KR20000068331A - 요철 패턴의 형성방법 및 액정표시장치용 컬러필터 제조에서의 그의 용도 - Google Patents

요철 패턴의 형성방법 및 액정표시장치용 컬러필터 제조에서의 그의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판상에 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 함유하여서 되는 감광성 수지층을 형성하는 제 1 공정, 원하는 개구 패턴을 갖춘 포토마스크를 개재하여 상기 감광성 수지층을 노광하는 제 2 공정, 상기 감광성 수지층을 알카리성 현상액으로 현상하고 경화처리를 행함으로써, 노광 영역인 상기 개구 패턴에 대응한 凸부와, 미노광 영역에 대응한 凹부로되는 요철 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하여서 되는 요철 패턴의 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기판상에 열경화성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 함유하여서 되는 감광성 수지층을 형성한 후, 상기 감광성 수지층을, 상기 열경화성 수지의 적어도 일부가 경화하도록 가열처리하는 제 1 공정, 원하는 개구 패턴을 갖춘 포토마스크를 개재하여 상기 감광성 수지층을 노광하는 제 2 공정, 상기 감광성 수지층을 현상하고 경화처리를 행함으로써, 노광 영역인 상기 개구 패턴에 대응한 凸부와, 미노광 영역에 대응한 凹부로되는 요철 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하여서 되는 요철 패턴의 형성 방법을 제공한다.
또한, 기판과, 이 기판상에 소정의 패턴으로 형성된 복수의 색으로된 착색층과, 적어도 상기 착색층을 덮도록 형성된 투명 보호층과, 상기 기판상의 복수의 소정 부위에 형성되고, 상기 투명 보호층 보다 돌출한 투명한 주상 凸부를 갖추고 있고, 상기 투명 보호층 및 상기 주상 凸부가 상기 어떠한 방법에 의해 형성된 것인 액정 표시용 컬러필터를 제공한다.

Description

요철 패턴의 형성방법 및 액정표시장치용 컬러필터 제조에서의 그의 용도{Methods of Forming Raised and Recessed Patterns and Use of The Patterns in The Manufacture of Liquid Crystal Display Color Filters}
기판상에 요철 패턴을 형성한 것으로서, 인쇄용 凹판, 凸판, 릴리프(relief) 홀로그램 형성용 홀로그램 원판, 마이크로렌즈 어레이 등, 여러가지의 것이 사용되고 있다. 예를 들면, 기판상에 마이크로렌즈를 설치한 마이크로렌즈 어레이는, 최근 보급되고 있는 백라이트 방식의 컬러 액정표시장치(LCD)에서, 조명용 광원으로부터의 빛을 효율 좋게 화소부에 집광하기 위한 수단으로 사용되고, 또한, CCD 등을 사용한 컬러 이미지 센서에서, 유효 개구율(開口率)을 상승시키기 위하여 각 집광셀에 대응하여 집광면에 설치되어 사용되고 있다. 또한, 최근, 광통신 등에서 사용이 증대되고 있는 광섬유에서도, 빛을 결합시키는 경우에 마이크로렌즈가 조합되어 사용되고 있다.
그러나, 종래의 요철 패턴의 형성방법은, 포지티브형 또는 네가티브형 감광성 수지를 사용하여, 원하는 패턴으로 노광한 후에 현상하여 요철 패턴을 형성하거나, 또는 수지층상에 소정의 패턴으로 마스크를 형성하고, 이 마스크를 개재하여 수지층을 에칭함으로써 요철 패턴을 형성한 것이고, 공정이 번거롭고 복잡하거나, 요철 패턴을 구성하는 凹부 및 凸부의 칫수 정밀도가 낮다는 문제가 있었다.
최근, 평면 표시장치로서, 컬러 액정표시장치가 주목받고 있다. 컬러 액정표시장치의 한 예로서, 블랙 매트릭스, 복수의 색(통상, 적(R), 녹(G), 청(B)의 3원색)으로된 착색층, 투명 도전층(공통전극) 및 배향층을 갖춘 컬러필터와, 박막 트랜지스터(TFT 소자), 화소전극 및 배향층을 갖춘 TFT 어레이기판을 소정의 간극(間隙)을 두고 마주보게 하고, 이 간극부에 액정재료를 주입하여 액정층으로한 것이 있다. 이와 같은 컬러 액정표시장치에서는, 간극부가 액정층의 두께이고, 컬러 액정표시장치에 요구되는 고속 응답성, 높은 콘트라스트비, 넓은 시야각 등의 양호한 표시성능을 가능하게 하기 위해서는, 액정층의 두께, 즉, 컬러필터와 TFT 어레이기판의 간극 거리를 엄밀히 일정하게 유지할 필요가 있다.
최근, 컬러 액정표시장치에 있어서 액정층의 두께를 결정하는 방법으로서, 컬러필터와 TFT 어레이기판과의 간극에, 유리와 알루미나, 플라스틱 등으로된 스페이서로 칭하는 입자 또는 봉상체를 다수 혼합한 액정을 주입하는 방법이 있다. 그리고, 스페이서의 크기로써 양 기판의 간극부의 크기, 즉, 액정층의 두께가 결정된다.
그러나, 상기와 같은 컬러필터와 TFT 어레이기판과의 간극부를 형성하는 방법에서는, 컬러 액정 표시장치의 동작에서 다음과 같은 문제점이 발생한다. 즉, 기판면 상에 산재시키는 스페이서의 밀도가 적정하고, 또한 기판면 상에 스페이서가 균일하게 분산되어 있지 않으면, 컬러 액정 표시장치의 전면에 걸쳐서 크기가 균일한 간극부가 형성되지 않는다. 일반적으로, 스페이서의 산재량(밀도)이 증가한 경우, 간극부의 두께의 산재 편차는 적게되지만, 산재량(밀도)이 많게 되면 표시 화소부 상에 존재하는 스페이서의 수도 증가하고, 표시화소부에서는 이 스페이서가 액정재료의 이물(異物)이 된다. 그리고, 스페이서의 존재에 의해, 배향막으로 규제된 액정 분자의 배향에 혼란이 생기거나, 스페이서 주위의 액정만은 전압의 ON, OFF에 의해 배향제어가 불가능하게 되는 등의 지장이 있고, 콘트라스트비 등의 표시성능이 저하한다고 하는 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 간극(액정층의 두께)을 결정하기 위한 주상 凸부를 갖춘 컬러필터가 제안되었다(특개평 4-318816호등). 그러나, 이 컬러필터에서는 착색층을 형성하고, 이 착색층을 덮도록 보호층을 형성한 후에, 감광성 수지를 사용하여 다시 포토리소그래피(photo lithography) 공정에 의해 주상 凸부를 블랙매트릭스상의 소정 부분에 형성하기 때문에 공정이 복잡하다.
또한, 예를 들면, 최근 주목받고 있는 IPS(In-Plane Switching) 액정 모드에서는, TN 액정 모드보다도 정밀한 기판 간극의 제어가 요구되고 있다. 이과 같은 요구에 따르기 위하여, 주상 凸부의 높이의 정밀도를 ±3㎛ 이하이게 하는데는, 감광성 수지의 높은 도포 정밀도가 요구되고, 일정 시간 내의 작업 처리량(through-put), 원료의 소비 등이 문제가 되고 있다.
본 발명은 요철(凹凸) 패턴의 형성방법에 관한 것이며, 특히 凹부의 두께와 凸부의 두께의 제어가 용이한, 요철 패턴의 간편한 형성방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 액정표시장치용 컬러필터의 보호층 및 주상(柱狀) 스페이서(spacer)부의 형성을 위한 상기 방법의 사용에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 스페이서로 되는 주상 凸부와 보호층의 두께가 높은 정밀도로 제어된 액정표시장치용 컬러필터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 요철 패턴의 형성방법의 일례를 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 액정표시장치용 컬러필터의 일례를 나타내는 부분 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 방법에 의해 형성된 요철 패턴의 凹부의 적외 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 방법에 의해 형성된 요철 패턴의 凸부의 적외 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 6은 포지티브형 감광성 수지의 적외 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 7은 네가티브형 감광성 수지의 적외 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안한 것으로, 공정이 간편함과 동시에, 칫수의 제어 정밀도가 높은 요철 패턴의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 액정 표시장치용 컬러필터에 있어서 투명 보호층과 주상 凸부의 형성방법에 있어서, 높은 칫수 제어를 가능하게 하는, 간단한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 스페이서가 되는 주상 凸부와 보호층의 두께가 높은 정밀도로 제어된 액정 표시장치용 컬러필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제 1 태양에 있어서,
기판상에 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 함유하여서 되는 감광성 수지층을 형성하는 제 1 공정,
원하는 개구 패턴을 갖춘 포토마스크를 개재하여 상기 감광성 수지층을 노광하는 제 2 공정,
상기 감광성 수지층을 알카리성 현상액으로 현상하고, 경화처리를 실시함으로써, 노광 영역인 상기 개구 패턴에 대응한 凸부와, 미노광 영역에 대응한 凹부로되는 요철 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하여서 되는 요철 패턴의 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 제 2 태양에 있어서,
기판상에 열경화성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 함유하여서 되는 감광성 수지층을 형성한 후, 상기 감광성 수지층을, 상기 열경화성 수지의 적어도 일부가 경화하도록 가열처리하는 제 1 공정,
원하는 개구 패턴을 갖춘 포토마스크를 개재하여 상기 감광성 수지층을 노광하는 제 2 공정,
상기 감광성 수지층을 현상하고 경화처리를 행함으로써, 노광 영역인 상기 개구 패턴에 대응한 凸부와, 미노광 영역에 대응한 凹부로되는 요철 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하여서 되는 요철 패턴의 형성 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 기판과, 이 기판상에 소정의 패턴으로 형성된 복수의 색으로된 착색층과, 적어도 상기 착색층을 덮도록 형성된 투명 보호층과, 상기 기판상의 복수의 소정 부위에 형성되고, 상기 투명 보호층 보다 돌출한 투명한 주상 凸부를 갖추고 있고, 상기 투명 보호층 및 상기 주상 凸부가 상기 어떠한 방법에 의해서 형성된 것인, 액정 표시장치용 컬러필터를 제공한다.
또한 본 발명은, 기판과, 이 기판상에 소정의 패턴으로 형성된 복수의 색으로된 착색층과, 적어도 상기 착색층을 덮도록 형성된 투명 보호층과, 상기 기판 상의 복수의 소정 부위에 형성되고, 상기 투명 보호층보다 돌출한 투명한 주상 凸부를 갖추고 있고, 상기 투명 보호층은 알카리 불용성 수지 또는 열경화성 수지를 주성분으로하고, 상기 주상 凸부는 경화된 네가티브형 감광성 수지를 주성분으로하는 액정 표시장치용 컬러필터를 제공한다.
특정 감광성 수지 조성물을 사용하는 본 발명의 요철 패턴의 형성 방법에 의하면, 1회의 포토리소그래피 공정으로 요철 패턴을 형성할 수 있으므로, 공정이 간편하게 되고, 또한, 감광성 수지층의 알카리 불용성 수지 또는 열경화성 수지와 네가티브형 감광성 수지와의 비율 및/또는 노광량을 적절히 설정하여, 요철 패턴을 구성하는 凹부 및 凸부의 두께와 凸부의 높이(凹부의 깊이)를 동시에 높은 정밀도로 제어할 수 있다. 따라서, 이 방법을 액정표시장치용 컬러필터에 있어서 보호층과 주상 凸부의 형성에 응용한 경우, 주상 凸부의 높이와 투명 보호층의 두께를 동시에 제어할 수 있고, 액정층의 두께 제어에 높은 정밀도가 요구되는 컬러 액정표시장치, 예를 들면 , IPS(In-Plane Switching) 액정 모드의 컬러 액정표시장치에도 대응할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 가장 바람직한 형태
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 요철 패턴의 형성방법의 한 실시형태를 나타낸 공정도이다.
(제 1 공정)
제 1 태양에 의한 본 발명의 요철 패턴의 형성방법에서는, 우선, 기판(1)상에 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 소정 비율로 함유한 감광성 수지층(2)을 형성한다(도 1(A)). 이 감광성 수지층(2)은, 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 소정 비율로 함유한 감광성 수지 조성물을, 점도를 최적화시킨 뒤에, 스핀코우터, 롤코우터 등의 공지의 수단에 의해 기판(1)상에 도포, 건조하여 형성할 수 있다. 사용하는 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지는, 요철 패턴에 요구되는 특성, 예를 들면, 광투과율, 내열성, 내약품성, 기계적 강도 등을 고려하여, 공지의 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지로부터 선택할 수 있다. 사용할 수 있는 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지의 구체예로서 이하의 것을 들 수 있다.
알카리 불용성 수지
본 발명에서 사용되는 알카리 불용성 수지는, 하기와 같은 포지티브형 감광성 수지와 비감광성 수지로 크게 구별된다.
(포지티브형 감광성 수지)
기본적으로는 극성 변화형의 투명 포지티브형 감광성 수지를 사용할 수 있고, 하기에 예시하는 것과 같은 수지와 광산발생제를 함유하는 포지티브형 감광성 수지를 사용할 수 있다.
수지
·수산기를 보호기로 보호한 폴리비닐페놀
(식중, R1은 t-부톡시카르보닐기, 이소프로폭시카르보닐기, 테트라히드로피라닐기, 트리메틸실릴기 또는 t-부톡시카르보닐메틸기를 나타낸다.)
·스티렌-말레이미드 공중합체
(식중, R2는 수소원자 또는 o-테트라히드로피라닐기, R3는 t-부톡시카르보닐기, 페놀-o-t-부톡시카르보닐기 또는 메틸렌옥시아세틸기를 나타낸다.)
광산발생제
광산발생제는 상기의 수지로부터 보호기를 이탈시켜서 알카리 현상액에 대해 용해할 수 있게 하기 위한 촉매이고, 노광에 의해 산을 발생시킬 수 있는 것이면 특히 한정되지 않고, 하기의 ① 오늄염, ② 할로겐 함유 화합물, ③ 술폰 화합물, ④ 니트로벤질 화합물, ⑤ 술폰산 화합물 등이 사용된다.
① 오늄염
(식중, R4~R6은 서로 동일하거나 달라도 좋고, 각각 수소원자, 아미노기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환 알킬기 또는 알콕실기, X는 SbF6, AsF6, PF6, BF4, CF3CO2, ClO4, CF3SO3,
(단, R7은 수소원자, 아미노기, 아닐리노기, 치환 또는 비치환 알킬기 또는 알콕실기, R8, R9는 서로 동일하거나 달라도 좋고, 각각 치환 또는 비치환 알콕실기, R10은 수소원자, 아미노기, 아닐리노기, 치환 또는 비치환 알킬기 또는 알콕실기)를 나타낸다)
(식중, Y는 SbF6, AsF6, PF6또는 BF4를 나타낸다)
(식중, R11은
이고, Y는 BF4또는 CF3SO3를 나타낸다)
② 할로겐 함유 화합물
할로겐 함유 화합물로서, 할로알킬기 함유 탄화수소계 화합물, 할로알킬기 함유 헤테로 환상 화합물 등을 들 수 있고, 바람직하게는 하기의 화합물을 들수 있다.
(식중, R4, R5, X는 상기와 동일)
(식중, R12는 수소원자 또는 메틸기, R13은 CnH2n+1(n=8,10,11,12,14,15,16 또는 18), Y는 SbF6또는 PF6을 나타낸다)
(식중, R4~R6, X는 상기와 동일)
(식중, R14는 트리클로로메틸기, 페닐기, 메톡시페닐기, 나프틸기 또는 메톡시나프틸기를 나타낸다)
(식중, R15~R17은 서로 동일하거나 달라도 좋고, 각각 수소원자, 할로겐 원자, 메틸기, 메톡시기 또는 수산기를 나타낸다)
③ 술폰 화합물
술폰 화합물로서는, β-케토술폰, β-술포닐술폰 등을 들 수 있고, 바람직하게는 하기의 화합물을 들 수 있다.
(식중, R18~R21은 서로 동일하거나 달라도 좋고, 각각 치환 또는 비치환 알킬기 또는 할로겐 원자, Y는 -CO-, 또는 -SO2-를 나타내고, u는 0~3의 정수이다)
④니트로벤질 화합물
니트로벤질 화합물로서는, 니트로벤질술포네이트 화합물, 디니트로벤질술포네이트 화합물 등을 들 수 있고, 바람직하게는 하기의 화합물을 들 수 있다.
(식중, R22는 치환 또는 비치환 알킬기, R23은 수소원자 또는 메틸기, R24는
(단, R25는 수소원자 또는 메틸기, R26, R27은 서로 같거나 달라도 좋고, 각각 치환 또는 비치환 알콕실기), v는 1~3의 정수를 나타낸다)
⑤ 술폰산 화합물
술폰산 화합물로서는, 알킬술폰산 에스테르, 할로알킬술폰산 에스테르, 아릴술폰산 에스테르, 이미노술포네이트 등을 들 수 있고, 바람직하게는 하기의 화합물을 들 수 있다.
(식중, R28, R29는 서로 같거나 달라도 좋고, 각각 수소원자 또는 치환 또는 비치환 알킬기, R30, R31은 서로 같거나 달라도 좋고, 각각 수소원자, 치환 또는 비치환 알킬기 또는 아릴기를 나타낸다)
(식중, R32는 수소원자 또는 치환 또는 비치환 알킬기, R33, R34는 서로 같거나 달라도 좋고, 각각 치환 또는 비치환 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, R33과 R34는 서로 결합하여 고리 구조를 형성하여도 좋다)
(식중, Z는 불소원자 또는 염소원자를 나타낸다)
(비감광성 수지)
비감광성 수지로서는, 이하의 수지를 사용할 수 있다.
에폭시 수지와 아크릴산과의 공중합체의 디히드록시아크릴에스테르 또는 폴리히드록시아크릴에스테르, 비스페놀 A형 에폭시 수지.
네가티브형 감광성 수지
하기에 예시한 바와 같은 수지, 중합 개시제, 모노머를 함유하는 네가티브형 감광성 수지가 사용가능하다.
수지
비스페놀A형 에폭시수지, 비스페놀F형 에폭시수지, 비스페놀S형 에폭시수지, 노보락형 에폭시수지, 폴리카르본산, 글리시딜에스테르, 폴리올글리시딜에스테르, 지방족 또는 지환식 에폭시 수지, 아민에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시수지, 디히드록시벤젠형 에폭시수지 등의 에폭시기와 (메타)아크릴산을 반응시켜 얻어진 에폭시아크릴레이트수지: 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 저급 알코올, (폴리)에틸렌글리콜, (폴리)프로필렌글리콜, 글리세린, 메티롤프로판, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨 등의 다가 알코올과 (메타)아크릴산을 반응시켜 얻어진 에스테르 화합물; N-메티롤멜라민, N-메티롤벤조구아나민, (폴리)N-메티롤(메타)아크릴아미드 등과 (메타)아크릴산을 반응시켜 얻어진 에스테르화합물; 무수말레인산과 공중합 가능한 모노머류를 중합시켜 얻어진 폴리머와 히드록시에틸(메타)아크릴산과의 반응물 등의 1종 또는 2종 이상의 조합
중합 개시제
하기의 1종 또는 2종 이상의 조합
·일가큐어369, 일가큐어907(시바가이기사제)
·가야큐어DETX(日本化藥(주)제)
·S-123(신코技硏(주)제)
·2[2'(5"-메틸퓨릴)에틸리덴]-4,6-비스(트리클로로메틸)-S-트리아진(三和케미칼(주)제)
·2(2'퓨릴에틸리덴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-S-트리아진(三和케미칼(주)제)
·TAZ-106(미도리화학(주)제)
모노머
·디펜타에리스리톨아크릴레이트
·펜타에리스리톨테트라아크릴레이트
감광성 수지층(2)에 있어서 알카리 불용성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율은, 형성하는 요철 패턴의 凹부의 두께, 凸부의 두께, 凸부의 높이(凹부의 깊이), 하기의 제 2 공정에서의 노광량을 고려하여 적절히 설정할 수 있다. 예를 들면, 포지티브형 감광성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 중량비를 1:2~1:10의 범위 내로 설정할 수 있다.
감광성 수지층(2)의 두께는, 사용하는 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지, 형성하는 요철 패턴의 凹부의 두께, 凸부의 두께, 凸부의 높이(凹부의 깊이)를 고려하여 적절히 설정할 수 있고, 통상, 1~10㎛의 범위 내로 설정할 수 있다.
또한, 감광성 수지층(2)의 형성에 사용하는 감광성 수지 조성물에는, 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지 외에 중합 개시제, 감광 가교제를 1~30 중량%의 범위로 함유시켜도 좋다.
또한, 사용하는 포지티브형 감광성 수지와 네가티브형 감광성 수지는, 공통의 감광파장을 갖는것, 감광 파장이 다른 것, 어느것이어도 좋다.
(제 2 공정)
제 2 공정에서는, 감광성 수지층(2)을 패턴 형성용의 포토마스크(7)를 개재하여 노광한다(도 1(B)). 이 포토마스크(7)에는, 형성하고자 하는 요철 패턴의 凸부에 상당하는 개구부(7a)가 형성되어 있다.
알카리 불용성 수지로서 포지티브형 감광성 수지를 사용하는 경우, 감광성 수지층(2)의 노광은, 포지티브형 감광성 수지 및 네가티브형 감광성 수지가 공통의 감광파장을 갖는 것, 양자의 감광 파장이 다른 것, 어느 경우도, 양자의 감광 파장을 포함한 빛, 또는 네가티브형 감광성 수지의 감광 파장을 포함한 빛에 의한 노광이 행해진다. 알카리 불용성 수지로서 비감광성 수지를 사용하는 경우에는, 네가티브형 감광성 수지의 감광 파장을 포함한 빛에 의한 노광이 행해진다.
노광량은, 사용한 네가티브형 감광성 수지의 경화반응을 충분히 진행하는데에 필요한 노광량, 알카리 불용성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율, 형성하는 요철 패턴의 凹부의 두께, 凸부의 두께, 凸부의 높이(凹부의 깊이)를 고려하여 적절히 설정할 수 있다. 통상, 노광량은 100~700mJ/㎠의 범위로 설정할 수 있다.
이에 의해, 감광성 수지층(2)의 凸부 형성부위(2a)(포토마스크를 끼운 노광부)에서는 네가티브형 감광성 수지의 경화반응이 진행함과 동시에, 알카리 불용성 수지로서 포지티브형 감광성 수지를 사용하고, 이 수지의 감광 파장을 포함한 빛으로 노광한 경우에는, 포지티브형 감광성 수지의 분해 반응도 진행된 상태가 된다.
(제 3 공정)
본 발명의 요철 패턴의 형성 방법의 제 3 공정에서는, 알카리 현상액에 의해 감광성 수지층(2)의 현상이 행해진다. 알카리 불용성 수지로서 포지티브형 감광성 수지를 사용하는 경우, 제 2 공정에 있어서, 상기한 바와 같이 凸부 형성부위(2a)에서 네가티브형 감광성 수지의 경화 반응과 포지티브형 감광성 수지의 분해반응이 발생하기 때문에, 이 현상공정에 의해, 凸부 형성부위(2a)에서는 포지티브형 감광성 수지가 현상액에의해 용해제거되어 네가티브형 감광성 수지를 주성분(경화처리를 실시한 네가티브형 감광성 수지가 凸부(3a)의 50 중량%를 초과)으로 한 凸부(3a)가 형성된다. 알카리 불용성 수지로서 비감광성 수지를 사용하는 경우에는, 제 2 공정에 있어서, 凸부 형성부위(2a)에서 네가티브형 감광성 수지의 경화 반응이 생기기 때문에, 이 현상공정에 의해, 凸부 형성부위(2a)에서는 경화된 네가티브형 감광성 수지와 알카리 현상액에 대해서 불용성을 나타내는 비감광성 수지를 주성분(경화처리를 실시한 네가티브형 감광성 수지와 비감광성 수지가 凸부(3a)의 50 중량%를 초과한다)으로한 凸부(3a)가 형성된다.
한편, 감광성 수지층(2)의 凸부 형성 부위(2a) 이외의 영역(2b)에서는, 미노광 네가티브형 감광성 수지가 현상액에 의해 용해제거되어, 현상액에 대해서 불용성을 나타내는 알카리 불용성 수지를 주성분(알카리 불용성 수지가 凹부(13b)의 50 중량%를 초과)으로 한 凹부(3b)가 형성되고, 그 후, 포스트베이킹 처리를 행함으로써, 凸부(3a)와 凹부(3b)로되는 요철 패턴이 얻어진다(도 1(C)).
이와 같은 요철 패턴(3)은, 상기한 바와 같이 1회의 포토리소그래피공정에서 형성할 수 있고, 형성된 요철 패턴(3)의 凸부(3a)는, 그 표면이 평탄하고 두께 T1이 균일하고, 또한 형성된 요철 패턴(3)의 凹부(3b)도, 그 표면이 평탄하고 두께 T2가 균일한 것이다. 따라서, 凸부(3a)의 높이 H(凹부(3b)의 깊이)도 균일한 것이 된다. 그리고, 이 凸부(3a)의 두께 T1과 凹부(3b)의 두께 T2, 및 凸부(3a)의 높이 H(凹부(3b)의 깊이)는, 감광성 수지층(2)의 포지티브형 감광성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율 및/또는 노광량을 적절히 설정함으로써, 임의로 제어할 수 있다. 예를 들면, 凸부(3a)의 두께 T1은 0.2~5㎛의 범위, 凹부(3b)의 두께 T2는 0.1~2㎛의 범위, 또한, 凸부(3a)의 높이 H(凹부(3b)의 깊이)는 0.1~4.5㎛의 범위로 적절히 설정할 수 있다. 또한, 凸부(3a), 凹부(3b)의 최소폭의 설정은 8㎛ 정도까지 가능하다.
이어서, 제 2 태양에 의한 본 발명의 요철 패턴의 형성 방법에 대해서 설명한다. 제 2 태양에 의한 본 발명의 요철 패턴의 형성 방법은, 1)감광성 수지 조성물로서 열경화성 수지와 네가티브형 감광성 수지를 함유한 것을 사용하는 것, 및 2)제 1 공정에 있어서 기판 상으로의 감광성 수지층의 형성후에 열경화성 수지성분의 경화처리를 행하는 것을 제외하면, 상기한 제 1 태양에 의한 요철 패턴의 형성방법과 실질적으로 동일하다. 즉, 이하에 기재하는 차이점 이외는, 제 1 태양에 의한 본 발명의 요철 패턴의 형성방법에 관한 상기 기재 그대로 이다.
우선, 제 1 공정에 있어서, 기판(1)상에 열경화성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 함유한 감광성 수지 조성물을 도포, 건조하여 감광성 수지층(2)을 형성한다. 열경화성 수지로서는, 페놀계 수지, 노보락계 수지, 요소수지, 폴리에스테르수지, 아크릴계 수지등을 사용할 수 있다. 네가티브형 감광성 수지로서는 상기와 동일한 것이 사용된다. 열경화성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 사용량비는, 상기한 제 1 태양에 의한 본 발명의 방법과 동일하고, 예를 들면 1:2~1:10의 범위내에서 적절히 설정할 수 있다.
기판상에 형성된 감광성 수지층을, 이어서 열경화성 수지 성분의 적어도 일부가 경화하도록 가열처리한다. 이 가열처리는, 기판의 이면(감광성 수지층 비형성면)에서 열판 등의 가열수단에 의한 가열에 의해 바람직하게 행해진다.
제 2 공정에 있어서는, 상기 열처리후의 감광성 수지층(2)에 대해서, 제 1 태양의 방법과 동일하게, 네가티브형 감광성 수지의 감광 파장을 포함한 빛에 의한 노광이 행해진다.
이어서, 제 3 공정에 있어서 현상도, 전술한 제 1 태양에 의한 방법과 동일하다. 현상액에 의해 현상하면, 열경화성 수지 성분 자체는 알카리에 불용성 또는 난용성이지만, 네가티브형 감광성 수지와 혼합함으로써, 미노광에서 미가열의 감광성 수지층(2)은 알카리 현상액에 대해서 용해성을 가지게 되므로, 기판에 근접한 부분의 가열에 의해 경화한 수지는, 현상액에 용해하지 않지만, 가열이 충분하지 않고, 또한 미노광의 감광성 수지층 부분은 용해제거되어 열경화성 수지를 주성분으로하는 凹부(3b)가 형성됨과 동시에, 노광으로 경화한 부분은, 네가티브형 감광성 수지를 주성분으로하는 凸부(3a)로서 형성된다.
상기한 제 2 태양의 본 발명의 방법은, 여러가지의 요철 패턴의 형성에 적용가능하고, 예를 들면, 인쇄용 凹판, 凸판, 릴리프 홀로그램 형성용 홀로그램 원판, 마이크로렌즈어레이, 컬러필터에의 주상 凸부의 형성 등에 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 요철 패턴의 형성방법의 적당한 적용예의 한가지인, 액정 표시 장치용 컬러필터에 있어서 투명 보호층 및 주상 凸부의 형성에 대해서 다음에 설명한다.
도 2는 액정 표시 장치용 컬러필터의 일예를 나타낸 부분 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선의 종단면도이다. 도 2 및 도 3에 있어서, 컬러필터(10)은, 기판(1)과, 이 기판(1)에 형성된 블랙매트릭스(4) 및 착색층(5)를 갖추고 있다.
기판(1)으로서는, 석영유리, 파이렉스유리, 합성 석영판 등의 가소성이 없는 투명한 비가요성재(rigid material), 또는 투명 수지 필름, 광학용 수지판 등의 가소성을 갖는 투명한 가요성재(flexible material)를 사용할 수 있다. 이 중에서 특히 코닝사(Corning)제 7059유리는, 열팽창율이 작은 소재이고 칫수 안정성 및 고온 가열처리에 있어서 작업성이 우수하고, 또한 유리 중에 알카리 성분을 함유하지 않는 무알카리 유리이기 때문에, 액티브매트릭스 방식에 의한 컬러 액정표시장치용 컬러필터에 적합하다.
또한, 블랙매트릭스(4)는, 착색층(5)으로 되는 표시화소부 사이 및 착색층(5)의 형성 영역의 외측에 설치되어 있다. 이와 같은, 블랙매트릭스(4)는, 스펏터링법, 진공증착법 등에 의해 두께 1000~2000Å 정도의 크롬 등의 금속 박막을 형성하고, 이 박막을 패턴화하여 형성한 것, 카본 미립자 등의 차광성 입자를 함유시킨 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지층을 형성하고, 이 수지층을 패턴화하여 형성한 것, 카본미립자, 금속산화물 등의 차광성 입자를 함유시킨 감광성 수지층을 형성하고, 이 감광성 수지층을 패턴화하여 형성한 것 등, 어느것이어도 좋다.
또한, 착색층(5)은, 적색패턴(5R), 녹색패턴(5G) 및 청색패턴(5B)가 원하는 패턴형상으로 배열되어 있고, 원하는 착색재를 함유한 감광성 수지를 사용한 안료분산법에 의해 형성할 수 있고, 또한, 인쇄법, 전착법, 전사법 등의 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 착색층(5)을, 예를 들면, 적색패턴(5R)이 가장 얇고, 녹색패턴(5G), 청색패턴(5B)의 차례로 두껍게 함으로써, 착색층(5)의 각 색마다 가장 적절한 액정층 두께를 설정하도록하여도 좋다.
이와 같은 착색층 및 블랙매트릭스를 갖는 기판상에, 상술한 제 1 또는 제 2 태양에 의한 본 발명의 요철 패턴의 형성방법에 따라서, 凹부에 상당하는 투명보호층(3b) 및 凸부에 상당하는 주상 凸부(3a)를 형성할 수 있다.
투명보호층(3b)은 컬러필터(10)의 표면을 평탄화함과 동시에, 착색층(5)에 함유된 성분의 액정층으로의 용출을 방지하기 위하여 설치된 것이다. 이 투명보호층(3b)의 두께는, 사용되는 재료의 광투과율, 컬러필터(10)의 표면상태 등을 고려하여 설정할 수 있고, 예를 들면, 0.1~2.0㎛의 범위로 설정할 수 있다. 이와 같은 투명보호층(3b)은, 컬러필터(10)을 TFT 어레이기판과 붙일 때에 액정층과 접하도록 착색층(5)을 적어도 덮도록 형성된다.
투명보호층(3b)은 전술한바와 같이 알카리 불용성 수지 또는 경화후의 열경화성 수지를 주성분으로하는(투명보호층(3b)의 50 중량%를 초과)것이고, 알카리 불용성 수지 또는 열경화성 수지는, 투명 보호층(3b)에 요구되는 광투과율 등을 고려하여 선정된다.
또한, 주상 凸부(3a)는, 컬러필터(10)를 TFT 어레이기판과 붙일때에 스페이서로서 작용하는 것이다. 이 주상 凸부(3a)는, 상기의 투명 보호층(3b)보다도 2~10㎛ 정도의 범위로 돌출하도록 일정한 높이를 갖는 것이고, 돌출량은 컬러 액정 표시장치의 액정층에 요구되는 두께 등으로부터 적절히 설정할 수 있다. 또한, 주상 凸부(3a)의 형성밀도는, 액정층의 두께 고르지 못함, 개구율, 주상 凸부(3a)의 형상, 재질 등을 고려하여 적절히 설정할 수 있지만, 예를 들면, 착색층(5)을 구성하는 적색패턴(5R), 녹색패턴(5G) 및 청색패턴(5B)의 1조에 1개의 비율로 필요 충분한 스페이서 기능을 발현한다. 이와 같은 주상 凸부(3a)의 형상은, 도시예에서는 기둥형상으로되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 각주형상, 원추 형상 등이어도 좋다.
상기의 주상 凸부(3a)는 전술한 바와 같이 경화후의 네가티브형 감광성 수지를 주성분으로한(주상 凸부(3a)의 50 중량%를 초과)것이고, 네가티브형 감광성 수지로서는, 상술한 네가티브형 감광성 수지중에서, 주상 凸부(3a)로서 요구되는 기계적 강도, 광투과율 등을 고려하여 선정할 수 있다.
상기의 투명 보호층(3b)과 주상 凸부(3a)를 갖춘 본 발명의 컬러필터(1)에 배향층을 설치하여 배향처리(러빙)한 후, TFT 어레이기판과 붙인 경우, 주상 凸부(3a)가 컬러필터(10)과 TFT 어레이기판과의 사이에 간극을 형성한다. 그리고, 주상 凸부(3a)는, R, G, B의 3색의 착색층을 적층하여 형성된 주상 凸부에 보이는 것과 같은 레벨링 현상에 의한 높이 정밀도 불량, 및, 각 색마다의 위치 맞춤 불량이 생기지 않기 때문에, 그의 높이 정밀도와 위치 정밀도가 매우 높은 것이고, 따라서, 양 기판의 간극 정밀도는 매우 높은 것이 된다. 또한, 만일 화소부분에 주상 凸부의 일부가 존재한다고 하더라도, 투명하기 때문에 표시품질에 악영향을 미치는 것이 거의 없다. 한편, 투명 보호층(3b)는, 미세한 요철이 존재하는 컬러필터(10)의 표면을 평탄한 것으로 하고, 액정의 배향에 악영향을 주는 표면 거칠기를 저감함과 동시에, 착색층에 미량 함유되는 이온성 불순물 등이 액정층으로 용출되어 표시품질에 악영향을 미치는 것을 방지한다.
이어서, 하기의 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
300㎜×400㎜, 두께 1.1㎜의 유리 기판(코닝사제 7059유리)를 준비하고, 이 기판상에 하기 조성의 3종의 감광성 수지 조성물 A-1, A-2, A-3을 사용하여 스핀코팅법에 의해 도포하여, 각각 두께 5㎛의 감광성 수지 층을 형성하였다(이상, 제 1 공정)
감광성 수지 조성물 A-1의 조성(포지티브형:네가티브형=1:4)
·포지티브형 감광성 수지 --- 20 중량부
東京應化工業(주)제 TDUR-P007(감광파장 254nm)
·하기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 80 중량부
수지 : 비스페놀A 크레졸노보락 에폭시아크릴레이트 --- 75 중량부
모노머 : 디펜타에리스리톨테트라아크릴레이트 --- 20 중량부
중합개시제 : 일가큐어369 --- 5 중량부
(시바가이기사제)
(상기 네가티브형 감광성 수지의 고형분=35 중량%)
감광성 수지 조성물 A-2의 조성(포지티브형:네가티브형=1:3)
·포지티브형 감광성 수지 --- 25 중량부
東京應化工業(주)제 TDUR-P007(감광파장 254nm)
·상기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 75 중량부
감광성 수지 조성물 A-3의 조성(포지티브형:네가티브형=1:2)
·포지티브형 감광성 수지 --- 33 중량부
東京應化工業(주)제 TDUR-P007(감광파장 254nm)
·상기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 67 중량부
이어서, 초고압수은등을 노광광원으로한 프록시미티 노광기로, 여러가지 선폭의 줄무늬상의 개구부를 설치한 포토마스크를 개재하여 300mJ/㎠의 노광량으로 노광을 행하였다(이상, 제 2 공정)
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린 오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 줄무늬상의 요철 패턴을 형성할 수 있고, 각 요철 패턴의 凸부의 두께 T1, 凹부의 두께 T2, 凸부의 높이 H, 및 패턴 형성가능한 최소 선폭은 하기의 표 1에 나타낸 것이다. 이 결과로부터 감광성 수지의 포지티브형 감광성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율을 적절히 설정함으로써, 요철 패턴의 凸부의 두께, 凹부의 두께, 凸부의 높이를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
감광성 수지 조성물 포지티브형:네가티브형 凸부의 두께 T1(㎛) 凹부의 두께 T2(㎛) 凸부의 높이H(T1-T2)(㎛) 최소 선폭(㎛)
A-1 1:4 4.80 0.10 4.70 8
A-2 1:3 4.60 0.60 4.00 8
A-3 1:2 4.70 1.10 3.60 10
또한, 퓨리에 변환형 현미적외측정장치((주)島津製作所제 FT-IR-8200PC)로, 감광성 수지 조성물 A-1을 사용하여 작성한 요철 패턴(시료 1)의 凹부의 적외 흡수 스펙트럼 및 凸부의 적외흡수 스펙트럼을 측정하여, 도 4 및 도 5에 나타내었다. 또한, 감광성 수지 조성물 A-1을 구성하는 포지티브형 감광성 수지의 적외흡수 스펙트럼 및 네가티브형 감광성 수지의 적외흡수 스펙트럼을 측정하여, 도 6 및 도 7에 나타내었다. 그리고, 도 6에 나타낸 바와 같은 포지티브형 감광성 수지에 특유의 1146(㎝-1)의 흡수 피크와, 도 7에 나타낸 바와 같은 네가티브형 감광성 수지에 특유의 1191(㎝-1)의 흡수 피크에 주목하고, 도 4(凹부의 적외흡수 스펙트럼)에 있어서 양 흡수 피크의 비율을 비교하면, 1146(㎝-1)의 흡수 피크가 크게 생기고, 한편, 도 5(凸부의 적외흡수 스펙트럼)에 있어서 양 흡수 피크의 비율을 비교하면, 1191(㎝-1)의 흡수피크가 크게 생겼다. 이 결과로부터, 凹부는 미반응(미노광)의 포지티브형 감광성 수지를 주성분으로하고, 凸부는 경화 처리가 실시된 네가티브형 감광성 수지를 주성분으로하고 있는 것이 확인되었다.
실시예 2
실시예 1의 감광성 수지 조성물 A-3을 사용하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 기판상에 두께 4.5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1공정)
이어서, 초고압수은등을 노광광원으로한 프록시미티 노광기로, 실시예 1과 동일한 포토마스크를 개재하여 하기의 표 2에 나타낸 4종의 노광량으로 각 감광성 수지층의 노광을 행하였다(이상, 제 2 공정)
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 줄무늬상의 요철 패턴을 형성할 수 있고, 각 요철 패턴의 凸부의 두께 T1, 凹부의 두께 T2, 凸부의 높이 H, 및 패턴 형성가능한 최소 선폭은 하기의 표 2에 나타낸 것이었다. 이 결과로부터 노광량을 적절히 설정함으로써, 요철 패턴의 凸부의 두께, 凹부의 두께, 凸부의 높이를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
노광량(mJ/㎠) 凸부의 두께 T1(㎛) 凹부의 두께 T2(㎛) 凸부의 높이H(T1-T2)(㎛) 최소 선폭(㎛)
100 3.49 1.66 1.83 20
200 4.11 1.22 2.89 12
300 4.40 1.40 3.00 10
500 4.44 1.10 3.34 16
실시예 3
실시예 1과 동일한 기판상에 하기 조성의 3종의 감광성 수지 조성물 B-1, B-2, B-3을 사용하여 스핀코팅법에 의해 도포하여, 각각 두께 5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1 공정)
감광성 수지 조성물 B-1의 조성(포지티브형:네가티브형=1:2)
·하기 조성의 포지티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 33 중량부
수지 : t-부톡시카르보닐기로 보호된 폴리비닐페놀 --- 90 중량부
광산발생제 : TFE트리아진 --- 10 중량부
(三和케미칼(주)제)
(상기 포지티브형 감광성 수지의 고형분 = 10 중량%)
·하기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 67 중량부
수지 : 비스페놀A 크레졸노보락 에폭시아크릴레이트 --- 75 중량부
모노머 : 디펜타에리스리톨테트라아크릴레이트 --- 20 중량부
중합개시제 : 일가큐어369 --- 5중량부
(시바가이기사제)
(상기 네가티브형 감광성 수지의 고형분 = 35 중량%)
감광성 수지 조성물 B-2의 조성(포지티브형:네가티브형=1:2.5)
·상기 조성의 포지티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 29 중량부
·상기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 71 중량부
감광성 수지 조성물 B-3의 조성(포지티브형:네가티브형=1:3)
·상기 조성의 포지티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 25 중량부
·상기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장 365nm) --- 75 중량부
이어서, 네가티브형 감광성 수지의 감광파장광을 조사하는 초고압수은등을 노광광원으로한 프록시미티 노광기로, 상기와 동일한 포토마스크를 개재하여 300mJ/㎠의 노광량으로 노광하였다(이상, 제 2 공정)
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 줄무늬상의 요철 패턴을 형성할 수 있고, 각 요철 패턴의 凸부의 두께 T1, 凹부의 두께 T2, 凸부의 높이 H, 및 패턴 형성가능한 최소 선폭은 하기의 표 3에 나타낸 것이었다. 이 결과로부터 감광성 수지층의 포지티브형 감광성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율을 적절히 설정하여, 요철 패턴의 凸부의 두께, 凹부의 두께, 凸부의 높이를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
감광성 수지 조성물 포지티브형:네가티브형 凸부의 두께 T1(㎛) 凹부의 두께 T2(㎛) 凸부의 높이H(T1-T2)(㎛) 최소 선폭(㎛)
B-1 1:2 3.40 0.6 2.80 10
B-2 1:2.5 3.20 1.10 2.10 10
B-3 1:3 3.01 2.88 0.13 14
실시예 4
실시예 3의 감광성 수지 조성물 B-2를 사용하고, 실시예 3과 동일하게 하여 기판상에 두께 4.5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1 공정).
이어서, 네가티브형 감광성 수지의 감광파장광을 조사하는 초고압수은등을 노광광원으로하는 프록시미티 노광기에 의해 노광량을 하기의 표 4에 나타낸 4종의 노광량으로 한 이외에는, 실시예 3과 동일하게 하여 감광성 수지층의 노광을 행하였다(이상, 제 2 공정).
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 줄무늬상의 요철 패턴을 형성할 수 있고, 각 요철 패턴의 凸부의 두께 T1, 凹부의 두께 T2, 凸부의 높이 H, 및 패턴 형성가능한 최소 선폭은 하기의 표 4에 나타낸 것이었다. 이 결과로부터 노광량을 적절히 설정함으로써, 요철 패턴의 凸부의 두께, 凹부의 두께, 凸부의 높이를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
노광량(mJ/㎠) 凸부의 두께 T1(㎛) 凹부의 두께 T2(㎛) 凸부의 높이H(T1-T2)(㎛) 최소 선폭(㎛)
100 3.57 0.94 2.63 14
200 4.26 0.57 3.69 12
300 4.49 1.02 3.47 10
400 4.70 0.95 3.75 16
실시예 5
렌즈용 기판으로서 10㎝각의 석영유리 기판(두께 1.1㎜, 굴절율 1.46)을 준비하고, 실시예 1의 감광성 수지 조성물 A-3을 사용하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 렌즈용 기판상에 두께 20㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1공정).
이어서, 초고압수은등을 노광광원으로 하는 프록시미티 노광기로, 100㎛×100㎛의 개구를 120㎛ 피치로 형성되어 있는 포토마스크를 개재시켜 300mJ/㎠의 노광량으로 노광을 행하였다(이상, 제 2 공정)
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 약 110㎛각, 촛점거리 200㎛의 마이크로렌즈가 복수배열된 마이크로렌즈어레이가 얻어졌다.
실시예 6
두께 1.1㎜의 유리기판(코닝사제 7059유리)를 준비하고, 이 기판상에 하기 조성의 3종의 감광성 수지 조성물 C-1, C-2, C-3를 사용하여 스핀코팅법에 의해 도포하여, 각각 두께 5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다.(이상, 제 1공정).
감광성 수지 조성물 C-1의 조성(알카리 불용형:네가티브형=1:5)
·알카리 불용성 수지 --- 17 중량부
비스페놀A계 수지(昭和高分子(주)제 VR-60)
·하기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장365nm) --- 83 중량부
수지 : 비스페놀A 크레졸노보락 에폭시아크릴레이트 --- 75 중량부
모노머 : 디펜타에리스리톨테트라아크릴레이트 --- 20 중량부
중합 개시제 : 일가큐어369 --- 5중량부
(시바가이기사제)
(상기 네가티브형 감광성 수지의 고형분 = 35 중량%)
감광성 수지 조성물 C-2의 조성(알카리 불용형:네가티브형=1:7)
·상기 알카리 불용성 수지 --- 12.5 중량부
·상기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장365nm) --- 87.5 중량부
감광성 수지 조성물 C-3의 조성(알카리 불용형:네가티브형=1:9)
·상기 알카리 불용성 수지 --- 10 중량부
·상기 조성의 네가티브형 감광성 수지(감광파장365nm) --- 90 중량부
이어서, 초고압수은등을 노광광원으로 한 프록시미티 노광기로, 여러 선폭의 줄무늬상의 개구부를 설치한 포토마스크를 개재하여 400mJ/㎠의 노광량으로 노광을 행하였다(이상, 제 2 공정)
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 줄무늬상의 요철 패턴을 형성할 수 있고, 각 요철 패턴의 凸부의 두께 T1, 凹부의 두께 T2, 凸부의 높이 H, 및 패턴 형성가능한 최소 선폭은 하기의 표 5에 나타낸 것이었다. 이 결과로부터 감광성 수지층의 알카리 불용성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율을 적절히 설정함으로써, 요철 패턴의 凸부의 두께, 凹부의 두께, 凸부의 높이를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
감광성 수지 조성물 포지티브형:네가티브형 凸부의 두께 T1(㎛) 凹부의 두께 T2(㎛) 凸부의 높이H(T1-T2)(㎛) 최소 선폭(㎛)
C-1 1:5 5.62 1.41 4.21 14
C-2 1:7 5.57 0.99 4.58 10
C-3 1:9 5.35 0.32 5.03 10
실시예 7
컬러필터용 기판으로서, 실시예 1과 동일한 300㎜×400㎜, 두께 1.1㎜의 유리 기판(코닝사제7059유리)를 준비하였다. 이 기판을 일정한 방법에 따라서 세정한 후, 기판의 한쪽면 전면에 스펏터링법에 의해 금속 크롬으로되는 차광층(두께 0.1㎛)을 성막했다. 이어서, 이 차광층에 대해서, 통상의 포토리소그래피법에 의해 감광성 레지스트 도포, 마스크노광, 현상, 에칭, 레지스트층 박리를 행하여 블랙매트릭스를 형성하였다.
이어서, 블랙매트릭스가 형성된 기판전면에, 적색 패턴용 감광성 착색재료(부사필름오린(주)제 컬러모자이크CR-7001)를 스핀코팅법에 의해 도포하여 적색감광성 수지층을 형성하고, 프리베이킹(85℃, 5분간) 하였다. 그 후, 소정의 착색 패턴용 포토마스크를 사용하여 적색 감광성 수지층을 얼라이먼트노광하여, 현상액(부사필름오린(주)제 컬러모자이크용 현상액CD의 희석액)으로 현상하고, 이어서, 포스트베이킹(200℃, 30분간)을 행하여, 블랙매트릭스패턴에 대해서 소정의 위치에 적색 패턴(두께 1.5㎛)을 형성하였다.
동일하게, 녹색 패턴용 감광성 착색재료(부사필름오린(주)제 컬러모자이크 CG-7001)을 사용하여, 블랙매트릭스패턴에 대해서 소정의 위치에 녹색 패턴(두께 1.5㎛)을 형성하였다. 또한, 청색 패턴용 감광성 착색재료(부사필름오린(주)제 컬러모자이크CB-7001)을 사용하여, 블랙매트릭스패턴에 대해서 소정의 위치에 청색패턴(두께 1.5㎛)을 형성하였다.
이어서, 착색층이 형성된 기판상에 실시예 1에서 사용한 3종의 감광성 수지 조성물 A-1, A-2, A-3을 사용하여 스핀코팅법에 의해 도포하고, 각각 두께 5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1공정).
형성된 감광성 수지층 각각에 대해서, 실시예 1과 완전히 동일하게 노광 및 프리베이킹(제 2공정), 현상 및 포스트베이킹(제 3공정)을 행하였다.
이와 같은 일련의 처리에 의해 도 2 및 도 3에 나타낸바와 같은 구조의 컬러필터를 얻을 수 있고, 각 컬러필터의 투명보호층의 두께(T2), 투명한 주상 凸부의 돌출 높이(H), 주상 凸부의 두께(T1)은 상기의 표 1에 나타낸 것이었다. 이것으로부터 감광성 수지층의 포지티브형 감광성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율을 적절히 설정함으로써, 주상 凸부의 높이와 투명보호층의 두께를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이확인되었다.
실시예 8
실시예 1의 감광성 수지 조성물 A-3을 사용하고, 실시예 7과 동일하게 하여, 블랙매트릭스와 착색층이 형성된 기판상에 두께 5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1공정).
이어서, 실시예 2와 동일하게 하여, 초고압 수은등을 노광광원으로하는 프록시미티 노광기로, 주상 凸부의 형성 위치에 소정형상의 개구부를 설치한 포토마스크를 개재하여 상기 표 2에 나타낸 4종의 노광량으로 각 감광성 수지층의 노광을 행하였다.(이상, 제 2 공정).
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 도 2 및 도 3에 나타낸바와 같은 구조의 컬러필터를 얻을 수 있고, 각 컬러필터의 투명보호층의 두께(T2), 투명한 주상 凸부의 돌출 높이(H), 주상 凸부의 두께(T1)은 상기의 표 2에 나타낸 것이었다. 이것으로부터 노광량을 적절히 설정함으로써, 주상 凸부의 높이와 투명보호층의 두께를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
실시예 9
우선, 실시예 7과 동일하게하여, 기판상에 블랙매트릭스를 형성하였다. 이어서, 실시예 1과 동일하게 하여, 블랙매트릭스패턴에 대해서 소정의 위치에 적색 패턴, 녹색패턴 및 청색 패턴을 형성하였다.
이어서, 착색층이 형성된 기판상에 실시예 3에서 사용한 3종의 감광성 수지 조성물 B-1, B-2,B-3을 사용하여 스핀코팅법에 의해 도포하고, 각각 두께 5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1공정).
이어서, 실시예 3과 동일하게, 초고압 수은등을 노광광원으로하는 프록시미티 노광기로, 주상 凸부의 형성 위치에 소정형상의 개구부를 설치한 포토마스크를 개재하여 300mJ/㎠의 노광량으로 노광을 행하였다.(이상, 제 2 공정).
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 구조의 컬러필터를 얻을 수 있고, 각 컬러필터의 투명보호층의 두께(T2), 투명한 주상 凸부의 높이(H), 주상 凸부의 두께(T1)은 상기의 표 3에 나타낸 것이었다. 이것으로부터 감광성 수지층의 포지티브형 감광성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 비율을 적절히 설정함으로써, 주상 凸부의 높이와 투명보호층의 두께를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
실시예 10
실시예 3의 감광성 수지 조성물 B-2를 사용하고, 실시예 7과 동일하게하여, 블랙매트릭스와 착색층이 형성된 기판상에 두께 4.5㎛의 감광성 수지층을 형성하였다(이상, 제 1공정).
이어서, 초고압 수은등을 노광광원으로하는 프록시미티 노광기에 의한 노광량을 상기 표 4에 나타낸 4종의 노광량으로한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 감광성 수지층의 노광을 행하였다.(이상, 제 2 공정).
이어서, 기판을 0.05% 수산화 칼륨 수용액에 40초간 침지하여 현상하고, 세정후, 크린오븐 중에서 구웠다(200℃, 30분간)(이상, 제 3 공정)
이와 같은 일련의 처리에 의해, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 구조의 컬러필터를 얻을 수 있고, 각 컬러필터의 투명보호층의 두께(T2), 투명한 주상 凸부의 돌출 높이(H), 주상 凸부의 두께(T1)은 상기의 표 4에 나타낸 것이었다. 이것으로부터 노광량을 적절히 설정함으로써, 주상 凸부의 높이와 투명보호층의 두께를 동시에 제어하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
실시예 11
짧은 변 300㎜, 긴 변 400㎜, 판두께 1.1㎜의 7059유리(코닝사제)에 스펏터링에 의해, 두께 0.2㎛의 산화 크롬/크롬의 적층구조막을 형성하였다. 유리면 쪽에서 관찰하여 저반사의 광학농도가 4.0의 것이 얻어졌다.
이어서, 포토레지스트(東京應化제 OFPR-800)을 0.5㎛ 두께로 도포하고, 프리베이킹하여 소정의 패턴을 형성한 마스크를 사용하여 노광하고, 레지스트의 현상을 행한 후에 산화크롬/크롬막을 에칭, 레지스트의 박리, 선상, 건조공정을 거쳐 블랙매트릭스를 형성하였다.
이어서, 용제와 라디칼 중합형 포토폴리머(아크릴계)에 서브미크론 입경의 안트라퀴논계 적색안료(CI:피그먼트레드177과 피그먼트블루139의 혼합물)을 분산하고, 벤질메타크릴레이트메타크릴산 공중합체, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 및 4-[P-N,N-디(에톡시카르보닐메틸)]-2-6-디(트리클로로메틸)-S-트리아진에 용제로서 3-에톡시프로피온산에틸에스테르를 가하고, 고형분 20%, 점도 6.5cP(25℃)로 조정한 감광성 재료의 조성물을 최후의 열처리종료후에 1.6㎛의 두께가 되도록 도포하였다.
이어서, 프탈로시아닌계 녹색안료(CI:피그먼트그린7과 피그먼트블루83의 혼합물)을 적색의 감광성 재료에 사용한 것과 동일한 조성물에 분산한 감광성 재료를 최후의 열처리종료후에 1.8㎛의 두께가 되도록 도포하였다.
이어서, 프탈로시아닌계 청색안료(CI:피그먼트블루 15:3와 피그먼트바이올렛 23의 혼합물)을 적색의 감광성 재료에 사용한 것과 동일한 조성물에 분산한 감광성 재료를 최후의 열처리종료후에 1.8㎛의 두께가 되도록 도포하였다.
이어서, 투명보호층과 주상 凸부를 형성하기 위하여,
네가티브형 감광성 수지 조성물로서,
비스페놀A 크레졸노보락에폭시아크릴레이트 75 중량부
디펜타에리스리톨테트라아크릴레이트 20 중량부
중합개시제(시바가이기제 일가큐어369) 5 중량부
에, 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트를 가하여 고형 분산 농도를 20 중량%로 조정하고, 또한, 열경화성 수지로서, 에폭시기를 측쇄에 갖는 아크릴레이트계 수지(日本合成고무제 오프토머SS6699G)를 사용하여, 이들의 네가티브형 감광성 수지와 열경화성 수지를 5:1의 중량비로 혼합한 혼합수지 조성물을, 6.5㎛의 두께로 도포하고, 기판면을 열판상에 놓아 150℃에서 180초간 프리베이킹한 후에, 블랙매트릭스부에 주상체를 형성하기 위한 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 자외선으로 노광하였다.
이어서, 농도 0.05 중량%의 수산화칼륨 수용액에 의해 현상한 후에 200℃에서 30분간 포스트베이킹하여, 높이 3.0㎛의 주상체와, 두께 1.7㎛의 보호막을 일체로 형성하였다.

Claims (11)

  1. 기판상에 알카리 불용성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 함유하여서 되는 감광성 수지층을 형성하는 제 1 공정,
    원하는 개구 패턴을 갖춘 포토마스크를 개재하여 상기 감광성 수지층을 노광하는 제 2 공정,
    상기 감광성 수지층을 알카리성 현상액으로 현상하고 경화처리를 행함으로써, 노광 영역인 상기 개구 패턴에 대응한 凸부와, 미노광 영역에 대응한 凹부로되는 요철 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하여서 되는 요철 패턴의 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서, 제 1 공정에서 형성되는 감광성 수지층에 있어서, 알카리 불용성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 중량비가 1:2~1:10의 범위인 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 알카리 불용성 수지가 포지티브형 감광성 수지인 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 포지티브형 감광성 수지 및 상기 네가티브형 감광성 수지가 다른 감광파장을 갖고, 제 2 공정에 있어서, 상기 네가티브형 감광성 수지의 감광파장을 포함한 빛에 의한 노광을 행하는 방법.
  5. 기판상에 열경화성 수지 및 네가티브형 감광성 수지를 함유하여서 되는 감광성 수지층을 형성한 후, 상기 감광성 수지층을, 상기 열경화성 수지의 적어도 일부가 경화하도록 가열처리하는 제 1 공정,
    원하는 개구 패턴을 갖춘 포토마스크를 개재하여 상기 감광성 수지층을 노광하는 제 2 공정,
    상기 감광성 수지층을 현상하고 경화처리를 행함으로써, 노광 영역인 상기 개구 패턴에 대응한 凸부와, 미노광 영역에 대응한 凹부로되는 요철 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하여서 되는 요철 패턴의 형성 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 제 1 공정에서 형성되는 감광성 수지층에 있어서 열경화성 수지와 네가티브형 감광성 수지의 중량비가 1:2~1:10의 범위인 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 하나의 항에 있어서, 기판이 소정의 패턴으로 형성된 복수색의 착색층을 갖는 액정표시장치용 컬러필터 기판인 방법.
  8. 기판과, 이 기판상에 소정의 패턴으로 형성된 복수의 색으로된 착색층과, 적어도 상기 착색층을 덮도록 형성된 투명 보호층과, 상기 기판상의 복수의 소정 부위에 형성되고, 상기 투명 보호층 보다 돌출한 투명한 주상 凸부를 갖추고 있고, 상기 투명 보호층 및 상기 주상 凸부가 제 1항 내지 제 6항중 어느 하나의 항에 기재한 방법에 의해 형성된 것인 액정 표시장치용 컬러필터.
  9. 기판과, 이 기판상에 소정의 패턴으로 형성된 복수의 색으로된 착색층과, 적어도 상기 착색층을 덮도록 형성된 투명 보호층과, 상기 기판 상의 복수의 소정 부위에 형성되고, 상기 투명 보호층보다 돌출한 투명한 주상 凸부를 갖추고 있고, 상기 투명 보호층은 알카리 불용성 수지를 주성분으로하고, 상기 주상 凸부는 경화된 네가티브형 감광성 수지를 주성분으로하는 액정 표시장치용 컬러필터.
  10. 제 9항에 있어서, 알카리 불용성 수지가 포지티브형 감광성 수지인 컬러필터.
  11. 기판과, 이 기판상에 소정의 패턴으로 형성된 복수의 색으로된 착색층과, 적어도 상기 착색층을 덮도록 형성된 투명 보호층과, 상기 기판 상의 복수의 소정 부위에 형성되고, 상기 투명 보호층보다 돌출한 투명한 주상 凸부를 갖추고 있고, 상기 투명 보호층은 열경화성 수지를 주성분으로하고, 상기 주상 凸부는 경화된 네가티브형 감광성 수지를 주성분으로하는 액정 표시장치용 컬러필터.
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