JP3247904B2

JP3247904B2 - ブラックマトリックス基板の製造方法

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Publication number: JP3247904B2
Application number: JP17699092A
Authority: JP
Inventors: 卓也浜口; 宏之楠川; 康友手島
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH05241016A

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基
板およびその製造方法に係り、特に、寸法精度が高く遮
光性に優れたブラックマトリックス基板およびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットディスプレーとして、モ
ノクロあるいはカラーの液晶ディスプレイが注目されて
いる。液晶ディスプレイには、３原色の制御を行うため
にアクティブマトリックス方式および単純マトリックス
方式とがあり、いずれの方式においてもカラーフィルタ
が用いられている。そして、カラーの液晶ディスプレイ
は構成画素部を３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とし、液晶の電気
的スイッチングにより３原色の各光の透過を制御してカ
ラー表示を行うものである。

【０００３】このカラーフィルタは、透明基板上に各着
色層と保護層と透明電極層を形成して構成されている。
そして、発色効果や表示コントラストを上げるために、
着色層のＲ，Ｇ，Ｂの各画素の境界部分に遮光層（ブラ
ックマトリックス）が形成される。また、アクティブマ
トリックス方式の液晶ディスプレイでは、薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いているた
め、光リーク電流を抑制する必要がある。このため、遮
光層（ブラックマトリックス）に対してより高い遮光性
が要求される。このような遮光層は、カラーの液晶ディ
スプレイのみではなく、モノクロの液晶ディスプレイに
も同様の理由で必要とされている。

【０００４】従来、ブラックマトリックスとしては、ク
ロム薄膜をフォトエッチングしてレリーフ形成したも
の、親水性樹脂レリーフを染色したもの、黒色顔料を分
散した感光液を用いてレリーフ形成したもの、黒色電着
塗料を電着して形成したもの、印刷により形成したもの
等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
クロム薄膜をフォトエッチングしてレリーフ形成したも
のは寸法精度が高いものの、蒸着やスパッタ等の真空成
膜工程が必要であることや、製造工程が複雑である為に
製造コストが高く、また、強い外光の下での表示コント
ラストを高めるためにクロムの反射率を抑える必要が生
じ、このため、製造コストが更にかかる低反射クロムの
スパッタ等を行う必要があった。また、上述の黒色染料
や顔料を分散した感光性レジストを用いる方法は、製造
コストは安価となるが、感光性レジストが黒色のためフ
ォトプロセスが不充分となり易いことや、充分な遮光性
を得がたい等、高品質なブラックマトリックスが得られ
ないという問題があった。さらに、上述の印刷方法によ
るブラックマトリックス形成も製造コストの低減は可能
であるが、寸法精度が低いという問題があった。

【０００６】本発明は上述のような事情に鑑みてなされ
たものであり、液晶ディスプレイ等のフラットディスプ
レイ、ＣＣＤ等のイメージャー、あるいはカラーセンサ
等のカラーフィルタに用いることのできる寸法精度が高
く遮光性に優れたブラックマトリックス基板、および、
そのようなブラックマトリックス基板を低コストで製造
することのできる製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のブラックマトリックス基板の製造方
法は、透明基板上に、無電解メッキの触媒となる金属化
合物とジアゾ基、又はアジド基を有する化合物と親水性
樹脂とを含有する感光性レジスト層を設け、該レジスト
層をブラックマトリックス用パターンを有するフォトマ
スクを介して露光し、無電解メッキ液に接触させること
により遮光層を形成した後、前記感光性レジスト層の未
露光部を現像により除去する構成とした。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【作用】透明基板上に形成された感光性レジスト層は無
電解メッキ時にメッキの抑制効果のあるジアゾ基又はア
ジド基を有する化合物を含有しているともとに、無電解
メッキ液の浸透を十分なものとするための親水性樹脂
と、無電解メッキの触媒となる化合物とを含有している
ので、ブラックマトリックス用のパターン露光をして無
電解メッキ液と接触することにより露光部分のみに無電
解メッキの金属粒子が析出して遮光層が形成される。そ
して、透明基板上に形成された遮光層（ブラックマトリ
ックス）は光学濃度が高いとともに低反射率となる他、
フォトプロセスを用いパターンを形成する為、解像力が
良く寸法精度の良好なものが得られる。更に真空プロセ
ス等が不要なため製造コストの低減が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明により製造されたブラック
マトリックス基板を用いたアクティブマトリックス方式
による液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の一例を示す斜視図
であり、図２は同じく概略断面図である。図１および図
２において、ＬＣＤ１はカラーフィルタ１０と透明ガラ
ス基板２０とをシール材３０を介して対向させ、その間
に捩れネマティック（ＴＮ）液晶からなる厚さ約５〜１
０μｍ程度の液晶層４０を形成し、さらに、カラーフィ
ルタ１０と透明ガラス基板２０の外側に偏光板５０，５
１が配設されて構成されている。

【００１２】図３はカラーフィルタ１０の拡大部分断面
図である。図３においてカラーフィルタ１０は、透明基
板１３上に遮光層（ブラックマトリックス）１４を形成
したブラックマトリックス基板１２と、このブラックマ
トリックス基板１２のブラックマトリックス１４間に形
成された着色層１６と、このブラックマトリックス１４
と着色層１６を覆うように設けられた保護層１８および
透明電極１９を備えている。このようなカラーフィルタ
１０は透明電極１９が液晶層４０側に位置するように配
設されている。そして、着色層１６は赤色パターン１６
Ｒ、緑色パターン１６Ｇ、青色パターン１６Ｂからな
り、各着色パターンの配列は図１に示されるようにモザ
イク配列となっている。尚、着色パターンの配列はこれ
に限定されるものではなく、三角配列、ストライプ配列
等としてもよい。

【００１３】また、透明ガラス基板２０上には表示電極
２２が各着色パターン１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂに対応す
るように設けられ、各表示電極２２は薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）２４を有している。また、各表示電極２２間
にはブラックマトリックス１４に対応するように走査線
（ゲート電極母線）２６ａとデータ線２６ｂが配設され
ている。

【００１４】このようなＬＣＤ１では、各着色パターン
１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂが画素を構成し、偏光板５１側
から照明光を照射した状態で各画素に対応する表示電極
をオン、オフさせることで液晶層４０がシャッタとして
作動し、着色パターン１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂのそれぞ
れの画素を光が透過してカラー表示が行われる。

【００１５】カラーフィルタ１０を構成するブラックマ
トリックス基板１２の透明基板１３としては、石英ガラ
ス、低膨脹ガラス、ソーダライムガラス等の可撓性のな
いリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂
板等の可撓性を有するフレキシブル材等を用いることが
できる。このなかで、特にコーニング社製７０５９ガラ
スは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高
温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にア
ルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、ア
クティブマトリックス方式によるＬＣＤ用のカラーフィ
ルタに適している。

【００１６】ここで、本発明によるブラックマトリック
ス基板１２の製造の一例を図４を参照して説明する。先
ず、透明基板１３上に親水性樹脂、ジアゾ基又はアジド
基を有する化合物、及び無電解メッキの触媒となる金属
化合物を含有した感光性レジストを塗布乾燥して厚さ
０．１〜５．０μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍ程
度の感光性レジスト層３を形成する（図４（Ａ））。こ
こで、ジアゾ基、アジド基を有する化合物は無電解メッ
キ時にメッキの抑制効果があり、これらと親水性樹脂、
無電解メッキの触媒となる化合物を含有するレジストを
用い、パターン露光し無電解メッキ液と接触することに
より無電解メッキの金属粒子がレジスト層中に形成され
遮光層となることは知られている（特開昭５７−１０４
９２８号、同５７−１０４９２９号）。次にブラックマ
トリックス用のフォトマスク９を介して感光性レジスト
層３を露光する（図４（Ｂ））。そして、この透明基板
１３を無電解メッキ液に接触させることにより露光部分
に無電解メッキの金属粒子を析出させてより遮光層（ブ
ラックマトリックス）を形成する（図４（Ｃ））。

【００１７】また、本発明によるブラックマトリックス
基板１２の他の製造例を図５を参照にして説明する。先
ず透明基板１３上に親水性樹脂、ジアゾ基又はアジド基
を有する化合物及び無電解メッキの触媒となる金属化合
物を含有する感光性レジストを塗布乾燥して厚さ０．１
〜５．０μｍ、好ましくは０．１〜２．０μｍ程度の感
光性レジスト層３を形成する（図５（Ａ））。次にブラ
ックマトリックス用のフォトマクス９を介して感光性レ
ジスト層３を露光する（図５（Ｂ））。そして、この透
明基板１３を無電解メッキ液に接触させることにより露
光部分に無電解メッキの金属粒子を付着させて遮光層を
形成する（図５Ｃ））。次に、透明基板１３を現像して
未露光部分を除去することによりブラックマトリックス
１４を形成する（図５（Ｄ））。

【００１８】本発明に用いる親水性樹脂としては、例え
ばゼラチン、カゼイン、グルー、アラビアゴム、セラッ
ク、卵白アルブミン等の天然高分子、カルボキシメチル
セルロース、ポリビニルアルコール（部分ケン化ポリ酢
酸ビニル、変性ポリビニルアルコールも含む）、ポリア
クリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリド
ン、ポリエチレンオキサイド、無水マレイン酸共重合
体、及び上記の樹脂のカルボン酸変性物あるいはスルホ
ン酸変性物等が用いられるが、水溶性もしくは親水性で
ある限り、これら以外に於いても使用可能である。ま
た、親水性の程度は無電解メッキ液が感光性レジスト層
３に浸透する程度であり、上記親水性樹脂の複合使用も
可能である。

【００１９】更に無電解メッキの抑制効果として用いら
れるジアゾ基又はアジド基を有する化合物としては、以
下の化合物が挙げられる。例えば、ジアゾ基を有するも
のとして、ｐ−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノベンゼンジアゾ
ニウムクロリド塩化亜鉛複塩、ｐ−Ｎ−エチル−Ｎ−β
−ヒドロキシエチルアミノベンゼンジアゾニウムクロリ
ド塩化亜鉛複塩、ｐ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノベンゼン
ジアゾニウムクロリド塩化亜鉛複塩、４−モルフォリノ
ベンゼンジアゾニウムクロリド塩化亜鉛複塩、４−モル
フォリノ−２，５−ジエトキシベンゼンジアゾニウムク
ロリド塩化亜鉛複塩、４−モルフォリノ−２，５−ジブ
トキシベンゼンジアゾニウムクロリド塩化亜鉛複塩、４
−ベンゾイルアミノ−２，５−ジエトキシベンゼンジア
ゾニウムクロリド塩化亜鉛複塩、４−（４−メトキシベ
ンゾイルアミノ）−２，５−ジエトキシベンゼンジアゾ
ニウムクロリド塩化亜鉛複塩、４−（ｐ−トルイルメル
カプト）−２，５−ジメトキシベンゼンジアゾニウムク
ロリド塩化亜鉛複塩、４−ジアゾジフェニルアミン塩化
亜鉛複塩、４−ジアゾ−４′メトキシジフェニルアミン
塩化亜鉛複塩、４−ジアゾ−３−メトキシ−ジフェニル
アミン塩化亜鉛複塩、上記塩化亜鉛複塩に対応する硫酸
塩ならびにリン酸塩、ホウフッ化塩等、ならびにこれら
のジアゾニウム化合物とパラホルムアルデヒドとの反応
生成物であるジアゾ樹脂などが好適に使用できる。

【００２０】また、アジド化合物としては、例えば、ｐ
−アジドベンザルアルデヒド、ｐ−アジドアセトフェノ
ン、ｐ−アジド安息香酸、ｐ−アジドベンザルアセトフ
ェノン、ｐ−アシドベンザルアセトン、４，４′−ジア
ジドカルコン、２，６−ビス−（４′−アジドベンザ
ル）−アセトン、４，４′−ジアジドスチルベン−２，
２′−ジスルホン酸、ｐ−アジドベンゾイルクロリド、
３−アジド無水フタル酸、４，４′−ジアジドジフェニ
ルスルホン、ｐ−アジドケイ皮酸、４，４′−ジアジド
ベンゾイルアセトン−２，２′−スルホン酸ナトリウム
等が用いられる。

【００２１】次に無電解メッキの触媒となる金属化合物
としては、たとえばパラジウム、金、銀、白金、銅等の
金属の塩化物、硝酸塩などの水溶性塩、及び錯化合物が
用いられ、水溶液として市販されている無電解メッキ用
のアクチベーター溶液をそのまま用いることができる。

【００２２】更に無電解メッキ液としては、例えば次亜
リン酸、次亜リン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウ
ム、Ｎ−ジメチルアミンボラン、ボラジン誘導体、ヒド
ラジン、ホルマリン等の還元剤と、例えばニッケル、コ
バルト、鉄、銅、クロム等の水溶性の被還元性重金属塩
と、メッキ速度、還元効率等を向上させるカセイソー
ダ、水酸化アンモニウム等の塩基性化合物と、無機酸、
有機酸等ｐＨ調節剤、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリ
ウム等のオキシカルボン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸、無
機酸のアルカリ塩に代表される緩衝剤と、重金属イオン
の安定性を目的とした錯化剤の他、促進剤、安定剤、界
面活性剤等とを有する無電解メッキ液が使用される。ま
た、２種以上の無電解メッキ液を併用してもよい。例え
ば、まず、核（例えば無電解メッキの触媒となる金属化
合物としてパラジウムを使用した場合はパラジウムの
核）を作り易い水素化ホウ素ナトリウムのようなホウ素
系還元剤を含む無電解メッキ液を用い、次に、金属析出
速度の速い次亜リン酸系還元剤を含む無電解メッキ液を
用いることができる。

【００２３】また、ブラックマトリックス用の遮光層を
形成した後に未露光部（ブラックマトリックスパターン
以外）を除去する現像液としては、水、温水、及びＮａ
ＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ₂ＣＯ₃、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイドやコリン等の無機アルカリ、有機
アルカリなどが常法により使用可能である。

【００２４】上述したいずれのブラックマトリックス基
板の製造方法においても、得られた遮光層の波長５４５
ｎｍにおける反射率は、最大３０％、通常５％以下であ
り、これは、従来のクロム薄膜による遮光層の反射率
（５０〜８０％）に較べ、極めて低く、良好な表示品位
を得ることができる。

【００２５】また、この遮光層は、内部に分散している
金属粒子の粒子径が最大０．０５μｍ、通常０．０１〜
０．０２μｍであり、ムラの無い均一な膜を形成してい
る。尚、上述したいずれのブラックマトリックス基板の
製造方法においても、メッキ時間を変化させることで光
学濃度が３．０以上の遮光層を得ることができるが、前
述したＴＦＴへの遮光やコントラストの向上の点から、
光学濃度１．５以上が好ましい。光学濃度１．５以下の
場合では、遮光層として充分に機能せず、ブラックマト
リックス基板として供し得ない。

【００２６】更に、遮光層の膜厚についても感光性レジ
ストの塗布膜厚を変化させることで自由に設定すること
ができるが、前述したようにブラックマトリックス基板
の表面凹凸、解像力および光学濃度の点から、遮光層の
膜厚は、０．１〜５．０μｍ、好ましくは０．１〜２．
０μｍの範囲とする。

【００２７】上述のようなブラックマトリックス基板１
２のブラックマトリックス１４の周囲（図４の例では感
光性レジスト層の未露光部分、図５の例ではブラックマ
トリックス１４の間の透明基板１３上）へのＲ，Ｇ，Ｂ
着色層の形成は、染色法、分散法、印刷法、電着法等公
知の種々の方法と組合せて行なうことができる。カラー
フィルタ１０のブラックマトリックス１４と、着色層１
６とを覆うように設けられる保護層１８はカラーフィル
タ１０の表面平滑化、信頼性の向上、汚染防止を目的と
するものであり、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド
系樹脂等の透明樹脂、あるいは二酸化ケイ素等の透明無
機化合物を用いて形成することができ、保護層の厚さは
０．１〜１０μｍ程度が好ましい。

【００２８】透明電極１９としては酸化インジウムスズ
（ＩＴＯ）膜を用いることができる。ＩＴＯ膜は、蒸
着、スパッタ等公知の方法により形成することができ、
厚さは２００〜２０００Å程度が好ましい。

【００２９】次に実験例を示して本発明を更に詳細に説
明する。＜実験例１＞透明基板としてコーニング社製７０５９ガ
ラス（厚＝１．１ｍｍ）を用い、スピンコート法（回転
数６００r.p.m.）により下記組成の感光性レジストを透
明基板上に塗布し、その後、７０℃、１０分間乾燥し感
光性レジスト層（厚さ＝３μｍ）を形成した。

【００３０】感光性レジスト組成・ポリビニルアルコール（日本合成化学製ゴーセナールＴ−３３０）１０％水溶液 …２０重量部・塩化パラジウム塩酸水溶液（日本カニゼン製レッドシューマー） …１５重量部・ジアゾ樹脂（シンコー技研製Ｄ−０１１）２０％水溶液 …０．８重量部次に感光性レジスト層に対しブラックマトリックス用の
フォトマスク（ネガ、線幅＝２０μｍ）を介して露光を
行った。光源は超高圧水銀灯２ｋｗを用い２０秒間照射
した。

【００３１】次に透明基板をホウ素系還元剤を含む常温
のニッケルメッキ液（奥野製薬製トップケミアロイＢ−
１）に３０秒間浸漬させ、その後、次亜リン酸系還元剤
を含む常温のニッケルメッキ液（奥野製薬製ＴＳＰ５５
ニッケルＡ／Ｃ＝１／２）に１分間浸漬し、露光部分に
ニッケル粒子を析出させて遮光層とし、水洗乾燥してブ
ラックマトリックス基板を得た。このブラックマトリッ
クスの光学濃度はＯＤ≧３．０、波長５４５ｎｍにおけ
る反射率は５％以内であった。さらに、ブラックマトリ
ックスの解像度（ライン・アンド・スペース）およびニ
ッケル粒子の粒子径を測定したところ、解像度＝４μ
ｍ、粒子径＝０．０１〜０．０２μｍであった。＜実験例２＞実験例１と同じ透明基板を用いスピンコー
ト法（回転数８００r.p.m.）にて下記感光性レジストを
塗布し、その後、７０℃、１０分間乾燥し感光性レジス
ト層（厚さ＝２μｍ）を形成した。

【００３２】感光性レジスト組成・ポリビニールアルコール（日本合成化学製ゴーセナールＴ−３３０）１０％水溶液 …２０重量部・塩化パラジウム塩酸水溶液 …１５重量部・ジアゾモノマー（大東化学製ＤＨ−３００ＢＦ₄）１０％メチルセルソルブ溶液 …２．０重量部・ジアゾ樹脂（シンコー技研製Ｄ−０１１）２０％水溶液 …０．２重量部次に感光性レジスト層に対しブラックマトリックス用の
フォトマスク（ネガ、線幅＝２０μｍ）を介して露光を
行った。光源は超高圧水銀灯２ｋｗを用い３０秒間照射
した。

【００３３】次に透明基板をホウ素系還元剤を含む常温
のニッケルメッキ液（奥野製薬製トップケミアロイＢ−
１）に１０秒間浸漬し、その後、更に次亜リン酸系還元
剤を含む常温のニッケルメッキ液（奥野製薬製ＴＳＰ５
５ニッケルＡ／Ｃ＝１／２）に６０秒間浸漬し、露光部
分にニッケル粒子を析出させて遮光層とし水洗乾燥し
た。

【００３４】更に、６０℃温水にて現像して感光性レジ
スト層の未露光部分を除去し遮光層のみを残してブラッ
クマトリックス基板を得た。このブラックマトリックス
の光学濃度はＯＤ≧３．０、波長５４５ｎｍにおける反
射率は５％以内であった。また、ブラックマトリックス
の解像度（ライン・アンド・スペース）は４μｍ、ニッ
ケル粒子の粒子径は０．０１〜０．０２μｍであった。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によるブラ
ックマトリックス基板は光学濃度が高いとともに反射率
が低く寸法精度の高いものであり、高コントラストが可
能なカラーフィルタを得ることが可能であるとともに、
真空プロセス等が不要なため、製造コストの低減が可能
となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造されたブラックマトリックス
基板を用いたアクティブマトリックス方式による液晶デ
ィスプレイの一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示される液晶ディスプレイの概略断面図
である。

【図３】図１に示される液晶ディスプレイに用いられて
いるカラーフィルタの拡大部分断面図である。

【図４】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明によるブラック
マトリックス基板の製造方法を説明するための工程図で
ある。

【図５】図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明によるブラック
マトリックス基板の製造方法の他の態様を説明するため
の工程図である。

【符号の説明】

３…感光性レジスト層９…ブラックマトリックス用のフォトマスク１０…カラーフィルタ１２…ブラックマトリックス基板１３…透明基板１４…ブラックマトリックス（遮光層）１６…着色層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…着色パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−104928（ＪＰ，Ａ) 特開平４−90501（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−33347（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/20 - 5/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、無電解メッキの触媒とな
る金属化合物とジアゾ基、又はアジド基を有する化合物
と親水性樹脂とを含有する感光性レジスト層を設け、該
レジスト層をブラックマトリックス用パターンを有する
フォトマスクを介して露光し、無電解メッキ液に接触さ
せることにより遮光層を形成した後、前記感光性レジス
ト層の未露光部を現像により除去することを特徴とする
ブラックマトリックス基板の製造方法。