KR100282033B1 - 표시장치용블랙매트릭스및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

두께가 균일하고 표면이 평활한 박막의 블랙매트릭스(BM)를 제조한다.
흑색안료입자와 감광성 유기 Si 화합물과 고비점 극성용제를 함유하는 형성액을 유리기판 표면에 도포하여 박막을 형성하고, 박막에 마스크를 통하여 노광한 후 현상하고, 유리기판을 소성하여 BM을 제조한다. 감광성 유기 Si 화합물은 소성에 의해 SiO2가 되므로 BM의 고착강도는 현저히 높다. 광학특성은 양호하다. (a)표면은 판유리와 같이 평탄하고 양호한 광택성을 갖는다. (b) 종래의 BM은 안료(1)가 응집하여 표면이 요철로 되어 있다. 감광성 유기 Si 화합물이 소성되어 SiO2를 생성할 때, 막내부에 발생하는 응력은 감광성 유기 Si 화합물의 감광기가 완화한다. 본예의 BM은 두껍게할 수 있고, 25μm정도의 막두께의 경우에는 제조시에 균열이 생기지 않는다.

Description

표시장치용 블랙매트릭스 및 그 제조방법{ }
본 발명은 표시장치의 화소주위 등에 설치되어 배후로부터의 광을 차폐하고, 표시의 시인성(視認性)을 향상시키는 블랙매트릭스와, 그 제조방법에 관한 것이다.
표시장치의 표시면에 있어서의 콘트라스트 향상 등, 표시의 시인성을 향상시키기 위하여 표시면의 화소 이외의 부분에 광을 차폐하는 흑색층을 형성하는 수가 있다. 통상, 규칙적으로 나란히 표시면을 구성하고 있는 화소와 화소사이에 설치되기 때문에 이 차폐막을 블랙매트릭스라 부르고 있다.
상기 블랙매트릭스는 각종 원리의 표시장치로 각각 사용되고 있으나, 표시장치의 종류에 따른 제조공정이나 구조에 따라 그 재료·기능이 다르게 되어 있다. 예컨대, CRT에 사용하고 있는 블랙매트릭스는 CRT를 진공상태로 밀봉하기 위하여, 열처리공정에 견디는 재질이 아니면 안된다. 또, 전자총에서 조사되는 전자가 차지(charge)하지 않는 도전물질이 아니면 안된다. 이 때문에, CRT용 블랙매트릭스는 가령 흑연을 재료로 하여 리프트오프에 의해 형성된다. 이에 대해, 가령 LCD에 사용되고 있는 블랙매트릭스는, 재질로서는 유기물질·무기물질 어느 쪽도 좋으나, LCD는 백라이트를 이용한 표시소자이기 때문에, OD(Optical Density, 광학농도 표시값으로, 10g 투과율-1로 표시함)가 높지 않으면 안된다. 이 때문에, LCD용 블랙매트릭스는 가령 무기재료인 Cr 또는 Cr과 CrOx를 재료로 하여 스퍼터법과 에칭법으로 형성하거나, 유기재료인 수지를 재료로 하여 포토리소그래피법에 의해 형성한다.
(발명이 해결하고자 하는 과제)
형광표시관(VFD, Vacuum Fluorescent Display)은 고진공상태로 한 외위기 내부에 있어서, 음극에서 방출한 전자를 양극에 사돌하고, 양극에 설치한 형광체를 발광시켜서 표시를 행하는 표시소자이다. 또, 이 VFD의 음극에 특히 전계방출형 음극(FEC, Field Emission Cathode)을 사용한 것이다. 전계방출형 음극은 에미터 근방에 설치한 게이트가 형성하는 전계에 의해 에미터 선단에서 전자가 전계방출하는 현상을 이용한 것으로, 이 FEC를 이용한 VFD를 특히 FED(Field Emission Dis- play)라 일컫는다.
상기 VFD나 FED의 제조공정중에는, 외위기 봉착공정이나 형광체층 등의 소성공정 등의 고온처리공정이 있다. 따라서, VFD용 블랙매트릭스는 500℃정도의 열처리공정에 견디는 것이 아니면 안된다. 또, VFD용 블랙매트릭스의 재료선택은, 전기적 저항이 높은 것도 조건으로 들 수 있다. 종래 블랙매트릭스의 재료로 채용되어 온 각종 재료를 이와 같은 견지에서 검토하면, 흑연은 도전성이 있고, Cr은 도전성이 있음과 동시에 제조법의 코스트가 높고, Cr과 CrOx는 전기적 저항이 낮음과 동시에 제조법 코스트가 높고, 수지는 유기물질이므로 열에 약하고, 또 OD치(置)는 작다는 문제가 있다.
본 발명은 VFD, FED의 블랙매트릭스에 적합한 표시장치용 블랙매트릭스 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
청구항 1기재의 표시장치용 블랙매트릭스는 유기 Si 화합물을 소성하여 얻어지고 유리기판상에 형성된 SiO2와, 상기 SiO2내부에 분산고착된 흑색 안료입자를 갖는다.
청구항 2기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 흑색안료입자와 유기 Si 화합물과 고비점 극성용제를 함유하는 형성액을 유리기판 표면에 도포하여 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막을 패터닝하는 공정과 상기 유리기판을 소성하는 공정을 갖는다.
청구항 3기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 2기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 상기 흑색 안료 입자의 입경이 0.1μm이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 4기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 2기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 상기 유기 Si 화합물이 4작용성 알콕시실란과 알킬기를 갖는 알콕시실란을 공중합시켜서 얻은 폴리머인 것을 특징으로 한다.
청구항 5기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 4기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 상기 4작용성 알콕시실란과, 알킬기를 갖는 상기 알콕시실란의 혼합비율을 바꿈으로써 상기 폴리머 중의 알킬기수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 2기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 상기 유기 Si 화합물이 4작용성 알콕시실란과 감광기를 갖는 알콕시실란을 공중합시켜서 얻은 감광기를 갖는 폴리머를 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 7기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 6기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 상기 4작용성 알콕시실란과, 감광기를 갖는 알콕시실란의 혼합비율을 바꿈으로써 상기 폴리머중의 감광기 수를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 8기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 7기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 상기 유기 Si 화합물이 광중합 개시제와 보조제를 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 2 또는 4 또는 5기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 형성액을 유리기판 표면에 도포하여 박막을 형성하고, 상기 박막상에 레지스트를 도포하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴이 형성된 마스크를 통하여 상기 박막상의 레지스트에 노광하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴에서 벗어난 부분의 레지스트를 현상에 의해 제거하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴에 형성된 상기 레지스트 주위에 있는 상기 박막을 에칭에 의해 제거후 상기 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 10기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법은, 청구항 6 또는 7 또는 8기재의 표시장치용 블랙매트릭스 제조방법에 있어서, 형성액을 유리기판 표면에 도포하여 박막을 형성하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴이 형성된 마스크를 통하여 상기 박막상에 노광하고, 상기 박막의 블랙매트릭스로서 남겨야할 부분 이외 부분을 현상에 의해 제거하는 것을 특징으로 한다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 있어서의 블랙매트릭스 단면도, b는 종래의 블랙매트릭스의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 블랙매트릭스를 구비한 형광표시장치 단면도.
"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"
1: 안료 2: 양극기판 3: 블랙매트릭스
4: 양극도체 5: 형광체층 6: 양극
R,G,B: 컬러필터
본발명의 실시형태를 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명한다. 본예는 블랙매트릭스를 가진 컬러필터부착식 형광표시장치에 관한 것이다. 컬러필터는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색이고, 각각 일정한 규칙으로 표시면에 나란히 있는다. 블랙매트릭스는 인접하는 각 컬러필터를 구획한다. 우선, 블랙매트릭스를 제조하기 위하여 사용하는 형성액 원료등을 설명한다. 형성액은 다음에 나타내는 각 원료를 혼합 분산하여 형성한다. 이 형성액은 성분중에 감광성물질을 함유하고, 유리기판상에 도포후, 마스크와 광조사장치를 사용한 패터닝 및 현상조작에 의해 임의의 매트릭스형상으로 가공할수 있다.
(1) 안료
본예의 안료는 Cu-Fe-Mn의 복합산화물 또는 Cu-Cr-Mn의 복합산화물로 되는 흑색안료입자이다. 그 평균입경은 0.1μm이하, 바람직하게는 평균입경이 0.06μm정도이다. 비표면적은 30m2/g이다.
(2) 유기 Si 화합물로서의 감광성 유기 Si 화합물
본예에 있어서 필터는 유리기판상에 형성된다. 감광성 유기 Si 화합물중의 Si가 유리에 융합되므로 SiO2는 유리에 대한 고착제로서 적당하다. 다음 화학식 1과 같이 4작용성 알콕시실란과 감광기를 갖는 알콕시실란으로 이루어지는 실란커플링제를 공중합시키면, 감광기를 갖는 폴리머가 생성된다. 상기 감광성 유기 Si 화합물은 이 폴리머로 된다. 또는 적어도 이 폴리머를 함유한다.
Figure pat00002
상기 식중에서, R 은 알킬기, X 는 감광기이다. 4작용성 알콕시실란과 감광기를 갖는 알콕시실란의 비율은 50: 50∼ 0: 100 범위에서 임의로 설정한다. 상기 감광기를 갖는 실란커플링제로는 아크릴로일기, 비닐기 등의 감광기를 갖는 실란커플링제가 사용된다. 가령, 화학식 2로 나타낸 비닐트리메톡시실란, 화학식 3으로 나타낸 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 화학식 4로 나타낸 γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 등이 사용된다.
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
(3) 용제
1) 상기 감광성 유기 Si 화합물을 유리기판에 도포하고자 액상으로 하기 위하여 프로필렌글리콜에테르계의 고비점 극성용제를 사용한다. 고비점이므로 건조하기 어렵고, 얇게 도포하는 것이 유리하다. 극성용제이므로 다른 성분의 분산성이 양호하다. 이와같은 용제는 다음과 같은 것이 예시된다. 괄호내는 각 용제의 비점(℃)을 나타낸다. 디프로필렌글리콜메틸에테르(188), 트리프로필렌글리콜메틸에테르(242), 에틸렌글리콜메틸에테르(125), 에틸렌글리콜에틸에테르(136), 에틸렌글리콜부틸에테르(171), 디에틸렌글리콜메틸에테르(194), 디에틸렌글리콜에틸에테르(202), 디에틸렌글리콜부틸에테르(230).
2) 필요에 따라 광경화성수지, 구체적으로는 PEG, HEMA 등의 모노머를 첨가한다. 본예에서는 유기 Si 화합물로서 감광성 유기 Si 화합물을 사용하고 있으므로 용제로서의 광경화성수지를 반드시 필요로 하지는 않으나, 첨가하면 자외선에 대한 감도가 더욱 향상된다.
(4) 광중합개시제
노광에 의한 경화반응을 개시하기 위하여 DETX(diethylthioxanthone) 등의 티오크산톤계나, BP100 등의 벤조페논계의 광중합 개시제를 첨가하여도 좋다. DETX의 구조식을 화학식 5로 나타낸다.
Figure pat00006
(5) 보조제
상기 개시제의 보조제로서, 트리에탄올아민(TEA) 등의 아민계 보조제를 첨가하여도 된다.
이상 설명한 각 원료를 사용하여 형성액을 제작한다. 우선, 중량% 로 안료 20%, 감광성 유기 Si 화합물 10%, 용제 70%를 혼합한다. 상기 혼합한 원료를 안료가 일차 입자로 풀릴때까지 분산시킨다. 분산은 볼밀, 샌드글라인더(나노마이저)등을 사용하여 행한다. 안료가 일차입자로 풀리면 은폐력이 증가하고, 차광성이 커진다. 또한, 상기 용제를 광경화성 수지와 교체하거나, 일부를 광경화성수지로 치환하고, 광중합개시제와 보조제를 적당량 가하여도 좋다.
상기 형성액은 스피너를 사용하여 유리기판 표면에 도포한다. 스피너는 1,000∼ 3,000 rpm 으로 회전하는 원판을 구비하고 있다. 이 원판상에 유리기판을 고정하고, 그 원판을 예정한 회전속도로 회전시킨다. 회전하는 유리기판상에 상기 필터형성액을 적당량 적하하면, 형성액은 원심력에 의해 외측을 향하여 넓어지면서 얇아져서 막이 되어 간다. 적하하는 액량, 회전수, 처리시간등을 조정하여 유리기판상에 적당한 두께의 필터막을 형성한다.
상기 유리기판을 120∼ 150℃ 로 프리베이크한다. 다음에 그 형성액으로 형성되는 블랙매트릭스의 형상에 대응하는 패턴의 마스크를 준비하고, 상기 유리기판상에 배치한다. 상기 마스크를 통하여 유리기판에 노광한다. 현상하여 상기 박막을 소정 패턴으로 형성한다. 다음에 이 유리기판을 140∼ 150℃로 포스트 베이크한다.
다음에, 상기 유리기판을 소성한다. 산화분위기 중에서 박막내의 유기물은 분해되고, 무기성분의 Si가 SiO2가 되어 흑색안료입자를 고착하여, 블랙매트릭스가 완성된다.
표 1은 본예의 블랙매트릭스와 종래의 블랙매트릭스의 광학적 특성을 비교표시한 것이다.
막두께(μm) OD 반사율(%)
본발명품 0.8 3.0 1.2
1.1 4이상 1.2
Cr 0.12 4이상 50
Cr/CrOx 0.18 4이상 1∼3
수지 1.2 2.3 0.5
블랙매트릭스로서 가장 중요한 특성의 하나가 광학특성이고 투과율·반사율 모두 낮을수록 표시의 시인성은 좋아진다. 본예의 2개의 블랙매트릭스 반사율은 Cr/CrOx와 동등이고, OD 값도 막두께 1.1μm로 수지막을 대폭 상회하는 값을 얻고 있다. VFD로 사용할 경우, LCD와 같은 백라이트 방식은 아니므로 OD값은 2이상이 되면 문제없다. 이상의 데이터로 알 수 있듯이, 본예의 블랙매트릭스는 광학특성이 우수하다고 할 수 있다.
본 예의 블랙매트릭스를 VFD에 실장하여 콘트라스트가 어느 정도 개선되는지를 실험하였다. 다음에 표시하는 표는 그 결과를 나타낸다. 유리기판상에 소성에 의해 형성된 형성액 박막을, 완충 플루오르산(BHF)으로 에칭하여 라인폭 60μm의 블랙매트릭스의 패턴을 표시면에 형성한다. 블랙매트릭스상에는 공지의 구조로 VFD의 발광표시부를 구성한다. 표시면의 수직선에서 30°방향에서 표시면을 할로겐램프로 조사하고, 표시면의 휘도(cd/m2)를 휘도계로 측정하였다. 할로겐 램프에 의해 표시면의 조도(照度)(1x)를 100, 200, 500으로 바꾸면서 각각 VFD가 ON일 경우와 OFF일 경우의 표시면의 휘도(cd/m2)를 휘도계로 측정하였다. 여기서, VFD가 ON일 경우의 휘도(ON)는 VFD의 발광휘도+표시면 반사휘도를 나타낸다. VFD가 OFF일 경우의 휘도(OFF)는 표시면 반사휘도를 나타낸다. 상기 측정을 블랙매트릭스가 있을 경우와, 없을 경우의 각각에 대하여 행하였다. 콘트라스트(CR)는 CR=(ON)/(OFF)로 표시된다.
외광ℓx 100 200 500
콘트라스트 (CR) BM없음 26 13 6
BM있음 40 20 9
상기와 같이, 외광의 변화에 관계없이 블랙매트릭스가 있는 경우쪽이 없는 경우보다 항상 콘트라스트가 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 본예의 블랙매트릭스를 실장함으로써 VFD 표시면에 있어서의 콘트라스트가 개선되는 것이 확인되었다.
본예에 따르면 형성액에 있어서, 감광성 유기 Si 화합물은 안료의 분산을 돕고, 분산후에도 분산된 상태를 유지하는 기능을 갖는다.
감광성 유기 Si 화합물은 소성에 의해 SiO2가 되므로 얻어진 블랙매트릭스의 고착강도는 현저히 높고, 연필강도 시험에서 9H 이상이 된다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 안료(1)는 양호한 분산상태를 유지한채 SiO2내에 고착되므로, 광학특성이 양호하고, 블랙매트릭스 표면은 판유리와 같이 평탄하고 양호한 광택성을 갖는다. 이에 비해, 종래의 블랙매트릭스는 도 1b에 나타낸 바와 같이, 블랙매트릭스내에 있어서 안료(1)가 응집해 있고, 표면이 요철로 되어 있기 때문에, 입사광은 산란한다. 가령, 기준이 되는 판유리의 광택도를 100으로 할 경우, 본예의 블랙매트릭스 광택도는 100이 되고 상기 종래예의 블랙매트릭스 광택도는 10이하이다. 따라서, 본예의 블랙매트릭스 상에 다른 막을 적층할 경우는 판유리상에 성막함과 동일모양의 좋은 조건으로 형성될 수 있다.
본예에 있어서는 감광성 유기 Si 화합물이 소성되어 SiO2를 생성할때에 필터막 내부에 발생하는 응력을 광학성 유기 Si 화합물의 감광기와 알킬기가 완화한다. 즉, 감광기와 알킬기는 산화되기 어렵고, 단번에 연소하는 일이 없으므로 막은 균열을 일으키지 않고 소성되어 서서히 유리화가 진행된다. 이 때문에 본 예의 필터는 두껍게 할수 있고, 25㎛ 정도의 막두께의 경우에도 제조시에 갈라지는 일이 없다.
본 예에 있어서는 연료등의 무기재료와 OH 기의 친화성이 높고, 유기용매와 알킬기의 친화성이 높다. 이 커플링 효과에 의해 안료를 액상중에 분산하고, 또한 분산상태를 유지시킬수 있다. 또, 감광성 유기 Si 화합물의 알킬기 종류를 선택함으로써 용매와 안료의 상용성을 개선할수 있다.
유기 Si 화합물로서의 감광성 유기 Si 화합물을 생성하는 방법은 화학식 1의 반응외에 화학식 6으로 나타내는 반응을 이용할수도 있다. 이 반응은 4작용성 알콕시실란과 감광기를 갖는 알콕시실란으로 이루어지는 실란커플링제와 공중합시키는 상기 화학식 1의 반응에 있어서의 양물질의 비율을 0 대 100으로 한 것이다. 즉, 감광기를 갖는 알콕시실란으로는 이루어지는 실란커플링제를 공중합시킴으로써 감광기를 갖는 폴리머가 생성된다.
Figure pat00007
4작용성 알콕시실란과 감광기를 갖는 알콕시실란으로 이루어지는 실란커플링제를 공중합시키는 반응에 있어서, 양물질의 비율을 변화시킴으로써 얻어지는 감광성 유기 Si 화합물이 갖는 감광기 수를 조정할수 있다. 감광기 수를 조정함으로써 상기 블랙매트릭스의 균열방지 효과가 변화된다. 다소 두께가 큰 블랙매트릭스를 제조할 경우는 감광기를 갖는 알콕시실란으로 이루어지는 실란커플링제 비율을 많게하여 감광성 유기 Si 화합물을 제조하면 된다.
다음에, 도 2를 참조하여 본 실시예의 블랙매트릭스를 구비한 필터 부착식 표시장치인 형광표시장치에 대하여 설명한다. 유리기판인 양극기판(2)상에 블랙매트릭스(3)를 형성한다. 우선 블랙매트릭스 형성액을 양극기판(2)표면에 도포하여 박막을 형성한다. 소정패턴의 마스크를 준비하고, 이것을 양극기판(2)상방에 배치한다. 이 마스크를 통하여 상기 박막상에 노광하고, 상기 박막의 블랙매트릭스로서 남겨야할 부분 이외의 부분을 현상에 의해 제거한다. 현상후에는 포스트베이크를 행한다. 다음에, 블랙매트릭스상에 R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 색의 필터를 형성한다. 각 색 필터는 각색마다 상기 포토리소그래피 수법에 의해 형성하고, 포스트베이크한다. 3색의 필터가 포스트베이크되면, 양극기판 전체를 소성한다. 상기와 같이, 상기 블랙매트릭스 표면은 광택성이 좋기 때문에, 그 위에 형성하는 컬러필터는 유리기판상에 직접 형성함과 같은 높은 품질로 형성된다.
다음에 양극기판(2)의 각 필터(R, G, C)상에 ITO 막 등의 투명성 양극도체(4)를 형성한다. 각 양극도체(4)상에 형광체층(5)을 설치하고, 양극(6)을 구성한다. 도시하지 않았으나, 양극기판(2)의 양극(6) 상방에 제어전극을 배치한다. 또한 제어전극 상방에는 전자원이 되는 필라멘트상 음극을 팽팽하게 설치한다. 양극기판(2) 상면측에 상자형 용기부를 봉착하고, 상기 각종 전극류 등을 내부에 수납한 상자형 외위기를 구성한다. 외위기 내부를 고진공상태로 배기하여 유지한다.
상기 형광표시관을 구동한다. 음극에서 방출된 전자는 제어전극에 의해 가속제어되고, 양극(6)에 사돌한다. 양극(6)의 형광체층(5) 발광은 투광성 양극도체(4)와, 컬러필터(R, G, B)와, 투광성 양극기판(2)을 통하여 양극기판(2) 외측에서 관측된다. 본예에 사용한 형광체층(5)은 청녹색으로 발광하는 ZnO: Zn 형광체와, 각 컬러필터에 의해 R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 색을 표시할수 있다. 각색의 표시부는 상기 블랙매트릭스에 트리밍된 상태이므로 표시 콘트라스트는 양호하다.
상기 설명은 VFD의 경우이다. FED의 경우, 다음과 같은 구성이 된다. 양극기판상에 소정간격으로 음극기판을 배치하고, 양기판 주위를 스페이서를 겸한 봉착제로 봉착하고, 양기판 내부를 배기한다. 음극기판에는 음극기판 내면에 형성된 음극도체와, 음극도체에 적층된 절연층과, 절연층상에 적층된 게이트전극과, 절연층과 게이트전극에 형성된 다수의 구멍과, 구멍 내부에서 음극도체상에 배치된 콘형상 에미터가 설치된다. FED의 경우, 게이트 전극이 형성하는 전계에 의해 에미터 선단에서 전자가 방출되고, 그 전자는 양극의 형광체층에 사돌하여 이것을 발광한다.
이상의 설명에 있어서는 유기 Si 화합물로서 감광성 유기 Si 화합물을 예시하였다. 그러나, 유기 Si 화합물은 반드시 감광성 유기 Si 화합물이 아니라도 된다. 다음 화학식 7로 나타내는 바와같이 4작용성 알콕시실란과 알킬기를 1개 갖는 3작용성 알콕시실란을 공중합시키면, 폴리머가 생성한다. 상기 유기 Si 화합물이 이 폴리머라도 된다. 또는 상기 유기 Si 화합물이 적어도 이 폴리머를 함유하고 있어도 된다.
Figure pat00008
상기 화학식에 있어서, 4작용성 알콕시실란은 테트라메톡시실란 Si(OCH3)4또는 테트라에톡시실란 Si(OC2H5)4를 예로 들수 있다. 알킬기를 1개 갖는 3작용성 알콕시 실란은 메틸트리메톡시실란 CH3-Si(OCH3)3이나 메틸트리에톡시실란CH3-Si(OC2H5)3을 예로 들수 있다.
상기 유기 Si 화합물이 화학식 7 에 의해 생성하는 폴리머와 같은 감광기를 갖지 않은 유기 Si 화합물일 경우는 유리기판상에 임의의 패턴으로 블랙매트릭스를 형성하기 위하여 레지스트를 사용한다. 형성액의 기타 성분은 상기 예와 동일하나, 광경화성수지, 광중합개시제, 보조제는 함유하지 않는다.
우선, 블랙매트릭스 형성액을 준비한다. 그리고, 유리기판 표면에 형성액을 도포하여 박막을 형성한다. 상기 박막상에 레지스트를 도포한다. 소정 패턴의 마스크를 박막상에 배치한다. 이 마스크를 통하여 상기 박막상의 레지스트에 노광한다. 형성하려 하는 블랙매트릭스의 패턴에서 벗어난 부분의 레지스트를 현상에 의해 제거하고, 형성하려 하는 블랙매트릭스 패턴이 되도록 레지스트를 남긴다. 상기 레지스트 주위에 있는 상기 박막을 에칭에 의해 제거후, 상기 레지스트를 제거한다. 이상의 공정에 의해 소망하는 패턴의 블랙매트릭스가 형성된다. 본 공정에 의해서도 도 2에 도시한 것과 실질적으로 동일한 양극기판(2)을 형성할 수 있으며,또한, 이 양극기판(2)을 사용하여 상기예와 실질적으로 동일한 형광표시장치(VFD 또는 FED)를 구성할 수 있다.
이상의 설명에서 본예의 블랙매트릭스가 적용되는 표시장치로서 형광표시관 또는 전계방출형 형광표시관을 들었으나, LCD 등의 기타표시원리의 표시소자에도 본 발명의 블랙매트릭스를 적용할 수 있다.
흑색 안료입자와 유기 Si 화합물과 용제를 함유하는 형성액을 유리기판표면에 도포하여 박막을 형성하고, 이것을 패터닝한 후 소성하여 블랙매트릭스를 형성하는 본발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을수 있다.
1) VFD, FED 용으로서 광학특성 및 시인성이 좋은 블랙매트릭스가 얻어지고, VFD, FED에 적용하면 그 표시면에 있어서의 표시의 콘트라스트가 향상한다.
2) 유기 Si 화합물이 소성에 의해 SiO2가 되고, 흑색 안료입자가 이 안에 분산해 있는 구조이므로 막으로서의 강도가 높다. 또, 흑색 안료입자에 의한 은폐력이 최대한으로 살려지고, 1μm정도의 막두께로 높은 OD값, 낮은 반사율을 실현할 수 있었다.
3) 유기 Si 화합물이 감광기를 가질 경우는 레지스트를 사용하지 않더라도 직접 포토리소그래피법에 의해 패터닝할수 있다.
4) 유기 Si 화합물이 감광기를 가질 경우는 유기 Si 화합물이 소성되어서 SiO2가 될 때에 감광기가 막내 응력을 완화하므로 25㎛ 정도의 막두께로 균열을 일으키지 않고 막두께 제어를 행할수 있다.
5) 유기 Si 화합물이 알킬기를 가질 경우는 유기 Si 화합물이 소성되어서 SiO2가 될 때에 알킬기가 막내응력을 완화하므로 25㎛ 이하의 막두께로 균열을 일으키지 않고 막두께 제어를 행할수 있다.
6) 본발명의 블랙매트릭스는 소성후에는 표면이 유리막과 같은 상태가 되고, 그 표면은 판유리와 동일한 광택성을 가지고 있다. 후공정에 있어서, 그 블랙매트릭스상에 다른 기능성막(가령 각종필터나 도체막 등)을 형성할 경우는 그 기능성막을 유리판위에 형성할 경우와 동일한 두께·품질의 막이 형성될수 있다.

Claims (10)

  1. 유기 Si 화합물을 소성하여 얻어지고 유리기판상에 형성된 SiO2와, 상기 SiO2내부에 분산고착된 흑색안료입자를 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스.
  2. 흑색안료입자와 유기 Si 화합물과 고비점 극성용제를 함유하는 형성액을 유리기판 표면에 도포하여 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막을 패터닝하는 공정과, 상기 유리기판을 소성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 흑색안료입자의 입경이 0.1μm이하인 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 유기 Si 화합물이 4작용성 알콜시실란과 알킬기를 갖는 알콕시실란을 공중합시켜서 얻어지는 폴리머인 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 4작용성 알콜시실란과 알킬기를 갖는 상기 알콕시실란의 혼합비율을 바꿈으로써 상기 폴리머중의 알킬기 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 유기 Si 화합물이, 4작용성 알콕시실란과 감광기를 갖는 알콕시실란을 공중합시켜 얻은 감광기를 갖는 폴리머를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 4작용성 알콕시실란과, 감광기를 갖는 알콕시실란의 혼합비율을 바꿈으로써 상기 폴리머중의 감광기 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 유기 Si 화합물이, DETX등의 티오크산톤계나 BP100등의 벤조페논계의 광중합 개시제와 트리에탄올아민등의 아민계 보조제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  9. 제 2 항, 또는 제 4 항, 또는 제 5 항에 있어서, 형성액을 유리기판표면에 도포하여 박막을 형성하고, 상기 박막상에 레지스트를 도포하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴이 형성된 마스크를 통하여 상기 박막상의 레지스트에 노광하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴에서 벗어난 부분의 레지스트를 현상에 의해 제거하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴에 형성된 상기 레지스트 주위에 있는 상기 박막을 에칭에 의해 제거후, 상기 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
  10. 제 6 항, 또는 제 7 항, 또는 제 8 항에 있어서, 형성액을 유리기판표면에 도포하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스의 패턴이 형성된 마스크를 통하여 상기 박막상에 노광하고, 상기 박막의 블랙매트릭스로서 남겨야할 부분 이외의 부분을 현상에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 블랙매트릭스의 제조방법.
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