遮光膜、光学素子及びその製造方法、ブラックマトリクス、カラーフィルタ並びに表示素子
【課題】反射率が低くしかも製造が容易でコスト低減を図ることができる遮光膜等を提供する。
【解決手段】遮光膜は、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが表面に形成された、黒色材料を含有した樹脂層を有する。
【解決手段】遮光膜は、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが表面に形成された、黒色材料を含有した樹脂層を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮光膜、これを用いた光学素子、その光学素子の製造方法、前記遮光膜を用いたブラックマトリクス及びカラーフィルタ、並びに、前記ブラックマトリクス又は前記カラーフィルタを用いた表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、基板上に遮光膜が形成された光学素子が開示されている。この光学素子では、石英基板等の基板上に遮光膜としてシリコン層が形成され、前記シリコン層の表面に、多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成している。この光学素子によれば、前記微細凹凸構造によって、遮光されるとともに、反射率が低減されて反射ノイズが低減される。したがって、この光学素子は、例えば、反射ノイズの少ないマスク等として使用することができる。また、特許文献１には、このような光学素子の例としてニッポウディスクが挙げられ、さらに、このニッポウディスクを用いたコンフォーカル光学系及び３次元測定装置も開示されている。
【０００３】
さらに、特許文献１には、このような光学素子を製造する場合、シリコン層の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記シリコン層の表面をドライエッチングすることで、前記シリコン層の表面に、ランダムに分布した多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成することが、開示されている。
【０００４】
下記特許文献２には、液晶表示素子に用いられるカラーフィルタ及びブラックマトリクスが開示されている。このブラックマトリクスは、ネガ型ブラックレジストを塗布し、このネガ型ブラックレジストを露光・現像して形成されている。下記特許文献２には、露光・現像後のネガ型ブラックレジストに表面処理を施すことは何ら開示されていない。前記カラーフィルタは、前記ブラックマトリクスの開口部に着色層を形成することによって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０４６５０２号パンフレット
【特許文献２】特開２００４−２４６０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ニッポウディスクやブラックマトリクスなどの光学素子で用いられる遮光膜では、単に遮光するだけではなく、反射率が可能な限り低いことが要請される。一方、このような光学素子においても、製造が容易でコスト低減を図ることができることが要請されていることは、言うまでもない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、反射率が低くしかも製造が容易でコスト低減を図ることができる遮光膜、これを用いた光学素子、その光学素子の製造方法、前記遮光膜を用いたブラックマトリクス及びカラーフィルタ、並びに、前記ブラックマトリクス又は前記カラーフィルタを用いた表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による遮光膜は、多数の微小突起を含む微細凹凸構造が表面に形成された、黒色材料を含有した樹脂層を有するものである。
【０００９】
第２の態様による光学素子の製造方法は、基板上に、黒色材料を含有した樹脂層を形成する段階と、前記樹脂層の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記樹脂層の表面をドライエッチングすることで、前記樹脂層の表面に、多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成する段階と、を備えたものである。
【００１０】
第３の態様によるブラックマトリクスは、基板上に形成された遮光膜を備え、前記遮光膜が前記第１の態様による遮光膜であるものである。
【００１１】
第４の態様によるカラーフィルタは、前記第３の態様によるブラックマトリクスと、前記遮光膜の開口部に形成された着色層とを備えたものである。
【００１２】
第５の態様による表示素子は、前記第３の態様によるブラックマトリクス又は第４の態様によるカラーフィルタを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反射率が低くしかも製造が容易でコスト低減を図ることができる遮光膜、これを用いた光学素子、その光学素子の製造方法、前記遮光膜を用いたブラックマトリクス及びカラーフィルタ、並びに、前記ブラックマトリクス又は前記カラーフィルタを用いた表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるブラックマトリクスを模式的に示す概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図３】図１に示すブラックマトリクスの製造方法の各工程を模式的に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図５】図１に示すブラックマトリクスの製造方法で用いられる平行平板ドライエッチング装置を模式的に示す概略構成図である。
【図６】図１に示すブラックマトリクスの製造方法で用いられる他の装置を模式的に示す概略構成図である。
【図７】図１に示すブラックマトリクスに対応する最終サンプルの写真である。
【図８】図１に示すブラックマトリクスに対応する最終サンプルのブラックレジスト層の表面のＳＥＭ像である。
【図９】図１に示すブラックマトリクスに対応する最終サンプルを得る途中で得た中間サンプルのブラックレジスト層の表面のＳＥＭ像である。
【図１０】中間サンプル及び最終サンプルのブラックレジスト層の反射率を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板を模式的に示す概略断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態による反射型液晶表示素子を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板を模式的に示す概略断面図である。
【図１４】図３に示すカラーフィルタ基板の製造方法の各工程を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による遮光膜、光学素子及びその製造方法、ブラックマトリクス、カラーフィルタ並びに表示素子について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による光学素子としてのブラックマトリクス１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【００１７】
本実施の形態によるブラックマトリクス１は、石英ガラス基板等の透明基板１１上に形成された遮光膜で構成されている。本実施の形態では、前記遮光膜は、黒色材料を含有した樹脂層としてのブラックレジスト層２で構成されている。前記黒色材料としてはカーボンブラック等の顔料又は染料を挙げることができるが、これに限定されるものではない。ブラックレジスト層２は、ブラックレジスト組成物を塗布し露光・現像等の処理を施した後の層である。ブラックレジスト層２は、格子状にパターニングされ、マトリクス状に配置された開口部３を有している。
【００１８】
ブラックレジスト層２の表面（基板１１とは反対側の面）には、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが形成されている。図２では、図面表記の便宜上、微小突起ＣＰは、規則正しく分布しているかのように記載しているが、実際には高さや間隔などの形状がランダムに分布されていても良い。第１の微小突起ＣＰの長さは、例えば０．１μｍ〜３μｍ程度とされる。もっとも、このような寸法に限定されるものではない。
【００１９】
次に、本実施の形態によるブラックマトリクス１の製造方法の一例について、図３乃至図５を参照して説明する。図３及び図４は、各製造工程を模式的に示す概略断面図である。図５は、微細凹凸構造ＭＲの形成工程で用いる平行平板ドライエッチング装置３０を模式的に示す概略構成図である。
【００２０】
まず、石英ガラス基板等の透明基板１１を用意する。次に、透明基板１１上にブラックレジスト組成物２’を塗布する（図３（ａ））。ブラックレジスト組成物２’としては、市販の組成物を用いてもよいし、他の種々の組成物を用いてもよい。ブラックレジスト組成物２’の塗布は、ロールコーターによる塗布、スピンコーターによる塗布、ダイコーターによる塗布、ディップコート、スプレーによる塗布、リップコート等の種々の方法を採用することができる。
【００２１】
引き続いて、塗布したブラックレジスト組成物２’に対して、周知のベーク、露光、現像、ポストベーク等の処理を施すことで、ブラックレジスト組成物２’をパターニングされたブラックレジスト層２にする（図３（ｂ））。
【００２２】
次に、図５に示す平行平板ドライエッチング装置３０を用いて、図３（ｂ）に示す状態の基板１１のブラックレジスト層２側の面に微細マスク物質ＳＰを堆積させながらブラックレジスト層２の上面をドライエッチングすることで、ブラックレジスト層２の上面に微細凹凸構造ＭＲを形成する（図３（ｃ）、図４（ａ）、図４（ｂ））。この点について、以下に説明する。
【００２３】
平行平板ドライエッチング装置３０は、図５に示すように、基本的にＲＩＥ装置と同様の構造を有し、アースに接続されたアノード電極３１と、反応ガスをプラズマ化するための高周波電力が印加されるカソード電極３２と、これらの電極３１，３２を収容する真空チャンバ３４とを備える。カソード電極３２は、反応ガスのプラズマ化や微細凹凸構造ＭＲ等の形成に必要な所定の高周波電圧を発生する交流電圧源３６に接続されている。
【００２４】
一方、真空チャンバ３４は、アノード電極３１と同様接地電位に設定される。真空チャンバ３４は、真空ポンプ３８により適当な真空度に維持することができる。反応ガス源３９は真空チャンバ３４に反応ガスを供給するためのガス源であり、必要な流量の反応ガスを真空チャンバ３４中に導入することで真空チャンバ３４内の反応ガスの密度を所望の値に設定することができる。反応ガス源３９から供給される反応ガスとしては、例えば、Ｏ２とＣＦ４（４フッ化炭素）とを適当な配分比で混合したものが用いられる。
【００２５】
カソード電極３２上には例えばアルミナ製で円盤状のトレイ３７が載置されており、トレイ３７上には、図３（ｂ）に示す状態の基板１１（図５では、ブラックレジスト層２の図示は省略。）が配置される。トレイ３７は基板１１の支持台として機能するとともに、後述するように、微細マスク物質（エッチング速度の小さい微細マスク）ＳＰの材料としても機能する。トレイ３７に載置された基板１１上のブラックレジスト層２の上面は、両電極３１，３２間でプラズマ化され加速されたイオンの入射によりエッチングされる。
【００２６】
通常のエッチングであれば、ブラックレジスト層２は、両電極３１，３２の上面に垂直な方向に所定の異方性で一様にエッチングされる。ところが、この場合、図３（ｂ）に示す状態の基板１１が載置されているトレイ３７が反応ガスのイオンによってスパッタ・エッチされることにより、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製のトレイ３７から出射した微細なスパッタ粒子ＳＰが基板１１の上面やブラックレジスト層２の上面にランダムに付着する。しかしながら、Ｏ２及びＣＦ４からなる反応ガスの場合、アルミナのスパッタ速度よりもブラックレジスト層２のスパッタ速度の方が大きいので、基板１１上のブラックレジスト層２の上面にランダムに付着したスパッタ粒子ＳＰがマスクとして機能する。その結果、スパッタ粒子ＳＰが付着した部分と付着していない部分とのエッチング速度の違いにより、ブラックレジスト層２の上面に渡ってランダムな突起ＣＰが形成される。このとき、基板１１のスパッタ速度はブラックレジスト層２のスパッタ速度よりもかなり小さいので、基板１１の上面はほとんどエッチングされない。
【００２７】
図３（ｃ）、図４（ａ）及び図４（ｃ）は、図５の装置３０による微細凹凸構造ＭＲの形成を概念的に示している。図３（ｃ）は微細凹凸構造ＭＲ形成の初期段階を示し、図４（ａ）は微細凹凸構造ＭＲ形成の中間段階を示し、図４（ｂ）は微細凹凸構造ＭＲ形成の最終段階を示している。
【００２８】
図３（ｃ）に示す初期段階においては、ブラックレジスト層２の表面とともにトレイ３７の表面もスパッタ・エッチされるので、アルミナの微細粒子である無数のスパッタ粒子ＳＰがトレイ３７から基板１１上のみならずブラックレジスト層２上へと飛来し、基板１１の表面のみならずブラックレジスト層２の表面にランダムに付着する。なお、図面ではスパッタ粒子ＳＰが一定周期で分布しているが、実際には規則性のないランダムな分布となる。
【００２９】
図４（ａ）に示す中間段階においては、ブラックレジスト層２の表面に付着したスパッタ粒子ＳＰがマスクとして機能するので、ブラックレジスト層２において、スパッタ粒子ＳＰが付着していない領域において反応ガスのイオンＧＩによる異方性エッチングが進行し、スパッタ粒子ＳＰの位置に対応してコーン状の突起ＣＰが無数に形成されていく。なお、ブラックレジスト層２に比べてエッチング速度は遅いが、ブラックレジスト層２の表面に付着したスパッタ粒子ＳＰもイオンＧＩによってエッチングされるので、突起ＣＰの先端が徐々に露出することになる。しかし、突起ＣＰの先端には別のスパッタ粒子ＳＰが再付着する傾向があり、結果的に、突起ＣＰが全体的に徐々に成長していく。なお、基板１１の上面もわずかながらエッチングされるが、その図示は省略している。
【００３０】
図４（ｂ）に示す最終段階においては、突起ＣＰが成長し、ブラックレジスト層２の上層は微小突起ＣＰがランダムに密集して形成された状態となる。このように多数の微小突起ＣＰが形成された上層部分が微細凹凸構造ＭＲを構成する。これにより、本実施の形態によるブラックマトリクス１が完成する。
【００３１】
図５に示す装置３０の場合、スパッタ粒子ＳＰが図３（ｂ）に示す状態の基板１１の周囲からその基板１１上に飛来する。したがって、図３（ｂ）に示す状態の基板１１の面積が大きい場合には、周辺領域と中央領域とでスパッタ粒子ＳＰの密度の差が大きくなる結果、周辺領域のブラックレジスト層２と中央領域のブラックレジスト層２とで、微小突起ＣＰの密度に差が生じてしまい、好ましくない。
【００３２】
図３（ｂ）に示す状態の基板１１の面積が大きい場合には、図５に示す装置３０に代えて、例えば、図６に示す装置４０を用いることが好ましい。図６に示す装置４０を用いれば、図３（ｂ）に示す状態の基板１１の面積が大きくても、微小突起ＣＰを均一な密度で形成することができる。図６に示す装置４０は、気密性を有する真空チャンバ４１を備え、真空チャンバ４１内にスパッタリング用電極４２とエッチング用電極４３とが対向して配置され、両電極４１，４３間にプラズマが形成される空間４４が設けられている。
【００３３】
また、真空チャンバ４１には、吸引路４５と反応ガス導入路４６とが接続されている。吸引路４５には、図示しない真空ポンプ等が設けられており、真空チャンバ４１内の気体や微粒子を吸引して排出可能となっている。稼働中に真空チャンバ４１の内圧を、例えば、１０Ｐａ以下で維持可能に構成されている。
【００３４】
反応ガス導入路４６には、図示しない反応ガス供給源が設けられており、真空チャンバ４１内の減圧状態を維持しつつ、真空チャンバ４１内に反応ガスを存在させることが可能となっている。稼働中に、反応ガスを所定分圧で維持可能に構成されている。
【００３５】
スパッタリング用電極４２及びエッチング用電極４３は、それぞれ平板状に形成されており、スパッタリング用電極４２が上方に、エッチング用電極４３が下方に、それぞれ水平に配置されて互いに平行となっている。
【００３６】
スパッタリング用電極４２及びエッチング用電極４３には、それぞれに高周波電力を発生する交流電源４７，４８が接続され、真空チャンバ４１がアース４９で接地されており、スパッタリング用電極４２とエッチング用電極４３とに、それぞれ独立に高周波電力が印加可能となっている。
【００３７】
エッチング用電極４３は、図３（ｂ）に示す状態の基板１１（図６では、ブラックレジスト層２の図示は省略。）を載置可能となっている。エッチング用電極４３の大きさは、基板１１と同一又は基板１１より大きいことが好適である。基板１１上のブラックレジスト層２の全面に微細凹凸構造を均一な密度で形成し易いからである。
【００３８】
このエッチング用電極４３は、真空チャンバ４１との間に高周波電圧が印加されることで、低圧の反応ガスを用いて空間４４にプラズマを発生させると共に、プラズマ発生領域４４ａで生成されたイオンやラジカル等の活性種を基板１１上のブラックレジスト層２に衝突させて、ブラックレジスト層２のエッチングを行うためのものである。
【００３９】
スパッタリング用電極４２は、スパッタリング材料が装着可能なものであってもよいが、ここでは、スパッタリング用電極４２自体がスパッタリング材料により形成されている。このスパッタリング用電極４２は、真空チャンバ４１との間に高周波電圧が印加されることで、低圧の反応ガスを用いて空間４４にプラズマを発生させると共に、プラズマ発生領域４４ａで生成されたイオン等の活性種をスパッタリング用電極４２の表面に衝突させて、スパッタ粒子（微細マスク物質）ＳＰを放出させるためのものである。
【００４０】
スパッタリング用電極４２は、エッチング用電極４３上に載置された図３（ｂ）に示す状態の基板１１のブラックレジスト層２側の面の鉛直方向上方に、空間４４を介して広い範囲で対向して配置されている。スパッタリング用電極４２と基板１１との対向させる面積は基板１１の大きさに応じて適宜設定可能である。
【００４１】
また、基板１１上のブラックレジスト層２側の面とスパッタリング用電極４２との間の間隔は、高周波電力が印加されることでプラズマ発生領域４４ａが形成可能であるとと共に、反応ガス導入路４６から導入された反応ガスが流動可能な程度の間隔で調整されている。
【００４２】
スパッタリング用電極４２を構成するスパッタリング材料は、特に限定されないが、例えばアルミナを用いることができる。エッチング用電極４３の材質は特に限定されず、プラズマを用いたエッチング装置或いはスパッタリング装置に使用可能なものであればよい。
【００４３】
反応ガスとしては、例えば、Ｏ２とＣＦ４との混合ガスを用いてもよい。
【００４４】
図６に示す装置４０を用いる場合、エッチング用電極４３上に図３（ｂ）に示す状態の基板１１を載置して、空間４４を介してスパッタリング用電極４２と基板１１のブラックレジスト層２側の面とを対向させて空間４４に露出した状態で配置する。そして、吸引路４５から真空チャンバ４１内の気体を吸引除去すると共に、反応ガス導入路４６から反応ガスを供給して、反応ガスが存在した状態で真空チャンバ４１内を所定の減圧雰囲気にすることで、準備を完了する。
【００４５】
この状態で、スパッタリング用電極４２とエッチング用電極４３とに別々に調整された高周波電力を印加する。このとき、スパッタリング用電極４２には、スパッタ粒子ＳＰを適度に放出可能な程度となるように第１の高周波電力を印加する。一方、エッチング用電極４３には、第１の高周波電力より大きい第２の高周波電力を印加する。
【００４６】
すると、プラズマにより発生したイオンやラジカル等の活性種が、第１の高周波電力に応じてプラズマ発生領域４４ａから陰極降下部４４ｂを通してスパッタリング材料側に飛散して衝突し、スパッタ粒子ＳＰを放出させる。このスパッタ粒子ＳＰは飛散して、図３（ｃ）の場合と同様に、基板１１の上面やブラックレジスト層２の上面にランダムに付着する。一方、プラズマにより発生した活性種は基板１１側にも飛散し、第２の高周波電力に応じてプラズマ発生領域４４ａから陰極降下部４４ｂを通して基板１１のブラックレジスト層２側の面に衝突する。これにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）の場合と同様に、ブラックレジスト層２の上層に微細凹凸構造ＭＲが構成される。
【００４７】
本実施の形態によるブラックマトリクス１では、遮光層が、黒色材料を含有した樹脂層であるブラックレジスト層２で構成されている。このため、本実施の形態によるブラックマトリクス１の製造に際して、ブラックレジスト組成物２’の塗布を行えばよいので、シリコン層の成膜等を要する場合に比べて、製造が容易でコスト低減を図ることができ、また大面積化も容易である。
【００４８】
また、本実施の形態によるブラックマトリクス１では、ブラックレジスト層２の表面に、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが形成されているので、ブラックレジスト層２の反射率を著しく低下させることができる。
【００４９】
本発明者は、本実施の形態によるブラックマトリクス１に相当する最終サンプルを、前述した製造方法で、実際に作製した。このとき、透明基板１１として石英ガラス基板を用い、その上に、ブラックレジスト組成物２’として「東京応化製ＣＦＰＲ ＢＫ４６１１」を厚さ２μｍ塗布し、これに対しベーク・露光を行い、更に水酸化カリウム水溶液で現像した後にポストベークを行い、図３（ｂ）に示す基板１１に相当する中間サンプルを得た。この中間サンプルについて、微細凹凸構造ＭＲが形成される前のブラックレジスト層２の反射率を測定するとともに、そのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像（走査型電子顕微鏡による像）を得た。
【００５０】
その後、図５に示す装置３０を用いて、前記中間サンプルのブラックレジスト層２に微細凹凸構造ＭＲを形成することで、本実施の形態によるブラックマトリクス１に相当する最終サンプルを得た。このとき、トレイ３７はアルミナ製とし、反応ガス源３９からＣＦ４：１００ｓｃｃｍとＯ２：３０ｓｃｃｍとの混合ガスを真空チャンバ３４内へ導入し、真空チャンバ３４内の圧力は６Ｐａとし、ＲＩＥパワーを５００Ｗとして、前述したドライエッチングを行った。そのエッチング時間は、４分とした。この最終サンプルについて、微細凹凸構造ＭＲが形成された後のブラックレジスト層２の反射率を測定するとともに、そのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像を得た。また、最終サンプルのブラックレジスト層２側から見た写真を得た。
【００５１】
図７は、最終サンプルのブラックレジスト層２側から見た写真である。図８は、最終サンプルのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像である。図９は、中間サンプルのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像である。図１０は、各波長に対する、中間サンプル及び最終サンプルのブラックレジスト層２の反射率を示す図である。図１０において、実線が中間サンプルのブラックレジスト層２の反射率を示し、破線が最終サンプルのブラックレジスト層２の反射率を示している。
【００５２】
図９から、中間サンプルのブラックレジスト層２の表面には微細凹凸構造ＭＲが形成されていないことがわかる。中間サンプルは、従来のブラックマトリクスに相当している。一方、図８から、最終サンプルの表面には、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが形成されていることがわかる。図８から、微小突起ＣＰの長さは４００ｎｍ程度、微小突起ＣＰの間隔は１５０ｎｍ程度であることが読み取れる。
【００５３】
図１０からわかるように、中間サンプルのブラックレジスト層２の反射率は、可視領域に渡って２．５％以上とかなり高いのに対し、最終サンプルのブラックレジスト層２の反射率は、可視領域に渡ってほぼ０％と非常に低く、ブラックマトリクスの反射率として従来は全く考えられなかった理想的なものである。
【００５４】
このようにして、本実施の形態によるブラックマトリクス１は、微細凹凸構造が形成されていないブラックレジスト層を用いたブラックマトリクスに比べて、ブラックレジスト層２の反射率を著しく低くすることができることが、確認された。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図１１は、本発明の第２の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板５１を模式的に示す概略断面図である。図１１おいて、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５６】
このカラーフィルタ基板５１は、前記第１の実施の形態によるブラックマトリクス１を用いて構成されている。本実施の形態によるカラーフィルタは、ブラックマトリクス１と、ブラックマトリクス１のブラックレジスト層２の開口部３に設けられた着色層５２とから構成されている。着色層５２の色は、所定の色配列により赤色、緑色及び青色のいずれかとされている。着色層５２は、任意の手法で開口部３に形成することができる。例えば、インクジェット方式により、ブラックマトリクス１のブラックレジスト層２の開口部３に、染料を含む硬化型のインキを付与し、硬化させて着色層５２を形成することができる。
【００５７】
なお、図３（ｂ）に示す状態の基板１１において開口部３に着色層５２を形成し、その状態の基板１１に対して、前述した微細凹凸構造の形成工程を行ってもよい。この場合には、ブラックレジスト層２の表面のみならず、着色層５２の表面にも微細凹凸構造が形成されることになる。勿論、着色層５２の表面に微細凹凸構造が形成されるか否かでその分光透過特性が異なってくるが、予め微細凹凸構造の着色層５２に対する影響を考慮した上で、着色層５２の染料等を選定しておけばよい。
【００５８】
また、このカラーフィルタ基板５１は、ブラックマトリクス１のブラックレジスト層２及び着色層５２を覆うオーバーコート層５３と、その上に形成された透明共通電極（ＩＴＯ）５４とを備えている。オーバーコート層５３は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂等の材料を着色層５２を形成した基板１１の上にスピンナ等によって全面塗布した後、キュア処理して樹脂を硬化させてなるものである。このオーバーコート層５３は、用いた着色材料の保護と平坦度を得るために設けられているが、省略してもよい。透明共通電極５４は、オーバーコート層５３の上に真空蒸着装置等によって成膜形成されている。
【００５９】
［第３の実施の形態］
図１３は、本発明の第３の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板１０１を模式的に示す概略断面図である。
【００６０】
本実施の形態のカラーフィルタは反射型カラーフィルタとして構成されている。本実施の形態のカラーフィルタ基板１０１が前記第２の実施の形態のカラーフィルタ基板５１と相違する点は、着色層５２と基板１１との間に、反射膜１０２及び散乱膜１０３を有する点である。反射膜１０２及び散乱膜１０３としては、反射型カラーフィルタに通常用いられる公知の金属膜や樹脂膜を使用することができる。ただし、製造方法として次に説明する工程を採用する場合には、ブラックレジスト層２の表面に微細凹凸構造を形成する過程で反射膜１０２がプラズマに接触するため、反射膜１０２にはプラズマによってダメージを受けにくい材料を用いることが好ましい。
【００６１】
なお、反射膜１０２及び散乱膜１０３は少なくとも着色層５２の下側に存在すれば反射型カラーフィルタとしての機能を奏するが、これに加えてブラックレジスト層２の下側にまで存在した場合でも特段の悪影響を及ぼすことはないため、製造工程の簡略化の観点からは、図１３に示すように反射膜１０２及び散乱膜１０３を基板１１の全面に形成した構成であっても構わない。
【００６２】
ここで本実施の形態の反射型カラーフィルタの製造方法について、図１４を参照しながら説明する。基板１１上に散乱膜１０３及び反射膜１０２を積層し、その上にブラックレジスト層２’を形成する（図１４（ａ）〜（ｂ））。次にブラックレジスト層２’を所定のパターンにパターニングした後、パターニングされたブラックレジスト層２の表面に微細凹凸形状を形成する（図１４（ｃ）〜（ｄ））。このとき反射膜１０２としてアルミ等の金属膜を用いれば、ブラックレジスト層２の表面のみに微細凹凸形状を形成することができる。次にブラックレジスト層２の開口部３に所定の色配列により着色層５２を形成し（図１４（ｅ））、オーバーコート層５３及び透明電極層５４を形成して反射型カラーフィルタ基板１０１が完成する（図１４（ｆ））。ここで着色層５２、オーバーコート層５２、及び透明電極層５４の形成に関しては、第２の実施の形態で説明したものと同様の工程を採用することができる。
【００６３】
［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態による表示素子としての反射型液晶表示素子６１を示す概略断面図である。図１２において、図１３及び図１４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態による液晶表示素子６１は、前述したカラーフィルタ基板１０１と多数の画素電極７０を備えるＴＦＴ側基板７１を対向させ、両基板間に液晶６９を封入してなるものである。
【００６５】
ＴＦＴ側基板７１はその内側に個々の画素をソース線（信号線）に対して導通／非導通の選択をするスイッチの機能を果たす薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）及びマトリックス状に配列された透明な画素電極７０を備え、さらに基板内面の全面を覆って配向膜６８が設けられている。ＴＦＴ側基板７１の表側に偏光板７２が設けられている。
【００６６】
本実施の形態による液晶表示素子６１では、前記第１の実施の形態によるブラックマトリクス１とその開口部３に配置された着色層５２とから構成された前記第３の実施の形態によるカラーフィルタが、用いられている。したがって、ブラックマトリクス１の反射率が著しく低くなりしかもブラックマトリクス１の製造が容易でコスト低減を図ることができることから、得られる画像の画質が従来の液晶表示素子に比べて格段に向上するとともに、液晶表示素子６１全体としても製造が容易でコスト低減を図ることができる。
【００６７】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６８】
例えば、本発明による遮光膜の用途は、ブラックマトリクス１に限定されるものではない。本発明による遮光膜は、例えば、種々の光学機器において迷光等を吸収する吸収膜として用いることができる。この場合、その遮光膜は、パターニングせずに、基板の全面に形成してもよい。このようにパターニングする必要がない場合は、当該遮光膜を構成する黒色材料を含有した樹脂層として、ブラックレジスト層を用いる必要がなく、感光性を有している必要はない。
【００６９】
また、本発明による光学素子は、ブラックマトリクス１やカラーフィルタに限定されるものではなく、本発明は、例えばニッポウディスクなどの種々の光学素子に適用することができる。
【００７０】
さらに、本発明による表示素子は、液晶表示素子に限定されるものではなく、本発明は、例えば、有機ＥＬ表示素子、プラズマ表示素子などの種々の表示素子にも適用することができる。また、モノクロ用の液晶表示素子の場合は、前記第４の実施の形態による液晶表示素子６１において、着色層５２を取り除いてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ ブラックマトリクス
２ ブラックレジスト層
３ 開口部
１１ 透明基板
５２ 着色層
６１ 液晶表示素子
ＣＰ 微小突起
ＭＲ 微細凹凸構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮光膜、これを用いた光学素子、その光学素子の製造方法、前記遮光膜を用いたブラックマトリクス及びカラーフィルタ、並びに、前記ブラックマトリクス又は前記カラーフィルタを用いた表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、基板上に遮光膜が形成された光学素子が開示されている。この光学素子では、石英基板等の基板上に遮光膜としてシリコン層が形成され、前記シリコン層の表面に、多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成している。この光学素子によれば、前記微細凹凸構造によって、遮光されるとともに、反射率が低減されて反射ノイズが低減される。したがって、この光学素子は、例えば、反射ノイズの少ないマスク等として使用することができる。また、特許文献１には、このような光学素子の例としてニッポウディスクが挙げられ、さらに、このニッポウディスクを用いたコンフォーカル光学系及び３次元測定装置も開示されている。
【０００３】
さらに、特許文献１には、このような光学素子を製造する場合、シリコン層の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記シリコン層の表面をドライエッチングすることで、前記シリコン層の表面に、ランダムに分布した多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成することが、開示されている。
【０００４】
下記特許文献２には、液晶表示素子に用いられるカラーフィルタ及びブラックマトリクスが開示されている。このブラックマトリクスは、ネガ型ブラックレジストを塗布し、このネガ型ブラックレジストを露光・現像して形成されている。下記特許文献２には、露光・現像後のネガ型ブラックレジストに表面処理を施すことは何ら開示されていない。前記カラーフィルタは、前記ブラックマトリクスの開口部に着色層を形成することによって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０４６５０２号パンフレット
【特許文献２】特開２００４−２４６０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ニッポウディスクやブラックマトリクスなどの光学素子で用いられる遮光膜では、単に遮光するだけではなく、反射率が可能な限り低いことが要請される。一方、このような光学素子においても、製造が容易でコスト低減を図ることができることが要請されていることは、言うまでもない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、反射率が低くしかも製造が容易でコスト低減を図ることができる遮光膜、これを用いた光学素子、その光学素子の製造方法、前記遮光膜を用いたブラックマトリクス及びカラーフィルタ、並びに、前記ブラックマトリクス又は前記カラーフィルタを用いた表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による遮光膜は、多数の微小突起を含む微細凹凸構造が表面に形成された、黒色材料を含有した樹脂層を有するものである。
【０００９】
第２の態様による光学素子の製造方法は、基板上に、黒色材料を含有した樹脂層を形成する段階と、前記樹脂層の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記樹脂層の表面をドライエッチングすることで、前記樹脂層の表面に、多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成する段階と、を備えたものである。
【００１０】
第３の態様によるブラックマトリクスは、基板上に形成された遮光膜を備え、前記遮光膜が前記第１の態様による遮光膜であるものである。
【００１１】
第４の態様によるカラーフィルタは、前記第３の態様によるブラックマトリクスと、前記遮光膜の開口部に形成された着色層とを備えたものである。
【００１２】
第５の態様による表示素子は、前記第３の態様によるブラックマトリクス又は第４の態様によるカラーフィルタを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反射率が低くしかも製造が容易でコスト低減を図ることができる遮光膜、これを用いた光学素子、その光学素子の製造方法、前記遮光膜を用いたブラックマトリクス及びカラーフィルタ、並びに、前記ブラックマトリクス又は前記カラーフィルタを用いた表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるブラックマトリクスを模式的に示す概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図３】図１に示すブラックマトリクスの製造方法の各工程を模式的に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図５】図１に示すブラックマトリクスの製造方法で用いられる平行平板ドライエッチング装置を模式的に示す概略構成図である。
【図６】図１に示すブラックマトリクスの製造方法で用いられる他の装置を模式的に示す概略構成図である。
【図７】図１に示すブラックマトリクスに対応する最終サンプルの写真である。
【図８】図１に示すブラックマトリクスに対応する最終サンプルのブラックレジスト層の表面のＳＥＭ像である。
【図９】図１に示すブラックマトリクスに対応する最終サンプルを得る途中で得た中間サンプルのブラックレジスト層の表面のＳＥＭ像である。
【図１０】中間サンプル及び最終サンプルのブラックレジスト層の反射率を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板を模式的に示す概略断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態による反射型液晶表示素子を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板を模式的に示す概略断面図である。
【図１４】図３に示すカラーフィルタ基板の製造方法の各工程を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による遮光膜、光学素子及びその製造方法、ブラックマトリクス、カラーフィルタ並びに表示素子について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による光学素子としてのブラックマトリクス１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【００１７】
本実施の形態によるブラックマトリクス１は、石英ガラス基板等の透明基板１１上に形成された遮光膜で構成されている。本実施の形態では、前記遮光膜は、黒色材料を含有した樹脂層としてのブラックレジスト層２で構成されている。前記黒色材料としてはカーボンブラック等の顔料又は染料を挙げることができるが、これに限定されるものではない。ブラックレジスト層２は、ブラックレジスト組成物を塗布し露光・現像等の処理を施した後の層である。ブラックレジスト層２は、格子状にパターニングされ、マトリクス状に配置された開口部３を有している。
【００１８】
ブラックレジスト層２の表面（基板１１とは反対側の面）には、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが形成されている。図２では、図面表記の便宜上、微小突起ＣＰは、規則正しく分布しているかのように記載しているが、実際には高さや間隔などの形状がランダムに分布されていても良い。第１の微小突起ＣＰの長さは、例えば０．１μｍ〜３μｍ程度とされる。もっとも、このような寸法に限定されるものではない。
【００１９】
次に、本実施の形態によるブラックマトリクス１の製造方法の一例について、図３乃至図５を参照して説明する。図３及び図４は、各製造工程を模式的に示す概略断面図である。図５は、微細凹凸構造ＭＲの形成工程で用いる平行平板ドライエッチング装置３０を模式的に示す概略構成図である。
【００２０】
まず、石英ガラス基板等の透明基板１１を用意する。次に、透明基板１１上にブラックレジスト組成物２’を塗布する（図３（ａ））。ブラックレジスト組成物２’としては、市販の組成物を用いてもよいし、他の種々の組成物を用いてもよい。ブラックレジスト組成物２’の塗布は、ロールコーターによる塗布、スピンコーターによる塗布、ダイコーターによる塗布、ディップコート、スプレーによる塗布、リップコート等の種々の方法を採用することができる。
【００２１】
引き続いて、塗布したブラックレジスト組成物２’に対して、周知のベーク、露光、現像、ポストベーク等の処理を施すことで、ブラックレジスト組成物２’をパターニングされたブラックレジスト層２にする（図３（ｂ））。
【００２２】
次に、図５に示す平行平板ドライエッチング装置３０を用いて、図３（ｂ）に示す状態の基板１１のブラックレジスト層２側の面に微細マスク物質ＳＰを堆積させながらブラックレジスト層２の上面をドライエッチングすることで、ブラックレジスト層２の上面に微細凹凸構造ＭＲを形成する（図３（ｃ）、図４（ａ）、図４（ｂ））。この点について、以下に説明する。
【００２３】
平行平板ドライエッチング装置３０は、図５に示すように、基本的にＲＩＥ装置と同様の構造を有し、アースに接続されたアノード電極３１と、反応ガスをプラズマ化するための高周波電力が印加されるカソード電極３２と、これらの電極３１，３２を収容する真空チャンバ３４とを備える。カソード電極３２は、反応ガスのプラズマ化や微細凹凸構造ＭＲ等の形成に必要な所定の高周波電圧を発生する交流電圧源３６に接続されている。
【００２４】
一方、真空チャンバ３４は、アノード電極３１と同様接地電位に設定される。真空チャンバ３４は、真空ポンプ３８により適当な真空度に維持することができる。反応ガス源３９は真空チャンバ３４に反応ガスを供給するためのガス源であり、必要な流量の反応ガスを真空チャンバ３４中に導入することで真空チャンバ３４内の反応ガスの密度を所望の値に設定することができる。反応ガス源３９から供給される反応ガスとしては、例えば、Ｏ２とＣＦ４（４フッ化炭素）とを適当な配分比で混合したものが用いられる。
【００２５】
カソード電極３２上には例えばアルミナ製で円盤状のトレイ３７が載置されており、トレイ３７上には、図３（ｂ）に示す状態の基板１１（図５では、ブラックレジスト層２の図示は省略。）が配置される。トレイ３７は基板１１の支持台として機能するとともに、後述するように、微細マスク物質（エッチング速度の小さい微細マスク）ＳＰの材料としても機能する。トレイ３７に載置された基板１１上のブラックレジスト層２の上面は、両電極３１，３２間でプラズマ化され加速されたイオンの入射によりエッチングされる。
【００２６】
通常のエッチングであれば、ブラックレジスト層２は、両電極３１，３２の上面に垂直な方向に所定の異方性で一様にエッチングされる。ところが、この場合、図３（ｂ）に示す状態の基板１１が載置されているトレイ３７が反応ガスのイオンによってスパッタ・エッチされることにより、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製のトレイ３７から出射した微細なスパッタ粒子ＳＰが基板１１の上面やブラックレジスト層２の上面にランダムに付着する。しかしながら、Ｏ２及びＣＦ４からなる反応ガスの場合、アルミナのスパッタ速度よりもブラックレジスト層２のスパッタ速度の方が大きいので、基板１１上のブラックレジスト層２の上面にランダムに付着したスパッタ粒子ＳＰがマスクとして機能する。その結果、スパッタ粒子ＳＰが付着した部分と付着していない部分とのエッチング速度の違いにより、ブラックレジスト層２の上面に渡ってランダムな突起ＣＰが形成される。このとき、基板１１のスパッタ速度はブラックレジスト層２のスパッタ速度よりもかなり小さいので、基板１１の上面はほとんどエッチングされない。
【００２７】
図３（ｃ）、図４（ａ）及び図４（ｃ）は、図５の装置３０による微細凹凸構造ＭＲの形成を概念的に示している。図３（ｃ）は微細凹凸構造ＭＲ形成の初期段階を示し、図４（ａ）は微細凹凸構造ＭＲ形成の中間段階を示し、図４（ｂ）は微細凹凸構造ＭＲ形成の最終段階を示している。
【００２８】
図３（ｃ）に示す初期段階においては、ブラックレジスト層２の表面とともにトレイ３７の表面もスパッタ・エッチされるので、アルミナの微細粒子である無数のスパッタ粒子ＳＰがトレイ３７から基板１１上のみならずブラックレジスト層２上へと飛来し、基板１１の表面のみならずブラックレジスト層２の表面にランダムに付着する。なお、図面ではスパッタ粒子ＳＰが一定周期で分布しているが、実際には規則性のないランダムな分布となる。
【００２９】
図４（ａ）に示す中間段階においては、ブラックレジスト層２の表面に付着したスパッタ粒子ＳＰがマスクとして機能するので、ブラックレジスト層２において、スパッタ粒子ＳＰが付着していない領域において反応ガスのイオンＧＩによる異方性エッチングが進行し、スパッタ粒子ＳＰの位置に対応してコーン状の突起ＣＰが無数に形成されていく。なお、ブラックレジスト層２に比べてエッチング速度は遅いが、ブラックレジスト層２の表面に付着したスパッタ粒子ＳＰもイオンＧＩによってエッチングされるので、突起ＣＰの先端が徐々に露出することになる。しかし、突起ＣＰの先端には別のスパッタ粒子ＳＰが再付着する傾向があり、結果的に、突起ＣＰが全体的に徐々に成長していく。なお、基板１１の上面もわずかながらエッチングされるが、その図示は省略している。
【００３０】
図４（ｂ）に示す最終段階においては、突起ＣＰが成長し、ブラックレジスト層２の上層は微小突起ＣＰがランダムに密集して形成された状態となる。このように多数の微小突起ＣＰが形成された上層部分が微細凹凸構造ＭＲを構成する。これにより、本実施の形態によるブラックマトリクス１が完成する。
【００３１】
図５に示す装置３０の場合、スパッタ粒子ＳＰが図３（ｂ）に示す状態の基板１１の周囲からその基板１１上に飛来する。したがって、図３（ｂ）に示す状態の基板１１の面積が大きい場合には、周辺領域と中央領域とでスパッタ粒子ＳＰの密度の差が大きくなる結果、周辺領域のブラックレジスト層２と中央領域のブラックレジスト層２とで、微小突起ＣＰの密度に差が生じてしまい、好ましくない。
【００３２】
図３（ｂ）に示す状態の基板１１の面積が大きい場合には、図５に示す装置３０に代えて、例えば、図６に示す装置４０を用いることが好ましい。図６に示す装置４０を用いれば、図３（ｂ）に示す状態の基板１１の面積が大きくても、微小突起ＣＰを均一な密度で形成することができる。図６に示す装置４０は、気密性を有する真空チャンバ４１を備え、真空チャンバ４１内にスパッタリング用電極４２とエッチング用電極４３とが対向して配置され、両電極４１，４３間にプラズマが形成される空間４４が設けられている。
【００３３】
また、真空チャンバ４１には、吸引路４５と反応ガス導入路４６とが接続されている。吸引路４５には、図示しない真空ポンプ等が設けられており、真空チャンバ４１内の気体や微粒子を吸引して排出可能となっている。稼働中に真空チャンバ４１の内圧を、例えば、１０Ｐａ以下で維持可能に構成されている。
【００３４】
反応ガス導入路４６には、図示しない反応ガス供給源が設けられており、真空チャンバ４１内の減圧状態を維持しつつ、真空チャンバ４１内に反応ガスを存在させることが可能となっている。稼働中に、反応ガスを所定分圧で維持可能に構成されている。
【００３５】
スパッタリング用電極４２及びエッチング用電極４３は、それぞれ平板状に形成されており、スパッタリング用電極４２が上方に、エッチング用電極４３が下方に、それぞれ水平に配置されて互いに平行となっている。
【００３６】
スパッタリング用電極４２及びエッチング用電極４３には、それぞれに高周波電力を発生する交流電源４７，４８が接続され、真空チャンバ４１がアース４９で接地されており、スパッタリング用電極４２とエッチング用電極４３とに、それぞれ独立に高周波電力が印加可能となっている。
【００３７】
エッチング用電極４３は、図３（ｂ）に示す状態の基板１１（図６では、ブラックレジスト層２の図示は省略。）を載置可能となっている。エッチング用電極４３の大きさは、基板１１と同一又は基板１１より大きいことが好適である。基板１１上のブラックレジスト層２の全面に微細凹凸構造を均一な密度で形成し易いからである。
【００３８】
このエッチング用電極４３は、真空チャンバ４１との間に高周波電圧が印加されることで、低圧の反応ガスを用いて空間４４にプラズマを発生させると共に、プラズマ発生領域４４ａで生成されたイオンやラジカル等の活性種を基板１１上のブラックレジスト層２に衝突させて、ブラックレジスト層２のエッチングを行うためのものである。
【００３９】
スパッタリング用電極４２は、スパッタリング材料が装着可能なものであってもよいが、ここでは、スパッタリング用電極４２自体がスパッタリング材料により形成されている。このスパッタリング用電極４２は、真空チャンバ４１との間に高周波電圧が印加されることで、低圧の反応ガスを用いて空間４４にプラズマを発生させると共に、プラズマ発生領域４４ａで生成されたイオン等の活性種をスパッタリング用電極４２の表面に衝突させて、スパッタ粒子（微細マスク物質）ＳＰを放出させるためのものである。
【００４０】
スパッタリング用電極４２は、エッチング用電極４３上に載置された図３（ｂ）に示す状態の基板１１のブラックレジスト層２側の面の鉛直方向上方に、空間４４を介して広い範囲で対向して配置されている。スパッタリング用電極４２と基板１１との対向させる面積は基板１１の大きさに応じて適宜設定可能である。
【００４１】
また、基板１１上のブラックレジスト層２側の面とスパッタリング用電極４２との間の間隔は、高周波電力が印加されることでプラズマ発生領域４４ａが形成可能であるとと共に、反応ガス導入路４６から導入された反応ガスが流動可能な程度の間隔で調整されている。
【００４２】
スパッタリング用電極４２を構成するスパッタリング材料は、特に限定されないが、例えばアルミナを用いることができる。エッチング用電極４３の材質は特に限定されず、プラズマを用いたエッチング装置或いはスパッタリング装置に使用可能なものであればよい。
【００４３】
反応ガスとしては、例えば、Ｏ２とＣＦ４との混合ガスを用いてもよい。
【００４４】
図６に示す装置４０を用いる場合、エッチング用電極４３上に図３（ｂ）に示す状態の基板１１を載置して、空間４４を介してスパッタリング用電極４２と基板１１のブラックレジスト層２側の面とを対向させて空間４４に露出した状態で配置する。そして、吸引路４５から真空チャンバ４１内の気体を吸引除去すると共に、反応ガス導入路４６から反応ガスを供給して、反応ガスが存在した状態で真空チャンバ４１内を所定の減圧雰囲気にすることで、準備を完了する。
【００４５】
この状態で、スパッタリング用電極４２とエッチング用電極４３とに別々に調整された高周波電力を印加する。このとき、スパッタリング用電極４２には、スパッタ粒子ＳＰを適度に放出可能な程度となるように第１の高周波電力を印加する。一方、エッチング用電極４３には、第１の高周波電力より大きい第２の高周波電力を印加する。
【００４６】
すると、プラズマにより発生したイオンやラジカル等の活性種が、第１の高周波電力に応じてプラズマ発生領域４４ａから陰極降下部４４ｂを通してスパッタリング材料側に飛散して衝突し、スパッタ粒子ＳＰを放出させる。このスパッタ粒子ＳＰは飛散して、図３（ｃ）の場合と同様に、基板１１の上面やブラックレジスト層２の上面にランダムに付着する。一方、プラズマにより発生した活性種は基板１１側にも飛散し、第２の高周波電力に応じてプラズマ発生領域４４ａから陰極降下部４４ｂを通して基板１１のブラックレジスト層２側の面に衝突する。これにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）の場合と同様に、ブラックレジスト層２の上層に微細凹凸構造ＭＲが構成される。
【００４７】
本実施の形態によるブラックマトリクス１では、遮光層が、黒色材料を含有した樹脂層であるブラックレジスト層２で構成されている。このため、本実施の形態によるブラックマトリクス１の製造に際して、ブラックレジスト組成物２’の塗布を行えばよいので、シリコン層の成膜等を要する場合に比べて、製造が容易でコスト低減を図ることができ、また大面積化も容易である。
【００４８】
また、本実施の形態によるブラックマトリクス１では、ブラックレジスト層２の表面に、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが形成されているので、ブラックレジスト層２の反射率を著しく低下させることができる。
【００４９】
本発明者は、本実施の形態によるブラックマトリクス１に相当する最終サンプルを、前述した製造方法で、実際に作製した。このとき、透明基板１１として石英ガラス基板を用い、その上に、ブラックレジスト組成物２’として「東京応化製ＣＦＰＲ ＢＫ４６１１」を厚さ２μｍ塗布し、これに対しベーク・露光を行い、更に水酸化カリウム水溶液で現像した後にポストベークを行い、図３（ｂ）に示す基板１１に相当する中間サンプルを得た。この中間サンプルについて、微細凹凸構造ＭＲが形成される前のブラックレジスト層２の反射率を測定するとともに、そのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像（走査型電子顕微鏡による像）を得た。
【００５０】
その後、図５に示す装置３０を用いて、前記中間サンプルのブラックレジスト層２に微細凹凸構造ＭＲを形成することで、本実施の形態によるブラックマトリクス１に相当する最終サンプルを得た。このとき、トレイ３７はアルミナ製とし、反応ガス源３９からＣＦ４：１００ｓｃｃｍとＯ２：３０ｓｃｃｍとの混合ガスを真空チャンバ３４内へ導入し、真空チャンバ３４内の圧力は６Ｐａとし、ＲＩＥパワーを５００Ｗとして、前述したドライエッチングを行った。そのエッチング時間は、４分とした。この最終サンプルについて、微細凹凸構造ＭＲが形成された後のブラックレジスト層２の反射率を測定するとともに、そのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像を得た。また、最終サンプルのブラックレジスト層２側から見た写真を得た。
【００５１】
図７は、最終サンプルのブラックレジスト層２側から見た写真である。図８は、最終サンプルのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像である。図９は、中間サンプルのブラックレジスト層２の表面のＳＥＭ像である。図１０は、各波長に対する、中間サンプル及び最終サンプルのブラックレジスト層２の反射率を示す図である。図１０において、実線が中間サンプルのブラックレジスト層２の反射率を示し、破線が最終サンプルのブラックレジスト層２の反射率を示している。
【００５２】
図９から、中間サンプルのブラックレジスト層２の表面には微細凹凸構造ＭＲが形成されていないことがわかる。中間サンプルは、従来のブラックマトリクスに相当している。一方、図８から、最終サンプルの表面には、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが形成されていることがわかる。図８から、微小突起ＣＰの長さは４００ｎｍ程度、微小突起ＣＰの間隔は１５０ｎｍ程度であることが読み取れる。
【００５３】
図１０からわかるように、中間サンプルのブラックレジスト層２の反射率は、可視領域に渡って２．５％以上とかなり高いのに対し、最終サンプルのブラックレジスト層２の反射率は、可視領域に渡ってほぼ０％と非常に低く、ブラックマトリクスの反射率として従来は全く考えられなかった理想的なものである。
【００５４】
このようにして、本実施の形態によるブラックマトリクス１は、微細凹凸構造が形成されていないブラックレジスト層を用いたブラックマトリクスに比べて、ブラックレジスト層２の反射率を著しく低くすることができることが、確認された。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図１１は、本発明の第２の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板５１を模式的に示す概略断面図である。図１１おいて、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５６】
このカラーフィルタ基板５１は、前記第１の実施の形態によるブラックマトリクス１を用いて構成されている。本実施の形態によるカラーフィルタは、ブラックマトリクス１と、ブラックマトリクス１のブラックレジスト層２の開口部３に設けられた着色層５２とから構成されている。着色層５２の色は、所定の色配列により赤色、緑色及び青色のいずれかとされている。着色層５２は、任意の手法で開口部３に形成することができる。例えば、インクジェット方式により、ブラックマトリクス１のブラックレジスト層２の開口部３に、染料を含む硬化型のインキを付与し、硬化させて着色層５２を形成することができる。
【００５７】
なお、図３（ｂ）に示す状態の基板１１において開口部３に着色層５２を形成し、その状態の基板１１に対して、前述した微細凹凸構造の形成工程を行ってもよい。この場合には、ブラックレジスト層２の表面のみならず、着色層５２の表面にも微細凹凸構造が形成されることになる。勿論、着色層５２の表面に微細凹凸構造が形成されるか否かでその分光透過特性が異なってくるが、予め微細凹凸構造の着色層５２に対する影響を考慮した上で、着色層５２の染料等を選定しておけばよい。
【００５８】
また、このカラーフィルタ基板５１は、ブラックマトリクス１のブラックレジスト層２及び着色層５２を覆うオーバーコート層５３と、その上に形成された透明共通電極（ＩＴＯ）５４とを備えている。オーバーコート層５３は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂等の材料を着色層５２を形成した基板１１の上にスピンナ等によって全面塗布した後、キュア処理して樹脂を硬化させてなるものである。このオーバーコート層５３は、用いた着色材料の保護と平坦度を得るために設けられているが、省略してもよい。透明共通電極５４は、オーバーコート層５３の上に真空蒸着装置等によって成膜形成されている。
【００５９】
［第３の実施の形態］
図１３は、本発明の第３の実施の形態によるカラーフィルタを含むカラーフィルタ基板１０１を模式的に示す概略断面図である。
【００６０】
本実施の形態のカラーフィルタは反射型カラーフィルタとして構成されている。本実施の形態のカラーフィルタ基板１０１が前記第２の実施の形態のカラーフィルタ基板５１と相違する点は、着色層５２と基板１１との間に、反射膜１０２及び散乱膜１０３を有する点である。反射膜１０２及び散乱膜１０３としては、反射型カラーフィルタに通常用いられる公知の金属膜や樹脂膜を使用することができる。ただし、製造方法として次に説明する工程を採用する場合には、ブラックレジスト層２の表面に微細凹凸構造を形成する過程で反射膜１０２がプラズマに接触するため、反射膜１０２にはプラズマによってダメージを受けにくい材料を用いることが好ましい。
【００６１】
なお、反射膜１０２及び散乱膜１０３は少なくとも着色層５２の下側に存在すれば反射型カラーフィルタとしての機能を奏するが、これに加えてブラックレジスト層２の下側にまで存在した場合でも特段の悪影響を及ぼすことはないため、製造工程の簡略化の観点からは、図１３に示すように反射膜１０２及び散乱膜１０３を基板１１の全面に形成した構成であっても構わない。
【００６２】
ここで本実施の形態の反射型カラーフィルタの製造方法について、図１４を参照しながら説明する。基板１１上に散乱膜１０３及び反射膜１０２を積層し、その上にブラックレジスト層２’を形成する（図１４（ａ）〜（ｂ））。次にブラックレジスト層２’を所定のパターンにパターニングした後、パターニングされたブラックレジスト層２の表面に微細凹凸形状を形成する（図１４（ｃ）〜（ｄ））。このとき反射膜１０２としてアルミ等の金属膜を用いれば、ブラックレジスト層２の表面のみに微細凹凸形状を形成することができる。次にブラックレジスト層２の開口部３に所定の色配列により着色層５２を形成し（図１４（ｅ））、オーバーコート層５３及び透明電極層５４を形成して反射型カラーフィルタ基板１０１が完成する（図１４（ｆ））。ここで着色層５２、オーバーコート層５２、及び透明電極層５４の形成に関しては、第２の実施の形態で説明したものと同様の工程を採用することができる。
【００６３】
［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態による表示素子としての反射型液晶表示素子６１を示す概略断面図である。図１２において、図１３及び図１４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態による液晶表示素子６１は、前述したカラーフィルタ基板１０１と多数の画素電極７０を備えるＴＦＴ側基板７１を対向させ、両基板間に液晶６９を封入してなるものである。
【００６５】
ＴＦＴ側基板７１はその内側に個々の画素をソース線（信号線）に対して導通／非導通の選択をするスイッチの機能を果たす薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（図示せず）及びマトリックス状に配列された透明な画素電極７０を備え、さらに基板内面の全面を覆って配向膜６８が設けられている。ＴＦＴ側基板７１の表側に偏光板７２が設けられている。
【００６６】
本実施の形態による液晶表示素子６１では、前記第１の実施の形態によるブラックマトリクス１とその開口部３に配置された着色層５２とから構成された前記第３の実施の形態によるカラーフィルタが、用いられている。したがって、ブラックマトリクス１の反射率が著しく低くなりしかもブラックマトリクス１の製造が容易でコスト低減を図ることができることから、得られる画像の画質が従来の液晶表示素子に比べて格段に向上するとともに、液晶表示素子６１全体としても製造が容易でコスト低減を図ることができる。
【００６７】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６８】
例えば、本発明による遮光膜の用途は、ブラックマトリクス１に限定されるものではない。本発明による遮光膜は、例えば、種々の光学機器において迷光等を吸収する吸収膜として用いることができる。この場合、その遮光膜は、パターニングせずに、基板の全面に形成してもよい。このようにパターニングする必要がない場合は、当該遮光膜を構成する黒色材料を含有した樹脂層として、ブラックレジスト層を用いる必要がなく、感光性を有している必要はない。
【００６９】
また、本発明による光学素子は、ブラックマトリクス１やカラーフィルタに限定されるものではなく、本発明は、例えばニッポウディスクなどの種々の光学素子に適用することができる。
【００７０】
さらに、本発明による表示素子は、液晶表示素子に限定されるものではなく、本発明は、例えば、有機ＥＬ表示素子、プラズマ表示素子などの種々の表示素子にも適用することができる。また、モノクロ用の液晶表示素子の場合は、前記第４の実施の形態による液晶表示素子６１において、着色層５２を取り除いてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ ブラックマトリクス
２ ブラックレジスト層
３ 開口部
１１ 透明基板
５２ 着色層
６１ 液晶表示素子
ＣＰ 微小突起
ＭＲ 微細凹凸構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の微小突起を含む微細凹凸構造が表面に形成された、黒色材料を含有した樹脂層を有することを特徴とする遮光膜。
【請求項２】
前記黒色材料を含有した前記樹脂層は、ブラックレジスト層であることを特徴とする請求項１記載の遮光膜。
【請求項３】
基板上に形成された遮光膜を備え、前記遮光膜が請求項１又は２記載の遮光膜であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
前記遮光膜が所定パターンにパターニングされたことを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
基板上に、黒色材料を含有した樹脂層を形成する段階と、
前記樹脂層の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記樹脂層の表面をドライエッチングすることで、前記樹脂層の表面に、多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成する段階と、
を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂層を形成する前記段階は、基板上にブラックレジスト組成物を塗布する段階と、塗布された前記ブラックレジスト組成物に対して露光・現像を含む処理をしてブラックレジスト層を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項５記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
基板上に形成された遮光膜を備え、前記遮光膜が請求項１又は２記載の遮光膜であることを特徴とするブラックマトリクス。
【請求項８】
請求項７記載のブラックマトリクスと、前記遮光膜の開口部に形成された着色層とを備えたことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項９】
請求項７記載のブラックマトリクス又は請求項８記載のカラーフィルタを備えたことを特徴とする表示素子。
【請求項１】
多数の微小突起を含む微細凹凸構造が表面に形成された、黒色材料を含有した樹脂層を有することを特徴とする遮光膜。
【請求項２】
前記黒色材料を含有した前記樹脂層は、ブラックレジスト層であることを特徴とする請求項１記載の遮光膜。
【請求項３】
基板上に形成された遮光膜を備え、前記遮光膜が請求項１又は２記載の遮光膜であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
前記遮光膜が所定パターンにパターニングされたことを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
基板上に、黒色材料を含有した樹脂層を形成する段階と、
前記樹脂層の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記樹脂層の表面をドライエッチングすることで、前記樹脂層の表面に、多数の微小突起を含む微細凹凸構造を形成する段階と、
を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂層を形成する前記段階は、基板上にブラックレジスト組成物を塗布する段階と、塗布された前記ブラックレジスト組成物に対して露光・現像を含む処理をしてブラックレジスト層を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項５記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
基板上に形成された遮光膜を備え、前記遮光膜が請求項１又は２記載の遮光膜であることを特徴とするブラックマトリクス。
【請求項８】
請求項７記載のブラックマトリクスと、前記遮光膜の開口部に形成された着色層とを備えたことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項９】
請求項７記載のブラックマトリクス又は請求項８記載のカラーフィルタを備えたことを特徴とする表示素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３３８７（Ｐ２０１１−１３３８７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６２８０（Ｐ２００９−１５６２８０）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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