JPH09101407A - Forming method for black matrix for color filter, substrate for formation and photoresist - Google Patents

Forming method for black matrix for color filter, substrate for formation and photoresist

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JPH09101407A
JPH09101407A JP24531395A JP24531395A JPH09101407A JP H09101407 A JPH09101407 A JP H09101407A JP 24531395 A JP24531395 A JP 24531395A JP 24531395 A JP24531395 A JP 24531395A JP H09101407 A JPH09101407 A JP H09101407A
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JP
Japan
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photoresist
black matrix
water
soluble
black
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Pending
Application number
JP24531395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Watanabe
哲也 渡辺
Kazuo Kusano
和夫 草野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Sanyo Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a fine black matrix having high light-shielding property at a low cost by forming a resist pattern on a glass substrate, applying a coating liquid containing a black color component, etching and developing. SOLUTION: A photoresist coating film on a glass substrate is irradiated with UV rays through a photomask having a desired pattern and developed to form a resist pattern. Then a coating liquid containing a black color component is applied on the whole surface of the glass substrate with the resist pattern formed. The obtd. black component coating material is etched and developed to form a black matrix for a color filter. As for the photoresist, a water-soluble photoresist containing polyvinyl pyrrolidone as a photosetting component and a water-soluble bisazide compd. as a photosensitive agent is preferably used. As for the coating liquid containing a black color component, a water dispersion liquid containing graphite in a fine power state or scale state and a water-soluble binder is preferably used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶ディス
プレイ、プラズマディスプレイなどのカラー表示デバイ
スや固体撮像素子、カラーセンサなどのカラー撮像デバ
イスに使用するカラーフィルタ用ブラックマトリックス
の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a black matrix for a color filter used in a color display device such as a color liquid crystal display or a plasma display, a solid-state image pickup device, a color image pickup device such as a color sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、フラットディスプレイとして注目
されているカラー液晶ディスプレイやプラズマディスプ
レイには3原色(赤、緑、青)を規則正しく配置したカ
ラーフィルタが使用されている。このカラーフィルタの
発色効果やコントラストを上げるために3原色の境界部
分に黒色のストライプ状あるいは格子状のブラックマト
リックスを形成する。このブラックマトリックスには微
細加工性、高遮光性などが要求される。従来、ブラック
マトリックスの形成方法としては、金属クロムを蒸着し
これをエッチングする方法(クロムエッチング法)、親
水性樹脂をパターニングしてこれを染色する方法(染色
法)、顔料などの黒色成分を分散したフォトレジストを
光硬化してパターンを形成する方法(顔料レジスト
法)、透明電極を形成しこの上に電着塗料を用いてパタ
ーンを形成する方法(電着法)などがある。
2. Description of the Related Art In recent years, color filters in which three primary colors (red, green, blue) are regularly arranged are used in a color liquid crystal display and a plasma display, which are attracting attention as flat displays. In order to enhance the coloring effect and contrast of this color filter, a black stripe-shaped or lattice-shaped black matrix is formed at the boundary between the three primary colors. This black matrix is required to have fine workability and high light-shielding property. Conventionally, as a method of forming a black matrix, a method of depositing metal chromium and etching it (chrome etching method), a method of patterning a hydrophilic resin and dyeing it (staining method), and dispersing a black component such as a pigment There is a method of photo-curing the above photoresist to form a pattern (pigment resist method), a method of forming a transparent electrode on which a pattern is formed by using an electrodeposition coating (electrodeposition method).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クロム
エッチング法は微細加工性には優れているが、蒸着など
の真空成膜工程のコストが高く、さらに金属クロムの反
射率が高く、強い外光下でコントラストが上がりにくい
という問題がある。染色法は染料が熱に弱いために20
0℃以上の熱がかかると色が薄くなるという問題があ
り、以降のカラーフィルタ製造工程の熱処理温度に制約
ができるという問題がある。顔料レジスト法はブラック
マトリックスの遮光性を高くしようとして黒色成分を多
く分散させるとフォトレジストを硬化させるのに十分な
紫外線照射量が得られずパターンの形成が難しく、逆に
黒色成分を少なくするとブラックマトリックスの遮光性
が低くなるという問題がある。また、電着法は透明電極
を通して塗料を電着するため、格子状のブラックマトリ
ックスの形成が難しいという問題がある。
However, although the chromium etching method is excellent in fine workability, the cost of the vacuum film forming process such as vapor deposition is high, and the reflectance of metallic chromium is high, so that it can be exposed to strong external light. There is a problem that the contrast is hard to increase. The dyeing method is 20 because the dye is weak to heat.
There is a problem that the color becomes light when heat of 0 ° C. or more is applied, and there is a problem that the heat treatment temperature in the subsequent color filter manufacturing process can be restricted. In the pigment resist method, if a large amount of the black component is dispersed in an attempt to increase the light-shielding property of the black matrix, it is difficult to obtain a sufficient amount of UV irradiation to cure the photoresist and it is difficult to form a pattern. There is a problem that the light-shielding property of the matrix becomes low. Further, the electrodeposition method has a problem that it is difficult to form a grid-like black matrix because the coating material is electrodeposited through the transparent electrode.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な従来のカラーフィルタ用ブラックマトリックス形成方
法の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、フォトレジ
スト塗布、紫外線照射(以下、露光という)、現像、黒
色成分塗布、エッチング、現像という製造プロセスで、
遮光性が高く微細なカラーフィルタ用ブラックマトリッ
クスを安価に形成できる方法、この方法で得られるカラ
ーフィルタ用ブラックマトリックス形成基板及びカラー
フィルタ用ブラックマトリックスの形成工程用フォトレ
ジストを見出し、本発明に到達した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made earnest studies to solve the problems of the conventional method for forming a black matrix for a color filter, and as a result, photoresist coating, ultraviolet irradiation (hereinafter referred to as exposure). ), Development, black component application, etching, development manufacturing process,
The present invention has been accomplished by finding a method capable of inexpensively forming a fine black matrix for a color filter having a high light-shielding property, a black matrix forming substrate for a color filter and a photoresist for forming a black matrix for a color filter, which are obtained by this method, and arrived at the present invention. .

【0005】すなわち本発明は、 ガラス基板上のフォトレジスト塗布膜に、所望のパタ
ーンを有するフォトマスクを通して紫外線を照射し、現
像するレジストパターン形成工程、 レジストパターンが形成されたガラス基板上全面に、
黒色成分含有塗布液を塗布する工程、を経て得られる黒
色成分塗布物を、 エッチング工程、 現像工程、により処理するカラーフィルタ用ブラック
マトリックスの形成方法;この方法で得られるカラーフ
ィルタ用ブラックマトリックス形成基板;紫外線硬化性
水溶性フォトレジストからなるカラーフィルタ用ブラッ
クマトリックス形成工程用フォトレジスト;並びに、上
記ブラックマトリックスの形成方法に用いるフォトレジ
ストであり、ポリビニルピロリドンと水溶性ビスアジド
化合物を100:0.3〜100:15の重量比で含有
するカラーフィルタ用ブラックマトリックス形成工程用
フォトレジストである。
That is, according to the present invention, a photoresist coating film on a glass substrate is irradiated with ultraviolet rays through a photomask having a desired pattern and developed to form a resist pattern, and the entire surface of the glass substrate on which the resist pattern is formed,
A method for forming a black matrix for a color filter, in which a black component coating material obtained through the step of applying a coating liquid containing a black component is subjected to an etching step and a developing step; a black matrix forming substrate for a color filter obtained by this method A photoresist for a black matrix forming step for a color filter, which comprises an ultraviolet-curable water-soluble photoresist; and a photoresist used in the method for forming a black matrix, wherein polyvinylpyrrolidone and a water-soluble bisazide compound are added in an amount of 100: 0.3-. It is a photoresist for a black matrix forming step for a color filter, which is contained in a weight ratio of 100: 15.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明のブラックマトリックスの
形成方法において、の工程で用いられるフォトレジス
ト露光用の紫外線照射光源としては、ハロゲンランプ、
メタルハライドランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯など
が使用できるが、好ましくは超高圧水銀灯である。露光
量は、通常1〜100mJ/cm2である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method for forming a black matrix of the present invention, a halogen lamp,
A metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, etc. can be used, but an ultra-high-pressure mercury lamp is preferable. The exposure dose is usually 1 to 100 mJ / cm 2 .

【0007】の工程におけるフォトレジスト塗布膜の
初期膜厚は、好ましくは1μm未満、特に好ましくは
0.1μm〜0.5μmである。0.1μm以下では、
エッチング・現像工程でフォトレジスト光硬化物が十分
に除去されないことにより、良好なブラックマトリック
スが得られない場合がある。
The initial film thickness of the photoresist coating film in the step (1) is preferably less than 1 μm, particularly preferably 0.1 μm to 0.5 μm. Below 0.1 μm,
A good black matrix may not be obtained in some cases because the photoresist photo-cured product is not sufficiently removed in the etching / developing process.

【0008】本発明のブラックマトリックスの形成方法
に用いられるフォトレジストとしては、有機溶剤系フォ
トレジスト及び水溶性フォトレジストがあげられる。こ
こで有機溶剤系フォトレジストとは、有機溶媒を含有す
るフォトレジストをいい、水溶性フォトレジストとは、
溶媒として水を含有するフォトレジストをいう。
Examples of the photoresist used in the method for forming the black matrix of the present invention include organic solvent type photoresists and water-soluble photoresists. Here, the organic solvent-based photoresist refers to a photoresist containing an organic solvent, and the water-soluble photoresist is
It refers to a photoresist containing water as a solvent.

【0009】有機溶剤系フォトレジストの光硬化性成分
としては、ケイ皮酸ポリビニルアルコールエステル、環
化ゴム、ポリビニルフェノール、ポリスチレン−無水マ
レイン酸共重合体、フェノールノボラック樹脂、クレゾ
ールノボラック樹脂、エポキシ樹脂、ポリ(o−フタル
アルデヒド)系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系モ
ノマー(アルキルアクリレートなど)、アクリル系オリ
ゴマー(ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアク
リレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレー
トなど)、メタクリル系モノマー、メタクリル系オリゴ
マーなどがあげられる。
As the photo-curable component of the organic solvent type photoresist, cinnamic acid polyvinyl alcohol ester, cyclized rubber, polyvinyl phenol, polystyrene-maleic anhydride copolymer, phenol novolac resin, cresol novolac resin, epoxy resin, Poly (o-phthalaldehyde) resin, polyimide resin, acrylic monomer (alkyl acrylate, etc.), acrylic oligomer (polyester acrylate, polyether acrylate, urethane acrylate, epoxy acrylate, etc.), methacrylic monomer, methacrylic oligomer, etc. Can be given.

【0010】有機溶剤系フォトレジストは、これらの光
硬化性成分及び必要により感光剤を、トリクロロエチレ
ン、トリクロロエタン、エチルセロソルブアセテート、
乳酸エチル、エチル−3−エトキシプロピオネート、プ
ロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなど
の溶媒に溶解したものであり、光硬化性成分の含有量
は、通常0.05重量%〜50重量%である。
The organic solvent-based photoresist contains these photocurable components and, if necessary, a photosensitizer, trichloroethylene, trichloroethane, ethyl cellosolve acetate,
It is dissolved in a solvent such as ethyl lactate, ethyl-3-ethoxypropionate, and propylene glycol monomethyl ether acetate, and the content of the photocurable component is usually 0.05% by weight to 50% by weight.

【0011】また、水溶性フォトレジストの光硬化性成
分としては、ポリビニルピロリドン及びビニルピロリド
ン共重合体、ポリビニルアルコール及びビニルアルコー
ル共重合体、スチリルピリジニウム系樹脂、ポリアクリ
ルアミド及びアクリルアミド共重合体、アクリルアミド
−ジアセトンアクリルアミド共重合体、マレイン酸−ビ
ニルメチルエーテル共重合体、メチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルセルロース、ポリビニルセルロース、ポ
リエチレングリコール、ポリエチレングリコールアクリ
レート、ポリアクリル酸及びアクリル酸共重合体などが
あげられる。水溶性フォトレジストは、これらの光硬化
性成分及び必要により感光剤を水に溶解したものであ
り、光硬化性成分の含有量は、通常0.05重量%〜5
0重量%である。
As the photo-curable component of the water-soluble photoresist, polyvinylpyrrolidone and vinylpyrrolidone copolymers, polyvinyl alcohol and vinyl alcohol copolymers, styrylpyridinium resins, polyacrylamide and acrylamide copolymers, acrylamide- Examples thereof include diacetone acrylamide copolymer, maleic acid-vinyl methyl ether copolymer, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl cellulose, polyethylene glycol, polyethylene glycol acrylate, polyacrylic acid and acrylic acid copolymer. The water-soluble photoresist is obtained by dissolving these photocurable components and, if necessary, a photosensitizer in water, and the content of the photocurable components is usually 0.05% by weight to 5%.
0% by weight.

【0012】フォトレジストには、必要により界面活性
剤を添加することができる。界面活性剤を添加すること
により、ガラス基板に対する濡れ性が向上する。界面活
性剤は各成分と相溶するならば特に限定されないが、例
えばアニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、カ
チオン性界面活性剤があげられる。好ましくは非イオン
性界面活性剤(例えば、ソルビタンエステルエチレンオ
キサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイ
ド付加物など)である。界面活性剤の添加量は、光硬化
性成分に対して通常5重量%以下、好ましくは0.05
〜3重量%である。
If necessary, a surfactant may be added to the photoresist. By adding the surfactant, the wettability with respect to the glass substrate is improved. The surfactant is not particularly limited as long as it is compatible with each component, and examples thereof include an anionic surfactant, a nonionic surfactant, and a cationic surfactant. Preferred are nonionic surfactants (eg, sorbitan ester ethylene oxide adduct, alkylphenol ethylene oxide adduct, etc.). The amount of the surfactant added is usually 5% by weight or less based on the photocurable component, preferably 0.05.
~ 3% by weight.

【0013】また、フォトレジストには、必要により密
着向上剤を添加することができる。密着向上剤として
は、シランカップリング剤、チタン系カップリング剤が
挙げられ、好ましくは、アミン系シランカップリング剤
[例えば、ビニル−トリス−(β−メトキシエトキシ)
シラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピ
ルメチルジメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)
−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなど]、特に
好ましくは、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプ
ロピルトリメトキシシランである。密着向上剤の添加量
としては、光硬化性成分に対して通常5重量%以下、好
ましくは0.01〜2重量%である。
If necessary, an adhesion improver can be added to the photoresist. Examples of the adhesion improver include a silane coupling agent and a titanium-based coupling agent, and preferably an amine-based silane coupling agent [for example, vinyl-tris- (β-methoxyethoxy)
Silane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β- (aminoethyl)
-Γ-aminopropyltrimethoxysilane and the like], particularly preferably N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane. The amount of the adhesion improver added is usually 5% by weight or less, preferably 0.01 to 2% by weight, based on the photocurable component.

【0014】フォトレジスト中の必要により用いる感光
剤としては、アジド化合物、ビスアジド化合物、ナフト
キノンジアジド、重クロム酸塩、ジアゾ樹脂、光カチオ
ン発生剤などがあげられ、好ましくはビスアジド化合物
である。ビスアジド化合物としては、2、6−ビス
(4、4’−ジアジドベンザル)−シクロヘキサノン、
2,6−ビス(4、4’−ジアジドベンザル)−4−メ
チル−シクロヘキサノンなどの非水溶性ビスアジド化合
物;並びに、4、4’−ジアジドベンザル−アセトフェ
ノン−2−スルホン酸、4、4’−ジアジドベンザル−
アセトフェノン−2−スルホン酸ナトリウム、4,4’
−ジアジドスチルベン−2,2’−ジスルホン酸、4,
4’−ジアジドスチルベン−2,2’−ジスルホン酸ナ
トリウムなどの水溶性ビスアジド化合物があげられ、特
に好ましくは、水溶性ビスアジド化合物である。
Examples of the photosensitizer optionally used in the photoresist include an azide compound, a bisazide compound, a naphthoquinonediazide, a dichromate, a diazo resin and a photocation generator, and a bisazide compound is preferable. As the bisazide compound, 2,6-bis (4,4′-diazidobenzal) -cyclohexanone,
Water-insoluble bisazide compounds such as 2,6-bis (4,4'-diazidobenzal) -4-methyl-cyclohexanone; and 4,4'-diazidobenzal-acetophenone-2-sulfonic acid, 4,4'-diazidobenzal-
Acetophenone-2-sodium sulfonate, 4,4 '
-Diazidostilbene-2,2'-disulfonic acid, 4,
Examples thereof include water-soluble bisazide compounds such as 4'-diazidostilbene-2,2'-sodium disulfonate, and water-soluble bisazide compounds are particularly preferable.

【0015】以上例示したフォトレジストのうち好まし
いものは、水溶性フォトレジストであり、特に好ましい
ものは、ポリビニルピロリドンを光硬化性成分とし、感
光剤として水溶性ビスアジド化合物を含有する水溶性フ
ォトレジストである。
Among the photoresists exemplified above, a water-soluble photoresist is preferable, and a particularly preferable one is a water-soluble photoresist containing polyvinylpyrrolidone as a photocurable component and a water-soluble bisazide compound as a photosensitizer. is there.

【0016】水溶性フォトレジストがポリビニルピロリ
ドンと水溶性ビスアジド化合物を含有するものである場
合、ポリビニルピロリドンの含有量は、通常0.05重
量%〜50重量%、好ましくは0.1重量%〜20重量
%である。また、ポリビニルピロリドンと水溶性ビスア
ジド化合物の重量比は、好ましくは100:0.3〜1
00:15であり、この範囲内で露光条件により任意に
設定可能である。
When the water-soluble photoresist contains polyvinylpyrrolidone and a water-soluble bisazide compound, the content of polyvinylpyrrolidone is usually 0.05% by weight to 50% by weight, preferably 0.1% by weight to 20% by weight. % By weight. The weight ratio of polyvinylpyrrolidone to the water-soluble bisazide compound is preferably 100: 0.3 to 1
It is 00:15, and can be arbitrarily set within this range depending on the exposure conditions.

【0017】露光量1〜30mJ/cm2の条件で露光
を行う場合は、ポリビニルピロリドンと水溶性ビスアジ
ド化合物の重量比は、100:1〜100:15とする
のがよい。露光量30〜100mJ/cm2の条件で露
光を行う場合は、ポリビニルピロリドンと水溶性ビスア
ジド化合物の重量比は、100:0.3〜100:5と
するのがよい。このように露光量に応じてポリビニルピ
ロリドンと水溶性ビスアジド化合物の重量比を前記範囲
内に設定すれば、残膜率[フォトレジスト初期膜厚(露
光前膜厚)に対する露光・現像後の膜厚の割合]が40
%〜80%となり、これによりエッチング・現像工程で
フォトレジスト光硬化物が容易に除去され、直線性に優
れたブラックマトリックスの形成が可能となる。
When the exposure is carried out under the condition that the exposure amount is 1 to 30 mJ / cm 2 , the weight ratio of polyvinylpyrrolidone to the water-soluble bisazide compound is preferably 100: 1 to 100: 15. When the exposure is performed under the condition of the exposure amount of 30 to 100 mJ / cm 2 , the weight ratio of polyvinylpyrrolidone and the water-soluble bisazide compound is preferably 100: 0.3 to 100: 5. Thus, if the weight ratio of polyvinylpyrrolidone and the water-soluble bisazide compound is set within the above range according to the exposure dose, the residual film ratio [the film thickness after exposure / development with respect to the photoresist initial film thickness (pre-exposure film thickness)] Ratio] is 40
% To 80%, whereby the photoresist photo-cured product is easily removed in the etching / developing process, and it becomes possible to form a black matrix having excellent linearity.

【0018】残膜率が40%以下ではフォトレジストの
光硬化物の光架橋密度が低いため、フォトレジストの露
光・現像時にレジストパターンが脱落しやすくなる(膨
潤という)。80%以上では光架橋密度が高すぎるた
め、エッチング・現像工程で、フォトレジスト光硬化物
が十分に除去されず、良好なブラックマトリックスが得
られにくい。
When the residual film ratio is 40% or less, the photocrosslinking density of the photocured product of the photoresist is low, so that the resist pattern is likely to fall off during exposure and development of the photoresist (called swelling). If it is 80% or more, the photocrosslinking density is too high, so that the photoresist photocured product is not sufficiently removed in the etching / developing process, and it is difficult to obtain a good black matrix.

【0019】の工程において、塗布膜形成時のフォト
レジストの乾燥方法はフォトレジストの特性に影響を与
えなければ特に限定されないが、例えば、ホットプレー
ト、赤外線ヒーター、遠赤外線ヒーターなどで乾燥する
方法があげられる。
In the step (1), the method of drying the photoresist when forming the coating film is not particularly limited as long as it does not affect the characteristics of the photoresist. For example, a method of drying with a hot plate, an infrared heater, a far infrared heater or the like is available. can give.

【0020】黒色成分含有塗布液としては、グラファイ
ト、黒色顔料、黒色染料、磁性鉄、二酸化マンガンなど
の粉末を黒色成分とし、バインダー成分とともに水ある
いは溶剤に分散したものが使用できるが、好ましいもの
は、微粉末状またはリン片状で、平均粒径5ミクロン以
下のグラファイト及び水溶性バインダーを含有する水分
散液である。特に好ましいものは、リン片状で、平均粒
径1ミクロン以下のグラファイト及び水溶性バインダー
を含有する水分散液である。グラファイト及び水溶性バ
インダーを用いることにより、強固にガラス基板に密着
した、遮光性の高いブラックマトリックスの形成が可能
である。また、リン片状のグラファイトを用いることに
より、比較的大きな粒径のグラファイトを用いても、均
一な薄膜の形成が可能となり、遮光性の高いブラックマ
トリックスの形成が可能である。
As the black component-containing coating liquid, it is possible to use a powder of graphite, a black pigment, a black dye, magnetic iron, manganese dioxide or the like as a black component, which is dispersed in water or a solvent together with a binder component. Is an aqueous dispersion containing graphite and a water-soluble binder in the form of fine powder or flakes and having an average particle size of 5 microns or less. Particularly preferred is an aqueous dispersion containing graphite and a water-soluble binder in the form of flakes and having an average particle size of 1 micron or less. By using graphite and a water-soluble binder, it is possible to form a black matrix that is firmly adhered to the glass substrate and has a high light-shielding property. Further, by using scaly graphite, it is possible to form a uniform thin film even with graphite having a relatively large particle size, and it is possible to form a black matrix having a high light-shielding property.

【0021】黒色成分含有塗布液中の黒色成分の含有量
は、通常1重量%〜50重量%、好ましくは3重量%〜
30重量%である。また、黒色成分含有塗布液は水を溶
媒とし、水溶性のバインダーを含有することが好まし
い。この目的に使用される水溶性バインダーは、黒色成
分の特性に影響を与えなければ特に限定されないが、例
えば水ガラス、(メタ)アクリル系オリゴマー、ポリエ
チレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニル
ピロリドン、ポリアクリルアミド、メチルセルロースな
どがあげられ、特に好ましくは水ガラス、(メタ)アク
リル系オリゴマー、ポリエチレングリコールである。黒
色成分含有塗布液中、水溶性バインダーを用いる場合の
含有量は、通常3重量%〜70重量%、好ましくは5重
量%〜50重量%である。
The content of the black component in the coating liquid containing the black component is usually 1% by weight to 50% by weight, preferably 3% by weight.
30% by weight. The black component-containing coating liquid preferably uses water as a solvent and contains a water-soluble binder. The water-soluble binder used for this purpose is not particularly limited as long as it does not affect the characteristics of the black component, and examples thereof include water glass, (meth) acrylic oligomer, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, and methylcellulose. And the like, and particularly preferably water glass, (meth) acrylic oligomer, and polyethylene glycol. When a water-soluble binder is used in the black component-containing coating liquid, the content is usually 3% by weight to 70% by weight, preferably 5% by weight to 50% by weight.

【0022】のエッチング工程で用いるエッチング液
としては、過酸化水素水、アルカリ水溶液(例えば水酸
化ナトリウム水溶液など)などがあげられ、好ましくは
過酸化水素水である。過酸化水素水の濃度は好ましくは
1〜10%である。また、エッチング液に過酸化水素水
を用いる場合は、硫酸などの強酸を添加してもよい。硫
酸の添加量は通常5重量%以下、好ましくは0.1重量
%〜2重量%である。エッチング液の温度は特には限定
されないが、通常80℃以下、好ましくは室温〜60℃
である。エッチング時間はエッチング液温度、フォトレ
ジスト露光条件などに伴い、任意に設定できるが、通常
5秒〜120秒、好ましくは10秒〜60秒である。
Examples of the etching solution used in the etching step include hydrogen peroxide solution, alkaline aqueous solution (for example, sodium hydroxide aqueous solution), and the like, preferably hydrogen peroxide solution. The concentration of hydrogen peroxide water is preferably 1 to 10%. When hydrogen peroxide solution is used as the etching solution, a strong acid such as sulfuric acid may be added. The addition amount of sulfuric acid is usually 5% by weight or less, preferably 0.1% by weight to 2% by weight. The temperature of the etching solution is not particularly limited, but is usually 80 ° C or lower, preferably room temperature to 60 ° C.
It is. The etching time can be arbitrarily set depending on the etching solution temperature, the photoresist exposure conditions, etc., but is usually 5 seconds to 120 seconds, preferably 10 seconds to 60 seconds.

【0023】ブラックマトリックスの遮光性は、通常、
光学濃度(OD値)として表す。OD値は以下のように
定義される。OD値の要求性能は、カラーフィルタの用
途によって異なるが、通常2.0以上、好ましくは3.
0以上である。 OD値=Log(1/透過度)、但し、透過度=透過光
量/入射光量
The light-shielding property of the black matrix is usually
Expressed as optical density (OD value). The OD value is defined as follows. The required performance of the OD value varies depending on the use of the color filter, but is usually 2.0 or more, preferably 3.
0 or more. OD value = Log (1 / transmittance), where transmittance = transmitted light amount / incident light amount

【0024】[0024]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に説明する
が、本発明はこれに限定されない。 実施例1 表1に示す組成のフォトレジスト溶液を、ガラス基板の
上にスピンコート法により0.3μmの膜厚に塗布し、
ホットプレート上、40℃、2分間乾燥し、フォトレジ
スト塗布膜を形成した。その後、超高圧水銀灯を用い、
20μmの線幅のフォトマスクを通して露光量3mJ/
cm2の光を照射したのち、常温の水で現像し、レジス
トパターンを形成した。残膜率は65%であった。この
パターンが形成されたガラス基板上全面に平均粒径0.
8μmのリン片状のグラファイト及び水ガラス含有水分
散液をスピンコート法により0.8μmの膜厚に塗布し
た。さらに3%過酸化水素水と0.2%硫酸を加えたエ
ッチング液の中に、室温で、グラファイトを処理したガ
ラス基板を30秒間浸漬し、常温の水で現像し、目的の
ブラックマトリックスを形成した。この方法で形成した
ブラックマトリックスの遮光性は、OD値で4.0であ
り極めて高いレベルであった。また、極めて直線性に優
れた線幅20μmのブラックマトリックスが形成でき、
パターン形成能力が良好であった。
EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 A photoresist solution having the composition shown in Table 1 was applied on a glass substrate by a spin coating method to a film thickness of 0.3 μm,
It was dried at 40 ° C. for 2 minutes on a hot plate to form a photoresist coating film. After that, using an ultra-high pressure mercury lamp,
Through a photomask with a line width of 20 μm, the exposure dose is 3 mJ /
After irradiating with cm 2 of light, it was developed with water at room temperature to form a resist pattern. The residual film rate was 65%. The average grain size of 0.
An aqueous dispersion containing 8 μm of scaly graphite and water glass was applied to a film thickness of 0.8 μm by spin coating. Furthermore, the glass substrate treated with graphite is immersed for 30 seconds at room temperature in an etching solution containing 3% hydrogen peroxide and 0.2% sulfuric acid, and developed with water at room temperature to form the target black matrix. did. The black matrix formed by this method had an OD value of 4.0, which was an extremely high level. In addition, it is possible to form a black matrix with a line width of 20 μm that is extremely excellent in linearity,
The pattern forming ability was good.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】実施例2 表2に示す組成のフォトレジスト溶液を、ガラス基板の
上にスピンコート法により0.3μmの膜厚に塗布し、
ホットプレート上、40℃、2分間乾燥しフォトレジス
ト塗布膜を形成した。その後、超高圧水銀灯を用い、2
0μmの線幅のフォトマスクを通して露光量60mJ/
cm2の光を照射したのち、常温の水で現像し、レジス
トパターンを形成した。残膜率は68%であった。この
パターンが形成されたガラス基板上全面に平均粒径0.
8μmのリン片状のグラファイト及び水ガラス含有水分
散液をスピンコート法により0.8μmの膜厚に塗布し
た。さらに3%過酸化水素水と0.2%硫酸を加えたエ
ッチング液の中に、室温で、グラファイトを処理したガ
ラス基板を30秒間浸漬し、常温の水で現像し、目的の
ブラックマトリックスを形成した。この方法で形成した
ブラックマトリックスの遮光性は、OD値で3.9であ
り極めて高いレベルであった。また、極めて直線性に優
れた線幅20μmのブラックマトリックスが形成でき、
パターン形成能力が良好であった。
Example 2 A photoresist solution having the composition shown in Table 2 was applied on a glass substrate by spin coating to a film thickness of 0.3 μm,
It was dried at 40 ° C. for 2 minutes on a hot plate to form a photoresist coating film. Then, using an ultra-high pressure mercury lamp, 2
Through a photomask with a line width of 0 μm, the exposure amount is 60 mJ /
After irradiating with cm 2 of light, it was developed with water at room temperature to form a resist pattern. The residual film rate was 68%. The average grain size of 0.
An aqueous dispersion containing 8 μm of scaly graphite and water glass was applied to a film thickness of 0.8 μm by spin coating. Furthermore, the glass substrate treated with graphite is immersed for 30 seconds at room temperature in an etching solution containing 3% hydrogen peroxide and 0.2% sulfuric acid, and developed with water at room temperature to form the target black matrix. did. The black matrix formed by this method had an OD value of 3.9, which was an extremely high level. In addition, it is possible to form a black matrix with a line width of 20 μm that has extremely excellent linearity
The pattern forming ability was good.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】実施例3 表3に示す組成のフォトレジスト溶液を、ガラス基板の
上にスピンコート法により0.5μmの膜厚に塗布し、
ホットプレート上、40℃、2分間乾燥しフォトレジス
ト塗布膜を形成した。その後、超高圧水銀灯を用い、2
0μmの線幅のフォトマスクを通して露光量50mJ/
cm2の光を照射したのち、トリクロロエチレンで現像
し、レジストパターンを形成した。残膜率は59%であ
った。このパターンが形成されたガラス基板上全面に平
均粒径0.8μmのリン片状のグラファイトおよび水ガ
ラス含有水分散液をスピンコート法により0.8μmの
膜厚に塗布した。さらに5%水酸化ナトリウム水溶液を
50℃に温度調整したエッチング液の中に、グラファイ
トを処理したガラス基板を30秒間間浸漬し、常温の水
で現像し、目的のブラックマトリックスを形成した。こ
の方法で形成したブラックマトリックスの遮光性は、O
D値で3.7であり極めて高いレベルであった。また、
直線性に優れた線幅20μmのブラックマトリックスが
形成でき、パターン形成能力が良好であった。
Example 3 A photoresist solution having the composition shown in Table 3 was applied on a glass substrate by spin coating to a film thickness of 0.5 μm,
It was dried at 40 ° C. for 2 minutes on a hot plate to form a photoresist coating film. Then, using an ultra-high pressure mercury lamp, 2
Through a photomask with a line width of 0 μm, the exposure dose is 50 mJ /
After irradiating with light of cm 2 , it was developed with trichloroethylene to form a resist pattern. The residual film rate was 59%. On the entire surface of the glass substrate on which this pattern was formed, scaly graphite having an average particle diameter of 0.8 μm and a water glass-containing water dispersion liquid were applied by a spin coating method to a film thickness of 0.8 μm. Further, the glass substrate treated with graphite was immersed in an etching solution in which a 5% aqueous sodium hydroxide solution was adjusted to a temperature of 50 ° C. for 30 seconds and developed with water at room temperature to form a target black matrix. The light-shielding property of the black matrix formed by this method is O
The D value was 3.7, which was an extremely high level. Also,
A black matrix having a line width of 20 μm having excellent linearity could be formed, and the pattern forming ability was good.

【0029】[0029]

【表3】 [Table 3]

【0030】比較例1 表4に示す組成の黒色顔料含有フォトレジストを、ガラ
ス基板の上にスピンコート法により1.5μmの膜厚に
塗布し、ホットプレート上、40℃、2分間乾燥し、フ
ォトレジスト塗布膜を形成した。その後、超高圧水銀灯
を用い、20μmの線幅のフォトマスクを通して露光量
150mJ/cm2の光を照射したのち、0.25N水
酸化ナトリウム水溶液で現像し、目的のブラックマトリ
ックスを形成した。この方法で形成したブラックマトリ
ックスの遮光性は、OD値で2.4であったが、パター
ンが崩れて目的の格子状のブラックマトリックスの形成
ができなかった。
Comparative Example 1 A black pigment-containing photoresist having the composition shown in Table 4 was applied on a glass substrate by a spin coating method to a film thickness of 1.5 μm, and dried on a hot plate at 40 ° C. for 2 minutes. A photoresist coating film was formed. Then, using an ultrahigh pressure mercury lamp, light having an exposure amount of 150 mJ / cm 2 was irradiated through a photomask having a line width of 20 μm, and then developed with a 0.25N sodium hydroxide aqueous solution to form a target black matrix. The light-shielding property of the black matrix formed by this method was 2.4 as the OD value, but the pattern was destroyed and the intended black matrix could not be formed.

【0031】[0031]

【表4】 [Table 4]

【0032】比較例 2 比較例1と同様の方法で露光量のみを250mJ/cm
2とした条件でブラックマトリックスを形成した。しか
し、パターンの歪みが強く、一部パターンの欠落が見ら
れた。
Comparative Example 2 In the same manner as in Comparative Example 1, only the exposure amount was 250 mJ / cm 2.
A black matrix was formed under the condition of 2 . However, the pattern distortion was strong, and some patterns were missing.

【0033】比較例 3 カーボンブラックの含有量を10重量部にした黒色顔料
含有フォトレジストを調整し、比較例1と同様の方法で
ブラックマトリックスを形成した。しかし、OD値は
1.0以下であり遮光性が悪く、パターンの形状に歪み
が発生した。
Comparative Example 3 A black pigment-containing photoresist containing 10 parts by weight of carbon black was prepared, and a black matrix was formed in the same manner as in Comparative Example 1. However, the OD value was 1.0 or less, the light-shielding property was poor, and the pattern shape was distorted.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明のカラーフィルタ用ブラックマト
リックスの形成方法は、次のような効果を発揮する。 1)フォトレジストと黒色成分を分けて塗布するので、
従来のような黒色成分を分散したフォトレジストを塗布
する場合とは異なり、黒色成分含有塗布液中の黒色成分
の含有量を増やすことが可能であり、従来とは異なり、
フォトレジスト塗布膜に対する露光条件などに影響され
ることなく、遮光性を高くすることが可能である。 2)グラファイトなどの熱に安定な黒色成分を選ぶこと
が可能であり、耐熱性の良いブラックマトリックスの形
成が可能である。 3)通常フォトレジストは初期膜厚を薄くするほど、そ
のレジストパターンの直線性は向上するが、従来のよう
な黒色成分を分散したフォトレジストを用いた場合で
は、1μm未満の薄膜とすると、遮光性が高くならない
という問題があった。これに対し、本発明の方法では、
フォトレジストと黒色成分を分けて塗布するので、フォ
トレジストの初期膜厚を1μm未満と薄く設定すること
もできる。従って、直線性に優れ、かつ高い遮光性を有
するブラックマトリックスを形成することが可能であ
る。 4)本発明の方法に用いられるフォトレジストの光硬化
性成分としてポリビニルピロリドンを用い、感光剤とし
て水溶性ビスアジド化合物を用いた場合、両者の比を変
化させることにより、1〜100mJ/cm2という広
い露光条件で、直線性に優れたブラックマトリックスを
形成するフォトレジストとして使用可能である。 従って、本発明の方法、この方法で得られるブラックマ
トリックス形成基板および本発明のブラックマトリック
ス形成工程用フォトレジストの有用性は極めて高い。
The method for forming a black matrix for a color filter of the present invention has the following effects. 1) Since the photoresist and the black component are applied separately,
Unlike the case of applying a photoresist in which a black component is dispersed as in the past, it is possible to increase the content of the black component in the black component-containing coating liquid, unlike the conventional case,
It is possible to enhance the light-shielding property without being affected by the exposure conditions for the photoresist coating film. 2) It is possible to select a heat-stable black component such as graphite, and it is possible to form a black matrix having good heat resistance. 3) Normally, the thinner the initial film thickness of a photoresist, the more the linearity of the resist pattern improves. However, when a conventional photoresist in which a black component is dispersed is used, a thin film of less than 1 μm will block light. There was a problem that the quality did not increase. On the other hand, in the method of the present invention,
Since the photoresist and the black component are separately applied, the initial film thickness of the photoresist can be set as thin as less than 1 μm. Therefore, it is possible to form a black matrix having excellent linearity and a high light-shielding property. 4) When polyvinylpyrrolidone is used as the photocurable component of the photoresist used in the method of the present invention and a water-soluble bisazide compound is used as the photosensitizer, the ratio of both is 1 to 100 mJ / cm 2. It can be used as a photoresist that forms a black matrix with excellent linearity under a wide exposure condition. Therefore, the usefulness of the method of the present invention, the black matrix-forming substrate obtained by this method, and the photoresist for the black matrix-forming step of the present invention is extremely high.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス基板上のフォトレジスト塗布膜
に、所望のパターンを有するフォトマスクを通して紫外
線を照射し、現像するレジストパターン形成工程、 レジストパターンが形成されたガラス基板上全面に、
黒色成分含有塗布液を塗布する工程、を経て得られる黒
色成分塗布物を、 エッチング工程、 現像工程、により処理するカラーフィルタ用ブラック
マトリックスの形成方法。
1. A resist pattern forming step of irradiating a photoresist coating film on a glass substrate with ultraviolet rays through a photomask having a desired pattern to develop the resist coating film, and covering the entire surface of the glass substrate on which the resist pattern is formed,
A method for forming a black matrix for a color filter, which comprises subjecting a black component coating product obtained through the step of applying a coating liquid containing a black component to an etching step and a developing step.
【請求項2】 該フォトレジスト塗布膜の初期膜厚が1
μm未満である請求項1記載の形成方法。
2. The initial film thickness of the photoresist coating film is 1
The method according to claim 1, wherein the thickness is less than μm.
【請求項3】 紫外線を照射し、現像後のフォトレジス
トの残膜率が40%〜80%である請求項1または2記
載の形成方法。
3. The forming method according to claim 1, wherein the residual film rate of the photoresist after being irradiated with ultraviolet rays and developed is 40% to 80%.
【請求項4】 黒色成分含有塗布液が微粉末状またはリ
ン片状のグラファイトと水溶性バインダーを含有する水
分散液である請求項1〜3の何れか記載の形成方法。
4. The formation method according to claim 1, wherein the black component-containing coating liquid is an aqueous dispersion liquid containing fine powdery or scaly graphite and a water-soluble binder.
【請求項5】 請求項1〜4の何れか記載の方法で得ら
れるカラーフィルタ用ブラックマトリックス形成基板。
5. A black matrix forming substrate for a color filter obtained by the method according to claim 1.
【請求項6】 紫外線硬化性水溶性フォトレジストから
なるカラーフィルタ用ブラックマトリックス形成工程用
フォトレジスト。
6. A photoresist for a black matrix forming step for a color filter, which is composed of an ultraviolet curable water-soluble photoresist.
【請求項7】 該水溶性フォトレジストが、ポリビニル
ピロリドン及び水溶性ビスアジド化合物からなる請求項
6記載のブラックマトリックス形成工程用フォトレジス
ト。
7. The photoresist for a black matrix forming process according to claim 6, wherein the water-soluble photoresist comprises polyvinylpyrrolidone and a water-soluble bisazide compound.
【請求項8】 請求項1〜4の何れか記載のブラックマ
トリックスの形成方法に用いるフォトレジストであり、
ポリビニルピロリドンと水溶性ビスアジド化合物を10
0:0.3〜100:15の重量比で含有するカラーフ
ィルタ用ブラックマトリックス形成工程用フォトレジス
ト。
8. A photoresist used in the method for forming a black matrix according to claim 1.
Polyvinylpyrrolidone and water-soluble bisazide compound 10
A photoresist for forming a black matrix for a color filter, which is contained in a weight ratio of 0: 0.3 to 100: 15.
【請求項9】 ブラックマトリックス形成工程における
紫外線照射量が1mJ/cm2〜30mJ/cm2であ
り、ポリビニルピロリドンと水溶性ビスアジド化合物の
重量比が100:1〜100:15である請求項8記載
のブラックマトリックス形成工程用フォトレジスト。
9. The ultraviolet irradiation amount in the black matrix forming step is 1 mJ / cm 2 to 30 mJ / cm 2 , and the weight ratio of polyvinylpyrrolidone to the water-soluble bisazide compound is 100: 1 to 100: 15. For the black matrix forming process of.
【請求項10】 ブラックマトリックス形成工程におけ
る紫外線照射量が30mJ/cm2〜100mJ/cm2
であり、ポリビニルピロリドンと水溶性ビスアジド化合
物の重量比が100:0.3〜100:5である請求項
8記載のブラックマトリックス形成工程用フォトレジス
ト。
10. The ultraviolet irradiation amount in the black matrix forming step is 30 mJ / cm 2 to 100 mJ / cm 2.
9. The photoresist for a black matrix forming process according to claim 8, wherein the weight ratio of polyvinylpyrrolidone to the water-soluble bisazide compound is 100: 0.3 to 100: 5.
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