JPH11119007A

JPH11119007A - ブランクス及びブラックマトリクス

Info

Publication number: JPH11119007A
Application number: JP27922497A
Authority: JP
Inventors: Keiji Tanaka; 啓司田中; Taketo Tsukamoto; 健人塚本; Satoshi Honda; 智本多; Takahide Sasaki; 佐々木　　貴英
Original assignee: Ulvac Seimaku KK; Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Ulvac Seimaku KK; Toppan Inc
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】環境上の問題がなく、対化学薬品性や耐水性
などの耐性を有すると共に、従来からのＣｒウェットエ
ッチング溶液によるパターン作製が可能で、生産性に優
れ、高い遮光性、優れた低反射性を有するブランクス及
びブラックマトリクス。【解決手段】モリブデンとチタンを含有してなる遮光
層２を有することを特徴とするブランクス。高い遮光性
を有し、しかも、高い耐水性、耐アルカリ性、耐酸性を
発揮し、高い耐久性と良好なコントラスト及び高い解像
度を発揮するカラーフィルタを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遮光体に関するもの
で、特に、液晶カラーディスプレイ装置等のフラットパ
ネルディスプレイ（ＦＰＤ）のカラーフィルタに用いら
れるブラックマトリクス及びその為のブランクスに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、カラーフィルタは液晶ディス
プレイ装置を始めとする多くの分野にて広く用いられて
いる。通常、カラーフィルタは赤、緑、青等の複数色の
画素を透明基板上に配列したものである。カラーフィル
タにおいては、良好なコントラストの画像を得るため
に、各画素間に黒色のブラックマトリクスを形成するこ
とが行なわれている。このブラックマトリクスは、ＴＦ
Ｔ駆動方式の液晶表示に用いられるトランジスターの誤
動作を防ぐ効果も発揮する。ブラックマトリクスは、基
板上に一様に形成した薄層状の遮光体であるブランクス
を設け、次いで、このブランクスに対し、エッチング処
理等を施して部分的にブランクスを除去した開口部分
と、その開口部分に相補的に残る残存部分とを所定パタ
ーン状に形成することで製造される。尚、ブランクスと
ブラックマトリクスとは、このようにパターン状とされ
ているかの有無だけが相違するものなので、以下、ブラ
ンクスとブラックマトリクスとは、特別に両者を区別し
ない限り、同等物として扱う。

【０００３】ブラックマトリクスには、高い遮光性が要
求され、透過光の光学濃度（Ｏ.Ｄ.）が３.５以上（透
過率０.０３％以下）であることが必要とされている。
その為、ブランクスないしブラックマトリクスとして、
例えば、クロム、ニッケル、アルミニウム等の金属ある
いは金属化合物からなる薄膜が蒸着法やスパッタ法など
の真空成膜法等を利用して形成されている。中でも、遮
光性の高いクロム金属の単層薄膜が広く用いられてい
る。しかしながら、金属薄膜、特にクロム薄膜は反射率
（約５０％）が高く、透過型の液晶ディスプレイに、こ
の金属薄膜を用いたカラーフィルタを搭載した場合、強
い外光がカラーフィルタに入射したときに、表示品位が
著しく低下してしまうという問題がある。そこで、この
問題を解決する為に、例えば、特開平８−２９７６８号
公報には、透明基板の表面にクロムの酸化物からなる反
射防止膜を形成し、さらにその表面に、クロム金属から
なる遮光膜を積層した２層構成のブラックマトリクスが
開示されている。また、特開平８−３６１７１号公報に
は、透明基板上にクロムを主成分とする２種類の反射防
止膜と、クロムを主成分とする遮光膜とを設けた３層構
成のブラックマトリクスが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＣｒを含有するブラックマトリクスの作製において
は、その光リソグラフィーによるパターン作製工程での
ウェットエッチングに用いられるエッチング液中にＣｒ
が溶出するという不具合がある。特に６価のＣｒは環境
問題上好ましくなく、溶液の維持、管理に多大の労力が
必要となり、廃液の処理にも多大なコストを要する。そ
こで、Ｃｒ以外の金属材料を用いたブラックマトリクス
が種々研究されているが、Ｃｒのような高い遮光性と低
反射性を発揮させることができないか、または、ウェッ
トエッチングによるパターン加工が困難であったり、ま
た、耐酸性や耐アルカリ性等の耐化学薬品性が不十分な
どと、ブラックマトリクスに適した金属材料は見い出さ
れていなかった。例えば、特開平８−２２０５２２号公
報には、透明基板の表面に、Ｍｏ化合物からなる層と、
その上に、Ｍｏ及び／又はＭｏ化合物からなる層とを形
成したブラックマトリクスが開示されている。しかし、
このＭｏからなる遮光材料は、耐アルカリ性や耐水性が
弱い為、リソグラフィー工程でのレジストの現像、剥離
に用いるアルカリ溶液や純水に対する耐性に乏しく、ブ
ラックマトリクスのパターン製造工程や、カラーフィル
タの製造工程に耐用できない。

【０００５】また、上述した金属製ブラックマトリクス
に生じる反射の問題に加えて、生産性や環境汚染等の観
点から、樹脂製ブラックマトリクスが提案されている。
これは、顔料を分散させた樹脂溶液を基板上に塗布し、
光リソグラフィーによりパターン形成するものである。
しかしながら、この樹脂製ブラックマトリクスである
と、顔料濃度を高めることが困難で、光学濃度３.５以
上を得るためには１μｍ以上の膜厚を要する。しかし、
そのような厚いブラックマトリクスを形成すると、カラ
ーフィルタの表面に段差が生じて平坦性が損なわれ、解
像度が低下してしまうという問題があった。

【０００６】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、環境上の問題がなく、対化学薬品性や耐水性
などの耐性を有すると共に、従来からのＣｒウェットエ
ッチング溶液によるパターン作製が可能で、生産性に優
れ、高い遮光性、優れた低反射性を有するブランクス及
びブラックマトリクスを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のブランクスは、
モリブデンとチタンを含有してなる遮光層を有するもの
である。この際、この遮光層の他に、モリブデンとチタ
ンを含有し、遮光層よりも酸素を多く含有して光学定数
の消衰係数が小さい反射防止層をも有することが望まし
い。遮光層としては、モリブデンとチタンの比率が９
０：１０〜６５：３５（原子量比）であるものが望まし
い。本発明のブラックマトリクスは、これらのブランク
スからなるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のブランクス及びブラック
マトリクスは、少なくともモリブデン（Ｍｏ）とチタン
（Ｔｉ）とを含有してなる遮光層を有してなるものであ
る。この遮光層は、Ｍｏの単体若しくは化合物と、Ｔｉ
の単体若しくは化合物とを含有した合金で構成される。
Ｔｉがなく、Ｍｏだけであると、耐水性や耐アルカリ性
（特に耐水酸化ナトリウム性）などの耐化学薬品性が劣
るものの、Ｔｉを添加することにより、これらの耐性が
向上する。この耐性効果を十分に発揮させる為にはＴｉ
は１０原子％以上とすることが望ましい。また、Ｍｏが
なく、Ｔｉだけであると、汎用されているＣｒウェット
エッチング溶液を用いたウェットエッチング性が低下し
パターン加工が困難になるので好ましくなく、Ｔｉの組
成比は３５原子％以下とすることが望ましい。したがっ
て、ＭｏとＴｉの組成比（原子％）は９０：１０〜６
５：３５であることが望ましく、８５：１５〜７０：３
０であることがより望ましい。

【０００９】この遮光層は、ＭｏとＴｉとのみから構成
しても良いが、本発明の特長を失わない範囲内で他の元
素を含有していても良い。例えば、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）やハフニウム（Ｈｆ）を添加することにより、耐ア
ルカリ性をより向上させることができるようになる。こ
れらの添加物は１０原子％以下とすることが好ましい。
このＭｏとＴｉを主成分とする遮光層を有するブラック
マトリクスであると、可視光領域において光学濃度を
３.５以上に保つことができ、１μｍ未満の薄い薄膜と
しても高い遮光性を発揮する。しかも、Ｃｒを必要とし
ないので、環境上も望ましく、かつ、総合的な製造コス
トの低減を図ることもできる。しかも、高い耐水性、耐
アルカリ性、耐酸性を発揮し、高い耐久性と良好なコン
トラスト及び高い解像度を発揮するカラーフィルタを実
現することができる。

【００１０】ブラックマトリクスは、上述した遮光層だ
けで構成しても良いが、他の層との多層構成としても良
い。そのような場合、遮光層よりも光学定数の消衰係数
が小さい反射防止層が含まれていることが望ましい。す
なわち、図１に示すように、透明基板１上に遮光層２の
みを形成してこれをブラックマトリクスとしても良い
し、また、図２に示すように反射防止層３と遮光層２の
２層構成のブラックマトリクス、図３に示すように第１
反射防止層３ａ及び第２反射防止層３ｂと遮光層２の３
層構成のブラックマトリクス、またはそれ以上の多層構
成のものとしても良い。種々の層構成の組合わせによっ
て、ブラックマトリクスとしての反射率特性を変化させ
ることができる。

【００１１】そのような光学定数の消衰係数が小さい反
射防止層としては、例えば、遮光層と同様にモリブデン
とチタンを主成分とした合金膜であって、これにさらに
酸素を含有させ、その酸素含有量を遮光層よりも多くし
たものが好ましい。酸素含有量を増やすことにより、容
易に、光学定数ｎ−ｉｋ（ｎは屈折率、ｋは消衰係数）
を変えることができるので、反射防止層の設計が容易で
ある。波長５５０nmにおいて、反射防止層の屈折率ｎ
は、３.６未満であることが好ましく、３.５以下である
ことがより好ましく、消衰係数ｋは２.０未満であるこ
とが好ましく、１.５以下であることがより好ましい。
そのような反射防止層であると、可視光領域において広
く反射率を低く抑えることが可能であり、しかも、遮光
層の製造手段を殆ど流用できるので、製造効率が高く、
低コストで遮光層と反射防止層とを有するブラックマト
リクスを製造できる。このモリブデンとチタンを主成分
とした反射防止層においても、耐水性、耐アルカリ性、
耐酸性、ウエットエッチング性等を良好とする為、その
組成比は、Ｍｏ：Ｔｉ＝９０：１０〜６５：３５（原子
量比）とすることが望ましい。

【００１２】遮光層と反射防止層を設ける場合には、ガ
ラス基板側から入射した光の反射を防ぐ為に、ガラス基
板側に反射防止層を配置させる。また、反射防止層を複
数設ける場合には、ガラス基板側から入射した光の反射
を防ぐ為に、ガラス基板に近い方に、より消衰係数の小
さい層を配置させる。層中に酸素を含ませることによ
り、耐水性や耐アルカリ性は低下する傾向にあるが、遮
光層の成膜後においては、遮光層が保護層としてはたら
くので、遮光層ほどの高い耐性は必要とされない。これ
ら遮光層ならびに反射防止層の厚さは、それらの遮光機
能ならびに反射防止機能が十分に確保される範囲内のも
のとされるが、できるだけ薄い方が平坦なカラーフィル
タとすることができ、画素との干渉が低減し、解像度を
高めることができる。

【００１３】遮光層ならびに反射防止層の形成およびブ
ランクスないしブラックマトリクスの製造は、周知のス
パッタリング法およびフォトリソグラフィー法を適用す
ることにより容易になされる。ＴｉとＭｏの組成比の調
整はスパッタリングターゲットの組成比を調整すること
によりなされ得るが、ＴｉターゲットとＭｏターゲット
を個々に用いてそれぞれに印加する電圧を調整して成膜
速度を制御することによってもなされ得る。反射防止層
に酸素を含ませるため、反射防止層の形成時のスパッタ
リングガスには、Ａｒガス等の不活性ガスとＯ₂ガスの
混合ガスを用いることが適当であるが、Ｏ₂以外にもＯ
を含むガス、例えばＣＯ₂ガス等を適用することもでき
る。Ａｒガスに反応性ガスとしてＮ₂、ＮＯ、ＣＨ₄等を
添加することでも得られる遮光層ならびに反射防止層の
光学定数を調整することもできる。但し、反応ガス中に
Ｎを含ませると酸化膜の調製が容易になるものの、層中
にＮが含まれると、耐水性や耐アルカリ性が低下する傾
向にある。また、遮光層ならびに反射防止層の光学定数
は、スパッタリング時の反応性ガスの調整以外の方法に
よっても調整することができる。例えば、炭素、銅、ニ
オビウム、タングステン、白金などの元素と、モリブデ
ン又はチタンとの合金をターゲットとしてスパッタリン
グすることによっても良い。これら遮光層ならびに反射
防止層の形成条件は、光学定数のみならず、耐水性、耐
化学薬品性およびエッチング性などの性能バランスを崩
さないように調整される。

【００１４】

【実施例】ＴｉとＭｏの組成比を種々の値に変えて薄膜
を形成し、その得られた薄膜について、耐水性、耐Ｎａ
ＯＨ性、耐ＫＯＨ性、耐硫酸性、耐塩酸性、ウェットエ
ッチング性について試験した。薄膜はスパッタリング法
によりガラス基板上に形成したもので、Ｔｉターゲット
とＭｏターゲットを用意し、それぞれに印加する電圧を
変え、成膜速度を調整することにより表１に示す各種の
組成比の薄膜を形成した。スパッタリングガスとして
は、アルゴンガスを用いた（Ａｒ：２５sccm、０.４８
Ｐａ）。

【００１５】

【表１】

【００１６】また、ＭｏとＴｉの組成比をＴＭ−４と同
じ（Ｍｏ：Ｔｉ＝８３：１７）にしておいて、スパッタ
リングガスを表２に示すように変更したものについても
同様の試験を行なった。

【表２】

【００１７】耐水性、耐ＮａＯＨ性、耐ＫＯＨ性、耐硫
酸性、耐塩酸性の各試験は、得られた薄膜の形成された
基板を各溶液中に浸漬し、その浸漬前後における膜の光
学濃度の変化量（変化率）を測定したものである。ウェ
ットエッチング性試験はＣｒ金属に対する通常のエッチ
ング溶液（硝酸第２セリウムアンモニウムを１６５ｇ
と、７０％過塩素酸を４２ｍｌとを純水に溶解して１０
００ｍｌとした溶液）を使用してエッチング処理した際
の速度を測定したもので、Ｍｏのみからなる薄膜のサン
プル（Ｎｏ.ＴＭ−０）を基準とした場合のエッチング
速度の相対比である。試験結果を表３，４及び図４〜６
に示す。尚、表３，４に示した各膜の光学濃度の変化量
は全てマイナスであるが、数値は全て絶対値表示として
いる。

【００１８】

【表３】

【表４】

【００１９】表３，４及び図４〜６からわかるように、
Ｔｉ濃度が高くなるにつれて耐水性及び耐ＮａＯＨ性試
験における変化率が小さくなり耐性が改善される。特に
Ｔｉ濃度が１０原子％以上であるとその改善効果が大き
い。しかし、Ｔｉ濃度が３０原子％より多くなると、耐
酸性に変化は見られないものの、ウェットエッチング性
が急激に低下する。また、スパッタリングガス中に窒素
ガスが含まれているＴＭ−４（Ｎ4）及びＴＭ−４（Ｎ
8）では、耐水性及び耐ＮａＯＨ性が悪化した。

【００２０】上記同様に、スパッタリングによるＭｏ−
Ｔｉ合金（Ｍｏ：Ｔｉ＝８３：１７）の薄膜形成におい
て、その成膜条件を表５に示すように変えて各種の薄膜
を成膜した。

【表５】これらの薄膜について各波長（λ）における屈折率
（ｎ）と消衰係数（ｋ）を膜面からの垂直入射光に対す
る分光反射率（Ｒ）と分光透過率（Ｔ）及び膜厚（ｄ）
の測定値を用いて所謂ＲＴ法によって求めた。測定結果
を表６及び図７，８に示す。

【００２１】

【表６】

【００２２】表６及び図７，８に示すように、スッパタ
リング時の酸素ガス濃度を制御することにより、屈折率
や消衰係数を調整することができることがわかる。

【００２３】また、図１に示すように、ガラス基板１上
に、Ｎｏ.１の薄膜（膜厚：１００nm）からなる遮光層
２を形成したブラックマトリクスを製造し、その反射率
及び光学濃度を測定した。反射率の測定結果を図９に示
す。また、図２に示すように、ガラス基板１上に、Ｎ
ｏ.４の薄膜（４３nm）からなる反射防止層３と、Ｎｏ.
１の薄膜（１００nm）からなる遮光層２とを積層してな
る２層構成のブラックマトリクスを製造した。その反射
率及び光学濃度を測定した。反射率の測定結果を図１０
に示す。これらの結果からわかるように、反射防止層を
設けることにより、反射率を大きく低減できた。また、
光学濃度はいずれのブラックマトリクスにおいても３.
５以上を保ち、遮光性の高いものであった。さらに、こ
の図１０に示される反射率特性を発揮するブラックマト
リクスであると、反射率が広い波長領域にわたってフラ
ットであるので、反射防止層の厚さの変動に起因する薄
膜干渉効果による色調変化が生じにくく、安定して光の
反射を防止できる。

【００２４】また、図３に示すように、ガラス基板１上
に、順に、Ｎｏ.５の薄膜（４５nm）からなる第１反射
防止層３ａとＮｏ.３の薄膜（３２nm）からなる第２反
射防止層３ｂと、Ｎｏ.１の薄膜（１００nm）からなる
遮光層２とを積層してなる３層構成のブラックマトリク
スを製造した。その反射率及び光学濃度を測定した。反
射率の測定結果を図１１に示す。このものであると、通
常最も重要とされる波長が５５０nmの光に対しての反射
率を特に低く抑えることができている。また、光学濃度
は３.５以上を保ち、遮光性の高いものであった。

【００２５】

【発明の効果】本発明のブランクス及びブラックマトリ
クスであると、高い遮光性を有し、しかも、高い耐水
性、耐アルカリ性、耐酸性を発揮し、高い耐久性と良好
なコントラスト及び高い解像度を発揮するカラーフィル
タを実現することができる。しかも、汎用されているＣ
ｒ材料用のエッチング液を用いることができ、特殊なエ
ッチング液を用いることなく製造できる上に、Ｃｒを用
いないので環境上からも優れており、生産コストの削減
を図ることもできる。また、反射防止層を有するもので
あると、これらの特長を活かしつつ、容易に反射率を大
きく低減することができ、このブラックマトリクスを用
いたカラーフィルタであると、表示品位のより高い表示
装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブラックマトリクスの一例を示す側
断面図である。

【図２】本発明のブラックマトリクスの他の例を示す
側断面図である。

【図３】本発明のブラックマトリクスの他の例を示す
側断面図である。

【図４】耐水性のＴｉ依存性を示すグラフである。

【図５】耐ＮａＯＨ性のＴｉ依存性を示すグラフであ
る。

【図６】エッチング速度比のＴｉ依存性を示すグラフ
である。

【図７】Ｏ₂ガス流量による屈折率変化を示すグラフ
である。

【図８】Ｏ₂ガス流量による消衰係数変化を示すグラ
フである。

【図９】１層構成のブラクッマトリクスの一例の分光
反射率特性を示すグラフである。

【図１０】２層構成のブラクッマトリクスの一例の分
光反射率特性を示すグラフである。

【図１１】３層構成のブラクッマトリクスの一例の分
光反射率特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１透明基板２遮光層３，３ａ，３ｂ反射防止層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本多智埼玉県秩父市大字寺尾2804番地アルバック成膜株式会社内 (72)発明者佐々木貴英埼玉県秩父市大字寺尾2804番地アルバック成膜株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モリブデンとチタンを含有してなる遮光
層を有することを特徴とするブランクス。
【請求項２】モリブデンとチタンを含有してなる遮光
層と、モリブデンとチタンを含有し、前記遮光層よりも
酸素を多く含有し光学定数の消衰係数が小さい反射防止
層とを有することを特徴とするブランクス。
【請求項３】前記遮光層におけるモリブデンとチタン
の比率が９０：１０〜６５：３５（原子量比）であるこ
とを特徴とする請求項１または２記載のブランクス。
【請求項４】前記請求項１〜３のいずれかに記載のブ
ランクスからなることを特徴とするブラックマトリク
ス。