JPH06130221A - 遮光膜付基板、カラーフィルター基板、および液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】安価で環境上の問題の少ない遮光膜を得る。 【構成】遮光膜付基板１において、該遮光膜５はクロム
を主成分とし、クロムより卑なる金属元素もしくは酸に
より溶解して発生期の水素を放出する元素（亜鉛、アル
ミニウム、マグネシウム、マンガン、鉄、鉛等）を０．
５原子％以上含有していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遮光膜付基板とその応用
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラーＬＣＤ等の表示装置に用いるカラ
ーフィルターは、表示の各画素に対応する位置に形成さ
れた微小なＲＧＢなどのカラーフィルターと、それらカ
ラーフィルターの隙間を埋めるように配置されたブラッ
クマトリクスとから形成されている。このブラックマト
リクスの材料としては、いくつかの種類が提案されてい
るが、代表的なものの１つとしてクロムからなる膜があ
る。これはコストが高い難点があるが、遮光性がきわめ
て高いため、コントラスト比の高い良好なカラー表示装
置が得られやすい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これを用いる場合、基
板ガラス上全面にクロム膜をスパッタリング法や真空蒸
着法により形成させる。次にこの上に所定のパターンの
レジスト膜を形成する。次いでエッチング液に基板を浸
漬し、クロムの一部をエッチングにより除去し、最後に
レジストを剥離してブラックマトリクス基板を得る。

【０００４】このエッチング工程においては、クロムの
有効なエッチング液としては、硝酸第２セリウムアンモ
ニウムと過塩素酸と水の混合液が知られている。これ
は、クロム膜の表面に形成された酸化層をエッチングで
除去するのに適したエッチング液とされている。

【０００５】しかし、このエッチング液は高価であるた
めクロム遮光膜のさらなるコストアップの要因となって
おり、これが、クロム膜を比較的安価な表示素子に用い
るための障害の第１となっている。

【０００６】また、このエッチング液によると、エッチ
ング後のエッチャントは六価クロムを含むことになり、
環境上好ましくないという問題点もある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、表面の少なくとも一部
に遮光膜を形成した遮光膜付基板において、該遮光膜は
クロムを主成分とし、クロムより卑なる金属元素もしく
は酸により溶解して発生期の水素を放出する元素を０．
５原子％以上含有していることを特徴とする遮光膜付基
板を提供するものである。

【０００８】本発明者らは、鋭意研究の結果、上記のよ
うな金属元素を０．５原子％以上含有していれば、塩酸
等の安価なエッチング液に浸漬するだけでクロム遮光膜
が十分な速度でエッチングされることを見いだしたので
ある。

【０００９】本発明の遮光膜に添加される添加金属元素
の量は、０．５原子％以上好ましくは、１原子％以上で
あればよい。これより少ないと十分なエッチングができ
ない。

【００１０】また、添加金属元素があまり多すぎるとク
ロムの持つ優れた遮光性や付着力を劣化させることにな
るため好ましくない。また、遮光性や付着力に影響を与
えなくとも、エッチング速度が早すぎて、精度の良いパ
ターニングが行いにくくなるおそれが生じる。このた
め、たとえば、６規定の塩酸を用いて、亜鉛を含有した
クロムを遮光膜とし、エッチャントとして６規定の塩酸
を用いる場合は、２０原子％以下、好ましくは１０原子
％以下がよい。

【００１１】本発明の遮光膜の厚みは、用途によっても
若干異なるが、通常は十分な遮光性を有する厚みのう
ち、より薄いものが好ましく、実用上は５００〜２００
０Åの範囲に入る。

【００１２】添加する金属として好ましいものは、亜鉛
のほか、クロムより卑なる金属元素としてアルミニウ
ム、マグネシウム、マンガン等であり、また、クロムよ
り貴であっても酸に溶解して発生期の水素を生じる鉄、
鉛等もこれに適する。

【００１３】本発明の遮光膜を形成する方法としては、
あらかじめ、ターゲットとしてクロムと亜鉛等の金属の
合金を用いてスパッタ法により製膜する方法のほか、タ
ーゲットをクロムと亜鉛等の添加金属との２本にしてス
パッタ法で行ったり、その他蒸着法を用いることも可能
である。

【００１４】本発明の遮光膜をパターニングするために
は、遮光膜をガラス基板上に形成し、レジスト膜を塗布
し、フォトリソにより所定のパターンを形成した後、ウ
エットエッチング工程により行うことができ、これによ
り、カラーフィルター基板のブラックマトリクスを作成
することができる。こうしてできたブラックマトリクス
付きの基板は、そのウエットエッチング工程において、
塩酸等の安価なエッチャントを用いることができるた
め、プロセスコストが大幅に低減できる。

【００１５】また、塩酸を用いれば、廃液中の六価クロ
ムを処理する必要がなく、環境上好ましいだけでなく、
コスト的にも有利である。

【００１６】本発明の遮光膜をエッチングするためのエ
ッチャントは、酸一般を用いることができるが、酸化性
のない酸、特に、このうちで鉱酸が好ましい。例えば、
塩酸や希硫酸である。

【００１７】図１は、本発明のカラーフィルター基板の
断面図である。１は基板、２はカラーフィルター、３は
保護膜、４は導電膜、５は遮光膜（ブラックマスク）で
ある。

【００１８】本発明のカラーフィルター基板のカラーフ
ィルター層は、特に限定されず、染色法によるゼラチン
等からなるもの、電着法によるもの、ポリイミド樹脂、
アクリル樹脂等の樹脂に顔料を分散したもののいずれで
もよい。

【００１９】カラーフィルターのパターンも特に限定さ
れるものではなく、例えばストライプパターン、モザイ
クパターン、デルタパターン等のいずれでもよい。

【００２０】以下、樹脂に顔料を分散した着色レジスト
を使用したカラーフィルターを採用した場合を例にと
り、本発明に係るカラーフィルター基板の製造方法につ
いて説明する。

【００２１】まずガラス、プラスチック等の透明基板に
ブラックマトリクス、すなわち遮光層を上記の方法によ
り所定のパターンで形成する。

【００２２】次に、基板上に顔料等の色素と感光性樹脂
とを含む着色レジストを塗布し、さらにこの着色レジス
ト層に重ねて酸素遮断膜としてＰＶＡ（ポリビニルアル
コール）層等を塗布した後、所定のパターン形状のフォ
トマスクを介して露光を行い、その後現像により未露光
部分を除去してカラーパターンを形成する。この操作を
さらに別の色で２回繰り返し３原色のカラーフィルター
が形成される。

【００２３】この上に、必要に応じて、有機樹脂、金属
酸化物等からなる保護膜を形成する。保護膜はパターニ
ングして形成されてもよい。

【００２４】次いで、保護膜の上には電極層が形成され
る。透過型表示体においては光透過性である必要があ
り、特に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化錫、Ｆや
ＳｂをドープしたＳｎＯ₂ 、Ａｌ等をドープしたＺｎＯ
などの薄膜が代表例として挙げられるが、その他の金属
化合物薄膜でもよい。透過型の表示として用いない場合
などは、必ずしも透明である必要はなく、アルミニウム
やクロムが用いられる場合もある。

【００２５】また、電極層は、表示に対応してパターニ
ングされていることが好ましいが、共通電極として用い
られる場合などにはベタ電極とされる場合もある。電極
層の形成方法としては、特にこれに限るものではない
が、層厚を均一にする見地からは、蒸着法、スパッタ法
等が好ましく用いられる。

【００２６】なお、本発明においては、必要に応じて電
極の上または下にＴＦＴ、ＭＩＭ、薄膜ダイオード等の
能動素子、位相差膜、偏光膜、反射膜、光導電膜等が形
成されていてもよい。

【００２７】さらに、電極付基板上に、液晶表示体の場
合は、必要に応じて配向膜を形成する。これは、ポリイ
ミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機樹脂
膜をラビングしたものであってもよいし、ＳｉＯ等を斜
め蒸着してもよいし、垂直配向剤を塗布したものであっ
てもよい。

【００２８】さらに、液晶表示体を製造する方法につい
ては、通常用いられる方法が採用できる。すなわち、一
対の基板のうちの一方を上記カラーフィルター基板と
し、他方を適宜パターニングされた電極付基板とし、上
記基板上に必要に応じて液晶配向膜を形成し、次いで、
前記一対の基板を電極面側を相対向させて周辺部をシー
ルしてその内部に液晶を封入する。これにより、鮮明度
の高いカラー液晶表示体を得ることができる。

【００２９】本発明のカラーフィルター基板を用途とし
ては、液晶ディスプレイ面、ブラウン管表示面、撮像管
の受光面等が挙げられる。特に、遮光膜の遮光性が高い
ことから、高コントラスト比化の要請の高い液晶素子
用、特に、ＴＦＴで駆動する液晶素子用として好ましい
ものである。

【００３０】本発明の遮光膜基板は上記のカラーフィル
ターだけでなく、フォトマスク用の遮光膜、もしくは、
ＴＦＴ用のゲート電極用途としても応用でき、この他、
本発明の効果を損しない範囲で種々の応用が可能なもの
である。

【００３１】

【作用】本発明において、クロム膜のエッチングが有効
に行える理由は明らかではないが、亜鉛等がエッチャン
ト中のＨ⁺ イオンを還元して生じる発生期の水素によ
り、遮光膜の表面酸化層が溶出するため、エッチングで
きるものと推測される。

【００３２】

【実施例】表１の添加物を添加したクロムのターゲット
を真空層中にセットし、十分に排気した後アルゴンガス
を導入して３×１０^-3Ｔｏｒｒの圧力中で室温のガラス
基板上にＤＣスパッタリングにより厚さ１０００Åの遮
光膜を形成した。その後、ガラス基板を真空槽から取り
出して６規定の塩酸を満たしたビーカー中に１分間浸漬
してエッチングのされ方を調べた。

【００３３】比較例として亜鉛を添加しないクロムター
ゲットにより形成された遮光膜を形成し、同じ方法でエ
ッチングのされ方を比較した。結果を「エッチング性」
として表１に示す。なお、添加量の単位は（at％）であ
る。

【００３４】

【表１】

【００３５】透明なガラス基板１上に上述と同様の方法
で、表１の添加物を添加したクロムからなる厚さ１００
０Åの遮光膜を形成した。すなわち、表１の添加物を添
加したクロムのターゲットを真空層中にセットし、十分
に排気した後アルゴンガスを導入して３×１０^-3Ｔｏｒ
ｒの圧力中で室温のガラス基板上にＤＣスパッタリング
により厚さ１０００Åの遮光膜を形成した。また、亜鉛
を添加しないクロムターゲットにより形成された遮光膜
を形成し比較例とした。

【００３６】これに光レジストを塗布、露光した後、６
規定の塩酸でエッチングして、３０μｍ幅で、１００μ
ｍ間隔のストライプパターンのブラックマトリクスを形
成した。この際の、エッチング性、パターニング性は表
１のようであった。なお、サイドエッチングとはレジス
トの塗布幅よりさらにエッチングが進行し細くなった状
態をいう。

【００３７】これに、顔料を分散した樹脂からなるＲＧ
Ｂ３色のカラーフィルターを印刷法で厚さ２μｍつけ、
その上にアクリル系樹脂からなる３μｍの厚みの保護膜
を形成した。その上にマグネトロンスパッタリング法で
ＩＴＯからなる透明導電膜を２５００Å厚に形成してパ
ターニングした。

【００３８】また、実施例１で得られたカラーフィルタ
ー付き電極基板を一方の基板として使用し、もう一方の
電極付き基板とともに、表面にポリイミド膜をラビング
して得た配向膜を形成した。液晶としてはカイラル化合
物を添加した液晶ＺＬＩ２２９３（商品名、メルク社
製）を使用してこの基板間に挟持し、２４０度ツイスト
の１／２４０デューティ液晶表示素子を作成した。この
液晶表示素子を駆動したところ、面内の色差が少なくコ
ントラストや色再現性等が良好であって、高品位のフル
カラー表示ができることが確認された。

【００３９】

【発明の効果】本発明は上記の実施例で示したように、
従来のクロムのみからなる遮光膜では不可能であった塩
酸等の安価なエッチャントによるウエットエッチングを
可能とする効果がある。これは、エッチング工程のコス
トアップ要因であった高価なエッチャントの使用を回避
することができるというメリットを生じる。このため、
本発明の遮光膜を用いて、安価にブラックマトリクス基
板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるカラーフィルター基板の断面図

【符号の説明】

１：基板 ２：カラーフィルター ３：保護膜 ４：導電膜 ５：遮光膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面の少なくとも一部に遮光膜を形成した
   遮光膜付基板において、該遮光膜はクロムを主成分と
   し、クロムより卑なる金属元素もしくは酸により溶解し
   て発生期の水素を放出する元素を０．５原子％以上含有
   していることを特徴とする遮光膜付基板。
2. 【請求項２】請求項１記載の遮光膜付基板を用いたカラ
   ーフィルター基板。
3. 【請求項３】請求項２記載のカラーフィルター基板を少
   なくとも一方の基板として用い、一対の電極付き基板間
   に液晶層を挟持してなる液晶表示素子。