JP2014013402A - 電子ビームを用いた電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法及びこの方法によって製造された電子ディスプレイ用カラーフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】 次世代の電子ディスプレイの一つであるフレキシブルディスプレイのカラーフィルターの製造工程で発生するプラスチック基板の熱的変形、カラーフィルターの寸法制御及びパターンの精細化の困難さなどの問題を解決し、且つ工程を単純化すること。
【解決手段】基板上にフィルター用レジストを塗布し、このレジストをマスクを介して露光して赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンを形成するパターン形成段階と、前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンを硬化するパターン硬化工程とを含む電子ディスプレー用カラーフィルターの製造方法において、パターン形成段階の露光とパターン硬化工程とを０．０１〜３ＭｅＶのエネルギー及び１０〜５００ｋＧｙの照射量を有する電子ビームを常温〜１００℃の温度範囲内で照射して同時に行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子ビームを用いた電子ディスプレイ用カラーフィルターの低温硬化（ｃｕｒｉｎｇ）方法に関するもので、従来の熱的加熱方式による硬化方法の代わりに、電子ビームを用いて低温で硬化する技術に関するものである。

カラーフィルターの基板モジュールは、ＴＦＴ−ＬＣＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）及びＰＤＰ（ＰＩａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）分野でほとんどの需要を占めており、カラーフィルター方式の白色有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）にも一部が適用されている。

ＬＣＤ、ＰＤＰまたはＯＬＥＤに使用されるカラーフィルターは、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成し、その上部に赤色、緑色、青色のパターンを形成したものである。

さらに、現在、次世代のディスプレイとしてフレキシブルディスプレイが活発に研究されており、フレキシブルディスプレイにおいては、柔軟な性質が核心であるので、ガラス基板の代わりにプラスチック基板を使用すべきである。しかしながら、プラスチック基板は、熱に非常に脆弱であるので、カラーフィルターを形成するのに制約が伴うようになる。

図１は、従来技術に係るカラーフィルター形成方法を示したフローチャートである。

図１を参照すると、まず、基板の洗浄段階（Ｓ１０）を行う。このとき、洗浄工程は、紫外線、オゾン、プラズマまたは酸などを用いて行う。

次に、樹脂型のブラックマトリックスまたはカラーレジストのコーティング段階（Ｓ２０）を行う。このときに使用されるコーティング方法には、スピンコーティング方法またはスリットコーティング方法がある。

その次に、樹脂型のブラックマトリックスまたはカラーレジストの乾燥段階（Ｓ３０）を行った後、ビード除去段階（Ｓ４０）を行う。

その次に、基板全体の予備加熱段階（Ｓ５０）を行う。このとき、加熱温度は３０〜９０℃にする。

その次に、露光及び現像段階（Ｓ６０、Ｓ７０）を行う。このとき、現像段階（Ｓ７０）は常温で行う。

その次に、脱イオン化水を用いた基板全体の洗浄段階（Ｓ８０）を行う。

その次に、露光及び現像段階（Ｓ６０、Ｓ７０）で形成された樹脂型のブラックマトリックスまたはカラーレジストパターンの乾燥段階（Ｓ９０）を行った後、硬化段階（Ｓ９５）を行う。

通常、カラーフィルターとは、基板上にブラックマトリックスと赤色、緑色及び青色のカラーフィルターパターンが一緒に形成されたモジュールを意味する。したがって、上記のような基板の洗浄段階（Ｓ１０）から硬化段階（Ｓ９５）を一つのサイクルにして樹脂型のブラックマトリックスパターン、赤色パターン、緑色パターン及び青色パターンを順次的に形成し、カラーフィルターを完成する。

図２ａ乃至図２ｅは、従来技術に係るカラーフィルター製造工程を示した断面図である。

図２ａを参照すると、カラーフィルター用基板１５を洗浄する。このとき、基板としては、ガラス基板またはプラスチック基板を使用することができ、紫外線またはオゾンを用いて洗浄工程を行う。

図２ｂを参照すると、基板１５の上部にブラックマトリックスパターン２５を形成する。このとき、パターニング方法は、図１に基づいて説明したサイクルにしたがって行う。

図２ｃを参照すると、基板１５及びブラックマトリックスパターン２５の上部に赤色パターン３５を形成し、硬化工程を行う。

図２ｄを参照すると、基板１５及びブラックマトリックスパターン２５の上部に緑色パターン４５を形成し、硬化工程を行う。

図２ｅを参照すると、基板１５及びブラックマトリックスパターン２５の上部に青色パターン５５を形成し、硬化工程を行う。

一般的に、ＬＣＤやＯＬＥＤカラーフィルターの硬化、すなわち、ベーク工程は、電気オーブンで熱的に加熱する方式または紫外線（ＵＶ）を使用して行われる。現在、ガラス基板上にカラーフィルターを形成する工程においては、熱的硬化温度が２００℃前後であり、電気オーブンで硬化するのに問題がない。

しかしながら、プラスチック基板の常用温度が１００℃以下になるべきであるという問題がある。

図１または図２ｂ乃至図２ｅに基づいて説明したように、２００℃前後で基板が加熱されるので、プラスチック基板の場合、物理的機械的な特性の限界によって変形され、カラーフィルターモジュールの寸法制御及びパターンの精細化が困難になる。

さらに、紫外線及び熱を用いて硬化する場合、カラーパターンを形成するためのバインダー樹脂及び官能性モノマーの他に、光開始剤などの追加的な添加物が必要となるので、生産効率が低下するという問題がある。

図３は、従来技術に係るカラーフィルターを構成する高分子物質の合成過程を模式的に示した概略図である。

図３を参照すると、バインダー樹脂１、官能性モノマー５及びその他の添加剤７に光開始剤３が添加される。ここで、光開始剤（ｐｈｏｔｏ−ｉｎｉｔｉａｔｏｒ：ＰＩ）は、露光工程で紫外線（ＵＶ）及び熱によってラジカルを発生させる物質で、各官能性モノマー５の重合反応を起こし、カラーフィルターを構成する高分子物質９を形成する役割をする。したがって、光開始剤の添加量を調節する工程も重要な段階になるので、生産効率の低下をもたらすようになる。

上述したように、フレキシブルディスプレイを製作するためにプラスチック基板にカラーフィルターを製造する工程は、紫外線（ＵＶ）及び熱を加えて硬化する場合、物理的機械的な特性の限界によってプラスチック基板が変形され、カラーフィルターモジュールの寸法制御及びパターンの精細化が困難になるという問題がある。また、紫外線（ＵＶ）及び熱による重合反応を起こすための別途の光開始剤が追加されるべきであるので、生産効率が低下するという問題がある。

本発明は、次世代の電子ディスプレイの一つであるフレキシブルディスプレイのカラーフィルターの製造工程で発生するプラスチック基板の熱的変形、カラーフィルターの寸法制御及びパターンの精細化の困難さなどの問題を解決するために、低温で硬化工程を行える電子ビームを用いた硬化方法を提供し、電子ビームによって重合反応が効果的に行われるように、カラーフィルター及びブラックマトリックスパターン形成のためのレジストとしてアクリル系モノマーまたはオリゴマーを使用することで、硬化効率を向上できる電子ビームを用いた電子ディスプレイ用カラーフィルターの低温硬化方法を用いて電子ディスプレイ用カラーフィルターを製造する方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、１．５マイクロメータ内外の厚さを有するカラーフィルターにおいても電子ビームを用いた硬化工程を効果的に行える重合条件と技術を提供することを目的とする。

本発明に係る電子ビームを用いた電子ディスプレイ用カラーフィルターの低温硬化方法は、基板上に赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンを形成する段階と；常温〜１００℃の温度範囲内で前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンに０．０１〜３ＭｅＶのエネルギー及び１０〜５００ｋＧｙの照射量を有する電子ビームを照射して硬化工程を行う段階とを含む。
基板上に形成される赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンを含む電子ディスプレイ用カラーフィルター低温硬化方法において、前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンをそれぞれ硬化する工程は、０．０１〜３ＭｅＶのエネルギー及び１０〜５００ｋＧｙの照射量を有する電子ビームを照射することで、常温〜１００℃の温度範囲内で行う。

ここで、前記基板は、８０マイクロメータ〜３，０００マイクロメータの厚さ範囲を有するガラス基板またはプラスチック基板である。前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンは、電子ビームまたは紫外線（ＵＶ）を用いた露光方法によって形成される。前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンは、１．５〜１．７マイクロメータの厚さで形成される。前記電子ビームは、前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンの上部から前記基板方向に照射される。前記電子ビームが入射される前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンの上部にテフロン（登録商標）板、プラスチック板またはガラス板が挿入され、前記電子ビームのエネルギーが調節される。前記テフロン（登録商標）板、プラスチック板またはガラス板は、その厚さが１０マイクロメータ〜２，１００マイクロメータであり、１個乃至７個が挿入される。前記電子ビームは、前記基板を通して前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターン方向に照射される。前記電子ビームが照射される間、前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンの表面に不活性ガスである窒素またはアルゴンが接触する。

さらに、本発明の一実施例に係る電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法は、基板の上部にカラーフィルター形成用レジストをコーティングする段階と、前記カラーフィルター形成用レジストに予備ベーキングを行う段階と、予備ベーキングが行われた前記カラーフィルター形成用レジストを露光及び現像し、カラーフィルターパターンを形成する段階と、前記カラーフィルターパターンに０．０１〜３ＭｅＶのエネルギー及び１０〜５００ｋＧｙの照射量を有する電子ビームを常温〜１００℃の温度範囲内で照射し、硬化工程を行う段階とを含む。

また、本発明の他の実施例に係る電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法は、基板の上部にカラーフィルター形成用レジストをコーティングする段階と、前記カラーフィルター形成用レジストに予備ベーキングを行う段階と、予備ベーキングが行われた前記カラーフィルター形成用レジストを露光及び現像し、カラーフィルターパターンを形成する段階と、前記カラーフィルターパターンに０．０１〜３ＭｅＶのエネルギー及び１０〜５００ｋＧｙの照射量を有する電子ビームを常温〜１００℃の温度範囲内で照射し、電子ビームを前記基板にレジストが形成されていない後面から照射して硬化工程を行う段階とを含む。

また、本発明の他の実施例に係る電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法は、基板の上部にカラーフィルター形成用レジストをコーティングする段階と、前記カラーフィルター形成用レジストに予備ベーキングを行う段階と、予備ベーキングが行われた前記カラーフィルター形成用レジストを露光してカラーフィルターパターンを形成し、０．０１〜３ＭｅＶのエネルギー及び１０〜５００ｋＧｙの照射量を有する電子ビームを常温〜１００℃の温度範囲内で照射して露光工程及び硬化工程を同時に行う段階と、前記カラーフィルターパターンを除いた前記カラーフィルター形成用レジストを現像工程で除去する段階とを含む。

ここで、前記カラーフィルター形成用レジストは、アクリル系モノマーまたはオリゴマーを含む。

さらに、本発明に係る電子ディスプレイ用カラーフィルターは、上述した電子ビームを用いた電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法で製造された。

本発明は、プラスチック基板またはガラス基板上に形成されたカラーフィルター（Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＢＭ）の製造工程過程で、従来の２００℃前後で熱的加熱方式によってカラーフィルターを硬化する工程の代わりに、１００℃以下の温度で非熱的方式によってカラーフィルターの硬化を完了することができる。電子ビーム硬化技術によるカラーフィルターの重合度は、従来の熱的加熱方式による重合度と類似しているか、それより優れた重合度を表す。したがって、本発明に係る電子ビーム硬化技術によると、プラスチック基板上のカラーフィルターパターンの硬化を基板の熱的安定性温度以下で完結することができる。

さらに、本発明に係る電子ビーム硬化技術をカラーフィルターパターンの硬化のみならず、ブラックマトリックス（ＢＭ）を含むカラーフィルターのパターニング工程でも用いることで、従来のリソグラフィ露光装置及び硬化装置を一つに取り替えて製造装備を簡素化することができる。

本発明は、次世代の電子ディスプレイの一つであるフレキシブルディスプレイのカラーフィルター製造工程で発生するプラスチック基板の熱的変形、カラーフィルターの寸法制御及びパターンの精細化の困難さなどの問題を解決するために、まず、熱的硬化技術の代わりに、１００℃以下の低温硬化を可能にする電子ビームを用いた硬化方法を導入し、電子ビーム硬化技術に適したカラーフィルター製造用高分子物質を提供する。

さらに、本発明は、アクリル系モノマーやオリゴマーをカラーフィルター及びブラックマトリックスの官能性モノマーとして使用し、１．５マイクロメータ内外の厚さを有するカラーフィルターに適した電子ビーム硬化重合条件と技術を提供する。

以下では、上記の電子ビームを用いた電子ディスプレイ用カラーフィルターの低温硬化方法に対して一層詳細に説明する。

本発明の利点、特徴及びそれらを達成する方法は、後述する各実施例を通して明確になるだろう。一方、本発明は、以下で開示される各実施例に限定されるものでなく、互いに異なる多様な形態で具現可能なものである。また、本発明の各実施例は、本発明を完全に開示するとともに、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるもので、本発明は、特許請求の範囲の範疇によって定義されるものである。

本発明に係るカラーフィルターモジュール（基板）は、画素用に赤色パターン、緑色パターン、青色パターン及びブラックマトリックス（ｂｌａｃｋ ｍａｔｒｉｘ：ＢＭ）パターンを含む構成によって製造される。

ここで、各パターンは、最大２マイクロメータの解像力を有するように形成され、各パターンの原素材はカラーレジストである。このカラーレジストは、感光性樹脂に顔料を分散させた感光性顔料分散液として、通常、ネガティブ型カラーレジストを使用する。

カラーフィルターを構成する一つの要素であるブラックマトリックスパターンは、クロム金属（Ｃｒ）またはクロム酸化物（ＣｒＯ）の薄膜でパターンを形成したり、高分子樹脂に基づいた感光性レジスト（ＰＲ）を使用してパターンを形成する。このとき、感光性レジストを使用すると、後続のカラーパターン形成工程の場合と同一の露光及び現像工程を使用するので、製造工程の単純化を達成することができる。

さらに、本発明では、通常、カラーフィルターパターン用物質としてネガティブ型フォトレジストを使用する。このとき、ブラックマトリックス及びカラーパターンを構成するバインダー及び官能性モノマーが類似しているので、これら全てに電子ビームを用いた硬化工程を適用することができる。

図４は、本発明に係るカラーフィルターの主要構成成分及び電子ビーム硬化による重合結果を模式的に示した概略図である。

図４を参照すると、まず、バインダー高分子１０１が備わる。バインダー高分子１０１は、露光工程後に形成されたパターンの結合剤としての役割をする。すなわち、バインダーとは、レジストのベースレジン（ｂａｓｅ ｒｅｓｉｎ）として、塗布後に基板上に膜を形成する成分で、カラーフィルターレジストがアルカリ現像液に溶解されるように酸性基を導入する機能をする。バインダー高分子１０１成分は、ＰＭＭＡ系列（ポリエチルメタクリレート、ポリビニルナフタレンメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなど）の高分子物質で製造される。

バインダー高分子１０１の原料は、溶液重合及び回分式溶液重合反応を通して合成し、このときに使用するバインダー用モノマーは、（メタ）アクリル酸などの重合可能な酸として、ベンジルメタアクリレートなどを含む。

次に、官能性モノマー１０５が備わる。本発明に係る官能性モノマー１０５は、電子ビーム（ｅｅｅ）によって発生したラジカルを通して硬化される物質として、本発明においてカラーフィルターの硬化に核心的な役割をする。本発明において、この官能性モノマーは、電子ビームによって光開始剤の機能なしにも直ぐに重合反応を起こす物質になる。官能性モノマー１０５は、種類によって硬化（重合）速度、カラーフィルターパターンの硬度などに多くの影響を及ぼすが、本発明に係る官能性モノマー１０５としては、（ＣＨ_２＝ＣＨＣＯＯＣＨ_２）_３−ＣＣＨ_２ＣＨ_３などのアクリル系モノマーやオリゴマーを使用する。

その次に、上記で説明したカラーフィルター構成成分の他にも、カラーフィルターパターンの均一度確保及びパターンと基板との間の接着力向上のために、その他の添加剤１０７及び溶媒を使用する。

図５は、本発明に係る電子ビーム照射によってアクリル系官能性モノマーが重合反応を起こす化学的反応過程を示した反応式である。

図５を参照すると、アクリル系モノマーの二重結合がそれぞれ電子ビーム（ｅｅｅ）によってイオン化され、従来に必須的に使用されていた光開始剤なしにもモノマーの重合反応が効果的に行われることが分かる。

一方、現在商用される樹脂基盤のネガティブ型ブラックマトリックスの感光性レジストは、その主要構成成分が上述したカラーフィルターの場合と同様にアクリル系樹脂からなるバインダーに基づいており、より詳細には、分散剤（アクリルポリマー）、添加剤、アクリル系官能性モノマー、カーボンブラック（粒子大きさが４０〜２００ナノメータ）及び溶媒を含んで構成されるので、カラーフィルター形成用レジストと機能及び物性の面で非常に類似している。したがって、感光性レジスト内の官能性モノマーは、電子ビームを照射したとき、電子ビームによってベースレジンであるアクリル高分子と一緒に互いに重合反応を起こして硬化される。

図６ａ乃至図６ｄは、本発明の第１実施例に係る電子ディスプレイ用カラーフィルター製造方法を図式的に示した断面図である。

図６ａを参照すると、基板１００にカラーフィルターまたはブラックマトリックス形成用レジスト１１０をコーティングする。このとき、基板１００としては、８０マイクロメータ〜３，０００マイクロメータの厚さ範囲を有するガラス基板またはプラスチック基板を使用することができる。

図６ｂを参照すると、レジスト１１０の上部にカラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターン形成用マスク１２０を位置させ、露光工程を行う。

図６ｃを参照すると、マスク１２０を除去した後、現像工程を行い、カラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターン１１５を形成する。

図６ｄを参照すると、電子ビームを用いてカラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターン１１５を硬化する。

ここで、図６ｂに示した露光工程は、光学式露光方法または紫外線（ＵＶ）を用いて行う。一方、本発明では、電子ビームを用いて露光工程を行うことができ、電子ビームを用いる場合、露光工程と硬化工程を同時に行うことで工程を短縮させることができる。

図７ａ乃至図７ｃは、本発明の第２実施例に係る電子ディスプレイ用カラーフィルター製造方法を図式的に示した断面図で、上述したように、露光工程と硬化工程を電子ビームを用いて同時に行う方法を示している。

図７ａを参照すると、基板２００にカラーフィルターまたはブラックマトリックス形成用レジスト２１０をコーティングする。このとき、基板２００としては、ガラス基板及びプラスチック基板のうち何れを使用してもよい。

図７ｂを参照すると、レジスト２１０の上部にカラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターン形成用マスク２２０を位置させ、露光工程を行う。このとき、電子ビームを用いて露光工程を行った後、露光された状態のレジスト２１０に電子ビームを用いて硬化工程を行う。

図７ｃを参照すると、マスク２２０を除去した後、現像工程を行い、カラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターン２１５を形成する。

本発明に係るカラーフィルター形成方法は、上述した通りであり、以下で各工程の具体的な条件を説明する。

図８は、本発明の第１実施例に係る製造工程フローチャートで、図６ａ乃至図６ｄの工程をフローチャートで示したものである。

図８を参照すると、まず、基板にカラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターン形成用レジストをコーティングする段階（Ｓ３００）を行う。このとき、コーティング方法としては、スピンコーティング方法またはスリットコーティング方法を用いることが好ましい。レジストは、ネガティブ型商用物質を使用し、コーティング層の厚さを１〜２マイクロメータに調節することが好ましい。

さらに、プラスチック基板を使用する場合、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）またはポリカーボネート（ＰＣ）などの商用可能な全てのプラスチック基板を使用することができる。

次には、１００℃以下の温度で１〜２分間予備ベーキング段階（Ｓ３１０）を行う。

その次には、露光段階（Ｓ３２０）を行う。このとき、電子ビームを用いて露光する場合、電子ビームの照射部分を重合反応によって硬化し、電子ビームの露光エネルギーを０．０１〜３ＭｅＶに調節し、照射量を１０ｋＧｙ〜１００ｋＧｙに調節し、基板の温度を常温〜１００℃にすることが好ましい。

その次には、アルカリ現像液を用いて硬化されていないレジストを除去し、カラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターンを形成する現像段階（Ｓ３３０）を行う。

その次には、カラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターンを電子ビームを用いて硬化する段階（Ｓ３４０）を行う。このとき、電子ビームの硬化エネルギーを０．０１〜３ＭｅＶに調節し、照射量を１０ｋＧｙ〜５００ｋＧｙに調節し、基板の温度を常温〜１００℃にすることが好ましい。

図９は、本発明の第２実施例に係る製造工程フローチャートで、図７ａ乃至図７ｃの工程をフローチャートで示したものである。

図９を参照すると、基板にカラーフィルターパターンまたはブラックマトリックスパターン形成用レジストをコーティングする段階（Ｓ３００）、予備ベーキング段階（Ｓ３１０）及び現像段階（Ｓ３３０）は、図８に基づいて説明した通りである。

そして、本実施例では、露光工程と硬化工程を同時に行う露光及び硬化段階（Ｓ３２５）を行うことで工程を短縮させることができる。このとき、電子ビームの露光及び硬化エネルギーを０．０１〜３ＭｅＶに調節し、照射量を１０ｋＧｙ〜５００ｋＧｙに調節し、基板の温度を常温〜１００℃にすることが好ましい。

上述したように、本発明に係るカラーフィルターの製造工程は、１００℃以下で硬化工程を完了することで、従来の熱的加熱方式によって発生していたプラスチック基板の熱的不安定性問題を解決することができる。したがって、基板の曲がり、ねじれ及び熱的膨張によるカラーフィルターパターンの精細化の困難さなどの問題を解決することができる。

図１０及び図１１は、本発明に係る電子ビーム硬化方法における電子ビームの照射方向を示した概略図で、カラーフィルターの硬化（重合）を効率的に行うための最も重要な技術を示している。

図１０は、基板４００上にカラーフィルターまたはブラックマトリックスパターン形成用レジスト４１０をコーティングした後、電子ビームをカラーフィルター形成用レジスト４１０がコーティングされた方向に照射した場合を示したもので、図１１は、電子ビームを基板４００の後側から照射した場合を示したものである。このとき、基板４００としては、ガラス（コーニング１７３７）及びプラスチックから選択された何れか一つを使用することができ、カラーフィルターまたはブラックマトリックスパターン形成用レジスト４１０の厚さを１．５〜１．７マイクロメータにし、カラーフィルター形成用レジスト４１０の形成面には窒素及びアルゴン雰囲気で電子ビーム硬化工程を行うことが好ましい。

図１０を参照すると、カラーフィルター形成用レジスト４１０の上部にテフロン（登録商標）板を挿入することで、電子ビームの照射エネルギーを調節することが分かる。このとき、テフロン（登録商標）板の厚さを１〜３００マイクロメータにし、１個乃至７個のテフロン（登録商標）板によって形成される膜を総２１００マイクロメータの厚さにすることができる。例えば、テフロン（登録商標）板は、第１テフロン（登録商標）板４２０及び第２テフロン（登録商標）板４２５を離隔するように設置して挿入する。

上述した本発明に係る電子ビーム硬化工程は、下記の各実験例によって一層明確になる。まず、本発明の実験例による発明の効果及び結果を説明する各図面に示したカラーフィルター形成用レジスト（以下、カラーフィルター試料）の名称（硬化条件を差別化して示した名称）を下記の［表１］に整理した。

上記の［表１］に説明したカラーフィルター試料での共通事項

＊カラーフィルター試料のコーティング厚さを１．５マイクロメータにしてスピンコーティングを行う。

＊基板としては、コーニング１７３７ガラス基板（０．７ミリメータ）またはプラスチック基板（ポリカーボネート）を使用する。

＊電子ビーム照射条件として、ほとんどの場合、１ＭｅＶのエネルギー、１００ｋＧｙの照射線量を使用し、これと異なる場合には、エネルギーを別途に言及した。

＊カラーフィルター試料としては、商用カラーレジストを使用した。

＊カラーフィルター試料の名称のうち‘−ＰＩ’は、電子ビームを照射する途中にカラーフィルター試料と空気中の酸素が接触しないように、窒素またはアルゴン（Ａｒ）雰囲気のみを使用することを示し、‘−ＰＩＸ’は、空気中で電子ビームを照射することを示す。

＊カラーフィルター試料としては、赤色カラーフィルターレジストを使用した。

＊カラーフィルター試料の名称のうち‘Ｔｎ−'のｎは、電子ビームエネルギーを調節するために使用したテフロン（登録商標）板（３００マイクロメータの厚さ）の層数として、Ｔ０−、Ｔ１−、Ｔ３−、Ｔ５−、Ｔ７−は、それぞれ０、１、３、５、７個のテフロン（登録商標）層を挿入して電子ビームを照射したことを意味し、ＴＲ−は、電子ビームを基板のカラーフィルターが塗布されていない面、すなわち、後面部側から照射したことを示す。

実験例１

ガラス基板上に形成されたカラーフィルター試料の電子ビーム照射による硬化

（１）実施例１の１段階：ガラス基板上でのカラーフィルターのコーティング及び乾燥

通常のカラーフィルター製造工程と同様に、赤色カラーフィルター形成用レジストであるカラーフィルター試料をガラス基板（コーニング１７３０、０．７ミリメータ厚さ）上に１．５マイクロメータの厚さでコーティングした後で乾燥した。

図１２は、本発明の実施例によって１．５マイクロメータの厚さでコーティングしたカラーフィルター試料の断面を走査電子顕微鏡で観察して示したＳＥＭ写真である。

次には、電子ビームを照射する前に、ＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を分析する。

図１３及び図１４は、東友ファインケムと日本のＪＳＲ社のカラーフィルターレジストの各試料に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。

ここで、カラーフィルターレジストとして韓国の東友ファインケムと日本のＪＳＲ社のカラーフィルターレジストを選択して比較した理由は、これらが全てのカラーフィルターを代表する物質であるためである。すなわち、各サンプル試料が同一のＦＴ−ＩＲパターンを示す場合、全てが同一の原料を使用して製造されたものと見なすことができる。

図１３のＤＲは、東友ファインケムのカラーフィルターレジストを示したもので、図１４のＪＲは、ＪＳＲ社のカラーフィルターレジストを示したものである。これらを参照すると、製造会社がそれぞれ異なる場合にも、二つの試料がほぼ類似したパターンを示すことが分かる。有機分子の成分は、ＦＴ−ＩＲライブラリーデータベースからＰＭＭＡ系列（ポリエチルメタクリレート、ポリビニルナフタレンメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなど）の高分子物質であると確認することができる。

図１３及び図１４の全てのスペクトルで示される１６０４ｃｍ^−１、１６４０ｃｍ^−１（波数）のピーク（透過率％）は、高分子ＰＭＭＡでない顔料及び添加剤からのピークである。一部の商用カラーフィルター試料のＦＴ−ＩＲのみで示される３４００ｃｍ^−１ＩＲ吸収ピークは、アミン、アミドからのピークである。

また、二つの試料では、アクリレート系の官能性モノマーで示されるＦＴ−ＩＲ上の特性吸収ピークとして炭素二重結合（＞Ｃ＝Ｃ＜）の吸収ピークである８０７ｃｍ^−１と１４０５ｃｍ^−１が大きく観察される。

したがって、カラーフィルター試料に本発明に係る電子ビーム硬化工程を行う場合、前記アクリル系官能性モノマーが重合反応を起こし、官能性モノマーの重合反応が完了するにつれて、アクリル系モノマーの二重結合（＞Ｃ＝Ｃ＜）吸収ピークである８０７ｃｍ^−１と１４０５ｃｍ^−１の強さが非常に小さく表れる。図１３及び図１４を参照すると、重合反応前のカラーフィルター試料において、二つのピークの強さが大きく表れることが分かる。

（２）実験例１の２段階：電子ビーム硬化

実験例１の１段階と同様に、ガラス基板上にコーティングした後、乾燥したカラーフィルター試料に電子ビーム硬化工程を行った。このとき、電子ビームエネルギーは１ＭｅＶにする。

次には、図１０に示すように、カラーフィルター試料がコーティングされた基板の上部に透明なテフロン（登録商標）板、プラスチック板またはガラス板を挿入し、電子ビームエネルギーの強さを変化させる。このとき、テフロン（登録商標）板を使用する場合、１０〜２１００マイクロメータの厚さを有する板を用いて０、１、３、４、５、６、７層に変化させることで、カラーフィルター試料に到達する電子ビームのエネルギーを調節した。

その次には、電子ビームの総照射量を１００ｋＧｙにし、カラーフィルター試料と空気中の酸素が接触しないように大気の雰囲気を窒素（Ｎ_２）またはアルゴン（Ａｒ）にし、電子ビーム照射後にカラーフィルター試料の硬化可否をＦＴ−ＩＲで分析する。

図１５は、電子ビーム照射後のカラーフィルター試料の硬化程度に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。

図１５は、電子ビーム照射前のカラーフィルター試料（ＮＣ）と３００マイクロメータのテフロン（登録商標）板をそれぞれ０枚（Ｔ０−ＰＩ）、３枚（Ｔ３−ＰＩ）、７枚（Ｔ７−ＰＩ）挿入した場合に対するカラーフィルター試料のＦＴ−ＩＲパターンを示している。

上記のように、電子ビームを照射する前後のＦＴ−ＩＲを比較すると、電子ビームによって硬化の完結程度がどの程度であるかを確認することができる。カラーフィルター試料の熱的加熱または電子ビーム照射による重合度は、アクリル系官能性モノマーのＦＴ−ＩＲ吸収ピーク（透過率％）の大きさによって判断することができ、官能性モノマーの重合反応が完了するにつれて、アクリル系モノマーの二重結合（＞Ｃ＝Ｃ＜）吸収ピークである８０７ｃｍ^−１と１４０５ｃｍ^−１の強さが小さく表れる。

電子ビームを照射する前の試料（ＮＣ）では、アクリレート系の官能性モノマーの吸収ピークである８０７ｃｍ^−１、１４０５ｃｍ^−１が非常に大きく観察される。その反面、３００マイクロメータの厚さを有する３枚のテフロン（登録商標）板が配置されたカラーフィルター試料（Ｔ３−ＰＩ）では、アクリレート系の官能性モノマーの吸収ピークである８０７ｃｍ^−１、１４０５ｃｍ^−１がほとんど観察されない。すなわち、電子ビーム硬化を行うことで、カラーフィルター試料の硬化完結度が非常に高いことが分かる。

その反面、３００マイクロメータの厚さを有する０枚及び７枚のテフロン（登録商標）板が配置されたカラーフィルター試料（Ｔ０−ＰＩ、Ｔ７−ＰＩ）では、これら二つのピークがＴ３−ＰＩの場合より比較的大きく観察されるので、完結度が相対的に減少したことが分かる。

実験例２：ガラス基板の後側から電子ビームを照射した場合

上記の実験例１の１段階と同様に製造したカラーフィルター試料を実施例１と同一に１ＭｅＶの電子ビームエネルギーと１００ｋＧｙの総照射量で照射し、図１１に示すように、電子ビームをガラス基板の後側から照射することで、電子ビームのエネルギーを調節した。

図１６は、電子ビームをガラス基板の後側から照射したカラーフィルター試料（ＴＲ−ＰＩ）のＦＴ−ＩＲを示したグラフである。

図１６を参照すると、アクリレート系の官能性モノマーの吸収ピークである８０７ｃｍ^−１、１４０５ｃｍ^−１がほとんど観察されないことが分かる。

比較例１：ガラス基板上に形成された赤色カラーフィルター試料の従来の熱的加熱方式による硬化

電子ビーム硬化によるカラーフィルターの重合効果を従来の熱的加熱方式による重合効果と比較するために、実験例１の１段階と同様に製造したカラーフィルターを２００℃で２５分間加熱して硬化（カラーフィルター試料の名称Ｔ２００）した。

図１７は、比較例１によって硬化したカラーフィルター試料に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。

図１７を参照すると、２００℃で加熱して硬化したカラーフィルター試料（Ｔ２００）でも、Ｃ＝Ｃ二重結合吸収ピークである８０７ｃｍ^−１、１４０５ｃｍ^−１が、電子ビーム硬化した試料（ＴＲ−ＰＩ、Ｔ３−ＰＩ）の場合と同様に著しく減少することが分かる。

ここで、Ｔ２００のピーク減少は、本発明の効果と類似しているように見えるが、下記の図１８ａ及び図１８ｂに示すように、本発明に係る電子ビーム硬化の場合のピークが、従来技術である熱的加熱方式（Ｔ２００）の場合より著しく低いことが分かる。これは、本発明によるカラーフィルター硬化が従来技術より優れていることを表す。

図１８ａ及び図１８ｂは、実験例１、実験例２及び比較例１で得たＦＴ−ＩＲパターンから各カラーフィルター試料での重合度を定量的に分析して示したグラフである。

各カラーフィルター試料（Ｃ／Ｆサンプル）の重合度を定量的に分析する方法も、アクリル系モノマーの二重結合（＞Ｃ＝Ｃ＜）吸収ピークである８０７ｃｍ^−１と１４０５ｃｍ^−１の大きさで分析可能である。重合度の定量化は、非アクリル系吸収ピークである１６４０ｃｍ^−１の強さ（高さ）と１７２２ｃｍ^−１（カルボニル基＞Ｃ＝Ｏのストレッチングモード）の強さを基準高さにし、これら高さ値で８０７ｃｍ^−１と１４０５ｃｍ^−１ピークの強さをそれぞれ割った相対的吸収ピーク高さ［Ａ（１４０５ｃｍ^−１）／Ａ（１７２４ｃｍ^−１）］、［Ａ（８０７ｃｍ^−１）／Ａ（１７２４ｃｍ^−１）]、［Ａ（１４０５ｃｍ^−１）／Ａ（１６４０ｃｍ^−１）］、［Ａ（８０７ｃｍ^−１）／Ａ（１６４０ｃｍ^−１）］に基づいて重合度を定量的に分析した。このとき、８０７ｃｍ^−１のピーク強さは、近隣の基底線である〜８４０ｃｍ^−１を基準点にして測定し、後者である１４０５ｃｍ^−１のピーク強さは、近隣の基底線である〜１６６４ｃｍ^−１を基準点にして測定した。

図１８ａ及び図１８ｂに示した各カラーフィルター試料（Ｃ／Ｆサンプル）は、全て１００ｋＧＹ、１ＭｅＶの条件で照射し、カラーフィルター試料と空気との接触を防止するために窒素雰囲気を使用した。

そして、従来の熱的加熱方式による試料（Ｔ−２００）、電子ビーム照射前のカラーフィルター（ＮＣ）と３００マイクロメータの厚さを有するテフロン（登録商標）板をそれぞれ０枚、３枚、５枚及び７枚挿入した場合のカラーフィルター（Ｔ０−ＰＩ、Ｔ３−ＰＩ、Ｔ５−ＰＩ、Ｔ７−ＰＩ）、ガラス基板の後側から電子ビームを照射したカラーフィルター（ＴＲ−ＰＩ）の重合度を定量的に分析して比較した。１４０５ｃｍ^−１ピークと８０７ｃｍ^−１吸収ピークの相対大きさである［Ａ（１４０５ｃｍ^−１）／Ａ（１７２４ｃｍ^−１）］、［Ａ（８０７ｃｍ^−１）／Ａ（１７２４ｃｍ^−１）］、［Ａ（１４０５ｃｍ^−１）／Ａ（１６４０ｃｍ^−１）］、［Ａ（８０７ｃｍ^−１）／Ａ（１６４０ｃｍ^−１）］の大きさに基づくと、Ｔ３−ＰＩとＴＲ−ＰＩでの重合度が最も優れており、２００℃での熱的加熱方式による試料（Ｔ−２００）よりも優れた水準の重合度を得た。したがって、本発明に係る電子ビームによるカラーフィルター硬化方法は、従来の技術である２００℃で加熱する熱的加熱による硬化方法と同一であるか、それよりカラーフィルターの重合に効果的であることが分かる。

実験例３：ガラス基板上にコーティングされたカラーフィルターの電子ビーム硬化（電子ビーム照射量の効果）

実験例１と同一の条件でコーティングしたカラーフィルターに電子ビームを照射し、総照射量を２０、５０、１５０、２００ｋＧｙに変化させ、重合に効果的なビーム照射量を確認した。そして、電子ビーム照射後に、ＦＴ−ＩＲで分析して重合度を分析した。

図１９は、実験例３の条件による電子ビーム照射後のカラーフィルター試料の硬化程度に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。

図１９を参照すると、カラーフィルター重合反応が最も効率的に発生する条件は、約５０〜１００ｋＧｙ（Ｔ３−ＰＩ−２０、Ｔ３−ＰＩ−５０）として、１００ｋＧｙ以上（Ｔ３−ＰＩ−１５０、Ｔ３−ＰＩ−２００）では重合度が大いに増加しないことが分かる。２０ｋＧｙ照射線量の試料（Ｔ３−ＰＩ−２０）の場合、８０８ｃｍ^−１ピークの大きさが周辺のピークに比べて相対的に大きく表れた。

実験例４：プラスチック基板上にコーティングされたカラーフィルターの電子ビーム硬化

２００マイクロメータ厚さのＰＣ（ポリカーボネート）プラスチック基板上に実験例１と同様にカラーフィルター試料をコーティング及び乾燥した後、電子ビームエネルギー１ＭｅＶ、総照射量１００ｋＧｙの条件で電子ビームを照射した。カラーフィルター試料がコーティングされたプラスチック（ＰＣ）基板上にテフロン（登録商標）板３層（９００マイクロメータ）を中間に挿入した場合（Ｔ３ＰＣ−ＰＩ）と、テフロン（登録商標）を使用しない場合（Ｔ０ＰＣ−ＰＩ）において電子ビームを照射した。

図２０は、実験例４による二つのカラーフィルター試料のFＴ−IＴ分析結果を比較したグラフである。

図２０を参照すると、テフロン（登録商標）板３層（９００マイクロメータ）を中間に挿入した試料（Ｔ３ＰＣ−ＰＩ）では、１４０５ｃｍ^−１及び８０８ｃｍ^−１ピークがＴ０ＰＣ−ＰＩの場合より著しく減少した。

実験例５：プラスチック基板の後側から電子ビームを照射した場合の硬化効果

実験例４と同一の条件である電子ビームエネルギー１ＭｅＶ、総照射量１００ｋＧｙの条件で電子ビームを照射した。カラーフィルター試料がコーティングされた２００マイクロメータ厚さを有するＰＣ（ポリカーボネート）プラスチック基板の後面から電子ビームを照射するとき、大気中の雰囲気を窒素にして電子ビームを照射した場合（ＴＲＰＣ−ＰＩ）と大気中の雰囲気を一般的な空気にして照射した場合（ＴＲＰＣ−ＰＩＸ）を比較した。

図２１は、実験例５による二つのカラーフィルター試料のＦＴ−ＩＲ分析結果を比較したグラフである。

図２１を参照すると、窒素雰囲気で電子ビームを照射した場合（ＴＲＰＣ−ＰＩ）には、１４０５ｃｍ^−１及び８０８ｃｍ^−１ピークが著しく減少するが、空気中で電子ビームを照射する場合（ＴＲＰＣ−ＰＩＸ）には、これらピークが大きく残留することが分かる。

図２２ａ及び図２２ｂは、実験例４と実験例５で得たプラスチック基板上の各カラーフィルター試料に対するＦＴ−ＩＲ分析結果に基づいて重合度を定量的に分析したグラフである。

図２２ａ及び図２２ｂを参照すると、定量的な重合度分析は、図１８ａ及び図１８ｂに基づいて説明した通りであり、プラスチック基板の後側から電子ビームを照射したカラーフィルター（ＴＲＰＣ−ＰＩ）で最も高い重合度を得た。したがって、本発明に係る電子ビーム硬化方法は、従来方式である２００℃で加熱した試料（Ｔ−２００）より優れた硬化（重合度）を示すことが分かる。

したがって、上述した電子ビーム硬化方法及びこれを用いて製造された電子ディスプレイ用カラーフィルターは、カラーパターンの寸法が正確であり、精細化されることで、一層精密な画素を具現することができる。また、本発明は、フレキシブルなディスプレイ用カラーフィルターの変形問題を解決するので、より自由な形態のディスプレイを具現することができる。

以上、添付された図面を参照して本発明の各実施例を説明したが、本発明は、上記の各実施例に限定されるものでなく、互いに異なる多様な形態に変形可能で、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施されることを理解するであろう。したがって、上述した各実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的なものでないことを理解すべきである。

従来技術に係るカラーフィルター形成方法を示したフローチャートである。 従来技術に係るカラーフィルター製造工程を示した断面図である。 従来技術に係るカラーフィルターを構成する高分子物質の合成過程を模式的に示した概略図である。 本発明に係るカラーフィルターの主要構成成分及び電子ビーム硬化による重合結果を模式的に示した概略図である。 本発明に係る電子ビーム照射によってアクリル系官能性モノマーが重合反応を起こす化学的反応過程を示した反応式である。 本発明の第１実施例に係る電子ディスプレイ用カラーフィルタ製造方法を図式的に示した断面図である。 本発明の第２実施例に係る電子ディスプレイ用カラーフィルタ製造方法を図式的に示した断面図である。 本発明の第１実施例に係る製造工程フローチャートである。 本発明の第２実施例に係る製造工程フローチャートである。 本発明に係る電子ビーム硬化方法における電子ビーム照射方向を示した概略図である。 本発明に係る電子ビーム硬化方法における電子ビーム照射方向を示した概略図である。 本発明の実施例によって１．５マイクロメータの厚さでコーティングしたカラーフィルター試料の断面ＳＥＭ写真である。 東友ファインケムと日本のＪＳＲ社のカラーフィルターレジストの各試料に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。 東友ファインケムと日本のＪＳＲ社のカラーフィルターレジストの各試料に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。 電子ビーム照射後のカラーフィルター試料の硬化程度に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。 電子ビームをガラス基板の後側から照射したカラーフィルター試料（ＴＲ−ＰＩ）のＦＴ−ＩＲを示したグラフである。 比較例１によって硬化したカラーフィルター試料に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。 実施例３、実施例４及び比較例１で得たＦＴ−ＩＲパターンから各カラーフィルター試料での重合度を定量的に分析して示したグラフである。 実験例３の条件による電子ビーム照射後のカラーフィルター試料の硬化程度に対するＦＴ−ＩＲ分析結果を示したグラフである。 実験例４による二つのカラーフィルター試料のＦＴ−ＩＴ分析結果を比較したグラフである。 実験例５による二つのカラーフィルター試料のＦＴ−ＩＲ分析結果を比較したグラフである。 実験例４及び実験例５で得たプラスチック基板上の各カラーフィルター試料に対するＦＴ−ＩＲ分析結果に基づいて重合度を定量的に分析したグラフである。

１０１ バインダー高分子
１０５ 官能性モノマー
１０７ 添加剤
１０９ 高分子物質

Claims (5)

1. 基板上にフィルター用レジストを塗布し、前記レジストをマスクを介して露光して赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンを形成するパターン形成段階と、前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンを硬化するパターン硬化工程とを含む電子ディスプレー用カラーフィルターの製造方法において、前記パターン形成段階の露光と前記パターン硬化工程とを０．０１〜３ＭｅＶのエネルギー及び１０〜５００ｋＧｙの照射量を有する電子ビームを常温〜１００℃の温度範囲内で照射して同時に行うことを特徴とする電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
2. 前記基板は、８０マイクロメータ〜３，０００マイクロメータの厚さ範囲を有するガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１に記載の電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
3. 前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンは、１．５マイクロメータ〜１．７マイクロメータの厚さで形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
4. 前記電子ビームは、前記赤色パターン、緑色パターン、青色パターンまたはブラックマトリックスパターンの上部から1又は複数枚の透明なテフロン(登録商標)板、プラスティック板またはガラス板を介してエネルギー調節しつつ前記基板方向に照射されることを特徴とする請求項１に記載の電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。
5. 前記透明なテフロン(登録商標)板、プラスチック板またはガラス板は、その厚さが１０マイクロメータ〜２，１００マイクロメータであり、１個乃至７個が挿入されることを特徴とする請求項４に記載の電子ディスプレイ用カラーフィルターの製造方法。

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