JP3200210B2 - 親水性レリーフ処理用触媒処理液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラックマトリックス基
板作成用の触媒処理液に係り、特に無電解メッキにより
寸法精度が高く遮光性に優れたブラックマトリックス基
板を製造することを可能にした触媒処理液に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットディスプレーとして、モ
ノクロあるいはカラーの液晶ディスプレイが注目されて
いる。液晶ディスプレイには、３原色の制御を行うため
にアクティブマトリックス方式および単純マトリックス
方式とがあり、いずれの方式においてもカラーフィルタ
ーが用いられている。そして、液晶ディスプレイは構成
画素部を３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とし、液晶の電気的スイ
ッチングにより３原色の各光の透過を制御してカラー表
示を行うものである。

【０００３】このカラーフィルターは、透明基板上に各
着色層と保護層と透明電極層を形成して構成されてい
る。そして、発色効果や表示コントラストを上げるため
に、着色層のＲ，Ｇ，Ｂの各画素の境界部分に遮光性を
有するパターン（ブラックマトリックス）が形成され
る。また、アクティブマトリックス方式の液晶ディスプ
レイでは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング
素子として用いているため、光リーク電流を抑制する必
要がある。このため、ブラックマトリックスに対して高
い遮光性が要求される。

【０００４】従来、ブラックマトリックスとしては、蒸
着クロム薄膜をフォトエッチングしてレリーフ形成した
もの、親水性樹脂レリーフを染色したもの、黒色顔料を
分散した感光液を用いてレリーフ形成したもの、黒色電
着塗料を電着して形成したもの、印刷により形成したも
の等があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
蒸着クロム薄膜をフォトエッチングしてレリーフ形成し
たものは寸法精度が高いものの、蒸着やスパッタ等の真
空成膜工程が必要であることや、製造工程が複雑である
為に製造コストが高く、また、強い外光の下での表示コ
ントラストを高めるためにクロムの反射率を抑える必要
が生じ、このため、製造コストが更にかかる低反射クロ
ムのスパッタ等を行う必要があった。また、上述の黒色
染料や顔料を分散した感光性レジストを用いる方法は、
製造コストは安価となるが、感光性レジストが黒色のた
めフォトプロセスが不充分となり易いことや、充分な遮
光性を得難い等、高品質なブラックマトリックスが得ら
れないという問題があった。さらに、上述の印刷方法に
よるブラックマトリックス形成では、製造コストの低減
は可能であるものの、寸法精度が低いという問題があっ
た。

【０００６】ここで、近年のエレクトロニクスの急速な
発展に伴って、例えばカラープリンタ、プリント配線
板、磁気ディスク、リードフレーム、薄膜抵抗体等の電
子部品には、高精度のメッキ技術が用いられている。特
に、無電解メッキは、金属塩と還元剤とが共存する溶液
から触媒的な化学反応により金属被膜を析出させる新し
い成膜技術である。そして、還元剤の酸化反応に対して
触媒活性な核を付与すれば、電気を通さないガラス、セ
ラミックスあるいはプラスチックのような素材にも成膜
できるほか、電気メッキの場合とは異なり、電流分布の
影響がないので、複雑な形状の部品に対しても膜厚の均
等なメッキが可能である。

【０００７】このような無電解メッキの特徴を活かし
て、特開平２−２７１３０２号公報には、ブラックマト
リックスの形成方法として、上記の金属クロムのスパッ
タリング法に代えて、無電解メッキを利用した形成方法
が開示されている。この方法によれば、ガラス基板表面
をフッ酸等でエッチングし、この表面を常法によりパラ
ジウム等で活性化させた後、無電解メッキを施してメッ
キ層とし、その後、金属クロムのスパッタリング法と同
様にしてブラックマトリックスが形成される。

【０００８】しかしながら、上記の無電解メッキを利用
したブラックマトリックスの形成方法では、ガラス基板
と無電解メッキ被膜との密着性を向上させるために、前
処理としてガラス基板のエッチング工程が必要である。
また、形成されたブラックマトリックスは金属被膜であ
るため、金属クロムのスパッタリング法により形成され
たブラックマトリックスと同様に反射率が高く、液晶デ
ィスプレイパネルとして用いた場合、強い外光の下での
表示コントラストが低下するという問題があった。

【０００９】本発明は上述のような事情に鑑みてなされ
たものであり、液晶ディスプレイ等のフラットディスプ
レイ、ＣＣＤ等のイメージャー、あるいはカラーセンサ
等のカラーフィルタに用いることのできる平坦性が高く
遮光性に優れたブラックマトリックス基板を無電解メッ
キにより低コストで製造することのできるブラックマト
リックス基板作成用の触媒処理液を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の親水性レリーフ処理用触媒処理液
は、還元されて無電解メッキの触媒活性となる金属化合
物を１０ｍｇ／ｌ〜５０ｍｇ／ｌの範囲で含有し、ブラ
ックマトリックス用の親水性レリーフを処理するための
水溶液であるような構成とした。

【００１１】

【作用】基板上に形成されたブラックマトリックス用の
親水性レリーフ中に本発明の触媒処理液が含浸されるこ
とにより、無電解メッキによる親水性レリーフ中への金
属微粒子の析出において、触媒処理液中に含有される金
属化合物が無電解メッキ液の還元作用により還元されて
触媒活性となり、この際、上記の金属化合物が触媒処理
液中に１０ｍｇ／ｌ〜３０００ｍｇ／ｌの範囲で含有さ
れているため、親水性レリーフのみが触媒活性な部分と
なり、基板上への金属析出を生じることなく親水性レリ
ーフ中のみに金属微粒子が均一に析出し、形成されたブ
ラックマトリックス基板は、高光学濃度、低反射率のも
のとなる。

【００１２】

【実施例】本発明の触媒処理液に用いる金属化合物は、
例えばパラジウム、金、銀、白金、銅等の塩化物、硝酸
塩等の水溶性塩、および錯化合物が用いられる。そし
て、このような金属化合物は触媒処理液中に１０ｍｇ／
ｌ〜３０００ｍｇ／ｌ程度含有される。特に、実用レベ
ルの光学濃度（１．５以上）を考慮すると、金属化合物
は２０ｍｇ／ｌ〜５０ｍｇ／ｌの範囲で溶解され含有さ
れることが好ましい。

【００１３】金属化合物の含有量が１０ｍｇ／ｌ未満で
あると、後述する無電解メッキにおいて触媒含有レリー
フに充分な触媒活性が付与されない。このため、金属微
粒子が未析出な部分が発生する。このような未析出な部
分を生じる触媒含有レリーフを用いて、ブラックマトリ
ックスとして機能するために要求される高い光学濃度を
得るためには、長時間に亘る無電解メッキを行う必要が
生じる。このように、長時間無電解メッキを行うことに
より、平均値的には光学濃度が高いブラックマトリック
スは得られるが、このようなブラックマトリックスには
光学濃度のバラツキがあり極端に光学濃度が低い領域が
存在し、ブラックマトリックス全体を観察したときに遮
光に対するムラとなり、実用に供し得ないのが実情であ
る。さらに、金属化合物の含有量が低い場合には、ブラ
ックマトリックス基板の周辺部に設けられる位置合せ用
のマーカー等の非連続パターン部分での金属析出が著し
く悪いという問題がある。一方、金属化合物の含有量が
３０００ｍｇ／ｌを越えると、触媒処理液の作製におけ
る金属化合物の溶解に長時間を要するにもかかわらず、
触媒処理液の触媒活性能力は変わらず、さらに、金属化
合物が上記のような貴金属化合物であるため、必要以上
の金属化合物を用いることは、製造コストの上昇を来し
好ましくない。

【００１４】上記のような本発明の触媒処理液を用い
て、後述するように感光性レジスト中に金属化合物を含
有させる場合、感光性レジスト中の含有量は０．００１
〜５重量％程度とすることが好ましい。

【００１５】次に、上記のような本発明の触媒処理液を
用いたブラックマトリックス基板の作成例を図１を参照
して説明する。先ず透明基板２上に感光性レジストを塗
布して厚さ０．１〜５．０μｍ程度、好ましくは０．１
〜０．２μｍ程度の感光性レジスト層３を形成する（図
１（Ａ））。感光性レジストの塗布厚が０．１μｍ未満
の場合、金属微粒子の析出が不充分となり、充分な光学
濃度を有するブラックマトリックス層が得られない。ま
た、感光性レジストの塗布厚が５．０μｍを越えると解
像度が低下するので好ましくない。さらに、表面凹凸の
点から、塗布厚を２．０μｍ以下とすることが好まし
い。

【００１６】次に、ブラックマトリックス用のフォトマ
クス７を介して感光性レジスト層３を露光する（図１
（Ｂ））。そして、露光後の感光性レジスト層３を現像
してブラックマトリックス用のパターンを有するレリー
フ４形成する（図１（Ｃ））。次に、この透明基板１３
を本発明の触媒処理液に浸漬し水洗して乾燥した後、熱
処理（１００〜２００℃、５〜３０分間）を施して触媒
含有レリーフ５とする（図１（Ｄ））。そして、透明基
板２上の触媒含有レリーフ５を無電解メッキ液に接触さ
せることにより黒色レリーフとし、ブラックマトリック
ス６を形成する（図１（Ｅ））。尚、上記の熱処理は、
触媒含有レリーフ５を形成する前のレリーフ４の段階で
行ってもよい。この場合の熱処理条件は、９０〜１３０
℃、５〜６０分間程度が好ましい。また、ブラックマト
リックス６に加熱あるいは硬膜剤塗布による硬膜処理を
施してもよい。

【００１７】上述のような本発明の触媒処理液を用いた
ブラックマトリックス形成では、必要量の触媒処理液の
みをレリーフ４中に含浸させて触媒含有レリーフ５を形
成し、還元されて触媒活性となる金属化合物の透明基板
２上への付着あるいは吸着を防止し、無電解メッキ液中
に上記の金属化合物を可能なかぎり混入させないように
なされている。そして、触媒含有レリーフ５内のみが触
媒活性となり、この触媒含有レリーフ５内に均一に金属
微粒子が析出して黒色レリーフとなるため、従来の無電
解メッキを利用した形成方法により形成される金属被膜
と異なり、低い反射率を達成することができる。

【００１８】上記のブラックマトリックス形成に使用で
きる感光性レジストとしては、例えば、ゼラチン、カゼ
イン、グルー、卵白アルブミン等の天然タンパク質、カ
ルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポ
リアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリ
ドン、ポリエチレンオキサイド、無水マレイン酸共重合
体、及び、上記の樹脂のカルボン酸変性物あるいはスル
ホン酸変性物等の親水性樹脂を１種、あるいは複数種を
混合したものに対し、例えば、ジアゾ基を有するジアゾ
ニウム化合物およびパラホルムアルデヒドの反応生成物
であるジアゾ樹脂、アジド基を有するアジド化合物、ポ
リビニルアルコールにケイ皮酸を縮合したケイ皮酸縮合
樹脂、スチルバゾリウム塩を用いた樹脂、重クロム酸ア
ンモニウム等の光硬化型の感光性基を有するものを添加
することで感光性を付与したものを挙げることができ
る。尚、感光性基は上述の光硬化型感光性基に限定され
ないことは勿論である。

【００１９】また、上記のブラックマトリックス形成に
使用できる無電解メッキ液は、例えば次亜リン酸、次亜
リン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、Ｎ−ジメ
チルアミンボラン、ボラジン誘導体、ヒドラジン、ホル
マリン等の還元剤と、例えばニッケル、コバルト、鉄、
銅、クロム等の水溶性の被還元性重金属塩と、メッキ速
度、還元効率等を向上させるカセイソーダ、水酸化アン
モニウム等の塩基性化合物と、無機酸、有機酸等のｐＨ
調整剤、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等のオキ
シカルボン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸、無機酸のアルカ
リ塩に代表される緩衝剤と、重金属イオンの安定性を目
的とした錯化剤の他、反応促進剤、安定剤、界面活性剤
等とを有する無電解メッキ液が使用される。

【００２０】上記のように、無電解メッキ液は金属イオ
ンと還元剤が共存し、熱力学的には安定な系ではない。
しかし、上述の本発明の触媒処理液を用いたブラックマ
トリックス形成では、触媒含有レリーフ内のみが触媒活
性となり選択的に金属析出が行われ、透明基板上での金
属の析出が有効に防止される。

【００２１】尚、２種以上の無電解メッキ液を併用して
もよい。例えば、まず、核（例えば無電解メッキの触媒
となる金属化合物としてパラジウムを使用した場合はパ
ラジウムの核）を作り易い水素化ホウ素ナトリウムのよ
うなホウ素系還元剤を含む無電解メッキ液を用い、次
に、金属析出速度の速い次亜リン酸系還元剤を含む無電
解メッキ液を用いることができる。

【００２２】上述のようなブラックマトリックス基板１
のブラックマトリックス６間に赤色パターン、緑色パタ
ーン、青色パターンからなる着色層を形成するには、染
色法、分散法、印刷法、電着法等の公知の種々の方法を
用いることができる。

【００２３】また、カラーフィルタを作成するには、上
述のようにして作成したブラックマトリックス６と着色
層を覆うように保護層を設け、カラーフィルタの表面平
滑化、信頼性の向上、および液晶層への汚染防止等を図
ることができる。この保護層は、アクリル系樹脂、エポ
キシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の透明樹脂、あるいは
二酸化ケイ素等の透明無機化合物等を用いて形成するこ
とができる。保護層の厚さは０．１〜５０μｍ程度が好
ましい。

【００２４】さらに、保護層上には、透明共通電極とし
て例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜を形成するこ
とができる。ＩＴＯ膜は蒸着法、スパッタ法等の公知の
方法により形成することができ、厚さは２００〜２００
０Å程度が好ましい。

【００２５】次に、実験例を示して本発明を更に詳細に
説明する。 （実験例）透明基板としてコーニング社製７０５９ガラ
ス（厚さ＝１．１ｍｍ）を用い、スピンコート法（回転
数＝１５００r.p.m.）により下記組成の感光性レジスト
を透明基板上に塗布し、その後、７０℃、１０分間の条
件で乾燥して感光性レジスト層（厚さ＝０．６μｍ）を
形成した。

【００２６】 （感光性レジストの組成） ・ポリビニルアルコール４．４７重量％水溶液 … １００重量部 （ポリビニルアルコール：日本合成化学製ゴーセナールT-330 ） ・ジアゾ樹脂５．００重量％水溶液 …５．７１重量部 （ジアゾ樹脂：シンコー技研製Ｄ−０１１） 次に、感光性レジスト層に対してブラックマトリックス
用のフォトマスク（ネガ、線幅＝２０μｍ）を介して露
光を行った。露光用の光源は超高圧水銀灯２ｋｗを用
い、１０秒間照射した。その後、常温の水を用いてスプ
レー現像を行いエアー乾燥し、次に、この透明基板に１
００℃、３０分間の熱処理を施して、ブラックマトリッ
クス用の線幅２０μｍのレリーフを形成した。

【００２７】次に、濃塩酸１ｍｌ／ｌの水溶液中に室温
で塩化パラジウム（ＰｄＣｌ₂ ）を下記の表１に示され
る割合で添加し、２４時間攪拌して１０種の触媒処理液
を調製した。

【００２８】

【表１】 次に、上記の各触媒処理液を用い、触媒処理液に透明基
板を２分間浸漬した後、水洗し、エアー乾燥してレリー
フを触媒含有レリーフとした１０種の透明基板を得た。

【００２９】その後、透明基板をホウ素系還元剤を含む
常温のニッケルメッキ液（奥野製薬製ニッケルメッキ液
トップケミアロイＢ−１）に４分間浸漬させ、水洗乾燥
して黒色レリーフ（ブラックマトリックス）を形成し、
ブラックマトリックス基板（試料１〜１０）を得た。

【００３０】上記のようにして作成したブラックマトリ
ックス基板（試料１〜１０）について、ブラックマトリ
ックスの光学濃度（ＯＤ）および波長５４５ｎｍにおけ
る反射率（Ｒ）を測定し、その結果を表２に示した。

【００３１】（光学濃度測定条件） ・測定方法：分光透過率測定（波長：４００〜７００ｎ
ｍ） 透過率Ｔを測定し、ＯＤ＝−log[T/100]にて算出 ・装 置：顕微分光測光装置（オリンパス光学工業
（株）製 ＡＨ２−ＳＴＫ） ・仕 様：分光波長４００〜７００ｎｍ、波長分解能
５．０ｎｍ

【００３２】

【表２】 表２に示されるように、触媒処理液に含有されるＰｄＣ
ｌ₂ 量が１０ｍｇ／ｌ（触媒処理液Ｎｏ．２）となって
初めてブラックマトリックスの要求特性の一つである光
学濃度が得られ、１．５以上の高光学濃度は、ＰｄＣｌ
₂ 含有量が２０ｍｇ／ｌ以上である触媒処理液（Ｎｏ．
４〜１０）を使用して作成されたブラックマトリックス
基板（試料４〜１０）で達成された。そして、触媒処理
液のＰｄＣｌ₂ 含有量が３０００ｍｇ／ｌ（触媒処理液
Ｎｏ．１０）以上の場合では、ブラックマトリックスの
光学濃度の向上は見られなかった。ここで、表２に示さ
れる光学濃度（ＯＤ）は、上記のように顕微分光測光装
置にて透過率Ｔを測定し、−log[T/100]にて計算した値
であり、光学濃度（ＯＤ）が３以上の場合、透過率Ｔは
０．１０以下となり十分な遮光性が得られ、試料５と試
料７の光学濃度（ＯＤ）の差は、装置精度から有意差で
はなく同等とみなせる。したがって、安全性とコストの
観点から、試料５と試料７の中間の試料６の作成に使用
した触媒処理液（Ｎｏ．６）と同等のＰｄＣｌ₂ 含有量
（５０ｍｇ／ｌ）を、触媒処理液のＰｄＣｌ₂ 含有量の
上限としてもよいことが確認された。

【００３３】また、反射率は、高光学濃度を示すブラッ
クマトリックス基板においても５％以下であり、低反射
率が実現された。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば触
媒処理液は還元されて無電解メッキの触媒活性となる金
属化合物を１０ｍｇ／ｌ〜５０ｍｇ／ｌの範囲で含有す
る水溶液であり、この触媒処理液を透明基板上に形成さ
せたブラックマトリックス用の親水性レリーフに含浸さ
せることにより、無電解メッキによってレリーフ全体に
略均一に金属粒子が析出され、形成されたブラックマト
リックス基板は光学濃度が高いとともに反射率が低いも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の触媒処理液を用いたブラックマトリッ
クス基板の作成例を説明するための工程図である。

【符号の説明】

１…ブラックマトリックス基板 ２…透明基板 ３…感光性レジスト層 ４…レリーフ ５…触媒含有レリーフ ６…ブラックマトリックス（黒色レリーフ）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 還元されて無電解メッキの触媒活性とな
   る金属化合物を１０ｍｇ／ｌ〜５０ｍｇ／ｌの範囲で含
   有し、ブラックマトリックス形成用の親水性レリーフを
   処理するため水溶液であることを特徴とする親水性レリ
   ーフ処理用触媒処理液。