KR0145904B1

KR0145904B1 - 액정 디스플레이용 칼라필터 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR0145904B1
Application number: KR1019950004970A
Authority: KR
Inventors: 송광호
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1998-09-15
Also published as: KR960035098A

Abstract

이 발명은 액정용 칼라 OA 기기 및 TV 등에 이용되는 칼라필터에 관한 것으로, 착색막 패턴 에지부에서 발생하는 ITO 단선문제를 해결하고, 블랙매트릭스의 저반사화를 실현한 액정 디스플레이(LCD)용 칼라필터를 제공하기 위하여, 기판 위에 서로 분리되어 한 평면에 간극없이 형성된 제1색 내지 제3색 필터층과; 상기 제1색 내지 제3색 필터층의 상부에 ITO 투명 전극막과; 상기 ITO 투명 전극막의 상부에 소정 간격으로 형성된 다수의 블랙 매트릭스로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이 칼라필터에 관한 것이다.

Description

액정 디스플레이(LCD)용 칼라필터 및 그 제조방법

제1도는 종래 기술에 따른 액정디스플레이용 칼라필터의 구조를 도시한 단면도이고,

제2도의 (a) 내지 (h)는 종래 기술에 따른 액정디스플레이용 칼라필터의 제조공정의 순서를 나타낸 단면도이고,

제3도는 상기한 제2도의 (h)의 확대도이고,

제4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정디스플레이용 칼라필터의 구조를 도시한 단면도이고,

제5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정디스플레이용 칼라필터의 제조 공정의 순서를 나타낸 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

42:제1색 필터층 48:제2색 필터층

51:제3색 필터층 53:ITO 투명전극막

54:블랙매트릭스

본 발명은 액정 디스플레이(Liquid crystal display) 소자에 사용되는 칼라필터에 관한 것으로, 더욱 상세히 말하자면 적색, 녹색 패턴을 형성한 후, 청색 패턴을 이면 노광하여 각 패턴간 간극이 없도록 하여 보호막 없이도 적색,녹색,청색 착색만으로 평탄화하여, ITO공통전극을 증착함으로서 착색막 패턴 에지부에서 발생하는 ITO 단선문제를 해결하고, ITO 공통전극 상에 블랙매트릭스를 형성함으로서 블랙매트릭스의 저반사화를 실현한 액정디스플레이(LCD)용 칼라필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 OA기기나 휴대용 소형 TV등의 보급에 따라 이제까지의 전자디스플레이 장치로 브라운관(CRT) 대신에 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로루미너센스(EL)소자, 플라즈마 디스플레이(PDP), 형광표시관(VFD) 등의 연구가 활발히 추진되고 일부는 실용화되고 있다.

그중에서도 액정 디스플레이는 극도의 경량으로 박형, 저가 저소비 전력구동으로 집적회로와의 정합성이 좋은 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터(Lap top computer)나 포켓 컴퓨터(Pocket computer)의 표시외에 차량적재용, 칼라 TV 화상용으로서 그 용도를 급속하게 확대하고 있다. 또한 LCD에 사용되고 있는 칼라필터는 3-5인치가 실용화되어 있고 10-14인치가 개발중이며 대형화를 향해 급속히 진행되고 있다.

이러한 액정 표시판은 크게 개별 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin film transistor)가 형성된 하부기판 즉, TFT 기판과, 액정층과, 적색(Red) 녹색(Green), 및 청색(Blue)의 3가지 색 필터층이 반복 배열되어 칼라화를 시키는 상부기판으로 구성되어 있다.

종래의 액정디스플레이용 칼라필터의 구조와 그 제조방법을 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다.

제2도의 (a) 내지 (h)는 종래 기술에 따른 액정디스플레이용 칼라필터의 제조 공정의 순서를 나타낸 단면도이고,

제3도는 상기한 제2도의 (h)의 확대도이다.

먼저, 제2도의 (a)-(h)를 참고로 하여 종래의 제조방법을 설명한다.

제2도에 나타난 바와 같이 기판(1) 상에 TFT의 열화방지 및 콘트라스트 향상을 위한 차광용 블랙 매트릭스(11)를 1000~2000Å의 두께로 크롬을 스퍼터링법으로 형성된다.

그후 크롬 재질의 블랙 매트릭스가 형성된 기판(1)상에 최적화된 분광특성을 갖는 네가티브 포토레지스트(3), 예컨데 안료를 분산시킨 적색 착색 아크릴 감광성 수지(2)를 1.0~2.0㎛ 두께로 도포하고, 섭씨 60~110도의 핫플레이트에서 90초동안 소프트베이크 한 다음, 노광시 발생하는 레지스트의 산화방지를 위해 산소차단막(3) 등의 수용성 수지를 이미 형성된 착색막 위에 도포 건조시킨 뒤, 자외선으로 노광(4)을 실시한다.

노광후 산소차단막(3)을 DIW로 1~2분 동안 박리한 다음 현상액으로 2~3분동안 현상하고 그후 다시 DIW로 1~2분동안 린스 및 드라이한다. 마지막으로 베이크 오븐에서 180~230도씨의 온도로 10~30분동안 하드 베이크하여 최적화된 레드 분광 특성을 갖는 제1색 필터층(5)을 형성한다.

상기 제1색 필터층(5)과 동일한 방법으로 상기 블랙 매트릭스(14)상에 제1색 필터층(5)과 분리되게 녹색 분광 특성을 갖는 제2색 필터층(8)을 형성한다.

계속해서 상기 블랙 매트릭스(14)상에 중첩되고 상기 제1색 필터층(5) 및 상기 제2색 필터층(8)과 분리되게 청색 분광특성을 가지는 착색 아크릴수지의 제3색 필터층(11)을 형성한다.

그후 상기 블랙 매트릭스(14)와 색 필터층(5), (8),(11) 상에 R, G, B 착색막의 평탄화와 보호목적의 보호막(12)을, 예를 들어 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 등의 투명수지를 1~2㎛ 정도의 두께로 형성한 후 핫 베이크 오븐에서 150~220℃로 30분~60분동안 가열하여 형성한다.

다음으로 상기 보호막(12)의 전 표면 상에 액정 구동을 위한 전압이 인가되는 ITO 공통전극막(13)을 500~2000Å 정도의 두께로 스퍼터링하여 칼라필터를 완성한다.

한편, 제3도는 종래 기술에 따른 제2도의 (h)의 확대도를 나타낸 것으로 둥근 점선원(A)에 도시되어 있듯이, 종래에는 노광시 적색 감광막의 안료의 빛에 대한 흡수의 방해로 인하여 형성 후 패턴의 에지부의 모양이 변하게 된다.

즉, 빛이 용이하게 도달되는 상층부는 패턴이 크고, 색에 의해 빛의 흡수가 방해되는 하층부는 빛이 충분하게 흡수되지 못하여 가교결합이 충분하게 이루어지지 않기 때문에 패턴 에지부에서는 언더컷(Under Cut) 현상이 일어나게 된다.

이와같은 상태에서 오버코트층을 생략하고 곧바로 ITO를 증착하게 되면 패턴 에지부에서의 단선(OPEN)은 물론 후속 액정 공정 진행시 단선 부위로 용제가 침투되어 변색이 되는 문제가 발생한다.

따라서 이를 방지하기 위하여, R. G. B 패턴 상에 패턴의 평탄화 및 보호목적의 오버코트층을 형성한 후 ITO 전극을 증착하여 칼라필터를 완성한다.

그러나 상기한 방법은 R. G. B 착색막을 보호층 재료를 써서 평탄화 시킨 후 ITO 증착을 하게 되면, 추가되는 보호막 공정에 의해 스루풋 감소 및 불량률이 증가하고 재료가 고가이므로 원가 절감 측면에서 문제점이 있다. 한편, 보호막을 생략하고 R. G. B 착색막 위에 바로 ITO를 증착하게 되면 R. G. B 패턴의 구조적인 결함 즉, 패턴 에지부에서 언더컷 때문에 ITO 단선 및 후속 액정 공정에서 단선부위에 용제가 침투되어 변색되는 문제점이 발생된다. 또한 블랙매트릭스와 R. G. B 착색막과의 단차로 인하여 균형성 있는 액정 배향조절이 어려운 단점이 있다.

그러므로 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 착색막 패턴 에지부에서 발생하는 ITO 단선문제를 해결하고, 블랙매트릭스의 저반사화를 실현한 액정 디스플레이용 칼라필터 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구조는

기판 위에 서로 분리되어 한 평면에 간극없이 형성된 제1색 내지 제3색 필터층과;

상기 제1색 내지 제3색 필터층의 상부에 ITO 투명 전극막과;

상기 ITO 투명 전극막의 상부에 소정 간격으로 형성된 다수의 블랙 매트릭스로 이루어져 있다.

한편, 상기 칼라필터의 제조방법은

기판 위에 적색포토레지스트를 도포하고, 소프트베이크를 실시하는 제1공정과;

상기 적색포토레지스트층의 상부에 포토마스크를 정렬한 후 자외선으로 노광을 실시하는 제2공정과;

현상 후 린스 및 드라이 하여 최적화된 적색 분광 특성을 가지는 제1색 필터층으로 적색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시하는 제3공정과;

상기 제1색필터층이 패턴되어 있는 상기 기판 위에 녹색 포토레지스트를 도포한 후, 소프트베이크를 실시하는 제4공정과;

상기 포토마스크를 정렬하여 노광을 실시하는 제5공정과;

현상 후 린스 및 드라이 하여 최적화된 분광특성을 가지는 제2색 필터층으로 녹색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시하는 제6공정과;

상기 제1색필터층 및 제2색필터층이 형성되어 있는 상기 기판 위에 청색 포토레지스터를 도포한 후, 소프트베이크를 실시하는 제7공정과;

포토마스크를 사용하지 않고 상기 기판의 이면에서 전면 노광을 실시하여 적색 및 녹색 패턴막을 제외한 부분에서만 반응하도록 하여 현상하는 제8공정과;

최적화된 청색 분광 특석을 가지는 제3색 필터층인 청색 패턴을 형성하여 줌으로써 패턴 간 간극이 없게 하는 제9공정과;

상기 R.G.B 패턴 상에 곧바로 ITO 투명전극막을 형성하는 제10공정과;

상기 R.G.B 패턴 및 ITO 투명 전극막 상에 블랙매트릭스를 형성하는 제11공정으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정디스플레이용 칼라필터에 대해 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정디스플레이용 칼라필터의 구조를 도시한 단면도이다.

제4도에 도시되어 있듯이, 이 발명에 따른 액정디스플레이용 칼라필터의 구조는,

기판(41)위에 서로 분리되어 한 평면에 간극없이 형성된 제1색 내지 제3색 필터층(45)(48)(51)과;

상기 제1색 내지 제3색 필터층(45)(48)(51)의 상부에 적층되어 있는 ITO 투명전극막(53)과;

상기 ITO 투명 전극막(53)의 상부에 소정 간격으로 형성된 다수의 블랙 매트릭스(54)로 이루어져 있다.

제5도에 도시되어 있듯이 이 발명에 따른 칼라필터의 제조방법은,

기판(41)위에 적색포토레지스트(42)를 도포하고, 소프트베이크를 실시하는 제1공정과;

상기 적색포토레지스트(42)층의 상부에 포토마스크(44)를 정렬한 후 자외선으로 노광을 실시하는 제2공정과;

현상 후 린스 및 드라이하여 최적화된 적색 분광 특성을 가지는 제1색 필터층(45)으로 적색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시하는 제3공정과;

상기 제1색필터층(45)이 패턴되어 있는 상기 기판(41)위에 녹색 포토레지스트(46)를 도포한 후, 소프트베이크를 설치하는 제4공정과;

상기 포토마스크(44)를 정렬하여 노광을 실시하는 제5공정과;

현상 후 린스 및 드라이하여 최적화된 분광특성을 가지는 제2색 필터층(48)으로 녹색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시하는 제6공정과;

상기 제1색 필터층(45) 및 제2색필터층(48)이 형성되어 있는 상기 기판(41)위에 청색 포토레지스터(49)를 도포한 후, 소프트베이크를 실시하는 제7공정과;

포토마스크를 사용하지 않고 상기 기판(41)의 이면에서 전면 노광(50)을 실시하여 적색(45) 및 녹색 패턴막(48)을 제외한 부분에서만 반응하도록 하여 현상하는 제8공정과;

최적화된 청색 분광 특성을 가지는 제3색 필터층(51)인 청색패턴을 형성하여 줌으로써 패턴 간 간극이 없게 하는 제9공정과;

상기 R.G.B 패턴(45)(48)(51) 상에 곧바로 ITO 투명전극막(53)을 형성하는 제10공정과;

상기 R.G.B 패턴(45)(48)(51) 및 ITO 투명 전극막(53) 상에 블랙매트릭스(54)를 형성하는 제11공정으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 이 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법을 상세히 설명한다.

먼저, 제5도의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(41)위에 적색포토레지스트(42)를 도포하고, 소프트베이크를 실시한다.

이때, 상기 적색포토레지스트(42) 도포 공정은 아크릴 수지에 착색 유기안료를 분산시킨 착색 아크릴 감광수지인 고감도 타입의 적색포토레지스트(42)를 1.0~2.0㎛ 두께로 도포하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소프트베이크 공정은 핫플레이트에서 90초 동안 60~100℃로 소프트베이크를 실시하는 것이 바람직하다.

다음, 제5도의 (b)에 도시한 바와같이, 상기 적색포토레지스트(42)층의 상부에 포토마스크(44)를 정렬한 후 자외선으로 노광을 실시한다.

다음, 제5도의 (c)에 도시한 바와 같이 현상 후 린스 및 드라이 하여 최적화된 적색 분광 특성을 가지는 제1색 필터층(45)으로 적색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시한다.

이때, 상기 적색 패턴 형성은 현상액으로 샤워 혹은 딥(Dip)방식으로 60~120초로 현상한 후 DIW로 40~80초동안 린스 및 드라이하여 최적화된 적색 분광 특성을 가지게 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

한편 상기 하드베이크 공정은 접착력을 강화시키는데 목적이 있다.

다음 제5도의 (d)에 도시한 바와 같이, 상기 제1색필터층(45)이 패턴되어 있는 상기 기판(41)위에 녹색 포토레지스트(7)를 도포한 후, 소프트베이크를 실시한다.

이때, 상기 녹색 포토레지스트(7) 도포 공정은 1.0~2.0㎛ 두께로 도포하는 것이 바람직하다.

또한 소프트베이크 공정은 핫 플레이트에서 90초 동안 60~100℃로 소프트베이크하는 것이 바람직하다.

다음, 제5도의 (e)에 도시한 바와 같이, 상기 포토마스크(44)를 정렬하여 노광을 실시한다.

다음, 제5도의 (f)에 도시한 바와 같이 현상 후 린스 및 드라이하여 최적화된 분광특성을 가지는 제2색 필터층(48)으로 녹색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시한다.

이때, 상기 녹색패턴형성은 현상액으로 60~120초 동안 현상한 후, DIW로 40~80초 동안 린스 및 드라이하여 최적화된 분광특성을 가지게 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

다음, 제5도의 (g)에 도시한 바와 같이, 상기 제1색필터층(45) 및 제2색필터층(48)이 형성되어 있는 상기 기판(41)위에 청색 포토레지스터(49)를 도포한 후, 소프트베이크를 실시한다.

이때, 상기 청색 포토레지스터(49) 도포공정은 1.0~2.0㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.

또한, 소프트베이크 공정은 핫플레이트에서 90초 동안 60~100℃로 소프트베이크하는 것이 바람직하다.

다음, 제5도의 (h)에 도시한 바와 같이, 포토마스크를 사용하지 않고 상기 기판(41)의 이면에서 전면 노광(50)을 실시하여 적색(45) 및 녹색 패턴막(48)을 제외한 부분에서만 반응하도록 하여 현상한다.

다음 제5도의 (i)에 도시한 바와 같이, 최적화된 청색 분광 특성을 가지는 제3색 필터층(51)인 블청색패턴을 형성하여 줌으로써 패턴간 간극이 없게 한다.

다음, 제5도의 (j)에 도시한 바와 같이, 상기 R.G.B 패턴(45)(48)(51) 상에 곧바로 ITO 투명전극막(53)을 형성한다.

이때, 상기 ITO 투명전극막(53)은 500~2000Å의 두께로 스퍼터링하여 형성한다.

다음, 제5도의 (k)에 도시한 바와 같이, 상기 R.G.B 패턴(45)(48)(51) 및 ITO 투명 전극막(53) 상에 블랙매트릭스(54)를 형성한다.

이때, 상기 블랙매트릭스(54)는 TFT 열화방지 및 콘트라스트 향상을 위한 차광용 블랙매트릭스(54)이며, 1000~2500Å의 두께로 크롬 혹은 유기안료를 사용하여 도포한 후 소정 간격으로 일정하게 패터닝하여 형성한다.

상기와 같이 이루어진 액정디스플레이의 칼라필터의 효과는,

블랙매트릭스가 형성된 기판 상에 R. G. B 및 오버코트, ITO 순으로 형성했던 기존의 칼라필터 공정 구조와는 달리 적색 및 녹색 패턴 형성 후 청색 패턴 형성시에 이면 노광을 실시하여 각 패턴간 간극이 없도록 하므로써, 보호막 없이도 R. G. B 착색만으로도 평탄화하여 ITO 공통 전극을 증착하여, 기존에 착색막 패턴 에지부에서 발생되었던 ITO 단선 문제를 해결하고, 또한 ITO 공통 전극상에 블랙매트릭스를 형성함으로써 R. G. B 패턴막이 빛을 흡수해 버리기 때문에 저반사 효과를 도모하는 장점이 있다.

Claims

기판위에 서로 분리되어 한 평면에 간극없이 형성된 제1색 내지 제3색 필터층과; 상기 제1색 내지 제3색 필터층의 상부에 적층되어 있는 ITO 투명 전극막과; 상기 ITO 투명 전극막의 상부에 소정 간격으로 형성된 다수의 블랙 매트릭스로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터.
기판(41)위에 적색포토레지스트(42)를 도포하고, 소프트베이크를 실시하는 제1공정과; 상기 적색포토레지스트(42)층의 상부에 포토마스크(44)를 정렬한 후 자외선으로 노광을 실시하는 제2공정과; 현상 후 린스 및 드라이하여 최적화된 적색 분광 특성을 가지는 제1색필터층(45)으로 적색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시하는 제3공정과; 상기 제1색필터층(45)이 패턴되어 있는 상기 기판(41)위에 녹색 포토레지스트(7)를 도포한 후, 소프트베이크를 실시하는 제4공정과; 상기 포토마스크(44)를 정렬하여 노광을 실시하는 제5공정과; 현상 후 린스 및 드라이 하여 최적화된 분광특성을 가지는 제2색필터층(48)으로 녹색 패턴을 형성하고, 하드베이크를 실시하는 제6공정과; 상기 제1색필터층(45) 및 제2색필터층(48)이 형성되어 있는 상기 기판(41)위에 청색 포토레지스터(49)를 도포한 후, 소프트베이크를 실시하는 제7공정과; 포토마스크를 사용하지 않고 상기 기판(41)의 이면에서 전면 노광(50)을 실시하여 적색(45) 및 녹색 패턴막(48)을 제외한 부분에서만 반응하도록 하여 현상하는 제8공정과; 최적화된 청색 분광 특성을 가지는 제3색 필터층(51)인 블청색패턴을 형성하여 줌으로써 패턴 간 간극이 없게 하는 제9공정과;상기 R.G.B 패턴(45)(48)(51) 상에 곧바로 ITO 투명전극막(53)을 형성하는 제10공정과; 상기 R. G. B 패턴(45)(48)(51) 및 ITO 투명 전극막(53) 상에 블랙매트릭스(54)를 형성하는 제11공정으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 제1공정의 상기 적색포토레지스트(42) 도포 공정은 아크릴 수지에 착색 유기 안료를 분산시킨 착색 아크릴 감광수지인 고감도 타입의 적색포토레지스트(42)를 1.0~2.0㎛ 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 제1공정의 상기 소프트베이크 공정은 핫플레이트에서 90초동안 60~100℃로 소프트베이크를 실시하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 제3공정의 제1색 필터층(45)인 적색패턴 형성은 현상액으로 샤워 혹은 딥(Dip) 방식으로 60~120초로 현상한 후 DIW로 40~80초 동안 린스 및 드라이 하여 최적화된 적색 분광 특성을 가지게 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 제4공정의 상기 녹색 포토레지스트(7) 도포 공정은 1.0~2.0㎛ 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 제6공정의 녹색패턴 형성은 현상액으로 60~120초 동안 현상한 후, DIW로 40~80초동안 린스 및 드라이하여 최적화된 분광특성을 가지게 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 제7공정의 상기 청색 포토레지스터(49) 도포공정은 1.0~2.0㎛의 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 제10공정의 상기 ITO 투명전극막(53)은 500~2500Å의 두께로 스퍼터링하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 제11공정의 상기 블랙매트릭스(54)는 TFT 열화방지 및 콘트라스트 향상을 위한 차광용 블랙매트릭스(54)이며, 1000~2500Å의 두께로 크롬 혹은 유기안료를 사용하여 도포한 후 소정 간격으로 일정하게 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 칼라필터의 제조방법.