블랙 레지스트용 감광성 수지 조성물 및 이것을 이용한 차광막 및 컬러 필터 document_id A220623071136

컬러 필터는 일반적으로 유리, 플라스틱 시트 등의 투명기판의 표면에 흑색의 매트릭스를 형성하고, 이어서 적, 녹, 청 등의 3종 이상의 다른 색상을 순차적으로 스트라이프 형상 또는 모자이크 형상 등의 색패턴으로 형성시킨다. 패턴 사이즈는 컬러 필터 용도 및 각각의 색에 따라 다르지만 5~700㎛정도이다. 또한, 서로 겹치는 위치 정도(精度)는 수㎛~수십㎛이며, 치수 정도가 높은 미세가공기술에 의해 제조되고 있다. 컬러 필터의 대표적인 제조방법으로서는 염색법, 인쇄법, 안료분산법, 전착법 등이 있다. 이들 중, 특히, 색재료를 함유하는 광중합성 조성물을 투명기판 상에 도포하고, 화상노광, 현상, 필요에 따라 경화를 반복하는 것으로 컬러 필터 화상을 형성하는 안료분산법은 컬러 필터 화소의 위치, 막두께 등의 정도가 높고, 내광성, 내열성 등의 내구성에서 우수하고, 핀홀 등의 흠결이 적기 때문에 널리 채용되고 있다. 블랙 매트릭스는 적, 녹, 청의 색패턴 사이에 격자 형상, 스트라이프 형상 또는 모자이크 형상으로 배치하는 것이 일반적이고, 각 색간의 혼색 제어에 의한 콘트라스트 향상 또는 누광에 의한 TFT의 오동작을 방지하는 역할을 하고 있다. 이 때문에, 블랙 매트릭스에는 높은 차광성이 요구된다. 종래, 블랙 매트릭스는 크롬 등의 금속막으로 형성하는 방법이 일반적이었다. 이 수법은 투명기판상에 크롬 등의 금속을 증착하여 포토리소그래피공정을 거쳐서 크롬층을 에칭처리 하는 것이기 때문에, 얇은 막두께에서 고차광성이 고정도로 얻어진다. 그 반면, 제조공정이 길고, 또한 생산성이 낮은 수법이고, 고비용, 에칭처리의 폐액 등에 의한 환경문제가 발생하는 등의 문제를 포함하고 있다. 따라서, 이들 문제를 해결하는 것으로서, 특허문헌 1에서 감광성 수지를 함유한 포토리소그래피법을 제안하고 있다. 그렇지만 이 방법으로 얻은 수지차광막에 대해서도 크롬 등의 금속막에 의한 블랙 매트릭스와 동등의 차광성(광학농도)을 발현시키기 위해서는 차광성 안료 등의 함유량을 많게 할 필요가 있지만, 수지 블랙 매트릭스와 같이 광 전 파장영역에 있어서 차광능력이 요구되는 경우에는 자외선을 조사시켜 광경화하는 과정에서 차광성 안료가 자외선을 흡수하기 때문에, 1) 노광된 부분에서도 막두께 방향에 대한 가교밀도의 차가 발생하고, 도막표면에서 충분히 광경화하여도 기저면에서는 광경화하기 어려운 점, 2) 노광부분 및 미노광부분에 있어서의 가교밀도의 차를 만드는 것이 현저히 곤란한 점, 3) 현상액에 불용성인 다량의 차광성 안료를 배합하기 때문에 현상성의 저하가 현저한 점 등, 블랙 레지스트의 광감도, 해상성, 밀착성, 현상성, 에지 형상의 선명도 등의 점에서 과제가 있으며, 차광성이 보다 높고, 또는 인패턴에 따르는 에지 형상이 선명한 블랙 매트릭스의 개발이 요구되어져 왔다. 최근 고명도, 고채도화·고정세화를 달성하기 위해 컬러 필터관련재료의 하나인 수지 블랙 매트릭스는 막두께 1㎛정도의 박막에서의 사용범위가 주류였지만, 종래 이상으로 고차광화가 요구되고 있어서, 막두께 1.5㎛를 초과하는 수지 블랙 매트릭스도 새롭게 나왔다. 또한, 최근에는 컬러 필터온어레이(color filter on array)기술을 도입한 패널이 주목을 받고 있다. 이 기술은 컬러 필터기판 및 TFT 어레이기판을 일체화시킨 것으로 두 개의 기판의 정밀한 위치맞춤이 불필요하고, 컬러 필터의 적, 청, 녹의 각 화소를 한계에까지 미세화하는 것이 가능하기 때문에, 패널의 고정세화로 이어진다. 이와 같은 컬러 필터온어레이용 수지 블랙 매트릭스는 높은 차광성을 필요로 하기 때문에, 막두께 2㎛ 이상이 요구되어 지고 있다. 그러나 수지 블랙 매트릭스의 막두께가 증대함에 따라 노광된 부분에서의 막두께 방향에 대한 가교밀도의 차가 확대되기 때문에, 고감도화를 달성하여 양호한 형상의 블랙패턴을 얻는 것이 한층 곤란하게 된다. 또한, 그 후의 열소성 과정에 있어서, 노광된 부분에서의 막두께 방향에 대한 가교밀도의 차가 있기 때문에, 도막 표면과 기판 부근에서의 열경화수축에 차가 발생하여 도막 표면조도가 증대하여 표면평활성이 악화되어 표면에 주름이 발생하고, 그 후의 적, 청, 녹의 각 화소의 형성에 악영향을 미친다. 노광조건이나 열소성 조건을 변경하는 것으로 표면조도의 증대를 방지하는 것이 가능하지만, 패터닝 특성이나 신뢰성 특성이 손상될 가능성이 높아서 바람직하지 않다. 특허문헌 2에서는 특정 방향족 에폭시화합물과 (메타)아크릴산의 반응물을 다염기산카르복시산 또는 그 무수물과 더 반응시켜 얻은 불포화기함유 화합물을 수지주성분으로서 함유하는 블랙 레지스트가 고차광률을 갖고, 포토리소그래피법에 의한 미세 패턴의 형성이 용이하고, 또한 절연성, 내열성, 밀착성, 실온보존안정성도 우수한 차광성 박막형성용 조성물로 되는 것을 보고하고 있다. 그러나 특허문헌 2도 블랙 매트릭스의 표준적인 막두께인 1㎛부근의 박막용 블랙 레지스트에 대하여 설명하고 있고, 1.5㎛를 초과하는 막두께와 관련된 광경화성, 현상 특성에 대해서는 언급하지 않고 있다. 후막인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 관련재료의 예시가 특허문헌 3~5 등에서 보인다. 그러나 특허문헌 3은 노광 및 열소성 공정을 갖지 않는 인쇄법에서의 컬러 필터 형성법에 관한 내용일 뿐만 아니라, 수지 블랙 매트릭스가 아닌, 레드, 블루, 그린 등의 컬러매트릭스의 형성법에 관한 내용이다. 특허문헌 4는 배면광에 의해 후막을 형성하는 방법이지만, 이것도 블랙은 아니고, 블루를 차광막으로 이용하고 있어서 차광성의 점에서 충분하지 않고, 또한 일반적인 프로세스와는 다른 배면 노광을 행하기 때문에 생산성이나 수율면에서 과제가 남아있다. 특허문헌 5는 컬러 필터용 보호막에 관한 내용이다. 열소성 후의 표면조도 증대를 방지하는 수법의 하나로서, 블랙 레지스트의 열경화수축을 적게 하면 좋고, 바인더 수지의 분자량을 증대시키는 것이 일반적으로 유효하지만, 광경화성·현상 특성의 악화·박리현상 등이 발생하지 않고, 현상 마진이 충분히 넓은 양호한 패턴형상을 얻는 점 및, 도막의 표면조도의 증대가 발생하지 않는 점이 상보관계에 있고, 양립시키는 것은 후막 수지 블랙 매트릭스의 경우, 매우 곤란하기 때문에, 안료분산법에 의해 얻어지는 수지 블랙 매트릭스에 있어서, 수지 블랙 매트릭스 후막이 1.5㎛를 초과하는 후막인 블랙 레지스트용 감광성 수지조성물 및 이것을 이용하여 형성된 차광막에 관한 보고는 과거에는 보이지 않는다. 또한, 고차광화의 수단으로서 차광성 안료를 대량으로 사용하는 것도 시험해보고 있지만, 차광성 안료로서 카본 등의 도전성재료를 사용한 경우, 블랙 매트릭스의 체적저항이 저하하고, 표시장치 등의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다. [특허문헌 1] 일본특허공개 평4-177202호 [특허문헌 2] 일본특허공개 평8-278629호 [특허문헌 3] 일본특허공개 평5-045513호 [특허문헌 4] 일본특허공개 평5-181000호 [특허문헌 5] 일본특허공개 평5-288926호