着装置を使用する必要がなく、製造コ
ストを低減させることが可能である。

【００２９】また従来、反射率を低減させるためにクロ
ムの蒸着膜の上にさらに酸化クロムの蒸着膜を形成する
方法も行われていたが、この方法の場合、クロムと酸化
クロムのそれぞれに対してエッチングを行わなければな
らず工程数が増加し製造コストが高価になっていたが、
本発明では１回塗布するだけでよく、エッチングも一度
ですむのでさらに製造コストを低く抑えることができ
る。また、無機材料微粒子の分散により、酸化クロムの
蒸着よりもさらに反射率を低減させることが可能とな
り、高コントラスト比を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の表示用基板１９を有する液
晶表示装置２０を示す断面図である。

【図２】表示用基板１９の各製造工程を説明するための
断面図である。

【図３】先行技術におけるブラックマトリクスの金属蒸
着膜と本発明におけるブラックマトリクスの微粒子を模
式的に示す図である。

【図４】従来の表示用基板１を有する液晶表示装置２の
断面図である。

【符号の説明】

１８ 基板部材 １９ 表示用基板 ２０ 液晶表示装置 ２２，２３ 基板 ２４ 液晶層 ２５ 絵素電極 ２６ ＴＦＴ素子 ２７ カラーフィルタ ２８ ブラックマトリクス ２９ 透明電極 ３０ ホトレジスト層 ３２ ブラックマトリクス用ガラス薄膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性材料から成る基板と、 前記基板上に形成され、低反射率を有する、無機材料微
   粒子を分散させたガラス薄膜から成るブラックマトリク
   スと、 前記基板上に、ブラックマトリクスが形成されていない
   領域に設けられるカラーフィルタ層と、 前記ブラックマトリクス上および前記カラーフィルタ層
   上に形成される透光性電極とを含むことを特徴とする表
   示用基板。
2. 【請求項２】 透光性材料から成る基板上に、低反射率
   を有する、無機材料微粒子が分散された分散液を塗布
   し、固化してブラックマトリクス用ガラス薄膜を形成
   し、 そのブラックマトリクス用ガラス薄膜の上部にホトレジ
   スト層を形成してホトエッチングの手法でパターニング
   し、ブラックマトリクス用ガラス薄膜のカラーフィルタ
   層に対応する部分を選択的に除去し、ブラックマトリク
   スに対応する部分を残して、ブラックマトリクスを形成
   し、 前記基板上のブラックマトリクスが形成されていない領
   域にカラーフィルタ層を形成することを特徴とする表示
   用基板の製造方法。