(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮光膜を少なくとも１層含み、該遮光膜が実質的に以下の成分からなることを特徴とする液晶表示装置用ブラックマトリクス。
Ｎｉ  ６０〜７８質量％、
Ｍｏ  １２〜３０質量％、
Ｔａ    ２〜  ７質量％、
Ｆｅ    １〜  ６質量％。
【請求項２】
該遮光膜がさらに、４質量％以下のＺｒを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用ブラックマトリクス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のブラックマトリクスを備えるカラーフィルタ。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載のブラックマトリクスを備える液晶表示装置。
【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をはじめとするフラットパネルディスプレイ等に使用されるＴＦＴアレイ用またはカラーフィルタ用のブラックマトリクスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶表示装置をはじめとするフラットパネルディスプレイは、情報機器として、ノートパソコンのモニタ表示として、またＴＶ画像などの動画表示としてますます使用されるようになっている。特に最近ではＴＶ放送がデジタル化されることが決定しているため、現在広く使用されているブラウン管の代わりに、将来はカラー液晶表示装置がＴＶ受像機として使用されることが確実視されている。
【０００３】
これらのカラー液晶表示装置において、画像の表示コントラストをはじめとする表示品位を高めるために、使用されるカラーフィルタ基板等にはブラックマトリクスが備えられている。
このブラックマトリクスは、カラーフィルタの隣り合うＲ、Ｇ、Ｂの３原色の各色の色抜けを防ぐために各色画素の表示部分の周辺を遮光することにより、混色を防ぎ、カラー表示のコントラストを向上させ表示品位を高めるために一般的に使用されている。
【０００４】
ブラックマトリクスの材料としては、カラー液晶表示装置製造プロセスにおいて成膜がしやすく、製造が容易であり、また強固な膜が形成できること、液晶表示パネルとして安定であり信頼性が高いこと、また遮光特性が充分に得られること等の理由により、金属クロム膜が通常使用されている。また、ブラックマトリクスを低反射にするために、金属クロム膜の上下の少なくとも一方に酸化クロム膜、酸化窒化クロム膜、酸化炭化クロム膜等を堆積し、多層膜構造に構成する方法が採られている。これらの金属クロム膜等は、公知のフォトリソグラフィ技術を利用しパターンを形成し、ブラックマトリクスを形成して使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この金属クロム膜等は、前述のように比較的薄い膜でも、遮光度が高く、比較的容易に可視光域の光学濃度（ＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）値）が４．５程度となる高遮光性が得られ、また経時変化が軽度であり、さらに通常のフォトリソグラフィ工程で微細なパターンを形成できるため、一般的に使用されている。しかし、金属クロム膜等をパターニングする際、エッチング液の取り扱い、廃液処理や廃液管理などに多大な労力やコストがかかる問題がある。
【０００６】
一方金属クロム膜の代替物として、液晶表示装置用のブラックマトリクスでは感光性の樹脂膜の採用が有力視されているが、クロム膜と同程度の遮光性を得るためには、１．５〜２．０μｍ程度の膜厚が必要になり、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の着色層の厚さは１．０〜１．５μｍ程度であるため、画素周辺部の色抜け防止のため形成した重なり部分の段差は約２〜３μｍの高さとなり、カラーフィルタの平坦度を悪化させる。また樹脂ブラックマトリクスの膜厚が厚いために、フォトリソグラフィ工程中において、現像中にパターンが欠けたり、オーバーハング状になったりして、精度の良いブラックマトリクスを形成することが難しい。
【０００７】
これらの問題を解決するため、金属クロム膜の代替物として、Ｎｉ−Ｍｏ系の金属を用いることが提案されている（特開平９−２４３８０１、特開平１０−３０１４９９、特開平１１−１４２６１７）。しかし、これらの文献に具体的に開示された膜は、エッチング速度がクロム膜のエッチング速度とは大きく異なるため、膜を採用するためには大規模な製造装置の改造やエッチング条件の変更が必要になる問題がある。
【００１１】
本発明は前述の課題を解決するために、遮光膜を少なくとも１層含み、該遮光膜が実質的に以下の成分からなることを特徴とする液晶表示装置用ブラックマトリクスを提供する。
Ｎｉ  ６０〜７８質量％、
Ｍｏ  １２〜３０質量％、
Ｔａ    ２〜  ７質量％、
Ｆｅ    １〜  ６質量％。
【００１２】
本発明によれば、金属クロム膜によるブラックマトリクスのパターニングのための製造ラインを容易に代用でき、カラーフィルタの製造プロセスで使用されるアルカリ液または酸等に対して強く、信頼性の高いブラックマトリクスを得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１に基づき説明する。本発明のブラックマトリクスは図１（Ａ）に示すように透明基板１上に遮光膜２のみを形成したもの、図１（Ｂ）に示すように透明基板１上に低反射膜３を形成した後、遮光膜２を積層したもの、図１（Ｃ）に示すように、透明基板上に第１、第２の低反射膜３を形成した後、遮光膜２を積層したもの、図１（Ｄ）に示すように透明基板上に低反射膜３を形成した後、遮光膜２を積層し、さらに低反射膜３を積層したもの、のいずれの形態でも作製できる。このうちで、薬品に対する強い耐久性が要求される場合には図１（Ａ）、（Ｂ）または（Ｃ）の例のように最上層が遮光膜で構成されることが好ましい。
【００１４】
本発明のブラックマトリクスにおける遮光膜の組成について以下に説明する。本発明のブラックマトリクスに用いる遮光膜の基材となるＮｉとＭｏの組成については、耐酸性を確保するために、Ｎｉ含有量は７８質量％以下、Ｍｏ含有量は１２質量％以上とし、特に好ましくはＭｏ含有量は１４質量％以上とする。また、耐水性、耐アルカリ性を確保するために、Ｎｉ含有量は６０質量％以上、特に好ましくは７０質量％以上とし、Ｍｏ含有量は、好ましくは３０質量％以下、特に好ましくは２４質量％以下とする。
【００１６】
Ｔａはエッチング速度の制御に特に効果的な成分である。その量が多くなりすぎると、エッチング後に「残渣」が残る傾向があること、また耐水性の劣化が顕著になる傾向があることから７質量％以下とする。また、エッチング速度をクロム金属膜に近づけるため、２質量％以上添加することが好ましい。より好ましくは、３質量％以上とする。
【００１８】
Ｆｅは、耐水性を向上するとともに、Ｔａとの相乗効果でエッチング速度を低くして金属クロム膜に近づけるのに有効な成分である。１質量％以上含有することが好ましい。一方、多すぎると、エッチング速度が低くなりすぎるので、６質量％以下とする。
【００１９】
Ｚｒは、必須ではないが、エッチング速度を調整し、適量の添加で耐酸性を向上する効果があるので７質量％以下添加することができる。含有量が７質量％を超えると耐水性の劣化が顕著となるおそれがある。好ましくは４質量％以下とする。耐酸性の向上のためには、０．５質量％以上含有することが好ましい。
遮光膜は、純粋な合金でもよいが、窒素を含有していてもよい。窒素はエッチング速度を顕著に増大する効果がある。ただし、窒素の含有量が多くなりすぎると、遮光性が損なわれるおそれがあるので、遮光膜全体に対して、４０原子％以下とすることが好ましい。特に好ましくは２０原子％以下である。また窒素はＦｅの添加によって低下した耐酸性を向上する効果がある。この観点で、２原子％以上、特に４原子％以上含有させることが好ましい。また、本発明の効果を損なわない範囲で、不純物として酸素や炭素が含まれていてもよい。
【００２０】
前記のように、窒素はエッチング速度を増加する効果を有する。したがって、窒素を含有しない状態でのエッチング速度を遅くすれば、窒素の添加量を調整することにより所望のエッチング速度に調整できる。具体的には、スパッタリング時の雰囲気ガス中の窒素量を全体の雰囲気に対して、２〜４０体積％、特に好ましくは５〜２５％とすればよい。
【００２１】
具体的には、窒素を添加しない状態で、２５℃±３℃の硝酸第二セリウムアンモニウム１２質量％、過塩素酸６質量％の混液中に浸漬、撹拌するという条件でエッチングをしたときに、エッチング速度が０．５〜２ｎｍ／秒となるように他の成分を調整しておく。そうすると、通常のエッチングラインでのエッチング速度である３ｎｍ／秒前後に、窒素の含有量だけでエッチング速度を制御できる。
【００２２】
本発明においてブラックマトリクスは、さらに、少なくとも１層の低反射膜を含むことができる。低反射膜の金属成分組成は、製造効率上は、遮光膜と実質的に同じであることが好ましいが、低反射膜として最適な特性を得るためには、遮光膜と異なる金属成分組成としてもよい。たとえば、実質的に以下のような金属成分組成とすることができる。
Ｎｉ  ６０〜７８質量％、
Ｍｏ  １２〜３０質量％、
Ｔａ ２〜  ７質量％、
Ｆｅ １〜  ６質量％、
Ｚｒ    ０〜  ７質量％。
【００２４】
さらに、低反射膜全体としては、以下のような組成とすることが好ましい。
金属成分    ３０〜８０原子％、
酸素          ５〜６５原子％、
窒素          ０〜５０原子％、
酸素＋窒素  ２０〜７０原子％、
炭素          ０〜１５原子％。
酸素は、低反射性能を確保するための必須成分である。また、炭素および／または窒素をエッチング速度を制御するために必須ではないが添加できる。
【００２５】
遮光膜および低反射膜は、たとえば、適当な金属組成からなる金属ターゲットを用いて、真空チャンバ内でＤＣスッパッタリングすることにより作製できる。
遮光膜を形成する場合は雰囲気ガスは主にＡｒを使用すればよく、また膜の引張り応力低減、エッチング速度の制御の観点から、ＡｒにＮ2等のガスをたとえば４０体積％以下混合してもよい。低反射膜を形成する場合の雰囲気ガスはＡｒにＯ2またはＣＯ2を混合したもの、Ｎ2にＯ2またはＣＯ2を混合したもの、ＡｒにＮ2およびＣＯ2を混合したもの、またはＡｒにＮ2およびＯ2を混合したものを使用し、これらの混合比を適正化し、投入電力を制御することにより、所望の低反射膜を形成できる。
【００２６】
なお、遮光膜の厚さは、可視領域のＯＤ値を４．０〜４．５とする観点からは、１００〜１２０ｎｍとすることが好ましい。また、低反射膜の厚さは可視領域にわたる反射率を３．０％以下（ガラスの反射率を除く）とする観点から、４０〜７０ｎｍ（低反射膜が１層の場合）または５〜７０ｎｍ（低反射膜が２層以上の場合の１層の厚さ）にすることが効果的である。
【００２７】
【実施例】
透明基板として、０．７ｍｍ厚の透明なガラス基板（旭硝子社製無アルカリガラス「ＡＮ１００」）を使用し、ガラス基板の表面を洗剤で洗浄し、清浄なガラス基板表面を得た後、インライン式ＤＣスパッタリング装置にて表１の金属成分からなる遮光膜を、１１０ｎｍ厚に成膜した。スパッタリングの際に使用される雰囲気ガスとしてまずＡｒガス１００％として、各遮光膜の組成（質量％）をＩＣＰ発光分析により測定した。その後、表２の「雰囲気」の欄にそれぞれＡｒ：Ｎ2のガス流量比で示したように、スパッタリング雰囲気だけ変更して再度成膜し、各特性を測定した。なお、「雰囲気」欄の括弧内は、雰囲気ガス全体に対する窒素量（体積％）である。また、スパッタリングのパワーは６５０Ｗで一定とした。例１、２、３、７、９は実施例、例４、５、６、８は比較例である。
【００２８】
【表１】
0004569016.tif 000002
【００２９】
表１の遮光膜はすべて、可視領域のＯＤ値は３．５以上であった。さらに各遮光膜を以下の方法で評価した結果を表２に示した。
（耐アルカリ性）７５℃の５質量％ＮａＯＨ溶液に３０分間浸漬する。
（耐塩酸性）２５℃の５質量％ＨＣｌ溶液に３０分間浸漬する。
（耐硫酸性）２５℃の５質量％Ｈ2ＳＯ4溶液に３０分間浸漬する。
（耐熱性）２５０℃の大気中で３０分間加熱する。
【００３０】
耐アルカリ性、耐塩酸性、耐硫酸性、耐熱性の評価は、各薬液浸漬の前後のＯＤ値の変化を光学濃度計（マクベス社製「ＴＤ−９０４」）にて測定し、それぞれ「Ａｌｋａｌｉ」、「塩酸」、「硫酸」、「耐熱」の欄に％単位で示した。その変化率が初期ＯＤ値の３％未満となるものは良好であり、３％以上６％未満は相対的に劣るものであり、６％以上は不充分なものと考えられる。
【００３１】
（耐水性）沸騰した純水に６０分間浸漬し、浸漬の前後のＯＤ値の変化を光学濃度計（マクベス社製「ＴＤ−９０４」）にて測定し、表２の「耐水」の欄に％単位で示した。この変化が６％以下であれば実用に供し得ると考えられる。
【００３２】
（エッチング速度）通常クロムをパターニングする際に使用する硝酸第二セリウムアンモニウム１２質量％、過塩素酸６質量％の混液をエッチング液として使用し、撹拌しながら、遮光膜が消失するまでの時間から求めて、表２の「Ｅ／Ｒ」の欄に示した。エッチング速度は０．５〜３．０ｎｍ／秒であれば、スパッタリング時の雰囲気にＮ2を添加、調整することにより、遮光性、耐薬品性およびパターニング性を劣化させずに金属クロム膜のエッチング速度と同等に調整可能なので、好ましい。なお、表２中の単位はｎｍ／秒である。
【００３３】
（パターニング性）通常のフォトリソグラフィ工程を用いサンプル薄膜上にポジレジスト（ＦＨ−２４０６：富士ハント社製）をスピンコータで遮光膜上に塗布して、露光、現像、エッチングを実施し、遮光膜をパターニングした。エッチング液は、エッチング速度の評価と同様に、硝酸第二セリウムアンモニウム１２質量％、過塩素酸６質量％の混液を使用した。エッチング時間のみ適正化することにより、線幅６μｍ程度のパターニングが可能であるものを○、パターニングが困難なもの×、それらの中間を△とし、表２の「ｐａｔｔｅｒｎ」の欄に示した。
【００３４】
【表２】
0004569016.tif 000003
【００３５】
表１の例７に記載された金属成分組成を持つ遮光膜において、Ｎ2を含まないＡｒガスのみの雰囲気でスパッタリングした膜の耐塩酸性は５％程度変化したのに対して、Ａｒ：Ｎ2＝３０：４（ガス流量比）という雰囲気でスパッタリングした膜の耐塩酸性は表２の例７に示したように０．７％程度であり、その他の耐性を損なわず耐酸性が窒化により向上している。
【００３６】
また、表１の、例４に記載された金属成分組成を持つ低反射膜を、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ：ＣＯ2＝８：２２（ガス流量比）とする以外は遮光膜を成膜するときの条件と同じにして、５０ｎｍの厚さに成膜した。次いで、その低反射膜に、表１の例１、２、３、７、９と同じ金属成分組成を持つ遮光膜を、Ａｒ：Ｎ2＝３０：０〜８（ガス流量比）の範囲中で、成膜後の遮光膜のエッチング速度が２．５〜３．０ｎｍ／秒となるようにスパッタリング時の雰囲気中のＮ2濃度を調整して、１１０ｎｍの厚さで成膜した。
【００３７】
得られた、２層ブラックマトリクスのエッチング速度は、２．５〜３．０ｎｍ／秒であり、耐薬品性やパターニング性は、遮光膜のみの場合と同等であった。
また、視感反射率１．５％程度であり、低反射のブラックマトリクスが形成された。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のブラックマトリクスは、パターニング時のエッチング速度をクロム金属膜と同等になるように制御でき、またカラーフィルタの製造工程で充分な耐酸性、耐アルカリ性、耐熱性、耐水性を有する。また、従来から使用している金属クロム膜のエッチング液がそのまま使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブラックマトリクスの構成を示す断面図。
【符号の説明】
１：透明基板
２：遮光膜
３：低反射膜
【図１】
0004569016.tif 000004