JP3283620B2 - ブラックマトリックス基板 - Google Patents

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に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットディスプレイとして、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
ーが用いられている。そして、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ーは、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性を
有するパターン（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、外光による光リーク電流を
抑制する必要がある。このため、ブラックマトリックス
に対して高い遮光性が要求される。

【０００４】従来、ブラックマトリックスとしては、蒸
着、スパッタリング等で形成した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った。

【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
のはフォトプロセスを用いるため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
観察者側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、上述のあらかじめ黒色染料や顔料を
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から寸法精度を重視すると
充分な遮光性を得難い等、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では、製造コス
トの低減は可能であるものの、高い寸法精度が要求され
る場合は問題があった。

【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、かつ低反射のブラックマトリックス基
板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、本発明は、基板と、この基板上に形成され、
少なくとも金属粒子を内部に含有する黒色パターンとを
備えるブラックマトリックス基板であって、前記金属粒
子は、粒径５〜５０ｎｍの範囲の粒子が全粒子の８０％
以上であるような粒径分布を有し、粒子の６００Å厚換
算の投影面積密度が６０％以上であり、かつ光学濃度が
１．５以上であるように構成した。

【０００８】

【作用】金属粒子は、触媒成分を含有する予め形成され
た樹脂パターン中に析出され、当該金属粒子は、粒径５
〜５０ｎｍの範囲の粒子が全粒子の８０％以上であるよ
うな粒径分布を有し、粒子の投影面積密度が６０％以上
であり、かつ光学濃度が１．５以上であるので、パター
ン形成が容易で、例えば感光性樹脂、電子線レジストを
用いれば寸法精度が高い利点があり、また薄膜でも遮光
性に優れ、かつ観察者側から低反射のブラックマトリッ
クス基板が形成される。

【０００９】

【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。

【００１０】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上に黒色レリーフ（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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】このようなカラーフィルタ１０を構成する
ブラックマトリックス基板１２は、図５に示されるよう
に、基板１３と、この基板１３上に形成され、少なくと
も金属粒子を内部に含有する黒色パターン１４（黒色レ
リーフまたはブラックマトリックス）とを備える。

【００１４】基板１３としては、透明基板あるいは反射
部を有する基板が用いられる。透明基板としては、石英
ガラス、ほう珪酸ガラス、ソーダライムガラスや低膨張
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のＬ
ＣＤの基板として用いられるため、対向するカラーフィ
ルタに適している。また、反射投影型等の用途に、上記
透明基板の片側面に金属反射膜を形成したものであって
もよいし、また薄膜トランジスタやシリコーン基板上の
アクティブマトリックスの表示電極に金属反射膜を用い
ても良い。反射部を有する基板を用いた場合には反射型
のカラーフィルター用のブラックマトリックス基板とな
り、反射投影型やゲストホストや散乱型の表示モードに
適する。

【００１５】黒色パターン１４は、所定のパターン形状
に形成された樹脂（以下、樹脂パターンと称す）と、こ
の樹脂中に含有される金属粒子とを有する。このような
黒色パターン１４は、無電解メッキ液中の金属イオンを
還元する能力を持つ還元剤を用いた無電解メッキによっ
て、触媒成分を含有する樹脂パターン中に金属粒子を析
出して形成される。樹脂パターンに用いる樹脂として
は、印刷法またはフォトリソ法で形成可能な樹脂が適用
できる。印刷法で用いられる樹脂としては、例えば凹版
オフセット印刷を例にとれば、公知の種々のグラビアイ
ンキ等が挙げられる。この場合、インキ中に予め後述す
る触媒成分を含有させていても良いし、あるいは後工程
で触媒成分をイオン状態で含浸させ、その後還元させて
触媒活性を付与してもよい。フォトリソ法で用いる樹脂
については、プロセスとともに後に詳述する。

【００１６】黒色パターン１４に含有される金属粒子
は、粒径５〜５０ｎｍの範囲の粒子が全粒子の８０％以
上であるような粒径分布、より好ましくは粒径１０〜３
０ｎｍの範囲の粒子が全粒子の８０重量％以上であるよ
うな粒径分布、さらに好ましくは粒径１０〜２０ｎｍの
範囲の粒子が全粒子の８０％以上であるような粒径分布
をもつものが、特に反射率を低く保ちつつ、光学濃度を
高くするのに好適である。このような粒径分布をもた
ず、５０ｎｍを越える粒子が多くなると、金属粒子が反
射性を持つばかりでなく膜面で連続膜を形成し、膜表面
を連続膜でおおい、樹脂中のメッキ反応を抑制するとい
う不都合が生じる。一方で、このような粒径分布をもた
ず、５ｎｍ未満の粒子が多いとブラックマトリックスと
して必要な光学濃度（１．５以上）が得られないという
不都合が生じる。なお、本発明でいう粒径とは、ブラッ
クマトリックス切片のＴＥＭ断面写真より例えば１００
個のサンプル径を測定し、統計処理した値である。

【００１７】さらに黒色パターン１４に含有される金属
粒子は、粒子の６００Å厚換算の投影面積密度が６０％
以上、より好ましくは８０％以上であり、かつ光学濃度
が１．５以上であることが必要である。粒子の６００Å
厚換算の投影面積密度が６０％未満になると、上記規定
内の粒径であっても、必要な光学濃度が得られない。光
学濃度はさらに黒色パターン１４の膜の厚さにも関係
し、その厚さは上記の光学濃度が１．５以上になるよう
に設定される。光学濃度が１．５未満になると、ブラッ
クマトリックスとしての遮光性が不十分となる。なお、
粒子の６００Å厚換算の投影面積密度は、図８に示され
るように、黒色パターン１４を厚さ方向に超ミクロトー
ムを用い、６００オングストロームの幅でスライスし
（図８（ａ））、このスライス片１４ａをスライス面方
向から透過型電子顕微鏡にて観察して求める（図８
（ｂ））。なお、具体的な測定法の一例をあげると、切
片の厚さは多重微分干渉顕微鏡等で測定し、６００Åに
近いものを選定して用いた。なお、６００Åの厚さちょ
うどでスライスするのは困難であり、仮にそれに近い厚
さでスライスされた厚みをｔ（Å）とし、この時に投影
密度ｄ（％）という測定値を得た場合、６００Åの厚さ
の投影面積密度Ｄ（％）への換算は次式によって算出し
た。

【００１８】

【数１】 上記金属粒子の粒径は、ブラックマトリックス基板の製
法において、例えばメッキ時間メッキ反応時のメッ
キ浴温度あるいはメッキ液のｐＨメッキ液の攪拌揺動
触媒付与時の触媒処理液の濃度、処理時間などの要因
によって変化しうる。このような黒色パターン１４の基
板側および黒色パターンの表面側からの反射率のうち少
なくとも一方からの反射率は３０％以下、より好ましく
は１５％以下である。反射率が３０％を越えると、外光
による反射が視認性を妨げるため表示コントラストが十
分にとれない。

【００１９】このような本発明のブラックマトリックス
基板１２の製造の一例を図４に示し、この図に基づいて
以下、説明する。なお、樹脂パターンはフォトリソ法で
形成している。先ず基板１３上に親水性樹脂を含有する
感光性レジストを塗布して厚さ０．１〜５．０μｍ程度
の感光性レジスト層３を形成する（図４（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４（Ｂ））。そし
て、露光後の感光性レジスト層３を現像してブラックマ
トリックス用のパターンを有するレリーフ４（樹脂パタ
ーン）形成する（図４（Ｃ））。次に、この透明基板１
３に熱処理（９０〜１３０℃、５〜６０分間程度）を施
した後、無電解メッキの触媒となる触媒成分としての金
属化合物の水溶液にレリーフ４を浸漬し、水洗して触媒
含有レリーフ５（触媒含有樹脂パターン）とする（図４
（Ｄ））。そして、透明基板１３上の触媒含有レリーフ
４を無電解メッキ液に接触させることにより黒色パター
ン（黒色レリーフ）１４とし、さらに、この黒色パター
ンに加熱あるいは硬膜剤塗布による硬膜処理を施してブ
ラックマトリックス基板１２を形成する（図４
（Ｅ））。なお、熱処理は触媒含有レリーフを形成した
後に行っても良い。

【００２０】図６に示される例では、先ず基板１３上に
親水性樹脂および無電解メッキの触媒となる金属化合物
の水溶液を含有する感光性レジストを塗布して厚さ０．
１〜５．０μｍ程度の感光性レジスト層６を形成する
（図６（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６を露光する（図
６（Ｂ））。そして、露光後の感光性レジスト層６を現
像して乾燥することによりブラックマトリックス用のパ
ターンを有する本発明のレリーフ画像７（触媒含有樹脂
パターン）を形成する（図６（Ｃ））。この場合のレリ
ーフ画像７は、図４に示されるレリーフ画像４とは異な
り、無電解メッキの触媒となる金属化合物を含んだ触媒
含有レリーフ（触媒含有樹脂パターン）である。

【００２１】上記のようにして作成したレリーフ画像７
を用いて黒色パターン（ブラックマトリックス）１４を
形成するには、まず、このレリーフ画像７に熱処理（９
０〜１３０℃、５〜６０分間）を施し、次に、基板１３
上のレリーフ画像（触媒含有レリーフ）７を無電解メッ
キ液に接触させることにより、レリーフ内に金属粒子を
析出させて黒化せしめ、黒色パターン（ブラックマトリ
ックス）１４を形成する（図６（Ｄ））。この場合も、
ブラックマトリックスに加熱あるいは硬膜剤塗布による
硬膜処理を施してもよいことは勿論である。

【００２２】さらに、図７に示される例においては、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０．１〜２．０μｍ程度の
感光性レジスト層８を形成する（図７（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５７−１０４９
２８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
８を露光することにより、本発明のレリーフ画像８′と
する（図７（Ｂ））。すなわち、このレリーフ画像８′
は、無電解メッキの触媒となる金属化合物を含んだ触媒
含有レリーフであるとともに、ジアゾ基又はアジド基を
有する化合物によるメッキ抑制効果が上記の露光によっ
てブラックマトリックスのパターン形状に解除されたも
のとなっている。

【００２３】上記のようにして作成したレリーフ画像
８′を用いてブラックマトリックス１４を形成するに
は、この基板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黒
化せしめ、ブラックマトリックス１４を形成する（図７
（Ｃ））。

【００２４】尚、図７（Ｄ）に示すように、未露光部分
を現像して除去してもよい。上記のブラックマトリック
ス基板の製造例において、共通して特徴的なのは、従来
の無電解メッキのような７０℃〜９０℃程度の浴温での
反応ではなく２０℃〜４０℃程度の浴温により無電解メ
ッキの触媒となる金属化合物の存在下で、この金属化合
物と無電解めっき液に含有される被還元性金属塩とを還
元し得る還元剤によって上記被還元性金属塩の還元が従
来の無電解メッキに比べ、極めて低速度で行われること
により、レジスト（樹脂）中でゆっくりと金属粒子が析
出・成長し、金属粒子が黒色パターン（遮光層）内に均
一に析出されることである。

【００２５】したがって、黒色パターンは、金属粒子お
よび場合によっては被還元性金属塩と、無電解めっきと
なる金属化合物および場合によっては、この金属化合物
が還元されて生成された金属と、還元剤とを含有する。

【００２６】本発明において用いる感光性レジストとし
ては、例えば、ゼラチン、カゼイン、グルー、卵白アル
ブミン等の天然タンパク質、カルボキシメチルセルロー
ス、ポリビニルアルコール、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の親水性
樹脂を１種、あるいは複数種を混合したものに対し、例
えば、ジアゾ基を有するジアゾニウム化合物およびパラ
ホルムアルデヒドの反応生成物であるジアゾ樹脂、アジ
ド基を有するアジド化合物、ポリビニルアルコールにケ
イ皮酸を縮合したケイ皮酸縮合樹脂、スチルバゾリウム
塩を用いた樹脂、重クロム酸アンモニウム等の光硬化型
の感光性基を有するものを添加することで感光性を付与
したものを挙げることができる。尚、感光性基は上述の
光硬化型感光性基に限定されないことは勿論である。こ
のように、感光性レジスト中に親水性樹脂が含有されて
いることにより、上述のように触媒含有レリーフ５が無
電解メッキ液と接触した際に、無電解メッキ液が触媒含
有レリーフ５に浸透し易くなり、触媒含有レリーフ５中
に均一に金属粒子が析出・成長し得る。

【００２７】本発明において用いる無電解メッキの触媒
となる金属化合物は、例えばパラジウム、金、銀、ス
ズ、亜鉛、白金、銅等の塩化物、硫酸塩、硝酸塩等の水
溶性塩、および錯化合物が用いられる。特に、本発明で
は、水溶液として市販されている無電解メッキ用のアク
チベータ溶液をそのまま、あるいは希釈して用いること
ができる。このような金属化合物を上述のように感光性
レジスト中に含有させる場合、金属イオン換算で０．０
１〜５重量％程度含有されることが好ましい。

【００２８】無電解メッキ液は、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、パラジウム、金、白金、スズ、亜鉛等
の水溶性の被還元性重金属塩（これらはメッキ液中では
金属イオンを形成する）と、メッキ速度、還元効率等を
向上させる水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化
アンモニウム等の塩基性化合物と、無機酸、有機酸等の
ｐＨ調整剤、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、反応促進剤、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。上記の
ような無電解メッキ液は、反応速度をコントロールする
上でも、ｐＨ値は６〜９メッキ液温度は２０〜４０℃が
好ましい。

【００２９】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。

【００３０】上記の種々の還元剤の中でも、特にホウ素
系還元剤は、無電解めっきの触媒となる金属化合物と、
被還元性金属塩とを同時に還元する能力に優れており、
好ましく用いることができる。

【００３１】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間における赤色パターン
１６Ｒ、緑色パターン１６Ｇ、青色パターン１６Ｂから
なる着色層１６の形成は、フォトレジストの染色法、予
め顔料を分散した感光性樹脂を塗布後フォトリソ法でパ
ターン化する分散法、オフセット等の印刷法、電着法等
の公知の種々の方法に従って行うことができる。

【００３２】カラーフィルタ１０のブラックマトリック
ス１４と着色層１６を覆うように保護層１８を設けても
良く、カラーフィルタ１０の表面平滑化、信頼性の向
上、および液晶層４０への汚染防止等を目的とするもの
であり、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の透明
樹脂、特に、熱または光による硬化型のものが好ましく
用いられる。あるいは二酸化ケイ素等の透明無機化合物
等を用いて形成することができる。保護層の厚さは０．
５〜５０μｍ程度が好ましい。

【００３３】透明共通電極１９としては、例えば酸化イ
ンジウムスズ（ＩＴＯ）膜を用いることができる。ＩＴ
Ｏ膜は蒸着法、スパッタ法等の公知の方法により形成す
ることができ、厚さは２００〜２０００オングストロー
ム程度が好ましい。

【００３４】次に、実験例を示して本発明を更に詳細に
説明する。 （本発明サンプル１の作製）透明基板として、予めプラ
ズマ処理が施された１００μｍ厚みのポリエステルフィ
ルム（東レ製ルミラーＴ／１００）をガラスに密着させ
たものを用いた。この基板のポリエステルフィルム上に
下記組成の感光性レジストをスピンコート法（1500 r.
p.m. ）で厚さ０．６μｍとなるように塗布した。その
後、７０℃、１０分間乾燥し、感光性レジスト層を形成
した。

【００３５】 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） ４．４７％水溶液 …１００重量部 ・ジアゾ樹脂（シンコー技研製Ｄ−０１１）４．４７％水溶液 … ５．７１重量部 次に、感光性レジスト層を有する透明フィルムをガラス
からはずして感光性レジスト層に対してブラックマトリ
ックス形成用のフォトマスク（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、２秒間照射した。その後、常温の水を用いて、スプ
レイ現像を行いエアー乾燥した。次いで、この透明フィ
ルムに１００℃、３０分間の熱処理を施して、ブラック
マトリックス用の線幅２０μｍのレリーフを形成した。

【００３６】次に、この透明フィルムを塩化パラジウム
水溶液（日本カニゼン製レッドシューマー５倍希釈液）
に２分間浸漬し、水洗、水切り後、ホウ素系還元剤を含
む３０℃のニッケルめっき液（奥野製薬製ニッケルめっ
き液トップケミアロイＢ−１）に４分間浸漬させ、水洗
乾燥して遮光層（ブラックマトリックス）を形成し、ブ
ラックマトリックス基板を得た。 （本発明サンプル２の作製）上記本発明サンプル１のメ
ッキ時間を４分間から１０分間に変えた以外は、上記本
発明サンプル１と同様にして本発明サンプル２を作成し
た。 （本発明サンプル３の作製）上記本発明サンプル１のメ
ッキ時間を４分間から１５分間に変えた以外は、上記本
発明サンプル１と同様にして本発明サンプル３を作成し
た。 （本発明サンプル４の作製）レリーフ形成工程までは上
記本発明サンプル１と同様に行い、その後、触媒活性液
として析出限界に近い塩化パラジウム水溶液（日本カニ
ゼン製レッドシューマー５０倍希釈液）に２分間浸漬
し、水洗、水切り後、ホウ素系還元剤を含む室温のニッ
ケルめっき液（奥野製薬製ニッケルめっき液トップケミ
アロイＢ−１）に９分間浸漬させ、水洗乾燥して黒色パ
ターン（ブラックマトリックス）を形成し、ブラックマ
トリックス基板を得た。 （本発明サンプル５の作製）上記本発明サンプル４のメ
ッキ時間を９分間から３５分間に変えた以外は、上記本
発明サンプル４と同様にして本発明サンプル５を作成し
た。 （比較サンプル１の作製）上記本発明サンプル１のめっ
き時間を４分間から１分間に変えた以外は、上記本発明
サンプル１と同様にして比較サンプル１を作製した。 （比較サンプル２の作製）上記本発明サンプル１のめっ
き時間を４分間から２分間に変えた以外は、上記本発明
サンプル１と同様にして比較サンプル２を作製した。 （比較サンプル３の作製）上記本発明サンプル４のめっ
き時間を９分間から３分間に変えた以外は、上記本発明
サンプル４と同様にして比較サンプル３を作製した。 （比較サンプル４の作製）上記本発明サンプル４のめっ
き時間を９分間から６分間に変えた以外は、上記本発明
サンプル４と同様にして比較サンプル４を作製した。

【００３７】これら９つのサンプル（本発明サンプル１
〜５，比較サンプル１〜４）について、黒色パターン
（遮光層）中に析出したニッケル微粒子の粒子径および
投影面積密度を透過型電子顕微鏡（（株）日立製作所、
Ｈ−８１００）により測定した。

【００３８】さらに、ブラックマトリックスの光学濃度
（ＯＤ）、波長５５５ｎｍにおける反射率（Ｒ）を顕微
分光装置（オリンパス光学工業、ＡＨ２−ＳＲＫ／ＳＴ
Ｋ）により、基板に対してほぼ垂直入射する光に対して
その正反射光を測定した。なお、ブラックマトリックス
の光学濃度は、上記装置により、透明基板をリファレン
ス（１００％透過率）とし、光を完全に遮断した場合、
バックグラウンド（０％透過率）を基準値として測定し
た可視領域４００〜７００ｎｍ内で最も低い透過率Ｔ
（％）に対しＯＤ＝−ｌｏｇ（Ｔ／１００）の計算によ
り算出した。また、反射率はリファレンスとしてアルミ
蒸着板をバックグラウンドとして全く反射物体がない場
合を基準値として測定した。また、反射率としては黒色
パターン１４の基板側から光照射した場合の値（観察者
側）および黒色パターンの表面（膜面）側から光照射し
た場合の値と２種の反射率を測定した。

【００３９】測定結果を下記表１に示す。なお、光学濃
度３以上は、透過率０．１％以下となり、０．１％以下
の値の有意差はないためＯＤ≧３と表記した。

【００４０】

【表１】 表１の結果から分かるように、本発明のサンプル１〜５
は、ニッケル粒子の粒子径が５〜５０ｎｍの範囲の粒子
が全粒子の８０％以上でかつ、粒子の投影面積密度が６
０％以上であるので、観察者側（膜面と反対側）の反射
率が従来の金属クロム（反射率６０％以上）に比べて著
しく低下し、かつ黒色パターンの遮光層としての必要な
光学濃度（１．５以上）も十分に得られており、ブラッ
クマトリックス基板としては極めて優れたものであっ
た。特に、本発明サンプル１は、膜面側からの反射率も
良好であった。これに対して、比較サンプル１および３
は、ニッケル粒子の平均粒子径５ｎｍを超えるものの全
粒子の２０％以上が５ｎｍ未満でかつ粒子の投影面積密
度も２０％以下となり、反射率においては、低反射であ
るものの、黒色パターン（ブラックマトリックス）の遮
光層という本来の機能を得るための光学濃度が十分に得
られておらず、ブラックマトリックス基板としては不十
分なものであった（このことは目視においても十分に確
認できた）。また、比較サンプル２および４は、ニッケ
ル粒子の平均粒子径がそれぞれ９．３ｎｍ、１４．１ｎ
ｍであり、また、粒径５〜５０ｎｍの範囲の粒子も全粒
子の８０％以上であり、これらについては本発明の規定
内にあるものの、粒子の投影面積密度が６０％未満（５
７．３％、５４．０％）となり、であるため、十分な光
学濃度が得られておらず、これも比較サンプル１および
３と同様に、ブラックマトリックス基板としては不十分
なものであった。

【００４１】次に本発明サンプル１と同様の条件によっ
てガラス基板の上に、黒色パターンを形成した。このブ
ラックマトリックス基板を用い、下記の要領でカラーフ
ィルターを作製した。

【００４２】すなわち、版深６μｍ、幅１１０μｍのス
トライプ状の凹部を有する版、及びシリコーンブランケ
ットを用い、凹版オフセット印刷法により、ブラックマ
トリックス基板上のブラックマトリックス間に、下記イ
ンキ組成物Ｓ−１，Ｓ−２，Ｓ−３をこの順序で印刷
し、それぞれブルー、グリーン、レッドの１１０μｍ幅
のストライプパターンを印刷形成した。その後、前記基
板を２００℃で３０分間加熱することにより、インキ組
成物を熱硬化させて膜厚２〜３μｍの着色層を得た。

【００４３】 ワニスの組成 ・ポリエステルアクリレート樹脂 （東亜合成化学工業（株）アロニックスＭ−７１００）…７０重量部 ・ジアリルフタレートプレポリマー …３０重量部 インキ組成物（Ｓ−１）の組成 ・ワニス …１００重量部 ・顔料（リオノールブルーＥＳ） （東洋インキ製造（株）製、C.I.Pigment Blue 15:6)…１５．５重量部 ・顔料（リオノゲンバイオレットRL） （東洋インキ製造（株）製、C.I.Pigment Vioet 23）… ４重量部 インキ組成物（Ｓ−２）の組成 ・ワニス …１００重量部 ・顔料（リオノールグリーン２ＹＳ） （東洋インキ製造（株）製、C.I.PigmentGreen 36 ）…２２重量部 ・顔料（セイカファーストエロー２７００） （大日精化工業（株）製、C.I.Pigment Yellow 83 ）…７．５重量部 インキ組成物（Ｓ−３）の組成 ・ワニス …１００重量部 ・顔料（クロモフタルレッドＡ３Ｂ） （チバ・ガイギー社製、C.I.Pigment Red 177) …３２重量部 ・顔料（セイカフェーストエロー２７００） （大日精化工業（株）製、C..Pigment Yellow 83 ）… ８重量部 次に、上述のように保護層と透明電極を形成してカラー
フィルタを得た。

【００４４】すなわち、保護層の形成は、下記に示され
る組成の塗工液をスピンコート法（回転数＝１５００r.
p.m.）により上記の着色層上に塗布した（膜厚＝２．０
μｍ）。

【００４５】 （保護層形成用の塗工液組成） ・光硬化性アクリレートオリゴマー（ｏ−クレゾールノボラック エポキシアクリレート（分子量１５００〜２０００）） … ３５重量部 ・クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 … １５重量部 ・多官能重合性モノマー（ジペンタエリスリトールヘキサ アクリレート（日本化薬製ＤＰＨＡ）） … ５０重量部 ・重合開始剤（チバガイギー社製イルガキュアー） … ２重量部 ・エポキシ硬化剤（ゼネラルエレクトリック社製 UVE1014）… ２重量部 ・エチルセロソルブアセテート …２００重量部 そして、この塗布膜に対して大日本スクリーン（株）製
のプロキシミティー露光装置を使用し露光量１５０ｍＪ
／cm² で全面露光を行った。その後、基板を常温の１，
１，２，２−テトラクロロエタンに１分間浸漬し、塗布
膜の未硬化部分のみを除去し、保護膜を形成した。

【００４６】さらに、この保護膜上にスパッタリング法
により厚さ０．４μｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）
膜を形成して透明電極とし、カラーフィルタを得た。こ
のように作製したカラーフィルターと、公知の方法によ
り形成されたＴＦＴ基板とを用いて、ＬＣＤパネルを作
製した。

【００４７】尚、ＴＦＴ基板の半導体層にはアモルファ
スシリコンを用い、また、ＬＣＤの偏光板は、ノーマリ
ーホワイトとなるように貼付した。このＬＣＤの特性を
評価するために、ゲート電圧とＬＣＤの透過率との関係
を測定した。

【００４８】この結果、本発明によるカラーフィルター
を用いたＬＣＤでは、Ｃｒをブラックマトリックス層と
して用いた従来法によるカラーフィルターを用いたＬＣ
Ｄに比べ、ゲートオフ電圧を２Ｖ低減できることがわか
った。

【００４９】これは、従来法のカラーフィルターを用い
た場合には、カラーフィルターのブラックマトリックス
層の反射率が高いために、ＬＣＤのバックライトの光の
一部が、ブラックマトリックス層表面で反射し、ＴＦＴ
への入射光となり、ＴＦＴの光電流発生の原因となって
いるのに対し、本発明のブラックマトリックス基板を用
いたカラーフィルターでは、ブラックマトリックス層表
面の反射率が低いために、ＴＦＴへの光照射量が減少
し、この結果、ＴＦＴの光電流が減少し、ゲートオフ電
圧が改善されるものと推定される。

【００５０】この結果により、本発明によるブラックマ
トリックス基板を用いたカラーフィルターを用いたＬＣ
Ｄでは、ＬＣＤの駆動電圧を低減することができ、消費
電力を低減する上で効果が認められた。これは、乾電池
駆動を行った場合の連続使用時間を延長する上で大きな
効果があった。

【００５１】また、本発明によるカラーフィルターの別
の効果を評価するために、ＬＣＤのコントラスト比の測
定を行った。明所におけるコントラスト比測定では、従
来法カラーフィルターに比べ、２．４倍のコントラスト
比を得ることができた。

【００５２】これは、カラーフィルターのブラックマト
リックス層の低反射率化により、外光の影響が減少した
ためと推定される。また、暗所においてコントラスト比
を測定した場合にも、本発明によるカラーフィルターを
用いた場合は、従来法に比べ、１．６倍のコントラスト
比を得ることができた。

【００５３】これは、本発明のブラックマトリックス基
板を用いたカラーフィルターを用いた場合には、先に述
べたようにＴＦＴの光電流が減少し、この結果、黒表示
時のもれ光が改善されたためと推定される。

【００５４】以上のように、本発明によるカラーフィル
ターは、ＬＣＤの消費電力の低減、コントラスト比の向
上に効果を有するものであることがわかった。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば黒
色パターン内に含有される金属粒子は、粒径５〜５０ｎ
ｍの範囲の粒子が全粒子の８０％以上であるような粒径
分布を有し、粒子の６００Å厚換算の投影面積密度が６
０％以上であり、かつ光学濃度が１．５以上であるの
で、光学濃度は１．５以上、かつ低反射率の黒色パター
ン（ブラックマトリックス）が得られる。これを液晶表
示バイスに用いるとブラックマトリックスの外光による
反射率が低く押えられるので、視認性の向上が図れる。
さらに、アクティブマトリックスではＴＦＴ基板側の反
射率を低くすることにより、液晶内の迷光が低減でき、
ＴＦＴの光によるリークが低減でき、ＬＣＤの消費電力
の低減、コントラスト比の向上という効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造されたカラーフィルタを用い
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】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】本発明のブラックマトリックス基板の概略断面
図である。

【図６】本発明によるブラックマトリックス基板の他の
製造方法を説明するための工程図である。

【図７】本発明によるブラックマトリックス基板の他の
製造方法を説明するための工程図である。

【図８】粒子の投影面積密度を測定するための方法を模
式的に示す図である。図８（ａ）は、剥離させられた黒
色パターン１４を厚さ方向に６００オングストロームの
幅でスライスする図、図８（ｂ）は、スライス片１４ａ
をスライス面方向から透過型電子顕微鏡にて観察する図
である。

【図９】本発明サンプル１として作製した黒色パターン
を厚さ方向に６００オングストローム幅でスライスし、
そのスライス片をスライス面方向から透過型電子顕微鏡
にて観察した図面代用写真である。撮影条件 加速電圧 …２００ＫＶ ビーム電流 … １０μＡ 収束可動絞り … ８０μｍ 対物可動絞り … ４０μｍ 直接倍率（撮影倍率） … ２０Ｋ倍 引伸倍率（最終倍率） …１００Ｋ倍

【図１０】図９の写真をさらに５倍拡大した図面代用写
真である。撮影条件 加速電圧 …２００ＫＶ ビーム電流 … １０μＡ 収束可動絞り … ８０μｍ 対物可動絞り … ４０μｍ 直接倍率（撮影倍率） …１００Ｋ倍 引伸倍率（最終倍率） …５００Ｋ倍

【図１１】本発明サンプル３として作製した黒色パター
ンを厚さ方向に６００オングストローム幅でスライス
し、そのスライス片をスライス面方向から透過型電子顕
微鏡にて観察した図面代用写真である。撮影条件は図９
のそれに準じた。

【図１２】図１１の写真をさらに５倍拡大した図面代用
写真である。撮影条件は図１０のそれに準じた。

【図１３】比較サンプル１として作製した黒色パターン
を厚さ方向に６００オングストローム幅でスライスし、
そのスライス片をスライス面方向から透過型電子顕微鏡
にて観察した図面代用写真である。撮影条件は図９のそ
れに準じた。

【図１４】図１３の写真をさらに５倍拡大した図面代用
写真である。撮影条件は図１０のそれに準じた。

【符号の説明】

３…感光性レジスト層 ４…レリーフ（樹脂パターン） ５…触媒含有レリーフ（触媒含有樹脂パターン） 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…基板 １４…黒色パターン（ブラックマトリックス，黒色レリ
ーフまたは遮光層） １６…着色層 １６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…着色パターン

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、この基板上に形成され、少なく
   とも金属粒子を内部に含有する樹脂からなる黒色パター
   ンとを備えるブラックマトリックス基板であって、前記
   金属粒子は、粒径５〜５０ｎｍの範囲の粒子が全粒子の
   ８０％以上であるような粒径分布を有し、粒子の６００
   Å厚換算の投影面積密度が６０％以上であり、かつ光学
   濃度が１．５以上であることを特徴とするブラックマト
   リックス基板。
2. 【請求項２】 前記金属粒子はニッケル、コバルト、
   鉄、クロム、銅、パラジウム、金、白金、錫、亜鉛から
   なる群より選ばれた少なくとも１つであることを特徴と
   する請求項１に記載のブラックマトリックス基板。
3. 【請求項３】 前記金属粒子は、黒色パターン形成前の
   樹脂パターンの中に含有される触媒成分と無電解液中の
   金属イオンとを還元する能力を持つ還元剤を用いた無電
   解メッキによって、触媒成分を含有する樹脂パターン中
   に析出されることを特徴とする請求項１または２に記載
   のブラックマトリックス基板。
4. 【請求項４】 前記還元剤がホウ素系またはリン酸系の
   還元剤であることを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載のブラックマトリックス基板。