(57)【要約】【課題】本発明は、液晶表示素子用フォトマスクおよびこれを用いたカラーフィルタの製造方法に関するものであり、より詳しくは、遮光領域の少なくとも１辺に互いに平行に配列された複数のスリット構造、または透過率が調節された構造を含むフォトマスクおよびこれを用いたカラーフィルタの製造方法に関するものである。【解決手段】本発明に係るフォトマスクを用いて製造されたカラーフィルタは、ブラックマトリックスで区分された画素の境界面における段差が少なく、液晶セルにおいてカラーフィルタと薄膜トランジスタとの間隔差が発生する現象を減少することができ、このようなカラーフィルタを用いて製造した液晶表示素子の場合には、別途の工程や光学的または回路補償がなくても電界特性が改善され、コントラスト比が向上して色相差現像が減少する効果がある。【選択図】図１
2008310332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光に対して遮光性を有する遮光領域、前記遮光領域で囲まれて光に対して透光性を有する透光領域、および前記遮光領域の少なくとも１辺に互いに平行に配列された複数のスリット構造を含むことを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記スリット構造は、それぞれ幅と間隔が０．５〜２０μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記スリット構造を通じて光が透過する領域が遮光領域に対して５〜９０％であることを特徴とする、請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記スリット構造を通じて透過する光の透過率が５〜９０％であることを特徴とする、請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項５】
光に対して遮光性を有する遮光領域、前記遮光領域で囲まれて光に対して透光性を有する透光領域、および前記遮光領域の少なくとも１辺に互いに平行に配列された透過率が調節された構造を含むことを特徴とするフォトマスク。
【請求項６】
前記透過率が調節された構造は、Ｃｒ、Ｃｒの酸化物、Ｍｏ、Ｍｏの酸化物、フタロシアニン高分子、ポリイミド、シリカ、またはシリコンからなることを特徴とする、請求項５に記載のフォトマスク。
【請求項７】
前記透過率が調節された構造を通じて光が透過する領域が遮光領域に対して１０〜５０％であることを特徴とする、請求項５に記載のフォトマスク。
【請求項８】
前記透過率が調節された構造を通じて透過する光の透過率が５〜９０％であることを特徴とする、請求項５に記載のフォトマスク。
【請求項９】
ａ）ブラックマトリックスが形成された基板上にカラーフィルタ層を形成するステップ；および
ｂ）前記形成されたカラーフィルタ層を請求項１〜８のうちのいずれか一項のフォトマスクを用いて露光して現像するステップ；を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項１０】
前記基板は、ガラス基板、フレキシブル基板、または導電性物質がコーティングされたガラス基板であることを特徴とする、請求項９に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１１】
前記カラーフィルタ層を形成するカラーフィルタ材料は、ネガティブ型の感光性樹脂組成物であることを特徴とする、請求項９に記載のカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面表示装置、例えば、液晶表示素子に用いられるフォトマスクおよびこれを用いたカラーフィルタの製造方法に関するものである。より詳しくは、遮光領域の少なくとも１辺に互いに平行に配列された複数のスリット構造、または透過率が調節された構造を含む液晶表示素子用フォトマスクおよびこれを用いたカラーフィルタの製造方法に関するものである。
【０００２】
本出願は、２００７年６月１４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２００７−００５８５３０号の出願日の利益を主張しており、その内容すべては本明細書に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示素子に用いられる液晶セルの構造は、大きく、駆動のための薄膜トランジスタ基板と、色相を具現するカラーフィルタと、２つの基板の間の液晶とで形成されている。前記カラーフィルタは、顔料が分散した感光性有機物質を用いて光エッチング法によってパターンを形成した後に、カラー映像を具現するために３種類以上の透過−吸収波長を有するカラーインクを用いて画素を形成する基板である。液晶表示素子で鮮明かつ自然な映像を具現するためには、高いコントラスト比と色相差が最小化されたカラーフィルタを用いなければならない。
【０００４】
カラーフィルタの製造において、画素を形成するときに、各画素を区分するためにブラックマトリックスを用いることが必須である。しかし、ブラックマトリックスパターンを形成した後に再び画素を形成するときに最も大きく問題となることは、画素の境界面における段差である。段差が発生する場合に、液晶セルにおいてカラーフィルタと薄膜トランジスタとの間の間隔差が発生するため、結果的には電場の歪曲に繋がるようになる。したがって、コントラスト比が減少したり色相差が発生する。このような短所を補完するための追加工程が必要となる。例えば、コントラスト比が減少する場合には光学的な補償フィルムを追加してこれを向上させたり、色相差が発生する場合には回路の信号を別途に補正する措置を取ることができる。しかしながら、これは、液晶表示素子の製造原価を上昇させる主要な原因となりうる。
【０００５】
段差を減らすための他の普遍的な方法としては、透明な有機薄膜を追加的に塗布する方法がある。しかしながら、この方法も、追加工程による費用増加、および有機薄膜工程中に異物によって発生し得る不良要素などによる収率低下の問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した問題点を解決するために、本発明は、多数のスリット構造、または透過率が調節された構造を含むことによって、カラーフィルタの段差を最小化することができる液晶表示素子用フォトマスクを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、前記フォトマスクを用いて光学補償フィルムや回路補償、または追加工程がなくてもコントラスト比が向上して色相差現象が減少するカラーフィルタの製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光に対して遮光性を有する遮光領域、前記遮光領域で囲まれて光に対して透光性を有する透光領域、および前記遮光領域の少なくとも１辺に互いに平行に配列された複数のスリット構造、または透過率が調節された構造を含むフォトマスクを提供する。
【０００９】
また、本発明は、ａ）ブラックマトリックスが塗布されている基板上にカラーフィルタ層を形成するステップ；ｂ）前記形成されたカラーフィルタ層を前記フォトマスクを用いて露光して現像するステップ；を含むカラーフィルタの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るフォトマスクを用いて製造されたカラーフィルタは、ブラックマトリックスで区分された画素の境界面における段差が少なく、液晶セルにおいてカラーフィルタと薄膜トランジスタとの間の間隔差が発生することを最小化することができる。また、このようなカラーフィルタを用いて製造した液晶表示素子の場合には、別途の工程や光学的補償または回路補償がなくても電界特性が改善され、コントラスト比が向上して色相差現像が減少するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
図１と図２は、本発明の一実施形態に係るフォトマスクの構造を示した図である。図１において、灰色の部分は光が透過しない遮光領域であり、白色の部分は光が透過する透光領域である。図１のフォトマスクは、遮光領域のうちの少なくとも１辺以上に多数のスリット構造が互いに平行に配列されている構造である。
【００１３】
前記スリット構造の形態には特に制限はなく、長方形または格子模様などの形態であることができ、設計の便宜上長方形の形態が好ましい。
【００１４】
前記各スリット構造は、幅と間隔が０．５〜２０μｍであることが好ましい。前記スリット構造の幅と間隔が０．５μｍ未満である場合にはスリットを安定的に形成し難く、前記スリット構造の幅と間隔が２０μｍを超過した場合には所望するパターン模様を得ることができず、画素部の境界面部分における段差を減らすことができない。
【００１５】
また、前記スリット構造は、遮光領域のうちの少なくとも１辺以上に形成されることが好ましく、より好ましくは遮光領域の少なくとも２辺以上に形成され、遮光領域のすべての辺に形成されることが最も好ましい。
【００１６】
一方、図３に示すように、スリットの数と大きさによって光が透過する量を調節することができる。前記フォトマスク内の遮光領域は完全に光が遮断されるし、前記スリット構造が形成された領域はスリット構造を通じて一部の光が透過し、前記遮光領域よりも少ない光エネルギーを受けるようになるが、前記一部の透過する光によってカラーフィルタ層が反応するようになる。前記スリット構造を通じて光が透過する領域は、遮光部領域に対して５〜９０％であることが好ましい。前記スリット構造を通じて光が透過する領域が遮光部領域に対して５％未満である場合にはパターンの形成が困難であり得るし、９０％を超過する場合には本発明に係る効果が表れない。
【００１７】
図２のフォトマスクは、遮光領域に透過率が調節された構造が配列されている構造である。前記透過率が調節された構造の形態には特に制限はなく、例えば、長方形や円形などの形態であることができ、設計の便宜上長方形の形態が好ましい。透過率を調節するための方法としては、ＣｒやＣｒの酸化物、またはＭｏやＭｏの酸化物のように金属や金属の酸化物で薄膜を形成する方法が可能である。また、光を吸収する有機物質として、フタロシアニン高分子またはポリイミドとシリカまたはシリコンなどをコーティングまたは蒸着させて透過率を調節する方法が可能である。しかしながら、特定領域の透過率を調節することができる限り、特に記載された方法に局限されることはない。
【００１８】
前記各透過率が調節された領域は、遮光領域に対して１０〜５０％であることが好ましい。前記透過率が調節された領域が最小遮光部領域に対して１０％未満である場合には所望する効果を得ることができず、５０％を超過する場合には隣接した構造と重なってしまい設計が不可能である。
【００１９】
また、透過率が調節された構造は、遮光領域のうちの少なくとも１辺以上に形成されることが好ましく、より好ましくは少なくとも２辺以上に形成され、遮光領域のすべての辺に形成されることが最も好ましい。
【００２０】
前記スリット構造または透過率が調節された構造を通じて光が透過する量を調節することができる。前記スリット構造または透過率が調節された構造を通じて透過する光の透過率は、５〜９０％であることが好ましい。前記透過率が５％未満である場合にはパターンが適切に形成されないことがあり、９０％を超過する場合には本発明に係る効果が表れないことがある。図６は、透過率による光漏れ現象を観察した写真であって、透過率が５％未満または９０％を超過した場合に光漏れ現象が発生することを知ることができる。
【００２１】
また、本発明は、
ａ）ブラックマトリックスが塗布されている基板上にカラーフィルタ層を形成するステップ；
ｂ）前記形成されたカラーフィルタ層を本発明のフォトマスクを用いて露光して現像するステップ；を含むカラーフィルタの製造方法を提供する。
【００２２】
前記ａ）は、ブラックマトリックスが塗布されている基板にカラーフィルタ層を形成するステップである。前記基板の材料は特に限定されないが、ガラス基板、プラスチックなどのフレキシブル基板または導電性物質がコーティングされたガラス基板などを用いることができ、耐熱性が強い透明ガラス基板が好ましい。
【００２３】
前記ブラックマトリックスとしては、樹脂ブラックマトリックスやＣｒまたはＣｒＯｘブラックマトリックスなどを用いることができるが、ブラックマトリックス機能を行うものであれば特に前記した例に局限されることはない。
【００２４】
前記カラーフィルタ材料は、露光後のアルカリ現像液に対して溶解度が低くなる構造であって、非露光部が現像されるネガティブ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）型の感光性樹脂組成物が好ましい。
【００２５】
前記樹脂カラーフィルタ層は、当技術分野において知られている方法、例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、またはドクターブレーディングなどの方法で塗布した後に５０〜１５０℃で１０〜１０００秒間プリベーク工程を行って形成することができる。
【００２６】
前記ｂ）は、前記形成されたカラーフィルタ層を本発明のフォトマスクを用いて露光して現像するステップである。前記本発明のフォトマスクは、遮光領域にスリット構造または透過率が調節された構造が導入されている。したがって、前記フォトマスクを用いて露光されたカラーフィルタ層を現像液内に漬けたりスプレーすることで現像液に露出させれば、光が遮断されて光と反応しないフォトマスクの遮光領域に該当するカラーフィルタ層の部分は前記現像液と反応して除去され、透光領域の部分に該当するカラーフィルタ層の部分は基板上に残るようになる。前記フォトマスクのうちスリット構造、または透過率が調節された構造を通じて透過する光の量が調節された部分に該当するカラーフィルタ層の部分は、図５に示すように、ブラックマトリックスパターンによって区分される境界面における高さが低くなった形態で形成される。
【００２７】
前記露光は、当技術分野において知られている通常の方法を用いて実行することができる。前記露光は、マスクアライナ、ステッパ、またはスキャナなどの露光装備を用いてｇ−線（４３６ｎｍ）、ｈ−線（４０５ｎｍ）、ｉ−線（３６５ｎｍ）、ｊ−線（３１３  ｎｍ）の単独または混合光源を用いることができる。
【００２８】
露光エネルギーは、カラーフィルタ層の感度によって決定されるようになり、通常、１０〜２００ｍＪ／ｃｍ２を用いることができる。前記露光エネルギーが１０ｍＪ／ｃｍ２未満である場合にはパターンが正常的に形成され難く、２００ｍＪ／ｃｍ２を超過した場合には本発明の効果が表れないことがある。
【００２９】
前記露光によって溶解度差が発生したカラーフィルタ層を現像した後のカラーフィルタの製造方法は、当技術分野において知られている一般的な方法で実行することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の好ましい実施例を記載する。ただし、下記の実施例は、本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明が下記の実施例によって限定されるものではない。
【００３１】
［実施例］
厚さ約１μｍのブラックマトリックスが形成されたガラス基板上にカラーフィルタ材料（ＬＧ化学のネガティブタイプのカラーフィルタ用フォトレジストであるＨＣＲ３）をスピンコーティング方法を用いて塗布した後、１００℃で２分間プリベークしてカラーフィルタ層を形成した。この後、本発明に係る遮光領域にスリット構造、または透過率調節構造を通じて透過する光の透過率がそれぞれ５％、１０％、２０％、５０％、および９０％であるフォトマスクを用い、高圧水銀ランプ下で１００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーで露光させた。前記露光された基板を２５℃の温度で０．０４％のＫＯＨ水溶液でスプレー方式で現像した後、純水で洗浄してエアーブローイング（ａｉｒ  ｂｌｏｗｉｎｇ）によって乾燥させた。この後、２２０℃のコンベクションオーブンで３０分間ポストベーク（ｐｏｓｔ−ｂａｋｅ）した。前記カラーフィルタによって形成された開口部の面積は６０μｍ×１８０μｍであったし、透過率が調節された部分の面積は、ピクセル当りの縦線の領域が２０μｍ×１８０μｍ、横線の領域が５０μｍ×６０μｍであった。前記カラーフィルタによって形成された開口部の中心表面からガラス面までの距離は１．５μｍであった。
前記透過率が５％であるフォトマスクを用いた場合の境界面におけるパターンを図７に示した。
【００３２】
［比較例１］
遮光領域の光の透過率が３％であるフォトマスクを用いたことを除いては、実施例と同一の方法でカラーフィルタを製造した。
前記透過率が３％であるフォトマスクを用いた場合の境界面におけるパターンを図８に示した。前記図８に示すように、境界面領域でパターンが適切に形成されず、線間幅が細くて滑らかでないように形成されることを知ることができる。
【００３３】
［比較例２］
遮光領域の光の透過率が９５％であるフォトマスクを用いたことを除いては、実施例と同一の方法でカラーフィルタを製造した。
【００３４】
［比較例３］
透過率を調節しないフォトマスクを用いたことを除いては、実施例と同一の方法でカラーフィルタを製造した。
【００３５】
［実験例］
［段差測定］
ブラックマトリックスパターンを含むガラス基板上に前記実施例１と比較例１〜３で製造したカラーフィルタの開口部の中央部位のインク膜の厚さは１．５μｍを維持した。図４に示すように、開口部の中央部位とブラックマトリックス上にインクが出た部分との間の段差を測定して下記の表１に記載した。段差は、Ｔｅｎｃｏｒ社のＡｌｐｈａ−Ｓｔｅｐを用いて測定した。
【００３６】
【表１】
2008310332.tif 000003
【００３７】
［コントラスト比測定］
カラーフィルタのコントラスト比は、線偏光された光源上に前記実施例１と比較例１〜３で製造されたカラーフィルタを上げておいた後、偏光板を回しながら光の強さを測定し、最大値を最小値で割った値を基準として測定した。光の強さを測定する方法としては、日本ミノルタ社のＣＣＤ素子を装着したカメラを用いた。前記結果を下記の表２に記載した。
【００３８】
【表２】
2008310332.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のスリット構造を含むフォトマスクの平面図である。
【図２】本発明の透過率が調節された構造を含むフォトマスクの平面図である。
【図３】図１の一部領域を拡大した拡大図である。
【図４】ブラックマトリックスパターンによって区分される境界面における段差を示した断面図である。
【図５】ブラックマトリックスパターンが形成された基板上にカラーフィルタ層を塗布し、従来のフォトマスクおよび本発明のフォトマスクを用いて露光および現像した後の段差を比較した断面図である。
【図６】フォトマスクの透過率に係る光漏れ現象を示した写真である。
【図７】本発明の実施例１の透過率５％のフォトマスクを用いて形成されたパターンを示した写真である。
【図８】本発明の比較例１の透過率３％のフォトマスクを用いて形成されたパターンを示した写真である。
【図１】
2008310332.tif 000005
【図２】
2008310332.tif 000006
【図３】
2008310332.tif 000007
【図４】
2008310332.tif 000008
【図５】
2008310332.tif 000009
【図６】
2008310332.tif 000010
【図７】
2008310332.tif 000011
【図８】
2008310332.tif 000012