JP2005301284A - 液晶表示パネルおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、フォトリソグラフィー工程を実施することなく、パターニングを行うことにより製造工程を単純化すると共に製造費用を節減し得る液晶表示パネルおよびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明の液晶表示パネルは、ソフトモールドによる成型で形成されたカラーフィルター１５６と、カラーフィルター１５６をセル単位で区画するためのブラックマトリクス１５４とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図３
Description
本発明は液晶表示パネルに関し、特に液晶表示パネルのカラーフィルターをフォトリソグラフィー工程を実施することなくパターニングし得る液晶表示パネルおよびその製造方法に関する。
図１は関連技術の液晶表示パネルを示した断面図である。
図１に図示された液晶表示パネルは、上部基板52上に順に形成されたブラックマトリクス54、カラーフィルター56、平坦化層57、共通電極68、カラムスペーサー63、上部配向膜58で構成される上部アレイ基板と、下部基板82上に形成されたTFT（薄膜トランジスタ）と、画素電極66および下部配向膜88で構成される下部アレイ基板と、上部アレイ基板および下部アレイ基板の間の空間に注入されている液晶(図示せず)を備えている。
図１に図示された液晶表示パネルは、上部基板52上に順に形成されたブラックマトリクス54、カラーフィルター56、平坦化層57、共通電極68、カラムスペーサー63、上部配向膜58で構成される上部アレイ基板と、下部基板82上に形成されたTFT（薄膜トランジスタ）と、画素電極66および下部配向膜88で構成される下部アレイ基板と、上部アレイ基板および下部アレイ基板の間の空間に注入されている液晶(図示せず)を備えている。
上部アレイ基板において、ブラックマトリクス54は、下部アレイ基板のTFT領域と複数のゲートラインおよびデータライン（図示せず）の領域に対応して上部基板52上に形成され、カラーフィルター56を形成するセル領域となっている。ブラックマトリクス54は、光漏れを防止すると共に外部の光を吸収してコントラストを高める役割をする。カラーフィルター56はブラックマトリクス54により分離されたセル領域に形成される。このカラーフィルター56はR，G，B別に形成されてR，G，B色相を具現する。平坦化層57はカラーフィルター５６を覆うように形成されて上部基板52を平坦化する。共通電極68には液晶の動きを制御するための共通電圧が供給される。カラムスペーサー63は上部基板52と下部基板82との間のセルギャップを維持する役割をする。一方、垂直方向電界を利用するTN(Twisted Nematic)モードでは平坦化層57がないことがあり得る。また、水平方向電界を利用するIPS(In Plan Switching)モードの場合には共通電極68を下部アレイ基板に形成することもできる。
下部アレイ基板において、TFTは、ゲートライン(図示せず)と共に下部基板82上に形成されるゲート電極59と、このゲート電極59とゲート絶縁膜94を間に置き重ねられている半導体層97，64と、この半導体層97，64を間に置きデータライン(図示せず)と共に形成されるソース／ドレーン電極90，92を備える。このようなTFTはゲートラインからのスキャン信号に応答してデータラインから画素信号を画素電極66に供給する。
画素電極66は、光の透過率が高い透明伝導性物質からなる保護膜100を間に置きTFTのドレーン電極92と接触する。液晶配向のための上／下部配向膜58，88はポリイミドなどの配向物質を塗布した後にラビング工程を行うことにより形成される。
図２a〜図2ｆは、関連技術の上部アレイ基板の製造方法を段階的に示した断面図である。
先ず、上部基板52に不透明金属、例えば、クローム（Cr）などを蒸着させた後、第1マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって不透明物質をパターニングすることにより、図２aに図示された通り、ブラックマトリクス54を形成する。ブラックマトリクス物質としては不透明樹脂を利用することもできる。
ブラックマトリクス54が形成された上部基板５２上に赤色樹脂を蒸着させた後、第2マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって赤色樹脂をパターニングして、図２bに図示された通り、赤色カラーフィルターRを形成する。
赤色カラーフィルターRが形成された上部基板52上に緑色樹脂を蒸着させた後、第3マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって緑色樹脂Gをパターニングして、図２cに図示された通り、緑色カラーフィルターGを形成する。緑色カラーフィルターGが形成された上部基板52上に青色樹脂を蒸着させた後、第4マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって青色樹脂をパターニングして、図２dに図示された通り、青色カラーフィルターBを形成する。これによって、赤・緑・青色のカラーフィルター56を形成する。
カラーフィルター56が形成された上部基板52上にスパッタリングなどの蒸着方法によって透明導電性物質を蒸着させた後にパターニングして、図２eに図示された通り、共通電極68を形成する。一方、IPSモードの場合には共通電極68とカラーフィルター５６との間に平坦化層57が位置する。
共通電極68が形成された上部基板52上に第5マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によってスペーサー物質をパターニングして、図２fに図示された通り、カラムスペーサー63を形成する。
このように、関連技術の液晶表示パネルの上部アレイ基板を形成するためには少なくとも５回以上のマスク工程の実施が必要である。各々のマスク工程にはフォトリソグラフィー工程が含まれており、フォトリソグラフィー工程はフォトレジストの塗布、マスク整列、露光および現像を含む一連の写真工程である。このようなフォトリソグラフィー工程を実施する際に要する所要時間は長く、その上、フォトレジストとフォトレジストパターンを現像するための現像液の浪費が多く、また、露光装備などの高価な設備が必要になる。その結果、製造工程を複雑にしているとともに、液晶表示パネルの製造費用を高くしているという問題点がある。
従って、本発明の目的はフォトリソグラフィー工程を実施することなくパターニング工程を行うことにより、製造工程を単純化すると共に製造費用を節減し得る液晶表示パネルおよびその製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示パネルは、ソフトモールドによる成型で形成されたカラーフィルターと、このカラーフィルターをセル単位で区画するためのブラックマトリクスとを備えることを特徴とする。
カラーフィルターは、隣り合う二つのピクセルに共有される第1カラーフィルターと、第1カラーフィルターの両側に位置する第2カラーフィルターと、第1フィルターと第2フィルターとの間に位置する第3カラーフィルターとを備えることを特徴とする。
本発明による液晶表示パネルの製造方法は、基板上にブラックマトリクスを形成する段階と、このブラックマトリクスが形成された基板上にカラー樹脂を形成した後、カラー樹脂をソフトモールドで成型してカラーフィルターを形成する段階とを含むことを特徴とする。
カラー樹脂は、第1〜第3色を具現する樹脂のうち少なくとも何れか一つの樹脂とレジスト物質とが混合された液状物質であることを特徴とする。
カラーフィルターを形成する段階は、ブラックマトリクスが形成された基板上に第1カラー樹脂を形成した後、 第1カラー樹脂上に第1溝を有する第1ソフトモールドを整列して第1溝と対応する第1カラー層を形成する段階と、第1カラー層が形成された基板上に第2カラー樹脂を形成した後、 第2カラー樹脂上に第1溝より広い幅を有する第2溝を有する第2ソフトモールドを整列して第2溝と対応する第2カラー層を形成する段階と、第2カラー層が形成された基板上に第3カラー樹脂を形成した後、 第3カラー樹脂上に第2溝より広い幅を有する第3溝を有する第3ソフトモールドを整列して第３溝と対応する第3カラー層を形成する段階とを含むことを特徴とする。
第1カラー層は同一の色を具現する二つのカラー層が互いに隣接して位置するように形成され、第2カラー層は第1カラー層を覆うように形成され、第3カラー層は第1カラー層および第2カラー層を覆うように形成されることを特徴とする。
アッシング工程およびポリシング工程のうち少なくとも何れか一つの工程により第1〜第3カラー層の一部を除去する段階を更に含むことを特徴とする。
カラーフィルターを形成する段階は、隣り合う二つのピクセルに共有される第1カラーフィルターを形成する段階と、第1カラーフィルターの両側に位置する第2カラーフィルターを形成する段階と、第1カラーフィルターと第2カラーフィルターとの間に位置する第3カラーフィルターを形成する段階とを含むことを特徴とする。
カラーフィルターが形成された基板上に共通電極を形成する段階と、この共通電極が形成された基板上にスペーサーを形成する段階とを更に含むことを特徴とする。
また、本発明の液晶表示パネルは、上記の製造方法により形成されたカラーフィルター及びブラックマトリクスを備えることを特徴とする。
カラーフィルターは、隣り合う二つのピクセルに共有される第1カラーフィルターと、第1カラーフィルターの両側に位置する第2カラーフィルターと、第1カラーフィルターと第2フィルターとの間に位置する第3カラーフィルターとを備えることを特徴とする。
本発明による液晶表示パネルおよびその製造方法は、フォトリソグラフィー工程を実施することなく、ソフトモールドおよびレジストとカラー樹脂とが混合された物質を利用してカラーフィルターを形成する。これによって、露光および現像工程が省かれ、ベイキング工程とパターニング(モールド工程)とを同時に実施するため、製造工程が単純化されると共に製造費用を節減することができる。
以下、図３〜図５cを参照して本発明の望ましい実施例について説明する。
図３は本実施例における液晶表示パネルの上部アレイ基板を示した断面図である。
図３に図示した液晶表示パネルは、上部基板152上に順に形成されたブラックマトリクス154、カラーフィルター156、共通電極168、カラムスペーサー163および上部配向膜158から構成されている。
図３は本実施例における液晶表示パネルの上部アレイ基板を示した断面図である。
図３に図示した液晶表示パネルは、上部基板152上に順に形成されたブラックマトリクス154、カラーフィルター156、共通電極168、カラムスペーサー163および上部配向膜158から構成されている。
ブラックマトリクス154は、下部アレイ基板のTFT領域と複数のゲートライン及びデータライン（図示せず）の領域に対応して上部基板152上に形成され、カラーフィルター156を形成するセル領域となっている。ブラックマトリクス154は光漏れを防止すると共に外部の光を吸収してコントラストを高める役割をする。
カラーフィルター156は、ブラックマトリクス154により分離されたセル領域に形成される。このカラーフィルター156はR(赤色)、G(緑色)、B(青色)、B(青色)、G(緑色)、R(赤色)の順に配列されて形成され、液晶パネルの駆動時に多様な色相を具現する。本実施例においては、カラーフィルター156の材料として、ポリエチレングリコール(PEG)、アクリレートおよび光開示剤を含む耐熱性と耐薬品性のレジスト物質に色を具現することができる樹脂、例えば、赤色R、緑色Gおよび青色Bのうち何れか一つの樹脂が含まれた液状の物質を利用する。
カラーフィルター156は、ブラックマトリクス154により分離されたセル領域に形成される。このカラーフィルター156はR(赤色)、G(緑色)、B(青色)、B(青色)、G(緑色)、R(赤色)の順に配列されて形成され、液晶パネルの駆動時に多様な色相を具現する。本実施例においては、カラーフィルター156の材料として、ポリエチレングリコール(PEG)、アクリレートおよび光開示剤を含む耐熱性と耐薬品性のレジスト物質に色を具現することができる樹脂、例えば、赤色R、緑色Gおよび青色Bのうち何れか一つの樹脂が含まれた液状の物質を利用する。
このようなレジスト物質と樹脂の組成を表１に示した。
カラーフィルター156上には上部基板152を平坦化するための平坦化層(図示せず)を形成することもできる。
共通電極168には液晶の動きを制御するための共通電圧が供給される。この共通電極168は、水平方向電界を利用するIPSモードの場合にはTFTが形成された下部アレイ基板に形成することもできる。カラムスペーサー163は上部基板152と下部基板182との間のセルギャップを維持する役割をする。
このような上部アレイ基板は、TFT、複数の信号ライン(ゲートラインおよびデータライン)、画素電極および下部配向膜などを含む下部アレイ基板(図示せず)と合着される。
図４a〜図４iは、本発明による上部アレイ基板の製造方法を段階的に示した断面図である。
先ず、上部基板152に不透明金属、例えば、クローム（Cr）などを蒸着させた後、第1マスクを利用したフォトリソグラフィー工程と蝕刻工程によって不透明物質をパターニングして，図４aに図示したように、ブラックマトリクス154を形成する。本実施例では、ブラックマトリクス物質として不透明樹脂を利用することもできる。
ブラックマトリクス154が形成された上部基板152上にレジスト物質に赤色水が混合された液状の物資を塗布した後、図４bに図示したような第1ソフトモールド134を利用して、互いに隣接するように形成された二つの赤色カラー層Rを形成する。
これを図５a〜図５cを参照して具体的に説明すると次の通りである。
ブラックマトリクス154が形成された上部基板上に、図５aに図示したように、露出又はスピンコーティングなどの塗布方法により赤色Rカラーの液状物質156aを塗布する。ここで、赤色Rカラー物質156aの材料としては、ポリエチレングリコール(PEG)、アクリレートおよび光開示剤を含む耐熱性と耐薬品性のレジスト物質に赤色R樹脂が含まれた液状の物質を利用する。このような赤色Rカラー材料の組成を表２に具体的に示した。
ブラックマトリクス154が形成された上部基板上に、図５aに図示したように、露出又はスピンコーティングなどの塗布方法により赤色Rカラーの液状物質156aを塗布する。ここで、赤色Rカラー物質156aの材料としては、ポリエチレングリコール(PEG)、アクリレートおよび光開示剤を含む耐熱性と耐薬品性のレジスト物質に赤色R樹脂が含まれた液状の物質を利用する。このような赤色Rカラー材料の組成を表２に具体的に示した。
次に、カラーの液状物質156a上には、図５bに図示したように、溝134aと突出部134bを有する第1ソフトモールド134を整列させ、第1ソフトモールド134の溝134aが赤色Rカラーフィルターに形成される領域に対応させる。このような第1ソフトモールド134には、弾性が大きいゴム材料、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリウレタン、クロスリンクドノボラック樹脂などを利用する。
この第1ソフトモールド134は、自重程度の重さによって第1ソフトモールド134の突出部134b表面と基板152およびブラックマトリクス154とを接触するようにして、カラーの液状物質１５６ａを、所定時間、例えば、約10分〜２時間の間、成型する。この際、基板132は約130℃以下の温度でベイキングされる。すると、第1ソフトモールド134と基板152との間の圧力で発生する毛細管力と、第1ソフトモールド134とカラー物質との間の反発力とによりカラーフィルター物質が第1ソフトモールド134の溝134a内へ移動する。これによって、図５cに図示したように、第1ソフトモールド134の溝134aが反転して転写されたパターン形態の赤色カラー層Rが形成される。
上述の方式により互いに隣接する二つの赤色カラー層Rが形成された上部基板152上に、レジスト物質に緑色G樹脂が混合された液状の物質156bを塗布した後、図4cに図示したように、４つのカラーフィルターが位置し得る程度の溝234aを有する第2ソフトモールド234を整列させる。
このような第2ソフトモールド234を利用して、図4dに図示したように、互いに隣接するように形成された二つの赤色カラー層Rの両側に位置すると共に赤色カラー層Rを覆うようにして、緑色カラー層Gを形成する。ここで、第2ソフトモールド234を利用した緑色カラー層Gは、図５a〜図５cに図示した方式と同様の方式により形成する。
緑色カラー層Gが形成された基板152上に、レジスト物質に青色樹脂が混合された液状の物質156cを塗布した後、図４eに図示したように、６つのカラーフィルターが位置し得る程度の溝334aを有する第3ソフトモールド334を整列させる。より詳細には、第3ソフトモールド334の溝334aの中央に緑色および赤色のカラー層R，Gが位置するように第3ソフトモールド334を整列させる。
このように第3ソフトモールド334を利用して、図４fに図示したように、緑色および赤色カラー層G，Rの間に位置すると共に赤色および緑色のカラー層R，Gを覆うようにして、青色カラー層Bを形成する。
また、第3ソフトモールド334を利用した青色カラー層Bについても図５a〜図５ｃに示した方式と同様の方式により形成する。
このように、R，G，Bカラー層を形成した後、ポリシング工程やアッシング工程などによりR，G，Bカラー層を一部除去することにより、図４gに図示したように、赤・緑・青色のカラーフィルター156が形成される。
赤・緑・青色のカラーフィルター156が形成された上部基板152上にスパッタリングなどの蒸着方法によって透明導電性物質を蒸着させた後にパターニングを行って、図４hに図示したように、共通電極168を形成する。
共通電極168が形成された上部基板152上にマスクを利用したフォトリソグラフィー工程と触刻工程によってスペーサー物質をパターニングすることにより、図４iに図示したように、カラムスペーサー163を形成する。
このように、本発明による液晶表示パネルおよびその製造方法は、フォトリソグラフィー工程を実施することなく、ソフトモールドおよびレジストとカラー樹脂が混合された物質を利用してカラーフィルターを形成する。これによって、露光および現像工程が省かれることにより現像するための現像液の浪費を減らすことができ、露光設備などの高価な設備が不要になる。また、ベイキング工程とパターニング工程(モールド工程)を同時に実施している。その結果、製造工程を単純化して製造費用が節減されることにより製造収率を向上させることができる。
このように、フォトリソグラフィー工程を実施することなく、ソフトモールドおよびレジストとカラー樹脂が混合された物質を利用してカラーフィルターを形成する方式は、IPSモードの液晶表示パネルおよびTNモードの液晶表示パネルだけでなく、ECB(電界制御複屈折)モード、延いてはVA(Vertical Alignment)モードの液晶表示パネルにも容易に適用することができる。
52，152 上部基板
54，154 ブラックマトリクス
68，168 共通電極
82、１８２ 下部基板
56，156 カラーフィルター
134 第1ソフトモールド
234 第2ソフトモールド
334 第3ソフトモールド
54，154 ブラックマトリクス
68，168 共通電極
82、１８２ 下部基板
56，156 カラーフィルター
134 第1ソフトモールド
234 第2ソフトモールド
334 第3ソフトモールド
Claims (11)
- ソフトモールドによる成型で形成されたカラーフィルターと、前記カラーフィルターをセル単位で区画するためのブラックマトリクスと、を備えることを特徴とする液晶表示パネル。
- 前記カラーフィルターは、隣り合う二つのピクセルに共有される第1カラーフィルターと、前記第1カラーフィルターの両側に位置する第2カラーフィルターと、前記第1カラーフィルターと第2カラーフィルターとの間に位置する第3カラーフィルターと、を備えることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
- 基板上にブラックマトリクスを形成する段階と、前記ブラックマトリクスが形成された基板上にカラー樹脂を形成した後、前記カラー樹脂をソフトモールドで成型してカラーフィルターを形成する段階と、を含むことを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
- 前記カラー樹脂は、第1〜第3色を具現する樹脂のうち少なくとも何れか一つの樹脂とレジスト物質とが混合された液状物質であることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記カラーフィルターを形成する段階は、前記ブラックマトリクスが形成された基板上に第1カラー樹脂を形成した後、前記第1カラー樹脂上に第1溝を有する第1ソフトモールドを整列して前記第1溝と対応する第1カラー層を形成する段階と、前記第1カラー層が形成された基板上に第2カラー樹脂を形成した後、 前記第2カラー樹脂上に前記第1溝より広い幅を有する第2溝を有する第2ソフトモールド を整列して前記第2溝と対応する第2カラー層を形成する段階と、該第2カラー層が形成された基板上に第3カラー樹脂を形成した後、前記第3カラー樹脂上に前記第2溝より広い幅を有する第3溝を有する第3ソフトモールドを整列して前記第３溝と対応する第3カラー層を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記第1カラー層は同一の色を具現する二つのカラー層が互いに隣接して位置するように形成し、前記第2カラー層は前記第1カラー層を覆うように形成し、前記第3カラー層は前記第1カラー層および第2カラー層を覆うように形成することを特徴とする請求項5に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- アッシング工程およびポリシング工程のうち少なくとも何れか一つの工程によって前記第1〜第3カラー層の一部を除去する段階を更に含むことをと特徴とする請求項5に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記カラーフィルターを形成する段階は、隣り合う二つのピクセルに共有される第1カラーフィルターを形成する段階と、前記第1カラーフィルターの両側に位置する第2カラーフィルターを形成する段階と、前記第1カラーフィルターと第2カラーフィルターとの間に位置する第3カラーフィルターを形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 前記カラーフィルターが形成された基板上に共通電極を形成する段階と、該共通電極が形成された基板上にスペーサーを形成する段階と、を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の液晶表示パネルの製造方法。
- 請求項3〜９のうち何れか1項に記載の製造方法により形成された前記カラーフィルター及び前記ブラックマトリクスを備えることを特徴とする液晶表示パネル。
- 前記カラーフィルターは隣り合う二つのピクセルに共有される第1カラーフィルターと、前記第1カラーフィルターの両側に位置する第2カラーフィルターと、前記第1カラーフィルターと第2カラーフィルターとの間に位置する第3カラーフィルターと、を備えることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示パネル。
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