KR20050071885A - 절연막용 네가티브형 감광성 수지조성물 및 이를 사용한절연막 - Google Patents

절연막용 네가티브형 감광성 수지조성물 및 이를 사용한절연막 Download PDF

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Abstract

감도를 월등하게 향상시킬 수 있는 절연막용 네가티브형 감광성 수지 조성물 및 이를 사용한 절연막이 개시되어 있다. 상기 수지 조성물은 바인더 수지 5∼40 중량부, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머 2∼50 중량부, 광개시제 0.005∼20 중량부 및 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 화합물 0.0001∼3 중량부를 포함한다. 이러한 수지 조성물은 감도가 높아서 공정성이 향상되며 이를 사용하여 제조된 유기 절연막은 92% 이상의 높은 투과율을 가진다. 이에 따라 고개구율 패널의 제작이 가능하다.

Description

절연막용 네가티브형 감광성 수지조성물 및 이를 사용한 절연막{Negative Photoresist Composition For Insulation Layer And Insulation Layer Using The Same}
본 발명은 절연막용 네가티브형 감광성 수지 조성물 및 이를 사용한 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 공정성과 감도를 향상시킬 수 있는 절연막용 네가티브형 감광성 수지 조성물 및 이를 사용함으로써 투과율이 향상된 절연막에 관한 것이다.
오늘날과 같은 정보화 사회에 있어서 전자 디스플레이 장치(electronic display device)의 역할은 갈수록 중요해지며, 각종 장치가 다양한 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 전자 디스플레이 분야는 발전을 거듭하여 다양화하는 정보화 사회의 요구에 적합한 새로운 기능의 장치로 지속적으로 개발되고 있다.
전자 디스플레이 장치는 광 정보 신호가 발광 현상에 의해 표시되는 경우에는 발광형 표시(emissive display) 장치로 불려지며, 반사, 산란, 간섭 현상 등에 의하여 광 변조로 표시되는 경우에는 수광형 표시(non-emissive display) 장치로 일컬어진다. 능동형 표시 장치라고도 불리는 상기 발광형 표시 장치로는 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 및 일렉트로 루미네슨트 디스플레이(electroluminescent display; ELD) 등을 들 수 있다. 또한, 수동형 표시 장치인 상기 수광형 표시 장치에는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD) (electrochemical display; ECD) 및 전기 영동 표시 장치(electrophoretic image display; EPID) 등이 해당된다.
텔레비전이나 컴퓨터용 모니터 등과 같은 화상 표시 장치에 사용되는 가장 오랜 역사를 갖는 디스플레이 장치인 음극선관(CRT)은 표시 품질 및 경제성 등의 면에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있으나, 무거운 중량, 큰 용적 및 높은 소비 전력 등과 같은 단점을 가지고 있다.
최근, 반도체 기술의 급속한 진보에 의하여 각종 전자 장치의 고체화, 저 전압 및 저 전력화와 함께 전자 기기의 소형화 및 경량화에 따라 새로운 환경에 적합한 전자 디스플레이 장치가 필요하게 되었다. 즉 얇고 가벼우면서도 낮은 구동 전압 및 낮은 소비 전력의 특징을 갖춘 평판 패널(flat panel)형 디스플레이 장치에 대한 요구가 급격히 증대하고 있는 것이다.
현재 개발된 여러 가지 평판 디스플레이 장치 가운데 액정 표시 장치는 다른 디스플레이 장치에 비하여 얇고 가벼우며, 낮은 소비 전력 및 낮은 구동 전압을 갖추고 있는 동시에 음극선관에 가까운 화상 표시가 가능하기 때문에 다양한 전자 장치에 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 액정 표시 장치는 제조가 용이하기 때문에 더욱 그 적용 범위를 확장해가고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 밀봉된 액정에 전계를 인가하는 전극을 각 화소마다 설치하여 이 화소의 전극에 전압을 인가하거나 인가하지 않는 것으로서 액정으로 하여금 빛의 통과를 제어하도록 하여 디스플레이 하는 것이다.
현재 액티브 매트릭스 타입인 박막트랜지스터를 이용하는 TFT-LCD(thin film transistor liquid crystal display) 타입의 액정 표시 장치가 주로 사용되는 추세이다. 이러한 TFT-LCD는 그 용량이 증가함에 따라 배터리의 효율이 점점 둔화되고 있는데, 이러한 배터리의 효율 저하를 해결하기 위한 방법으로 액정 패널의 투과도를 향상시키는 방법이 사용되고 있다. 즉, 액정 패널의 투과도를 향상시키는 방법으로, 액정 패널의 개구율을 향상시키는 방법과 고투과 편광판의 개발 및 고투과 칼라필터를 사용하는 방법 등이 있다. 이러한 방법 중에서 현재 액정 패널의 개구율을 향상시키는 방법이 활발하게 연구되고 있다.
일반적으로, TFT-LCD는 절연 기판과, 절연기판 상에 크로스 되어 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차하는 부분에 형성된 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터를 포함한 기판의 전면에 걸쳐 형성되는 층간 절연막과, 데이터 라인과 게이트 라인과 오버랩되고 박막 트랜지스터와 콘택을 통해 접촉되도록 층간 절연막 상에 형성되는 화소 전극 등으로 이루어진다.
층간 절연막으로서 주로 유기 절연막이 적용되는데, 이의 일반적인 형성방법을 도 1을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 포지티브형 감광성 수지 조성물을 침지, 분무, 회전 및 스핀 코팅을 포함하는 통상적인 방법으로 기재상에 도포하여 감광성막을 형성한다(S11).
도포된 감광성막은 80∼130℃의 온도로 가열 처리(소프트 베이크)하여 용매를 증발시킨다. 형성된 감광성막을 마스크 등을 사용하여 빛, 특히 자외선에 선택적으로 노광시킴으로써 노광된 부위가 광반응에 의해 이후 수행되는 현상공정에서 용해되는 가용성 수지가 되도록 한다(S12). 노광된 막을 알칼리성 현상 수용액에 침지시킨 후, 빛에 노출된 부위의 감광막의 노광된 부분이 전부 또는 거의 대부분 용해될 때까지 방치한다(S13). 적합한 현상 수용액으로는 알칼리 수산화물, 수산화암모늄 또는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드를 함유하는 수용액 등이 사용될 수 있다.
노광된 부위가 용해되어 제거된 기판을 현상액으로부터 꺼낸 후, 전면 노광 공정을 수행하여 투명도를 향상시키고 패턴 형상을 양호한 형태로 유지시키도록 한다(S14). 이후 열처리 공정을 수행하여 감광성막의 접착성 및 내화학성을 증진시킬 수 있는데, 이를 일반적으로 하드 베이크(hard bake) 공정 또는 경화(curing) 공정이라고 한다. 이러한 열처리는 100∼250℃의 온도에서 행할 수 있다. 열처리를 완료하면 목적하는 절연막 패턴을 형성하게 된다(S15).
형성된 절연막 패턴의 상부에 알루미늄, ITO 등을 증착하여 화소 전극을 형성하게 되는 것이다.
그런데, 상기 포지티브형 유기 절연막의 형성을 위한 감광성 조성물에는 PAC(photo active compound)가 포함된다. 이 물질은 노광에 의해 산을 발생하는 물질로서 주로 N2 기가 포함된 화합물인데 붉은색을 띤다. 상기 PAC에 포함된 N2 기는 전면 노광에 의해서도 완전히 제거되지 않고 약간 누르스름한 빛을 띠게 되어, 형성되는 절연막의 투명도를 저하시키는 원인이 된다. 즉 포지티브형 유기 절연막의 경우 투과율 향상을 위하여 전면노광(bleaching) 공정을 수행해야 한다는 번거로움이 있고, 전면노광 공정을 수행하더라도 투과율이 저하된다는 문제가 있다.
이에 따라 포지티브형 감광성 수지 조성물 대신에 절연막 용도로 BCB(benzo cyclo butyne)을 사용하여 개구율을 향상시키는 방법이 제시되었는데, 상기 BCB는 가격이 고가이고 또한 콘택홀을 형성할 때 포토레지스트를 사용하는 RIE(reactive ion etching) 공정을 적용해야 한다는 부담이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 개선점을 감안하여 고안된 것으로서 공정성이 향상되고 감도가 우수하며 투명도가 향상된 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 네가티브 감광성 수지 조성물을 사용하여 제조됨으로써 고투과율을 갖는 절연막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 네가티브 감광성 수지 조성물을 사용하여 형성된 절연막을 포함하며 고개구율, 고투과율을 갖는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는
바인더 수지 5∼40 중량부, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머 2∼50 중량부, 광개시제 0.005∼20 중량부 및 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 화합물 0.0001∼3 중량부를 포함하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물을 제공한다.
특히, 상기 바인더 수지는 하기 일반식 (1)으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
상기 일반식 (1)에서 중합 단위 A는 벤질메타아크릴레이트[benzyl methacrylate; BzMA] 및 스티렌[styrene; Sty] 중 어느 하나이고, B는 아크릴산 및 메타아크릴산 중 어느 하나이고, C는 글리시딜 메타아크릴레이트[glycidyl methacrylate; GMA], 히드록시에틸 메타아크릴레이트[hydroxyethyl methacrylate; HEMA] 및 아크릴아미드[acryl amide; ACAMi] 중 어느 하나이며, 중합 단위 A, B 및 C의 배열 순서는 바뀔 수 있다.
상기 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머로는 펜타에리스리톨테트라[메타]아크릴레이트 및 프로필렌옥사이드기의 수가 2 내지 14인 프로필렌글리콜디[메타]아크릴레이트 중 어느 하나가, 상기 광개시제로는 아세토페논 및 벤조페논중 어느 하나의 화합물이 바람직하게 적용된다.
본 발명의 다른 목적은 기재상에 바인더 수지 5∼40 중량부, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머 2∼50 중량부, 광개시제 0.005∼20 중량부 및 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 화합물 0.0001∼3 중량부를 포함하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물을 도포 및 건조시켜 얻어지는 절연막에 의해 달성된다.
상기 절연막은 광투과율이 92% 이상으로 고투과의 실현이 가능한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은
도전성 배선;
상기 도전성 배선상에 형성되는 네가티브형 감광성 수지의 유기절연막; 및
상기 유기절연막 상에 형성되는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 의해 달성된다.
상기 도전성 배선은 데이터 배선 및 게이트 배선 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에서는 고개구율의 패널을 제작하기 위하여 네가티브형 유기 절연막을 적용하여 투과율을 향상시키고 감도를 월등히 개선한 것이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.
네가티브 포토레지스트는 포지티브형과는 반대로 노광된 부분이 수불용성이 되어 현상시 남게되는 수지이다. 본 발명에 따른 네가티브 포토레지스트의 주요 성분은 다음과 같다.
먼저, 하기 일반식 (1)으로 표시되는 바인더 수지 5∼40 중량부를 포함한다.
상기 일반식 (1)에서, 중합 단위 A는 벤질메타아크릴레이트[benzyl methacrylate; BzMA] 및 스티렌[styrene; Sty] 중 어느 하나이고, B는 아크릴산 및 메타아크릴산 중 어느 하나이고, C는 글리시딜 메타아크릴레이트[glycidyl methacrylate; GMA], 히드록시에틸 메타아크릴레이트[hydroxyethyl methacrylate; HEMA] 및 아크릴아미드[acryl amide; ACAMi] 중 어느 하나이며, 상기 일반식 (1)의 바인더 수지는 중합 단위 A, B 및 C의 배열 순서에 구속되지 않는 랜덤 공중합체이다.
다기능 모노머인 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 중합성 화합물로서는 펜타에리스리톨테트라[메타]아크릴레이트, 프로필렌옥사이드기의 수가 2 내지 14인 프로필렌글리콜디[메타]아크릴레이트 등이 있다.
또한 광개시제로는 통상적으로 아세토페논계나 벤조페논계를 사용하는데 광개시제 자체가 색을 가지면 투명성을 저하시키는 작용을 하므로 노광시 사용하는 파장대에서 적절한 감도를 갖고 광개시제 자체에 색을 갖지 않는 것을 사용함으로써 고투명성을 실현할 수 있다. 일반적으로 아크릴계 다기능 모노머를 사용하는 가교 반응의 광개시제는 사용하는 자외선의 파장에 맞추어서 사용되는데 가장 널리 사용되는 자외선 파장인 수은 램프는 310∼420nm 영역의 파장을 가지므로 이 파장 영역에서 라디칼을 발생하는 광개시제를 사용한다. 구체적인 예로서는 Irgacure 369, Irgacure 651, Irgacure 907 등의 아세토페논 및 벤조페논계를 사용하는 것이 바람직하다. 총수지 고형분에 대하여 0.1 내지 50 중량%를 사용하는 것이 보다 효과적이다.
바인더 수지에 사용되는 유기 용제는 바인더 수지, 다기능 모노머 및 기타 화합물을 첨가, 혼합하여 용해하는데 사용할 뿐 아니라 우수한 코팅성과 투명한 박막을 얻기 위해 사용하는 것으로 바인더 수지, 다기능 모노머 및 기타 화합물과의 상용성이 우수한 유기 용제를 사용하는 것이 효과적이다.
감광성 수지 조성물에 포함되는 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 첨가물은 ITO 전극과 조성물과의 접착력을 향상시키고 경화후 내열 특성을 향상시킨다.
또한 고개구율 액정 표시 소자의 유기 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물에는 필요에 따라 광증감제, 열중합 금지제, 소포제, 레벨링제 등의 상용성이 있는 첨가제를 첨가할 수 있다.
고개구율 액정 표시 소자의 유기절연막용 네가티브 감광성 조성물은 용매를 가하여 기판 위에 스핀 코팅한 후 마스크를 이용하여 자외선을 조사하여 알칼리 현상액으로 현상하는 방법을 통하여 유기절연막을 형성하게 된다. 코팅후 박막의 유니포미티(uniformity)를 높이고 박막의 용이한 두께 조절을 위해서는 점도가 약 5∼30 cps 범위가 되도록 용매를 첨가하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 점도가 약 10∼25 cps 범위가 되도록 조절하도록 한다.
용매는 바인더 수지, 다기능 모노머 및 기타 첨가물을 첨가, 혼합하여 용해하는데 사용할 뿐만 아니라 우수한 코팅성과 투명한 박막을 얻기 위해 사용하는 것으로, 바인더 수지, 감광제 및 기타 화합물과의 상용성을 고려할 때 다음에 예시하는 물질을 바람직하게 사용할 수 있다. 에틸에톡시프로피오네이트[EEP], 에틸락테이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트[PGMEA], 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 노말부틸아세테이트(n-BA), 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디메틸포름아미드[DMF], N,N-디메틸아세트아미드[DMAc], N-메틸-2-피롤리돈[NMP], γ-부틸로락톤, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 다이글라임, 테트라하이드로퓨란[THF], 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소-프로판올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥산 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 용매중 PGMEA, EEP 및 n-BA를 혼합하여 얻어지는 혼합 용매를 사용할 수 있는데, 이들의 혼합비는 함량비로 PGMEA : EEP : n-BA = 55∼95 : 45∼5 : 1∼10가 되도록 한다.
상기한 구성 성분들을 포함하는 네가티브 감광성 조성물은 수지에 투명한 PI(photo initiator)를 사용하기 때문에 이를 사용하여 절연막을 형성하면 투명성이 그대로 유지되어 투명도가 향상된다. 이에 따라서 포지티브형 감광성 조성물을 사용하여 제조된 절연막의 경우 3㎛ 두께를 기준으로 할 때 투과율이 약 90% 정도이나 본 발명의 네가티브 감광성 조성물을 사용하여 제조된 절연막의 경우 3㎛ 두께를 기준으로 할 때 투과율이 92% 이상이며, 97% 이상의 투과율도 용이하게 구현할 수 있다. 투과율은 글래스상에 절연막을 형성하여 투과율을 측정한 후, 글래스의 투과율을 감하여 얻어지는 값이다.
또한 네가티브 감광성 조성물은 감도 측면에서도 유리하여 노광 속도가 포지티브형의 절반 이하 수준이어도 된다. 이에 따라 별도의 전면노광 공정이 필요없고 공정시간을 단축시킬 수 있다. 이는 네가티브 감광성 조성물이 노광에 의해 라디칼 반응을 일으키기 때문인 것으로 생각된다.
도 2에는 본 발명에 따른 네가티브형 감광성 수지 조성물을 사용한 절연막의 형성 공정도를 나타내었다.
먼저 네가티브형 감광성 수지 조성물을 침지, 분무, 회전 및 스핀 코팅을 포함하는 통상적인 방법으로 기재상에 도포하여 감광성막을 형성한다(S21).
도포된 감광성막은 80∼130℃의 온도로 가열 처리(소프트 베이크)하여 용매를 증발시킨다. 형성된 감광성막을 마스크 등을 사용하여 빛, 특히 자외선에 선택적으로 노광시킴으로써 노광된 부위가 광반응에 의해 이후 수행되는 현상공정에서 용해되는 가용성 수지가 되도록 한다(S22). 노광된 막을 알칼리성 현상 수용액에 침지시킨 후, 빛에 노출된 부위의 감광막의 노광된 부분이 전부 또는 거의 대부분 용해될 때까지 방치한다(S23). 적합한 현상 수용액으로는 알칼리 수산화물, 수산화암모늄 또는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드를 함유하는 수용액 등이 사용될 수 있다.
노광된 부위가 용해되어 제거된 기판을 현상액으로부터 꺼낸 후, 열처리 공정을 수행하여 감광성막의 접착성 및 내화학성을 증진시킬 수 있는데, 이를 일반적으로 하드 베이크(hard bake) 공정 또는 경화(curing) 공정이라고 한다. 이러한 열처리는 100∼250℃의 온도에서 행할 수 있다. 열처리를 완료하면 목적하는 절연막 패턴을 형성하게 된다(S25).
형성된 절연막 패턴의 상부에 알루미늄, ITO 등을 증착하여 화소 전극을 형성하게 되는 것이다.
즉, 감도 및 투과율 측면에서 뚜렷한 향상을 보이면서도 공정 스텝과 시간을 단축시킬 수 있는 것으로서, 노광 속도가 약 50% 감소하며 전면노광 생략으로 인한 작업 단축 및 경화 시간도 기존 대비 1/3 수준으로 단축 가능하게 된다. 또한 네가티브형 감광성 수지를 사용할 경우 노광 특성에 의해 고테이퍼 각도 형성이 가능하여 45∼85도의 열안정성이 있는 콘택홀의 형성이 가능하다.
포지티브형 감광성 수지를 사용하여 유기절연막을 형성하는 경우와, 네가티브형 감광성 수지를 사용하여 유기절연막을 형성하는 경우 공정 특성과 형성된 절연막의 물성을 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.
포지티브형 네가티브형 비고
노광량(mj/cm2) 1) 2002) 900(전면노광) 100 네가티브형의 경우 전면노광 없음
잔막율(%) 75% 이상 85% 내외
해상도(㎛) 5 x 5 가능 10 x 10 가능 두께: 3.5㎛
현상 TMAH 2.38% TMAH 2.38% 현상시간 단축가능(70초→40초)
투과율(%) 90±2 97±2 포지티브형의 경우 PAC 흡수로 인해 투과율이 저하됨
유전율 ∼3.5 ∼3.5 수지가 동일하면 차이는 미미함(아크릴 수지)
내화학성 우수 우수 일반적으로 네가티브형이 좀더 우수함
부착력 우수 우수 일반적으로 네가티브형이 좀더 우수함
코팅 특성 동일 동일 기타 일반 성질은 유사함
네가티브형 감광성 수지 조성물을 적용한 경우, 다른 특성에서는 포지티브형과 유사하거나 더 우수한데, 해상도가 약간 떨어진다는 것을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 공정을 적용하면 기존에 30㎛ x 30㎛ 수준의 해상도만 가능하던 유기절연막을 개선하여 현재 10㎛ x 10㎛ 수준까지 개선가능하며, 이는 현재의 유기절연막 공정에 적용이 가능한 수준이다.
이하, 상술한 유기절연막을 도전성 배선간의 절연을 위하여 액정 표시 장치에 적용한 예를 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 단면도를 나타내었다. 하기하는 실시예는 예시를 위한 것일 뿐이며 다양한 실시예가 가능함이 물론이다.
액정 표시 장치는 크게 박막 트랜지스터가 매트릭스 형태로 형성된 TFT 기판(G1), TFT 기판(G1)과 대향하여 구비되는 컬러필터 기판(G2) 및 상기 TFT 기판(G1)과 컬러필터 기판(G2)과의 사이에 주입된 액정층(110)을 포함하여 이루어진다. 하부 절연 기판(10) 위에 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(20)이 게이트 배선(도시되지 않음)을 덮고 있다.
게이트 절연막(20) 상부에는 데이터 배선(30)이 형성되어 있다. 데이터 배선(30)은 세로 방향으로 형성되어 게이트선과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선, 데이터선의 분지이며 저항성 접촉층의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극, 데이터선의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 끝단, 소스 전극과 분리되어 있으며 게이트 전극에 대하여 소스 전극의 반대쪽 저항성 접촉층 상부에 형성되어 있는 드레인 전극을 포함한다. 데이터 배선(30)의 상부에는 완충용 SiNx층(40) 및 본 발명에 따른 네가티브형 감광성 수지 조성물을 적용하여 제조된 유기절연막(50)이 형성되어 있다.
유기절연막(50)에는 드레인 전극 및 데이터 끝단을 각각 드러내는 접촉 구멍이 형성되며, 게이트 절연막(20)과 함께 게이트 끝단을 드러내는 접촉 구멍이 형성된다. 네가티브형 유기절연막을 이용하여 콘택홀을 형성하는 공정 순서는 다음과 같다. 코팅(coating) 단계 → 진공 건조(vacuum dry) 단계 → 이비알(EBR; edge bead rinse) 단계 → 프리베이크(prebake) 단계 → 노광(exposure) 단계 → 현상(develop) 단계 → 하드베이크(hard bake or curing) 단계 등을 포함하여 이루어진다.
유기절연막(50) 위에는 접촉 구멍을 통하여 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있으며 화소에 위치하는 화소 전극(60)이 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(60)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 등으로 형성된다.
하부 기판(10)과 대향되는 상부 기판(70)상에는 광 누출을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(80), 광에 의해서 적색으로 발현되는 R(Red) 색화소, 광에 의해서 녹색으로 발현되는 G(Green) 색화소 및 광에 의해서 청색으로 발현되는 B(Blue) 색화소로 이루어진 칼라 필터(90) 및 화소 전극(60)과 대향되는 공통전극(100)이 형성되어 있으며, 화소 전극(60)과 공통전극(100) 사이에는 액정물질이 주입되어 액정층(110)을 이루게 된다. 상기 공통 전극(100)은 ITO 또는 IZO 막과 같은 투명성 도전막으로 이루어진다.
상기 실시예에서 유기절연막은 도전성 배선으로서 데이터 배선과 화소 전극 사이에 형성되어 있는 구조이지만, 이는 설계되는 장치의 구조에 따라서 게이트 배선과 화소 전극 사이에도 형성 가능함이 물론이다. 이상과 같은 박막 트랜지스터 기판을 갖는 액정 표시장치는 고개구율의 실현이 가능한 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면 고개구율의 액정 표시 장치를 구현하기 위하여 유기절연막의 형성을 위하여 네가티브형 감광성 수지 조성물을 이용함으로써 감도 및 투과율을 향상시킬 수 있게 된다. 이를 이용하여 절연막을 제조하면 전면 노광 공정을 없앰으로써 공정의 단순화 및 작업수를 감소시킴으로써 생산량의 증가가 가능하게 된다.
이에 더하여 열안정성이 좋은 고테이퍼 각의 콘택홀을 형성하는 것이 가능하여 공정안정화 및 수율 증대를 이룰 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 포지티브형 감광성 수지 조성물을 사용한 절연막의 형성 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 네가티브형 감광성 수지 조성물을 사용한 절연막의 형성 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 단면도이다.

Claims (16)

  1. 바인더 수지 5∼40 중량부, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머 2∼50 중량부, 광개시제 0.005∼20 중량부 및 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 화합물 0.0001∼3 중량부를 포함하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 하기 일반식 (1)으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
    (상기 일반식 (1)에서 중합 단위 A는 벤질메타아크릴레이트[benzyl methacrylate; BzMA] 및 스티렌[styrene; Sty] 중 어느 하나이고, B는 아크릴산 및 메타아크릴산 중 어느 하나이고, C는 글리시딜 메타아크릴레이트[glycidyl methacrylate; GMA], 히드록시에틸 메타아크릴레이트[hydroxyethyl methacrylate; HEMA] 및 아크릴아미드[acryl amide; ACAMi] 중 어느 하나이며, 중합 단위 A, B 및 C의 배열 순서는 바뀔 수 있다)
  3. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머는 펜타에리스리톨테트라[메타]아크릴레이트 및 프로필렌옥사이드기의 수가 2 내지 14인 프로필렌글리콜디[메타]아크릴레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광개시제는 아세토페논 및 벤조페논중 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 유기 용제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유기 용제는 에틸에톡시프로피오네이트[EEP], 에틸락테이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트[PGMEA], 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜메틸아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸아세테이트, 노말부틸아세테이트(n-BA), 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디메틸포름아미드[DMF], N,N-디메틸아세트아미드[DMAc], N-메틸-2-피롤리돈[NMP], γ-부틸로락톤, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 다이글라임, 테트라하이드로퓨란[THF], 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소-프로판올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 디에틸렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄 및 옥산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 유기 용제는 PGMEA, EEP 및 n-BA를 함량비로 55∼95 : 45∼5 : 1∼10 범위로 혼합하여 얻어지는 것임을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 광증감제, 열중합 금지제, 소포제 및 레벨링제중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조성물의 점도가 5∼30 cps 범위인 것을 특징으로 하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물.
  10. 기재상에 바인더 수지 5∼40 중량부, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머 2∼50 중량부, 광개시제 0.005∼20 중량부 및 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 화합물 0.0001∼3 중량부를 포함하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물을 도포 및 건조시켜 얻어지는 절연막.
  11. 제10항에 있어서, 상기 절연막의 광투과율이 92% 이상인 것을 특징으로 하는 절연막.
  12. 도전성 배선;
    상기 도전성 배선상에 형성되는 네가티브형 감광성 수지의 유기절연막; 및
    상기 유기절연막 상에 형성되는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유기절연막의 광투과율이 92% 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  14. 제12항에 있어서, 상기 유기절연막이 바인더 수지 5∼40 중량부, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머 2∼50 중량부, 광개시제 0.005∼20 중량부 및 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 화합물 0.0001∼3 중량부를 포함하는 절연막용 네가티브 감광성 수지 조성물을 도포 및 건조하여 형성되는 막임을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  15. 제12항에 있어서, 상기 도전성 배선이 데이터 배선 및 게이트 배선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  16. 제12항에 있어서, 상기 유기절연막을 노광 및 현상하여 형성되는 콘택홀이 45∼85도의 테이퍼각을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8092981B2 (en) 2008-01-04 2012-01-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Negative photoresist composition and method of manufacturing array substrate using the same
WO2023002280A1 (ja) * 2021-07-20 2023-01-26 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置、表示装置の作製方法、表示モジュール、及び電子機器

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