JPH1068811A

JPH1068811A - ブラックマトリクスが形成された透明基板の製造方法

Info

Publication number: JPH1068811A
Application number: JP22850196A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Hatakei; 宗宏畠井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】解像度が高く、かつ遮光性の高いブラックマ
トリクスが形成された透明基板を簡便に提供する。【解決手段】ブラックマトリクスが形成された透明基
板の製造方法において、（１）透明基板上のブラックマ
トリクスを形成する領域にレーザー光を照射して、被照
射部分を蒸散させて溝を形成する工程、（２）形成され
た溝に、顔料を分散させた遮光性組成物を充填する工
程、（３）溝以外の領域、及び溝上の透明基板面からは
み出した部分の遮光性組成物を取り除く工程、及び
（４）溝中の遮光性組成物を硬化する工程を含むことを
特徴とするブラックマトリクスが形成された透明基板の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶表示装
置のカラーフィルタに使用される透明基板の製造方法に
関し、更に詳しくは、ブラックマトリクスが形成された
透明基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶表示には、透明な基板上に３
色の画素を形成したカラーフィルタが用いられている。
３色として、通常、赤、青、緑の３原色が使用されてい
るが、不要な光の漏れを防いで、コントラストを向上さ
せるために、一般に、各画素間の隙間を遮光層（ブラッ
クマトリクス）により埋めている。従来、ブラックマト
リクスとしては、アルミニウムやクロムなどの金属蒸着
膜が用いられていた。しかし、金属蒸着膜は、製造コス
トが高いこと、他の部分と段差が生じること、ピンホー
ルが生じることなどの問題があった。そこで、最近で
は、黒色の感光性樹脂組成物を用いてブラックマトリク
スを形成する方法が提案されている。例えば、特開平４
−６３８７０号公報には、感光性ポリマー、光開始剤、
カーボンブラック、及び着色顔料を含有する黒色感光性
ポリマー組成物を用いて、透明基板上に薄膜層を形成
し、フォトマスクを介し、露光、現像を行い、黒色の光
硬化被覆層のパターンを形成することにより、ブラック
マトリクス部分を形成する方法が提案されている。

【０００３】ところが、このような黒色感光性樹脂組成
物を用いる方法では、感光性樹脂組成物がカーボンブラ
ック等の遮光性物質を含んでいるために、感度が悪くな
り、露光時間が長くなってしまう。この結果、露光部に
接している非露光部分は、長い照射時間の漏れ光の影響
により硬化してしまい、解像度が悪くならざるを得なか
った。感度を高くするために遮光性物質の割合を低くす
ると、遮光性が低下して、コントラストが低くなり、液
晶ディスプレイの画質を劣化させてしまう。また、黒色
感光性樹脂組成物を用いる方法では、露光後に、水や有
機溶媒等の現像液を用いて現像することにより、現像液
に溶解する非露光部または露光部を除去して、ブラック
マトリクスのパターンを形成している。ところが、この
ような製造方法では、現像工程を必要とするため、現像
液の廃液処理を行わなければならない。また、ブラック
マトリクス中に現像液からの未溶解物、ダスト等の混入
があり、ブラックマトリクス欠陥の原因となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、解像度が高
く、かつ遮光性の高いブラックマトリクスが形成された
透明基板を簡便に提供することを目的としている。本発
明者らは、前記目的を達成するために研究した結果、透
明基板上にレーザー光を照射して、被照射部分を蒸散さ
せて溝を形成し、該溝に遮光性組成物を充填して硬化さ
せる方法により、ブラックマトリクスのパターンを容易
に形成し得ることを見いだした。本発明のブラックマト
リクスを形成した透明基板は、更に３色の着色画素を形
成することにより、カラー液晶表示装置のカラーフィル
タとして使用することができる。あるいは、本発明の方
法によれば、既に３色の着色画素が形成された透明基板
に、ブラックマトリクスを形成することも可能である。
さらに、各着色画素についても、同様の方法で、着色組
成物を用いて着色画素を形成すれば、段差のない平坦性
に優れたカラーフィルタを得ることができる。本発明
は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ブ
ラックマトリクスが形成された透明基板の製造方法にお
いて、（１）透明基板上のブラックマトリクスを形成す
る領域にレーザー光を照射して、被照射部分を蒸散させ
て溝を形成する工程、（２）形成された溝に、顔料を分
散させた遮光性組成物を充填する工程、（３）溝以外の
領域、及び溝上の透明基板面からはみ出した部分の遮光
性組成物を取り除く工程、及び（４）溝中の遮光性組成
物を硬化する工程を含むことを特徴とするブラックマト
リクスが形成された透明基板の製造方法である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照しながら本発明
について詳述する。（１）レーザー光の照射工程最初に、透明基板において、ブラックマトリクスを形成
する部分にレーザー光を照射し、その部分を蒸散させて
エッチングする。透明基板とは、可視光領域の光を透過
する基板であり、ガラスまたは透明な樹脂が使用され
る。基板の厚さは、通常、０．１〜３ｍｍである。透明
基板は、レーザー光の照射によりエッチングされなけれ
ばならないので、レーザー光を吸収し、紫外線も吸収す
るような材質から形成された基板が好ましい。この好適
な例として、アルカリソーダガラス、無アルカリガラ
ス、アクリル樹脂等が挙げられる。ここで、ブラックマ
トリクスとは、着色画素のコントラストを上げるために
用いられる着色画素間を埋める遮光層である。ブラック
マトリクスとして必要な遮光性は、通常、光学密度２．
５以上、好ましくは３以上である。ブラックマトリクス
の形状は、通常、１０〜３０μｍ幅の格子状のパターン
であり、格子の中に着色画素が配置される。

【０００７】ここで用いるレーザー光とは、レーザー光
を透明基板に照射し、透明基板をエッチングできるよう
なものでなくてはならない。この条件を満たすレーザー
としては、紫外線の領域に波長をもつレーザーがエッチ
ング精度が高く、溝の形状精度を高くエッチングできる
ため好ましい。エキシマレーザーが特に好ましい。エキ
シマレーザーの例として、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌの
各レーザーがある。エキシマレーザーを用いなくとも、
ＣＯ₂、ＹＡＧレーザー等の赤外領域の波長のレーザー
光も使用できるが、エキシマレーザーほど溝の形状精度
がきれいに掘れない。この場合、非線形光学素子を用い
て短波長のレーザー光を作り、この波長のレーザー光を
照射すれば、きれいな溝を形成することも可能である。
レーザー光の出力として、１Ｊ／ｃｍ²以上が好適であ
る。出力が低すぎるとエッチングできない。

【０００８】エッチングは、溝中に形成されるブラック
マトリクスが充分な遮光性を有する膜厚になるような深
さにする。エッチング深さは、通常、０．５〜３μｍで
ある。エッチングする深さは、レーザーパルスのショッ
ト数により制御するのが簡便で好ましい。レーザー光が
パルスでない場合は、レーザー光の照射時間あるいはエ
ネルギー密度を変えることにより、エッチング深さを制
御することが可能である。レーザー光のエネルギー密度
は、レーザー光自体の出力を変えるよりも、寧ろレンズ
等によりレーザー光を絞るか、またはマスクによりレー
ザー光をカットする等の光学系により出力を変えるのが
簡便で好ましい。

【０００９】レーザー光を照射し、透明基板をエッチン
グするのに２つ方法がある。１つはフォトマスクを介し
面露光により、ある領域にレーザー光を照射し、一括で
パターンをエッチングし、ＸＹステージ等により基板自
体を動かし、次の領域に基板を動かす。これらの工程を
繰り返すことにより、透明基板の全面に所望のパターン
を得ることができる。この場合、できる限り大面積の方
が加工時間が短くなり有利だが、面積を広げすぎると、
エネルギー密度が小さくなり、基板の蒸散を起こさなく
なってしまう。最低限蒸散するようなエネルギー密度
で、レーザー光の領域を広げるのが好ましい。この方法
では、１回に溝を形成する領域が広いために、全体の加
工時間が短くなる。図１（ａ）には、フォトマスク２を
介して、レーザー光１を透明基板３上に照射して、エッ
チングする工程が示されている。これにより、フォトマ
スクのパターンに従った溝のパターンが透明基板上に形
成される。もう１つの方法として、レーザー光を小さく
絞り込み、走査することにより所望のパターンの溝を形
成する。レーザー光を走査する方法として、ＸＹステー
ジ等により基板自体を移動するか、またはレーザー光を
光学系により走査することが可能である。この方法で
は、フォトマスクは不要であるため、微細加工には有利
である。

【００１０】（２）溝に遮光性組成物を充填する工程ブラックマトリクスは、上記工程により得られた透明基
板の溝に遮光性組成物を埋めることにより得られる。遮
光性組成物は、ブラックマトリクスを作製した場合、充
分な遮光性を有していなければならず、通常、着色顔料
を、分散剤を用いて適当な溶媒に分散させたものを混合
して得られる。ここでいう分散剤とは、顔料を微細化
し、安定に分散させるものである。

【００１１】顔料としては、主に有機顔料が使われる
が、無機顔料でも差し支えない。またその両方を使用す
ることも可能である。使用する着色顔料としては、有機
顔料では、アゾレーキ系、不溶性アゾ系、縮合アゾ系、
フタロシアニン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、
イソインドリノン系、アントラキノン系、ペリノン系、
チオインジコ系、ペリレン系があり、無機顔料として
は、カーボンブラック、酸化チタン、ミロリブルー、コ
バルト紫、マンガン紫、群青、紺青、コバルトブルー、
セルリアンブルー、ピリジアンおよびこれらの混合物が
ある。黒色を出すために、混合する色の組み合わせとし
て、補色の関係にある２色の色がある。補色の色の例と
して、赤と青緑、紫と緑、黄色と青等が挙げられる。

【００１２】分散剤としては、界面活性剤が良く使用さ
れる。界面活性剤には、イオン性界面活性剤、ノニオン
性界面活性剤があり、イオン性界面活性剤としては、カ
チオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面
活性剤がある。カチオン性界面活性剤の例として、脂肪
族アミン類、第４アンモニウム塩類、アルキルピリジウ
ム塩類等がある。アニオン性界面活性剤の例として、脂
肪酸塩類、硫酸エステル類、スルホン酸塩類、燐酸エス
テル類等がある。両性界面活性剤の例として、アミノ酸
塩類等がある。ノニオン性界面活性剤の例として、ポリ
オキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレ
ンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレンア
ルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、ポ
リオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類等があ
る。

【００１３】また、分散剤として、界面活性剤以外に、
市販されている顔料分散用の樹脂も使用することができ
る。この例として、水溶性の樹脂として、ブチラール樹
脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ア
クリル酸、メタクリル酸、２−ヒドロキシエチルアクリ
レート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒ
ドロキシプロピルメタクリレート、ポリアクリルアミド
等があり、これらの共重合体も用いられる。溶剤系の樹
脂としては、アルキド樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹
脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
ウレタン樹脂、イソシアネート、マレイン樹脂等があ
る。更に、分散剤として、上記界面活性剤と顔料分散用
の樹脂の併用も可能である。そして、上記界面活性剤、
顔料分散用の樹脂のどちらか一方で分散を行い、残りの
一方を顔料を分散した後、添加することも可能である。

【００１４】着色組成物に用いられる溶媒としては、通
常の塗料に用いられている溶媒が使用でき、水、メタノ
ール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノー
ル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジグラ
イム、乳酸エステル、エチルセロソルブ、エチルセロソ
ルブアセテート、酢酸エステル等が挙げられる。遮光性
組成物には、塗膜の耐久性を向上させるために、各種の
バインダー樹脂を使用することも可能である。バインダ
ー樹脂としては、上記顔料分散用の樹脂として挙げた樹
脂も用いることができる。上記組成物を硬化させるため
に、硬化剤が添加されることがある。硬化剤としては、
光硬化剤または熱硬化剤用いられる。光架橋剤の例とし
ては、ジアゾ化合物、アジド化合物等が好ましく用いら
れる。

【００１５】上記組成物から適当なものを選択し、通常
の分散機により、顔料を溶媒中に分散する。溶媒中には
分散剤が予め溶解してある。分散機としては、サンドミ
ル、ボールミル、ホモジナイザー等が使用される。遮光
性を出すためには、一般に着色顔料を混色しなければな
らないが、顔料は分散前に混ぜてもよいし、また単色で
分散を行い、得られた分散液を混ぜてもよい。このよう
にして得られた遮光性着色組成物を透明基板に塗布し、
透明基板上に形成された溝にこれを埋める。この方法と
して、スピンコート、ロールコート、ディッピングなど
がある。

【００１６】（３）はみ出し部分の除去工程上記の遮光性組成物の塗布工程では、図１（ｃ）に示す
ように、溝以外の領域にも遮光性組成物が塗布されるこ
とがあり、また、溝上にのみ塗布されても、表面張力に
より中央部分が盛り上がるので、溝以外の部分及び溝上
の透明基板面からはみ出した部分の遮光性組成物を取り
除く必要がある。そこで、溝以外の部分は、スクレーパ
ー等の平滑にする器具により除去して透明基板の面と面
一にし、ブラックマトリクスを平滑化する。図１（ｄ）
には、平滑化した状態が示されている。

【００１７】（４）溝中の遮光性組成物を硬化する工程塗布後、塗膜を乾燥させ、硬化させる。通常、塗膜をベ
ークし、塗膜を乾燥させる。その方法の例として、ホッ
トプレートに置くか、またはオーブン中に入れる方法等
が挙げられる。塗膜を乾燥させる条件としては、溶媒の
蒸気圧、ポリマーの耐熱性により適宜選択されるが、ベ
ーク温度は、通常、常温以上３００℃以下、好ましくは
５０〜１００℃である。硬化工程の後、平坦性を出すた
めに、例えば、研磨機にかけて、研磨することができ
る。このようにしてブラックマトリクスを形成する。本
発明によれば、透明基板に溝を掘り、ブラックマトリク
スのパターンを作製するので、遮光性組成物の性能に依
らず、一定の解像度が得られる。また、溝の深さを制御
することにより、ブラックマトリクスの遮光性を制御す
ることができるので、遮光性の高いブラックマトリクス
を得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明についてより
具体的に説明する。

【００１９】［実施例１］〈遮光性組成物の作製〉分散剤としてノニオン系界面活
性剤ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルを用
いて、以下の顔料をサンドミルを用い、水中に分散させ
た。カーボンブラック：三菱化学（株）ＭＡ１００インダンスロンブルー：ＢＡＳＦ（株）Ｌ６４７０上記有機顔料を以下の組成により、それぞれ分散を行っ
た。顔料２０重量％ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル５重量％水７５重量％ここで得られた各々の顔料分散液を１：１の重量比で混
合した。得られた顔料分散液１００重量部に、バインダ
ー樹脂として２−ヒドロキシエチルメタアクリレート
（ＨＥＭＡ）の１０％水溶液を１００重量部加えた。そ
の結果、以下のような組成となった。顔料１０重量％ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル２．５重量％ＨＥＭＡ（固形分）５重量％水８２．５重量％また、感光性を付与させるために、上記遮光性組成物に
ｐ−ジアゾジフェニルアミンを固形分にしてＨＥＭＡの
５重量％添加した。

【００２０】〈ブラックマトリクスの作製〉１０ｃｍ角
の無アルカリガラス基板に、ＫｒＦのエキシマレーザー
（ＭＰＢ社製、ＰＳＸ−１００）を着色パターンを作製
すべき領域に照射して、パターンの溝を作製した。この
とき、レーザー光のビームサイズを光学系により縮小し
３０×３０μｍにして、エネルギー密度を４Ｊ／ｃｍ²
にし、試料台をＸＹステージにより、動かして各部分に
５ショットずつ照射されるようにしてエッチングを行っ
た。このとき加工した溝は、３０μｍ幅、１００μｍ間
隔のストライプパターンであり、深さは１．２μｍであ
った。このときの深さは、接触式膜厚測定器Ｄｅｋｔａ
ｋＩＩＡ（Ｓｌｏａｎ社製）により測定した。こうし
て溝を形成した透明基板に、前記工程によって作製され
た遮光性組成物をスピンコータによって塗布し、透明基
板の溝に遮光性物質を埋めた。そして、溝以外の部分の
遮光性物質をスクレーパーにより透明基板上をこするこ
とにより除去するとともに平坦化した。これを７０℃の
ホットプレートの上に３分間置き、乾燥させた。次に、
超高圧水銀灯により紫外線を８００ｍＪ／ｃｍ²照射し
て、溝中の遮光性組成物を硬化させた。このようにして
作製されたブラックマトリクスの光学密度を分光光度計
により測定したところ、可視光領域において３．２あ
り、充分な遮光性を有していることが分かった。また、
ブラックマトリクスのパターンは、溝からはみ出してい
る部分もなく、解像度の高いパターンが得られているこ
とが分かった。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような顕著な効
果を奏することができる。（１）遮光性組成物の性質に依らず、一定の解像度のパ
ターンが得られる。（２）レーザー光の照射によりパターン形成を行うの
で、廉価な材料によりブラックマトリクスを形成するこ
とができ、かつ高精細なブラックマトリクスを製造する
ことができる。（３）溝の深さを制御することにより、所望の光学密度
を持ったブラックマトリクスが得られる。（４）通常の基板の上にパターンを作製する方法では不
可能な、アスペクト比の高いようなパターンも作製可能
である。（５）現像工程が不要なため、その工程によって生じる
塗膜欠陥等を排除することが可能であり、歩留まりを向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブラックマトリックスの形成工程を示
すフロー図である。

【符号の説明】

１：レーザー光２：フォトマスク３：透明基板４：溝５：塗布された遮光性組成物６：ブラックマトリクス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０５Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラックマトリクスが形成された透明基
板の製造方法において、（１）透明基板上のブラックマ
トリクスを形成する領域にレーザー光を照射して、被照
射部分を蒸散させて溝を形成する工程、（２）形成され
た溝に、顔料を分散させた遮光性組成物を充填する工
程、（３）溝以外の領域、及び溝上の透明基板面からは
み出した部分の遮光性組成物を取り除く工程、及び
（４）溝中の遮光性組成物を硬化する工程を含むことを
特徴とするブラックマトリクスが形成された透明基板の
製造方法。