KR100338428B1

KR100338428B1 - 차광층을가진기판의형성방법,차광층을가진기판,흑백표시박막트랜지스터(tft)어레이기판용대향전극기판및흑백표시액정디스플레이장치

Info

Publication number: KR100338428B1
Application number: KR1019940011687A
Authority: KR
Inventors: 사토하루요시; 나카무라도오루; 유아사히토시; 오오츠키유타카; 오오미카히로요시; 오노노리카츠; 신도다다후미
Original assignee: 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 2003-05-17
Also published as: EP0627663B1; DE69408725T2; DE69408725D1; JPH0743522A; TW460727B; US5718992A; TW581905B; EP0627663A1; US5527649A

Abstract

(구성)

투명기판상에 형성된 투명도전층상에 감광성도막을 형성하며, 광투과성을 가진 마스크를 통하여, 상기 감광성도막을 노광하며, 이어서 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜 적어도 노출한 투명도전층상에 농색착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성한후, 상기 차광층을 가열처리하는 각 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 차광층을 가진 기판의 형성방법 및 흑백표시 박막 트랜지스터(TFT) 어레이기판용 대향전극기판 및 그 기판을 갖춘 흑백표시 디스플레이장치를 제공하는 것이다.

(효과)

정세도 및 차광능력이 높은 차광층을 가진 기판을 제공하는 것이다.

Description

차광층을 가진 기판의 형성방법, 차광층을 가진 기판, 흑백표시 박막 트랜지스터 (TFT) 어레이기판용 대향전극기판 및 흑백표시 액정 디스플레이 장치{METHOD FOR FORMING SUBSTRATE HAVING LIGHT-SHIELDING LAYER, SUBSTRATE HAVING LIGH-SHIELDING LAYER, COUNTERELECTRODE SUBSTRATE FOR THIN FILM TRANSISTOR (TFT) ARRAY SUBSTRATE FOR BLACK AND WHITE DISPLAY, AND LIQUID CRYSTAL DEVICE FOR BLACK AND WHITE DISPLAY}

(산업상의 이용분야)

본 발명은 정세도 및 차광능력이 높은 차광층을 가진 기판의 형성방법에 관한 것이며, 특히 액정표시장치 등에 사용되는 컬러필터의 제작 등에 이용가능한 차광층을 가진 기판의 형성방법 및 그 차광층을 가진 기판에 관한 것이다.

또 본 발명은 정세도나 차광능력 등이 우수하며, 간략한 프로세스로 형성하는 것이 가능한 흑백표시 박막 트랜지스터 (이하 TFT 라 약함) 어레이기판용 대향전극기판 및 그 대향전극기판을 갖춘 흑백표시 액정 디스플레이(LCD) 장치에 관한 것이다.

(종래의 기술)

컬러액정표시장치의 대표예로서는 TFT(박약 트랜지스터) 액티브 매트릭스ㆍ컬러액정장치가 알려져 있으며, 이 장치는 내측편광판상에 배치된 기판과, 그 기판상에 배치된 박막 트랜지스터(TFT) 및 그 TFT 에 의해서 구동되는 표시전극과, 그 TFT 및 그 표시전극과 접촉하는 내측배향막을 가지며, 그 반대면에 외측배향막을 가지는 액정층과, 최외측에 설치되는 외측편광판을 구비하며, 그 외측배향막과 외측편광판과의 사이에는 투명기판상에 형성된 투명도전층에 흑색의 차광층 (블랙 매트릭스)와, 예컨대 적색층, 녹색층 및 청색층 등의 착색층을 갖는 컬러필터가 설치되어 있다. 상기의 컬러필터의 작성방법으로서는 현재, 염색법, 염ㆍ안료분산법, 인쇄법, 전착법, 전사법 등의 방법이 제안되어 있으며, 어느 경우에도 각 색, 예컨대 적ㆍ녹ㆍ청 및 흑의 각 착색층의 배열 (이하, 경우에 따라서 각 층을 각각 「R 」, 「G 」, 「B 」 및 「BL」라 약함)의 위치정확도는 극히 중요하다. 그중에서도 특히 흑의 착색층부분, 즉 차광층은, 표시전극 주변부에서 광누출이 생기지 않도록 대향전극기판상에 위치결정되어 있지 않으면 안될 뿐만 아니라, 다른 착색층의 사이에 간극없이 위치결정되어 있지 않으면 안되고, 그리고 콘트라스트 등의 화면의 품위에 주어지는 영향이 크다. 그 때문에 차광층부분을 정확도가 좋게 제작한 후, 다른 착색층과 어느 정도 포개어 합쳐져서 형성되어 있는 것이 현상이다. 예컨대 크롬 등의 금속의 증착막을 포토리소그래픽 기술을 사용하여 패터닝하여 블랙 매트릭스를 형성한 후, R, G, B 의 각 착색층 경계를 조금씩 포개어 합쳐서 형성하고 있다.

또 박막 트랜지스터(TFT식) 흑백 디스플레이 장치에서는 상기의 컬러액정표시장치와 마찬가지의 구조이나, 컬러필터의 안에 R, G, B 를 제외한 차광층 (블랙 매트릭스) 가 형성된 투명기판이 갖추어져서, 대향전극기판으로서 기능한다. 대향전극기판은 종래 스퍼터법 등에 의하여 유리상에 막부착된 금속크롬층에 레지스트를 도포한 후, 노광, 현상, 에칭, 박막 (剝膜) 에 의하여 블랙 매트릭스를 형성하며, 또한 ITO 투명전극을 스퍼터법 등에 의하여 전면에 설치하고 있다.

그러나 금속으로 차광층을 형성하는 경우, 증착법이나 리소그래피 등에서는 핀호울이 발생하기 쉽고 번잡한 공정이 많다는 제조상의 문제에 더하여, 금속으로 형성한 차광층은 광반사율이 높기 때문에, 디스플레이 장치의 시인성 (視認性)에 뒤떨어진다는 문제도 있다. 특히 TFT 식 흑백 디스플레이 장치의 경우, 블랙 매트릭스 형성과 전극 형성을 위해 진공 프로세스를 2 번 사용할 필요가 있다. 또 컬러필터를 제조하는 경우에는 각 착색층의 경계를 포개어 합친 방법에서는 컬러액정표시장치 용도로서 요구가 강하고, 표면평탄성이 우수한 컬러필터를 제조할 수 없다는 문제가 있다.

그래서 이들의 문제를 해결하기 위해서, 일본국 특개소 63-314501 호, 특개평 1-293306 호 및 특개평 5-34514 호 등에 있어서, 흑색이나 그것에 가까운 농색의 안료를 배합한 감광성 수지조성물을 사용하는 방법이 제안되어 있다. 구체적으로는, 미리 농색으로 착색된 감광성 수지조성물을 투명기판상에 형성하여, 패턴마스크를 통하여 차광층으로서 필요한 부분만으로 노광하여 감광성 수지조성물 층을 경화시켜서, 미노광부분만을 현상 제거하는 방법, 및 R, G, B 의 층이 형성된 기판상에 미리 농색으로 착색된 감광성 수지조성물 층을 형성하여, 기판의 이면 (감광성 수지조성물 층이 형성되어 있지 않는 면) 에서 노광하여 그 감광성 수지조성물 층을 경화시켜서, 미노광부분만을 현상제거하는 방법, 및 이들 2 방법을 병용하는 방법 등이 기재되어 있다. 그러나, 농색으로 착색된 감광성 수지조성물은, 광흡수성이 높기 때문에, 노광하여도 충분한 심도까지 경화가 진행되지 않고 현상제거시의 농색으로 착색된 감광성 수지조성물이 제거되기 쉽고, 차광층이 큰 차광층이 형성되기 힘든 결점이 있다. 더우기 감광성 수지 조성물은 노광부분이 경화하는 광중합성의 것이 사용되는 것이 많고, 공기중에서의 노광에서는 산소에 의한 경화저해가 현저하며 이것을 방지하기 위해서 산소차단막을 설치하는 진공하에서 혹은 질소, 아르곤 등의 산소부존재하의 분위기하에서 노광하는 등의 번잡한 조작이 필요하게 된다. 이들의 번잡한 조작을 해결하는 방법으로서 노광량을 극단으로 크게 하는 것이 생각되나, 광의 반사 및 산란이나 누출이 많게 되고, 또 기판의 온도상승 등도 생기기 쉽기 때문에 높은 정확도를 가지는 차광층을 형성하는 것은 곤란하다.

한편, 흑색이나 그것에 가까운 흑색의 안료를 배합한 감광성 수지조성물을 흑백표시 TFT 용 대향기판의 블랙 매트릭스로서 사용하는 경우, 대향전극기판으로서, 투명전극을 설치한 투명기판을 사용하여도 블랙 매트릭스 자체에 도전성이 없기 때문에 재차, 투명전극을 스퍼터 등의 방법으로 전면에 설치할 필요가 있다. 이것은 블랙 매트릭스상의 액정이 전압에 응답하지 않는 경우, TFT 로 사용되는 노멀화이트 방식에서는 전압 ON시의 화소주변부분의 광누출이 생겨서, 콘트라스트가 저하하기 때문이다.

(발명이 해결하려고 하는 과제)

본 발명의 목적은 정세도 및 차광능력이 우수한 차광층을 충분한 정확도로서 간편하게 형성할 수가 있으며, 특히 컬러필터의 형성에 유용한 차광층을 가진 기판의 형성방법 및 차광층을 가진 기판을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 안료로서, 특정의 카본블랙을 사용함으로써 정세도 및 차광능력이 우수하고, 저반사율로 또한 도전성이 낮은 차광층을 제공하는 동시에, 충분한 정확도로서 간편하게 형성할 수가 있는 차광층을 가진 기판의 형성방법을 제공하는 것에 있다.

더우기 본 발명의 다른 목적은 정세도나 차광능력, 도전성 등이 우수하며, 간략한 프로세스로 형성하는 것이 가능한 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극기판 및 그것을 사용한 흑백표시 액정 디스플레이(LCD) 장치를 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명은 (1) 투명기판상에 형성된 투명도전층상에 포지티브형 감광성도막을 형성하는 공정과, (2) 차광층에 상당하는 부분만이 광투과성을 가지는 마스크를 통하여, 상기 포지티브형 감광성도막을 노광하는 공정과, (3) 노광된 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜서, 적어도 노출한 투명도전층상에 차광농색 착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성하는 공정과, (4) 상기 차광층을 가열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차광층을 가지는 기판의 형성방법에관한 것이다.

또 본 발명은 (1) 투명기판상에 형성된 투명도전층상에 네가티브형 감광성도막을 형성하는 공정과, (2) 차광층에 상당하는 부분이외만의 광투과성을 가지는 마스크를 통하여, 상기 네가티브형 감광성도막을 노광하는 공정과, (3) 노광되지 않았던 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜서, 적어도 노출된 투명도전층상에 차광농색 착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성하는 공정과, (4) 상기 차광층을 가열처리하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 차광층을 가진 기판의 형성방법에 관한 것이다.

또 본 발명은, 투명기판과, 그 투명기판상에 형성된 투명도전층과, 그 투명도전층상에 형성된 차광층을 포함하며, 그 차광층이 고분자 매트릭스중에 분산된 최대입경 1㎛ 이하의 카본블랙을 함유하고, 그 차광층이 체적저항을 1×10²Ωㆍcm 이상을 가진 것을 특징으로 하는 차광층을 가지는 기판에 관한 것이다.

또 본 발명은, 투명기판과, 그 투명기판상에 형성된 투명도전층상에 전착된 차광층을 가진 것을 특징으로 하는 흑백표시 박막 트랜지스터(TFT) 어레이기판용 대향전극기판에 관한 것이다.

또 본 발명은 제 1편광판과, 그 제 1편광판상에 배치된 기판과, 그 기판상에 형성된 박막 트랜지스터(TFT) 및 그 박막 트랜지스터(TFT) 에 의해서 구동되는 표시전극과, 그 박막 트랜지스터 및 그 표시전극과 접촉하는 내측배향막을 가지며, 그 반대면에 외측 배향막을 가지는 액정층과, 최외측에 설치되는 제 2편광판을 갖추어, 그 외측배향막과 제 2편광판과의 사이에는 농색착색층으로부터 이루어지는 차광층이 상기 외측배향막과 접하도록 적어도 일부에 전착된 투명도전층을 가지는 대향전극기판이 설치되는 것을 특징으로 하는 흑백표시 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 형성방법에 있어서는 우선 투명기판상에 형성된 투명도전층 (투명전극) 상에 포지티브형의 감광성도막을 형성하는 공정을 최초로 행한다 (이후, 공정(1-A) 라함). 또는 본 발명의 형성방법에 있어서는 우선 투명기판상에 형성된 투명 도전층상에 네가티브형의 감광성도막을 형성하는 공정을 최초로 행한다 (이후, 공정 (1-B) 라 함).

상기 투명기판의 재료로서는 투명하며 판상의 것이라면 특히 제한은 없고, 구체적으로는 석영, 각종 유리류, 폴리에스테르, 폴리페닐렌술파이드, 에폭시수지, 아크릴수지, 폴리메틸펜텐, 각종 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리스틸렌, 아크릴로니트릴스틸렌 공중합체, 트리아세트산셀루로오스 중의 각종 투명 플라스틱 (수지) 류 등을 들 수 있으며, 이들의 표면은 예컨대 최종제품인 컬러필터 등의 성능상, 평활인 것이 바람직하며, 필요에 의하여서는 표면을 연마하여 사용할 수도 있다.

상기 투명기판상에 형성하는 투명도전층은 예컨대, 산화주석, 산화인듐, 인듐-주석 산화물 또는 산화안티몬 등으로 형성되는 것이 바람직하며, 그 막두께는 통상 20nm 내지 300nm 가 바람직하다. 또 그 형성방법은 스프레이법, CVD 법, 스퍼터링법, 진공증착법 등을 들 수 있다.

상기 포지티브형 감광성도막을 형성하는 포토레지스트는 노광부분이 현상액으로 용해제거할 수 있는 것이라면 특히 제한되지 않고, 예컨대 퀴논지아지드기를 가지는 화합물; 디아조멜드럼산 또는 니트로벤질에스테르 등을 함유하는 화합물; 이들 화합물을 함유한 조성물; 광에 의하여 산을 발생하는 화합물 (광산발생제) 를 사용한 화학증폭계 조성물 등을 들 수 있다. 또한 구체적으로는 예컨대 조막기능을 가지는 수지에 히드록실기를 가지는 화합물과 퀴논디아지드술폰산 유도체 혹은 이소시아나이트기를 가지는 퀴논디아지드 화합물과의 반응에서 얻어지는 생성물을 적절히 혼합한 조성물 등을 바람직하게 들 수가 있다. 이때 혼합비율은 특히 한정되지 않으며, 노광조건이나 현상조건 등에 따라서 적절히 선정하면 좋다. 또 퀴논디아지드기를 가지는 수지나 퀴논디아지드기를 가지는 수지를 포함한 조성물과, 아릴술포늄염, 아릴요오드늄염, 할로메틸트리아딘, 술폰산에스테르, o-니트로벤질기를 가지는 각종 트지레이트 등에서 선택되는 광산발생제와, t-부톡시카르보닐기나 테트라히드로피라닐기를 도입한 폴리히드록시스틸렌 등으로 된 화학증폭제의 조성물 등을 들 수가 있다. 더우기 통상 시판의 각종 포지티브형 포토레지스트도 사용할 수가 있다.

또 상기 네가티브형 감광성도막을 형성하는 포토레지스트는, 노광부분이 현상액으로 제거되지 않고, 비노광부분만이 현상액으로 제거할 수 있는 것이라면 특히 제한되지 않으며, 예컨대 아크리로일기, 메타크리로일기 등의 (메타) 아크리로일기 및/또는 신나모일기 등과 같은 빛에 의하여 가교할 수 있는 에틸렌성 2 중결합을 분자중에 가진다. 일반적으로 분자량 500 내지 10,000 정도의 프레폴리머 또는 수지 등에 광중합개시제 및 필요에 따라서 염료 및/또는 안료를 유기용매나 물에 용해 혹은 분산한 것을 사용할 수가 있다.

그 프레폴리머 또는 수지로서는, 예컨대 에폭시 (메타) 아크릴레이트, 우레탈 (메타) 아크릴레이트, 폴리에스테르 (메타) 아크릴레이트 등의 프레폴리머; 아크릴수지, 에폭시수지, 우레탄수지, 폴리부티디엔수지 등에 아비노기, 안티모늄, 술포늄 등의 오늄기와 상기 감광성기를 도입한 수지로, 유기용매에 용해 및/또는 분산하든가, 혹은 포름산, 아세트산, 프로피온산, 락트산 등의 산 혹은 산성물질로 물에 가용화 및/또는 분산되는 카티온성의 수지; 아크릴수지, 폴리에스테르수지, 마레인화유수지, 폴리부타디엔수지, 에폭시수지 등에 카르복실기 등과 상기 감광성기를 도입한 수지로, 유기용매에 용해 및/또는 분산하든가, 트리에틸아민, 디에틸아민, 디메틸에탄올아민, 암모니아 등의 염기성물질로 물에 가용화 및/또는 분산되는 아니온성의 수지 등을 들 수가 있으며, 특히 공정의 간략화나 공해방지의 관점에서, 물에 가용화 및/또는 분산할 수 있는 프레폴리머 또는 수지의 사용이 바람직하다.

또 상기 네가티브형 감광성도료에는, 도막의 감광성이나 점도 등을 조정하기 위해서는 저분자량의 (메타) 아크릴레이트류를 첨가하여도 좋고, 구체적으로는 2-히드록시에틸 (메타) 아크릴레이트, 2-페녹시에틸 (메타) 아크릴레이트, 3-페녹시-2-히드록시프로필 (메타) 아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타) 아크릴레이트, 트리시클로데칸 (메타) 아크릴레이트, 헥산디올 디 (메타) 아크릴레이트, 트리메티롤프로판트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트, 트리스 (아크리로일옥시에틸) 이소시아누레이트 등이 예시되고, 이들은 혼합물로서 사용해도 된다. 이들의 (메타) 아크릴레이트류의 배합비율은, 네가티브형 감광성도료용 수지 100 중량부에 대하여 0 내지 50중량부, 바람직하게는 0 내지 30중량부인 것이 바람직하다. (메타) 아크릴레이트류의 배합비율이 50중량부를 초과하면 도막에 점착성이 나오기 쉽게되어 바람직하지 않다.

상기 광중합개시제는 공지의 것이 좋고, 예컨대 벤조인 및 그의 에테르류, 벤질알킬 케탈류, 벤조페논 유도체, 안트라퀴논 유도체, 티옥산톤 유도체를 들 수 있으며 더우기 필요에 따라서 증감제를 첨가하여도 좋다. 광중합개시제의 첨가량은, 상기 네가티브형 감광성도료용 수지 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 30중량부, 특히 바람직하게는 0.5 내지 20중량부의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 광중합개시제의 첨가량이 0.1 중량부 미만에서는 광경화성이 부족하여, 또 30중량부를 초과하면 경화의 진행이 지나쳐서 도막강도가 부족하며, 또한 불경제이기 때문에 바람직하지 않다.

상기 네가티브형 감광성도료의 제조는, 감광성도료용 수지, 광중합개시제, 유기용매 및/또는 물, 필요에 따라서 염료 및/또는 안료, 산성물질 또는 염기성물질, 염료 혹은 안료의 분산조제, 도막의 평활성을 좋게 하는 레벨링제, 점도조정제, 소포제 등의 각종 조제류 등을 혼합하여 일반적으로 사용되는 샌드밀, 로울밀, 아트라이타 등의 분산기를 사용하여 충분하게 분산시키는 방법 등에 의해서 얻을 수가 있다.

감광성도막을 형성하는 상기의 포지티브형 또는 네가티브형 포토레지스트나 그 조성물 등을 분산 또는 용해하기 위해 사용하는 유기용제로서는, 상기 포토레지스트나 조성물 등을 분산 또는 용해할 수 있는 것이라면 특히 제한되지 않고, 구체적으로는 각종의 글리콜에테르류, 예컨대 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜모노페닐에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노페닐에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르 등; 케톤류, 예컨대 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 이소포론, N-메틸피롤리돈 등; 에테르류, 예컨대 디부틸에테르, 디옥산, 테트라히드로푸란 등; 알콜류, 예컨대 메톡시부탄올, 디아세톤알코올, 옥탄올, 부탄올, 이소프로판올 등; 탄화수소류, 예컨대 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산, 헥산 등; 에스테르류, 예컨대, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 아세트산 2-메톡시에틸, 아세트산 2-메톡시프로필, 벤조산에틸 등; 산아미드류, 예컨대 디메틸포름아미드, N,N-디메탈아세트아미드, 디메틸술폭시 등이 들 수 있다. 이들의 유기용매는 단독으로 사용할 뿐만 아니라 혼합물로서 사용할 수도 있다.

상기 포지티브형 감광성도막 또는 네가티브형 감광성도막은 통상 공지의 방법 예컨대 침지법, 스프레이법, 스핀코우트법, 로울코우트법, 스크린인쇄법, 전착법 등에 의하여 상기 투명도전층상에 형성할 수가 있다.

이와같이 하여 얻어지는 감광성도막의 막두께는 특히 제한은 없고, 예컨대 최종제품인 컬러필터 등에 요구되는 성능, 형성되는 차광층의 형상 등에 따라서 적절히 선택된다. 특히 차광층의 형상과의 관계에서 감광성도막의 막두께를 형성되는차광층의 막두께의 통상 0.5 내지 20배, 바람직하게는 1 내지 10배 정도로 하는 것이 바람직하다. 여기서 막두께가 상기 범위보다도 작으면 감광성도막상에도 다음 공정에서 전착에 의해서 차광층을 형성할 농색착색층이 형성되어 버리거나, 감광성도막으로 규정된 패턴보다도 선폭의 큰 차광층이 형성되어 버리는 가능성이 큼으로 바람직하지 않다. 또 상기 범위보다 막두께가 큰 경우에는 감광성도막의 해상성 (解像性) 에 문제가 생기기나, 전착시에 전착도료가 개구부에 들어가기 어렵게 되어 노망의 차광층이 형성되지 않는 가능성이 크기 때문에 바람직하지 않다.

그 막두께를 조정하는데는, 각 도포방법에 의하여 적합한 도포조건을 적절히 선택하면 좋다. 예컨대 스핀코우트법의 경우에는 도포액의 점도나 스피너의 회전수 등을 조정하여 전착법의 경우에는 도장전압, 전착시간, 액온 등의 전착조건을 조정함으로써 용이하게 제어할 수 있다.

이어서 본 발명의 형성방법에서는, 차광층에 상당하는 부분만이 광투과성을 가지는 마스크를 통하여, 상기 포지티브형 감광성도막을 노광한다 (이후, 공정(2-a) 라 함). 또는 본 발명의 형성방법에서는 차광층에 상당하는 부분 이외만이 광투과성을 가지는 마스크를 통하여, 상기 네가티브형 감광성도막을 노광한다 (이후, 공정(2-b) 라 함).

상기 차광층에 상당하는 부분만이 광투과성인 마스크, 또는 차광층에 상당하는 부분이외만이 광투과성을 가지는 마스크는 통상, 포토리소그래피로 사용되는 포토마스크로서 소망의 패턴이 형성되어 있으면 좋다.

상기 노광은 통상 자외선 등을 다량으로 발생할 수 있는 광원, 예컨대 고압수은등, 초고압수은등, 크세논램프, 메탈할라이드램프, 엑시머레이저나 SOR(싱크로트론 방사광) 등을 사용하여 행할 수가 있다. 또 필요에 의하여는 자외선 이외의 다른 방사선을 사용하여도 좋다. 이때 노광조건은 사용하는 감광성도막, 노광방법, 노광장치 등에 따라서 적합한 선택을 할 수 있다. 예컨대, 노광량은 특히 제한되지 않으며, 광원, 감광성도막 등에 따라서 적합한 선택을 할 수가 있으며, 통상은 0.1 내지 1000mJ/cm², 바람직하게는 5 내지 500mJ/cm²정도이다.

다음에 본 발명의 형성방법은 포지티브형 감광성도막을 사용하는 경우에는 상기 노광후 노광이 된 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜서 노출된 투명도전층상에 적어도 농색착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성한다 (이후, 공정(3-a) 라 함). 또는 본 발명의 형성방법에서는 네가티브형 감광성도막을 사용하는 경우에는 상기 노광후, 노광되지 않았던 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜서 노출한 투명도전층상에, 적어도 농색착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성한다 (이후, 공정(3-b) 라 함).

공정(3-a) 또는 (3-b)에 있어서 현상조건은 특히 제한되지 않고, 공정(2-a)또는 (2-b)에 있어서 노광량 혹은 사용하는 감광성도막의 현상액에 대한 용해성, 현상액의 종류나 농도, 더우기 현상온도, 현상시간 등에 따라서 적합하게 선택할 수 있다.

상기 현상액으로서는, 공정(3-a)또는 (3-b)에 있어서 노광된 부분 또는 미노광부분의 감광성도막을 현상제거할 수 있는 것이면 특히 제한되지 않고, 감광성도막의 종류, 노광상태 등에 따라서 적합하게 선택할 수 있다.

공정(3-a) 에 있어서, 현상액은 통상, 염기성물질을 용해한 수용액 등이 사용된다. 그 염기성물질로서는 예컨대 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 메타규산나트륨, 테트라메틸암모늄히드록시드 등의 테트라알킬암모늄히드록시드, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아 등을 들 수 있다. 또 현상액으로서 유기용매를 사용하여도 좋고, 예컨대 알코올류, 글리콜에테르류, 케톤류, 탄화수소류, 염소화탄화수소류 등을 들 수 있다. 이들은 혼합액으로서 사용하여도 좋다. 또한 상기 수성현상액과 병용하여도 좋다. 이중에서도 수용액체의 현상액이 바람직하다.

한편 공정(3-b)에 있어서 통상, 현상액으로서, 감광성도료의 성분에 카티온성의 수지를 사용하는 경우의 현상액으로서는, 산성물질을 용해한 수용액을 사용할 수가 있다. 그 산성물질로서는, 예컨대 포름산, 아세트산, 프로피온산, 락트산 등의 유기산이나 염산, 인산 등의 무기산을 들 수가 있다. 또 네가티브형 감광성도료의 성분에 아니온성의 수지를 사용하는 경우의 현상액으로서는 염기성물질을 용해한 수용액 등을 사용할 수가 있다. 그 염기성물질로서는, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 메타규산나트륨, 테트라알킬암모늄히드록시드, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 들 수 있다. 더우기 현상액으로서 알코올류, 글리콜에테르류, 글리콜류, 케톤류, 탄화수소류, 염소화탄화수소류 등의 유기용매를 사용할 수가 있다. 이것들은 혼합액으로 하여 사용하여도 좋고 더우기 상기 수성현상액과 병용하여도 좋다. 이들의 현상액에는 젖음성개량이나 소포 (消泡) 를 위해서 계면활성제나 소포체를 첨가하여도 좋고, 독성이나 작업환경성 등의 점에서 수용액체의 현상액을 사용하는것이 바람직하다.

상기 현상조건으로서는 예컨대 공정(3-a) 에 있어서 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액을 현상액으로 사용한 경우는, 통상 농도 0.01 내지 20중량%, 바람직하게는 0.05 내지 10중량%, 온도는 통상 10 내지 80℃, 바람직하게는 15 내지 40℃, 현상시간은 통상 2 내지 600 초, 바람직하게는 4 내지 300 초 등의 범위내에서 적합하게 선택하면 좋다.

또 공정(3-b) 에 있어서 일예로서는, 탄산나트륨 수용액을 현상액으로 사용하는 경우, 탄산나트륨 농도는 통상 0.01 내지 25중량%, 바람직하게는 0.05 내지 15중량%, 온도는 통상 10 내지 70℃, 현상시간은 통상 5 내지 600초, 바람직하게는 5 내지 300초 등의 범위에서 적합하게 선택하면 종다. 또다시 공정(3-b)에 있어서 일례로서, 락트산 수용액을 사용하는 경우는, 락트산농도는 통상 0.01 내지 50중량%, 바람직하게는 0.05 내지 25중랑%, 온도는 통상 10 내지 70℃, 바람직하게는 15 내지 50℃, 현상시간은 통상 2 내지 600 초, 바람직하게는 4 내지 400 초 등의 범위내에서 적합하게 선택하면 좋다.

공정(3-a) 또는 (3-b) 로 사용되는 농색착색도료로서는, (a) 농색 (예컨대 흑, 농남, 농차 등) 의 염료 및/또는 안료, (b)전착용 바인더수지 및, (c)필요에 따라서 혼합되는 경화제를 함유하는 수용성 및/또는 수분산성의 도료를 들 수가 있다.

상기 염료 및/또는 안료로서는 예컨대 카본블랙, 그래파이트, 3 산화바나듐, 2 산화망간, 2 황화몰리브덴, 43산화철, 아닐린블랙, 스탄블랙 B, 아시드블랙 1 및52, 파아스트블랙 K염, 니그로신 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 보다 상세하게는 「COLOUR INDEX」 (제 3판) 등에 기재되어 있는 것을 들 수 있다. 본 발명의 형성방법으로 형성되는 차광층을 가지는 기판을 컬러필터의 블랙 매트릭스로서 사용하는 경우, 함유되는 염료 및 또는 안료로서는 특히 한정은 없고, 상기한 염료 및/또는 안료는 어느것도 사용할 수가 있다. 본 발명의 방법으로 형성되는 차광층을 가지는 기판을 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극기판의 차광층으로서 사용하는 경우도, 함유되는 염료 및/또는 안료에 특히 한정은 없고, 상기한 염료 및/또는 안료의 어느것도 사용할 수 있으나, 이중 안료, 특히 바람직하게는 도전성미립자를 사용하는 것이 바람직하다.

도전성미립자로서는, 카본블랙; 산화주석, ITO, 산화인듐, 산화티탄, 산화루테늄, 산화바나듐 등의 금속산화물; 금, 백금, 파라듐, 은합금, 구리, 니켈 등의 금속 등에서 적어도 1 종을 사용하는 것이 바람직하나, 차광성, 도전성의 밸런스를 취하기 때문에, 2 종이상을 혼합하여 사용하여도 좋은 것은 말할 것도 없다. 본 발명에서 형성되는 차광층을 가지는 기판은 체적저항율 1×10²Ωㆍcm 이상인 것이 바람직하며, 특히 체적저항율이 1×10²Ωㆍcm 내지 1×10¹²Ωㆍcm로서 또한 표면저항치가 1×10²∼ 1×10¹⁴Ω/ □인 것이 바람직하다. 체적저항율이 1×10²Ωㆍcm보다 낮은 경우는 염료 및/또는 안료농도가 높게되고, 물리적성질, 그중에서도 접착성이 높은 막을 얻지 못하고 체적저항율이 1×10¹²Ωㆍcm보다 높을 경우는 염료 및/또는 안료농도가 낮기 때문에 차광성이 불충분하게 되는 경우가 생긴다. 마찬가지로 표면저항치가 1×10²Ω/ □보다 낮으면, 염료 및/또는 안료농도가 높게되고, 접착성이 떨어지는 경향이 생기며, 한편 표면저항치가 1×10¹⁴Ω/ □보다 높으면, 차광성이 불출분하게 되는 경향이 있다.

차광층의 블랙 매트릭스부분을 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극기판으로서 사용하는 경우, 블랙 매트릭스상의 액정의 배향에 의한 광변조가 광누출을 방지하는 효과를 가지기 때문에, 그 블랙 매트릭스부분 즉, 차광층부분의 도전성이 높을수록 바람직하다. 구체적으로는 블랙 매트릭스부분의 체적저항율이 1×10²내지 1×10⁹Ωㆍcm,바람직하게는 1×10²내지 1×106Ωㆍcm이며, 표면저항치가 1×10²내지 1×10⁹Ω/ □, 바람직하게는 1×10²Ω/ □ 내지 1×10⁶Ω/ □인 것이 바람직하다. 체적저항율이 1×10²Ωㆍcm보다도 작은 경우는, 통상 도전성미립자를 고농도로 사용하지 않으면 안되고, 차광층의 ITO 기판에의 밀착성이 현저하게 떨어지기 때문에 바람직하지 않다.

표면저항치가 1×10⁹Ωㆍcm보다도 크면, 액정디스플레이의 시인성이 현저하게 떨어지기 때문에 바람직하지 않다. 또 표면저항치가 1×10²/ □보다도 작은 경우는, 통상 도전성미립자를 고농도로 사용하지 않으면 안되며, 차광층의 ITO 기판에의 밀착성이 현저하게 떨어지기 때문에 바람직하지 않다. 표면저항치가 1×10⁹Ω/ □보다도 크면 액정디스플레이의 시인성에 떨어지기 때문에 바람직하지 않다. 이 시인성의 저하는 전압의 인가에 대하여 차광층과 접촉하는 액정이 응답하지 않는 것에 기인한다.

즉, TFT-LCD는 통상, 노멀화이트로 사용하기 때문에, 편광판으로 편광한 빛이, 차광층과 접촉하는 액정으로 복굴절되어, 각 화소주변에서의 빛도 누출이 생겨서, 콘트라스트의 저하 등, 액정디스플레이의 시인성이 현저하게 저하한다. 따라서, 본 발명의 블랙 매트릭스에서는 블랙 매트릭스에의 ITO 를 다시 형성할 필요가 얼라.

반대로, 블랙 매트릭스를 전착법으로 제작되는 액정더스플레이용 컬러필터의 그 차광층 부분으로서 사용하는 경우에는 R, G, B 등의 전착층이 블랙 매트릭스 부분상에 전착하는 현상을 방지하기 위해서, 블랙 매트릭스 부분의 도전성은 낮은 것이 바람직하다.

구체적으로는 예컨대 그 차광패턴의 블랙 매트릭스 부분의 체적저항율이 1×10⁶내지 1×10¹²Ωㆍcm이며, 표면저항치가 통상 1×10⁴∼ 1×10¹⁴Ω/ □인 것이 바람직하다. 체적저항율이 1×10⁶Ωㆍcm보다도 작으면 차광층상에 착색도료가 전착되는 현상 (상승)이 생기는 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 체적저항율을 1 ×10¹²Ωㆍcm보다도 크게 하면, 차광성이 현저하게 저하하기 때문에, 컬러필터로서의 콘트라스트 등의 특성이나, TFT 의 보호특성이 현저하게 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 표면저항치가 1×10⁴Ω/ □보다도 작으면 차광층상에 착색도료가 전착되는 현상 (상승)이 생기는 것이 있기 때문에 바람직하지 않다. 표면저항치가 1×10¹⁴Ω/ □보다도 크게 하면, 차광성이 현저하게 저하하기 때문에, 컬러필터로서의 콘트라스트 등의 특성이나 TFT 의 보호특성이 현저하게 저하하기 때문에 바람직하지 않다.

상기의 안료중에서 카본블랙은 첨가량이 소량이라도 차광성이 높기 때문에 바람직하다. 카본블랙은 차광성 및 전착도료의 안정성의 점에서 최대입경이 1㎛ 이하일 필요가 있다. 카본블랙의 분산후의 최대입경은, 오오스카 덴시 (주) 제 광산란형 입도분포 측정장치 PAR-III 로 측정한때, 수평균입자경(dn)이 1㎛ 이하, 다시 바람직하게는 dn이 0.5 ㎛ 이하로, dv (중량평균입자경)/dn이 2.5 이하가 바람직하고 다시 바람직하게는 dn이 0.3 ㎛ 이하로, dv/dn 이 2 이하인 것이 바람직하다. 여기서 최대입경이 1㎛ 를 초과하면, 전착도료의 안정성이 손상되는 가능성이 생쳐서 또 얻어지는 차광층이 평활성이나 정세도가 저하한 것이 있기 때문에 바람직하지 않다. 더우기 카본블랙의 최대입경이 1㎛ 이하이면, 후에 기술하는 안료/바인더 수지배합비율이나 가열처리조건을 적합하게 선택함으로써 차광층의 도전성을 제어하기 쉽게 된다는 장점이 있기 때문에 바람직하다.

일반적으로, 카본블랙 등의 도전성물질을 안료 등으로서 농색착색도료에 사용한 경우, 농색착색층으로 도전성이 생긴다. 본원에 있어서는, 차광층을 TFT 어레이기판용 대향전극으로서 이용할 수 있는 정도로 그 도전성을 높일 수가 있으며, 또는 전착법에 의해서 제조되는 컬러필터의 차광층으로서 지장이 없는 정도로 그 도전성을 감소시킬 수도 있다. 상기의 염료 및/또는 안료는, 전착용 바인더수지 100 중량부에 대하여, 통상 2 내지 300 중량부, 바람직하게는 3 내지 100 중량부 정도 첨가하면, 흑색 또는 차광성이 높은 블랙 매트릭스를 얻을 수가 있다.

카본블랙을 안료로서 사용하는 경우, 전착용 바인더수지 100 중량부에 대하여, 통상 10 내지 80 중량부, 바람직하게는 20 내지 60 중량부 사용하면 가열처리로 차광층에 안정성, 신뢰성을 부여할 수 있으며, 흑색 또한 차광성의 높은 블랙 매트릭스를 얻을 수가 있다. 이와같이 카본블랙이 고분자 매트릭스중에 분산한 블랙 매트릭스는 금속의 스퍼터 등으로 제작한 경우보다도 광반사율이 낮은 것이다.

또다시, 카본블랙을 사용하여 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극을 제작하기 위해서는, 상기 도전성미립자의 첨가량은 전착용 바인더수지 100 중량부에 대하여 30중량부 내지 80중량부가 알맞다. 30중량부 미만의 경우, 차광성 및 도전성이 모두 낮고, 80중량부를 초과하는 경우, 전착도료의 분산안정성 및 얻어지는 블랙 매트릭스의 평탄성이나 정세도가 저하하기 때문에 바람직하지 않다.

상기 전작용 바인더수지로서는, 수용액 및/또는 수분산액으로 한 때에 카티온성 또는 아니온성의 이온성기로 되는 기를 가진 수지 등을 사용할 수가 있다. 여기서 전착용기판으로서, 투명기판상에 ITO 투명도전층을 형성할 것을 사용하는 경우, 카티온성의 이온성기로 되는 기를 가진 수지를 사용하는 카티온전착을 행하면, 전착액중의 산에 의하여 ITO 층이 침입되어 버리기 때문에 바람직하지 않고, 아니온성의 이온성기로 되는 기를 가진 수지를 사용하는 아니온전착을 행하는 것이 바람직하다. 카티온전착을 사용하는 경우에는, 전착용기판으로서 스테인레스나 백금 등의 전극과 같은 전착액의 산으로 침입되지 않는 기판을 사용하여 전착에 의해서 제작한 차광층을 실제로 사용하는 유리 등의 투명기판상에 전사하면 좋다. 상기 카티온성기를 가지는 수지로서는 예컨대 아크릴수지, 에폭시수지, 우레탄수지, 폴리부타디엔수지, 폴리아미드수지 등에, 아비노기, 또는 암모늄, 술포늄, 포스포늄 등의 오늄기를 도입하여, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 락트산 등의 산 혹은 산성물질로 물에 가용화 또는 분산되는 것 등을 들 수가 있다.

또 상기 아니온성의 수지로서는, 예컨대 아크릴수지, 폴리에스테르수지, 말레인화유수지, 폴리부타디엔수지, 에폭시수지 등에 있어서 카르복실기 등을 가지며, 트리에틸아민, 디에틸아민, 디메틸에탄올아민, 암모니아 등의 염기성물질로 물에 가용화 또는 분산되는 것 등을 들 수가 있다. 상기 필요에 의해서 사용되는 경화제로서는, 사용하는 전착용 바인더수지에 대하여 첨가에 적합하는 것을 선택하면 좋고, 예컨대, 메라민, 벤조구아나민, 요소 및 이들 화합물의 유도체; 메라민수지, 요소수지 등의 아미노수지; 페놀수지; 블록화 이소시아나이트류 등을 들 수 있다. 특히 이들의 경화제는 비교적 저온에도 효과를 얻는 것의 선택이 바람직하다. 상기 농색착색도료에는, 또한 염료나 안료의 분산조제, 도막의 평활성을 좋게 하는 레벨링제, 점도조정제, 소포제 등의 각종 조제류 등을 첨가하여도 좋다.

농색착색도료를 제조하는데는, 염료 및/또는 안료, 전착용바인더를 포함한 조성물, 필요에 의해서 경화제, 유기용매, 물, 산성물질, 염기성물질, 염료 또는안료의 분산조제, 레벨링제, 점도조정제, 소포체 등을 혼합하여, 일반적으로 사용되는 샌드밀, 로울밀, 아트라이터, 보울밀 등의 분산기를 사용하여 충분하게 분산시킨후, 물로 소정의 농도, 바람직하게는 고형분함량 약 4 내지 25중량%, 특히 바람직하게는 7 내지 20중량% 로 희석하여 전착에 적합한 도료로 하는 방법 등에 의해서 행할 수가 있다. 또 전착용 바인더 수지의 용해 및/또는 분산을 용이하게 하기 위해, 욕 (浴) 안정성 향상을 위해, 또는 평활한 도막을 얻기 위한 등의 목적으로, 상기 감광성도막용 수지의 분산, 용해에 사용되는 유기용매 등을 적합하게 선택하여 첨가하여도 좋다.

이와같은 농색착색도료를 전착도장에 의해서 형성되는 농색착색층, 즉 차광층의 두께는 특히 제한은 없고, 컬러필터 등에 요구되는 성능 또는 디스플레이장치의 설계 등에 따라서 적합하게 선정되나, 차광성이라는 관점에서는 통상, 건조막두께가 0.3 내지 5㎛, 바람직하게는 1 내지 3㎛ 정도이다. 이것은 사용하는 염료 및/또는 안료의 종류나 크기, 전착용 바인더수지의 배합량 등에 의하여도 변동하기 때문에, 각각의 도료에 의하여 결정되는 것이다. 그 막두께를 조정하는데는, 도장전압, 전착시간, 액온 등의 전착 조건을 조정하는 것에 의하여 제어할 수 있다.

상기 농색착색층을 형성할 때의 전착도포 조건은 사용하는 농색착색도료의 종류, 목적으로 하는 차광층의 두께 등에 의해서 적합한 전압, 전착시간, 액온 등의 조건을 조정하여 행할 수가 있다. 예컨대 도장전압은 통상 5 내지 500V, 바람직하게는 10 내지 300V, 더우기 바람직하게는 10 내지 150V의 직류이며, 전착시간은 통상 5 내지 300 초, 바람직하게는 10 내지 200 초, 액온도는 10 내지 35℃, 바람직하게는 15 내지 30℃이다. 이때, 소망의 막두께를 얻는 전착시간이 경과한 곳에서 통전을 정지하고, 기판을 욕에서 꺼내어, 부착된 욕액을 물 등으로 잘 세정하여 건조하는 것이 바람직하다.

이어서 본 발명의 형성방법에서는 전착후의 기판상의 상기 농색착색도료, 즉 차광층을 가열처리한다 (이후, 공정(4) 라 함).

상기 가열처리조건은, 통상은 상기 공정(3-a) 또는 (3-b) 의 전착으로 형성된 차광층의 수분이 용이하게 건조할 수 있는 조건, 혹은 전착용수지가 열경화성을 가지는 경우에는 목적에 따라서 가교반응이 완결할 수 있도록 한 조건에서 행할 수 있다. 차광층의 내현상액성, 내알칼리성 등은, 차광층을 형성하는 도막에 함유되는 산농도 등에 의하여도 영향을 받기 때문에 반드시 경화조건에만 의존할 수 없으므로 대개의 기준으로 할 수가 있다.

예컨대 차광층에 내현상액성, 내알칼리성 등이 필요하지 않는 경우, 또는 차광층의 도전성을 될 수 있는 한 낮게 제조하는 필요가 있는 경우, 가열처리는 예컨대 150℃ 이하, 바람직하게는 80 내지 140℃에서 통상 0.5 분 내지 1 시간, 바람직하게는 1 내지 30분 정도의 조건에서 행할 수가 있다. 이러한 조건을 선정함으로써, 카본블랙을 사용한 차광층으로서도 계속하여 전착으로 R, G, B 의 착색층을 형성하는 경우, 지장이 없는 정도의 전기절연성, 예컨대 체적저항율이 1×10⁶내지 1×10¹²Ωㆍcm, 표면저항치가 1×10⁴내지 1×10¹⁴Ω/ □ 정도를 가지도록 할 수 있다.

또 차광층에 내헌상액성, 내알칼리성 등이 필요하며, 도전성을 될 수 있는 한 높게 하는 경우, 가열처리는 예컨대 통상 130 내지 270℃, 바람직하게는 140 내지 250℃로, 통상의 시간, 정도의 조건으로 행할 수가 있다.

이와같이 가열처리의 조건은, 본 발명에서 형성되는 차광층을 컬러필터의 블랙 매트릭스로서 사용하는 경우와 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극의 블랙 매트릭스로서 사용하는 경우 등에 의해서 적합하게 선택이 된다. 즉,안료로서 카본블랙을 사용하여 컬러필터의 블랙 매트릭스를 형성하여, 계속하여 적, 청, 녹 등의 착색층을 전착으로 형성하는 경우, 통상은 상기 공정의 (3-a) 또는 (3-b) 의 전착으로 형성된 차광층 표면의 수분이 용이하게 건조할 순 있도록 하는 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 착색층이 블랙 매트릭스상에 전착하지 않게 한 절연성이 유지될 수 있는 조건 즉, 180 ℃ 이하, 바람직하게는 80 내지 140℃에서 2 내지 120분 정도로 행하는 것이 바람직하다. 이 절연성은 상술한 바와같이, 체적저항율로 1×106Ωㆍcm 이상이 바람직하다. 180℃를 초과하면 수분이 충분히 건조하나, 차광성을 만족하는 카본블랙 배합량의 경우, 1×106Ωㆍcm 미만의 체적저항율로 되기 때문에 전착에 의한 착색층 형성공정에서 블랙 매트릭스상에도 착색층이 형성된다는 문제점이 생긴다.

착색층을 전착법으로 형성하는 경우, 차광층의 도전성을 제어하여 착색층의 상승을 방지하는 것이 중요하나, 착색층을 안료분산법 또는 인쇄법으로 형성하는 경우, 특히 문제는 없다. 이와같은 경우는 차광층의 가열처리는 통상 80 내지 270℃, 바람직하게는 130 내지 250℃에서 실시할 수가 있다.

또한, 차광층의 블랙 매트릭스를 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극에 사용하는 경우, 대향전극으로서의 기능상 지장이 없는 정도의 도전성을 가지고 있는 것이 바람직하며, 예컨대 통상 130 내지 350℃, 바람직하게는 140 내지 280℃에서 통상 5 분 내지 3 시간, 바람직하게는 10분 내지 1.5 시간 정도의 조건으로 가열처리를 행할 수가 있으며, 이 경우, 예컨대 표면저항치가 1×10²내지 1×10⁹Ω/ □ 정도를 가지는 차광층을 얻을 수가 있다. 이와같이 하여 얻어진 블랙 매트릭스를 가지는 대향전극은 실용상 블랙 매트릭스상의 액정도 전압의 인가에 응답하지 않으면 안되기 때문에 어느 정도의 전기도전성을 필요로 한다. 이 차광층의 전기특성은 상술한 바와같은 도전성미립자의 종류, 도전성미립자/전착용 바인더수지의 배합비, 가열처리조건 등에 의하여 제어가능하며, 가열처리후의 블랙 매트릭스의 체적저항율로서, 1×10²내지 1×10⁹Ωㆍcm, 바람직하게는 1×10²내지 1×10⁶Ωㆍcm의 범위라면 좋다.

또다시 차광층의 도전성의 제어는, 가열처리 조건의 선택에 의할 뿐만 아니라, 차광층 재료중의 카본블랙의 함유비율을 상기의 범위내에서, 아울러 선택함으로써, 더우기 폭넓게 양호하게 행할 수가 있다. 이 경우, 체적저항율을 1×10²내지 1×10¹²Ωㆍcm, 표면저항치를 1×10²내지 1×10¹⁴Ω/ □(20℃, 60% RH 의 측정치)정도의 범위내에서 용도에 따라서 선택할 수가 있으며 특히 바람직하다.

또 본 발명에서는 또 최대입경 1㎛ 이하의 카본블랙이 고분자 매트릭스중에분산되어 있으며, 체적저항율 1×10²Ωㆍcm 이상의 차광층이, 투명도전성 기판상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차광층을 가지는 기판에 관한 것이나, 그 차광층을 형성하는 방법으로서는 상기의 방법이 가장 바람직하나, 이외에 패턴닝이 된 투명도전성 기판상에 전착법에 의해서 차광층을 형성하는 방법, 전면도전성기판 혹은 패터닝되어 투명도전성 기판상에 인쇄법 또는 포토리소그래피법에 의해서 차광층을 형성하는 방법을 들 수 있다. 이중에서 예컨대 포토리소그래피법에 의한 방법은, 광경화성을 가지는 차광성 수지조성물을 기판상에 도포, 건조한후, 노광, 현상함으로써 실시할 수가 있다.

다음에 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 사용되는 흑백표시 박막 트랜지스터(TFT) 어레이기판을 대향전극기판 및 그 기판을 조립한 흑백표시 액정 디스플레이장치의 일례를 개략적으로 설명한다.

흑백표시 액정 디스플레이장치(10)는 기본적으로는, 흑백표시 박막 트랜지스터(TFT) 어레이기판(12)과, 대향전극기판(13)과, 기판(12 및 13)의 사이에 끼워진 액정층(11)을 갖는다. 그 TFT 어레이기판에는 투명기판(12a) 상에 배치된 박막 트랜지스터(TFT) (12b) 와, TFT 에 의해서 구동되는 표시전극(12c) 과, 소스버스라인(12d) 과 이 단면도에는 도시되어 있지 않으나 게이트버스라인 등에서 구성되어 이들의 구성부품은 도시와 같은 내측배향막(12e) 에 의해서 피복되어 있다. 한편 대향전극기판(13)은 투명기판(13a)와, 투명기판(13a) 위에 형성된 투명도전층(13b) 과, 농색착색도료가 전착도장되어서 형성된 차광층(13c) 에서 구성되어이들의 구성부품은 외측배향막(13d) 에 의해서 피복된다.

도시한 바와같이 투명기판(12a, 13a)에는 각각 편향판(14, 15)이 부착된다.

(발명의 효과)

본 발명의 차광층의 형성방법은 정세도 및 차광능이 높고, 그리고 광반사율의 낮은 차광층을 충분한 정확도로서 간편하게 형성할 수가 있으며, 액정표시장치 등으로 사용되는 우수한 특성을 가진 컬러필터 등의 작성에 특히 유용하다.

또 본 발명에 의하면 액정 디스플레이의 컬러필터에 적합한 정세도와 차광능이 높은 차광층 및 그의 차광층을 충분한 정확도로서 간편하게 제작할 수 있는 체조방법이 제공된다.

또 본 발명은 도전성을 가지며, 반사율이 낮고, 정세도 및 차광성이 우수한 블랙 매트릭스가 형성된 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극기판, 및 그 대향전극기판을 사용한 흑백표시 TFT식 액정 디스플레이장치를 제공할 수가 있다. 그리고 종래의 포토리소그래피법을 사용하는 것보다 제조프로세스가 간편하다는 특징도 있다.

(실시예)

이하 실시예 및 비교예 및 응용예에 의하여 구체적으로 설명을 하나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

(합성예 1)

흑색염료(Y-1) 및 착색도료(Y-2, Y-3, Y-4) 의 제조

아크릴수지 (도오아 고오세이 (주) 제, 상품명 「아론 S-4030 」) 을 트리에틸아린으로 pH가 약 8 로 되기까지 중화하여 이것에 탈이온수를 가한 수지수용액(S) 을 제조하였다.

다음에 수지수용액(S) 에 교반하에서 카본블랙, 아조금속염적안료, 푸탈로시아닌그린, 푸탈로시아닌블루를 각각 가하여, 흑색, 적색, 녹색 및 청색의 안료분산액을 각각 제작하였다.

더우기 이것과 따로, 상기 아크릴수지에 메라인수지 (스미토모 가가쿠 (주) 제, 상품명 「M-66B 」) 를 혼합한후, 트리에틸아민으로 pH가 약 8 로 되기까지 중화하여, 이것에 탈이온수를 가하여 수지수용액(T) 을 제작하였다.

상기 각색의 안료분산액에 대하여, 수지수용액(T)을 가함으로써, 표 1에 표시된 조성의 흑색안료(Y-1) 및 착색도료(Y-2, Y-3, Y-4) 를 얻었다. 또한 얻어진 도료는 열경화성이고, 또한 아니온형의 전착성을 가지는 것이었다. 또 얻어진 도료의 입경분포를 입도분포 측정장치 LS-910 (호리바세이사쿠뇨 제) 로 측정하였다.결과를 표 2에 나타낸다.

(주 1) 도오아 고오세이 가가쿠 (주) 제, 상품명 「아론 S-4030.」

(주 2) 스미토모 가가쿠 (주) 제, 상품명 스미말 「M-66B 」

(주 3) 산요오 시키소샤 제, 상품명 「SR-150C 」

(주 4) 산요오 시키소샤 제, 상품명 「SAX 」

(주 5) 산요오 시키소샤 제, 상품명 「피그멘트레드 4BS」

단위는 그램.

(합성예 2)

3 종의 농색착색도료(Y-5, Y-6, Y-7) 의 제조

다음에 합성예 1로 제조한 수지수용액(S) 에 교반하에서 카본블랙, 안티몬함유 산화주석 (촉매 가세이 고교 (주), 에레콤 TL-90), 흑색산화티탄 (이시하라 산교 (주) 세이 S-1), 니켈 (스미토모 근조쿠 고오산 (주) 제, ENP-005)의 각 미립자를 소정량을 분산하여, 농색 착색도료를 소정량 분산하여, 농색착색도료를 각각 제작하였다.

상기 각 농색도료에 대과여 합성예 1로 제조한 수지수용액(T) 을 가함으로써 표 3에 표시되는 조성의 각 농색착색도료를 얻었다. 또한 얻어진 도료는, 열경화성으로, 또한 아니온형의 전착성을 가지는 것이었다.

(실시예 1)

막두께 100nm 의 ITO(인듐-주석산화물) 막을 표면에 가지는 두께 1.1mm 의 코닝 7059 유리 (상품명, 이하 원판 1이라고 함) 에 나프토퀴논디아지드 화합물과 노보락크레졸 수지로부터 이루어진 포지티브형 포토레지스트 (도쿄 오오카 고교 가부시키가이샤 제, 상품명 「OFPR-800」)을 스핀코우트법에 의해서 건조후의 막두께가 3㎛ 로 되도록 도포하였다. 이어서 소정의 차광패턴을 가지는 마스크를 통하여 초고압수은등 광을 70mJ/cm²로 조사하였다. 다음에 농도 2.4 중량% 의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액으로 현상한바, 노광부분의 포지티브형 포토레지스트가 선택적으로 제거되어, ITO 막면이 노출하였다. 수세, 건조후, 원판 1을 양극으로 하며,아니온전착성을 가지는 흑색도료(Y-1) 을 넣은 스테인레스스틸제 비커를 음극으로 하여 직류전압 25V 를 25℃에서 60초간 인가하여, 전착하였다. 원판 1을 스테인레스 스틸제 비커에서 인양하여 이온교환수로 세정후 건조 (70℃, 5 분간) 하였다.

이어서 120℃, 10분간 가열처리한후, 원판 1 전면에 상기 초고압수은등 광을 100mJ/cm²로 조사하여, 농도 2.4 중량% 의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액으로 현상한바, 흑색의 전착패턴에는 어떤 변화도 볼 수 없고, 잔존하여 있던 포지티브형 포토레지스트가 모두 제거되었다. 수세건조한 막두께 2㎛ 의 고정확도의 차광층을 가지는 원판 1을 얻었다.

이 차광층의 표면저항을 4 단자법 (미츠비시 유우카 (주) 제 표면저항계, 상품명 Loresta)로 측정한바 6×10⁶Ω/ □였다. 이 차광층의 체적저항율은 오오스카 덴시 (주) 제 임피던스아날라이저를 사용하여 측정후 산출한바 2×10⁸Ωㆍcm였다. 또 광학농도 (코니카 (주) 제, 상품명 코니타 덴시트머터 PDA-65로 측정) 은 3.30였다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지로 고정확도의 차광층을 형성한후, 또한 240℃, 60분의 가열처리를 행하고, 막두께 2.0㎛ 의 차광층을 가지는 원판을 얻었다.

이 차광층의 표면저항치는 1×10²Ω/ □, 체적저항율은 1×10³Ωㆍcm이며, 광학농도는 3.30이었다.

(실시예 3)

가열처리를 180℃, 10분간으로 한 이외는 실시예 2와 마찬가지로 행하고, 막두께 2㎛의 차광층을 가지는 원판을 얻었다. 이 차광층의 표면저항치는 2×10³Ω/ □, 척저항율은 1×10⁴Ωㆍcm이며, 광학농도는 3.30이었다.

(응용예 1)

실시예 1에서 얻은 차광층부착 원판 (이하 원판 1이라 함) 을 사용하여 이하에 나타낸 전착법에 의한 컬러필터를 제작하였다.

원판 1상에 포지티브형 포토레지스트 (도쿄 오오카 고교 가부시키가이샤 제, 상품명 「OFPR-800」) 을 스핀코우트법에 의해 건조후의 막두께가 3㎛ 으로 되도록 도포하였다. 이어서 노광부분이 차광층 간극보다 상하좌우가 각 10㎛ 큰 모자이크상 패턴을 가진 포토마스크를 사용하여 노광, 현상을 행하고, 노광부분을 제거하여 ITO 막을 노출시켰다. 다음에 원판 1을 양극으로 하며, 아니온전착성을 가지는 적색도료(Y-2) 를 넣은 스테인레스스틸제 비커를 음극으로 하여, 직류전압 25V 를 25℃에서 60초간 인가하여 전착하였다. 원판 1을 스테인레스스틸제 비커에서 인양하여 이온교환수로 세정후 건조하여, 120℃, 10분간 열처리하였다. 이것에 따라서 적색 모자이크상층이 얻어졌다. 다음에 이 모자이크상층에 인접하도록 다른 모자이크상층의 노광, 현상을 행한후, 녹색도료(1-3) 의 전착 및 열처리를 적색도로(Y-2) 과 같이 행하였다. 이 조작을 청색도료(Y-4) 에 대하여도 반복하여 컬러필터를 제작하였다. 상기의 각 전착공정에서 차광층상에 착색도료가 상승하는 현상은 전혀볼 수 없었다. 또한 사용한 현상액은 계면활성제 (카오 가부시키가이샤 제, 상품명 「베렉크스 NBL」) 5중량%를 함유하는 1 중량% 수산화나트륨 수용액이다. 최후에 경화를 완전히 행하기 위하여 180℃에서 30분간 처리하여, 투명성, 균일성, 평탄성에 우수하며, 정확도의 좋은 흑색차광층을 가지는 컬러필터를 얻었다.

(응응예 2)

실시예 1에서 얻은 차광층부착 원판 (원판 1) 을 사용하여 이하에 표시한 안료분산법에 의하여 컬러필터를 제작하였다.

원판 1상에 컬러 모자이크 시스템 「CR-2000 」, 「CG-2000 」, 「CB-2000 」 (후지핸드 엘렉트로닉스 테크로로지 (주) 제, 상품명) 을 사용하여 동시 시스템 지정의 처리방법에 따라서, 적, 녹, 청의 3 색을 차광층간극에 충전하여, 평탄성에 우수한 컬러필터를 얻었다. 또한 노광에 사용한 포트마스크는 광투과성 부분이 차광층간극과 동일치수의 것이다.

(실시예 4)

실시예 2에서 제작한 차광층부착 원판 (원판 2) 을 사용하여 TFT 식 흑백 액정 디스플레이장치를 제작한바, 시인성에 우수한 디스플레이장치를 얻었다.

(참고예 1)

실시예2에서 얻은 차광층부착 원판 (원판2)을 사용하여 실시예 4와 같이 행하여 컬러필터를 얻었으나, 차광층에 적, 녹, 청이 각각 전착되어 버리고 평탄성이 나쁜 컬러필터밖에 얻지 못하였다.

(비교예 1)

실시예 1에서 제작한 차광층부착 원판 (원판 1) 를 사용하여, TFT 식 흑백표시 액정 디스플레이장치를 제작하였으나, 시인성이 현저하게 떨어져 있었다.

(실시예 5 내지 7)

실시예 1에서 사용한 코닝 7059 유리 (원판 1) 에 포지티브형 포토레지스트 (「OFPR-800」) 을 스핀코우트법에 의해서 건조후의 막두께가 3㎛ 로 되도록 도포하였다.

이어서 소정의 차광패턴을 가지는 마스크를 통하여 초고압수은등 광을 70mJ/cm²로 반사하였다. 다음에 농도 2.4 중량% 의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액으로 현상한바, 노광부분의 포지티브형 포토레지스트가 선택적으로 제거되어, ITO 막면이 노출하였다. 수세, 건조후, 각 원판 1을 양극으로 하며, 아니온전착성을 가진 원색도료(Y-5, Y-6, Y-7)를 넣은 스테인레스스틸제 비커를 음극으로 하여, 직류전압 25V 를 25℃에서 60초간 인가하여 전착하였다. 각 원판 1을 스테인레스스틸제 비커에서 인양하여 이온교환수로 세정후 건조 (70℃, 5 분간) 하였다.

이어서 각 원판 1 전면에 상기 초고압수은등 광을 100mJ/cm²에서 조사하여 120℃, 10분간 가열처리한후, 농도 2.4 중량% 의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액으로 현상한 바, 흑색도료(Y-5, Y-6, Y-7) 로 된 흑색의 전착층에 어떤 변화도 볼 수 없고, 잔존하고 있었던 포지티브형 포토레지스트가 모두 제거되었다. 수세건조한 막두께 2㎛ 의 고정확도의 차광층을 가진 각 원판을 얻었다.

각 원판을 건조후, 140℃에서, 60분간 가열처리하여 흑백표시 TFT 어레이기판용 대향전극기판을 얻었다. 이와같이 하여 얻어진 각 도막의 표면저항치, 체적저항율 및 OD치를 표 4에 표시함.

표 4

(비교예 2)

합성예 1과 같이 하여 아크릴수지 750.0g, 메라민수지 250.0g, 트리에틸아민 61.8g 와 푸탈로시아닌블루 30.0g, 푸탈로시아닌그린 50.0g, 아조금속염적안료 50.0g 로 된 흑색 전착도료(Y-8) 을 제조하였다. 이 도료를 사용하여 실시예 1과 같이 하여 막두께 2 ㎛ 의 흑색도막을 가진 유리기판을 얻었다. 이 도막의 표면저항치 및 체적저항율을 측정한 바, 각각 5×10¹⁴Ω/ □, 2×10¹³Ωㆍcm였다. 이 유리판을 사용하여 응용예 1과 같이 하여 컬러필터를 제작하였으나, 이 컬러필터의 차광층의 광학농도는 1.10이었다. 이 광학농도에서는 컬러필터의 콘트라스트 등의 특성이 현저하게 낮기 때문에 컬러필터로서 사용할 수 없었다.

(비교예 3)

합성예 2와 같이 하여 아크릴수지 750.0g, 메라민수지 250.0g, 트리에틸아민61.8g, 니켈 1000g 로 된 흑색전착도료(Y-9) 를 제조하였다. 이 도료를 사용하여 실시예 1 과 마찬가지로 하여 막두께 2㎛ 의 흑색도막을 가지는 유리기판을 얻었다. 이 도막의 표면저항치 및 체적저항율을 측정한 바, 각각 50Ω/ □, 40Ωㆍcm였다. 이 유리기판을 사용하여 흑백표시 TFT 액정 디스플레이장치를 제작하였으나, 밀착성이 나쁘기 때문에, 차광층의 정확도가 현저히 나쁘게 되었다.

제 1도는 본 발명의 흑백표시 액정 디스플레이 장치를 도시한 개략단면도이다.

Claims

(1) 투명기판위에 형성된 투명도전층위에 포지티브형 감광성도막을 형성하는 공정과,

(2) 차광층에 상당하는 부분만이 광투광성을 가진 마스크를 통하여, 상기 포지티브형 감광성 도막을 노광하는 공정과,

(3) 노광된 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜서, 적어도 노출한 투명도전층위에, 농색착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성하는 공정과,

(4) 체적 저항율이 1×10²-1×10⁶Ωcm 인 상기 차광층을 가열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 흑백표시 박막 트랜지스터 어레이 기판용의 대향전극 기판으로 사용되는 차광층을 가진 기판의 형성방법.
(1) 투명기판위에 형성된 투명도전층위에 네가티브형 감광성도막을 형성하는 공정과,

(2) 차광층에 상당하는 부분만이 광투광성을 가진 마스크를 통하여, 상기 포지티브형 감광성 도막을 노광하는 공정과,

(3) 노광되지 않았던 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전출을 노출시켜서, 적어도 노출한 투명도전층위에, 농색착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성하는 공정과,

(4) 체적 저항율이 1×10²-1×10⁶Ωcm 인 상기 차광층을 가열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 흑백표시 박막 트랜지스터 어레이 기판용의 대향전극 기판으로 사용되는 차광층을 가진 기판의 형성방법.
(1) 투명기판위에 형성된 투명도전층위에 포지티브형 감광성도막을 형성하는 공정과,

(2) 차광층에 상당하는 부분만이 광투광성을 가진 마스크를 통하여, 상기 포지티브형 감광성 도막을 노광하는 공정과,

(3) 노광된 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜서, 적어도 노출한 투명도전층위에, 농색착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성하는 공정과,

(4) 체적 저항율이 1×10⁶-1×10¹²Ωcm 인 상기 차광층을 가열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터에 사용되는 차광층을 가진 기판의 형성방법.
(1) 투명기판위에 형성된 투명도전층위에 네가티브형 감광성도막을 형성하는 공정과,

(2) 차광층에 상당하는 부분만이 광투광성을 가진 마스크를 통하여, 상기 네가티브형 감광성 도막을 노광하는 공정과,

(3) 노광되지 않았던 부분의 도막을 현상제거하여 투명도전층을 노출시켜서,적어도 노출한 투명도전층위에, 농색착색도료를 전착도장하여 차광층을 형성하는 공정과,

(4) 체적 저항율이 1×10⁶-1×10¹²Ωcm 인 상기 차광층을 가열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터에 사용되는 차광층을 가진 기판의 형성방법.
투명기판과, 상기 투명기판위에 형성된 투명도전층과, 상기 투명도전층위에 형성된 차광층을 포함하며, 상기 차광층이 고분자 매트릭스내에 분산된 최대입경 1㎛ 이하이고, 2.5 이하의 중량평균입경(dv)/수평균입경(dn)을 가지는 카본 블랙을 함유하고, 상기 차광층이 체적 저항율 1×10²Ωcm 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 차광층을 가지는 기판
제5항에 있어서, 상기 차광층은 체적 저항율이 1×10²-1×10¹²Ωcm 이고 표면 저항치가 1×10²-1×10¹⁴Ω/□ 인 것을 특징으로 하는 차광층을 가지는 기판.
제5항에 있어서, 상기 차광층은 흑백표시 박막 트랜지스터 어레이 기판용의 대향전극기판이고, 상기 대향전극 기판의 차광층은 체적 저항율이 1×10²-1×10⁹Ωcm 이고 표면 저항치가 1×10²-1×10⁹Ω/□ 인 것을 특징으로 하는차광층을 가지는 기판.
제5항에 있어서, 상기 차광층은 액정 표시장치의 칼라필터에 이용되는 기판이고 체적 저항율이 1×10⁶-1×10¹²Ωcm 이고 표면 저항치가 1×10⁴-1×10¹⁴Ω/□ 인 것을 특징으로 하는 차광층을 가지는 기판.