JP2006336016A - 感光性樹脂組成物と、これを用いた薄膜トランジスタ基板の製造方法、及び共通電極基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 液晶表示装置において、山構造を有する有機膜パターンの裾部を含む表面における凹凸の発生を防止できるような、感光性樹脂組成物と、これを用いた薄膜トランジスタ基板の製造方法、及び共通電極基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 感光性樹脂組成物が、(A)イソボニルカルボキシレート系化合物5〜60重量%と、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物またはこれらの混合物10〜40重量%と、エポキシ基含有不飽和化合物20〜40重量%と、オレフィン系不飽和化合物20〜40重量%と、を共重合させて得られたアクリル系共重合体100重量部、及び(B)1,2−キノンジアジド化合物5〜100重量部を含む。
【選択図】 図12
Description
そこで特許文献1には、前記VAモードでフリンジフィールド(fringe field)を用いて液晶を駆動する際に、応答速度を改善するために有機膜(配向膜)を山構造に形成する方法が提示されている。
図1を参照すると、山構造を有する有機膜によって液晶の応答速度を改善できるが、山構造の形成時、山形成面10に凹凸15が発生し、液晶の働きが不均一になるという問題がある。
本発明の他の目的は、前記感光性樹脂組成物を用いた薄膜トランジスタ基板の製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、前記感光性樹脂組成物を用いた共通電極基板の製造方法を提供することにある。
また、本発明による感光性樹脂組成物を用いて形成された有機膜パターンは、裾部を含めて凹凸のない山構造を有するので、応答速度が優秀である。
基板上に有機膜パターンを形成するためには、基板を洗浄し、基板上に感光性樹脂組成物を塗布する。
前記感光性樹脂組成物は、スピンコーティング方式またはスリット・スピンコーティング方式によって基板上に塗布される。
前記塗布された感光性樹脂組成物は、乾燥された後、露光及び現像工程によって基板上に有機膜パターンを形成する。
形成された有機膜パターンは硬化する。
[(A)アクリル系共重合体]
前記アクリル共重合体は、現像過程で有機膜表面にスカム(scum)が発生しないようにする役割を果たす。
前記アクリル系共重合体は、i)イソボニルカルボキシレート系化合物、ii)不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物、またはこれらの混合物、iii)エポキシ含有不飽和化合物、及びiv)オレフィン系不飽和化合物を単量体にして溶媒及び重合開始剤の存在下で、重合反応によって取得することができる。
したがって、前記イソボニルカルボキシレート系化合物は、全体単量体の総重量に対して、5〜60重量%の含量を有する。望ましくは、10〜40重量%の含量を有する。
前記i)イソボニルカルボキシレート系化合物は、下記の化学式(1)に示される化合物を含む。
下記の化合物は、単独または二つ以上の組み合わせで用いることができる。
また、前記イソボニルカルボキシレート系化合物の具体的な例としては、イソボニルアクリレート、イソボニルメタクリレートなどがある。
したがって、前記ii)不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物、またはこれらの混合物の含量は全体総単量体に対して5〜40重量%である。
望ましくは、10〜30重量%に用いることができる。
これらは、単独または二つ以上の組み合わせに用いることができる。
これらのうち、共重合反応性とアルカリ水溶液に対する溶解性が優秀なアクリル酸、メタクリル酸、または無水マレイン酸を用いることが望ましい。
したがって、前記iii)エポキシ基含有不飽和化合物の総単量体に対する含量は、10〜70重量%である。前記エポキシ基含有不飽和化合物の含量は、望ましくは20〜60重量%である。
これらは単独または二つ以上の組み合わせに用いることができる。
特に、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸−β−メチルグリシジル、メタクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテルなどを用いることが、共重合反応性及び得られたパターンの耐熱性を増加させる点から望ましい。
したがって、前記オレフィン系不飽和化合物の総単量体に対する含量は10〜70重量%である。
前記オレフィン系不飽和化合物の含量は、望ましくは20〜50重量%である。
これらは、単独または二つ以上の組み合わせに用いることができる。
特に、スチレン、ジシクロペンタニルメタクリレート、またはp−メトキシスチレンが共重合反応性およびアルカリ水溶液に対する溶解性の側面から有利である。
これらは単独または二つ以上の組み合わせに用いることができる。
前記分子量が5,000未満であれば、形成された有機膜の現像性、残膜率などが低下するかパターン形状、耐熱性などが低下する恐れがあり、前記分子量が30,000を超過する場合、感度が低下するかパターンの形状が粗雑になる恐れがある。
本発明の感光性樹脂組成物において、感光性化合物として(B)1,2−キノンジアジド化合物を用いる。
前記1,2−キノンジアジド化合物の具体的な例としては、1,2−キノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,2−キノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,2−キノンジアジド−6−スルホン酸エステルなどがある。
前記キノンジアジド化合物は、ナフトキノンジアジドスルホン酸ハロゲン化合物とフェノール化合物を弱塩基下で反応して得られる。
したがって、前記1,2−キノンジアジド化合物の含量は、前記アクリル系共重合体100重量部に対して5〜100重量部である。
前記1,2−キノンジアジド化合物の含量は、望ましくは前記アクリル系共重合体100重量部に対して10〜50重量部である。
前記エポキシ樹脂は、感光性樹脂組成物から得られるパターンの耐熱性、感度などを向上させることができる。
前記エポキシ樹脂の具体的な例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、アクリル系共重合体とは異なるグリシジルメタクリレートを重合した樹脂などがある。
特に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、またはグリシジルエステル型エポキシ樹脂を用いることが望ましい。
前記エポキシ樹脂の含量は、アルカリ可溶性樹脂100重量部に対して0.1〜30重量部であることが望ましく、ここで使用量が30重量部を超過するようになると、前記アルカリ可溶性樹脂に対する常用性が低下して十分な塗布性能を得ることができない。
このような接着剤としては、カルボキシル基、メタクリル基、イソシアネート基、エポキシ基などの反応性置換基を有するシランカップリング剤などを用いることができる。
具体的な例として、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシランなどがある。これらは単独または二つ以上の組み合わせに用いることができる。
アクリル系化合物の含量は、前記アクリル系共重合体100重量部に対して0.1〜30重量部、更に望ましくは、0.1〜15重量部であることが望ましい。
このような界面活性剤としては、ポリオキシエチレンオキチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、F171、F172、F173(商品名;大日本インク社、日本)、FC430、FC431(商品名;住友3M社、日本)、KP341(商品名:新月化学工業社、韓国)などがある。
前記界面活性剤の含量は、固形粉100重量部に対して0.0001〜2重量部を用いることが望ましい。
特に、溶解性、各成分との反応性及び塗布膜の形成が容易なグリコルエーテル類、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート類及びジエチレングリコール類を用いるのが好ましい。
前記プリベイクの条件は、70〜110℃にて1〜15分間実施することが望ましい。
その後、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線などを塗布膜に照射した後、現像液で現像して不必要な部分を除去することで有機膜パターンを形成する。
例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどの無機アルカリ類エチルアミン、n−プロピルアミンなどの1級アミン類ジエチルアミン、n−プロピルアミンなどの2級アミン類トリメチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエチルアミン、トリエチルアミンなどの3級アミン類ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルコールアミン類テトラメチルアンモニウムヒドロキシード、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩の水溶液を用いることができる。
前記現像液は、アルカリ性化合物は、0.1〜10%の濃度に溶解して用い、メタノール、エタノールなどのような水溶性有機性有機溶媒及び界面活性剤を適正量添加することができる。
形成されたパターンに紫外線などの光を照射した後、パターンをオーブンなどの加熱装置によって150〜250℃にて30〜90分間加熱処理して最終パターンを得ることができる。
図2〜図8は、本発明の実施例2による薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す断面図である。
図2を参照すると、第1ベース基板101上に金属層(図示せず)を形成した後、フォトリソグラフィ工程で前記金属層をエッチングしてゲート配線(図示せず)、ゲート電極111及びストレージ共通配線(図示せず)を含むゲート金属パターンを形成する。
その後、前記アモルファスシリコン層112a及びn+アモルファスシリコン層112bをフォトエッチングして前記ゲート電極111に対応する領域にチャンネル層112を形成する。
前記金属層(図示せず)は、例えば、クロム、アルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、タングステン、銅、銀などの金属またはこれらの合金などで形成することができ、スパッタリング工程によって蒸着される。
前記フォトレジスト膜を露光及び現像してコンタクトホール125を含むオーバーコーティング層120を形成する。前記コンタクトホールは、ドレイン電極114の一部を露出させる。
その後、フォトリソグラフィ工程で前記透明導電層をエッチングして画素電極層130を形成する。前記画素電極層130は、前記コンタクトホール125を通じてドレイン電極114と電気的に連結され、ドレイン分割手段である境界部135を含む。
前記感光性樹脂組成物は、前述した本発明による感光性樹脂組成物であり、イソボニルカルボキシレート系化合物5〜60重量%、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物またはこれらの混合物10〜40重量%、エポキシ含有不飽和化合物20〜40重量%、及びオレフィン系不飽和化合物20〜40重量%を共重合させて得られたアクリル系共重合体(A)100重量部と、1,2−キノンジアジド化合物(B)5〜100重量部と、を含む。
前記マスク150は、透明な基板151と複数の遮光パターン153を含む。
前記遮光パターン153は、所定の距離に離隔されており、前記遮光パターン153の間のギャップは、スリットに該当する。
前記遮光パターン153の間の距離によって遮光パターン153の下部に位置した有機膜140の露光量が調節される。
より詳細には、前記遮光パターン153の間の距離が遠いほど遮光パターン153の下部に位置した有機膜140の露光量が多くなる。
前記有機膜140に露光される光量が均一でないので、現像を通じて形成された傾斜膜145は不均一な厚さを有する。
前記傾斜膜145は、画素電極層130の境界部135をカバーする。
図9乃至図11は、本発明の実施例3による共通電極基板の製造方法を示す断面図である。
図9を参照すると、第2ベース基板201上に光遮断層202を形成する。
前記光遮断層は、黒色顔料を含む有機物、クロム、酸化クロムなどで形成することができる。
その後、前記第2ベース基板201上に顔料を含む感光性有機膜(図示せず)を形成し、前記感光性有機膜を露光現像して光遮断層202の一部をカバーするカラーフィルタ層203を形成する。
前記絶縁層204は、前記光遮断層202及び前記カラーフィルタ層203を保護し、例えば、シリコン窒化物、シリコン酸化物、有機フィルムなどで形成することができる。
前記透明導電層は、一例として、インジウムスズ酸化物(ITO)またはインジウム亜鉛酸化物(IZO)からなる。
その後、フォトリソグラフィ工程で前記透明な導電層をエッチングして共通電極層205を形成する。
前記共通電極層205は、ドメイン分割手段である境界部206を含む。
前記感光性樹脂組成物は、前述した本発明による感光性樹脂組成物であり、イソボニルカルボキシレート系化合物5〜60重量%、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物またはこれらの混合物10〜40重量%、エポキシ基含有不飽和化合物20〜40重量%、及びオレフィン系不飽和化合物20〜40%を共重合させて得られたアクリル系共重合体(A)100重量部及び1,2−キノンジアジド化合物(B)5〜100重量部を含む。
前記傾斜膜207は、共通電極層205の境界部206をカバーする。
前記有機膜を現像して傾斜膜207を形成する具体的な方法は、前述した薄膜トランジスタ基板の製造方法における傾斜膜145を形成する場合と同一である。
しかし、これらは本発明を例示するためのものであるだけ、本発明がこれに限定されることはない。
冷却管と攪拌器とを具備したフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)10重量部及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート200重量部、メタクリル酸20重量部、メタアクリル酸グリシジル20重量部、前記化学式1のイソボニルアクリレート30重量部、スチレン30重量部を入れて窒素置換した後、緩慢に攪拌した。
反応溶液を62℃まで上昇させてこの温度を5時間維持して重合体溶液を得た。
得られた重合体溶液の固形分濃度は、45重量%であり、重合体の重量平均分子量は12,000であった。
ここで、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(Gel Permeation Chromatography;GPC)を用いて測定したポリスチレン換算平均分子量である。
4,4’−[1−[4−[1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール1モルと、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸[クロライド]2モルとを縮合反応させて[4,4’−[1−[4−[1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル]を取得した。
合成例1で得られた重合体溶液100重量部、前記[合成例5]で得られた縮合物[4,4’−[1−[4−[1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル]25重量部を混合して、固形粉の濃度が35重量%になるようジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解させた後、ポア径0.2μmのフィルタで濾過して感光性樹脂組成物溶液を製造した。
本発明による有機膜パターンを形成するために実施例1の感光性樹脂組成物溶液を用いてスリット/スピンコーターを通じて塗布後、100〜150秒間乾燥を進行した後、露光装置(商品名;MPA−2000、Cannon社、日本)にて露光を実施した。
その後、150秒間現像を実施した後、全面露光器にて露光を進行し、220℃にて60分間熱処理をした。
ここでの熱処理の条件は180℃から250℃まで可能であり、熱処理時間は20分から90分まで全て可能な範囲であるが、220℃にて30分〜60分の方が望ましい。
この後、感度を確認してみると、露光感度が150〜250mJ/cm2と優秀であり、広がり性も優秀で、傾斜膜の表面(山構造の山形成面)の裾部を含めて凹凸発生のないパターンを形成することができた。
図12を参照すると、上記図1に示した従来技術による有機膜の表面とは違って、山形成面10に凹凸が発生せず裾部まで平坦な構造を有する有機傾斜膜が形成できていることが分かる。
また、有機膜パターンの山構造の表面が裾部を含めて非常に平坦であるので、液晶表示装置に適用すると、液晶の働きが不均一になるのを防止できる。
102 ゲート絶縁膜
111 ゲート電極
113 ソース電極
114 ドレイン電極
120 オーバーコーティング層
125 コンタクトホール
130 画素電極層
135、206 境界部
140 有機膜
145、207 傾斜膜
150 マスク
153 遮光パターン
201 第2ベース基板
202 光遮断層
203 カラーフィルタ層
204 絶縁層
205 共通電極層
Claims (15)
- (A)イソボニルカルボキシレート系化合物5〜60重量%と、
不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物またはこれらの混合物10〜40重量%と、
エポキシ基含有不飽和化合物20〜40重量%と、
オレフィン系不飽和化合物20〜40重量%と、
を共重合させて得られたアクリル系共重合体100重量部、及び
(B)1,2−キノンジアジド化合物5〜100重量%
を含むことを特徴とする感光性樹脂組成物。 - 前記イソボニルカルボキシレート系化合物は、イソボニルアクリレート及びイソボニルメタクリレートからなる群より選択された少なくとも一つの化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
- 前記アクリル系共重合体のポリスチレン換算重量平均分子量が5,000〜30,000であることを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
- 前記不飽和カルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、及びイタコン酸からなる群より選択された少なくとも一つの化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
- 前記エポキシ基含有不飽和化合物は、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、アクリル酸−β−メチルグリシジル、メタクリル酸−β−メチルグリシジル、アクリル酸−β−エチルグリシジル、メタクリル酸−β−エチルグリシジル、アクリル酸−3,4−エポキシブチル、メタクリル酸−3,4−エポキシブチル、アクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、メタクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、及びm−ビニルベンジルグリシジルエーテル及びp−ビニルベンジルグリシジルエーテルからなる群より選択された少なくとも一つの化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
- 前記オレフィン系不飽和化合物は、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、メチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、2−メチルシクロヘキシルメタクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチルメタクリレート、イソボニルメタクリレート、シクロへキシルアクリレート、2−メチルシクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロプンテニルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチルアクリレート、イソボニルアクリレート、フェニルメタクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メチルスチレン、1,3−ブタジエン、イソプレン、及び2,3−ジメチル−1,3−ブタジエンからなる群より選択された少なくとも一つの化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
- 前記1,2−キノンジアジド化合物は、1,2−キノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,2−キノンジアジド−5−スルホン酸エステル、及び1,2−キノンジアジド−6−スルホン酸エステルからなる群より選択された少なくとも一つの化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
- 前記感光性樹脂組成物は、エポキシ樹脂、接着剤、アクリル系化合物、及び界面活性剤からなる群より選択された少なくとも一つの添加剤を更に含むことを特徴とする請求項1記載の感光性樹脂組成物。
- ベース基板上にゲート電極を含むゲート金属パターンを形成する段階と、
前記ゲート金属パターン上にゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート電極と対応するゲート絶縁膜上にチャンネル層を形成する段階と、
前記チャンネル層が形成されたゲート絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極を含むソース金属パターンを形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜、チャンネル層、ソース金属パターンをカバーし、ドレイン電極の一部を露出するコンタクトホールを含むオーバーコーティング層を形成する段階と、
前記コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極と電気的に連結され、ドレイン分割手段である境界部を有する画素電極層を形成する段階と、
前記画素電極層上に(A)イソボニルカルボキシレート系化合物5〜60重量%と、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物またはこれらの混合物10〜40重量%と、エポキシ基含有不飽和化合物20〜40重量%と、オレフィン系不飽和化合物20〜40重量%と、を共重合させて得られたアクリル系共重合体100重量部、及び(B)1,2−キノンジアジド化合物5〜100重量部を含む感光性樹脂組成物を塗布する段階と、
前記感光性樹脂組成物を露光し現像して、テーパー構造で構成された傾斜膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ基板の製造方法。 - 前記感光性樹脂組成物の露光は、所定の間隔に離隔された複数の光遮断パターンを含むマスクを用いて行われることを特徴とする請求項10記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- ベース基板上に光遮断層を形成する段階と、
前記ベース基板上に前記光遮断層の一部をカバーするカラーフィルタ層を形成する段階と、
前記光遮断層及び前記カラーフィルタ層をカバーする絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層上にドメイン分割手段である境界部を有する共通電極層を形成する段階と、
前記共通電極層上に(A)イソボニルカルボキシレート系化合物5〜60重量%と、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸無水物またはこれらの混合物10〜40重量%と、エポキシ基含有不飽和化合物20〜40重量%、及びオレフィン系不飽和化合物20〜40重量%と、を共重合させて得られたアクリル系共重合体100重量部、及び(B)1,2−キノンジアジド化合物5〜100重量部を含む感光性樹脂組成物を塗布する段階と、
前記感光性樹脂組成物を露光し現像してテーター構造で構成された傾斜膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする共通電極基板の製造方法。 - 前記感光性樹脂組成物は、露光は所定の間隔に離隔された複数の光遮断パターンを含むマスクを用いて行われることを特徴とする請求項13記載の共通電極基板の製造方法。
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