JPH05341117A - ブラックマトリックス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 透明基板上に形成された親水性樹脂を含有す
る感光性レジスト層を、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た後、無電解メ
ッキの触媒となる金属化合物の水溶液を用いて現像する
ことにより、現像と同時に透明基板上に触媒含有レリー
フを形成し、その後、触媒含有レリーフを熱処理し、無
電解メッキ液に接触させてブラックマトリックス用パタ
ーンを有する黒色レリーフを形成する。

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、カ
ラーあるいはモノクロの液晶ディスプレイが注目されて
いる。例えば、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。そして、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の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。

【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、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よ
り高い遮光性が要求される。このようなブラックマトリ
ックスは、カラーの液晶ディスプレイのみだけではな
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
のは寸法精度が高いものの、製造工程が複雑であり、ま
た、表示コントラストを高めたり光リーク電流を抑制す
るためにクロムの反射率を抑える必要が生じ、このた
め、製造コストのかかる低反射クロムの蒸着、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く、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、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、本発明は透明基板上に形成した親水性樹脂を
含有する感光性レジスト層を、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た後、無
電解メッキの触媒となる金属化合物の水溶液を用いて現
像を行い水洗し乾燥することにより、現像と同時に前記
透明基板上に触媒含有レリーフを形成し、次に、熱処理
を施した後、前記触媒含有レリーフを無電解メッキ液に
接触させることによりブラックマトリックス用パターン
を有する黒色レリーフを形成するような構成とした。

【０００８】

【作用】透明基板上に形成された親水性樹脂を含有する
感光性レジスト層は、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された後、現像され
るが、この現像が無電解メッキの触媒となる金属化合物
の稀薄水溶液を用いて行われるため、現像と同時に透明
基板上に触媒含有レリーフが形成され、また、現像が不
充分な場合でも、後の水洗により完全に現像されるの
で、工程の簡略化が可能となり、その後、触媒含有レリ
ーフに熱処理が施され、無電解メッキ液に接触させるこ
とにより、無電解メッキ液が触媒含有レリーフに充分浸
透してレリーフ全体に略均一に金属粒子が析出される。
このため、形成された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の低い寸法精度の良好なも
のであり、また、真空プロセス等が不要であるため、製
造コストの低減が可能となる。

【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】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、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない
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。

【００１４】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、露光後の感光
性レジスト層３に無電解メッキの触媒となる金属化合物
の水溶液をスプレーして現像した後、水洗・乾燥して、
現像と同時にブラックマトリックス用のパターンを有す
る触媒含有レリーフ４を形成する（図４（Ｃ））。次
に、この透明基板１３に熱処理を施した後、透明基板１
３上の触媒含有レリーフ４を無電解メッキ液に接触させ
ることにより黒色レリーフとし、ブラックマトリックス
１４を形成する（図４（Ｄ））。

【００１５】上述のように、本発明では、透明基板１３
上に形成された親水性樹脂を含有する感光性レジスト層
３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９を介して露光した後、無電解メッキの触媒とな
る金属化合物の水溶液を用いて現像するため、現像と透
明基板上への触媒含有レリーフ形成とを一つの工程で行
うことができ、工程が簡略化される。このように、現像
に無電解メッキの触媒となる金属化合物の水溶液を用い
るのは、例えば後述する市販されている無電解メッキ用
のアクチベータ溶液を希釈しても、同等のブラックマト
リックスが得られることが見い出されたためであり、従
来の水現像における水の代用となりえることに着眼した
ためである。一方、アクチベータ溶液で現像が仮に不充
分であったとしても、後の水洗工程を経ることにより、
現像が完全なものとなる。したがって、水洗工程におい
ては、充分な揺動を加えて水洗を行なうか、あるいはス
プレー洗浄を行なうことが好ましい。

【００１６】本発明において用いる感光性レジストとし
ては、例えば光硬化型の感光性基としてジアゾ基を有す
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感光性基を有するものを挙げる
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。

【００１７】感光性レジストに含有される親水性樹脂と
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が挙げられ
る。さらに、感光性レジストにはセラミックスや多孔質
アルミナ等の無機物質を添加してもよい。このような親
水性樹脂あるいは無機物質は、感光性レジスト中に１０
重量％程度含有されることが好ましい。このように、感
光性レジスト中に親水性樹脂が含有されることにより、
上述のように触媒含有レリーフ４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４に浸
透し易くなり、触媒含有レリーフ４中に均一に金属粒子
が析出することになる。したがって、形成されたブラッ
クマトリックス１４は充分な黒さと低反射率を有するこ
とになり、従来のクロム薄膜形成における金属層による
反射という問題が解消され得る。

【００１８】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、白
金、銅等の塩化物、硝酸塩等の水溶性塩、および錯化合
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溶液をそのまま用いることができ
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、０．００００１〜０．００１重
量％程度含有されることが好ましい。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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、染色法、分散法、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。

【００２２】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、
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、エポキシ系樹脂、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。

【００２３】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２００〜２０００Å程度が好まし
い。

【００２４】尚、本発明のブラックマトリックス基板の
製造方法は、ＴＦＴ基板の半導体駆動素子上にブラック
マトリックスを形成する場合にも適用可能である。この
ように、ＴＦＴ基板の半導体駆動素子自体が遮光層（ブ
ラックマトリックス）を具備することにより、半導体駆
動素子の確実な遮光が可能になるとともに、開口率を大
きくすることができ、また、実装時のアライメント操作
が容易となり、半導体駆動素子の安定作動が可能とな
る。

【００２５】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（厚さ＝１．１ｍｍ）を用い、スピンコート法（回
転数＝２００r.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℃、５分間の条件
で乾燥して感光性レジスト層（厚さ＝２μｍ）を形成し
た。

【００２６】 感光性レジストの組成 ・ポリビニルアルコール１０％水溶液 （日本合成化学製ゴーセナールＴ−３３０） …２０重量部 ・ジアゾ樹脂１０％水溶液（シンコー技研製Ｄ−０１１） …２０重量部 ・水 …１５重量部 次に、感光性レジスト層に対してブラックマトリックス
用のフォトマスク（線幅＝２０μｍ）を介して露光を行
った。露光用の光源は超高圧水銀灯２ｋｗを用い、１０
秒間照射した。

【００２７】次に、２３℃の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を純水で５倍に希釈した
もの）を用いてスプレー現像を行い、水洗、エアー乾燥
してブラックマトリックス用の線幅２０μｍの触媒含有
レリーフを形成した。

【００２８】次に、この透明基板に１５０℃、１５分間
の熱処理を施し、その後、透明基板をホウ素系還元剤を
含む３０℃のニッケルメッキ液（奥野製薬製ニッケルメ
ッキ液トップケミアロイＢ−１）に３分間浸漬させ、水
洗乾燥して黒色レリーフ（ブラックマトリックス）を形
成した。

【００２９】この黒色レリーフの光学濃度ＯＤおよび反
射率Ｒを測定したところ、ＯＤ≧３．０、Ｒ≦５％であ
った。また、黒色レリーフとガラス基板との密着状態
は、浮き、剥離等が全く見られず良好であった。このこ
とから、本発明により形成された黒色レリーフ（ブラッ
クマトリックス）は、カラーフィルタ用ブラックマトリ
ックスとして充分な光学濃度と低い反射率を具備してい
ることが明らかとなった。 （実験例２）塩化パラジウム水溶液として日本カニゼン
製レッドシューマーを純水３０倍に希釈したものを用い
た以外は、実験例１と同様に行ない、黒色レリーフ（ブ
ラックマトリックス）を形成した。

【００３０】この黒色レリーフの光学濃度ＯＤおよび反
射率Ｒを測定したところ、ＯＤ≧３．０、Ｒ≦５％であ
った。また、黒色レリーフとガラス基板との密着状態
は、浮き、剥離等が全く見られず良好であった。このこ
とから、本発明により形成された黒色レリーフ（ブラッ
クマトリックス）は、カラーフィルタ用ブラックマトリ
ックスとして充分な光学濃度と低い反射率を具備してい
ることが明らかとなった。 （実験例３）実験例１と同様にして透明基板上にブラッ
クマトリックス用の線幅２０μｍの触媒含有レリーフを
形成した後、透明基板に１５０℃、１５分間の熱処理を
施した。

【００３１】次に、透明基板をホウ素系還元剤を含む３
０℃のニッケルメッキ液（奥野製薬製ニッケルメッキ液
トップケミアロイＢ−１）に２０秒間浸漬し、その後、
さらに次亜リン酸系還元剤を含む３０℃のニッケルメッ
キ液（奥野製薬製ニッケルメッキ液Ｔｓｐ５５ニッケル
Ａ／Ｃ＝１／２）に２分間浸漬し、水洗乾燥して黒色レ
リーフ（ブラックマトリックス）を形成した。

【００３２】この黒色レリーフの光学濃度ＯＤおよび反
射率Ｒを測定したところ、ＯＤ≧３．０、Ｒ≦５％であ
った。また、黒色レリーフとガラス基板との密着状態
は、浮き、剥離等が全く見られず良好であった。このこ
とから、本発明により形成された黒色レリーフ（ブラッ
クマトリックス）は、カラーフィルタ用ブラックマトリ
ックスとして充分な光学濃度と低い反射率を具備してい
ることが明らかとなった。 （比較例１）実験例１と同様にして透明基板上の感光性
レジスト層に対してブラックマトリックス用のフォトマ
スク（線幅＝２０μｍ）を介して露光を行った後、常温
の水を用いてスプレー現像を行いエアー乾燥してブラッ
クマトリックス用の線幅２０μｍのレリーフを形成し
た。

【００３３】次に、この透明基板を塩化パラジウム水溶
液（日本カンゼン製レッドシューマーを純水で５倍に希
釈したもの）に１０秒間浸漬し、水洗、水切り後、１５
０℃、１５分間の熱処理を施して、上記のレリーフを触
媒含有レリーフとした。

【００３４】その後、実験例１と同様にして無電解メッ
キを行って比較例としての黒色レリーフ（ブラックマト
リックス）を形成した。この黒色レリーフの光学濃度Ｏ
Ｄおよび反射率Ｒを測定したところ、ＯＤ≧３．０、Ｒ
≦５％であり、上記の実験例１，２で形成された黒色レ
リーフの光学濃度ＯＤおよび反射率Ｒと同等であった。
したがって、本発明は現像と触媒含有レリーフ形成とを
同時に行って工程の簡略化が可能であり、かつカラーフ
ィルタ用ブラックマトリックスとして充分な光学濃度と
低い反射率を実現するものであることが明らかとなっ
た。 （比較例２）透明基板としてコーニング社製７０５９ガ
ラス（厚さ＝１．１ｍｍ）を用い、この基板をフッ酸に
浸漬してガラスのエッチングを行い、基板の表面を多孔
質とした。

【００３５】次に、塩化第一スズと塩酸とにより基板の
表面にスズイオンを吸着させた後、比較例１と同様にし
て塩化パラジウム水溶液に浸漬し、熱処理を施し、無電
解メッキを行って比較例としての黒色レリーフ（ブラッ
クマトリックス）を形成した。

【００３６】この黒色レリーフでは、ニッケルが表面に
のみ析出しており金属光沢がみられ、カラーフィルタ用
ブラックマトリックスとして供し得ないものであった。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば形
成された黒色レリーフ（ブラックマトリックス）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、かつ透明基板との密着性も良好であり、このよ
うな黒色レリーフ（ブラックマトリックス）を備えたブ
ラックマトリックス基板は、信頼性が高く高コントラス
トが可能なカラーフィルタを構成し得るものであるとと
もに、工程の簡略化が可能であり、真空プロセス等が不
要であるため、製造コストの低減が可能となる。

【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】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。

【符号の説明】

３…感光性レジスト層 ４…触媒含有レリーフ 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（黒色レリーフ） １６…着色層 １６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…着色パターン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に形成した親水性樹脂を含有
   する感光性レジスト層を、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た後、無電解
   メッキの触媒となる金属化合物の水溶液を用いて現像を
   行い水洗し乾燥することにより、現像と同時に前記透明
   基板上に触媒含有レリーフを形成し、次に、熱処理を施
   した後、前記触媒含有レリーフを無電解メッキ液に接触
   させることによりブラックマトリックス用パターンを有
   する黒色レリーフを形成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。