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KR100892582B1 - 칼라 필터 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

칼라 필터 기판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR100892582B1
KR100892582B1 KR1020020066806A KR20020066806A KR100892582B1 KR 100892582 B1 KR100892582 B1 KR 100892582B1 KR 1020020066806 A KR1020020066806 A KR 1020020066806A KR 20020066806 A KR20020066806 A KR 20020066806A KR 100892582 B1 KR100892582 B1 KR 100892582B1
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삼성전자주식회사
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Abstract

제조 비용을 절감하기 위한 칼라 필터 기판과 그 제조 방법를 개시한다. 차광층은 기판 상에 제1 높이를 갖도록 형성되어 광의 투과를 차단하고, 색화소층은 차광층에 의해 정의되는 내부 공간에 제1 높이보다는 같거나 작은 제2 높이를 갖도록 형성되어 고유의 색을 발현한다. 이때, 차광층은 유기물질로 이루어지고, 색화소층은 스크린 프린트 방식을 통해 차광층에 의해 정의되는 내부공간내에 충진된다. 이에 따라, 기존의 컬러 필터 기판을 제조하는데 있어서 구비되는 노광 공정과 현상 공정을 제거할 수 있다.
Figure R1020020066806
액정, 차광층, 블랙매트릭스, 안료, 스크린 매쉬

Description

칼라 필터 기판 및 이의 제조 방법{COLOR FILTER SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
도 1a는 일반적인 칼라 필터 기판 제조 방법에 의해 제조된 칼라필터 기판을 도시한 단면도이다.
도 1b는 도 1a에서 도시한 칼라 필터 기판의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 기판 제조방법에 의해 제조된 칼라필터 기판을 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a에서 도시한 칼라필터 기판의 사시도이다.
도 3a 내지 3h는 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 기판 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 칼라 필터 기판 102, 202 : 유리기판
104, 204 : 블랙매트릭스 106, 206 : 색화소
208 : 보호막 210 : 공통 전극층
300 : 스크린 매쉬 310 : 로울러
302 : 개구부 320 : 안료
본 발명은 칼라 필터 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 제조 비용을 절감하기 위한 칼라 필터 기판과 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 각각 전극이 형성된 두 장의 기판을 포개어 놓고 그 사이에 액정을 주입한 상태에서 상기 두 장의 기판 사이에 전계를 형성하였을 때 상기 전계의 세기에 응답하여 상기 액정의 광투과도가 변경되는 현상을 이용하여 화상을 디스플레이하는 표시장치의 하나이다.
상기 액정 표시 장치는 영상을 표시하기 위한 액정 표시 패널을 포함하는 디스플레이 유닛과, 상기 디스플레이 유닛에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛으로 이루어진다.
상기 액정 표시 패널은 칼라 필터 기판과, 어레이 기판과, 상기 칼라 필터 기판 및 어레이 기판과의 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 칼라 필터 기판을 설명하기 위한 도면으로, 특히 도 1a는 일반적인 칼라 필터 기판의 사시도이고, 도 1b는 상기한 도 1a에서 A-A' 라인을 절단하고 화살표 방향으로 바라본 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일반적인 칼라 필터 기판(100)은 유리기판(102)과, 유리기판(102)의 일 측면에 박막 형성 공정에 의하여 매트릭스 형상을 갖는 블랙매트릭스(104)와, 블랙매트릭스(104)와 일부 오버랩 되어 형성된 R, G, B 색화소(106R, 106G, 106B)를 포함한다.
유리기판(102)에 R, G, B 색화소(106R, 106G, 106B)들이 형성된 상태에서, 보호막(미도시)이 형성되고, R, G, B 색화소(106R, 106G, 106B)가 덮이도록 유리기판(102)에는 투명하면서 도전성인 공통 전극층(미도시)이 형성된다.
이처럼 일반적인 컬러 필터 기판(100)에 있어서 블랙매트릭스(104)위에 색화소(106)가 오버랩 되어 블랙매트릭스(104)가 위치하는 부분의 누설광을 차단시킴으로서 색상을 보다 선명하게 하는 기능을 수행한다.
그러나, 이러한 일반적인 칼라 필터 기판(100)은 그 제조에 있어 색화소(106)를 형성할 때, 도포, 노광, 현상 등의 사진 공정을 거치므로 이와 같은 경우 공정 설비는 물론 프로세스 자체가 복잡해져 결과적으로 코스트가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 액정 표시 장치가 점점 대형화됨에 따라 상기 칼라 필터 기판도 대형화되고, 이에 따라 상기한 도포나, 노광, 현상 등을 각각 수행하기 위한 공정 설비 역시 대형화되어야 하는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 프로세서나 이를 수행하기 위한 공정 설비를 줄이므로써 제조 비용을 절감할 수 있는 칼라 필터 기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 칼라 필터 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 칼라 필터 기판은, 기판; 상기 기판 상에 제1 높이를 갖는 내부 공간을 정의하며 광의 투과를 차단하는 차광층; 및 상기 차광층에 의해 정의되는 내부 공간에 제2 높이를 갖도록 형성되어 상기 광에 응답하여 고유의 색을 발현하는 색화소층을 포함한다.
또한, 상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 칼라 필터 기판의 제조 방법은, 광의 투과를 차단하기 위해 기판 상에 제1 높이의 차광층을 형성하는 단계; 및 상기 차광층에 의해 정의되는 영역에 상기 제1 높이와 같은 제2 높이를 갖도록 색화소층을 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 칼라 필터 기판 및 이의 제조 방법에 의하면, 색화소를 형성함에 있어 노광, 현상 과정을 안료를 프린트하는 방법으로 대체시킴으로써 제조 비용을 절감할 수 있는 칼라 필터 기판을 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 설명하기 위한 도면으로, 특히 도 2a는 컬러 필터 기판의 사시도이고, 도 2b는 상기한 도 2에서 B-B' 라인을 절단하고 화살표 방향으로 바라본 단면도이다.
통상적으로 컬러 필터 기판에 채용되는 차광층은 외부로부터 제공되는 광의 투과를 차단하기 위해 블랙 계열의 재질을 이용하고, 형상이 매트릭스 형상을 가지고 있으므로 블랙매트릭스라 칭한다. 이하에서도 상기 차광층을 블랙매트릭스로 하여 설명한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 기판은 기판(202), 상기 기판 상에 제1 높이를 갖는 내부 공간을 정의하며 광의 투과를 차단하는 블랙매트릭스(204) 및 상기 블랙매트릭스에 의해 정의되는 내부 공간에 제2 높이를 갖도록 형성되어 상기 광에 응답하여 고유의 색을 발현하는 색화소층(206)을 포함한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 기판은 기판(202), 상기 기판 상에 제1 높이를 갖도록 형성된 블랙매트릭스(204) 및 상기 블랙매트릭스에 의해 정의되는 내부 공간에 제2 높이를 갖도록 형성된 색화소층(206)을 포함한다.
유기물질로 이루어지는 블랙매트릭스(204)는 기판(202) 상에 제1 높이를 갖는 내부 공간을 정의하며 광의 투과를 차단한다. 블랙매트릭스(204)는 누설광을 차단하는 역할뿐만 아니라 색화소층(206)에 구비되는 각각의 색화소들이 서로의 영역을 침범하여 색번짐 현상이 일어나지 않도록 하는 역할을 한다.
한편, 도면상에서는 블랙매트릭스의 모양이 격자모양인 경우를 도시하였으나, 당업자라면 다양한 형태, 예를 들면 벌집 형상이나 스트라이프 형상 등을 갖도록 구현할 수도 있을 것이다.
색화소층(206)은 상기 블랙매트릭스(204)에 의해 정의되는 내부 공간에 상기 제1 높이(미도시)와 같거나 작은 제2 높이(미도시)를 갖도록 형성되어 상기 광에 응답하여 고유의 색을 발현한다. 색화소층(206)은 R 색화소(206R), G 색화소(206G) 및 B 색화소(206B)로 이루어지고, 각각의 색화소는 블랙매트릭스에 의해 정의되는 내부 공간 각각에 충진된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 유리기판(202)상에 R, G, B 색화소(206R, 206G, 206B)들이 형성된 상태에서, 상기 R, G, B 색화소(206R, 206G, 206B)와 블랙매트릭스(204)를 덮도록 보호막이 형성되고, 상기 보호막을 덮도록 투명하면서 도전성인 공통 전극층이 형성된다. 만일, 블랙매트릭스의 높이보다 색화소의 높이가 작은 경우 상기 보호막은 블랙매트릭와 색화소를 후박하게 커버하도록 형성되므로써 평탄화를 이룰 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 블랙매트릭스의 재질로써 유기물질이 사용한다. 왜냐하면, 일반적인 블랙매트릭스 재질인 Cr/CrOx 등의 금속막은 그 두께가 2000Å정도이지만, 유기물질의 경우 1㎛ 이상의 두께를 구현하므로 금속 막을 사용하였을 때보다 두께가 5배 이상이다. 그러므로 상기한 유기물질을 블랙매트릭스 재질로 이용하므로써 색화소를 구획할 수 있는 격벽 역할을 훌륭히 수행할 수 있다.
또한, 일반적인 블랙매트릭스 재질로 이용되는 Cr/CrOx 등의 금속은 환경에 유해한 물질이지만, 본 발명의 블랙매트릭스 재질로 이용되는 유기물질은 환경에 무해한 물질로서 환경 친화적인 칼라 필터 기판을 생산할 수 있다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 기판(200)의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 유리기판(202)상에 블랙매트릭스(204)를 형성한다. 상기 블랙매트릭스(204)의 형성 과정을 살펴보면, 먼저 세정된 유리기판(202)상에 광감응성(PHOTOACTIVE)을 갖는 유기 블랙 포토 레지스트(BLACK PHOTO RESIST)를 도포하고, 형성하고자 하는 블랙매트릭스 패턴과 일치하는 포토마스크(미도시)를 상기 유기박막 위에 위치시키고, 이어 노광 및 현상 공정을 통해 격벽 형태로 이루어지는 블랙매트릭스를 형성한다. 여기서, 상기 블랙매트릭스는 향후 상기 블랙매트릭스에 의해 정의되는 내부 공간에 채워질 색화소간의 색번짐 현상 등을 고려하여 상술한 대로 일반적인 금속 막보다 5배 이상의 두께를 형성하는 유기박막을 사용한다.
도 3b를 참조하면, 상기 블랙매트릭스(204)가 형성된 유리기판(202)위에 상기 블랙매트릭스가 정의하는 영역보다 작은 개구부가 형성된 스크린 매쉬(300)를 위치시키고 로울러(310)로 화살표 방향으로 프린트한다.
일반적인 색화소 형성시 사용하는 안료의 점도는 20[cP] 이상인데 비하여, 본 발명에서 사용되는 안료의 점도는 20[cP] 이하인 것이 적합하다. 그것은 일반적인 사진 공정에 의해 색화소를 형성하는 방법과 달리 본 발명의 경우와 같이 프린트하는 경우 안료의 점도가 일정 수준 이상이 되지 아니하면 적절한 패턴 형성이 어렵기 때문이다.
또한, 본 발명에 있어서 사용하는 안료를 구성하는 솔벤트의 양에 따라 스크린 매쉬의 두께가 달라져야 한다. 즉, 솔벤트를 다량 포함하는 안료의 경우라면 향후 시행할 열처리 과정을 통하여 색화소 부피의 축소 정도가 커지므로 스크린 매쉬의 두께가 비교적 두꺼워도 무방하다. 하지만, 솔벤트를 소량 포함하는 안료의 경우라면 향후 시행할 열처리 과정을 통하여 색화소 부피의 축소 정도는 작으므로 스 크린 매쉬의 두께는 얇은 것이 바람직하다.
본 과정은 R 색화소를 형성하는 단계로서 스크린 매쉬(300)의 개구부(302a, 302b)는 유리 기판(202) 상에 R 색화소가 형성될 부분(304a, 304b)에 대응하는 부분만이 열리고 나머지는 닫히는 구조를 가진다.
그리고, 스크린 매쉬(300)의 개구부(302a, 302b)의 크기는 유리기판(202)상에 색화소가 형성될 부분(304a, 304b)의 크기에 비해 작게 설정되어 안료가 블랙매트릭스(204)에 의해 정의되는 격벽내에만 쌓이게 하여 각각의 고유의 색상을 가지는 색화소가 서로의 영역을 침범하여 색번짐 현상이 일어나지 않도록 한다.
도 3c를 참조하면, R 색상을 구현할 안료(320)는 스크린 매쉬(300)의 개구부(302a, 302b)를 통하여 R 색화소(206R)가 형성되어야 할 부분(304a, 304b)에만 프린트된다.
도 3d를 참조하면, 스크린 매쉬(300)를 제거한 후의 단계로서, 주입된 R 색화소(206R)의 색상을 구현할 안료(320)는 블랙매트릭스(204)층보다 올라와 있으며 아직 경화되지 않은 상태이다.
도 3e를 참조하면, 상기한 도 3d에 의한 결과물에 열을 가하여 R 색화소(206R)의 색상을 구현할 안료(320)에 열처리를 하여 블랙매트릭스(204)의 크기와 맞추고 경화시킨다. 즉, 상기 열처리를 수행함으로써 안료(320)에 포함되어 있던 솔벤트가 제거되어 안료의 부피는 감소하고 상기 부피가 감소된 만큼 밀도가 커져 안료가 경화된다. 만일 상기한 과정을 거치지 않으면 색화소층의 높이가 블랙매트릭스층의 높이보다 높게 형성될 수도 있다. 이러한 경우에 본 발명에 의한 컬 러 필터 기판(100)과 일정 공극을 갖고서 합체되는 박막 트랜지스터(TFT) 기판(미도시)사이의 간격, 즉 셀 갭이 일정하지 않아 상기 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판간에 형성된 액정층의 배열이 불규칙하게 된다. 열처리 이후의 상기 색화소의 높이와 블랙매트릭스의 높이와 같거나 작게 형성될 수 있도록 적절한 안료의 선택과 그에 부합되는 두께의 스크린 매쉬의 선택이 필수적이다.
위의 과정을 거치면 R 색화소(206R)만이 기판에 형성된다.
도 3f를 참조하면, R 색화소(206R)에 이어 G 색화소(206G)가 형성되는 공정중 R 색화소(206R, 206G, 206B)에 이어 G 색화소(206G)가 형성된 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, G 색화소(206G)가 형성될 부분에 대응하는 영역이 개구된 스크린 매쉬(미도시)를 이용하여 G 색화소가 발현하는 색상의 안료를 로울러(미도시)를 이용하여 프린트하고, 열처리를 하면 G 색화소(206G)가 기판 상에 형성된다.
여기에서 상기 스크린 매쉬는 R, G 색화소의 간격이 동일한 경우라면, 상기 R 색화소에서 사용한 것을 다시 사용할 수도 있고, G 색화소 고유의 스크린 매쉬(미도시)를 다시 패터닝하여 사용할 수 있을 것이다. 다시 말하면, 전자의 경우는 R 색화소(206R)에서 사용한 것과 동일한 스크린 매쉬(300)의 열린 부분을 G 색화소가 형성될 부분에 대응하도록 위치를 쉬프트 및 얼라인시킨 후 다음 단계를 진행하고, 후자의 경우는 G 색화소가 형성될 부분에 대응하도록 패터닝된 별도의 스크린 매쉬(미도시)를 이용하여 다음 단계를 진행시킨다.
그러나, R, G 색화소의 간격이 다른 경우에는 별도의 스크린 매쉬를 이용하 여야 함은 자명하다.
다음 단계는 상술한 도 2b를 참조하여 설명하면, R, G 색화소(206R, 206G)에 이어 B 색화소(206G)가 형성되는 공정중 R, G 색화소(206R, 206B)에 이어 B 색화소(206B)형성된 단계를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, G 색화소(206G)가 형성될 부분에 대응하는 영역이 개구된 스크린 매쉬(미도시)를 이용하여 G 색화소가 발현하는 색상의 안료를 로울러(미도시)를 이용하여 프린트하고, 열처리를 하면 G 색화소(206G)가 기판 상에 형성된다. 구체적으로 B 색화소가 형성될 부분에 대응하는 영역이 개구된 스크린 매쉬를 이용하여 B 색화소(206B)가 발현하는 색상의 안료를 로울러(미도시)를 이용하여 프린트하고, 열처리를 하면 B 색화소(206B)가 기판상에 형성된다.
이때 이용되는 스크린 매쉬도 역시 R, G, B 색화소의 간격이 동일한 경우 상기 R 또는 G 색화소(206R, 206G)를 형성할 때 이용한 스크린 매시를 재활용할 수도 있고, 또는 B 색화소 고유의 스크린 매쉬(미도시)를 다시 패터닝하여 사용할 수 있다. 다시 말하면, 전자의 경우는 R 또는 G 색화소(206R, 206G)에서 사용한 것과 동일한 스크린 매쉬(300)의 열린 부분을 B 색화소가 형성될 부분에 대응하도록 쉬프트 및 얼라인시킨 후 다음 단계를 진행하고, 후자의 경우는 B 색화소가 형성될 부분에 대응하도록 패터닝된 별도의 스크린 매쉬(미도시)를 이용하여 다음 단계를 진행한다.
그러나, R 색화소 또는 G 색화소의 간격이 다른 경우에는 별도의 스크린 매쉬를 이용하여야 함은 자명하다.
도 3g를 참조하면, 상기 블랙매트릭스(204) 및 상기 블랙매트릭스(204)에 의해 정의되는 내부 공간에 R, G, B 색화소(206R, 206G, 206B)가 형성된 위에 보호막(208)을 형성한다. 이때 상기 R, G, B 색화소(206R, 206G, 206B)의 높이가 상기 블랙매트릭스(204)의 높이보다 낮은 경우에는 상기 보호막(208)을 후박하게 형성하므로써 평탄화시킬 수도 있다.
도 3h를 참조하면, 상기 보호막(208)상에 투명하면서 도전성인 공통 전극층(210)을 형성한다. 이때 상기 공통 전극층(210)은 외부로부터 전원전압을 공급받기 위함이다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 칼라 필터 기판의 제조시, 노광, 현상 등의 복잡한 공정이나 상기한 공정을 수행하기 위한 제조 설비를 구비하지 않더라도 블랙매트릭스에 의해 정의되는 내부 공간에 로울러를 이용하여 색화소가 발현하는 고유의 색상을 갖는 안료를 프린트하므로써 공정을 단순화시킬 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 컬러 필터 기판이 대형화되더라도 상기 대형화된 컬러 필터 기판에 적합한 제조 설비를 구현하지 않더라도 용이하게 구현할 수 있으므로 현장에 직접 적 용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
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  5. 다수의 박막 트랜지스터를 갖는 어레이 기판과 합체되어 액정층을 내장하여 외부로부터 제공되는 광에 응답하여 화상을 디스플레이하는 칼라 필터 기판의 제조 방법에 있어서,
    (a) 광의 투과를 차단하기 위해 기판 상에 일정 패턴을 구획하는 제1 높이인 유기물질의 차광층을 형성하는 단계; 및
    (b-1) 상기 차광층에 의해 정의되는 패턴 영역내에 색화소층이 형성될 영역보다는 작은 개구부가 형성된 스크린 매쉬를 상기 기판상에 위치시키는 단계;
    (b-2) 상기 차광층에 의해 정의되는 패턴 영역내에 상기 스크린 매쉬의 개구부를 통해 상기 색화소층을 형성하기 위해 로울러로 프린트하여 안료를 충진시키는 단계;
    (b-3) 상기 스크린 매쉬를 제거하는 단계; 및
    (b-4) 상기 스크린 매쉬가 제거된 결과물에 열처리를 하여 상기 제1 높이보다는 같거나 작은 제2 높이를 갖는 색화소층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계(a)가,
    (a-1) 상기 기판상에 유기물질로 이루어지는 박막을 도포하는 단계;
    (a-2) 상기 박막이 도포된 결과물상에 차광층 패턴과 일치하는 제1 마스크를 위치시키는 단계;
    (a-3) 상기 제1 마스크가 위치하는 결과물에 광을 조사하는 단계; 및
    (a-4) 상기 광이 조사된 박막을 현상하여 상기 차광층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 기판의 제조 방법.
  7. 삭제
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