KR101060342B1 - 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 컬러필터 기판 상에 프로세스 키를 제조하는 공정을 포함하는 컬러필터 기판 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 기판 상에 음각의 프로세스 키 패턴을 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계, 그 위에 마스크를 적용하지 않고 블랙매트릭스를 형성하는 단계 및 배향막을 형성하는 단계를 포함하여 컬러필터 기판을 제조함으로써 단축된 공정으로 프로세스 키를 효과적으로 형성할 수 있다.

프로세스 키, 소수성컬러필터, 저 마스크

Description

프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판 및 그 제조방법{COLOR FILTER SUBSTRATE COMPRISING PROCESS KEY AND FABRICATION METHOD THEREOF}

도 1은 종래 액정표시소자의 개략적 구성을 나타내는 사시도.

도 2는 종래의 액정표시소자의 제조공정을 나타내는 개략적 순서도.

도 3은 프로세스 키를 포함하는 종래의 컬러필터 기판의 평면도.

도 4a~4c는 종래의 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판의 제조공정을 나타내는 순서도.

도 5는 본 발명의 제 1실시 예에 의한 컬러필터 기판의 단면도.

도 6a~6c는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판의 제조공정을 나타내는 순서도.

도 7은 본 발명의 제 2실시 예에 의한 컬러필터 기판의 단면도.

도 8a~8c는 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판 제조공정을 나타내는 순서도.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****

301:기판 302:블랙매트릭스

303:컬러필터층 310:프로세스 키

305:공통전극 306:스페이서

307: 배향막 501:프로세스 키 패턴

601:프로세스 키

본 발명은 액정표시소자 중 컬러필터 기판의 제조방법에 관한 것으로써, 특히 저 마스크를 적용하여 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

액정표시소자는 인가되는 신호에 따라 구동하는 액정을 사용하여 영상을 표현하는 장치로서 크게 상부 기판과 하부 기판으로 구성된다.

보통, 상부 기판은 영상을 컬러로 표시하기 위한 컬러필터 기판으로 구성되고 하부 기판은 단위화소가 매트릭스 형태로 배열되며 각 단위화소마다 스위칭소자로써 박막트랜지스터(Thin Film Transistor,이하 TFT)를 구비하는 TFT어레이 기판으로 구성된다.

도 1을 통하여 상부 기판(150)과 하부 기판(100)으로 구성되는 액정표시소자(Liquid Crystal Display Device, 이하 LCD) 패널의 구조를 살펴본다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 하부 기판(100)은 다수의 게이트 라인(101)이 서로 평행하게 기판 상에 배열되어 있다. 또한 상기 게이트 라인(101)과 서로 수직하게 배열되며 서로 평행한 다수의 데이터 라인(102)이 배열되어 있다. 상기의 게이트 라인(101)과 데이터 라인(102)의 교차에 의해 단위화소 영역이 정의되며 상기 단위화 소는 기판 상에 매트릭스 배열을 하고 있다.

또한 상기 게이트 라인(101)과 데이터 라인(102)의 교차영역마다 단위화소를 구동하기 위한 스위칭소자(103)가 형성되어 있다.

상기 스위칭소자로써 통상 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 사용되는데, 상기 TFT는 게이트 전극, 소오스,드레인 전극 및 채널층을 포함하여 구성되며 상기 게이트 전극 및 소오스, 드레인 전극은 상기 게이트 라인(101) 및 데이터 라인(102)과 각각 연결되어 있다.

또한 상기 하부 기판(100)은 액정(110)에 전계를 인가하기 위한 화소 전극(104)이 형성되어 있고 상기 화소 전극(104)상에는 액정(110)의 초기배향을 위한 배향막(미도시)이 하부 기판(100) 전면에 형성되어 있다. 상기 배향막은 폴리이미드 계열의 유기막을 주로 사용하며 배향막을 도포한 후에 헝겊 등으로 상기 배향막을 문지르는 러빙공정을 통해 액정의 초기배향을 위한 준비를 한다.

또한 상기 배향막 상에는 합착한 후 하부 기판(100)과 상부 기판(150) 간의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(미도시)가 일정한 간격으로 분포되어 있다.

또한 하부 기판(100)의 화소 영역 외곽으로는 상부 기판과 하부 기판을 합착하며 주입되는 액정이 유출되는 것을 방지하기 위한 실런트(미도시)가 형성되어 있다.

상기 구조를 가지는 액정표시소자의 제조공정을 도 2를 통하여 간략히 살펴본다.

LCD 패널은 스위칭소자로써 TFT가 매트릭스 배열을 하고 있는 TFT어레이 기판과 정보를 컬러로 표시하기 위한 컬러필터 기판으로 구성되어 있다.

따라서 상기의 두 기판으로 구성되는 LCD패널의 제조 공정은 크게 TFT공정, 이와 별도의 공정을 통하여 제조되는 컬러필터 공정, 상기 TFT어레이 기판 및 컬러필터 기판을 합착하여 단위 LCD 패널을 형성하는 셀(cell)공정으로 구성된다.

상기의 TFT 공정은 스위칭소자로써 TFT를 기판 상에 형성하는 TFT 형성공정과 상기 기판 상에 액정의 초기배향을 위한 배향막 형성공정으로 구성된다.

상기 TFT형성공정은 다시, 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 라인 형성공정, 게이트 절연막 형성공정, 반도체 층 형성공정, 소오스,드레인 전극 및 데이터 라인 형성공정 및 화소전극 형성공정으로 구성된다.

또한, 상기 TFT가 형성된 기판 상에 배향막을 형성하는 공정은 폴리이미드 계열의 유기막을 형성하는 단계, 상기 배향막을 헝겊 등으로 문지르는 러빙(rubbing) 공정으로 구성된다.

TFT형성 공정이 진행된 후, 배향막 형성공정 전에 TFT어레이 기판과 컬러필터 기판의 셀 갭을 유지하는 스페이서 형성 공정이 추가될 수 있다.

상기 컬러필터 공정은 컬러필터 형성 공정, 배향막 형성공정, 실 형성공정으로 구성된다.

상기 컬러필터 공정은 기판 상에 블랙매트릭스 형성공정, 컬러필터 형성공정, 평탄화막 형성공정, 공통전극 형성공정으로 구성되며, 그 위에 배향막 형성 공정이 이루어진다.

상기 배향막 형성공정은 폴리이미드 계열의 배향막을 도포하는 공정, 헝겊 등으로 상기 배향막을 문지르는 러빙공정으로 구성된다.

상기 공통전극형성공정 후 배향막 형성공정 전에 스페이서를 형성하는 공정이 추가될 수 있다. 그러나, 상기 스페이서는 TFT어레이 기판과 컬러필터 기판의 셀 갭을 유지하는 역할을 수행하므로 TFT어레이 기판 또는 컬러필터 기판 중 어느 하나에 형성될 수 있다.

배향막이 형성된 다음, 상기 컬러필터 기판의 화소영역 외곽에 액정공간에 주입되는 액정을 유지하고 셀 갭을 유지하는 실(seal) 형성공정을 진행한다.

상기 실 패턴은 경우에 따라 TFT어레이 기판에 형성될 수도 있다.

다음으로, 별도의 공정으로 제조된 상기 TFT어레이 기판 및 컬러필터 기판을 결합하여 단위 LCD 패널을 제조하는 셀(cell)공정을 진행한다.

셀 공정은 크게 합착공정, 절단공정 및 액정주입 공정으로 구성된다.

상기 합착공정은 TFT어레이 기판과 컬러필터 기판을 상하로 겹쳐 배열하는 공정이다. 겹쳐지는 상, 하 기판은 기판의 화소영역 외곽에 형성되는 실런트(sealant)에 의해 결합되며 셀 갭을 유지한다. 이때, TFT어레이 기판과 컬러필터 기판을 서로 배열할 때는 고도의 정밀도를 요한다.

컬러필터 기판에 형성되는 블랙매트릭스는 하부기판, 즉 TFT어레이 기판으로부터 입사되는 빛 중 불필요한 빛을 차단하는 역할을 수행하는데, 미세한 미스얼라인먼트(misalignment)만 발생하더라도 불필요한 빛이 새어나오는 빛 샘 현상이 발생하기 때문이다.

그러므로 상부기판과 하부기판의 미스얼라인먼트를 방지하기 위하여 상부기판 및 하부기판에는 얼라인먼트키를 형성하여 상기 얼라인먼트키를 공정진행중 감지함으로써 기판의 정밀한 배열을 수행한다.

얼라인먼트키는 상부기판과 하부기판을 합착하는 공정에만 필요한 것이 아니라, 상부기판 또는 하부기판을 형성하는 세부공정을 진행할 때 각 공정단계를 진행하는 장비 내 스테이지에 정밀하게 정렬하기 위하여도 필요하다. 특히, 각 공정진행을 위하여 기판을 배열하기 위해 사용되는 얼라인먼트키를 프로세스 키라 명칭 하는데, 상기 프로세스 키는 기판 중 화소영역 외곽에 다수 형성되어 있다.

상기 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판의 제조공정은 도 3~4에서 설명될 것이다.

합착 공정이 진행된 다음, 상기 합착된 기판을 단위 셀 별로 나누는 절단공정을 수행한다. LCD 패널을 제조하는 공정은 생산량의 증대를 위해 대형의 모기판에 다수의 단위 셀을 동시에 형성하는 공정을 진행한다. 그러므로 다수의 단위 LCD패널을 포함하는 모 기판을 절단하여 단위 셀로 구분한다.

절단 공정이 진행된 다음, 각각의 단위 셀에 형성된 액정 공간에 액정을 주입하고 액정 주입구를 봉지 함으로써 LCD패널 공정을 완성한다.

그런데, 상기에서 잠시 언급한 바와 같이, 별도의 공정에 의해 제조되는 컬러필터 기판 및 TFT어레이 기판을 합착하는 공정은 수 마이크로미터 이하로 정밀하게 얼라인되어야 하기 때문에 양품의 LCD 패널을 제조하기 위하여 매우 중요하다.

이하, 도 3과 4를 통하여 각종 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판 제조 공정을 살펴본다.

도 3은 기판 상에 컬러필터층과 프로세스 키가 형성되어 있는 모습을 나타내는 평면도이다. 상기 기판(301)의 화소영역 외곽에는 각종 공정이 진행될 때 기판을 정확하게 정렬하기 위한 프로세스 키(310)가 형성되어 있다. 상기 프로세스 키(310)를 공정이 진행되는 각 스테이지에 장착된 카메라 등으로 인식하여 기판 배열의 정, 오를 판단한다.

도 3의 I-I'를 절단선으로 한 컬러필터 기판의 제조공정을 도 4a~4c를 통하여 살펴본다.

도 4a에서 도시된 바와 같이, 기판(301)상에 블랙매트릭스 패턴(302)을 형성한다. 상기 블랙매트릭스 패턴(302)은 화소영역 외곽에 양각으로 형성되는 프로세스 키(310)도 포함한다. 즉, 프로세스 키는 블랙매트릭스를 형성하는 물질로 패터닝되어 있다.

블랙매트릭스를 형성하는 물질은 금속 재질 또는 수지성분이 사용되고 있는데 수지형의 블랙매트릭스가 대형의 액정표시장치의 제조에 주종을 이루고 있다.

기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 공정을 간단히 살펴보면, 감광성의 수지형 블랙매트릭스를 기판 상에 형성한다. 다음으로 일정한 패턴이 형성된 마스크를 적용하여 노광공정, 현상공정 및 세정공정을 거쳐 블랙매트릭스 패턴을 형성한다. 그러므로 블랙매트릭스를 형성하는 공정에는 마스크 공정이 필요하게 된다.

다음으로, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스를 형성한 다음, 기판 상에 적, 녹, 청색의 컬러필터층(303a,303b,303c)을 형성한다.

컬러필터층은 인쇄법, 전착법, 염색법, 안료분산법 등의 방법에 의해서 형성될 수 있다. 안료분산법에 의한 컬러필터 제조공정을 잠시 살펴보면 적, 녹, 청색의 감광성 컬러필터층 중 어느 하나를 블랙매트릭스가 형성된 기판 상에 형성하고 마스크를 적용하여 노광공정, 현상공정 및 세정공정을 거쳐 소정의 화소영역에 각각의 컬러필터층을 형성한다. 각각의 컬러필터층을 형성하기 위하여 적, 녹, 청색마다 마스크 공정을 진행한다.

다음으로, 도 4c에서 도시된 바와 같이, 컬러필터층의 단차를 보상하기 위한 유기막 성분의 평탄화막(304)을 형성한다. 상기 평탄화막은 컬러필터층의 단차가 없을 경우에는 불필요하나 수지형의 블랙매트릭스를 사용하는 경우, 평탄화막을 형성하는 것이 보통이다.

평탄화막이 형성된 다음으로, 액정에 전계를 인가하는 공통전극(305)을 형성한다. 공통전극은 투명한 전극인 ITO(Indium Tin Oxide)막으로 구성될 수 있다.

상기 공통전극(305)이 형성된 다음, 그 위에 하부기판과 상부기판의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(306)를 형성한다. 스페이서 형성방법은 산포방식, 제전방식 및 패턴 방식등 여러 방식에 의해 형성이 가능하다.

스페이서를 형성한 다음, 액정의 초기배향을 위한 배향막(307) 형성공정을 진행한다.

배향막을 형성한 다음, 합착 후 주입되는 액정의 유출을 방지하고 기판의 셀 갭을 유지하기 위한 실재를 화소영역 외곽에 형성할 수 있다.

상기의 공정을 거쳐 컬러필터 기판이 완성된다.

그런데 상기 컬러필터 기판이 제조되는 공정을 구성하는 각각의 공정에서 기판은 정밀하게 배열될 필요가 있다. 예를 들어 소정의 마스크 공정을 진행하기 위해서 기판과 마스크는 정밀하게 배열되어야 하는데, 상기 배열은 소정의 위치에 장착된 카메라 등에 의해서 컬러필터 기판의 화소영역 외곽에 형성된 프로세스 키의 이미지를 감지하고 미리 입력된 데이터와 비교하여 기판의 정렬 정, 오를 판단한다.

더욱 중요하게는 별개의 공정에 의해 형성된 상부기판과 하부기판의 합착을 위해서는 수 마이크로미터(㎛)이하의 고도의 정밀도를 요한다.

그런데, 종래의 기술에서는 컬러필터 기판을 제조하는 공정에서 블랙매트릭스를 형성하는 공정을 진행할 때 별도의 마스크를 적용하였는데, 이는 공정 진행의 지연요인이 된다. 마스크 공정은 부수적으로 노광공정, 현상공정 및 세정공정을 진행하여야 하는데, 이를 위하여 많은 장비가 소요되며 공정의 지연 및 불량 발생 가능성도 높아진다.

본 발명은 컬러필터 기판을 제조하는 공정에 있어서, 적은 양의 마스크를 사용하여 프로세스 키를 포함하는 컬러필터 기판을 제조함으로써 공정을 단축하고 수율을 향상시키고 또한 생산비용을 절감하고자 한다.

프로세스 키를 포함하는 본 발명의 컬러필터 기판은 기판, 상기 기판 상에 형성되며 프로세스 키부를 포함하는 컬러필터층, 상기 컬러필터층 사이에 형성되는 블랙매트릭스, 상기 컬러필터층 및 블랙매트릭스 상에 형성되는 배향막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 컬러필터 기판 제조방법은 기판 상에 프로세스 키부를 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계, 상기 컬러필터층 사이에 블랙매트릭스를 형성하는 단계, 상기 기판 상에 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예를 도 5를 통하여 살펴본다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 컬러필터 기판은 투명한 기판(301) 상에 적,녹, 청색의 서브 컬러필터층(303a,303b,303c)이 일정한 간격을 두고 매트릭스 배열을 하며 형성되어 있다.

상기 컬러필터층(303)은 각각의 서브 컬러필터층이 서로 분리된 아일랜드형으로 구성되어 있다. 또한 상기 컬러필터층(303)이 형성되는 기판의 가장자리 일 측에는 기판의 배열의 정오를 판별하기 위한 프로세스 키(310)가 형성되어 있다.

상기 프로세스 키(310)는 적, 녹, 청색의 컬러필터층에 의해 음각의 패턴이 형성되고 상기 패턴 내에 블랙매트릭스재가 투입되어 프로세스 키가 형성된다. 상기 프로세스 키(310)는 컬러필터 기판(301)의 가장자리중 소정의 위치에 복수개 형성될 수 있다.

또한, 상기 아일랜드형의 서브 컬러필터층(303a,303b,303c) 사이에는 블랙매트릭스(302)가 형성되어 하부기판으로부터의 불필요한 빛을 차단한다.

상기 블랙매트릭스(302) 및 컬러필터층(303)이 형성된 기판(301) 위에는 액정에 전계를 인가하기 위한 투명전극인 공통전극(305)이 형성되어 있다. 상기 공통 전극(305)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)로써 구성된다. 공통전극(305)이 TFT어레이 기판 상에 형성되는 IPS(In Plane Switching)모드의 액정패널일 때에는 상기 공통전극은 컬러필터 기판 상에 형성되지 않을 수 있다. 그러나 정전기 방지를 위하여 컬러필터 기판의 배면 또는 기판의 내면에 ITO 막을 형성한 후 컬러필터층 형성공정을 진행할 수 있다.

다음으로, 상기 공통전극(305)이 형성된 기판(301)상에 상부기판과 하부기판의 합착시 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(306)를 형성한다. 상기 스페이서(306)는 스페이서 산포법에 의해 형성되는 볼 스페이서나 사진식각방법을 통하여 형성되는 칼럼스페이서일 수 있다. 상기 스페이서(306)가 칼럼스페이서로 구성될 경우에는 원하는 소정의 위치에 스페이서를 형성할 수 있다. 본 실시 예에서는 액정패널의 개구율을 향상시킬 수 있는 칼럼스페이서를 스페이서로 채용하며 상기 칼럼스페이서는 블랙매트릭스(302) 상에 형성된다.

상기 스페이서(306)가 형성된 기판 상에는 액정의 초기배향을 위한 배향막(307)이 형성되어 있다. 상기 배향막(307)은 폴리이미드 계열의 유기막으로써 배향막(307)을 도포한 후에 배향막을 일정한 방향으로 문지르므로써 기판 상에 형성된다.

상기 구조를 가지는 컬러필터 기판의 제조공정을 도 6a~6c를 통하여 상세히 살펴본다.

컬러필터층을 형성하는 방법에는 인쇄법, 전착법, 안료분산법등 여러 방법이 있는데, 본 실시 예에서는 서브 컬러필터층을 정밀하게 형성할 수 있는 안료분산법 에 의한 컬러필터 형성방법을 설명한다.

먼저, 도 6a에서 도시된 바와 같이, 투명한 기판(301)상에 적, 녹, 청색의 서브 컬러필터층 중 어느 하나의 서브 컬러필터층을 도포한다. 상기 적,녹, 청색의 서브 컬러필터층(302a,302b,302c)이 형성되는 순서는 임의로 정할 수 있다. 여기서는 적, 녹, 청색 순서로 형성되는 것을 설명한다.

기판(301)에 감광성의 적색의 컬러필터층이 형성된 후, 적색의 서브 컬러필터 패턴이 형성된 마스크(미도시)를 적용하여 상기 적색 컬러필터를 노광한다. 이때, 상기 감광성의 적색 컬러필터층은 노광되는 부분이 경화되는 네거티브형의 감광성 유기막을 사용하는 것이 마스크 제작이 쉽고 현상공정을 쉽게 할 수 있다. 즉, 마스크에 화소영역에 해당하는 부분을 절개하여 패턴을 형성하고 빛이 그 패턴을 통과하게 함으로써 마스크 하단의 컬러필터층을 노광한다.

이때, 상기 마스크(미도시)는 컬러필터 기판의 외곽에 프로세스 키(310)가 형성될 수 있도록 프로세스 키 형성을 위한 패턴을 포함한다. 적색의 서브 컬러필터층(303a)은 적색의 컬러필터로 구성되는 프로세스 키 패턴(501)을 포함하며 상기 프로세스 키 패턴(501)은 음각으로 구성된다. 상기 음각의 프로세스 키 패턴(501)내에 블랙매트릭스재가 투입되어 프로세스 키(310)를 형성하게 된다.

상기 프로세스 키(310)는 복수개 형성될 수 있으며 각각의 프로세스 키는 기판의 정밀 배열을 위한 얼라인먼트 키로 작용한다.

적색의 서브 컬러필터층을 형성한 다음, 녹색의 컬러필터층(303b)을 기판 전면에 형성한다. 녹색의 컬러필터층 또한 네거티브형의 감광성 유기막으로 구성된 다. 녹색의 서브 컬러필터 형성용 유기막에 상기 프로세스 키 패턴이 제거된 마스크를 적용하여 노광공정을 실시한다. 적색의 서브 컬러필터를 형성할 때 사용한 마스크와 녹색의 서브 컬러필터를 형성할 때 사용되는 마스크는 프로세스 키 패턴을 포함하느냐 포함하지 않느냐 에서만 차이가 있으므로 적색의 서브 컬러필터층 형성용 마스크에서 프로세스 키 패턴만 제거하고 녹색의 서브 컬러필터층을 형성할 때 그대로 사용할 수 있다.

동일 마스크를 적용할 수 있는 것은 녹색의 서브 컬러필터층이나 적색 및 이후 형성되는 청색의 서브 컬러필터층이 모두 동일한 패턴을 가지므로 동일한 마스크를 사용하더라도 소정의 거리만큼 마스크를 이동하면서 노광하면 새로운 마스크로 교체하지 않더라도 마스크 공정을 수행할 수 있기 때문이다.

다음으로, 청색의 컬러필터층에 대해서도 동일한 방법으로 청색의 서브 컬러필터층(303c)을 형성한다.

상기 공정의 결과, 적, 녹, 청색의 서브 컬러필터층이 일정한 간격을 가지며 서로 분리되게 형성된다. 상기의 제 1실시 예에서는 프로세스 키를 형성하는 단계를 적색의 컬러필터층을 형성하는 단계에서 형성하였지만 프로세스 키를 형성하는 단계는 적,녹, 청색의 서브 컬러필터층 중 임의의 층을 형성할 때 형성할 수 있으며 그 순서 또한 임의로 정할 수 있다.

그런데, 상기 컬러필터층은 유동성의 유기막인 블랙매트릭스가 흡착되지 않도록 소수성의 수지로 만들어진다. 컬러필터층을 소수성으로 만들기 위하여 컬러필터층의 유기막 성분과 소수성 상호작용을 하여 물리적 가교 역할을 할 수 있는 고 분자를 첨가한다. 소수성을 만드는 고분자로는 폴리프로필렌옥사이드 (polypropylene oxide), 폴리부틸렌옥사이드 (polybutylene oxide), 폴리테트라메틸렌옥사이드(polytetramethylene oxide), 그리고 지방성 폴리에스테르 (polyester), 즉 폴리락티드(polylactide), 폴리글리콜라이드(polyglycollide), 락티드-글리콜라이드 (lactide-glycollide) 공중합체, 폴리부틸레이드 (polybutylade)등을 첨가할 수 있다. 이들은 컬러필터 내의 하이드록시기(hydroxy)(OH기)와 결합하여 컬러필터가 다른 물질과 결합할 수 있는 작용기를 제거할 수 있다. 그러므로, 상기 작용기가 없는 컬러필터층은 소수성을 띠게 되고 그 위에 유동성을 가진 블랙매트릭스가 형성되더라도 블랙매트릭스는 컬러필터에 흡착되지 않고 흘러 제거될 수 있다.

상기와 같이, 소수성의 컬러필터층이 형성된 다음, 유체로서 유동성을 가진 불투명의 유기막인 블랙매트릭스(302)를 기판 전면에 코팅한다.

블랙매트릭스가 컬러필터가 형성된 기판 전면에 코팅되더라도 소수성을 띠는컬러필터층(303) 위에는 블랙매트릭스가 형성되지 않고 흘러내려 서브 컬러필터와 서브 컬러필터 사이의 골에만 블랙매트릭스(302)가 형성된다. 도 6b는 서브 컬러필터층사이의 골에만 컬러필터가 형성된 모습을 도시하고 있다.

다음으로, 상기 컬러필터 사이에 형성되는 블랙매트릭스(302)를 가열하여 유동성의 블랙매트릭스에 포함되는 용매(솔벤트)(solvent)를 제거하고 경화한다. 상기 경화방법은 상기 블랙매트릭스가 형성된 기판을 고온의 챔버 내에서 가열하는 열 경화 방법을 사용할 수 있다.

상기와 같이, 컬러필터층(303)을 소수성으로 만들고 그 다음 블랙매트릭스(302)를 형성함으로써 블랙매트릭스를 형성하기 위한 별도의 마스크 공정을 진행하지 않아도 된다. 마스크 공정을 생략함으로써 고가의 마스크 사용을 줄일 수 있을 뿐 아니라 마스크를 사용함으로써 부수적으로 수행되는 공정인 노광공정, 현상공정 및 세정공정을 줄일 수 있다.

또한, 상기 블랙매트릭스는 소수성의 컬러필터층 상에는 형성되지 않고 또한 열 경화되어 일정부분 부피가 줄기 때문에 별도의 평탄화 공정을 수행하지 않아도 된다.

또한, 블랙매트릭스를 형성하는 단계에서는 마스크 공정을 사용하지 않기 때문에 프로세스 키를 형성할 수 없게 된다. 그러므로 본 실시 예에서는 컬러필터를 형성하는 공정에서 프로세스 키를 함께 형성한다.

다음으로, 도 6c에서 도시된 바와 같이, 컬러필터층(303)과 블랙매트릭스(302) 및 프로세스 키(310)가 형성된 기판 상에 액정에 전계를 인가하기 위한 공통전극(305)을 형성한다.

공통전극(305)은 TN(Twisted Nematic)모드에서는 컬러필터 기판 상에 형성되지만 IPS(In Plane Switching)모드에서는 TFT어레이 기판 상에 형성되기 때문에 불필요할 수 있다.

다음으로, 공통전극(305)이 형성된 다음, 공통전극 상에 스페이서(306)를 형성하기 위한 감광성의 유기막을 형성한다. 상기 감광성의 유기막에 스페이서 형성용 마스크(미도시)를 적용하여 노광공정, 현상공정 및 세정공정을 실시하여 스페이 서 패턴(306)을 형성한다. 상기 스페이서(306)는 액정패널의 하부기판과 상부기판의 셀 갭을 유지하는 역할과 진동상황에서 액정이 한 방향으로 쏠리는 현상인 중력불량 문제를 완화하는데 기여한다.

스페이서(306)를 형성한 다음, 상기 스페이서(306)가 형성된 기판(301) 상에 액정의 초기배향을 위한 폴리이미드 계열의 배향막(307)을 형성한다. 상기 배향막(307) 형성공정은 배향막에 헝겊 등으로 일정한 방향으로 문지르는 러빙공정을 포함한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 배향막을 형성함으로써 컬러필터 기판의 형성공정을 완성한다.

다음으로, 도 7 및 8을 통하여 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 컬러필터 기판과 그 제조공정을 살펴본다.

도 7은 도 5에서 설명된 컬러필터 기판과는 프로세스 키(310)가 양각의 컬러필터층에 의해서 형성되는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 5에서는 음각의 컬러필터층에 의해 프로세스 키를 형성하였지만, 도 7에 도시되는 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 프로세스 키는 컬러필터층을 양각으로 패턴함으로써 형성된다.

도 7을 통하여 그 구조를 살펴보면, 적, 녹, 청색의 서브 컬러필터층(303a,303b,303c)이 기판 상에 형성되고 기판의 가장자리에는 적, 녹, 청색의 서브 컬러필터 중 어느 하나의 서브 컬러필터에 의해 형성되는 프로세스 키(310)가 형성되어 있다. 상기 프로세스 키는 양각으로 구성되며 컬러필터층을 형성하는 수지로 구성된다. 도 7에서는 적색의 컬러필터에 의해 형성된 프로세스 키(310)를 도시하고 있지만, 상기 프로세스 키는 적색의 컬러필터로 제한되지 않는다.

컬러필터층과 프로세스 키의 구성 외에는 도 5에서 설명한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 구성을 가진다.

다음으로, 도 8a~8c에서 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 컬러필터 기판의 제조공정을 살펴본다.

도 8에서 도시된 컬러필터의 제조공정은 기판 상에 서브 컬러필터를 형성하는 공정에서 양각의 프로세스 키를 형성하는 점에서 제 1 실시 예와 구별되며 다른 공정은 동일하다.

즉, 도 8a에서 도시된 바와 같이, 안료분산법에 의해 적색의 컬러필터층(303a)을 형성하는 공정에서 양각의 프로세스 키(310)를 함께 형성한다. 다음으로 녹색 및 청색의 서브 컬러필터층(303b,303c)을 형성한다. 상기 프로세스 키는 적, 녹 ,청색의 임의의 서브 컬러필터 수지로 구성될 수 있다. 상기 컬러필터층은 상기 실시 예 1에서 설명된 바와 같이, 소수성의 컬러필터층으로 구성된다.

다음으로, 도 8b에서 도시된 바와 같이, 유동성을 가진 블랙매트릭스를 기판 상에 형성한다. 컬러필터의 소수성으로 인하여 상기 블랙매트릭스는 상기 컬러필터층상에는 형성되지 않고 서브 컬러필터층 사이의 골에만 형성된다.

상기 블랙매트릭스를 경화하는 공정은 상기 실시 예 1에서와 동일하다.

다음으로, 도 8c에서 도시된 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(302)및 컬러필터층(303)상에 공통전극(305), 스페이서(306) 및 배향막(307)을 형성하여 컬러필터 기판을 완성한다.

상기 실시 예에서는 액정표시소자가 TN 모드로 작동할 경우, 프로세스 키 형성 공정을 설명하였데, 본 발명의 기술적 사상에 의한 액정표시소자의 제조방법은 TN모드 뿐 아니라 IPS모드에서도 적용될 수 있다.

IPS모드의 액정표시소자는 액정에 전계를 인가하는 공통전극이 컬러필터층상에 형성되지 않으므로, 상기 실시 예에서 공통전극 형성공정을 제거하므로 컬러필터 기판을 형성할 수 있다. 그러나, IPS모드에서는 정전기 방지를 위하여 기판의 배면 또는 컬러필터 기판의 내면에 ITO막을 형성하는 공정을 추가할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 소수성의 컬러필터를 형성함으로써 블랙매트릭스를 형성하기 위한 마스크 사용을 줄일 수 있다. 또한, 컬러필터 형성공정에서 프로세스 키를 동시에 형성할 수 있게 함으로써 프로세스 키를 형성하기 위한 별도의 공정을 진행하지 않을 수 있다. 또한 마스크 공정을 줄임으로써 컬러필터 기판 형성공정을 단순화 할 수 있다.

Claims (17)

1. 기판 상에 프로세스 키부를 포함하는 컬러필터층을 형성하는 단계;

   상기 컬러필터층 사이에 블랙매트릭스를 형성하는 단계;

   상기 기판 상에 배향막을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 컬러필터층은 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부틸렌옥사이드, 폴리테트라메틸렌옥사이드 또는 지방성 폴리에스테르로 이루어지는 일군으로부터 선택되는 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 컬러필터층을 형성하는 단계는

   제 1 서브 컬러필터층을 형성하는 단계;

   상기 제 1서브 컬러필터층과 서로 분리되는 제 2서브 컬러필터층을 형성하는 단계;

   상기 제 1서브 컬러필터층 및 제 2 서브컬러필터층과 각각 분리되어 형성되는 제 3서브 컬러필터층을 형성하는 단계 및

   상기 제 1,2,3 서브 컬러필터층 형성단계 중 어느 한 단계에서 프로세스 키 부를 함께 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 프로세스 키 부 형성단계는 음각의 프로세스 키 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 형성단계는 음각의 프로세스 키 패턴 내로 상기 블랙매트릭스를 형성함으로써 프로세스 키를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 기판 상에 공통전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 기판 상에 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 프로세스 키부 형성단계는 상기 컬러필터층으로 구성되는 양각의 프로세스 키 형성 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 컬러필터층은 유기물질과의 결합기가 제거된 소수성 물질인 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
9. 삭제
10. 제 1항에 있어서, 상기 지방성 폴리에스테르는 폴리락티드, 폴리글리콜라이드, 락티드-글리콜라이드 공중합체, 폴리부틸레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판 제조방법.
11. 기판 상에 형성되며 프로세스 키부를 포함하는 컬러필터층;

    상기 컬러필터층 사이에 형성되는 블랙매트릭스;

    상기 컬러필터층 및 블랙매트릭스 상에 형성되는 배향막을 포함하고,

    상기 컬러필터층은 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부틸렌옥사이드, 폴리테트라메틸렌옥사이드 또는 지방성 폴리에스테르로 이루어지는 일군으로부터 선택되는 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
12. 제 11항에 있어서, 상기 컬러필터층은 유기물질과의 결합기가 제거된 소수성물질인 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
13. 삭제
14. 제 11항에 있어서, 상기 프로세스 키부는 음각의 프로세스 키 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
15. 제 14항에 있어서, 상기 음각의 프로세스 키 패턴 내에는 상기 블랙매트릭스 가 형성되어 프로세스 키를 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
16. 제 11항에 있어서, 상기 프로세스 키부는 양각의 상기 컬러필터층으로 구성되는 프로세스 키인 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
17. 삭제

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