KR100469390B1 - 액정 표시장치의 컬러필터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시장치의 컬러필터 제조방법에 관한 것으로, 종래 액정 표시장치의 제조방법은 잉크젯 프린트법을 사용하는 경우에는 이웃한 색상층이 혼색되어 수율이 저하되고, 공정의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 유리기판의 상부에 수지를 도포하는 단계와; 상기 수지를 사진식각공정으로 패터닝하되, 상기 사진식각공정의 노광량 또는 상기 수지의 식각시간을 조정하여 상부면이 둥근 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스 사이에 노출된 유리기판 상에 각각 적, 녹, 청색을 나타내는 색상층을 인쇄하는 단계를 포함하는 제조공정을 통해 컬러필터를 제조함으로써, 잉크젯 프린트법으로 색상층을 형성할때, 잉크의 번짐을 방지할 수 있어, 공정의 안정성과 수율을 증대시키는 효과와 아울러 블랙 매트릭스의 측면을 완만한 경사형으로 형성함으로써 보다 균일한 색상층을 형성할 수 있게 되어 광투과율 및 색순도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

액정 표시장치의 컬러필터 제조방법{COLOR FILTER MANUFACTURING METHOD FOR LCD}

본 발명은 액정표시장치의 컬러필터 제조방법에 관한 것으로, 특히 컬러필터의 블랙매트릭스의 구조를 변경하여 컬러필터의 색상층 형성시 이웃한 색상층간의 혼색이 발생하는 것을 방지하는데 적당하도록 한 액정표시장치의 컬러필터 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 백라이트의 광을 상하측 전극의 전압차에 따라 구동되는 액정을 사용하여 회절시킴으로써, 상하측의 편광판을 통해 광이 투과되거나 차단되도록 하여, 화면을 표시하였다.

상기와 같은 구조는 색상을 표시할 수 없으며, 색상의 표시를 위해 상판측에 격자형 구조로 각 픽셀에 대향하는 위치에 적색, 녹색, 청색의 광을 필터링하는 컬러필터를 구비하여, 표시되는 화면의 색상을 구현하였다.

상기 액정 표시장치의 블랙 매트릭스는 적, 녹, 청색을 각각 나타내는 컬러필터 색상층의 각 경계에 위치하여, 픽셀전극에 의해 조절되지 않는 영역의 광을 차단하여 전체 액정 표시장치의 콘트라스트를 향상시키는 역할을 하게 된다.

상기 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터를 제조하기 위해 사용하는 종래의 방법은 크롬 또는 산화크롬을 증착하고, 패터닝하는 방법 또는 수지를 도포하고, 패터닝하여 형성하는 방법을 사용하고 있다.

상기 크롬 또는 산화크롬을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성하는 방법은 그블랙 매트릭스의 높이가 상대적으로 낮으며, 이는 안료 분산법에 의한 색상층 형성시에 적용된다.

그리고, 상기 수지를 이용한 블랙 매트릭스 형성방법은 상대적으로 높이가 높은 블랙 매트릭스를 형성할 수 있으며, 이는 잉크젯 프린트법에 의해 색상층을 형성하는 경우에 적용된다.

상기 언급한 바와 같이 블랙 매트릭스의 사이에 위치하는 색상층을 형성하기 위해서는 안료분산법, 잉크젯법을 주로 사용하고 있으며, 이와 같은 종래 컬러필터 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 일반적인 액정 표시장치의 동작 개념도로서, 이에 도시한 바와 같이 트랜지스터의 게이트전극(3)에 게이트전압을 인가하여 데이터라인을 통해 인가되는 동작전압이 픽셀전극(4)에 전압이 인가됨과 아울러 상판측의 투명전극과의 전압차에 의해 액정(6)의 방향성이 달라지게 되어, 각 픽셀마다 백라이트(27)의 광투과정도가 결정된다.

이에 따라 투과되는 광은 컬러필터(10)에 의해 그 색상이 표현된다.

상기 컬러필터(10)는 격자형 구조의 블랙 매트릭스(11)의 사이에 적색, 녹색, 청색의 색상을 각각 나타내는 색상층(12)이 위치한다.

이하, 상기와 같은 구조의 종래 컬러필터(10)를 제조하는 방법을 좀 더 상세히 설명한다.

컬러필터를 형성하기 위한 종래의 방법으로 가장 널리 사용되는 방법은 안료분산법으로, 그 안료분산법에 의한 종래 컬러필터 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2a 내지 도2e는 상기 안료 분산법을 이용한 종래 컬러필터의 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(21)의 상부에 크롬(Cr)을 증착하는 단계(도2a)와; 상기 크롬(Cr)의 상부에 포토레지스트(PR)을 도포하고 현상하여 상기 증착된 크롬(Cr)의 상부일부를 균일한 간격으로 노출시키는 패턴을 형성하는 단계(도2b)와; 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 식각마스크로 하는 식각공정으로 상기 크롬(Cr)을 식각하고, 그 포토레지스트(PR) 패턴을 제거하여 상기 유리기판(21) 상에 블랙 매트릭스(22)를 형성하는 단계(도2c)와; 안료 분산법을 사용하여 상기 블랙 매트릭스(22)의 사이에 각기 색상이 다른 색상층(23,R,G,B)를 순차적으로 형성하는 단계(도2d)와; 상기 색상층(23)의 상부전면에 투명전극(24)을 증착하는 단계(도2e)로 이루어진다.

도3은 상기 안료분산법을 이용한 종래 컬러필터 제조공정의 순서도이다.

이와 같은 안료 분산법은 다른 방식에 비하여 재료의 소모량이 많지만, 두께 균일성이 우수하기 때문에 가장 많이 사용하고 있다.

그러나, R, G, B 3가지 색상에 대하여 각각 포토레지스트 도포, 노광, 현상, 포스트 베이크의 공정을 진행해야 함으로써, 제조공정이 복잡하게 된다.

또한, 포토레지스트를 스핀코팅법으로 도포하는 과정과, 현상공정에서 도포한 포토레지스트의 대부분을 제거해 내야 하는 방식이므로, 재료의 손실이 큰 고가의 공정으로 컬러 필터의 제조단가가 상승하게 되는 원인이 된다.

그리고, 액정 표시장치가 대면적화 되면서 스핀코팅에 의해 도포되는 포토레지스트의 균일성을 확보하기가 용이하지 않음으로써 대면적의 컬러 필터 제조에는 응용할 수 없는 문제점을 나타낸다.

상기 안료 분산법과는 다른 색상층 형성방식인 잉크젯 프린트법은 수지를 이용하여 상대적으로 두께가 두꺼운 블랙 매트릭스(22)를 형성하고, 그 블랙 매트릭스(22)의 사이에 색상층 성분과 유기 바인더로 이루어진 잉크액을 가압하여 노즐로 부터 분사시키고, 건조시켜 상기 유기 바인더를 제거함으로써 색상층(23)을 유리기판(21)에 부착시키는 방법이다.

이와 같은 잉크젯 프린트법은 다른 방법에 비하여 재료의 사용량이 적어 컬러필터의 제조단가를 낮출 수 있다.

도4a 내지 도4e는 상기 잉크젯 프린트 법에 의해 색상층(23)을 형성하는 종래의 컬러필터 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(21)의 상부에 수지를 도포하고, 패턴을 형성하여 상기 크롬 블랙 매트릭스에 비해 높이가 높은 수지 블랙 매트릭스(22)를 형성하는 단계(도4a)와; 상기 수지 블랙 매트릭스(22)의 사이에 잉크젯 법으로 특정한 색상의 잉크액(R)을 분사하는 단계(도4b)와; 상기 분사된 잉크액(R)을 건조시켜 색상층(23,R)을 형성하는 단계(도4c)와; 상기 형성된 색상층(23,R)의 측면에 위치하는 블랙 매트릭스(22) 사이에 상기 색상층(23, R)과는 다른 색상의 잉크액(G)을 분사하는 단계(도4d)와; 상기 분사된 잉크액(G)을 건조시켜 색상층(23, G)을 형성하는 단계(도4e)를 포함하여 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래 잉크젯 프린트법을 사용하여 컬러필터를 형성하는 방법은 원하는 두께의 색상층(23)을 획득하기 위해서 상기 블랙 매트릭스(22) 보다두꺼운 색상층(23)을 프린트해야 하며, 이에 따라 상기 분사된 잉크액이 건조되기 이전에 다른 색상층 영역으로 번지는 경우가 발생하여 수율을 저하시키는 원인이 된다.

또한, 잉크액에 포함되는 솔벤트가 상기 수지 블랙 매트릭스(22)에 침투하여 블랙 매트릭스의 잉크액에 대한 척력을 상실할 수 있게 되어 원하는 패턴을 형성하기가 매우 어려운 문제점이 발생할 수 있다.

상기 도4c에 도시한 색상층(23, R)을 형성하는 과정에서 잉크액에 포함된 솔벤트가 수지 블랙 매트릭스(22)로 침투할 수 있게 되어, 잉크액에 대한 블랙 매트릭스(22)의 척력을 상실시킨다.

이와 같은 상태에서 도4d의 다른 색상의 잉크액(G)을 분사하는 경우, 그 척력이 상실된 블랙 매트릭스(22)를 분사되는 잉크액(G)이 넘어서게 되며, 이를 건조시키는 경우 색상층(23)의 혼합에 의하여 원하는 컬러필터를 획득할 수 없게 된다.

상기한 바와 같이 종래 액정 표시장치의 컬러 필터 제조방법은 안료 분산법을 사용하는 경우 제조비용이 증가하며, 대면적에서는 균일한 패턴을 얻을 수 없기 때문에 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 잉크젯 프린트법을 사용하는 경우에는 수지성분의 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 블랙 매트릭스의 사이에 제1색상의 색상층을 형성하는 과정에서, 그 제1색상의 색상층 측면의 수지 블랙 매트릭스의 성분이 변화되며, 그 제1색상의 색상층의 인접영역에 제2색상의 색상층을 형성하는 과정에서 그 제2색상의 색상층이건조되기 이전에 제1색상의 색상층의 상부측으로 번질 수 있으며, 이에 따라 수율이 저하되고, 공정의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 상부면이 둥근 블랙 매트릭스를 형성함으로써, 잉크젯 프린트법으로 색상층을 형성하면서도, 색상층 패턴의 혼색을 방지할 수 있는 액정 표시장치의 컬러필터 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 액정 표시장치의 동작 개념도.

도2a 내지 도2e는 종래 안료 분산법을 이용한 컬러필터의 제조공정 수순단면도.

도3은 안료 분산법을 적용하는 컬러필터의 제조공정 순서도.

도4a 내지 도4e는 종래 잉크젯 프린트법을 이용한 컬러필터 제조공정 수순단면도.

도5a 내지 도5e는 본 발명 잉크젯 프린트법을 이용한 컬러필터 제조공정 수순단면도.

도6은 잉크젯 프린트법에 사용되는 잉크젯 헤드의 구성도.

도7a 내지 도7c는 종래 블랙 매트릭스 형상에 따른 잉크의 넘침을 보인 모식단면도.

도8a 내지 도8c는 본 발명 블랙 매트릭스 형상에 따른 잉크의 넘침을 보인 모식단면도.

도9는 종래 잉크의 진행방향과 중력의 합력을 보인 모식도.

도10은 본 발명 잉크의 진행방향과 중력의 합력을 보인 모식도.

도11은 종래 색상층의 단면을 보인 상세도.

도12는 본 발명 색상층의 단면을 보인 상세도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

21:유리기판 22:블랙 매트릭스

23:색상층

상기와 같은 목적은 유리기판의 상부에 수지를 도포하는 단계와; 상기 수지를 사진식각공정으로 패터닝되, 상기 사진식각공정의 노광량 또는 상기 수지의 식각시간을 조정하여 상부면이 둥근 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스 사이에 노출된 유리기판 상에 각각 적, 녹, 청색을 나타내는 색상층을 인쇄하는 단계를 포함하는 제조공정을 통해 컬러필터를 제조함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도5a 내지 도5e는 본 발명 액정 표시장치의 컬러필터 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(21)의 상부에 수지를 증착하고, 포토레지스트를 마스크로 하는 습식식각공정으로 패터닝하여, 상부면이 둥근 수지 블랙매트릭스(22)를 형성하는 단계(도5a)와; 상기 수지 블랙 매트릭스(22)의 사이에 노출된 유리기판(21)의 상부에 특정 색상(R)의 잉크액을 잉크젯 프린트법으로 분사시키는 단계(도5b)와; 상기 잉크액을 건조시켜 상기 특정 색상(R)의색상층(23,R)을 형성하는 단계(도5c)와; 상기 색상층(32, R)이 형성된 영역의 일측 측면에 인접하게 노출되어 있는 유리기판(21) 상에 상기 색상층(23, R)의 색상과는 다른 색상(G)의 잉크액을 분사하는 단계(도5d)와; 상기 잉크액(G)을 건조시켜 색상층(23, G)을 형성하는 단계(도5e)를 포함하여 이루어진다.

이하, 상기와 같은 본 발명 액정 표시장치의 컬러필터 제조방법을 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 도5a에 도시한 바와 같이 유리기판(21)의 상부 전면에 수지를 도포한다.

그 다음, 상기 증착된 수지의 상부에 포토레지스트(도면 미도시)를 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 수지의 상부에서 소정면적으로 위치하는 다수의 패턴을 상호 소정간격 이격되도록 형성한다.

그 다음, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하는 식각공정으로 상기 유리기판(21)의 상부에 격자형 구조로 위치하는 수지패턴인 수지 블랙 매트릭스(22)를 형성한다.

이때, 상기 수지 블랙 매트릭스(22)는 그 노광량 또는 수지를 식각하는 시간의 조절에 의해 상부면을 둥글게 형성한다.

상기 노광량의 제어를 위해 포토레지스트에 반투과 마스크를 사용하는 노광공정으로 상기 수지 블랙 매트릭스(22)의 측면부의 상부에 해당하는 포토레지스트에 상대적으로 적은 량의 노광이 이루어지도록 하여, 상기 수지를 패터닝할때, 수지 블랙 매트릭스(22)의 상부측면이 식각될 수 있도록 한다.

상기 노광량의 제어에 의한 패턴형성과는 다르게, 수지를 패터닝할때 그 패터닝시간을 보다 길게 하여 수지 블랙 매트릭스(22)의 상부측면부가 식각되도록 하여, 상부면이 둥근 형태의 수지 블랙 매트릭스(22)를 획득할 수 있게 된다.

이처럼 수지 블랙 매트릭스(22)의 상부면이 둥글게 형성되면, 그 수지 블랙 매트릭스(22)가 정의하는 색상층영역의 용적율은 수지 블랙 매트릭스의 상부가 평행하게 형성될때에 비하여 증가하게 된다.

그 다음, 도5b에 도시한 바와 같이 적색(R)의 잉크액을 상기 수지 블랙 매트릭스(22)에 의해 정의 되는 픽셀영역에 잉크젯 프린트 법으로 인쇄한다.

이때 도포되는 적색(R)의 잉크액은 상기 수지 블랙 매트릭스(22)에 의해 정의 되는 픽셀영역의 용적율이 종래에 비하여 커짐에 따라 쉽게 넘치지 않게 된다.

도6은 상기 잉크액을 프린트하는 잉크젯 헤드의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 전압의 인가에 따라 팽창 및 수축하는 압전체(61)와; 잉크를 저장하는 잉크 챔버(62)와; 상기 압전체(61)의 구동에 의한 압력을 상기 잉크 챔버(62)로 인가하는 격막(DIAPHRAGM, 63)과, 상기 잉크 챔버(62)의 외측을 이루며, 깔대기형태의 구조를 가지며, 상기 격막(63)의 구동에 의해 잉크 챔버(62) 내의 잉크를 외부로 분출시키는 노즐(64)로 구성된다.

이와 같은 잉크젯 헤드는 3가지 색상의 픽셀을 하나의 단위로 화소의 수만큼 구비되며, 이는 액정 표시장치의 크기에 관계된다.

그 다음, 도5c에 도시한 바와 같이 상기 적색(R)의 잉크액을 건조시켜 적색(R)을 나타내는 색상층(23, R)을 형성한다.

그 다음, 도5d에 도시한 바와 같이 상기 적색(R)의 색상층(23, R)과 인접한 유리기판(21)의 상부에 녹색(G)의 잉크를 프린트 한다.

이때, 녹색(G)의 잉크 또한 용적율의 증가에 따라 상기 적색의 색상층(23, R)의 상부측으로 넘침이 발생하지 않게 된다.

그 다음, 도5e에 도시한 바와 같이 상기 녹색(G)의 잉크를 건조시켜, 녹색의 색상층(23, G)을 형성한다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 블랙 매트릭스 형상에 따른 잉크의 넘침 현상의 감소를 종래 블랙 매트릭스의 형상과 비교하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도7a 내지 도7c는 종래 잉크의 도포와 잉크의 넘침 과정을 보인 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(21) 상에 상부면이 평탄한 블랙 매트릭스(22)가 위치하며, 그 블랙 매트릭스(22)가 정의 하는 픽셀영역에 잉크(R)를 도포한다.

도7a에서 처럼 상기 잉크(R)가 블랙 매트릭스(22)의 상부측면 즉, A영역 내에 위치하는 경우 잉크의 다른 픽셀영역으로의 넘침이 발생하지 않게 된다.

그러나, 도7b에서와 같이 상기 영역 A를 넘어서면서 중력과 잉크의 진행방향의 합력방향으로 힘이 작용하며, 이에 의해 수평면인 블랙 매트릭스(22)의 상부면을 따라 쉽게 잉크(R)의 퍼짐이 발생하게 된다.

상기의 퍼짐이 진행하여 결국 도7c에 도시한 바와 같이 이웃한 픽셀영역으로 잉크(R)가 넘치게 된다.

그러나, 도8a 내지 도8c에 도시한 바와 같이 본 발명은 넘침의 발생시점이블랙 매트릭스(22)의 측면부인 A영역이 아닌 수지 블랙 매트릭스(22)의 중앙부인 B영역을 지나서 일어나게 된다.

그리고, 도9와 도10는 잉크의 진행방향과 중력의 방향에 따른 합력을 보인 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 종래 수지 블랙 매트릭스(22)의 상부면이 평탄한 경우에는 잉크의 진행방향(C)과 중력(G)의 방향은 상호 수직이며, 이에 따라 합력은 45도 방향이 되고, 그 합력의 크기 또한 상대적으로 크게 된다.

그러나, 본 발명에서와 같이 수지 블랙 매트릭스(22)의 합력은 잉크의 진행방향(C)과 중력(G)이 이루는 각이 90도 보다 크게 되고, 이에 따라 그 합력이 종래에 비해 상대적으로 작으며, 이에 따라 블랙 매트릭스(22)를 넘어 잉크(R)가 다른 이웃한 픽셀영역으로 넘치는 것을 최대한 방지할 수 있게 된다.

그리고, 도11과 도12는 각각 종래 컬러필터와 본 발명의 컬러필터의 색상층의 형상을 비교도시한 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 종래와 같이 블랙 매트릭스(22)의 형상이 상부면이 평행한 것일 때는 그 블랙 매트릭스(22)의 측면부가 유리기판(21)에 대하여 수직인 방향이므로, 그 블랙 매트릭스(22)의 측면부에 형성되는 색상층의 두께가 상대적으로 두껍다.

이와 반대로 본 발명은 블랙 매트릭스(22)의 측면부와 유리기판(21)의 상부면이 이루는 각이 수직이 아니며, 이에 따라 그 블랙 매트릭스(22)의 측면에 형성되는 색상층(23)의 두께는 상대적으로 얇아져, 색상층의 분포가 보다 균일하게 된다.

이처럼 색상층(23)의 균일도가 향상됨으로써, 광 투과율을 보다 향상시키며,색상차를 발생시키지 않음으로써, 색순도의 향상을 기대할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 블랙 매트릭스의 상부를 둥글게 형성함으로써, 잉크젯 프린트법으로 색상층을 형성할때, 잉크의 번짐을 방지할 수 있어, 공정의 안정성과 수율을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 블랙 매트릭스의 측면을 완만한 경사형으로 형성함으로써 보다 균일한 색상층을 형성할 수 있게 되어 광투과율 및 색순도를 향상시키는 효과가 있다.

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