JP4107384B2 - 液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に係り、パターンされたスペーサ（ｓｐａｃｅｒ）を含む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。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図１を参照して液晶表示装置に構成される液晶パネルの構造とこれによる動作特性を概略的に説明する。
図１は、一般的な液晶パネルを概略的に示した図面である。
図示したように、液晶パネルは、ブラックマトリックス６とサブカラーフィルタ（赤、緑、青）８を含んだカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に透明な共通電極１８が形成された上部基板５と、画素領域Ｐと画素領域上に形成された画素電極１７とスイッチング素子Ｔを含んだアレー配線が形成された下部基板２２とで構成され、前記上部基板５と下部基板２２間には液晶１４が充填されている。
【０００３】
前記下部基板２２は、アレー基板ともいい、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴがマトリックス状（ｍａｔｒｉｘ ｔｙｐｅ）に配置されており、このような複数の薄膜トランジスタを交差して経由するゲート配線１３とデータ配線１５が形成される。
【０００４】
前記画素領域Ｐは、前記ゲート配線１３とデータ配線１５が交差して定義される領域である。前記画素領域Ｐ上に形成される画素電極１７はインジウム−スズ−オキサイド（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）のように光の透過率が比較的優れた透明導電性金属を用いる。
【０００５】
前述したような構成を有する液晶パネルの製作工程を、以下、流れ図を参照して簡略して説明する。
図２は、一般的に適用される液晶セルの製作工程を示した流れ図であって、ｓｔ１段階では、まず下部基板を準備する。前記下部基板にはスイッチング素子で複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が配列されていて、前記ＴＦＴと一対一対応するように画素電極が形成されている。
【０００６】
ｓｔ２段階は、前記下部基板上に配向膜を形成する段階である。
前記配向膜形成は、高分子薄膜の塗布とラビング（Ｒｕｂｂｉｎｇ）工程を含む。前記高分子薄膜は通常配向膜といって、下部基板上の全体に均一な厚さで蒸着されるべきで、ラビングも均一であるべきだ。
【０００７】
前記ラビングは、液晶の初期配列方向を決定する主要な工程であって、前記配向膜のラビングにより正常的な液晶の駆動が可能であって、均一なディスプレー（Ｄｉｓｐｌａｙ）特性を有するようにする。
一般的に、配向膜は、有機質の有機配向膜であるポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系列が主に使われている。
ラビング工程は、布地を利用して配向膜を一定な方向にこすることをいい、ラビング方向によって液晶分子が整列するようになる。
【０００８】
ｓｔ３段階は、シールパターン（ｓｅａｌ ｐａｔｔｅｒｎ）を印刷する工程を示す。
液晶セルでシールパターンは、液晶注入のためのギャップ形成と注入された液晶を漏れないようにする２種の機能を有している。前記シールパターンは、熱硬化性樹脂を一定に所望するパターンで形成させる工程であって、スクリーン印刷法が主流をなしている。
【０００９】
ｓｔ４段階は、スペーサ（Ｓｐａｃｅｒ）を散布する工程を示す。
液晶セルの製造工程で上部基板と下部基板間のギャップを精密かつ均一に維持するために一定な大きさのスペーサが用いられる。したがって、前記スペーサ散布時下部基板に対して均一な密度で散布しなければならなく、散布方式は大別してアルコール等にスペーサを混合して噴射する湿式散布法とスペーサのみを散布する乾式散布法に分けることができる。
また、乾式散布には静電気を利用する停電散布式と気体の圧力を利用する除電散布式に分けられるが、静電気に脆弱な構造を持っている液晶セルでは除電散布法を多く用いる。
【００１０】
前記スペーサ散布工程が終われば、カラーフィルタ基板である上部基板と薄膜トランジスタ配列基板である下部基板の合着工程に進められる（ｓｔ５）。
上部基板と下部基板の合着配列は、各基板の設計時与えられるマージン（Ｍａｒｇｉｎ）により決定されるが、普通数μｍの精度が要求される。二基板の合着誤差範囲を外れれば、光が漏れるようになり液晶セルの駆動時所望する画質特性を期待できない。
【００１１】
ｓｔ６段階は、前記ｓｔ１ないしｓｔ５段階で製作された液晶セルを単位セルに切断する工程である。一般的に液晶セルは大面積のガラス基板に複数個の液晶セルを形成した後各々一つの液晶セルに分離する工程を経るようになるが、この工程がセル切断工程である。
【００１２】
初期液晶表示装置の製造工程では、複数のセルを同時に液晶注入後セル単位で切断する工程を進めたが、セル大きさが増加することに伴い単位セルで切断した後、液晶を注入する方法を用いる。
セル切断工程は、ガラス基板より硬度が高いダイアモンド材質のペンで基板の表面に切断線を形成するスクライブ（Ｓｃｒｉｂｅ）工程と力を加えて切断するブレイク（Ｂｒｅａｋ）工程でなされる。
【００１３】
ｓｔ７段階は、各単位セルで切断された液晶セルに液晶を注入する段階である。
単位液晶セルは、数百ｃｍ２の面積に数μｍのギャップを有する。したがって、このような構造のセルに効果的に液晶を注入する方法としてセル内外の圧力差を利用した真空注入法が最も広く利用される。
【００１４】
前述したような工程中前記スペーサは、説明したように主に別途の規格化されたスペーサを用いるが、この方法はスペーサを散布する方法上の制約が多い。
したがって、基板の製作工程中スペーサをパターン化して形成する方法が多く研究されている。
基板に直接パターン化されるスペーサは、前記下部基板または上部基板（カラーフィルタ基板）に形成することができ、下部基板に構成される場合には一般的に前記下部基板のアレー配線上部に形成する。
【００１５】
前記スペーサを形成する一種の例で上部基板に感光性物質を利用してスペーサを形成する方法を説明する。
以下、図３Ａないし図３Ｇの工程を参照して従来のパターン化されたスペーサ形成方法を説明する。
【００１６】
まず、図３Ａに示したように透明な絶縁基板５上に感光性ブラック有機物質を塗布してブラック有機膜４を形成する。
前記感光性ブラック有機物質は、光を受けた部分が現像されて除去されるポジティブ型（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）と、光を受けない部分が現像されて除去されるネガティブ型（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）に分けることができる。
【００１７】
前記感光性ブラック有機膜４の上部に透過部Ａと遮断部Ｂで構成されるマスク１９を配置させる。
前記マスク１９の透過部Ａに対応するブラック有機膜４に光Ｌ１を照射した後現像して、図３Ｂに示したように複数のブラックマトリックス６を形成する。
【００１８】
一般的に、ブラックマトリックス６は、サブカラーフィルタであった赤／緑／青パターン（図示せず）間に配置され、前記画素電極（図１の１７）周辺部に形成される反転ドメイン（ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｉｌｔ ｄｏｍａｉｎ）を通過する光を遮蔽することを目的で形成する。
【００１９】
一般的に、ブラックマトリックス６の材質としては、光密度（ｏｐｔｉｃａｌｄｅｎｓｉｔｙ）が３．５以上であるクロム（Ｃｒ）等の金属薄膜やカーボン（ｃａｒｂｏｎ）系統の有機材料が主に使われ、クロム（Ｃｒ）／酸化クロム（ＣｒＯＸ）等の二重膜構造のブラックマトリックスは低反射化を目的で用いる場合もある。
したがって、目的によって前述した材料中任意の材料を用いてブラックマトリックス６を形成する。
【００２０】
図３Ｃは、赤／緑／青色を帯びるカラー樹脂を利用したカラーフィルタ形成工程を示した図面である。
前記カラー樹脂の主要成分は、光重合開始剤、モノマー（ｍｏｎｏｍｅｒ）、バインダー（ｂｉｎｄｅｒ）等の光重合型感光組成物と赤／緑／青色またはこれと同様な色相を帯びる有機顔料で構成されている。
【００２１】
まず、赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、青（ｂｌｕｅ）カラー樹脂中赤色を帯びるカラー樹脂を前記ブラックマトリックス６が形成された基板５の全面に塗布した後選択的に露光して、所望する領域に赤色サブカラーフィルタ８ａを形成する。（色を上塗りする順序は、任意に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色順序にきめて説明する。）
【００２２】
次に、前記赤色カラーフィルタ８ａが形成された基板５の全面に緑色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、緑色カラーフィルタ８ｂを形成する。
連続して、前記赤色及び緑色カラーフィルタ８ａ、８ｂが形成された基板５の全面に青色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、青色カラーフィルタ８ｃを形成する。
【００２３】
図３Ｄは、前記カラーフィルタが形成された基板の表面を平坦化する工程である。前記カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃが形成された基板５を平坦化するために、前記基板５上部に絶縁特性を有する透明な樹脂を塗布して平坦化層（ｏｖｅｒｃｏａｔ ｌａｙｅｒ）２６を形成する。
【００２４】
図３Ｅは、前記カラーフィルタ上に電極を形成する工程である。
一般的に、カラーフィルタ基板５を液晶パネルの上部基板で用いる場合、カラーフィルタ基板５の上層は、透明電極１８（または共通電極）を形成する。すなわち、前記オーバーコート層２６が形成された基板５の全面に透過率が優れたインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）とインジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）で構成された透明導電性金属グループ中選択された一つを蒸着してパターン化して、共通電極（ｃｏｍｍｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１８を形成する。このとき、前記透明電極１８には共通電圧が流れるようになり、図１の画素電極１７に流れる画素電圧と共に液晶１４を駆動する役割を有するようになる。
連続して、前記共通電極１８の上部にポリイミドのような配向物質を塗布した後、ラビングして配向膜（Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）１９を形成する。
【００２５】
次に、図３Ｆは、スペーサを形成する工程であって、前記配向膜１９が形成された基板５の全面に感光性有機物質をコーティングして感光性有機膜２８を形成する。このとき、前記感光性有機物質は一般的にネガティブタイプ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）を用いる。
前記感光性有機膜２８が形成された基板５の上部に透過部Ｅと遮断部Ｆで構成されたマスク３０を配置させる。前記透過部Ｅは基板５上にスペーサパターンを形成する部分に対応する位置に配置されるようにする。
次に、前記マスク３０の上部で光Ｌ２を照射した後、前記感光性有機膜２８を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）する。
上述した結果により、図３Ｇに示したように、所定の形状でパターン化されたスペーサ４０を形成することができる。
前述したような工程で基板上に直接スペーサを製作することができる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の上部基板形成方法は、前記スペーサを別途に形成する工程を必要とする。したがって、スペーサをパターン化して形成する場合は、散布方式でスペーサを構成する方法よりはパターン形成工程が追加されるために工程上複雑さがある。また、前記スペーサをパターン化するために別途のマスクを製作して用いなければならないために費用上昇で製品の価格競争力が低下する問題点がある。
【００２７】
前述したような問題点を解決するための目的で本発明が案出されており、前面露光と背面露光工程を同時に進めて上部基板にスペーサとブラックマトリックスを同時に形成する方法とこのような方法で製作されたカラーフィルタ基板を提案する。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法は、基板上に所定間隔離隔するように赤色と緑色と青色カラーフィルタを基板上に形成する段階と；前記各カラーフィルタと露出された基板の上部に透明な共通電極を形成する段階と；前記共通電極が形成された基板の全面に感光性ブラック有機物質を塗布して、前記カラーフィルタ間の離隔された領域を充填しながら基板上に構成されたブラック有機膜を形成する段階と；前記ブラック有機膜が形成された基板の上部に透過部と遮断部で構成されたマスクを配置させて、前記マスクの上部と基板の下部から同時に光を照射する段階と；前記光が照射されたブラック有機膜を現像して、前記カラーフィルタの間領域にブラックマトリックスを形成して、前記カラーフィルタの上部にスペーサを形成する段階と；前記ブラックマトリックスとスペーサが形成された基板の全面に配向膜を形成する段階とを含む。
【００３０】
前記カラーフィルタ基板の製造方法で、前記マスクの上部で光を照射する段階は、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ上部の位置に配置されている塗布されたブラック有機物質の一部を露出させ、このマスクの上部で照射された光により露出されたブラック有機物質の一部は現像によりスペーサをなす。また、前記基板の下部から光を照射する段階は、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ間の位置に配置されている塗布されたブラック有機物質の一部を露出させ、この基板の下部から照射された光により露出されたブラック有機物質の一部は現像によりブラックマトリックスをなす。
【００３１】
前記カラーフィルタ基板の製造方法で、マスクの透過部は前記各カラーフィルタに対応する位置に配置されることを特徴とし、前記感光性ブラック有機物質は光が照射されない部分が現像されて除去されるネガティブ型であることを特徴とする。前記透明共通電極はインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）とインジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）を含んだ透明導電性金属物質グループ中選択された一つで形成することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本発明による望ましい実施の形態を説明する。
−−実施の形態−−
本発明はカラーフィルタ基板にブラックマトリックスとスペーサを同時にパターン化することを特徴とする。
【００３３】
以下、図４を参照しながら本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の構成を説明する。
図示したように、本発明によるカラーフィルタ基板９９は、ガラス基板１００の上部に赤／緑／青色のサブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを構成して、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが構成された基板１００の全面に共通電極１１０を形成する。
【００３４】
前記各サブカラーフィルター１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間にはブラックマトリックス１１６を構成する。
前記ブラックマトリックス１１６は、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃとは共通電極１１０をはさんで構成され、従来とは異なり前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間領域Ｃに充填された形状である。
【００３５】
前記ブラックマトリックス１１６間で露出された共通電極１１０の上部に、ブラックマトリックス１１６と同一な材質でパターン化されたスペーサ１１８を形成する。
前記スペーサ１１８を含んだ基板１００の上部には配向膜１２０を構成する。
【００３６】
前述したような構成を有した本発明によるカラーフィルタ基板の特徴は、前記ブラックマトリックスとスペーサを同一物質で同時に形成するものである。
以下、図５Ａと図５Ｆを参照して本発明によるカラーフィルタ基板の製造方法を説明する。
図５Ａないし図５Ｆは、カラーフィルタ基板形成方法を本発明の工程順序によって示した工程断面図である。
【００３７】
まず、図５Ａに示したように透明な絶縁基板１００上に赤／緑／青サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを形成する。
詳細に説明すれば、まず、赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、青（ｂｌｕｅ）カラー樹脂中赤色を帯びるカラー樹脂を基板１００の全面に塗布した後選択的に露光して、所望する領域に赤色サブカラーフィルタ１０８ａを形成する。（色を上塗りする順序は、任意に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色順序にきめて説明する。）
【００３８】
次に、前記赤色カラーフィルタ１０８ａが形成された基板１００の全面に緑色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、緑色カラーフィルタ１０８ｂを形成する。
連続して、前記赤色及び緑色カラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂが形成された基板１００の全面に青色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、青色カラーフィルタ１０８ｃを形成する。
このとき、前記各サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間に各々離隔された領域Ｃが存在するようになる。
【００３９】
次に、図５Ｂに示したように、前記各サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが形成された基板１００の上部に共通電極１１０を形成する。
前記共通電極は、インジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）とインジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）を含んだ透明導電性物質グループ中選択された一つを蒸着して形成することができる。
【００４０】
次に、図５Ｃに示したように、前記共通電極１１０が形成された基板の全面にネガティブ型感光性ブラック有機物質を厚く塗布してブラック有機膜１１２を形成する。
前記ブラック有機膜１１２は、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間の離隔された領域Ｃを充填しながらコーティングされる。
【００４１】
次に、図５Ｄに示したように、前記ブラック有機膜１１２の上部に透過部Ｇと遮断部Ｈで構成されたマスク１１４を配置させて、前記マスク１１４の上部に光Ｌ３を照射すると同時に基板１００の下部で基板に向けて光Ｌ４を照射する。
【００４２】
すなわち、基板１００の上部で進められる前面露光工程と、基板１００の下部で進められる背面露光工程を同時に進める。
このとき、光Ｌ３、Ｌ４により反応する部分は、前記マスク１１４の透過部Ｇに対応するブラック有機膜１１２の一部領域Ｋと、前記サブカラーフィルタ間の離隔された領域Ｃに充填された部分である。
本発明によるブラック有機膜１１２は、ネガティブ型であるので、現像後光が照射された部分が残るようになる特性を有する。
【００４３】
したがって、図５Ｅに示したように、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの離隔された領域Ｃと、前記各サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの上部に柱状でパターン化されたブラック有機膜が残るようになる。
【００４４】
このとき、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間の離隔された領域Ｃに存在する有機膜は、ブラックマトリックス１１６としての役割を有し、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ上部のパターンされた有機膜はスペーサ１１８の役割を有するようになる。
【００４５】
次に、図５Ｆに示したように前記ブラックマトリックス１１６とスペーサ１１８が形成された基板１００の全面にポリイミドのような透明な有機物質を塗布して配向膜１２０を形成する。
前述したような工程を通して本発明によるカラーフィルタ基板を形成することができる。
【００４６】
【発明の効果】
前述したようにカラーフィルタ基板を製作するようになれば下記のような効果がある。
第一に、前記スペーサとブラックマトリックスを同時に形成するために工程を単純化できる効果がある。
第二に、前記スペーサとブラックマトリックスを同一物質で同時に形成するためにマスク製作費用と材料費を節約できるので製品の価格競争力を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶パネルを概略的に示した図面である。
【図２】液晶パネルが製作される順序を示した流れ図である。
【図３Ａ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｂ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｃ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｄ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｅ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｆ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｇ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図４】本発明によるカラーフィルタ基板の一部を概略的に示した断面図である。
【図５Ａ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｂ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｃ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｄ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｅ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｆ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【符号の説明】
９９：カラーフィルタ基板、１００：透明な絶縁基板、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ：サブカラーフィルタ、１１０：共通電極、１１６：ブラックマトリックス、１１８：スペーサ、１２０：配向膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に係り、パターンされたスペーサ（ｓｐａｃｅｒ）を含む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。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図１を参照して液晶表示装置に構成される液晶パネルの構造とこれによる動作特性を概略的に説明する。
図１は、一般的な液晶パネルを概略的に示した図面である。
図示したように、液晶パネルは、ブラックマトリックス６とサブカラーフィルタ（赤、緑、青）８を含んだカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に透明な共通電極１８が形成された上部基板５と、画素領域Ｐと画素領域上に形成された画素電極１７とスイッチング素子Ｔを含んだアレー配線が形成された下部基板２２とで構成され、前記上部基板５と下部基板２２間には液晶１４が充填されている。
【０００３】
前記下部基板２２は、アレー基板ともいい、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴがマトリックス状（ｍａｔｒｉｘ ｔｙｐｅ）に配置されており、このような複数の薄膜トランジスタを交差して経由するゲート配線１３とデータ配線１５が形成される。
【０００４】
前記画素領域Ｐは、前記ゲート配線１３とデータ配線１５が交差して定義される領域である。前記画素領域Ｐ上に形成される画素電極１７はインジウム−スズ−オキサイド（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）のように光の透過率が比較的優れた透明導電性金属を用いる。
【０００５】
前述したような構成を有する液晶パネルの製作工程を、以下、流れ図を参照して簡略して説明する。
図２は、一般的に適用される液晶セルの製作工程を示した流れ図であって、ｓｔ１段階では、まず下部基板を準備する。前記下部基板にはスイッチング素子で複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が配列されていて、前記ＴＦＴと一対一対応するように画素電極が形成されている。
【０００６】
ｓｔ２段階は、前記下部基板上に配向膜を形成する段階である。
前記配向膜形成は、高分子薄膜の塗布とラビング（Ｒｕｂｂｉｎｇ）工程を含む。前記高分子薄膜は通常配向膜といって、下部基板上の全体に均一な厚さで蒸着されるべきで、ラビングも均一であるべきだ。
【０００７】
前記ラビングは、液晶の初期配列方向を決定する主要な工程であって、前記配向膜のラビングにより正常的な液晶の駆動が可能であって、均一なディスプレー（Ｄｉｓｐｌａｙ）特性を有するようにする。
一般的に、配向膜は、有機質の有機配向膜であるポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系列が主に使われている。
ラビング工程は、布地を利用して配向膜を一定な方向にこすることをいい、ラビング方向によって液晶分子が整列するようになる。
【０００８】
ｓｔ３段階は、シールパターン（ｓｅａｌ ｐａｔｔｅｒｎ）を印刷する工程を示す。
液晶セルでシールパターンは、液晶注入のためのギャップ形成と注入された液晶を漏れないようにする２種の機能を有している。前記シールパターンは、熱硬化性樹脂を一定に所望するパターンで形成させる工程であって、スクリーン印刷法が主流をなしている。
【０００９】
ｓｔ４段階は、スペーサ（Ｓｐａｃｅｒ）を散布する工程を示す。
液晶セルの製造工程で上部基板と下部基板間のギャップを精密かつ均一に維持するために一定な大きさのスペーサが用いられる。したがって、前記スペーサ散布時下部基板に対して均一な密度で散布しなければならなく、散布方式は大別してアルコール等にスペーサを混合して噴射する湿式散布法とスペーサのみを散布する乾式散布法に分けることができる。
また、乾式散布には静電気を利用する停電散布式と気体の圧力を利用する除電散布式に分けられるが、静電気に脆弱な構造を持っている液晶セルでは除電散布法を多く用いる。
【００１０】
前記スペーサ散布工程が終われば、カラーフィルタ基板である上部基板と薄膜トランジスタ配列基板である下部基板の合着工程に進められる（ｓｔ５）。
上部基板と下部基板の合着配列は、各基板の設計時与えられるマージン（Ｍａｒｇｉｎ）により決定されるが、普通数μｍの精度が要求される。二基板の合着誤差範囲を外れれば、光が漏れるようになり液晶セルの駆動時所望する画質特性を期待できない。
【００１１】
ｓｔ６段階は、前記ｓｔ１ないしｓｔ５段階で製作された液晶セルを単位セルに切断する工程である。一般的に液晶セルは大面積のガラス基板に複数個の液晶セルを形成した後各々一つの液晶セルに分離する工程を経るようになるが、この工程がセル切断工程である。
【００１２】
初期液晶表示装置の製造工程では、複数のセルを同時に液晶注入後セル単位で切断する工程を進めたが、セル大きさが増加することに伴い単位セルで切断した後、液晶を注入する方法を用いる。
セル切断工程は、ガラス基板より硬度が高いダイアモンド材質のペンで基板の表面に切断線を形成するスクライブ（Ｓｃｒｉｂｅ）工程と力を加えて切断するブレイク（Ｂｒｅａｋ）工程でなされる。
【００１３】
ｓｔ７段階は、各単位セルで切断された液晶セルに液晶を注入する段階である。
単位液晶セルは、数百ｃｍ２の面積に数μｍのギャップを有する。したがって、このような構造のセルに効果的に液晶を注入する方法としてセル内外の圧力差を利用した真空注入法が最も広く利用される。
【００１４】
前述したような工程中前記スペーサは、説明したように主に別途の規格化されたスペーサを用いるが、この方法はスペーサを散布する方法上の制約が多い。
したがって、基板の製作工程中スペーサをパターン化して形成する方法が多く研究されている。
基板に直接パターン化されるスペーサは、前記下部基板または上部基板（カラーフィルタ基板）に形成することができ、下部基板に構成される場合には一般的に前記下部基板のアレー配線上部に形成する。
【００１５】
前記スペーサを形成する一種の例で上部基板に感光性物質を利用してスペーサを形成する方法を説明する。
以下、図３Ａないし図３Ｇの工程を参照して従来のパターン化されたスペーサ形成方法を説明する。
【００１６】
まず、図３Ａに示したように透明な絶縁基板５上に感光性ブラック有機物質を塗布してブラック有機膜４を形成する。
前記感光性ブラック有機物質は、光を受けた部分が現像されて除去されるポジティブ型（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）と、光を受けない部分が現像されて除去されるネガティブ型（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）に分けることができる。
【００１７】
前記感光性ブラック有機膜４の上部に透過部Ａと遮断部Ｂで構成されるマスク１９を配置させる。
前記マスク１９の透過部Ａに対応するブラック有機膜４に光Ｌ１を照射した後現像して、図３Ｂに示したように複数のブラックマトリックス６を形成する。
【００１８】
一般的に、ブラックマトリックス６は、サブカラーフィルタであった赤／緑／青パターン（図示せず）間に配置され、前記画素電極（図１の１７）周辺部に形成される反転ドメイン（ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｉｌｔ ｄｏｍａｉｎ）を通過する光を遮蔽することを目的で形成する。
【００１９】
一般的に、ブラックマトリックス６の材質としては、光密度（ｏｐｔｉｃａｌｄｅｎｓｉｔｙ）が３．５以上であるクロム（Ｃｒ）等の金属薄膜やカーボン（ｃａｒｂｏｎ）系統の有機材料が主に使われ、クロム（Ｃｒ）／酸化クロム（ＣｒＯＸ）等の二重膜構造のブラックマトリックスは低反射化を目的で用いる場合もある。
したがって、目的によって前述した材料中任意の材料を用いてブラックマトリックス６を形成する。
【００２０】
図３Ｃは、赤／緑／青色を帯びるカラー樹脂を利用したカラーフィルタ形成工程を示した図面である。
前記カラー樹脂の主要成分は、光重合開始剤、モノマー（ｍｏｎｏｍｅｒ）、バインダー（ｂｉｎｄｅｒ）等の光重合型感光組成物と赤／緑／青色またはこれと同様な色相を帯びる有機顔料で構成されている。
【００２１】
まず、赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、青（ｂｌｕｅ）カラー樹脂中赤色を帯びるカラー樹脂を前記ブラックマトリックス６が形成された基板５の全面に塗布した後選択的に露光して、所望する領域に赤色サブカラーフィルタ８ａを形成する。（色を上塗りする順序は、任意に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色順序にきめて説明する。）
【００２２】
次に、前記赤色カラーフィルタ８ａが形成された基板５の全面に緑色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、緑色カラーフィルタ８ｂを形成する。
連続して、前記赤色及び緑色カラーフィルタ８ａ、８ｂが形成された基板５の全面に青色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、青色カラーフィルタ８ｃを形成する。
【００２３】
図３Ｄは、前記カラーフィルタが形成された基板の表面を平坦化する工程である。前記カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃが形成された基板５を平坦化するために、前記基板５上部に絶縁特性を有する透明な樹脂を塗布して平坦化層（ｏｖｅｒｃｏａｔ ｌａｙｅｒ）２６を形成する。
【００２４】
図３Ｅは、前記カラーフィルタ上に電極を形成する工程である。
一般的に、カラーフィルタ基板５を液晶パネルの上部基板で用いる場合、カラーフィルタ基板５の上層は、透明電極１８（または共通電極）を形成する。すなわち、前記オーバーコート層２６が形成された基板５の全面に透過率が優れたインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）とインジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）で構成された透明導電性金属グループ中選択された一つを蒸着してパターン化して、共通電極（ｃｏｍｍｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１８を形成する。このとき、前記透明電極１８には共通電圧が流れるようになり、図１の画素電極１７に流れる画素電圧と共に液晶１４を駆動する役割を有するようになる。
連続して、前記共通電極１８の上部にポリイミドのような配向物質を塗布した後、ラビングして配向膜（Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）１９を形成する。
【００２５】
次に、図３Ｆは、スペーサを形成する工程であって、前記配向膜１９が形成された基板５の全面に感光性有機物質をコーティングして感光性有機膜２８を形成する。このとき、前記感光性有機物質は一般的にネガティブタイプ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）を用いる。
前記感光性有機膜２８が形成された基板５の上部に透過部Ｅと遮断部Ｆで構成されたマスク３０を配置させる。前記透過部Ｅは基板５上にスペーサパターンを形成する部分に対応する位置に配置されるようにする。
次に、前記マスク３０の上部で光Ｌ２を照射した後、前記感光性有機膜２８を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）する。
上述した結果により、図３Ｇに示したように、所定の形状でパターン化されたスペーサ４０を形成することができる。
前述したような工程で基板上に直接スペーサを製作することができる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の上部基板形成方法は、前記スペーサを別途に形成する工程を必要とする。したがって、スペーサをパターン化して形成する場合は、散布方式でスペーサを構成する方法よりはパターン形成工程が追加されるために工程上複雑さがある。また、前記スペーサをパターン化するために別途のマスクを製作して用いなければならないために費用上昇で製品の価格競争力が低下する問題点がある。
【００２７】
前述したような問題点を解決するための目的で本発明が案出されており、前面露光と背面露光工程を同時に進めて上部基板にスペーサとブラックマトリックスを同時に形成する方法とこのような方法で製作されたカラーフィルタ基板を提案する。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法は、基板上に所定間隔離隔するように赤色と緑色と青色カラーフィルタを基板上に形成する段階と；前記各カラーフィルタと露出された基板の上部に透明な共通電極を形成する段階と；前記共通電極が形成された基板の全面に感光性ブラック有機物質を塗布して、前記カラーフィルタ間の離隔された領域を充填しながら基板上に構成されたブラック有機膜を形成する段階と；前記ブラック有機膜が形成された基板の上部に透過部と遮断部で構成されたマスクを配置させて、前記マスクの上部と基板の下部から同時に光を照射する段階と；前記光が照射されたブラック有機膜を現像して、前記カラーフィルタの間領域にブラックマトリックスを形成して、前記カラーフィルタの上部にスペーサを形成する段階と；前記ブラックマトリックスとスペーサが形成された基板の全面に配向膜を形成する段階とを含む。
【００３０】
前記カラーフィルタ基板の製造方法で、前記マスクの上部で光を照射する段階は、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ上部の位置に配置されている塗布されたブラック有機物質の一部を露出させ、このマスクの上部で照射された光により露出されたブラック有機物質の一部は現像によりスペーサをなす。また、前記基板の下部から光を照射する段階は、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ間の位置に配置されている塗布されたブラック有機物質の一部を露出させ、この基板の下部から照射された光により露出されたブラック有機物質の一部は現像によりブラックマトリックスをなす。
【００３１】
前記カラーフィルタ基板の製造方法で、マスクの透過部は前記各カラーフィルタに対応する位置に配置されることを特徴とし、前記感光性ブラック有機物質は光が照射されない部分が現像されて除去されるネガティブ型であることを特徴とする。前記透明共通電極はインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）とインジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）を含んだ透明導電性金属物質グループ中選択された一つで形成することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本発明による望ましい実施の形態を説明する。
−−実施の形態−−
本発明はカラーフィルタ基板にブラックマトリックスとスペーサを同時にパターン化することを特徴とする。
【００３３】
以下、図４を参照しながら本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ基板の構成を説明する。
図示したように、本発明によるカラーフィルタ基板９９は、ガラス基板１００の上部に赤／緑／青色のサブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを構成して、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが構成された基板１００の全面に共通電極１１０を形成する。
【００３４】
前記各サブカラーフィルター１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間にはブラックマトリックス１１６を構成する。
前記ブラックマトリックス１１６は、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃとは共通電極１１０をはさんで構成され、従来とは異なり前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間領域Ｃに充填された形状である。
【００３５】
前記ブラックマトリックス１１６間で露出された共通電極１１０の上部に、ブラックマトリックス１１６と同一な材質でパターン化されたスペーサ１１８を形成する。
前記スペーサ１１８を含んだ基板１００の上部には配向膜１２０を構成する。
【００３６】
前述したような構成を有した本発明によるカラーフィルタ基板の特徴は、前記ブラックマトリックスとスペーサを同一物質で同時に形成するものである。
以下、図５Ａと図５Ｆを参照して本発明によるカラーフィルタ基板の製造方法を説明する。
図５Ａないし図５Ｆは、カラーフィルタ基板形成方法を本発明の工程順序によって示した工程断面図である。
【００３７】
まず、図５Ａに示したように透明な絶縁基板１００上に赤／緑／青サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを形成する。
詳細に説明すれば、まず、赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、青（ｂｌｕｅ）カラー樹脂中赤色を帯びるカラー樹脂を基板１００の全面に塗布した後選択的に露光して、所望する領域に赤色サブカラーフィルタ１０８ａを形成する。（色を上塗りする順序は、任意に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色順序にきめて説明する。）
【００３８】
次に、前記赤色カラーフィルタ１０８ａが形成された基板１００の全面に緑色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、緑色カラーフィルタ１０８ｂを形成する。
連続して、前記赤色及び緑色カラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂが形成された基板１００の全面に青色カラー樹脂を塗布した後選択的に露光して、青色カラーフィルタ１０８ｃを形成する。
このとき、前記各サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間に各々離隔された領域Ｃが存在するようになる。
【００３９】
次に、図５Ｂに示したように、前記各サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが形成された基板１００の上部に共通電極１１０を形成する。
前記共通電極は、インジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）とインジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）を含んだ透明導電性物質グループ中選択された一つを蒸着して形成することができる。
【００４０】
次に、図５Ｃに示したように、前記共通電極１１０が形成された基板の全面にネガティブ型感光性ブラック有機物質を厚く塗布してブラック有機膜１１２を形成する。
前記ブラック有機膜１１２は、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間の離隔された領域Ｃを充填しながらコーティングされる。
【００４１】
次に、図５Ｄに示したように、前記ブラック有機膜１１２の上部に透過部Ｇと遮断部Ｈで構成されたマスク１１４を配置させて、前記マスク１１４の上部に光Ｌ３を照射すると同時に基板１００の下部で基板に向けて光Ｌ４を照射する。
【００４２】
すなわち、基板１００の上部で進められる前面露光工程と、基板１００の下部で進められる背面露光工程を同時に進める。
このとき、光Ｌ３、Ｌ４により反応する部分は、前記マスク１１４の透過部Ｇに対応するブラック有機膜１１２の一部領域Ｋと、前記サブカラーフィルタ間の離隔された領域Ｃに充填された部分である。
本発明によるブラック有機膜１１２は、ネガティブ型であるので、現像後光が照射された部分が残るようになる特性を有する。
【００４３】
したがって、図５Ｅに示したように、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの離隔された領域Ｃと、前記各サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの上部に柱状でパターン化されたブラック有機膜が残るようになる。
【００４４】
このとき、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ間の離隔された領域Ｃに存在する有機膜は、ブラックマトリックス１１６としての役割を有し、前記サブカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ上部のパターンされた有機膜はスペーサ１１８の役割を有するようになる。
【００４５】
次に、図５Ｆに示したように前記ブラックマトリックス１１６とスペーサ１１８が形成された基板１００の全面にポリイミドのような透明な有機物質を塗布して配向膜１２０を形成する。
前述したような工程を通して本発明によるカラーフィルタ基板を形成することができる。
【００４６】
【発明の効果】
前述したようにカラーフィルタ基板を製作するようになれば下記のような効果がある。
第一に、前記スペーサとブラックマトリックスを同時に形成するために工程を単純化できる効果がある。
第二に、前記スペーサとブラックマトリックスを同一物質で同時に形成するためにマスク製作費用と材料費を節約できるので製品の価格競争力を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶パネルを概略的に示した図面である。
【図２】液晶パネルが製作される順序を示した流れ図である。
【図３Ａ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｂ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｃ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｄ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｅ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｆ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図３Ｇ】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断して従来の工程順序によって図示したカラーフィルタ基板工程断面図である。
【図４】本発明によるカラーフィルタ基板の一部を概略的に示した断面図である。
【図５Ａ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｂ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｃ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｄ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｅ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【図５Ｆ】カラーフィルタ基板を本発明の工程によって順序通りに示した工程断面図である。
【符号の説明】
９９：カラーフィルタ基板、１００：透明な絶縁基板、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ：サブカラーフィルタ、１１０：共通電極、１１６：ブラックマトリックス、１１８：スペーサ、１２０：配向膜。
Claims (8)
- 基板上に所定間隔離隔するように赤色と緑色と青色カラーフィルタを形成する段階と；
前記各カラーフィルタと露出された基板の上部に透明な共通電極を形成する段階と；
前記共通電極が形成された基板の全面に感光性ブラック有機物質を塗布して、前記カラーフィルタ間の離隔された領域を充填しながら基板上に構成されたブラック有機膜を形成する段階と；
前記ブラック有機膜が形成された基板の上部に透過部と遮断部で構成されたマスクを配置させて、前記マスクの上部と基板の下部から同時に光を照射する段階と；
前記光が照射されたブラック有機膜を現像して、前記カラーフィルタの間領域にブラックマトリックスを形成して、前記カラーフィルタの上部にスペーサを形成する段階と；
前記ブラックマトリックスとスペーサが形成された基板の全面に配向膜を形成する段階とを含んだことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。 - 前記マスクの上部で光を照射する段階は、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ上部の位置に配置されている塗布されたブラック有機物質の一部を露出させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。
- 前記マスクの上部で照射された光により露出されたブラック有機物質の一部は、現像によりスペーサをなすことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。
- 前記基板の下部から光を照射する段階は、赤色、緑色及び青色カラーフィルタ間の位置に配置されている塗布されたブラック有機物質の一部を露出させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。
- 前記基板の下部から照射された光により露出されたブラック有機物質の一部は、現像によりブラックマトリックスをなすことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。
- 前記マスクの透過部は、前記各カラーフィルタに対応する位置に配置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用カラーフィルタ基板の製造方法。
- 前記感光性ブラック有機物質は、光が照射されない部分が現像されて除去されるネガティブ型であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。
- 前記透明な共通電極は、インジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）とインジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）を含んだ透明導電性金属物質グループ中選択された一つで形成したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ基板の製造方法。
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