CN101324750A - 液晶显示元件用光掩膜及使用该光掩膜的彩色滤光片的制造方法 - Google Patents

液晶显示元件用光掩膜及使用该光掩膜的彩色滤光片的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液晶显示元件用光掩膜及使用该光掩膜的彩色滤光片的制造方法，尤其涉及在遮光区域的至少一边上，具备相互平行排列了多个狭缝结构或透射率被调节的结构的光掩膜，以及使用该光掩膜的彩色滤光片的制造方法。使用本发明的光掩膜制造的彩色滤光片，在被黑矩阵区分的象素分界面上的段差很小，能够减少在液晶单元中产生彩色滤光片和薄膜晶体管之间的间隔差的现象。使用这种彩色滤光片制造的液晶显示元件，即使没有另外的工序、光学补偿或电路补偿也能够改善其电场特性，具有提高对比度，减少色差现象的效果。

Description

液晶显示元件用光掩膜及使用该光掩膜的彩色滤光片的制造方法
技术领域
本发明涉及用于平板显示装置、例如用于液晶显示元件的光掩膜及使用该光掩膜的彩色滤光片的制造方法。尤其涉及在遮光区域的至少一边上，具备相互平行排列了多个狭缝(slit)结构、或透射率被调节的结构的液晶显示元件用光掩膜，以及使用该光掩膜的彩色滤光片的制造方法。
本申请主张2007年6月14日向韩国专利局提交的韩国专利申请第10-2007-0058530号的优先权，本说明书包括其所有的内容。
背景技术
用于液晶显示元件的液晶单元的结构，是由很大的用于驱动的薄膜晶体管基板、体现色彩的彩色滤光片、以及两个基板之间的液晶所形成。上述彩色滤光片为，一种使用经颜料分散后的感光性有机物质，通过光蚀刻法形成图形之后，为了体现彩色显像而采用具有三种以上的透射-吸收波长的彩色油墨来形成象素的基板。为了在液晶显示元件上体现鲜明且自然的图像，必须使用具有高对比度和色差被最小化的彩色滤光片。
在彩色滤光片的制造中，形成象素时，为了区分各象素必须采用黑矩阵(Black Matrix)。但是，形成黑矩阵图形之后再形成象素时，所面临的最大问题是在象素分界面上的段差。当发生段差时，由于在液晶单元中产生彩色滤光片和薄膜晶体管之间的间隔差，其结果导致电场的歪曲。因此，对比度会减少或发生色差。为了克服该缺点需要追加的工序。譬如，在对比度减少时追加光学补偿薄膜以使对比度提高，在发生色差时需要另采取修正电路信号的措施。而这些将成为液晶显示元件的制造成本上升的主要原因。
作为其它的用于减少段差的普遍方法，还有追加涂布透明有机薄膜的方法。然而该方法，也有由于追加工序而费用增加的问题，以及在有机薄膜工序中因异物而发生不良因素等引起的合格率下降的问题。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明的目的是提供一种液晶显示元件用的光掩膜，该光掩膜通过具备多个狭缝结构或透射率经过调节的结构，从而能够将彩色滤光片的段差制成最小化。
同时，本发明的另一目的是提供一种彩色滤光片的制造方法，该彩色滤光片的制造方法是采用上述光掩膜，即使没有光学补偿薄膜、电路补偿或追加工序，也能够提高对比度并减少出现色差的现象。
本发明提供一种光掩膜，其包括：对光具有遮光性的遮光区域、被上述遮光区域包围并对光具有透光性的透光区域、以及在上述遮光区域的至少一边上相互平行排列的多个狭缝结构或透射率经调节的结构。
同时，本发明还提供一种彩色滤光片的制造方法，其包括：a)在涂布有黑矩阵的基板上形成彩色滤光片层的步骤；b)使用上述光掩膜，对上述形成的彩色滤光片层进行曝光显影的步骤。
使用本发明的光掩膜制造的彩色滤光片，在被黑矩阵区分的象素分界面上的段差很小，能够使液晶单元中彩色滤光片和薄膜晶体管之间的间隔差的产生变得最少。同时，使用这种彩色滤光片制造的液晶显示元件，即使没有另外的工序、光学补偿或电路补偿也能够改善其电场特性，并具有提高对比度、减少出现色差现象的效果。
附图说明
图1为本发明的具有狭缝结构的光掩膜的平面图。
图2为本发明的具有透射率被调节后结构的光掩膜的平面图。
图3为对图1的部分区域进行放大的放大图。
图4为在被黑矩阵图形区分的分界面上的段差的剖面图。
图5为，在形成有黑矩阵图形的基板上涂布彩色滤光片层，对使用现有的光掩膜和本发明的光掩膜进行曝光及显影之后的段差进行比较的剖面图。
图6为表示光掩膜的透射率所涉及的漏光现象的照片。
图7为表示使用本发明实施例1中的透射率为5％的光掩膜所形成的图形的照片。
图8为表示使用本发明比较例1中的透射率为3％的光掩膜所形成的图形的照片。
具体实施方式
下面对本发明进行详细的说明。
图1和图2是本发明一个实施方式的光掩膜的结构示意图。在图1中，灰色的部分是不透光的遮光区域，白色的部分是透光的透光区域。图1的光掩膜，具有在遮光区域中的至少一边相互平行排列有多个狭缝结构的结构。
对于上述狭缝结构的形态没有特别限制，可以是长方形或格子样式等形态，出于设计方便而优选长方形的形态。
优选上述各狭缝结构的宽度和间隔为0.5～20μm。当上述狭缝结构的宽度和间隔小于0.5μm时，不易稳定地形成狭缝，当上述狭缝结构的宽度和间隔大于20μm时，则无法获取所需图形(Pattern)的样式，也不能减少在象素部的分界面部分上的段差。
而且，优选在遮光区域的至少一边以上形成上述的狭缝结构，更优选形成在遮光区域的至少两边以上，最优选在遮光区域的全部边上形成该狭缝结构。
另一方面，如图3所示，能够通过狭缝数和大小来调节透光量。上述光掩膜内的遮光区域完全被光遮断，形成有上述狭缝结构的区域通过狭缝结构而透过一部分的光，进而接受到比上述遮光区域更少的光能，但由于上述一部分透过的光而使彩色滤光片层发生反应。通过上述狭缝结构的透光区域，相对于遮光区域优选为5～90％。若相对于遮光区域通过上述狭缝结构的透光区域小于5％时，则难以形成图形，若超过90％则无法获得本发明的效果。
图2的光掩膜，具有在遮光区域中排列有透射率被调节的结构的结构。对于上述透射率被调节的结构的形态没有特别限制，譬如可以是长方形或圆形等形状，出于设计方便而优选长方形的形状。作为调节透射率的方法，有通过使用如Cr和Cr氧化物、或者Mo和Mo氧化物的金属和金属氧化物来形成薄膜的方法。而且，也有使用吸收光的有机物质，如酞菁高分子或聚酰亚胺、以及二氧化硅或硅等进行涂布或蒸镀从而调节透射率的方法。然而，只要能调节特定区域的透射率即可，并不局限于以上记载的方法。
上述透射率被调节的各区域，相对于最小遮光区域优选为10～50％。若相对于最小遮光区域，上述透射率被调节区域小于10％，则不能获得所希望的效果，若超过50％则与相邻的结构互相重叠，在设计上也是不可能的。
而且，优选在遮光区域中的至少一边以上形成透射率被调节的结构，更优选在至少两边以上形成，最优选在遮光区域的所有边上形成该透射率被调节的结构。
通过上述狭缝结构或透射率被调节的结构，能够调节透光量。透过上述狭缝结构或透射率被调节的结构的光的透射率优选为5～90％。当上述透射率小于5％时，有可能不形成恰当的图形，而超过90％时则无法获得本发明的效果。图6为观察因透射率引起的漏光现象的照片，从照片可看出，当透射率小于5％或超过90％时会发生漏光现象。
另外，本发明还提供一种彩色滤光片的制造方法，其包括：
a)在涂布有黑矩阵的基板上形成彩色滤光片层的步骤；
b)使用本发明的光掩膜，对上述形成的彩色滤光片层进行曝光显影的步骤。
上述a)是在涂布有黑矩阵的基板上形成彩色滤光片层的步骤。对上述基板的材料无特别限定，可使用玻璃基板、塑料等挠性基板或涂布有导电性物质的玻璃基板等，优选耐热性强的透明玻璃基板。
作为上述黑矩阵可使用树脂黑矩阵、Cr或CrOx黑矩阵等，只要具有黑矩阵的功能就并不局限于上述的例子。
上述彩色滤光片材料优选为，曝光后变成相对于碱显影液的溶解度降低的结构，从而使非曝光部分显影的负(negative)型感光性树脂组合物。
上述树脂彩色滤光片层，是通过使用本技术领域公知的方法，譬如用旋转涂布、浸渍涂布或刮刀涂布等方法进行涂布之后，在50～150℃进行10～1000秒钟的预烤(pre-bake)工序而形成的。
上述b)是使用本发明的光掩膜，对上述形成的彩色滤光片层进行曝光显影的步骤。上述本发明的光掩膜，在其遮光区域中具有狭缝结构或透射率被调节的结构。因此，若使用上述光掩膜，通过浸渍或喷射显影液从而使曝光后的彩色滤光片层暴露于显影液中则光会被遮断，而彩色滤光片层中与光不反应的光掩膜遮光区域部分，与上述显影液进行反应而被去除，彩色滤光片层中属于透光区域的部分将会残留在基板上。如图5所示，通过上述光掩膜中的狭缝结构或透射率被调节的结构而使透光量受到调节的彩色滤光片层的部分形成为，被黑矩阵图形所区分的分界面上的高度降低。
上述曝光可使用本技术领域公知的通常方法来实施。上述曝光可以使用光刻机(mask aligner)、步进机或扫描仪等曝光装置，并使用g-射线(436nm)、h-射线(405nm)、i-射线(365nm)、j-射线(313nm)的单独或混合光源。
曝光能量可根据彩色滤光片层的灵敏度而决定，通常为10～200mJ/cm2。若上述曝光能量小于10mJ/cm2时，则难以正常形成图形，若超过200mJ/cm2时则无法实现本发明的效果。
对通过上述曝光产生了溶解度差的彩色滤光片层进行显影之后的彩色滤光片的制造方法，可通过本技术领域公知的一般方法来实施。
实施例
下面记载本发明的优选实施例。但是，下列的实施例仅仅是本发明优选的一个实施例，本发明并不局限于后述的实施例。
实施例
在形成有厚度约为1μm的黑矩阵的玻璃基板上，采用旋转涂布法涂布了彩色滤光片材料(LG化学负型的彩色滤光片用光致抗蚀剂HCR3)之后，进行100℃、2分钟的预烤，形成了彩色滤光片层。然后使用本发明的光掩膜，该光掩膜通过狭缝结构或透射率调节结构在遮光区域透过的光的透射率分别为5％、10％、20％、50％和90％，在高压水银灯下用100mJ/cm2的能量进行了曝光。对上述曝光后的基板在25℃的温度下，采用0.04％的KOH水溶液以喷雾方式进行显影之后，再用纯水清洗通过吹风(air blowing)进行了干燥。之后，用220℃的光波炉进行了30分钟的后烘(post-bake)。通过上述彩色滤光片所形成的开口部分的面积为60μm×180μm，透射率被调节部分的面积是，每个象素中的纵线区域为20μm×180μm，横线区域为50μm×60μm。从通过上述彩色滤光片形成的开口部分的中心表面到玻璃面的距离为1.5μm。
图7表示使用了上述透射率为5％的光掩膜时在其分界面上的图形。
比较例1
除了使用遮光区域的光透射率为3％的光掩膜之外，利用与实施例同样的方法制造了彩色滤光片。
图8为使用了上述透射率为3％的光掩膜时在其分界面上的图形。如图8所示，可以观察到在分界面区域上，没有恰当地形成图形，线之间的宽度窄且不光滑。
比较例2
除了使用遮光区域的光透射率为95％的光掩膜之外，利用与实施例同样的方法制造了彩色滤光片。
比较例3
除了使用未调节透射率的光掩膜之外，利用与实施例同样的方法制造了彩色滤光片。
实验例
段差的测量
在含有黑矩阵图形的玻璃基板上，将上述实施例1和比较例1～3所制造的、彩色滤光片开口部分的中央部位的油墨膜的厚度保持为1.5μm。如图4所示，对开口部分的中央部位和油墨从黑矩阵上鼓出的部分之间的段差进行了测量，并记载在以下的表1中。段差是用Tencor公司的Alpha-Step进行测量的。
[表1]透射率引起的段差变化
Figure A20081011145000121
对比度的测量
彩色滤光片的对比度，是在线偏振光的光源上放置实施例1和比较例1～3所制造的彩色滤光片之后，边转动偏光板边测量了光强度，用最小值除以最大值的数值作为基准进行了测量。测量光强度的方法，使用了安装有日本ミノルタ公司的CCD元件的照相机。其结果如下表2所示。
[表2]透射率引起的对比度变化
Figure A20081011145000122

Claims (11)

1、一种光掩膜，其特征在于，包括：对光具有遮光性的遮光区域、被所述遮光区域包围并对光具有透光性的透光区域、以及在所述遮光区域的至少一边上相互平行排列的多个狭缝结构。
2、如权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，所述狭缝结构各自的宽度和间隔在0.5～20μm的范围内。
3、如权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，通过所述狭缝结构透光的区域，相对于遮光区域为5～90％。
4、如权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，通过所述狭缝结构透过的光的透射率为5～90％。
5、一种光掩膜，其特征在于，包括：对光具有遮光性的遮光区域、被所述遮光区域包围并对光具有透光性的透光区域、以及在所述遮光区域的至少一边上相互平行排列的透射率被调节的结构。
6、如权利要求5所述的光掩膜，其特征在于，所述透射率被调节的结构，由Cr、Cr的氧化物、Mo、Mo的氧化物、酞菁高分子、聚酰亚胺、二氧化硅或硅所构成。
7、如权利要求5所述的光掩膜，其特征在于，通过所述透射率被调节的结构而透光的区域，相对于遮光区域为10～50％。
8、如权利要求5所述的光掩膜，其特征在于，通过所述透射率被调节的结构透过的光的透射率为5～90％。
9、一种彩色滤光片的制造方法，其特征在于，包括：
a)在形成有黑矩阵的基板上，形成彩色滤光片层的步骤；
b)使用权利要求1至8中的任意一项的光掩膜，对所述形成的彩色滤光片层进行曝光显影的步骤。
10、如权利要求9所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于，所述基板为玻璃基板、挠性基板或涂布有导电性物质的玻璃基板。
11、如权利要求9所述的彩色滤光片的制造方法，其特征在于，形成所述彩色滤光片层的彩色滤光片材料为负型感光性树脂组合物。
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