(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に形成された透光層と、
前記透光層上に形成された金属反射層とを有するＢＭ膜であって、
前記金属反射層の主成分は、インジウム又は亜鉛のいずれか一方であり、
前記透光層は、インジウムの窒化物又は亜鉛の窒化物のいずれか一方を主成分とする窒化物薄膜を有することを特徴とするＢＭ膜。
【請求項２】
ガラス基板上に形成された透光層と、
前記透光層上に形成された金属反射層とを有するＢＭ膜であって、
前記金属反射層の主成分は、インジウム又は亜鉛のいずれか一方であり、
前記透光層は、インジウムの酸化物又は亜鉛の酸化物のいずれか一方を主成分とする酸化物薄膜を有することを特徴とするＢＭ膜。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のＢＭ膜を製造するＢＭ膜製造方法であって、
スパッタリングガスと１×１０-2Ｐａ以下の圧力の酸素ガスを含むスパッタリング雰囲気中でインジウムを主成分とするターゲットをスパッタリングして前記金属インジウム薄膜を形成することを特徴とするＢＭ膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶等のカラー表示素子に用いられる低反射ＢＭ膜(ブラックマトリクス膜)、およびそのＢＭ膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、カラー液晶ディスプレイが盛んに生産されおり、ノート型パソコンやカーナビゲーション等に用いられている。
カラー液晶ディスプレイには、図６の符号１００に示すような、カラーフィルタ(ＣＦ)が必須な部品となっている。
【０００３】
一般に、カラーフィルタ１００はガラス基板１０１上に赤・緑・青のカラーフィルタ層１０３1、１０３2、１０３3が形成され、その表面には、保護膜１０５を介してパターニングされた透明導電膜１０６が形成されており、その透明導電膜１０６上に配置される液晶に電圧を印加できるように構成されている。
【０００４】
各カラーフィルタ層１０３1〜１０３3間には、カラー表示のコントラストを改善し、また、外光反射を低減させ、視認性を向上させるためのブラックマトリックス(ＢＭ)膜１０２が配置されている。
【０００５】
このようなＢＭ膜１０２には、低反射で高い遮光性が要求されており、樹脂膜や金属反射層等、種々の材質のものがあり、近年では、品質面から、スパッタ法により形成した半透明な透光層と金属反射層とから成る積層構造のＢＭ膜が用いられている。
【０００６】
積層構造のＢＭ膜としては、ガラス基板上に、半透明のＣｒＯｘ薄膜を形成して透光層とし、その表面に金属クロム薄膜を連続形成して金属反射層としたクロム系の積層膜が広く用いられている。
【０００７】
このようなクロム系の積層型ＢＭ膜では、ＣｒＯｘ薄膜とガラス基板との界面での反射光と、ＣｒＯｘ薄膜と金属クロム薄膜の界面での反射光とが干渉し、反射防止効果が得られることで、大きな低反射化が達成されている。
【０００８】
しかし、干渉効果を利用する場合には、反射率スペクトルの波長依存性が干渉効果に大きく影響し、その結果、２層構造のＢＭ膜では僅かに着色してしまうという問題がある。
【０００９】
そのような着色を消滅させ、色合いを一層黒色に近づけるために、３層以上の薄膜を積層したＢＭ膜を用いる場合がある。多層構造のＢＭ膜の場合、半透明の薄膜を複数層積層して透光層を形成しているので、各薄膜の屈折率を膜厚方向に変化させ、広い波長範囲で高い干渉効果が得られ、それにより着色を防止し、ＢＭ膜を一層黒色化させることが可能となっている。
【００１０】
このような多層構造のＢＭ膜としては、従来では、Ｃｒ／ＣｒＯｙ／ＣｒＯｘのようにクロム薄膜の酸化度を変えて透光層を形成したＢＭ膜や、Ｃｒ／ＣｒＮｙ／ＣｒＯｘのように、反応性ガスの種類を変え、窒化物薄膜と酸化物薄膜とを積層させて透光層としたＢＭ膜がある。
【００１１】
しかしながら上記のような積層構造のＢＭ膜は、いずれも金属クロム薄膜や、クロム化合物から成る透光層を用いるため、ＢＭ膜を湿式エッチングによってパターニングする際に、廃液中に６価クロム等の有害物質が溶出し、公害問題を引き起こすおそれが指摘されている。
【００１２】
また、金属クロム薄膜やＣｒＯｘ膜等の薄膜は応力が比較的高く、剥離しやすいため、スパッタリング法によってＢＭ膜を形成する際に、それらの薄膜がスパッタ成膜室内の防着板等に付着すると剥離し、パーティクル発生の原因になっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、低公害でパーティクル発生の少ないＢＭ膜、及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ガラス基板上に形成された透光層と、前記透光層上に形成された金属反射層とを有するＢＭ膜であって、前記金属反射層の主成分は、インジウム又は亜鉛のいずれか一方であり、前記透光層は、インジウムの窒化物又は亜鉛の窒化物のいずれか一方を主成分とする窒化物薄膜を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、ガラス基板上に形成された透光層と、前記透光層上に形成された金属反射層とを有するＢＭ膜であって、前記金属反射層の主成分は、インジウム又は亜鉛のいずれか一方であり、前記透光層は、インジウムの酸化物又は亜鉛の酸化物のいずれか一方を主成分とする酸化物薄膜を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のＢＭ膜を製造するＢＭ膜製造方法であって、スパッタリングガスと１×１０-2Ｐａ以下の圧力の酸素ガスを含むスパッタリング雰囲気中でインジウムを主成分とするターゲットをスパッタリングして前記金属インジウム薄膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明は上記のように構成されており、金属反射層と透光層から成る積層構造のＢＭ膜である。
【００１９】
このような積層構造のＢＭ膜の反射率特性を説明すると、例えば図５(ａ)に示すように、半透明の金属化合物から成る透光層(酸化物薄膜又は窒化物薄膜)５４と、光反射性のある金属反射層５５とから成る２層構造のＢＭ膜５１が、ガラス基板５２上に積層されている場合、ガラス基板５２方向からＢＭ膜５１に入射した光６０は、ガラス基板５２と透光層５４の界面５７で反射し、反射光６１として入射方向に返光される他、透光層５４を透過した光６０は、透光層５４と金属反射層５５の界面５８で反射され、反射光６２となって入射方向に返光される。
【００２０】
従って、入射方向には、二種類の反射光６１、６２が返光されるが、透光層５４が適切な(透明度)を有する場合には、二種類の反射光６１、６２の光強度Ｒ1、Ｒ2は、Ｒ1≒Ｒ2となり、位相が反転している場合、２つの反射光６１、６２が干渉することによってその強度が減衰し、ＢＭ膜５１が低反射化される。
【００２１】
他方、透光層５４の透明度が高く屈折率が小さすぎる場合には、Ｒ1>>Ｒ2となり、逆に、屈折率が大きすぎる場合にはＲ1<<Ｒ2となり、いずれの場合でも十分な干渉効果を得ることができない。
【００２２】
また、図５(ｂ)に示すように、ＢＭ膜７１の透光層７４が、ガラス基板７２上に形成された第１層目の薄膜７４1と、その表面に形成された第２層目の薄膜７４2と、更に第２層目の薄膜７４2上に形成された金属反射層７５とから成る場合、ガラス基板７２側から入射した光８０は、それぞれの界面で反射され、三種類の反射光８１、８２、８３が入射方向に反射され、それらの多重干渉効果によって低反射化が達成される。
【００２３】
このような３層構造のＢＭ膜の場合、反射光８１〜８３の干渉バランスを最適にする(第１層目の透光層７４の屈折率を第２層目の透光層７５の屈折率よりも小さくする)と、２層構造のＢＭ膜に比べ、反射率値の波長依存が小さく、一層低反射で黒色のＢＭ膜を得ることができる。
【００２４】
以上説明したように、積層構造のＢＭ膜の場合、透光層５４、７４の屈折率を調整する必要があるため、使用するターゲットに応じて酸化性ガス(Ｏ2，ＣＯ2)、窒化性ガス(Ｎ2)、還元性ガス(Ｈ2，ＣｘＨｙ)を適度に組み合わせ、所望の屈折率を得ることが必要になる。
【００２５】
いずれにしろ、本発明のＢＭ膜では、クロムを使用せずに、適切な屈折率を有する金属酸化物薄膜又は金属窒化物薄膜を用い、低反射率の積層膜を形成しているので、低反射率で無公害のＢＭ膜が得られている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明のＢＭ膜を、その製造方法とともに説明する。
ＢＭ膜の製造には、基板水平搬送方式のロードロック型スパッタ装置を用いた。基板は２１０ｍｍ×２１０ｍｍ×１．１ｍｍ厚のガラス基板(コーニング社製＃７０５９)を用い、ターゲットには、金属亜鉛ターゲット、又はインジウム合金ターゲット(Ｉｎ−５ｗｔ％Ｓｎ)を用い、直流マグネトロンスパッタ法で成膜を行った。
【００２７】
スパッタリングガスはアルゴンガスとし、スパッタリング雰囲気は０．６７Ｐａの圧力とした。スパッタリングを行う際の基板は加熱しなかった。
ガラス基板上に形成したＢＭ膜(酸化物薄膜或いは窒化物薄膜と金属反射層との積層膜)は、波長４００〜７００ｎｍの範囲で、ガラス基板側から見た反射率を測定した。反射率スペクトルはアルミニウム蒸着膜をリファレンスとした。
【００２８】
【実施例】
(実施例１)
＜Ｉｎ系２層膜の作製＞
スパッタリングガスと酸素ガス(Ｏ2ガス)とを所定量導入し、圧力０．６７Ｐａのスパッタリング雰囲気中で、反応性スパッタ法によってインジウム合金ターゲットをスパッタし、先ず、透光層として、膜厚５００Åの酸化インジウム薄膜を形成した。
【００２９】
次に、酸素ガスの導入量を２×１０-3Ｐａまで減少させ、スパッタリング雰囲気中に酸素ガスが存在する状態で同じインジウム合金ターゲットをスパッタした。
【００３０】
アルゴンガスだけでインジウム合金ターゲットをスパッタリングした場合には、金属薄膜は得られず、粉状の物質が堆積されてしまうが、上記のようにスパッタリング雰囲気中に１×１０-2Ｐａ以下の微量の酸素ガスを導入した場合には、インジウム薄膜から成る金属反射層を形成することができる。上記酸化インジウム薄膜上に１０００Åのインジウム薄膜が形成されたところでスパッタを終了し、２層構造のＢＭ膜を得た。
【００３１】
酸素ガス導入量を異ならせて酸化インジウム薄膜を形成した結果、スパッタリング雰囲気内に３×１０-2Ｐａの酸素ガスを導入した場合に、波長４００〜７００ｎｍにおいて平均反射率が最も低く、反射率値の波長依存が小さな低反射ＢＭ膜が得られた。そのＢＭ膜の反射率の測定結果を図１のグラフに示す。
【００３２】
【実施例】
(実施例２)
＜Ｉｎ系３層膜の作製＞
上記実施例１と同じ成分のインジウムターゲット(Ｉｎ−５ｗｔ％Ｓｎ)を用い、スパッタリング雰囲気中に所定量の酸素ガスを導入し、反応性スパッタ法によって膜厚３５０Åの第１層目の酸化インジウム薄膜を形成し、次に、酸素ガス導入量を変え、膜厚３５０Åの第２層目の酸化インジウム薄膜を形成し、２層構造の透光層を形成した。
【００３３】
最後にスパッタリング雰囲気中に微量(２×１０-3Ｐａ)の酸素ガスを導入した状態でスパッタし、第２層目の酸化インジウム薄膜表面にインジウム薄膜を形成した。
【００３４】
膜厚１０００Åのインジウム薄膜が得られたところでスパッタを終了し、そのインジウム薄膜を金属反射層とし、３層構造の積層膜から成るＢＭ膜を得た。
【００３５】
酸素ガス導入量を種々の値に異ならせて第１層目と第２層目の酸化インジウム薄膜を形成し、それらのＢＭ膜の反射率を測定した結果、第１層目の酸化インジウム薄膜を形成するときには３．５×１０-2Ｐａ、第２層目の酸化インジウム薄膜を形成するときには２．５×１０-2Ｐａの酸素ガスを導入した場合に、波長４００〜７００ｎｍにおいて平均反射率が最も低く、反射率値の波長依存が小さなＢＭ膜が得られた。そのＢＭ膜の反射率特性を図２のグラフに示す。
【００３６】
この図２のグラフを図１のグラフと比較すると、３層構造のＢＭ膜は、２層構造のＢＭ膜に比べ、反射率特性の波長依存性が一層小さくなっている。
【００３７】
【実施例】
(実施例３)
＜Ｚｎ系２層膜の作製＞
次に、金属亜鉛から成るターゲットに用い、スパッタリング雰囲気中に所定量の酸素ガスを導入し、反応性スパッタ法で膜厚５００Åの酸化亜鉛薄膜を形成し、透光層とした。
【００３８】
次に、酸素ガス導入を停止し、アルゴンガスだけのスパッタリング雰囲気中で同じターゲットをスパッタし、膜厚１０００Åの亜鉛金属反射層を連続形成し、金属反射層とすることで、２層構造のＢＭ膜を得た。
【００３９】
酸化亜鉛薄膜を形成するときの酸素ガス導入量を異ならせてＢＭ膜を形成し、反射率を測定した結果、２．５×１０-2Ｐａの酸素ガスを導入した場合に、波長４００〜７００ｎｍにおいて平均反射率が最も低く、反射率値の波長依存が小さなＢＭ膜が得られた。そのＢＭ膜の反射率特性を図３のグラフに示す。
【００４０】
図３のグラフから分かるように、このＢＭ膜の反射率特性は反射率特性は、インジウム系２層構造のＢＭ膜の性能(図１)とほぼ同等の性能である。
【００４１】
【実施例】
(実施例４)
＜Ｚｎ系３層膜の作製＞
実施例３と同様に、金属亜鉛から成るターゲットを用い、スパッタリング雰囲気中に酸素ガスを導入し、反応性スパッタ法によって、膜厚３５０Åの第１層目の酸化亜鉛薄膜を形成し、次に、酸素ガスの添加量を変えてそのターゲットをスパッタし、第１層目の酸化亜鉛薄膜表面に膜厚３５０Åの第２層目の酸化亜鉛薄膜を形成し、第１、第２層の酸化亜鉛薄膜で透光層を形成させた。
【００４２】
最後に、酸素ガスを導入せず、アルゴンガスだけのスパッタリング雰囲気下で同じターゲットをスパッタし、第２の酸化亜鉛薄膜表面に、膜厚１０００Åの金属亜鉛薄膜を形成し、金属反射層とすることで、３層構造の積層膜から成るＢＭ膜を得た。
【００４３】
酸素ガス導入量を種々の値に変え、第１層目と第２層目の酸化亜鉛薄膜を形成した結果、得られたＢＭ膜の反射率特性は、第１層目では３×１０-2Ｐａ、第２層目では２×１０-2Ｐａの酸素ガスを導入したときに、４００〜７００ｎｍにおける平均反射率が最も低く、反射率値の波長依存が小さかった。
そのＢＭ膜の反射率特性を図４のグラフに示す。反射率特性を図２のグラフに示したインジウム系３層構造のＢＭ膜と同等の性能である。
【００４４】
【実施例】
上記実施例１〜４では、ターゲットにインジウムターゲット(Ｉｎ−５ｗｔ％Ｓｎ)又は金属亜鉛のターゲットを用いたが、ターゲットとしては、インジウム又は亜鉛のいずれか一方を主成分とする合金ターゲット(たとえばＩｎ−Ｚｎ系、Ｚｎ−Ａｌ系など)を用いることができる。
また、インジウム酸化物(Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系)ターゲット、又は亜鉛の酸化物(Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｏ系など)のターゲットを用いてもよい。
【００４５】
上記実施例１〜４ではスパッタリングガスとしてアルゴンガスを用いたが、他の不活性ガス(Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅ)やＮ2ガスを用いてもよい。また、不活性ガスにＮ2ガスを添加してもよい。
【００４６】
上記実施例の１〜４では、酸化物薄膜を形成する際には、スパッタリングガスに酸素ガスを添加したが、酸素ガスに代え、二酸化炭素ガス(ＣＯ2ガス)を用いてもよい。
【００４７】
ターゲットとして酸化物ターゲットを用いた場合は、酸化性ガスの代わりに水素ガス(Ｈ2ガス)やメタンガス(ＣＨ4ガス)等の還元性のガスを用い、得られる酸化物薄膜の屈折率を調整することも可能である。
【００４８】
本実施例１〜４では光干渉膜として酸化物薄膜を用いたが、酸化物薄膜の代わりに窒化物薄膜或いは窒化酸化物薄膜を用いて透光層を形成してもよい。
【００４９】
上記実施例１〜４では、２層構造又は３層構造のＢＭ膜を形成したが、４層以上の積層膜によってＢＭ膜を構成させ、反射率値の波長依存を一層小さくすることができる。
【００５０】
【発明の効果】
クロム系積層膜で構成されたＢＭ膜に代え、インジウム、又は亜鉛を主成分とする金属反射層と酸化物薄膜或いは窒化物薄膜との積層膜を用いることにより、低公害でパーティクル発生の少ない低反射黒色のＢＭ膜を得ることができる。
また使用するターゲットに応じて酸化性ガス(Ｏ2，ＣＯ2)、窒化性ガス(Ｎ2)、還元性ガス(Ｈ2，ＣｘＨｙ)を適度に組み合わせることで、透光性を有する薄膜の屈折率を調整し、従来のＣｒ系積層膜から成るＢＭ膜以上に低反射のＢＭ膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インジウム系２層構造のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図２】インジウム系３層構造のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図３】亜鉛系２層構造のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図４】亜鉛系３層構造のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図５】(ａ)、(ｂ)：ＢＭ膜の光干渉効果を説明するための図
【図６】カラーフィルタを説明するための図
【符号の説明】
５１、７１……ＢＭ膜    ５４、７４……透光層  ５５、７５……金属反射層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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