KR100310703B1

KR100310703B1 - 블랙매트릭스기판및그것을사용한컬러필터및액정디스플레이

Info

Publication number: KR100310703B1
Application number: KR1019940004065A
Authority: KR
Inventors: 하라다류다로; 미다무라사도시
Original assignee: 기타지마 요시토시; 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 2001-12-15
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: KR940022155A; US5501900A; EP0614108A1; US5615030A

Abstract

액정디스플레이 등의 플랫디스프레이, CCD 등의 이미저, 또는 컬러센서 등의 컬러필터에 적합하게 사용하는 것이 가능하며, 특히 치수정밀도가 높은 동시에 광학농도가 높고, 또한 저반사율이라는 특성을 구비한 블랙매트릭스기판 및 그와 같은 특성을 가진 블랙매트릭스기판을 사용한 것으로서, 콘트라스비가 높은 컬러 필터 및 시인성(視認性)이 우수한 액정디스플레이를 제공한다.

기판과, 이 기판상에 형성된 흑색패턴을 구비하는 블랙매트릭스기판으로서, 상기 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고, 상기 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가지고, 상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å 두께 환산의 투영면적밀도가 60% 이상이고, 광학농도가 1.5이상이 되도록 블랙매트릭스기판을 구성하고, 이 블랙매트릭스기판을 사용하여 컬러필터를 구성하고, 또한 액정디스플레이를 구성한다.

Description

블랙매트릭스기판 및 그것을 사용한 컬러필터 및 액정디스플레이

제1도는 본 발명의 컬러필터를 사용한 액티브매트릭스방식의 액정디스플레이의 일예를 나타낸 사시도.

제2도는 제1도에 나타낸 액정디스플레이의 개략단면도.

제3도는 제1도에 나타낸 액정디스플레이에 사용되고 있는 컬러필터의 확대부분단면도.

제4도는 본 발명의 블랙매트릭스기판을 제조하게 채용되는 방법의 일예를 나타낸 공정도.

제5도는 본 발명의 블랙매트릭스기판의 개략단면도.

제6도는 본 발명의 블랙매트릭스기판을 제조하는데 적합하게 채용되는 방법의 다른 일예를 나타낸 공정도.

제7도는 본 발명의 블랙매트릭스기판을 제조하는데 적합하게 채용되는 방법의 또 다른 일예를 나타낸 공정도.

제8도는 입자의 투영면적밀도를 측정하기 위한 방법을 모식적으로 나타낸 도면.

제8(a)도는 박리된 측색 패턴(14)을 두께방향으로 600Å 폭으로 슬라이드하는 상태를 나타낸 도면.

제8(b)도는 슬라이스편(14a)을 슬라이스면 방향에서 투과형 전자현미경에 의해 관찰한 상태를 나타낸 도면.

제9도는 본 발명의 샘플 1로서 제작한 흑색패턴을 두께방향으로 600Å 폭으로 슬라이스하여 얻어진 슬라이스편을 슬라이스면방향에서 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 현미경 사진.

제10도는 제9도와 같은 슬라이스편에 대하여 제9도의 촬영조건에 있어서의 배율을 5배 확대하여 촬영한 현미경사진.

제11도는 본 발명의 샘플 3으로서 제작한 흑색패턴을 두께방향으로 600Å폭으로 슬라이스하여 얻어진 슬리이스편을 슬라이스면방향에서 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 현미경사진.

제12도는 제11도와 같은 슬라이스편에 대하여 제11도의 촬영조건에 있어서의 배율을 5배 확대하여 촬영한 현미경사진.

제13도는 비교샘플 1로서 제작한 흑색패턴을 두께방향으로 600Å폭으로 슬라이스하여 얻어진 슬라이스편을 슬라이스면방향에서 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때의 현미경사진.

제14도는 제13도와 같은 슬라이스편에 대하여 제13도의 촬영조건에 있어서의 배율(촬영배율) 및 연신배율(최종배율)을 각각 5배 확대하여 촬영한 현미경사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 감광성 레지스트층. 4 : 릴리프(수지패턴)

5 : 촉매함유 릴리프(촉매함유 수지패턴)

9 : 블랙매트릭스용의 포토마스크. 10 : 컬러필터.

12 : 블랙매트릭스기판. 13 : 기판.

14 : 흑색패턴(블랙매트릭스, 흑색릴리프 또는 차광층).

16 : 착색층 16R,16G,16B : 착색패턴.

본 발명은 블랙매트릭스기판 및 그것을 사용한 컬러필터 및 액정디스플레이에 관한 것이며, 특히 치수정밀도가 높고, 차광성이 우수한 블랙매트릭스기판 및 콘트라스트비가 높은 컬러필터 및 시인성(視認性)이 우수한 액정디스플레이에 관한 것이다.

근년, 플랫디스플레이로서 모노크로 또는 컬러의액정디스플레이가 주목되고 있다. 액정디스플레이에는 3원색의 제어를 행하기 위해 액티브매트릭스방식 및 단순 매틀릭스방식이 있으며, 어느 방식에 있어서도 컬러필터가 사용되고 있다. 그리고, 액정디스플레이는 구성화소부를 3원색(R, G, B)으로 하고, 액정의 전기적 스위칭에 의해 3원색의 각 광의 투과를 제어하여 컬러표시를 행하는 것이다.

이 컬러필터는 투명기판상에 각 착색층과 보호층과 투명전극층을 형성하여 구성되어 있다. 그리고, 발색효과나 표시콘트라스트를 올리기 위해 착색층의 R, G, B의 각 화소의 경계부분에 차광성을 가진 패턴(블랙매트릭스)이 형성된다. 또, 액티브매틀릭스방식의 액정디스플레이에서는 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭소자로서 사용하고 있으므로, 외광에 의한 광리크전류를 억제할 필요가 있다. 그러므로, 블랙매트릭스에 대하여 높은 차광성이 요구된다.

종래, 블랙매트릭스로서는 증착, 스퍼터링 등으로 형성한 크롬박막을 포토에 칭하여 릴리프형성한 것, 친수성(親水性) 수지릴리프를 염색한 것, 흑색안료를 분산한 감광액을 사용하여 릴리프형성한 것, 흑색전착(電着)도료를 전착하여 형성한 것, 인쇄에 의해 형성한 것 등이 있었다.

그러나, 전술한 크롬박막을 포토에칭하여 릴리프형성한 것은 포토프로세스를 사용하므로 치수정밀도가 높지만, 증착이나 스퍼터 등의 진공성막공정이 필요하다는 것과, 제조공정이 복잡하므로 제조코스트가 높고, 또 강한 외광하에서의 표시콘트라스트를 높이기 위해 관찰자측의 반사율을 억제할 필요가 생기고, 그러므로 제조코스트가 더욱 높아지는 저반사크롬의 스퍼터 등을 행할 필요가 있었다. 또, 전술한 미리 흑색염료나 안료를 분산시킨 감광성 레지스트를 사용하는 방법은 제조코스트는 염가로 되지만, 감광성 레지스트가 흑색이므로 포토프로세스가 불충분하게 되기 쉬우므로 치수정밀도를 중시하면 충분한 차광성을 얻기 어렵다는 등, 고품질의 블랙매트릭스를 얻을 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 전술한 인쇄방법에 의한 블랙매트릭스형성에서는 제조코스트의 저감은 가능하지만, 높은 치수정밀도가 요구되는 경우에는 문제가 있었다.

한편, 컬러필터는 블랙매트릭스기판에 있어서의 흑색패턴 사이에 복수의 착색패턴으로 이루어지는 착색층이 배설되고, 다시 이 착색층상에 투명전극이 배설됨으로써 형성되어 있다.

또, 액정디스플레이는 상기 구성의 컬러필터와, 기판상에 전극이 형성된 전극기판과 액정층을 가지며, 컬러필터의 투명전극과 전극기판의 전극이 대향하여 배치되어 있는 동시에, 이들 전극 사이의 액정층이 배설됨으로써 형성되어 있다.

그러나, 종래의 컬러필터, 액정디스플레이에 있어서는 전술한 바와 같이, 그것들에 사용되고 있는 블랙매트릭스기판의 차광성이나 치수정밀도가 충분하지 않으므로, 컬러필터의 콘트라스트비가 충분하지 않을 수가 있으며, 또 액정디스플레이의 시인성에 개선의 여지가 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 해소하여, 치수정밀도가 높고, 차광성이 우수하고, 반사율이 낮다는 이점을 가지며, 예를 들면 컬러센서, 액정디스플레이등의 플랫디스플레이, 또는 CCD 등의 이미저 등에 사용하는 컬러필터에 적합하게 사용할 수 있는 블랙매트릭스기판을 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은 콘트라스트비가 높은 컬러필터 및 시인성이 우수한 액정디스플레이를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 블랙매트릭스기판은 기판과, 이 기판상에 형성된 흑색패턴을 구비하는 블랙매트릭스기판으로서, 상기 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고, 상기 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가지고, 상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å두께 환산의 투영면적밀도가 60%이상이고, 광학농도가 1.5이상이 되도록 구성하고,

또, 본 발명의 컬러필터는 기판과 이 기판상에 형성된 흑색패턴으로 이루어지는 블랙매트릭스기판과, 이 블랙매트릭스기판에 있어서의 흑색패턴 사이에 형성된 복수의 착색패턴으로 이루어지는 착색층과, 이 착색층상에 형성된 투명전극을 가진 컬러필터로서, 상기 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고, 상기 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가지고, 상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å 두께 환산의 투영면적밀도가 60%이상이고, 상기 블랙매트릭스기판의 광학농도가 1.5이상이 되도록 구성하고,

또한, 본 발명의 액정디스플레이는 기판과 이 기판상에 형성된 흑색패턴으로 이루어지는 블랙매트릭스기판과, 이 블랙매트릭스기판에 있어서의 흑색패턴 사이에 형성된 복수의 착색패턴으로 이루어지는 착색층과, 이 착색층상에 형성된 투명전극을 가진 컬러필터와, 기판상에 전극이 형성된 전극기판과, 액정층을 가지며, 상기 컬러필터의 투명전극과 상기 전극기판의 전극이 대향하여 배치되어 있는 동시에, 이들 전극 사이에 상기 액정층이 배설된 액정디스플레이로서, 상기 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고, 상기 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가지고, 상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å 두께 환산의 투영면적밀도가 60%이상이고, 상기 블랙매트릭스기판의 광학농도가 1.5이상이 되도록 구성하였다.

금속입자는 촉매성분을 함유하는 미리 형성된 수지패턴중에 석출된다. 이 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가지고, 흑색패턴에 있어서의 금속입자의 600Å 두께 환산의 투영면적밀도가 60%이상이다. 이와 같은 금속입자를 함유하는 흑색패턴을 가진 블랙매트릭스기판의 광학농도는 1.5이상이다. 따라서, 패턴형성이 용이하고, 예를들면 수지패턴의 형성재료에 감광성 수지나 전자선 레지스트를 사용하면, 치수정밀도가 높다는 이점이 있고, 또 박막이라도 차광성이 우수하고, 또한 관측자측에서의 광반사율이 낮다는 이점을 가진 블랙매트릭스기판이 제공된다.

그리고, 이와 같은 이점을 가진 블랙매트릭스기판을 사용하여 컬러필터를 구성하면, 블랙매트릭스층의 반사율의 저감에 의해 외광의 영향을 잘 받지 않고, 또한 충분한 콘트라스트비를 가진다는 이점을 가진 컬러필터가 제공된다.

또, 상기 블랙매트릭스기판을 사용하여 액정디스플레이를 구성하면, 블랙매트릭스층의 저반사율화에 의해 박막트랜지스터(TFT)에의 광조사량이 감속하고, 그 결과, TFT의 광전류의 감소에 따라서 게이트오프전압도 감소하여 소비전력이 적고, 또한 이 컬러필터의 콘트라스트비가 높으므로 시인성이 우수하다는 이점을 가진 액정디스플레이가 제공된다.

다음에, 도면을 참조하면서 바람직한 실시양태에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 블랙매트릭스기판을 사용한 액티브매트릭스방식에 의한 액정디스플레이(LCD)의 일예를 나타낸 사시도이며, 제2도는 역시 개략단면도이다. 제1도 및 제2도에 있어서, LCD(1)는 컬러필터(10)와 투명유리기판(20)을 시일재(30)를 통해 대향시키고, 그 사이에 토션네마틱(TN)액정으로 이루어지는 두께 약 5~10㎛정도의 액정층(40)을 형성하고, 다시 컬러필터(10)와 투명유리기판(20)의 외측에 편광판(50),(51)이 배설되어 구성되어 있다.

제3도는 컬러필터(10)의 확대부분단면도이다. 제3도에 있어서, 컬러필터(10)는 투명기판(13)상에 흑색패턴(흑색릴리프 또는 블랙매트릭스)(14)을 형성한 블랙매트릭스기판(12)과, 이 블랙매트릭스기판(12)의 블랙매트릭스(14)사이에 형성된 착색층(16)과, 이 블랙매트릭스(14)와 착색층(16)을 덮도록 배설된 보호층(18) 및 투명전극(19)을 구비하고 있다. 이 컬러필터(10)는 투명전극(19)이 액정층(14)측에 위치하도록 배설되어 있다. 그리고, 착색층(16)은 적색패턴(16R), 녹색패턴(16G), 청색패턴(16B)으로 이루어지고, 각 책색패턴의 배열은 제1도에 나타낸 바와 같이 모자이크배열로 되어 있다. 그리고, 착색패턴의 배열은 이것에 한정되는 것은 아니고, 3각배열, 스트라이프배열 등으로 해도 된다.

또, 투명유리기판(20)상에는 표시전극(22)이 각 착색패턴(16R),(16G),(16B)에 대응하도록 배설되고, 각 표시전극(22)은 박막트랜지스터(TFT)(24)를 가지고 있다. 또, 각 표시전극(22)사이에 블랙매트릭스(14)에 대응하도록 주사선(게이트전극 모션)(26a)과 데이터선(26b)이 배설되어 있다.

이와 같은 LCD(1)에서는, 각 착색패턴(16R),(16G),(16B)이 화소를 구성하고, 편광판(51)측에서 조명광을 조사한 상태에서 각 화소에 대응하는 표시전극을 온, 오프시킴으로써 액정층(40)이 셔터로써 작동하고, 착색패턴(16R),(16G),(16B)의 각각의 화소를 광이 투과하여 컬러표시가 행해진다.

이와 같은 컬러필터(10)를 구성하는 블랙매트릭스기판(12)은 제5도에 나타낸 바와 같이, 기판(13)과, 이 기판(13)상에 형성되어, 최소한 금속입자를 내부에 함유하는 흑색패턴(14)를 구비한다.

기판(13)으로서는, 투명기판 또는 반사부를 가진 기판이 사용된다. 투명기판으로서는, 석영유리, 붕규산유리, 소다라임유리나 저팽창유리 등의 가요성(可撓性)이 없는 리지드재, 또는 투명수지필름, 광학용 수지판 등의 가요성을 가진 플렉시블재 등을 사용할 수 있다. 이 중에서 특히 코닝사(社) 제품 7059 유리는 열팽창율이 작은 소재이며, 치수안정성 및 고온가열처리에 있어서의 작업성이 우수하고, 또 유리중에 알칼리성분을 함유하지 않는 무알칼리유리이므로, 액티브매트릭스방식의 LCD용의 컬러필터에 적합하다. 또, 반사투영형 등의 용도에 상기 투명기판의 한쪽 측면에 금속반사막을 형성한 것이라도 되고, 또 박막트랜지스터나 실리콘기판상의 액티브매트릭스의 표시전극에 금속반사막을 사용해도 된다. 반사부를 가진 기판을 사용한 경우에는 반사형의 컬러필터용의 블랙매트릭스기판이 되고, 반사투영형이나 게스트호스트나 산란형의 표시모드에 적합하다.

흑색패턴(14)은 소정의 패턴형상으로 형성된 수지(이하, 수지패턴이라 함)와, 이 수지중에 함유되는 금속입자를 가진다. 이와 같은 흑색패턴(14)은 무전해도금액중의 금속이온을 환원하는 능력을 가진 환원제를 사용한 무전해도금에 의해, 촉매성분을 함유하는 수지패턴중에 금속입자를 석출하여 형성된다. 수지패턴에 사용하는 수지로서는, 인쇄법 또 포토리소그라피법으로 형성가능한 수지를 적용할 수 있다. 인쇄법에서 사용되는 수지로서는, 예를 들면 요판(凹版)옵셋인쇄를 예로 들면, 공지의 여러 가지 그라비아잉크 등을 들 수 있다. 이 경우, 잉크중에 미리 후술하는 촉매성분을 함유시켜도 되고, 또한 후공정에서 촉매성분을 이온상태로 함침시키고, 그 후 환원시켜서 촉매활성을 부여해도 된다. 포토리소그라피법에서 사용하는 수지에 대해서는, 프로세스와 함께 후에 상세히 설명한다.

흑색패턴(14)에 함유되는 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포, 보다 바람직하기로는 입경 10~30nm의 범위의 입자가 전입자의 80 중량% 이상인 입경분포를 가진 것이, 특히 반사율을 낮게 유지하면서, 광학농도를 높이는데 적합하다. 이와 같은 입경분포를 갖지 않고, 50nm를 초과하는 입자가 많아지면, 금속입자가 반사성을 가질뿐만 아니라 막면에서 연속막을 형성하여, 막표면을 연속막으로 덮어, 수지중의 도금반응을 억제한다는 문제점이 생긴다. 한편, 이와 같은 입경분포를 갖지 않고, 5nm미만의 입자가 많으면 블랙매트릭스로서 필요한 광학농도(1.5이상)를 얻을 수 없다는 문제점이 생긴다. 그리고, 본 발명에서 말하는 입경이라는 것은 블랙매트릭스 절편(切片)의 TEM 단면사진으로 예를 들면 100개의 샘플경을 측정하여 통계처리한 값이다.

또한, 흑색패턴(14)에서 함유하는 금속입자는 입자의 600Å 두께 환산의 투영면적밀도가 60%이상, 보다 바람직하기로는 80%이상이며, 또한 광학농도가 1.5이상인 것이 필요하다. 입자의 600Å두께 환산의 투영면적밀도가 60% 미만으로 되면, 상기 규정내의 입경일지라도, 필요한 광학농도를 얻을 수 없다. 광학농도는 또한 흑색패턴(14)의 막두께에도 관계하고, 그 두께는 상기 광학농도가 1.5이상이 되도록 설정된다. 광학농도가 1.5미만으로 되면, 블랙매트릭스로서의 차광성이 불충분하게 된다. 그리고, 입자의 600Å 두께 환산의 투명면적밀도는 제8도에 나타낸 바와 같이, 흑색패턴(14)을 두께방향으로 초미크로톰을 사용하고, 600Å의 폭으로 슬라이스하여(제8도(a)), 이 슬라이스편(14a)을 슬라이스면방향에서 투과형 전자현미경으로 관찰하여 구한다(제8도(b)), 그리고, 구체적인 측정법의 일예를 들면, 절편의 두께는 다중미분간섭 현미경 등으로 측정하여, 600Å에 가까운 것을 선정해서 사용하였다. 그리고, 반드시 600Å의 두께로 슬라이스하는 것은 곤란하며, 가령 그것에 가까운 두께로 슬라이스된 두께를 t(A)로 하고, 이 때에 투영밀도 d(%)라는 측정치를 얻은 경우, 600Å 두께의 투명면적밀도 D(%)에의 환산은 다음 식에 의해 산출하였다.

상기 금속입자의 입경은 블랙매트릭스기판의 제법에 있어서, 예를 들면 ①도금시간 ②도금반응시의 도금욕온도 또는 도금액의 pH ③도금액의 교반요동 ④촉매부여시의 촉매처리액의 농도, 처리시간 등의 요인에 의해 변화할 수 있다. 이와 같은 흑색패턴(14)의 기판측 및 흑색패턴의 표면측에서의 반사율중 최소한 한쪽에서의 반사율은 30%이하, 보다 바람직하기로는 15%이하이다. 반사율이 30%를 초과하면, 외광에 의한 반사가 시인성(視認性)을 방해하므로 표시 콘트라스트를 충분히 취할 수 없다.

이와 같은 본 발명의 블랙매트릭스기판(12)의 제조의 일예를 제4도에 나타내고, 이 도면에 따라서 다음에 설명한다. 그리고, 수지패턴은 포토리소그라피법으로 형성하고 있다. 먼저, 기판(13)상에 친수성 수지를 함유하는 감광성 레지스트를 도포하여 두께 0.1~5.0㎛정도의 감광성 레지스트층(3)을 형성한다(제4도(a)). 다음에, 블랙매트릭스용의 포토마스크(9)를 통해 감광성 레지스트층(3)을 노광한다(제4도(b)). 그리고, 노광 후의 감광성 레지스트층(3)을 현상하여 블랙매트릭스용의 패턴을 가진 릴리프화상(4)(수지패턴)을 형성한다(제4도(c)). 다음에, 이 투명기판(13)에 열처리(70~200℃, 5~60분간 정도)를 행한 후, 무전해도금의 촉매로 되는 촉매성분으로서의 금속화합물의 수용액에 릴리프화상(4)을 침지하고, 수세(水洗)하여 촉매함유 릴리프(5)(촉매함유 수지패턴)로 한다(제4도(d)). 그리고, 투명기판(130상의 촉매함유 릴리프(5)를 무전해도금액에 접촉시킴으로써 흑색패턴(흑색릴리프)(14)으로 하고, 다시 이 흑색패턴에 가열 또는 경막제(硬膜濟)도포에 의한 경막처리를 행하여 블랙매트릭스기판(12)을 형성한다.(제4도(e)). 그리고, 열처리는 촉매함유 릴리프를 형성한 후에 행하여도 된다.

제6도에 나타낸 예에서는, 먼저 기판(13)상에 친수성 수지 및 무전해도금의 촉매로 되는 금속화합물의 수용액을 함유하는 감광성 레지스트를 도포하여 두께 0.1~5.0㎛정도의 감광성 레지스트층(6)을 형성한다(제6도(a)). 다음에, 블랙 매트릭스용의 포토마스크(9)를 통해 감광성 레지스터층(6)을 현상하여 건조함으로써, 블랙매트릭스용의 패턴을 가진 릴리프화상(7)(촉매함유 수지패턴)을 형성한다(제6도(c)). 이 경우의 릴리프화상(7)은 제4도에 나타낸 릴리프화상(4)과는 다르고, 무전해도금의 촉매로 되는 금속화합물을 함유한 촉매함유 릴리프(촉매함유 수지패턴)이다.

상기와 같이 하여 작성한 릴리프화상(7)을 사용하여 흑색패턴(블랙매트릭스)(14)를 형성하는데는, 먼저 이 릴리프화상(7)에 열처리(70~200℃, 5~60분간)를 행하고, 다음에 기판(13)상의 릴리프화상(촉매함유 릴리프)(7)를 무전해도금액에 접촉시킴으로써, 릴리프내에 금속입자를 석출하여 흑화(黑化)시켜서, 흑색패턴(블랙매트릭스)(14)을 형성한다(제6도(d)). 이 경우에도, 블랙매트릭스에 가열 또는 경막제 도포에 의한 경막처리를 행해도 되는 것은 물론이다.

또한, 제7도에 나타낸 예에 있어서는, 먼저 투명기판(13)상에 친수성 수지, 디아조기 또는 아지드기를 가진 화합물 및 무전해도금의 촉매로 되는 금속화합물을 함유한 감광성 레지스트를 도포건조하여 두께 0.1~5.0㎛, 바람직하기로는 0.1~2.0㎛ 정도의 감광성 레지스트층(8)을 형성한다(제7도(a)). 여기서, 디아조기, 아지드기를 가진 화합물은 무전해도금시에 도금의 억제효과가 있으며, 이들과 친수성 수지, 무전해도금의 촉매로 되는 화합물을 함유하는 레지스트를 사용하여, 패턴노광하여 무전해도금액과 접촉함으로써 무전해도금의 금속입자가 레지스트층중에 형성되어 차광층으로 되는 것은 알려져 있다(일본국 특개소 57(1982)-104928호, 특개소 57(1982)-104929호), 다음에, 블랙매트릭스용의 포토마스트(9)를 통해 감광성 레지스트층(8)을 노광함으로써, 본 발명의 릴리프화상(8')으로 한다(제7도(b)). 즉, 이 릴리프화상(8')은 무전해도금의 촉매로 되는 금속화합물을 함유한 촉매함유 릴리프인 동시에, 디아조기 또는 아지드기를 가진 화합물에 의한 도금억제효과가 상기의 노광에 의해 블랙매트릭스의 패턴형상으로 해제된 것으로 되어 있다.

상기와 같이 하여 작성한 릴리프화상(8')을 사용하여 블랙매트릭스(14)를 형성하는데는, 이 기판(13)을 무전해도금액에 접촉시킴으로써 노광부분에 무전해도금의 금속입자를 석출시켜 흑화시켜서, 블랙매트릭스(14)를 형성한다(제7도(c)).

그리고, 제7도(d)에 나타낸 바와 같이, 미노광부분을 현상하여 제거해도 된다.

상기의 블랙매트릭스기판의 제조예에 있어서, 공통으로 특징적인 것은, 종래의 무전해도금과 같은 70℃~90℃정도의 욕온(浴溫)에서의 반응이 아니라 20℃~40℃정도의 욕온에 의해 무전해도금의 촉매로 되는 금속화합물의 존재하에서, 이 금속화합물과 무전해도금액에 함유되는 피환원성 금속염을 환원할 수 있는 환원제에 의해 상기 피환원성 금속염의 환원이 종래의 무전해도금에 비해 매우 저속도로 행해짐으로써, 레지스트(수지)내에 서서히 금속입자가 석출·성장하고, 금속입자가 흑색패턴(차광층)내에 균일하게 석출되는 것이다.

따라서, 흑색패턴은 금속입자 및 경우에 따라서는 피환원성 금속염과, 무전해도금으로 될 금속화합물 및 경우에 따라서는 이 금속화합물이 환원되어 생성된 금속과, 환원제를 함유한다.

흑색패턴(14)의 수지패턴은 친수성의 천연단백질 및 이들로부터 인위적인 처리에 의해 얻어지는 단백질, 친수성 천연수지, 친수성 합성수지 등을 사용하여 형성되어 있으며, 수지패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 점에서 감광성 레지스트를 사용하는 것이 바람직하다. 감광성을 갖지 않는 수지 등을 사용하는 경우에는, 각종 인쇄법 등에 의해 패턴화하여 형성해도 된다.

감광성 레지스트로서는, 예를 들면 젤라틴, 카세인, 글루, 난백(卵白)알부민등의 천연단백질, 카르복시메틸셀룰로스, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌옥사이드, 무수말렌인산 공중합체, 및 상기 수지의 카르본산 변성물 또는 술폰산 변성물 등의 친수성 수지를 1종 또는 복수종을 혼합한 것에 대하여, 예를 들면 디아조기를 가진 디아조늄화합물 및 파라포름알데히드의 반응생성물인 디아조수지, 아지드기를 가진 아지드화합물, 폴리비닐알코올에 계피산을 축합한 계피산축합수지, 스틸바조륨염을 사용한 수지, 중그롬산 암모늄 등의 광경화형의 감광성기를 가진 것을 첨가함으로써 감광성을 부여한 것을 들 수 있다. 또, 감광성 레지스트에는, 세라믹스나 다공질 알루미나 등의 무기물질이 첨가되어 있어도 된다. 이 무기물질은 감광성 레지스트중에 0.1~10중량%의 범위에서 함유시킬 수 있다. 그리고, 감광성기는 전술한 광경화형 감광성기에 한정되지 않는 것은 물론이다. 이와 같이, 감광성 레지스트중에 친수성 수지가 함유되어 있음으로써, 전술한 바와 같이 촉매함유 릴리프(5)가 무전해도금액과 접촉했을 때에, 무전해도금액이 촉매함유 릴리프(5)에 침투하기 쉽게 되어, 촉매함유 릴리프(5)중에 균일하게 금속입자가 석출·성장할 수 있다.

이와 같은 감광성 레지스트중, 친수성의 폴리비닐알코올수지로서는, 변성폴리비닐알코올 및 미변성폴리비닐알코올을 들 수 있다. 또한, 상기 변성폴리비닐 알코올로서는, 예를 들면 술폰산기 변성물, 아세트아세틸기 변성물, 카티온기 변성물, 아크릴아미드기 변성물, 카르복실기 변성물 등을 들 수 있다. 이들 친수성 폴리비닐알코올수지는 감화도가 86~99, 평균중합도가 500~1700인 것이 바람직하다.

여기서, 블랙매트릭스의 요구특성인 고광학농도, 저반사율 등을 만족시키는데는, 전술한 바와 같이 촉매성분을 함유하는 수지패턴내에의 상기 금속입자의 석출성이 양호하다는 것이 중요하다. 이 금속입자의 석출성은 촉매를 함유하는 수지패턴내에 있어서의 무전해도금액의 침투성과 강한 상관이 있다고 생각된다. 따라서, 감광성 레지스트내에 함유되는 폴리비닐알코올수지의 구조물성이 중요하게 된다. 일반적으로는, 폴리비닐알코올 피막의 수용액중에서의 팽윤성은 그 결정성에 의존하는 것이 알려져 있으며, 이것으로부터 무전해도금액의 침투성이 감광성 레지스트중의 폴리비닐알코올의 결정성에 의존한다고 생각된다.

본 발명에서는, 상기의 관점에서 흑색패턴형성 전에 있어서의 수지패턴중의 폴리비닐알코올의 결정성을 X선 회절법에 의한 산란강도치로 평가했을 때의 X선 산란강도가 200~580 cps/㎛의 범위에 있는 것이 바람직하며, 300~400cps/㎛의 범위에 있는 것은 더욱 바람직하다. 이 산란강도치가 580cps/㎛을 초과하면, 수지패턴에의 금속입자의 석출성이 악화되어 광학농도가 높은(약 3이상) 블랙매트릭스를 얻을 수 없는 수가 있다. 또, 산란강도치가 200cps/㎛ 미만으로 되면, 촉매를 함유하는 수지패턴(촉매함유 릴리프)이 무전해도금액에 용해된다는 문제점이 생기는 일이 있다.

흑색패턴형성 전에 있어서의 수지패턴중의 폴리비닐알코올의 X선 산란강도치를 상기의 범위로 설정하면, 촉매함유 릴리프가 무전해도금액과 접촉했을 때에, 무전해도금액이 촉매함유 릴리프내에 침투하기 쉽게 되어, 촉매함유 릴리프중에 금속입자가 균일 또한 신속하게 석출하게 된다. 이로써, 형성된 블랙매트릭스(14)는 충분한 광학농도와 저반사율을 가지는 동시에 치수정밀도가 양호하며, 크롬박막으로 이루어지는 종래의 블랙매트릭스에 있어서의 금속층에 의한 반사라는 문제가 해소된다.

본 발명에 있어서 사용하는 무전해도금의 촉매로 되는 금속화합물은, 예를 들면 팔라듐, 금, 은, 주석, 아연, 백금, 동 등의 염화물, 황산염, 질산염 등의 수용성염, 및 착화합물이 사용된다. 특히, 본 발명에서는, 수용액으로서 시판되고 있는 무전해도금용의 엑티베이터용액을 그대로, 또는 희석하여 사용할 수 있다. 이와 같은 금속화합물은 전술한 바와 같이 감광성 레지스트중에 함유시키는 경우, 금속이온환산으로 0.01~5중량%정도 함유되는 것이 바람직하다.

무전해도금액은, 예를 들면 차아인산, 차아인산나트륨, 수소화 붕소나트륨, N-디메틸아민보란, 보라진유도체, 히드라진, 포르말린 등의 환원제와, 예를 들면 니켈, 코발트, 철, 동, 크롬, 파라듐, 금, 백금, 주석, 아연 등의 수용성의 피환원성 중금속염(이들은 도금액중에서는 금속이온을 형성함)과, 도금속도, 환원효율 등을 향상시키는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등의 염기성 화합물과, 무기산, 유기산 등의 pH조정제, 구연산나트륨, 아세트산나트륨 등의 옥시카르본산, 붕산, 탄산, 유기산, 무기산의 알칼리염으로 대표되는 완충제와, 구연산, 구연산 3나트륨, 구연산수소 2암모늄, 주석산, 주석산나트륨, 글리코올산, 호박산나트륨, 말론산나트륨, 그리신, 로셰르염, 사과염, 에틸렌디아민, 디에틸트리아민, 트리에틸렌테트라민 등의 유기카르본산 및 그 염으로 대표되는 것으로서 중금속이온의 안정화를 도모하는 것을 목적으로 한 착화제(錯化濟)외에, 반응촉진제, 안정제, 계면활성제 등을 함유하는 무전해도금액이 사용된다. 또, 무전해도금액에 있어서의 환원제의 농도는 0.03~0.07mol/l이 바람직하고, 착화제의 농도는 0.1~1.0mol/l이 바람직하고, 금속염의 농도는 0.1~0.3mol/l이 바람직하다.

무전해도금에 있어서의 반응속도를 콘트롤하는데 있어서, 무전해도금액의 pH치는 6~9, 도금액온도는 20~40℃가 바람직하다.

또, 2종 이상의 무전해도금액는 병용해도 된다. 예를 들면, 먼저 핵(예를 들면 무전해도금의 촉매로 될 금속화합물로서 팔라듐을 사용한 경우에는 팔라듐의 핵)을 만들기 쉬운 수소화붕소나트륨과 같은 붕소계 환원제를 함유하는 무전해도금액을 사용하고, 다음에 금속석출속도가 빠른 차아인산계 환원제를 함유하는 무전해도금액을 사용할 수 있다.

전술한 바와 같은 블랙매트릭스기판(12)의 블랙매트릭스(14)사이에 있어서의 적색패턴(16R), 녹색패턴(16G), 청색패턴(16B)으로 이루어지는 착색층(16)의 형성은 포토레지스트의 염색법, 미리 안료를 분산한 감광성 수지를 도포 후 포토리소그라피법으로 패턴화하는 분산법, 오프세트 등의 인쇄법, 전착법(電着法)등의 공지의 여러 가지 방법에 따라서 행할 수 있다.

컬러필터(10)의 표면평활화, 신뢰성의 향상 및 액정층(40)에의 오염방지 등을 목적으로 하고, 컬러필터(10)의 블랙매트릭스(14)와 착색층(16)을 덮도록 보호층(18)을 형성해도 된다. 이보호층(18)의 형성재료에는, 예를 들면 아크릴계수지, 우레탄계수지, 폴리에스테르계수지, 에폭시계수지, 폴리이미드계수지 등의 투명수지, 특히 열 또는 광에 의한 경화형의 것이 바람직하게 사용된다. 또한, 보호층(18)은 예를 들면 산화규소 등의 투명무기화합물 등을 사용하여 형성할 수도 있다. 보호층(18)의 두께는 0.5~50㎛정도가 바람직하다.

투명공통전극(19)으로서는, 예를 들면 산화인듐주석(ITO)막을 사용할 수 있다. ITO막은 증착법, 스퍼터법 등의 공지의 방법에 의해 형성할 수 있고, 두께는 200~2000Å정도가 바람직하다.

다음에, 실험예를 나타내어 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

[실험예 1]

(본 발명 샘플 1의 제작)

투명기판으로서, 미리 플라시마처리가 실시된 100㎛두께의 폴리에스테르필름(히가시레 제품 : 루미라 T/100을 유리에 밀착시킨 것을 사용하였다. 이 기판의 폴리에스테르필름상에 하기 조성의 감광성 레지스를 스핀코트법(1500 r.p.m.)으로 두께 0.6㎛로 되도록 도포하였다. 그 후, 70℃, 10분간 건조하고, 감광성 레지스트층을 형성하였다.

[감광성 레지스트조성]

다음에, 감광성 레지스트층을 가진 투명필름을 유리에서 떼어내에 감광성 레지스트층에 대하여 블랙매트릭스형성용의 포토마스크(네거티브, 선폭=20㎛)를 통해 노광을 행하였다. 광원은 초고압 수은등 2Kw을 사용하여, 2초간 조사(照射)하였다. 그 후, 상온의 물을 사용하여, 스프레이현상을 행하여 에어건조하였다. 이어서, 이 투명필름에 100℃, 30분간의 열처리를 행하여, 블랙매트릭스용의 선폭 20㎛의 릴리프를 형성하였다.

다음에, 이 투명필름을 염화팔라듐수용액(니혼카니젠 제품:레드슈마 5배 희석액)에 2분간 침지하고, 수세(水洗), 수절(水切)후, 붕소계 환원제를 함유하는 30℃의 니켈도금액(오꼬노 세이야꾸(奧野製藥) 제품:니켈도금액 톱케미아로이 B-1)에 4분간 침지시키고, 수세건조하여 차광층(블랙매트릭스)을 형성하여, 블랙매트릭스기판을 얻었다.

이 샘플 1의 흑색패턴을 두께방향으로 600Å폭으로 슬라이스하고, 그 슬라이스편을 슬라이스면방향에서 투과형 전자현미경((주) 히다찌세이사꾸쇼(日立製作所)제품 「H-8100」)으로 관찰하고, 하기의 조건으로 사진촬영을 하였다. 촬영된 현미경사진을 제9도에 나타낸다.

[촬영 조건]

또한, 상기 슬라이스편에 대하여 하기의 조건으로 사진촬영을 하였다. 촬영된 현미경사진을 제10도에 나타낸다.

[촬영 조건]

(본 발명 샘플의 2의 제작)

상기 본 발명 샘플 1의 도금시간을 4분간에 10분간으로 변경한 이외는, 상기 본 발명 샘플 1과 동일하게 하여 본 발명 샘플 2를 작성하였다.

(본 발명 샘플 3의 제작)

상기 본 발명 샘플 1의 도금시간을 4분간에 15분간으로 변경한 이외는, 상기 본 발명 샘플 1과 동일하게 하여 본 발명 샘플 3를 작성하였다.

이 샘플(3)의 흑색패턴을 두께방향으로 600Å 폭으로 슬라이스하고, 그 슬라이스편을 슬라이스면방향에서 투과형 전자현미경((주)히다찌세이사꾸쇼 제품 「H-8100」)으로 관찰하고, 하기의 조건으로 사진촬영을 하였다. 촬영된 현미경 사진을 제11도에 나타낸다.

[촬영 조건]

또한, 상기 슬라이스편에 대하여 하기의 조건으로 사진촬영을 하였다. 촬영된 현미경사진을 제12도에 나타낸다.

[촬영 조건]

(본 발명 샘플 4의 제작)

릴리프형성공정까지는 상기 본 발명 샘플 1과 동일하게 행하고, 그 후 촉매활성액으로서 석출한계에 가까운 염화팔라듐 수용액(니혼카니젠 제품 : 레드슈마 50배 희석액)에 2분간 침지하고, 수세, 수절 후, 붕소계 환원제를 함유하는 실온의 니켈도금액(오꾸노세이야꾸 제품 : 니켈도금액 톱케미아로이 B-1)에 9분간 침지시키고, 수세건조하여 흑색패턴(블랙매트릭스)을 형성하여, 블랙매트릭스기판을 얻었다.

(본 발명 샘플 5의 제작)

상기 본 발명 샘플 4의 도금시간을 9분간에서 35분간으로 변경한 이외는, 상기 본 발명 샘플 4와 동일하게 하여 본 발명의 샘플 5를 작성하였다.

(비교샘플 1의 제작)

상기 본 발명 샘플 1의 도금시간을 4분간에서 15분간으로 변경한 이외는, 상기 본 발명 샘플 1과 동일하게 하여 비교샘플 1을 제작하였다.

이 비교샘플 1의 흑색패턴을 두께방향으로 600Å폭으로 슬라이스하고, 그 슬라이스편을 슬라이스면방향에서 투과형 전자현미경((주) 히다찌세이사꾸쇼 제품「H-8100」)으로 관찰하고, 하기의 조건으로 사진촬영을 하였다. 촬영된 현미경사진을 제13도에 나타낸다.

[촬영 조건]

또한, 상기 슬라이스편에 대하여 하기의 조건으로 사진촬영을 하였다. 촬영된 현미경사진을 제14도에 나타낸다.

[촬영 조건]

(비교샘플 2의 제작)

상기 본 발명 샘플 1의 도금시간을 4분간에서 2분간으로 변경한 이외는, 상기 본 발명 샘플 1과 동일하게 하여 비교샘플 2를 제작하였다.

(비교샘플 3의 제작)

상기 본 발명 샘플 4의 도금시간을 9분간에서 3분간으로 변경한 이외는, 상기 본 발명 샘플 4와 동일하게 하여 비교샘플 3를 제작하였다.

(비교샘플 4의 제작)

상기 본 발명 샘플 4의 도금시간을 9분간에서 6분간으로 변경한 이외는, 상기 본 발명 샘플 4와 동일하게 하여 비교샘플 4를 제작하였다.

이들 9개의 샘플(본 발명 샘플 1~5, 비교샘플 1~4)에 대하여, 흑색패턴(차광층)중에 석출한 니켈미립자의 입자경 및 투영면적밀도를 투과형 전자현미경((주) 히다찌세이사꾸쇼, H-8100)에 의해 측정하였다.

또한, 블랙매트릭스의 광학농도(OD), 파장 555nm에 있어서의 반사율(R)을 현미분광장치(오린파스고가꾸고교(光學工業) 제품 : AH2-STK/STK)에 의해, 기판에 대하여 대략 수직입사하는 광에 대한 정반사광을 측정하여 구하였다. 그리고, 블랙매트릭스의 광학농도는 상기 장치에 의해, 투명기판을 레퍼런스(100%투과율)로 하고, 광을 완전히 차단한 경우, 백그라운드(0% 투과율)를 기준치로 하여 측정한 가시영역 400~700nm내에서 가장 높은 투과율T(%)에 대하여 OD=-log(T/100)의 계산에 의해 산출하였다. 또, 반사율은 레퍼런스로서 알루미늄증착판을 백르라운드로 하여 전혀 반사물체가 없는 경우를 기준치로 하여 측정하였다.

또, 반사율로서는 흑색패턴(14)의 기판측에서 광조사한 경우의 값(관찰자측) 및 흑색패턴의 표면(막면)측에서 광조사한 경우의 값으로 2종의 반사율을 측정하였다.

측정결과를 하기 표1에 나타낸다. 그리고, 광학농도 3 이상은 투과율 0.1% 이하로 되고, 0.1%이하의 값의 유의차(有意差)는 없으므로 OD≥3 이라고 표기하였다.

[표 1]

표1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 샘플 1~5는 니켈입자의 입자경이 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상이고, 또한 입자의 투명면적밀도가 60%이상이므로, 관찰자측(막면과 반대측)의 반사율이 종래의 금속크롬(반사율 60% 이상)에 비해 현저히 저하하고, 또한 흑색패턴의 차광층으로서의 필요한 광학농도(1.5이상)도 충분히 얻어져 있으며, 블랙매트릭스기판으로서는 매우 우수한 것이었다. 특히, 본 발명 샘플 1은 막면측에서의 반사율도 양호하였다. 이에 대하여, 비교샘플 1 및 3은 니켈입자의 평균입자경 5nm를 초과하지만, 전입자의 20%이상이 5nm미만이고, 또한 입자의 투영면적밀도도 20%이하로 되고, 반사율에 있어서는 저반사이지만, 흑색패턴(블랙매트릭스)의 차광층이라는 본래의 기능를 얻기 위한 광학농도가 충분히 얻어져 있지 않아서, 블랙매트릭스기판으로서는 불충분한 것이었다(이것은 눈으로도 충분히 확인할 수 있었다). 또, 비교샘플 2 및 4는 니켈입자의 평균입자경이 각각 9.3nm, 14.1nm이며, 또 입경 5~50nm의 범위의 입자도 전입자의 80%이상이며, 이들에 대해서는 본 발명의 규정내에 있지만, 입자의 투명면적밀도가 60%미만(57.3%, 54.0%)으로 되어, 충분한 광학농도가 얻어져 있지 않아서, 이것도 비교샘플 1 및 3과 마찬가지로 블랙매트릭스기판으로서는 불충분한 것이었다.

[실험예 2]

다음에, 본 발명 샘플 1과 동일한 조건에, 의해 유리기판상에 흑색패턴을 형성하였다. 이 블랙매트릭스기판을 사용하여, 하기의 요령으로 컬러필터를 제작하였다.

즉, 판(版)깊이 6㎛, 폭 110㎛의 스트라이프형의 요부를 가진 판, 및 실리콘블랭킷을 사용하여 요판오프세트인쇄법에 의해, 블랙매트릭스기판상의 블랙매트릭스 사이에, 하기 잉크조성물 s-1, s-2, s-3을 이 순서로 인쇄하고, 각각 블루, 그린, 레드의 110㎛ 폭의 스트라이프패턴을 인쇄형성하였다. 그후, 상기 기판을 200℃에서 30분간 가열함으로써, 잉크조성물을 열경화시켜서 막두께 2~3㎛의 착색층을 얻었다.

[와니스의 조성]

잉크조성물(s-1)의 조성

[잉크조성물(s-2)의 조성]

[잉크조성물(s-3)의 조성]

다음에, 전술한 바와 같이 보호층과 투명전극을 형성하여 컬러필터를 얻었다.

즉, 보호층의 형성은 하기에 나타낸 조성의 도공액(塗工液)을 스핀코트법(회전수 = 1500 r.p.m)에 의해 상기 착색층상에 도포하였다(막두께=2.0㎛).

(보호층 형성용의 도공액조성)

그리고, 이 도포막에 대하여 다이닛폰(大日本)스크린(주)제품의 프록시미티노광장치를 사용하여 노광량 150mJ/㎠으로 전면 노광을 행하였다. 그 후, 기판을 상온의 1, 1, 2, 2-테트라클로로에탄에 1분간 침지하고, 도포막의 미경화부분만을 제거하여, 보호막을 형성하였다.

또한, 이 보호막상에 스퍼터링법에 의해 두께 0.4㎛의 산화인듐주석( ITO)막을 형성하여 투명전극으로 하고, 컬러필터를 얻었다.

이와 같이 제작한 컬러필터와 공지의 방법에 의해 형성된 TFT기판을 사용하여, LCD패널을 제작하였다.

그리고, TFT 기판의 반도체층에는 아모르퍼스실리콘을 사용하고, 또 LCD의 편광판은 노멀리화이트로 되도록 붙였다.

이 LCD의 특성을 평가하기 위해, 게이트 전압과 LCD의 투과율과의 관계를 측정하였다.

이 결과, 본 발명에 의한 컬러필터를 사용한 LCD에서는, Cr을 블랙매트릭스층으로서 사용한 종래법에 의한 컬러필터를 사용한 LCD에 비해, 게이트오프전압을 2V저감할 수 있는 것을 알았다.

이것은 종래법의 컬러필터를 사용한 경우에는, 컬러필터의 블랙매트릭스층의 반사율이 높으므로, LCD의 백라이트광의 일부가 블랙매트릭스층 표면에서 반사하고, TFT에의 입사광으로 되어 TFT의 광전류발생의 원인으로 되고 있는데 대하여, 본 발명의 블랙매트릭스기판을 사용한 컬러필터에서는, 블랙매트릭스층 표면의 반사율이 낮으므로, TFT에의 광조사량이 감소하고, 그 결과 TFT의 광전류가 감소하여, 게이트오프전류압이 개선되는 것이라고 추정된다.

이 결과에 의해, 본 발명에 의한 블랙매트릭스기판을 사용한 컬러필터를 사용한 LCD에서는, LCD의 구동전압을 저감할 수 있고, 소비전력을 저감하는데 있어서 효과가 인정되었다. 이것은 건전지구동을 행한 경우의 연속사용시간을 연장하는데 있어서 큰 효과가 있었다.

또, 본 발명의 컬러필터의 다른 효과를 평가하기 위해, LCD의 콘트라스트비를 측정하였다.

밝은 곳에 있어서의 콘트라스트비 측정에서는, 종래의 컬러필터에 비해 2.4배의 콘트라스트비를 얻을 수 있어다.

이것은 컬러필터의 블랙매트릭스층의 저반사율화에 의해 외광의 영향이 감소하였기 때문이라고 추정된다.

또, 어두운 곳에 있어서의 콘트라스비를 측정한 경우에도, 본 발명에 의한 컬러필터를 사용한 경우에는, 종래법에 비해 1.6배의 콘트라스트비를 얻을 수 있었다.

이것은 본 발명의 컬러필터를 사용한 경우에는, 앞에 설명한 바와 같이 TFT의 광전류가 감소하고, 그 결과 흑표시시의 누설광이 개선되었기 때문이라고 추정된다.

이상과 같이, 본 발명의 컬러필터는 LCD의 소비전력의 저감, 콘트라스트비의 향상에 효과가 있다는 것을 알았다.

[실험예 3]

투명기판으로서 코닝사 제품 7059 유리(두께=1.1mm)를 사용하고, 스핀코트법(회전수=1500 r.p.m)에 의해 하기 조성의 감광성 레지스트를 투명기판상에 도포하고, 그후 70℃, 10분간의 조건으로 건조하여 감광성 레지스트층(두께=0.6㎛)을 형성하였다.

감광성 레지스트의 조성

다음에, 감광성 레지스트층에 대하여 블랙매트릭스용의 포토마스크(선폭=20㎛)를 통해 노광을 행하였다. 노광용의 광원은 초고압 수은 등 2Kw를 사용하여, 10초간 조사하였다. 그 후, 상온수를 사용하여 스프레이현상을 행하고, 에어건조하여 블랙매트릭스용의 선폭 20㎛의 릴리프화상을 형성하였다.

다음에, 이 투명기판에 70,90,120,150,170,190℃의 각 온도로 30분간의 열처리를 행하고, 다시 그 후 투명기판을 염화팔라듐 수용액(니혼카니젠 제품 레드슈마)에 30초간 침지하고, 수세, 수절하여 상기 릴리프화상을 촉매함유 릴리프로 하였다. 이 때의 투명기판의 릴리프부의 막두께는 모두 0.5㎛였다.

그 후, 투명기판을 붕소계 환원계를 함유하는 25℃의 니켈도금액(오꾸노세이야꾸 제품 니켈도금액 톱케미아로이 B-1)에 4분간 침지시키고, 수세건조하여 흑색릴리프(블랙매트릭스)를 형성하였다(시료 1~6).

다음에, 상기와 같이 하여 작성한 각 시료(1~6)에 대하여, 무전해도금 전의 촉매함유 릴리프에 있어서의 폴리비닐알코올의 X선 산란강도, 흑색릴리프형성후의 블랙매트릭스의 광학농도에 대하여 하기와 같이 하여 측정하였다. 측정결과를 표2에 나타냈다.

· X선 산란강도

측정방법 : X선 회절법

장 치 : RADII-C((주) 리가꾸 제품)

사 양 : 어태치멘트...박막어태치멘트, 주사축..2θ, X선 입사각..0.5°, 계수법...연속측정, 샘플링각도...0.02°, 주사속도...0.1°/min, 적산횟수...3회, 타켓...Cu, 관전압...60kV, 관전류...300mA, 슬릿...DS 0.20mm RSm 0.80mm, 모노크로메터...사용, 카운터...SC

· 광학농도

측정방법 : 분광투과율측정(파장 : 400~700 nm)

장 치 : 현미경 분광측광장치

(오린파스고가꾸고교(주) 제품, AH2-STK)

사 양 : 분광파장 400~700nm, 파장분해능 5.0nm

[표 2]

표2에 나타낸 바와 같이, 촉매함유 릴리프에 있어서의 폴리비닐알코올의 X선 산란강도치가 200~580cps/㎛의 범위에 있는 시료 1,2,3은 대략 3이상의 높은 광학농도를 나타내고 있다. 그러나, X선 산란강도치가 상기의 범위 밖에 있는 시료 4,5,6은 충분한 광학농도가 얻어져 있지 않다. 단, 여기서 말하는 cps/㎛라는 단위는 릴리프화상부의 단위막 두께당의 X선 산란강도를 의미한다.

또, 전체적인 경향으로서, 열처리온도 증대에 따라서 산란강도치는 증대경향에 있으나, 그와 동시에, X선 회절피크각이 고각도측으로 시프트하고, 반치폭(半値幅)은 감소경향에 있다. 즉, 정성적(定性的)인 지견(知見)이지만, 열처리온도가 증대함에 따라서 릴리프화상내의 폴리비닐알코올의 폴리머체인이 형성하는 격자의 규칙성이 보다 단주기로 되고, 결정화도가 커지고,또한 배향분산도가 작아지는 것이 시사된다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가진 금속입자를 600Å 두께 환산의 투영면적밀도가 60% 이상으로 되도록 흑색패턴내에 함유시키는 동시에 광학농도를 1.5이상으로 함으로써, 광학농도가 1.5이상, 또한 저반사율의 흑색패턴(블랙매트릭스)을 가진 블랙매트릭스기판이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 기판과 이 기판상에 형성된 흑색패턴으로 이루어지는 블랙매트릭스기판과, 이 블랙매트릭스기판에 있어서의 흑색패턴 사이에 형성된 복수의 착색패턴으로 이루어지는 착색층과, 이 착색층상에 형성된 투명전극을 가진 컬러필터로서, 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고, 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가지고, 상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å 두께 환산의 투명면적밀도가 60%이상이고, 블랙매트릭스기판의 광학농도가 1.5이상이 되도록 구성하였으므로, 블랙매트릭스층의 반사율의 저감에 의해 외광의 영향을 잘 받지 않으며, 또한 충분한 콘트라스트비를 가진다는 이점이 있는 컬러필터가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면, 기판과 이 기판상에 형성된 흑색패턴으로 이루어지는 블랙매트릭스기판과, 이 블랙매트릭스기판에 있어서의 흑색패턴 사이에 형성된 복수의 착색패턴으로 이루어지는 착색층과, 이 착색층상에 형성된 투명전극을 가진 컬러필터와, 기판상에 전극이 형성된 전극기판과, 액정층을 가지며, 상기 컬러필터의 투명전극과 상기 전극기판의 전극이 대향하여 배치되어 있는 동시에, 이들 전극 사이에 상기 액정층이 배설된 액정디스플레이로서, 측색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고, 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80%이상인 입경분포를 가지고, 흑색패턴에 있어서의 금속입자의 600Å두께 환산의 투영면적밀도가 60%이상이고, 블랙매트릭스기판의 광학농도가 1.5이상이 되도록 구성하였으므로, 외광에 의한 블랙매트릭스의 반사율이 낮게 억제되어, 시인성이 향상된 액정디스플레이가 제공된다. 특히, 액티브매트릭스에서는 TFT 기판측의 반사율이 저감되므로, 액정내에 미광(迷光)이 저감되는 동시에 TFT의 광에 의한 리크가 저감되고, 소비전력의 저감 및 콘트라스트비의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

기판과, 이 기판상에 형성된 흑색패턴을 구비하는 블랙매트릭스 기판으로서,

상기 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고,

상기 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80% 이상인 입경 분포를 가지고,

상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å두께 환산의 투영면적 밀도가 60% 이상이고,

광학농도가 1.5 이상인 블랙매트릭스기판.
제1항에 있어서, 상기 금속입자는 Ni, Co, Fe, Cr, Cu, Pd, Au, Pt, Sn 및 Zn으로 이루어지는 군에서 선택되는 최소한 1종인 블랙매트릭스기판.
제1항에 있어서, 상기 수지패턴은 상기 흑색패턴을 무전해(無電解)도금으로 형성하는 경우의 촉매성분을 함유하는 블랙매트릭스기판.
제3항에 있어서, 상기 촉매성분이 금속화합물이고, 이 금속화합물의 함유율이 0.01~5중량%인 블랙매트릭스기판.
제1항에 있어서, 상기 금속입자는 상기 수지패턴중에 함유되는 촉매성분과 무전해액중의 금속이온을 환원하는 능력을 가진 화원제를 사용한 무전해도금에 의해 촉매성분을 함유하는 수지패턴중에 석출되어 있는 블랙매트릭스기판.
제5항에 있어서, 상기 환원제가 붕소계 화합물 또는 인산계 화합물인 블랙매트릭스기판.
제1항에 있어서, 상기 수지패턴은 X 선 회절법에 의해 측정되는 사이 흑색 패턴형성 전의 X 선 산란강도가 200~580cps/㎛인 폴리비닐알코올을 함휴하는 블랙매트릭스기판.
기판과 이 기판상에 형성된 흑색패턴으로 이루어지는 블랙매트릭스기판에 있어서의 흑색패턴 사이에 형성된 복수의 착색패턴으로 이루어지는 착색층과, 이 착색층상에 형성된 투명전극을 가진 컬러필터로서,

상기 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고,

상기 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80% 이상인 입경 분포를 가지고,

상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å 두께 환산의 투영면적 밀도가 60% 이상이고,

상기 블랙매트릭스기판의 광학농도가 1.5이상인 컬러필터.
제8항에 있어서, 상기 금속입자는 Ni,Co,Fe,Cr,Cu,Pd,Au,Pt,Sn 및 Zn으로 이루어지는 군에서 선택되는 최소한 1종인 컬러필터.
제8항에 있어서, 상기 수지패턴은 상기 흑색패턴을 무전해도금으로 형성하는 경우의 촉매성분을 함유하는 컬러필터.
제10항에 있어서, 상기 촉매성분이 금속화합물이고, 이 금속화합물의 함유율이 0.01~5중량%인 컬러필터.
제8항에 있어서, 상기 금속입자는 상기 수지패턴중에 함유되는 촉매성분과 무전해액중의 금속이온을 환원하는 능력을 가진 환원제를 사용한 무전해도금에 의해 촉매성분을 함유하는 수지패턴중에 석출되어 있는 컬러필터.
제12항에 있어서, 상기 환원제가 붕소계 화합물 또는 인산계 화합물인 컬러필터.
제8항에 있어서, 상기 수지패턴은 X 선 회절법에 의해 측정되는 상기 흑색 패턴형성 전의 X선 산란강도가 200~580cps/㎛인 폴리비닐알코올을 함유하는 컬러필터.
기판과 이 기판상에 형성된 흑색패턴으로 이루어지는 블랙매트릭스기판과, 이 블랙매트릭스기판에 있어서의 흑색패턴 사이에 형성된 복수의 착색패턴으로 이루어지는 착색층과, 이 착색층상에 형성된 투명전극을 가진 컬러필터와, 기판상에 전극이 형성된 전극기판과, 액정층을 가지며, 상기 컬러필터의 투명전극과 상기 전극 기판의 전극이 대향하여 배치되어 있는 동시에, 이들 전극 사이에 상기 액정층이 배설된 액정디스플레이로서,

상기 흑색패턴은 패턴형상으로 형성된 수지로 이루어지는 수지패턴중에 최소한 금속입자를 함유하고,

상기 금속입자는 입경 5~50nm의 범위의 입자가 전입자의 80% 이상인 입경 분포를 가지고,

상기 흑색패턴에 있어서의 상기 금속입자의 600Å 두께 환산의 투영면적 밀도가 60%이상이고,

상기 블랙매트릭스기판의 광학농도가 1.5 이상인 액정디스플레이.
제15항에 있어서, 상기 금속입자는 Ni,Co,Fe,Cr,Cu,Pd,Au,Pt,Sn 및 Zn으로 이루어지는 군에서 선택되는 최소한 1종인 액정디스플레이.
제15항에 있어서, 상기 수지패턴은 상기 흑색패턴을 무전해도금으로 형성하는 경우의 촉매성분을 함유하는 액정디스플레이.
제17항에 있어서, 상기 촉매성분이 금속화합물이고, 이 금속화합물의 함유율이 0.01~5중량%인 액정디스플레이.
제15항에 있어서, 상기 금속입자는 상기 수지패턴중에 함유되는 촉매성분과 무전해액중의 금속이온을 환원하는 능력을 가진 환원제를 사용한 무전해도금에 의해 촉매성분을 함유하는 수지패턴중에 석출되어 있는 액정디스플레이.
제19항에 있어서, 상기 환원제가 붕소계 화합물 또는 인산계 화합물인 액정디스플레이.
제15항에 있어서, 상기 수지패턴은 X선 회절법에 의해 측정되는 상기 흑색패턴형성 전의 X선 산란강도가 200~580 cps/㎛인 폴리비닐알코올을 함유하는 액정디스플레이.