JP2004191984A - 液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法 - Google Patents

液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】スキャニング跡が形成されたカラーフィルタ基板を研磨を通して上記スキャニング跡をなくすことで画質を改善して高品質の液晶表示装置用カラーフィルタ基板を製造することができる製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る製造方法は、絶縁基板上にブラックマトリクスを形成する段階と；上記基板上にカラー転写フィルムを密着させる段階と；上記カラー転写フィルム上にレーザヘッドを位置させる段階と；上記カラー転写フィルムに対しレーザスキャニングを反復して行う段階と；上記ブラックマトリクス内に定義されたカラーフィルタパターン領域にカラーフィルタパターンが残るように、上記カラー転写フィルムを除去する段階と；そして上記カラーフィルタパターンの表面を研磨して上記カラーフィルタパターンの表面を平坦化する段階とを含むものである。
【選択図】図７Ｄ

Description

本発明は液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法に関するもので、より詳細には熱転写方法によるカラーフィルタ基板の製造方法に関するものである。
最近、情報化社会に時代が急発展するに従い、薄形化、軽量化、低消費電力化等の優秀な特性を有する平板表示装置(flat panel display)の必要性が台頭したが、この中で液晶表示装置(liquid crystal display)が解像度、カラー表示、画質等が優秀でノートブックパソコンやデスクトップモニタ等に活発に適用されている。
一般的に液晶表示装置は、一面に電極がそれぞれ形成されている２枚の基板を、電極が形成されている面が互いに対向するように配置して２基板間に液晶物質を注入した後、２電極に電圧を印加して生成される電場により液晶分子を動かすようにすることで、これに従い変化する光の透過率により画像を表現する装置である。
液晶表示装置の下部基板は画素電極に信号を印加するための薄膜トランジスタを含むアレー基板で、薄膜を形成しフォトリソグラフィ工程を反復することで形成され、上部基板は、共通電極およびカラーフィルタを含む基板で、カラーフィルタの赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類色が順次的に配列されており、顔料分散法とか染色法、電着法等の方法で製作されるが、その中顔料分散法が精巧に製作でき再現性が良好なので広く使用されている。
顔料分散法によるカラーフィルタ基板の製造方法を簡単に説明する。
図１Ａに図示したように、絶縁基板(10)上に金属物質又は樹脂を基板全面に蒸着(塗布)した後、フォトリソグラフィ法を通してブラックマトリクス(Black Matrix ;以下BMと称する)(15)を形成する。上記BM(15)は、アレー基板上の画素電極以外の部分で液晶分子の非正常的作用により発生する光漏れ現象を防止し、薄膜トランジスタのチヤネル部に光が入射するのを遮断するためのものである。
次に図１Ｂに図示したように、上記BM(15)が形成された基板(10)の赤、緑、青色中の一つ、例えば赤色カラーレジストをスピンコーティング等の方法を通して基板全面に塗布した後、光を通過させる部分と光を遮断するパターンのマスク(20)を上記基板(10)上に位置させた後露光させる。
次に図１Ｃに図示したように、上記カラーレジストを現像すれば、上記カラーレジスト(17)はネガティブ性質を有するので、光を受けた部分は残るようになり、光を受けなかった部分は除去されて赤色カラーフィルタパターン(17a)が形成される。以後上記赤色カラーフィルタパターンを硬化させるために乾燥(curing)を進行する。以後赤色カラーフィルタパターン(17a)形成と同一な方法で緑色および青色カラーフィルタパターン(17b、17c)を形成する。
次に図１Ｄに図示したように、上記赤、緑、青色のカラーフィルタパターン(17a、17b、17c)上に形成された基板全面に透明導電性物質であるインジウム-スズ-酸化物(ITO)又はインジウム-亜鉛-酸化物(IZO)を蒸着して共通電極(25)を形成する。この時、上記カラーフィルタパターン(17a、17b、17c)と共通電極(25)の間にカラーフィルタパターン(17a、17b、17c)の保護と段差補償のためにオーバコート膜(23)を形成することもある。
しかし前述した顔料分散法によるカラーフィルタ基板の製造は、カラーレジストの塗布、露光、現像、乾燥(curing)等の製造工程を反復進行するので製造工程ラインが長く複雜である。上記問題点を解決するための新しい方法として、熱転写法によりカラーフィルタ基板を製造する方法が公開特許1998-084557に提案された。
簡単に熱転写法によるカラーフィルタ基板の製造方法を図２Ａ乃至２Ｄを参照して説明する。
図２Ａに図示したように、絶縁基板(30)上に金属物質又は樹脂を全面に蒸着又は塗布した後、フォトリソグラフィ工程を進行してBM(35)を形成する。
次に図２Ｂに図示したように、支持フィルム(40a)、光熱変換層(40b)、カラーフィルタ層(40c)よりなる第１カラー転写フィルム(40)を上記基板(30)より所定間隔離隔して上記基板(30)に対応するように位置させた後、上記基板(30)と第１カラー転写フィルム(40)をそれらの間に気泡が生じないようにして密着させる。
次に図２Ｃに図示したように、上記第１カラー転写フィルム(40)上に一定間隔離隔してレーザ光を発生させるレーザヘッド(50)を位置させた後、上記レーザヘッド(50)を直線往復運動させて第１カラーパターンを形成させようとするところにレーザ光を照射する。この時上記レーザ光を受けた第１カラー転写フィルム(40)は、上記第１カラー転写フィルム(40)内の光熱変換層(40b)が上記レーザ光による光を吸收して上記光エネルギーを熱エネルギーに変換して放出することで、上記放出された熱によりカラーフィルタ層(40c)が基板(30)上に転写される。この時、普通カラーフィルタ基板上のカラーフィルタパターンはストライプ(stripe)タイプで形成されるので、縦に配列された同一カラーからなる部分がレーザヘッド(50)の直線運動によりレーザ光を照射されるようになり、第２、第３カラー層を形成する緑、青カラーをなす縦方向パターンを跳び越えた後、更に直線運動し２番目列の第２カラーフィルタラインにレーザ光を照射する。第１カラーパターンの最終番目までレーザ光源を照射した後、上記第１カラー転写フィルム(40)を除去することで第１カラーフィルタパターン(45a)が基板上に形成される。
次に図２Ｄに図示したように、第２、第３カラー転写フィルムを同一な方法で進行し、緑、青の第２、第３カラーフィルタパターン(45b、45c)を形成する。以後上記熱転写法によりカラーフィルタパターンが形成された基板を硬化炉に位置させた後、上記カラーフィルタパターン(45a、45b、45c)を硬化させる。以後上記カラーフィルタパターン(45a、45b、45c)上に、上記カラーフィルタパターン(45a、45b、45c)を保護し段差を無くすためにオーバコート膜(47)を形成する。以後上記オーバコート膜(47)上に透明性導電性物質であるITO又はIZOを蒸着して共通電極(49)を形成する。
しかし、上記のような熱転写法により製作されたカラーフィルタ基板において、レーザ光を上記転写フィルムに照射する時、画素の縦方向に照射する方法はカラーフィルタ基板の製造のスループット(through put)に影響を与える。一例として640ｘ480画素からなるVGA液晶表示装置用カラーフィルタ基板の場合、サブ画素は640ｘ3である1920個の列を有するようになり、レーザヘッドのスキャニングをおおよそ1920回、即ち第１、第２、第３カラーフィルタパターンを形成する時毎に、640回のレーザスキャニングが必要になる。なお、VGA、SVGA、XGA等の解像度に従い上記画素の大きさが異なるようになるので、上記画素に合うスポット(spot)されるレーザ光源を備えるのが難しい問題が発生する。
上記のような問題を解決するために、熱転写法において上記レーザスキャニングを同一色が続く列単位でするのでなく、横単位でスキャニングする方法が採られるようになった。この時、レーザヘッドをなすレーザピクセルの大きさに従いスキャニング回数を減少させることで、上記熱転写法によるカラーフィルタ基板の製造のスループットを良好にした。
しかし、横単位レーザスキャニングによる熱転写法においてスキャニング跡がカラーフィルタパターン上に存在し画質の特性を低下させる問題が発生する。
図３は横方向スキャニングを示した図面である。
図示したように、多数個のレーザピクセル(52)からなるレーザヘッド(50)は、上記レーザピクセル(52)のオン(ON)、オフ(OFF)を反復しながら横方向に基板(30)より一定間隔離隔してスキャニングをするが、第１横方向スキャニング後、上記レーザヘッド(50)の幅だけ縦方向に移動して第２スキャニングをする。この時、上記第１スキャニング及び第２スキャニングの境界にスキャニング跡(55)が残るようになるが、上記スキャニング跡が画素(P)内のカラーフィルタパターン(45)上に形成される。
図４Ａは図３の第１列カラーフィルタパターンの一部を図示した図面であり、図４Ｂは図４ＡのIV-IV'線に沿って切断した断面図である。
図示したように、基板(30)上にレーザスキャニングを進行すると、画素(P)のカラーフィルタパターン(45)上にスキャニング境界によるスキャニング跡(55)が形成されている。上記スキャニング跡(55)はレーザスキャニングにより転写フィルムの熱変換層にレーザ光が入射されると、上記熱変換層に入射された光エネルギーが熱エネルギーに変換されるようになり、上記熱エネルギーによりカラーフィルタ層が基板(30)に転写されるが、レーザ光を受けた部分と対応するカラーフィルタ層が正確に転写されるのではなく、上記レーザ光の照射を受けた部分より若干広い領域が転写されるようになる。なお、スキャニングの時間差異、カラーフィルタフィルムの自然硬化等の要因とカラーフィルタ層の膨脹差異に因り、上記スキャニング境界にスキャニング跡(55)がふくらんで厚み差異を有して形成され、上記スキャニング跡がカラーフィルタパターン(45)上に形成されて画質の低下を招来する。
本発明は上記従来の問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は熱転写法によるカラーフィルタ基板製造時に、レーザスキャニングによるスキャニング跡を研磨機を利用して平らに上記カラーフィルタ層の表面を研磨することで、スキャニング跡が無い高品質の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法を提供することである。
上記の目的を達成するための本発明に従う液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法は、絶縁基板上にブラックマトリクスを形成する段階と;上記基板上にカラー転写フィルムを密着させる段階と;上記カラー転写フィルム上にレーザヘッドを位置させる段階と;上記カラー転写フィルムに対しレーザスキャニングを反復して行う段階と;上記ブラックマトリクス内に定義されたカラーフィルタパターン領域にカラーフィルタパターンが残るように、上記カラー転写フィルムを除去する段階と;そして上記カラーフィルタパターンの表面を研磨して上記カラーフィルタパターンの表面を平坦化する段階とを含むものである。
上記カラーフィルタパターンの表面を研磨する段階は、化学的機械的研磨方法を通して遂行することができ、上記カラーフィルタの表面を研磨する研磨機は、基板の全体を研磨するか基板の一部を選択的に研磨することができる。
本発明でn番目(nは自然数)スキャニング領域と(n-1)番目スキャニング領域間の境界は、前記カラーフィルタパターン上に位置させることができる。
本発明は、上記カラーフィルタパターンの表面を研磨する段階以前に、上記カラーフィルタパターンを硬化させる段階を更に含み、上記カラーフィルタパターン上部に共通電極を形成する段階を更に含むこともある。
上記カラーフィルタパターンは上記ブラックマトリクス上部に形成することもできる。
上記レーザヘッドは複数個のレーザピクセルを含み、上記レーザピクセルのそれぞれはスキャニング方向に垂直な約５μｍ乃至約２０μｍの長さとスキャニング方向に平行な約３μｍの幅を有することができる。
以下、添附した図面を参照して本発明の実施例に従う熱転写法によるカラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
本発明では、液晶表示装置用カラーフィルタ基板のカラーフィルタ層を熱転写法により形成するので、レーザスキャニング時におけるスキャナング境界によるスキャニング跡を、カラーフィルタ表面研磨機を利用して上記カラーフィルタ層表面を研磨することで除去することができるので優秀な画質の液晶表示装置用カラーフィルタ基板を提供することができる。
尚、上記カラーフィルタ層表面を研磨して平坦化することで、段差を無くすためのオーバーコート層を形成せずにカラーフィルタ基板を製造することができるので製造費用節減効果がある。
先ず、スキャニング時にレーザ光を発生させて照射するレーザヘッドに関し説明する。
図５Ａおよび５Ｂは、本発明に利用されるレーザヘッドおよびレーザピクセルの平面図である。
レーザピクセル(162)は、長さ(L)が５μｍ乃至２０μｍであり、幅(W)は３μｍ乃至５μｍの大きさを有する。上記レーザピクセルの大きさは、より大きい大きさを有するものもあるが、レーザピクセル自体のパワー等を考慮して上記大きさ範囲内でレーザヘッドを構成して使用される。本発明の実施例では、２０μｍｘ３μｍ大きさのレーザピクセル(162)を224個連結したレーザヘッド(160)を使用する。従ってレーザヘッド(160)に構成されたレーザピクセル(162)の全体の大きさは４４８０μｍｘ３μｍになり、上記レーザヘッド(160)を利用してレーザスキャニングを行う場合、スキャニング幅は４４８０μｍ程度になる。
しかし、前述したようにレーザピクセル(162)の大きさが多様であるので、レーザピクセル(162)の大きさおよび連結個数により任意にレーザスキャニング幅の調節が可能である。
図６は本発明に利用されるカラー転写フィルムの断面図で、図示したように、カラー転写フィルム(110)は3種類の層で構成されている。最下層は光透過性が優秀な材質からなる支持フィルム(110a)で、該支持フィルム(110a)上に光エネルギーを熱エネルギーに変換する光熱変換層(LTHC ; light to heat convert)(110b)と、転写層であるカラーフィルタ層(110c)が形成されている。上記支持フィルム(110a)は、カラーフィルタ層(110c)と光熱変換層(110b)を支持するのは勿論、レーザ光が光熱変換層(110b)に良好に通過することができるように、無色透明な材質であるポリエステル、ポリエチレン等の高分子フィルムで構成される。
光熱変換層(110b)は、レーザを通して入射された光を熱エネルギーに変換しなければならないので、熱変換能力が大きい物質、例えば、カーボンブラック、IR-顔料等の有機化合物とアルミニウム等の金属物質又は上記金属物質の酸化物又は上記した物質の混合物で構成される。
カラーフィルタ層(110c)は転写しようとする物質層からなり、赤、緑、青色のカラーを有する物質で構成される。
本発明の実施例によるカラーフィルタ基板の製造方法に対し説明する。
図７Ａ乃至７Ｅは本発明の実施例に従ったカラーフィルタの製作工程断面図である。上記断面図は、レーザヘッド又はステイジの往復運動する方向、即ち、基板の長軸を正面で見た模様を示したものであり、第１番目赤色カラーフィルタ列の断面を示しており、また、説明の便宜上レーザヘッドが基板のBMとBM間の領域に比べて小さく縮小されて表現している。
図７Ａに図示したように、絶縁基板(100)全面に金属物質、例えばクロム(Cr)又は樹脂、例えば、エポキシを塗布してフォトリソグラフィ法を適用してパターニングすることで、ブラックマトリクス(black matrix (BM):105)を形成する。ブラックマトリクス(105)は非正常的な液晶分子による光漏れ現象を防止する。
以後、図７Ｂに図示したように、上記BM(105)が形成された基板(100)上にカラーフィルタ層(120c)と光熱変換層(120b)と支持フィルム(120a)からなる第１カラー転写フィルム(120)を、上記カラーフィルタ層(120c)が上記BM(105)が形成された基板(100)と対応するように位置させた後、上記第１カラー転写フィルム(120)を前記基板(100)との間に気泡が発生しないようにして上記基板(100)と密着させる。ここで第１カラー転写フィルム(120)のカラーフィルタ層(120c)は赤色カラーフィルタ層であることもできる。
次に、上記第１カラー転写フィルム(120)上に一定間隔離隔してレーザ光を発生させるレーザヘッド(160)を位置させた後、上記レーザヘッド(160)を直線往復運動させるか、又は上記基板(100)を固定させたステイジ(未図示)を直線的に動かして、第１カラーパターンが形成されるべき場所にレーザスキャニングを進行する。
この時、上記レーザスキャニングによりレーザ光を受けた第１カラー転写フィルム(120)は、上記第１カラー転写フィルム(120)内の光熱変換層(120b)が上記レーザ光の光エネルギーを熱エネルギーに変換し、上記熱エネルギーを更に転写層であるカラーフィルタ層(120c)に放出することで、カラーフィルタ層(120c)が基板(100)上に転写される。この時、普通カラーフィルタ基板(100)上のカラーフィルタパターンはストライプ(stripe)タイプで形成されるので、縦に配列された同一カラーからなる部分がレーザヘッド(160)の直線運動により光源が照射されるようになり、第２、第３カラーフィルタ層を形成すべき、緑青カラーをなす縦方向パターンを通過する時には、レーザピクセル(未図示)がオフ(OFF)状態に進行することでレーザ光を発生しない。以後2番目赤色パターンからなる第２赤色パターン列に至ると、上記レーザヘッドのレーザピクセルが再びオン(ON)状態になり、第２カラーフィルタ列にレーザ光を照射する。
前述した過程で第１カラーフィルタの最終列までレーザ光源を照射した後、上記第１カラー転写フィルム(120)を除去する。この時、レーザ光に露光される光熱変換層(120b)と対応するカラーフィルタ層(120c)は基板(100)に転写されて、図７Ｃに図示したように第１カラーパターン(125)を形成するようになり、レーザ光に露出されない光熱変換層(120b)と対応するカラーフィルタ層(120c)は、基板(100)に転写されないで第１カラー転写フィルム(120)除去時に共に除去される。
この時、第１乃至第４スキャニングによりカラーフィルタパターン(125)上部の各スキャニング間の境界にはスキャニング跡(130)が生する。スキャニング跡(130)はカラーフィルタパターン(125)上に盛り上っていて画質を劣化させる原因となる。以後図示していないが、第２及び第３カラーフィルタ層の転写フィルムを、前述した第１カラー転写フィルムを利用した熱転写方法と同一ステップで進行して、緑、青色の第２、第３カラーフィルタパターンを基板(100)上に形成する。
次に、上記熱転写法により形成されたカラーフィルタパターン層(125)を硬化炉で摂氏200度乃至摂氏300度の熱を適正時間加えて完全に硬化させる。
以後図７Ｄに図示したように、上記硬化されたカラーフィルタパターン層(125)が形成された基板(100)を研磨装置の平らなステイジ(未図示)上に置き、研磨部(150)又は上記ステイジを移動させて上記基板(100)上の赤、緑、青色のカラーフィルタパターン層(125、未図示)の表面を化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)方式で研磨する。
前段階で、画素のカラーフィルタパターン上にレーザスキャニングした時に、上記スキャニング領域の境界部分が他の部分に比べてふくらんで、厚いスキャニング跡(130)が形成されて画質低下を発生させるので、表面研磨を通して上記ふくらんだスキャニング境界部分のスキャニング跡(130)を平坦にする。この時、カラーフィルタパターン層のスキャニング跡(130)および表面の一定厚みを研磨することでカラーフィルタパターン層(125)表面荒れおよび段差を改善する。この時上記カラーフィルタパターン層(125)表面研磨は基板(100)全体に適用することもでき、選択的に指定した部分だけ研磨する部分研磨も可能である。
次に図７Ｅに図示したように、以後上記カラーフィルタパターン層(125)上に透明導電物質であるインジウム-スズ-酸化物(ITO)又はインジウム-亜鉛-酸化物(IZO)を蒸着して基板全面に共通電極(140)を形成する。
この時、上記カラーフィルタパターン層(125)と共通電極(140)間に一般的に形成する、カラーフィルタパターンの保護と段差を無くすためにオーバコート層は省略することができる。これは既に前段階で表面研磨により上記カラーフィルタパターン層の表面が平坦な状態であるので、段差をなくすためのオーバコート層を形成しなくてもよいからである。
従来のカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来のカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来のカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来のカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来の熱転写法によるカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来の熱転写法によるカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来の熱転写法によるカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来の熱転写法によるカラーフィルタ基板製造工程を図示した断面図。 従来の横方向レーザスキャニングを利用した熱転写法により製造されるカラーフィルタ基板を図示した平面図。 図３でＡ領域を拡大した平面図。 図４ＡのIV-IV'線に沿って切断した断面図。 本発明に利用されるレーザヘッドおよびレーザピクセルの平面図。 本発明に利用されるレーザヘッドおよびレーザピクセルの平面図。 カラー転写フィルムの断面図。 本発明実施例によるカラーフィルタ製造工程断面図。 本発明実施例によるカラーフィルタ製造工程断面図。 本発明実施例によるカラーフィルタ製造工程断面図。 本発明実施例によるカラーフィルタ製造工程断面図。 本発明実施例によるカラーフィルタ製造工程断面図。
符号の説明
100:基板
105:BM
125:カラーフィルタパターン層
130:スキャニング跡
150:研磨機の研磨部

Claims (11)

  1. 絶縁基板上にブラックマトリクスを形成する段階と;上記基板上にカラー転写フィルムを密着させる段階と;上記カラー転写フィルム上にレーザヘッドを位置させる段階と;上記カラー転写フィルムに対しレーザスキャニングを反復する段階と;上記ブラックマトリクス内に定義されたカラーフィルタパターン領域に、カラーフィルタパターンが残るように上記カラー転写フィルムを除去する段階と;そして上記カラーフィルタパターンの表面を研磨して上記カラーフィルタパターンの表面を平坦化する段階とを含むことを特徴とする液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  2. 上記カラーフィルタパターンの表面を研磨する段階は、化学的機械的研磨方法を通して遂行されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  3. 上記カラーフィルタの表面を研磨する研磨機は、基板の全体を研磨することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  4. 上記カラーフィルタの表面を研磨する研磨機は、基板の一部を選択的に研磨することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  5. n番目(nは自然数)スキャニング領域と(n-１)番目スキャニング領域との間の境界は上記カラーフィルタパターン上に位置することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  6. 上記カラーフィルタパターンの表面を研磨する段階以前に、上記カラーフィルタパターンを硬化させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  7. 上記カラーフィルタパターン上部に共通電極を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  8. 上記カラーフィルタパターンは、上記ブラックマトリクス上部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  9. 上記レーザヘッドは複数個のレーザピクセルを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  10. 上記レーザピクセルのそれぞれは、スキャニング方向に垂直な約５μｍ乃至約２０μｍの長さを有することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
  11. 上記レーザピクセルのそれぞれは、スキャニング方向に平行な約３μｍの幅を有することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置のカラーフィルタ基板製造方法。
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