JP2002296578A

JP2002296578A - 液晶装置用基板および液晶表示素子

Info

Publication number: JP2002296578A
Application number: JP2001100332A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kawasaki; 学川▲さき▼; Takayoshi Akamatsu; 孝義赤松; Masahiro Yoshioka; 正裕吉岡
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】反射膜を備えたカラーフィルターにおいて、現
像時に金属反射膜との密着力の高い樹脂ブラックマトリ
ックスを提供することで、金属反射膜上において良好な
ブラックマトリックスパターンを得る。【解決手段】基板上に金属膜からなる反射膜を備えた液
晶表示素子用基板において、該反射膜上に主として黒色
酸化物遮光材または酸化物膜で被覆された黒色遮光材か
らなる遮光材と樹脂を含有する樹脂ブラックマトリック
スを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射膜を備えかつ
該反射膜上に樹脂ブラックマトリックスを用いた液晶表
示素子用基板および該液晶表示素子用基板を用いた液晶
表示素子に関する。

【０００２】反射膜を備えた液晶表示素子用基板は外光
を利用して表示を行う反射型液晶表示素子や半透過型液
晶表示素子に用いられる。これらの液晶表示素子は、画
像や文字の表示や、情報処理などに用いられるものであ
り、具体的には、パソコン、ワードプロセッサー、ナビ
ゲーションシステム、液晶テレビ、ビデオ、携帯電話な
どの表示画面や、液晶プロジェクター、液晶空間変調素
子などに用いられる。

【０００３】

【従来の技術】液晶表示素子は基本的には２枚の基板間
に液晶層が挟み込まれた構造を取っている。液晶表示素
子内部の液晶層が電圧印加に伴って示す電気光学応答を
利用することにより明暗が表現できる。色選択性を有す
る画素から成るカラーフィルターを用いることによりカ
ラー表示が可能である。

【０００４】液晶表示素子は軽量、薄型、低消費電力等
の特性を生かし、ノートＰＣ、携帯情報端末、デスクト
ップモニタ、デジタルカメラなど様々な用途で使用され
ている。バックライトを使用したいわゆる透過型液晶表
示素子は、低消費電力化を進めるためにバックライト光
の利用効率を高めることが求められ、カラーフィルター
の高透過率化が要求されている。一方、電力消費量の大
きなバックライト光源を必要としない反射型液晶表示素
子の開発が進められており、透過型液晶表示素子に比べ
て大幅な消費電力の低減が可能である。

【０００５】反射型あるいは半透過半反射型の液晶表示
素子においては、光源として外光の反射を利用するため
に反射膜が必要である。反射膜は例えばアルミニウムや
銀のような反射率の大きい金属あるいはこれらの合金な
どからなる。

【０００６】カラーフィルターは３原色の着色膜の集ま
りを一画素として多数の画素から構成されている。そし
て、各着色膜の間には混色の防止によるコントラスト向
上や対向基板上の駆動素子の誤動作防止のためにブラッ
クマトリックスと呼ばれる遮光膜が用いられる。遮光膜
としては、クロム、ニッケルなどの金属膜を用いること
が知られている他、カーボンブラックを主成分とする黒
色遮光材と樹脂の組成物、すなわち樹脂ブラックマトリ
ックスにより形成する方法が知られている。

【０００７】反射型液晶表示素子にはいくつかの構成が
提案されている。反射膜をカラーフィルター側基板に配
置する構造では、反射膜上にブラックマトリックスや着
色膜が配置される。反射膜をカラーフィルター基板とは
対向側の基板に配置する場合には、ブラックマトリック
スをカラーフィルター側に配置するケースと対向側基板
の反射膜上に配置するケースがある。

【０００８】ブラックマトリックス形成には通常、フォ
トリソグラフィー法が利用される。金属膜からなる反射
膜上にブラックマトリックスを形成するとき、ブラック
マトリックスが、クロムなどの金属膜であると、ブラッ
クマトリックスをエッチング加工するときに下地の反射
膜金属もエッチングされ、膜減りや表面荒れによる反射
率の低下の問題があるので、樹脂ブラックマトリックス
を採用することが望ましい。

【０００９】樹脂ブラックマトリックスの遮光材として
は、通常カーボンブラックが使用されるが、本発明者ら
が検討したところ、ガラス上では十分な接着力があるカ
ーボンブラックを使った樹脂ブラックマトリックスであ
っても金属膜上では接着力、特にキュア前でパターニン
グ時の接着力が不足し、パターニングする際に膜が脱離
しやすいことがわかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、かか
る従来技術の欠点を解決せんとするものであり、反射膜
上でも良好にパターニングされた樹脂ブラックマトリッ
クスを備えた液晶表示素子用基板を提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は基本的には以下
の構成からなる。

【００１２】基板上に金属膜からなる反射膜を備えた液
晶表示素子用基板において、該反射膜上に形成された、
遮光材と樹脂を有してなる樹脂ブラックマトリックスに
酸化物が含まれることを特徴とする液晶表示素子用基
板。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に使用される基板として
は、特に限定されるものではなく、石英ガラス、ホウケ
イ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリカコ
ートしたソーダライムガラスなどの無機ガラス類、有機
プラスチックのフィルムまたはシート等が好ましく用い
られる。また、反射型表示装置においては、不透明基板
である金属板なども採用できる。

【００１４】本発明の反射膜は、反射率が高いアルミ、
アルミ合金、銀、銀合金など金属膜が用いられる。アル
ミ合金の例としては、耐食性向上や原子移動抑制に効果
が大きいチタン、シリコン、銅との合金を挙げることが
できる。また、銀合金としては、耐食性向上に効果があ
るパラジウム、銅との合金を挙げることができる。これ
らの反射膜は、真空蒸着法やスパッタ法などにより成膜
される。半透過型液晶表示素子の場合は、該金属膜に開
口部を設けたり、該金属膜を３０ｎｍ程度に薄くするこ
とで、光を一部透過させたりする。

【００１５】反射型液晶表示素子は、明るい表示を得る
ために、斜めから入射する外光を正面に反射することが
重要である。このための手法の一つとして、設計された
凹凸形状を有する樹脂膜上に反射膜を形成することで、
反射膜に望ましい凹凸形状を付与することが提案されて
おり、本発明においてもこの手法を採用することができ
る。

【００１６】上記反射膜上に樹脂ブラックマトリックス
が設けられる。樹脂ブラックマトリックスに用いられる
遮光材としては特に限定されるものではなく、樹脂マト
リックスとしたときに波長が４３０〜６４０ｎｍでの膜
厚１μｍあたりのＯＤ値が、好ましくは１．３以上（よ
り好ましくは１．５以上）の遮光性を有するものであ
る。遮光材の材質としては、カーボンブラック、黒鉛、
酸化チタン、四酸化鉄等の金属酸化物粉、金属硫化物粉
などが好適な例として例示できるが、カーボンブラッ
ク、酸化チタン、酸化窒化チタンがより好ましい。な
お、樹脂ブラックマトリックス中における遮光材の含有
量は好ましくは２０〜９０重量％（より好ましくは２５
〜８０重量％、更に好ましくは３０〜７０重量％）であ
る。又、前記遮光材の形態については、微粒子形態が好
適である。

【００１７】本発明に使用される遮光材粒子の一次粒子
径は１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは６０ｎ
ｍ以下である。何故ならばより濃い黒色を得ることがで
きるとともに樹脂ブラックマトリックスの表面粗さを低
減して液晶配向への悪影響を抑制することができるから
である。一方、遮光材粒子の一次粒子径の下限値は特に
限定されるものではないが、１０ｎｍ以上が好ましく、
１５ｎｍ以上がより好ましい。何故ならば、小さすぎる
と分散が不安定になりやすく、塗布の安定性が損なわれ
たり、凝集によってかえって表面粗さが増大することが
あるからである。一次粒子径は、電子顕微鏡による算術
平均により求めることができる。

【００１８】本発明では、現像液でパターニング中の樹
脂ブラックマトリックスと反射膜との接着力を確保し、
パターンの脱離を防止するために、樹脂ブラックマトリ
ックスに酸化物が含まれることが必要である。酸化物と
しては無機酸化物が好適な例として挙げられ、酸化珪
素、酸化チタン、酸化窒化チタン、酸化アルミが好まし
く、より好ましくはである。又、前記酸化物の形態につ
いては微粒子形態が好適である。

【００１９】酸化物を多く含むことで現像液中での金属
反射膜と樹脂ブラックマトリックスの接着力を高めるこ
とができる理由の詳細は不明であるが、キュア前におい
ては、樹脂は下地との接着力を発現しきれておらず、樹
脂に分散された遮光材と下地の接着力が現像時の樹脂ブ
ラックマトリックスの接着力に大きな役割を果たしてい
るためと考えられる。

【００２０】前記ブラックマトリックス中における、前
記酸化物の含有量はその存在形態により大きく異なる
が、好ましくは０．２〜１０重量％（より好ましくは
０．５〜８重量％、更に好ましくは１〜７重量％）であ
る。

【００２１】本発明において、ブラックマトリックス中
における酸化物の存在形態については、例えば、遮光材
が酸化物である場合がある。このとき、酸化物の好適な
含有量は、前記数値範囲ではなく、遮光材の好適な含有
量と同じになる。この場合では、現像液中での金属反射
膜と樹脂ブラックマトリックスとの接着力を大きくでき
るため好ましい。また、遮光材と別個に酸化剤を加える
手間が省け、かつ、遮光材と酸化物をそれぞれ加えるこ
とによる樹脂の占める割合の相対的低下という問題が無
い点でも好ましい。

【００２２】又、遮光材の表面を酸化物で被覆するとい
う場合もある。この場合も、現像液中での金属反射膜と
樹脂ブラックマトリックスとの接着力を大きくできるた
め好ましい。遮光材と酸化物をそれぞれ別々に最適に素
材を選択することができる上に、僅かな酸化物が有効に
その役割を発揮することができる。又、遮光材が半導体
性や金属反射膜材料との電池形成等の好ましくない性能
を有する場合にはその発現を阻止することも可能であ
る。この場合、ブラックマトリックス中の酸化物の含有
量は好ましくは０．５〜１０重量％（より好ましくは１
〜８重量％）である。被覆形態は特に限定されるもので
は無く、例えば、遮光材粒子表面に酸化物微粒子が付
着、接着乃至は融着している物でも良いし、遮光材粒子
の表面に酸化物成分が傾斜的に含有（遮光材粒子表面で
酸化物が実質的に１００％で、内部に向かうほど酸化物
含量が低減していく）していても良いが、酸化物が膜状
に遮光材の表面を被覆しているのが好ましい。遮光材を
被覆する酸化物膜は液相または気相で形成され、表面被
覆率を確保し、本発明の効果を実現するためには平均膜
厚として５ｎｍ以上の厚さであることが好ましい。ま
た、ＯＤ値を確保するためには３０ｎｍ以下の厚さであ
ることが好ましい。より好ましくは７〜２０ｎｍであ
る。気相で酸化珪素膜を形成する例としては、減圧下に
おけるテトラメトキシシランの熱分解あるいはプラズマ
分解を利用することができる。液相で酸化珪素膜を形成
する例としては、テトラメトキシシランを使ったゾルゲ
ル反応を利用することができる。

【００２３】最後に、遮光材と酸化物は異なる粒子乃至
はマトリックスとして存在する形態であるが、これは、
遮光材と別個に酸化剤を加える手間があり、かつ、遮光
材と酸化物をそれぞれ加えることによる樹脂の占める割
合の相対的低下という問題がある。

【００２４】結局、酸化物遮光材を採用すること、ある
いは、酸化物膜で被覆された遮光材を採用することが好
ましい。いずれの場合でも遮光材表面が酸化物を多く含
むことが本発明の効果を得るためには好ましい。

【００２５】酸化チタンは、遮光性能が高く優れてい
る。本発明の酸化チタンは、窒化チタンを含んでも良
く、ＴｉＮｘＯｙ（ただし、０≦ｘ＜１．５、０．１＜
ｙ＜２）の組成で示される。このような酸化チタンは、
以下の方法で製造されるが、特にこれらに限定されるも
のではない。（１）二酸化チタンまたは水酸化チタンをアンモニア存
在下で高温還元する方法（特開昭６０−６５０６９号公
報、特開昭６１−２０１６１０号公報）。（２）二酸化チタンまたは水酸化チタンにバナジウム化
合物を付着させ、アンモニア存在下で高温還元する方法
（特開昭６１−２０１６１０号公報）。

【００２６】本発明の酸化物膜で被覆された遮光材とし
ては、酸化珪素などの酸化物膜で被覆されたカーボンブ
ラックや酸化チタンがある。遮光材を酸化物膜で被覆す
ることで、現像液でパターニング中の樹脂ブラックマト
リックスと反射膜との接着力を確保し、パターンの脱離
を防止することができる他、液晶表示ムラの原因となる
顔料からのイオン性不純物の溶出を抑制する効果や遮光
材粒子の分散性を改良する効果がある。信号配線上や液
晶駆動電極上にブラックマトリックスを形成する場合に
は、高抵抗のブラックマトリックスが好ましい。黒色を
呈する酸化チタンは、不完全酸化状態であり、電気的に
は半導体であるので、絶縁性の酸化物膜で被覆された遮
光材が好適に採用される。また、樹脂ブラックマトリッ
クスの現像には、電気伝導性をもつアルカリ現像液が用
いられるが、イオン化傾向が大きいアルミは、現像液中
で他の金属と電池を形成する可能性がある。遮光材の導
電性が低いと電池形成の恐れは小さいので、導電性が高
いカーボンブラックよりも酸化チタンや酸化物で被覆さ
れたカーボンブラックの採用が好ましく、酸化物膜で被
覆された酸化チタンの採用がさらに好ましい。反射膜と
の現像時の接着力を確保するためには、遮光材表面が完
全に酸化物の状態であることが好ましいが、不定形の遮
光材粒子を酸化物膜で完全に覆おうとすると、数十ｎｍ
以上の酸化物膜厚が必要であり、粒子径が１０〜１００
ｎｍである遮光材の遮光性能が著しく低下することがあ
る。このため、酸化物膜で被覆する遮光材も酸化物であ
ることがさらに好ましい。

【００２７】なお、本発明において、遮光材または酸化
物はそれぞれ、単独種であっても良いし、複数種の混合
でも良い。混合形態は、粒子毎に異なっていても良い
し、１つの粒子中で複数種が混合しているものであって
も良い。又、遮光材や酸化物以外のもの（分散剤、界面
活性剤、色調調整のための顔料等）が混合されていても
良いが、それが樹脂ブラックマトリックス中に占める割
合は２０重量％以下であることが好ましい。

【００２８】樹脂ブラックマトリックス中における樹脂
成分の含有量は、好ましくは１０重量％以上である。上
限値は遮光材などの下限値により決められる。樹脂ブラ
ックマトリックスおよび後述する着色膜に用いられる樹
脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、ア
クリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、
ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの非感光
性または感光性の材料が好ましく用いられる。

【００２９】非感光性の樹脂としては、上記の各種ポリ
マーなどで現像処理が可能なものが好ましく用いられる
が、透明導電膜の製造工程や液晶表示素子の製造工程で
かかる熱に耐えられるような耐熱性を有する樹脂が好ま
しい。また、液晶表示素子の製造工程で使用される有機
溶媒への耐性を持つ樹脂が好ましく、中でもポリイミド
系樹脂が特に好ましい。

【００３０】本発明で使用されるポリイミド樹脂は例え
ば、前駆体としてのポリアミック酸を加熱閉環イミド化
することによって形成される。ポリアミック酸は、通常
次の一般式（１）で表される構造単位を主成分とする。

【００３１】

【化１】

【００３２】ここで上記式（１）中のｎは１〜４の数で
ある。Ｒ¹は酸成分残基であり、Ｒ¹は少なくとも２個の
炭素原子を有する３価または４価の有機基を示す。耐熱
性の面から、Ｒ¹は環状炭化水素、芳香族環または芳香
族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の３価または
４価の基が好ましい。Ｒ¹の例として、フェニル基、ビ
フェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン
基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、
ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニル
トリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペン
チル基などから誘導された基が挙げられるがこれに限定
されるものではない。Ｒ²は少なくとも２個の炭素原子
を有する２価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ²は
環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、
かつ炭素数６から３０の２価の基が好ましい。Ｒ²の例
として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、
ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジ
フェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾ
フェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフ
ェニルメタン基、シクロヘキシルメタン基などから誘導
された基が挙げられるがこれに限定されるものではな
い。上記式（１）で表される構造単位を主成分とするポ
リマーはＲ¹、Ｒ²がこれらの内各々１個から構成されて
いても良いし、各々２種以上から構成される共重合体で
あっても良い。

【００３３】またアクリル系樹脂としては、アクリル
酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタク
リレートなどのアルキルアクリレートまたはアルキルメ
タクリレート、環状のアクリレートまたはメタクリレー
ト、ヒドロキシエチルアクリレートまたは、メタクリレ
ートなどの内から３〜５種類程度のモノマを用いて、分
子量５０００〜２０００００程度に重合した樹脂を用い
る。

【００３４】感光性の樹脂としては、光分解型樹脂、光
架橋型樹脂、光重合型樹脂などのタイプがあり、特に、
エチレン不飽和結合を有するモノマー、オリゴマーまた
はポリマーと紫外線によりラジカルを発生する光重合性
モノマや光重合開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポ
リアミック酸組成物等が好適に用いられる。光重合性モ
ノマとしては、２官能、３官能、それ以上の多官能モノ
マがあり、２官能モノマとして、１，６−ヘキサンジオ
ールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレー
ト、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリエチ
レングリコールアクリレートなどがあり、３官能モノマ
として、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペ
ンタエリスリトールトリアクリレート、トリス（２−ヒ
ドロキシエチル）イソシアネートなどがあり、それ以上
の多官能モノマとしてジトリメチロールプロパンテトラ
アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘ
キサアクリレートなどがある。また、光重合開始剤とし
ては、ベンゾフェノン、チオキサントン、イミダゾー
ル、トリアジン系などが単独もしくは混合で用いられ
る。

【００３５】前記樹脂と溶媒などからなる樹脂溶液中に
遮光材粒子（必要に応じて酸化物粒子）を分散させるこ
とにより樹脂ブラックマトリックス（又は黒色膜）用の
ペースト（以下、これを黒色ペーストという、これに対
して、着色膜（又は色画素膜）用のペーストを着色ペー
スト又は単に色ペーストという）を得る。遮光材粒子を
分散させる方法としては、例えば、ポリイミド前駆体溶
液中に遮光材粒子や分散剤等を混合させた後、三本ロー
ル、サンドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で
分散させる方法などがあるが、これらの方法に特に限定
されない。また、遮光材粒子の分散性向上、あるいは塗
布性や平坦性向上のために種々の添加剤が加えられてい
ても良い。樹脂ブラックマトリックスおよび後述する着
色膜の塗液に用いる溶媒は、着色材、遮光材、樹脂の溶
解性、塗液の塗布性などの観点から選択する。

【００３６】遮光材粒子と樹脂の比は、酸化チタンまた
は酸化珪素膜で被覆された酸化チタンの場合、遮光材粒
子と樹脂が重量組成比で、９０：１０〜３０：７０の範
囲が反射膜に対して高い密着力を示しかつ高いＯＤ値を
有する上で好ましい（より好ましくは８０：２０〜４
０：６０、更に好ましくは、）。重量比で遮光材粒子が
９０％を越えるとパターン形成性が悪くなる。また、遮
光材粒子が３０％未満となるとＯＤ値が低く、十分な遮
光性を得るために厚いブラックマトリックスとなって、
液晶配向に重要な基板の平坦性が損なわれる。

【００３７】樹脂ブラックマトリックスの色度調整など
を目的として、黒色以外の顔料を添加することは、十分
なＯＤ値を確保できる範囲で適宜許される。

【００３８】樹脂ブラックマトリックスは、黒色ペース
トを基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングして形
成される。黒色ペーストを塗布する方法としては、ディ
ップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティ
ング法、ワイヤーバーコーティング法などが好適に用い
られ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱
乾燥する。加熱乾燥条件は、使用する樹脂、溶媒、ペー
スト塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜
６０分である。

【００３９】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォ
トレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹
脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成
した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ形フ
ォトレジスト膜または酸素遮断膜を除去し、キュアす
る。キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る
場合には、塗布量により若干異なるが、２００〜３００
℃で１〜６０分の加熱が一般的である。アクリル系樹脂
の場合には、キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１
〜６０分の加熱が一般的である。かくして樹脂ブラック
マトリックスを得る。

【００４０】また、基板上に黒色ペーストを塗布する方
法以外に、別基板上に塗布、セミキュアされた黒色膜を
加熱加圧して転写する方法（転写法）によって樹脂ブラ
ックマトリックスを形成しても良い。

【００４１】本発明の樹脂ブラックマトリックスには混
色の防止、駆動素子に外光があたることにより生じる駆
動素子の誤作動の防止、駆動配線上の配向不良部分の遮
光などのため、一定以上の遮光能を付与する。バックラ
イトからの透過光に対しては金属薄膜の反射膜による遮
光性があること、外光の反射光はブラックマトリックス
を二回通ることなどの理由により、通常の透過型の液晶
表示の場合より遮光能は低くても良い。ＯＤ値は、波長
４３０〜６４０ｎｍの可視光域において１．３以上が好
ましい。

【００４２】樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、上記
のＯＤ値と液晶表示素子用基板表面の平坦性の点から選
択されるが、好ましくは０．５〜２．０μｍ、より好し
くは０．８〜１．５μｍである。

【００４３】樹脂ブラックマトリックス層は格子状もし
くはストライプ状に形成される。反射膜がパターニング
されているときは反射膜上だけでなく反射膜の下地であ
るガラスや樹脂膜、あるいは、信号配線上などの上に直
接形成されることもある。また、表示エリア外の額縁と
呼ばれる部分の樹脂ブラックマトリックスも一部が反射
膜の下地やガラス基板上に直接形成されることがある。

【００４４】本発明のカラーフィルターは、少なくとも
基板と反射膜、樹脂ブラックマトリックス、および着色
膜から構成され、カラーフィルターオンアレイと呼ばれ
る駆動素子側基板にカラーフィルターを設ける配置でも
有効である。通常、赤、緑、青または黄、マゼンダ、シ
アンの三原色の着色膜がブラックマトリックスの開口部
に配置される。

【００４５】着色膜用の色ペーストは着色材、前述の樹
脂と溶媒などによって形成される。着色材としては有機
顔料、無機顔料、染料を問わず着色剤全般を使用するこ
とができる。代表的な有機顔料の例をカラーインデック
ス（ＣＩ）ナンバーで示す。赤色顔料の例としてはピグ
メントレッド９、９７、１２２、１２３、１４４、１４
９、１６６、１６８、１７７、１９０、１９２、２０
９，２１５、２１６、２２４、２５４などが挙げられ
る。緑色顔料の例としてはピグメントグリーン７、１
０、３６、４７などが挙げられる。青色顔料の例として
はピグメントブルー１５：３、１５：４、１５：６、２
１、２２、６０、６４などが挙げられる。黄色顔料の例
としてはピグメントイエロー１２、１３、１４、１７、
２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１
０、１１７、１２５、１２９，１３７、１３８、１３
９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６
６、１７３などが挙げられる。紫色顔料の例としてはピ
グメントバイオレット１９、２３、２９、３２、３３、
３６、３７、３８などが挙げられる。橙色顔料の例とし
てはピグメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４
０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５
などが挙げられる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン
処理、酸性基処理、塩基性基処理などの表面処理が施さ
れているものを使用しても良い。

【００４６】着色膜を形成する方法としては、樹脂ブラ
ックマトリックスと同様の方法が採用できる。基板上に
着色剤を含むペーストを塗布、乾燥した後に、パターニ
ングを行う。着色剤を分散または溶解させ着色ペースト
を得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤を混合させ
た後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルな
どの分散機中で分散させる方法などがある。

【００４７】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーコ
ーティング法等が好適に用いられ、この後、オーブンや
ホットプレートを用いて加熱乾燥を行う。加熱乾燥条件
は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なる
が通常６０〜２００℃で１〜６０分である。

【００４８】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォ
トレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹
脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成
した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレ
ジスト膜または酸素遮断膜を除去し、キュアする。

【００４９】キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹
脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、２００
〜３００℃で１〜６０分の加熱が一般的である。アクリ
ル系樹脂の場合には、キュア条件は、１５０〜３００℃
で１〜６０分加熱が一般的である。以上のプロセスによ
り、基板上にパターニングされた着色膜が形成される。
また、いわゆる転写法で着色膜を形成しても良い。

【００５０】基板上に、上記のように、第１色目の着色
膜を全面にわたって形成した後に、不必要な部分をフォ
トリソグラフィー法により除去し、所望の第１色目の着
色膜のパターンを形成する。同様の操作を繰り返し、第
２色目の着色パターン、第３色目の着色パターンを形成
する。

【００５１】着色膜の膜厚は、好ましくは０．５〜２．
５μｍ、より好ましくは０．８〜２．０μｍである。こ
の膜厚が０．５μｍよりも薄い場合には、着色が不十分
になる。一方、膜厚が２．５μｍよりも厚い場合には、
カラーフィルターの平坦性が犠牲になりやすい。現実に
は、各着色膜の目標とする色を出し、かつ３色の着色膜
および樹脂ブラックマトリックスの段差がなるだけ小さ
くなるように着色膜中の着色材料と樹脂の比率を設定す
ることにより膜厚を一定範囲内に調整する。

【００５２】着色膜の上には必要に応じて透明保護膜を
形成できる。樹脂ブラックマトリックスを採用した場
合、金属薄膜によるブラックマトリックスに比べて膜厚
が大きいので、カラーフィルターの凹凸が大きくなり、
平坦化のために透明保護膜が設けられることが多い。ま
た、透明保護膜を設けることで着色膜や樹脂ブラックマ
トリクスからの不純物の溶出を抑制することができる。
透明保護膜に用いられる樹脂としては、エポキシ系樹
脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ゼラ
チン等が好ましく用いられるが、透明導電膜の製造工程
や液晶表示素子の製造工程でかかる熱に耐えられるよう
な耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示素子
の製造工程で使用される有機溶媒への耐性を持つ樹脂が
好ましいことから、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂
やアクリル系樹脂が好ましく用いられる。

【００５３】透明保護膜を塗布する方法としては、黒色
ペースト、着色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロ
ールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワ
イヤーバーによる方法などが好適に用いられ、この後、
オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥を行う。こ
のとき、必要に応じて真空乾燥をしても良い。加熱乾燥
条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異
なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分である。ま
た、キュア条件は、樹脂により異なるが、通常２００〜
３００℃で１〜６０分である。

【００５４】本発明の透明保護膜の厚さは０．０２μｍ
から６μｍであることが好ましい。０．０２μｍよりも
薄い場合は、ブラックマトリックスや着色膜からの不純
物の遮断性が充分でないだけでなく、平坦化も充分でな
い。画素内段差を小さくする点からは該透明保護膜が厚
い方が効果的である。該透明保護膜が６μｍよりも厚い
場合は、不純物の遮断性の点では良好であるが、液晶注
入の際に気泡が残りやすかったり、該透明保護膜が乾燥
して生成したパーティクルが生産収率を低下させたりす
るので好ましくない。

【００５５】着色膜を形成後、もしくは透明保護膜形成
後、必要に応じて透明導電膜が形成される。透明導電膜
としてはＩＴＯなどの酸化物薄膜が採用され、通常０．
１μｍ程度のＩＴＯ膜がスパッタリング法などで作製さ
れる。ＴＦＴアクティブマトリックス方式では透明導電
膜は表示領域でベタ膜であるが、ＴＦＤアクティブマト
リックス方式や単純マトリックス方式ではベタの透明導
電膜形成後、ストライプ状にパターニングされる。ま
た、透明導電膜形成前に、透明保護膜との密着性改良や
透明導電膜のパターニング性改良を目的として、酸化珪
素膜などの透明無機膜を設けることは適宜許される。

【００５６】上述のようにして得られた少なくとも反射
膜とブラックマトリックスとを備えた液晶表示素子用基
板と対向基板とをセルギャップ保持のためのスペーサー
を介してシール剤で貼り合わせる。次に、シール部に設
けられた注入口から液晶を注入した後に、注入口を感光
性樹脂で封止して、液晶表示素子が完成する。

【００５７】本発明の液晶表示素子用基板上に固定され
たスペーサーを形成しても良い。固定されたスペーサー
とは、特開平４−３１８８１６号公報に示されるように
液晶表示素子用基板の特定の場所に固定され、液晶表示
素子を作製した際に対向基板と接するものである。これ
により対向基板との間に、一定のギャップが保持され、
このギャップ間に液晶が注入される。固定されたスペー
サーを配することにより、液晶表示素子の製造工程にお
いて球状スペーサーを散布する工程や、シール剤内にロ
ッド状のスペーサーを混練りする工程を省略することが
できる。

【００５８】固定されたスペーサーの形成は、フォトリ
ソグラフィーや印刷、電着などの方法でよって行われ
る。スペーサーを容易に設計通りの位置に形成できるの
で、フォトリソグラフィーによって形成することが好ま
しい。また、該スペーサーは赤、緑、青着色膜の作製時
に積層構造で形成しても赤、緑、青着色膜作製後に別材
料で形成しても良い。

【００５９】なお、本発明において、液晶表示素子用基
板とは、ブラックマトリックスを設ける工程以降の各中
間段階の基板の何れであっても良い。

【００６０】本発明の液晶表示素子用基板は、液晶表示
素子の駆動方法、表示方式にも限定されず、アクティブ
マトリックス方式、パッシブマトリックス方式、ＴＮモ
ード、ＳＴＮモード、ＩＰＳモード、ＶＡモード、ＥＣ
Ｂモード、ＯＣＢモードなど種々の液晶表示素子に適用
される。また、液晶表示素子の構成、例えば偏光板の
数、散乱体の位置などにも限定されずに反射型液晶表示
素子もしくは半透過半反射型液晶表示素子に使用するこ
とができる。

【００６１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき、さらに具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるもの
ではない。

【００６２】実施例１（反射膜の形成）無アルカリガラス（コーニング社製１
７３７）上にスパッタ法により厚み０．１５μｍのアル
ミ膜を形成した。フォトリソグラフィー法により画素領
域位置の該アルミ膜の一部に方形の開口部を設けた。（ポリアミック酸の合成）γ−ブチロラクトン（３８２
５ｇ）溶媒中で、ピロメリット酸二無水物（１４９．６
ｇ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（２２
５．５ｇ）、３,３’−ジアミノジフェニルスルフォン
（６９．５ｇ）、４,４’−ジアミノジフェニルエーテ
ル（２１０．２ｇ）、ビス−３−（アミノプロピル）テ
トラメチルシロキサン（１７．４ｇ）を６０℃、３時間
反応させた後、無水マレイン酸（２．２５ｇ）を添加
し、さらに６０℃、１時間反応させることによって、前
駆体であるポリアミック酸溶液（ポリマー濃度１５重量
％）ＰＡ１を得た。（黒色ペースト用分散液の作製）数平均粒子径が６０ｎ
ｍの酸化チタン（三菱マテリアル製１２Ｓ）１１．２
ｇ、前記ＰＡ１ポリアミック酸溶液１８．７ｇ、Ｎ−メ
チル−２ピロリドン５７．２ｇ、３−メチル−３メトキ
シブチルアセテート１２．９ｇをガラスビーズ１００ｇ
とともにホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで３
０分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除去し、
黒色ペースト用分散液Ｂｋ１を得た。（樹脂ブラックマトリックスの形成）上述のＢｋ１分散
液２７．５ｇに、ＰＡ１ポリアミック酸溶液３．７ｇ、
γ−ブチロラクトン１ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン
６ｇ、３−メチル−３−メトキシブチルアセテート１．
８ｇを添加混合し、黒色ペーストを作製した。黒色ペー
スト中の酸化チタンと樹脂の重量比は７０：３０であっ
た。このペーストをアルミ膜がパターニングされた無ア
ルカリガラス基板上に塗布後、１２５℃、２０分間乾燥
し、ポリイミド前駆体黒色膜を形成した。次にポジ型フ
ォトレジストを塗布し、９０℃で１０分間乾燥した。フ
ォトレジストをフォトマスクを介して６０ｍＪ／ｃｍ²
（３６５ｎｍの紫外線強度）露光した。露光後、テトラ
メチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．２５％の
水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現
像、ポリイミド前駆体の黒色膜のエッチングを同時に行
った。エッチング後の黒色膜は、幅１８μｍ、ピッチ１
００μｍのストライプで、欠けや脱離がなく、良好なパ
ターンが得られた。フォトレジスト膜をアセトンで剥離
した後、該ポリイミド前駆体黒色着色膜を２７０℃、３
０分間キュアしてポリイミドに転換し、樹脂ブラックマ
トリックスを形成した。得られた樹脂ブラックマトリッ
クスの厚さは０．５μｍで、１μｍあたりのＯＤ値は
３．０であった。（色画素の形成）赤、緑、青の顔料として各々ピグメン
トレッド１７７で示されるジアントラキノン系顔料、ピ
グメントグリーン３６で示されるフタロシアニングリー
ン系顔料、ピグメントブルー１５：６で示されるフタロ
シアニンブルー系顔料を用意した。ポリイミド前駆体溶
液ＰＡ１に上記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青
の３種類の着色ペーストを得た。

【００６３】まず、樹脂ブラックマトリックスを形成し
た基板上に青ペーストを塗布し、１２５℃、２０分間乾
燥した。この後、ポジ型フォトレジストをスピナーで塗
布後、９０℃で１０分間乾燥した。フォトマスクを用い
て露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド２．２５％水溶液に基板を浸漬し揺動させながら、ポ
ジ型レフォトジストの現像および着色ペースト塗膜のエ
ッチングを同時に行い、ストライプ状の樹脂ブラックマ
トリックス間を埋めるピッチ３００μｍのパターンを得
た。その後、ポジ型フォトレジストをレジスト剥離液で
剥離し、さらに、２７０℃で３０分間キュアした。青着
色膜の膜厚は０．７μｍでストライプ幅方向端部を６μ
ｍ幅でブラックマトリックスに重ねる設計とした。

【００６４】基板洗浄後に、青着色膜と同様にして、厚
さ０．７μｍの緑画素を形成した。さらに基板洗浄後
に、青着色膜と同様にして、厚さ０．７μｍの赤画素を
形成した。（透明保護膜および透明導電膜の作製）メチルトリメト
キシシラン４．０８ｇ、フェニルトリメトキシシラン
９．９ｇ、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン
２８．８ｇをγ−ブチロラクトン１５６．３ｇ、３−メ
チル−３−メトキシブタノール１５０ｇに溶解し、３０
℃で撹拌しながら９．１２ｇの蒸留水を加えた後、５０
℃で２時間加熱撹拌し、加水分解・縮合をおこなった。
ついで１３０℃に昇温してさらに縮合を進めながら生成
したアルコールと水を留去させた。この溶液を５０℃に
冷却した後、撹拌しつつ３，３’，４，４’−ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸２無水物２４．１７ｇを添加し
てアミック酸系ポリオルガノシロキサンＰＳＡ１溶液を
得た。

【００６５】メチルトリメトキシシラン２７２ｇ、フェ
ニルトリメトキシシラン３９６ｇを３−メチル−３−メ
トキシブタノール７８５．６ｇに溶解した後に、撹拌し
つつ燐酸３．３４ｇと蒸留水２１６ｇの混合物を加え
た。得られた溶液を１０５℃で１時間加熱し、主として
メタノールからなる成分３０２ｇを留去させた。ついで
１３０℃で２時間加熱し、主としてアルコールと水から
なる成分１４７ｇを留去させた。これを室温まで冷却し
てから３−メチル−３−メトキシブタノール８６ｇを加
えてポリオルガノシロキサン系溶液ＯＳ１を得た。

【００６６】アセト酢酸エチルエステル６５０ｇと３−
メチル−３−メトキシブタノール１５６７ｇの混合液に
テトラブトキシジルコニウム３８３ｇを添加して３０℃
で１時間撹拌した後、２４時間放置してジルコニアキレ
ート溶液ＺＣ１を得た。

【００６７】上記の方法で得たＰＳＡ１アミック酸系ポ
リオルガノシロキサン溶液７．５ｇとＯＳ１ポリオルガ
ノシロキサン溶液１０ｇおよびＺＣ１キレート溶液１．
５ｇを混合し、透明樹脂用組成物を得た。ブラックマト
リックスと３原色の着色膜が形成された基板上に該透明
樹脂を塗布し、８０℃ で１０分間乾燥し、次いで２７
０℃ で６０分間キュアして、厚さが０．２μｍの透明
保護膜を形成した。

【００６８】該透明保護膜が形成された基板上に、スパ
ッタリング法にて厚さが３０ｎｍの酸化珪素膜と厚さが
１．５μｍのＩＴＯ膜をこの順に連続形成した。フォト
リソグラフィー法にてＩＴＯ膜をブラックマトリクスの
ストライプ状開口部上に残すようにパターニングした。
かくしてカラーフィルター基板を得た。（対向基板の作製）無アルカリガラス基板上に膜厚０．
１５μｍのＩＴＯ膜をスパッタ法にて形成した後にフォ
トリソグラフィー法により、カラーフィルター基板上の
ＩＴＯストライプとは直交するように、ストライプパタ
ーンを形成した。（液晶表示素子の作製）上記のカラーフィルター基板上
と対向基板上にポリイミド配向剤を塗布し、８０℃ で
１０分間乾燥し１８０℃ で１時間キュアして厚さ５０
ｎｍの配向膜を得た。液晶が両基板間で２７０°捻れる
ように、該配向膜をレーヨン布によりラビング処理し
た。カラーフィルター基板に直径４．５μｍのポリスチ
レンからなるスペーサーを散布した。一方、対向基板上
には直径４．８μｍのガラスロッドを混入したエポキシ
系のシール剤をスクリーン印刷した。シール剤は樹脂ブ
ラックマトリックスで形成された額縁部分に接合される
ように配置し、液晶注入口を設けた。

【００６９】カラーフィルター基板と対向基板を位置合
わせし、圧力をかけつつ加熱処理した。加熱処理は１５
０℃で１時間実施され、２つの基板が固定した。次い
で、得られたセルに液晶を注入する。まずセルを減圧中
に置き充分脱気した。シール剤に設けられた液晶注入口
を液晶中に浸した後、減圧雰囲気を常圧もしくは加圧雰
囲気に変化させ、液晶をセルの中に注入した。液晶が注
入されたセルの液晶注入口を紫外線硬化樹脂で塞いだ。
ラビング方向に合わせて、基板外側に偏光フィルムを貼
り付けて液晶表示素子を得た。かくして得られた液晶表
示素子は、基板貼り合わせ後の製造工程でのシール剥が
れがなく、樹脂ブラックマトリックスとガラス基板およ
び反射膜との密着性は良好であった。

【００７０】実施例２酸化チタン粒子（三菱マテリアル製１２Ｓ）にゾルゲル
法で１０ｎｍ厚の酸化珪素膜を被覆した。この酸化珪素
膜被覆酸化チタン粒子を遮光材として使用したこと以外
は、実施例１と同様にしてカラーフィルター基板を形成
した。

【００７１】反射膜上の樹脂ブラックマトリックスを現
像後、観察したところパターンの欠落はなく良好なスト
ライプパターンが得られた。ブラックマトリクスのＯＤ
値は１μｍあたり２．７であった。

【００７２】得られた液晶表示素子は、基板貼り合わせ
後の製造工程でのシール剥がれがなく、樹脂ブラックマ
トリックスとガラス基板および反射膜との密着性は良好
であった。

【００７３】実施例３数平均粒子径が２２ｎｍのカーボンブラック（三菱化学
製ＭＡ１００）にゾルゲル法で８ｎｍ厚の酸化珪素膜を
被覆した。この酸化珪素膜被覆カーボンブラックを遮光
材として使用したことと遮光材と樹脂の重量比率を５
０：５０としたこと以外は、実施例１と同様にしてカラ
ーフィルター基板を形成した。

【００７４】反射膜上の樹脂ブラックマトリックスを現
像後、観察したところパターンの欠落はなかったが、ス
トライプパターンの端部にうねりが見られパターンはや
や不良であった。ブラックマトリクスのＯＤ値は１μｍ
あたり２．９であった。得られた液晶表示素子は、基板
貼り合わせ後の製造工程でのシール剥がれが０．５％の
割合で発生し、樹脂ブラックマトリックスとガラス基板
および反射膜との密着性はやや不良であった。

【００７５】比較例１カーボンブラック（三菱化学製ＭＡ１００）を遮光材と
して使用したこと以外は、実施例３と同様にしてカラー
フィルター基板を形成した。

【００７６】反射膜上の樹脂ブラックマトリックスを現
像後、観察したところガラス上のテストパターンは良好
であったが、反射膜上のパターンは、大きな欠落があっ
た。また、残った部分もストライプの端部はうねりがあ
り不良であった。

【００７７】

【発明の効果】本発明は、基板上に金属膜からなる反射
膜を備えた液晶表示素子用基板において、該反射膜上に
主として黒色酸化物遮光材または酸化物膜で被覆された
黒色遮光材からなる遮光材と樹脂を含有する樹脂ブラッ
クマトリックスを形成したことにより、金属反射膜上に
おいても現像時にパターンの欠落がなく良好なパターニ
ングができる。また、キュア後の樹脂ブラックマトリッ
クスと金属反射板やガラス基板との密着性も良好でシー
ル剥がれがない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H042 AA09 AA15 AA26 2H048 BA11 BA45 BA47 BB08 BB37 BB42 2H091 FA02Y FA35Y FA41Z GA01 LA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に金属膜からなる反射膜を備えた液
晶表示素子用基板において、該反射膜上に形成された、
遮光材と樹脂を有してなる樹脂ブラックマトリックスに
酸化物が含まれることを特徴とする液晶表示素子用基
板。
【請求項２】該酸化物が該遮光材である請求項１に記載
の液晶表示素子用基板。
【請求項３】該遮光材が該酸化物で被覆されたものであ
る請求項１に記載の液晶表示素子用基板
【請求項４】該反射膜上に少なくとも着色膜が形成され
たカラーフィルターである請求項１〜３のいずれかに記
載の液晶表示素子用基板。
【請求項５】該遮光材が、酸化チタンまたは酸化物で被
覆された酸化チタンである請求項１〜４のいずれかに記
載の液晶表示素子用基板。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示
素子用基板を有してなるものである液晶表示素子。