KR100190855B1 - 엘시디용 칼라필터 및 그의 제조방법 - Google Patents

엘시디용 칼라필터 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CCD고체촬상소자에 사용되는 칼라필터에 관한 것으로서, 특히 정확한 얼라인이 요구되지 않고, 칼라필터층의 해상도에 구애받지 않고 높은 개구율을 확보하여 선명한 화질을 얻을 수 있는 LCD용 칼라필터에 관한 것이다.
본 발명은 유리기판의 전면상에 광차폐층이 형성되고, 이웃하는 광차폐층간에 걸쳐 R,G,B, 3색의 칼라필터층이 형성된 LCD용 칼라필터에 있어서, 유리기판의 배면중 광차폐층에 대응되는 부분에 광분산층이 형성된 구조를 갖는다.

Description

엘시디(LCD)용 칼라필터 및 그의 제조방법(color filter for LCD and method of fabricating the same)
제1도는 종래의 LCD용 칼라필터의 단면 구조도,
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 LCD용 칼라필터의 단면 구조도,
제3도(A)-(H)는 제2도의 본 발명의 실시예에 따른 LCD용 칼라필터의 제조공정도,
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 유리기판 12 : 광차폐층
13-1~13-3 : 적, 녹, 청색의 칼라필터층 14 : 보호막
15 : 광분산층 15A : 광분산용 레지스트막
16 : 무기질층 17 : 마스크용 포토 레지스트막
18 : 포토 마스크 19 : 적색 안료
본 발명은 LCD(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로서, 특히 정확한 얼라인이 요구되지 않고, 칼라필터층의 해상도에 구애받지 않고 높은 개구율을 확보할 수 있는 LCD용 칼라필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시소자는 상부 유리기판상에 박막 트랜지스터가 형성된 박막 트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor)패널과 하부 유리기판상에 칼라필터층이 형성된 칼라필터 패널을 제작하여 스페이서를 포함한 시일재로 접착시키고, 접착된 박막 트랜지스터 패널과 칼라필터 패널사이의 공간에 액정을 주입하며, 인가되는 전압에 따른 액정의 광학적 변화를 이용하여 화상을 표시하는 장치이다.
액정표시소자는 화상을 표현함에 있어서, 선명한 화상을 얻기 위해서는 높은 개구율이 요구되고 있으며, 이러한 백라이트로부터 입사되는 빛을 최종적으로 내보내는 면적인 개구율의 향상이 큰 문제로 대두되고 있다.
제1도는 종래의 LCD용 칼라필터의 단면 구조를 도시한 것이다.
제1도를 참조하면, 종래의 LCD용 칼라필터(5)는 유리기판(1)내에 광차폐층(2)을 소정간격을 두고 형성되고, 이웃하는 광차폐층(2)사이에 걸쳐 R,G,B 3색의 칼라필터층(3-1~3-3)이 형성되며, 칼라필터층(3-1 ∼ 3-3)을 포함한 기판(1)상에 칼라필터를 보호함과 동시에 칼라필터에 의해 형성된 단차에 따른 기판 표면을 평활시켜 주기 위한 보호막(4)이 형성된 구조를 갖는다.
상기한 바와같은 구조를 갖는 종래의 LCD용 칼라필터(5)은 유리기판(1)상에 크롬막, 크롬 산화막 또는 유기물 등을 증착한 다음 패터닝하여 광차폐층(2)인 블랙 매트릭스층을 형성하낟. 이어서, 통상의 칼라필터층 형성 방법으로 광차폐층(2)사이에 걸쳐 원색의 R,G,B칼라필터(3-1~3-3)을 형성하며, 그위에 기판의 평활도를 높이고 칼라필터(3)을 보호하기 위한 보호막(4)을 형성하여 칼라필터를 제조하였다.
LCD용 칼라필터에 있어서, 박막 트랜지스터 패널측에 위치한 백라이트로 부터 입사되는 입사되는 광이 최종적으로 나오는 부분의 면적을 개구율이라 하는데, 보다 선명한 칼라를 얻기 위해서는 개구율이 높아야 한다.
그러나, 종래의 칼라필터는 제도에 도시된 바와같이 광원인 백라이트로부터 나오는 광(6)이 광차폐층(2)으로 인하여 칼라필터층(3)의 A부분만으로 통과하고 나머지 A부분으로는 통과하지 못하게 된다. 이로 인하여 시야각이 좁아져 개구율이 저하되고, 선명도가 저하되는 문제점이 있었다.
개구율을 증가시키기 위해서는, 광차폐층(2)의 폭을 좁게 형성하여야 한다. 그러나, 광차폐층(2)의 폭이 좁아지게 되면 후속의 칼라필터층(3-1~3-3) 형성 공정시 정확한 정렬이 문제점으로 대두된다.
또한, 각 칼라필터층(3-1~3-3)이 이웃하는 광차폐층(2)사이에 걸쳐 오버랩되어 형성됨으로 인하여 표면 평탄도가 열악하고, 이로 인하여 균일한 셀갭이 유지되지 않아 칼라의 혼색이 유발되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 칼라필터층사이의 광차폐층에 대응되는 기판의 배면에 광분산층을 형성하여 광차폐층의 폭감소없이 개구율을 증가시켜 줌으로써, 정교한 얼라인문제가 발생되지 않고, 선명한 화질을 얻을 수 있는 칼라필터 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유리기판의 전면상에 광차폐층이 형성되고, 이웃하는 광차폐층간에 걸쳐 R, G, B 3색의 칼라필터층이 형성된 LCD용 칼라필터에 있어서, 유리기판의 배면중 광차폐층에 대응되는 부분에 광분산층이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 LCD용 칼라필터의 제조방법은 유리기판의 배면상에 광분상용 레지스트막을 도포하는 공정과, 광분산용 레지스트막상에 무기질층을 형성하는 공정과, 기판의 전면상에 서로 일정간격을 두고 광차폐층을 형성하는 공정과, 기판상에 칼라필터용 안료를 도포한 후 노광 및 현상하는 공정을 반복 수행하여 광차폐층사이에 오버랩되는 칼라필터층을 형성하는 공정과, 칼라필터층을 덮도록 보호막을 기판상에 형성하는 공정과, 배면의 무기질층을 제거하는 공정과, 광분산용 레지스트막을 패터닝하는 공정과, 패터닝된 광분산용 레지스트막을 플로우시켜 볼록한 렌지형태의 광분산층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 칼라필터 및 그의 제조방법을 첨부된 도면 제2도 내지 제3도(A)-(H)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 LCD용 칼라필터의 단면 구조를 도시한 것이다.
제2도를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LCD용 칼라필터(10)는 유(11)의 전면(前面)상에 소정 간격을 두고 광차폐층(12)이 형성되고, 이웃하는 광차폐층(12)사이에 걸쳐 R, G, B 3색의 칼라필터층(13-1~13-3)이 형성되며, 칼라필터층(13-1~13-3)상에 칼라필터층의 보호 및 기판의 평탄화를 위한 보호막(14)이 형성된 구조를 갖는다.
또한, 본 발명의 LCD용 칼라필터는 백라이트로부터 입사되는 광을 분산시켜 출력하기 위한 광분산층(15)이 유리기판(11)의 배면(背面)중 광차폐층(12)에 대응되는 부분에 형성된다. 상기 광분산층(15)은 열적 플로우특성을 갖는 레지스트막으로 된 볼록 렌즈형태를 갖는다.
따라서, 본 발명의 칼라필터는 볼록렌즈 형태의 광분산층915)이 기판의 배면에 광차폐층(12)에 대응되어 형성되어 있으므로 인하여, 제2도에 도시된 바와같이 광분산층(15)이 존재하지 않는 경우에 비하여 θ 만큼의 넓은 시야각을 얻을 수 있으며, 이에 따라 종래의 개구율(A)보다 증대된 개구율(B)을 얻는다.
제3도(A)-(H)는 제2도에 도시된 본 발명의 LCD용 칼라필터의 제조공정도를 도시한 것이다.
제3도(A)를 참조하면, 유리기판(11)의 배면(背面)상에 광분산용 레지스트막(15A)을 도포하고, 그 위에 무기질층(16)을 형성한다. 광분산용 레지스트막(15A)은 열적 플로우 특성을 갖는 레지스트막이고, 무기질층(16)은 크롬막이나 텅스텐 실리사이드 등을 사용한다.
본 발명에서 사용되는 무기질층(16)은 후속공정시 투명한 유리기판상에 형성되는 칼라필터층의 노광공정시 기판 표면의 불균일에 의한 반사영향을 감소시켜 주는 역할을 한다. 뿐만 아니라 무기질층(16) 자체의 균일하고 높은 반사율로 칼라필터 노광시 광분산용 레지스트막(15A)을 노광하는 데 효과적이다.
제3도(B)를 참조하면, 기판(11)을 뒤집어 전면(前面)상에 광차폐용으로 크롬막(12A)을 1000 내지 3000의 두께로 증착한다. 크롬막(12A)상에 마스크용 감광막(17)을 도포하고 광차폐층용 마스크(18)을 사용하여 감광막(17)을 노광한 후 현상하여 감광막(17) 패턴을 형성한다.
감광막(17) 패턴을 이용하여 습식 또는 건식식각법으로 그 하부의 크롬막(12A)을 식각하고, 남아잇는 감광막(17) 패턴을 스트립하여 제거하면 제3도(C)에 도시된 바와같이, 광차폐층(12)으로서 블랙 매트릭스를 형성한다. 상기 광차폐층(12)을 위한 물질로서 크롬막 대신에 블랙(black) 염색물질이 사용될 수도 있다.
이어서, 광차폐층(12)사이에 이들과 오버랩되는 R, G, B 3색의 칼라필터층(13-1~13-3)을 안료분산법으로 형성한다.
즉, 먼저 광차폐층(12)이 형성된 기판(11)상에 적색(red)의 안료(19)를 도포하고, 칼라필터용 마스크(20)를 이용한 노광 및 현상공정을 수행하여 안료(19)를 패터닝하여 적색(R)의 칼라필터층(13-1)을 형성한다.
상기의 적색의 칼라필터층(13-1)을 형성한 후 적색의 칼라필터층(13-1)을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 녹색(G)의 칼라필터층(13-2)과 청색(B)의 칼라필터층(13-3)을 제3도(E)에 도시된 바와같이 순차 형성한다.
즉, 칼라필터층은 안료 분산법을 이용한 공정을 3회 반복 수행하여 광차폐층(12)사이에 이들과 오버랩되는 적색, 녹색 및 청색의 칼라필터층(13-1~13-3)을 순차 형성하는데, 칼라필터층을 형성하기 위한 방법으로 안료 분산법 대신에 칼라 염색법을 이용할 수도 있다.
이때, 상기의 적색의 칼라필터층 형성시, 제3도(D)에 도시된 바와같이 적색의 안료(19)가 광에 노광될때 기판(11)의 배면에 형성된 광분산용 레지스트막(15A)의 일부분(15A')도 함께 노광된다.
청색 및 적색의 칼라필터층을 형성하는 경우에도 마찬가지로 광분산용 레지스트막(15A)이 노광되어, 제3도(E)에 도시된 바와같이 각 칼라필터층(13-1~13-3)에 대응되는 부분(15A')이 노광되어진다.
상기와 같은 방법으로 칼라필터층(13-1`13-3)을 형성한 다음 칼라필터층을 덮도록 보호막(14)을 기판상에 형성하면 제3도(F)와 같이 된다.
이어서, 제3도(G)에 도시된 바와같이 배면의 무기질층(16)을 식각액으로 녹여낸 다음, 광분산용 레지스트막(15A)을 현상하여 패터닝한다.
이는 광분산용 레지스트막(15A)이 제3도(D) 및 (E)에 도신된 바와같이 칼라필터층의 노광공정시 광에 의해 함께 노광되었기 때문에, 바로 현상공정을 수행하여 제3도(G)와 같이 광분상용 레지스트막(15A)을 패터닝하는 것이 가능한 것이다.
최종적으로, 제3도(G)와 같이 얻어진 광분산용 레지스트막(15A) 패턴을 열적 에너지를 가하여 플로우시켜 주면 제3도(H)와 같이 볼록한 렌즈형태의 광분산층(12)이 얻어진다. 이로써, 본 발명의 실시예에 따른 칼라필터(10)가 얻어진다.
이때, 광분산층(15)의 패턴을 광차폐층(12)의 패턴보다 5 내지 20% 정도 더 크게 형성되는데, 이와같이 광분산층(15)의 패턴을 더 크게 형성하여 주면 광시야각(θ)을 5 내지 40° 정도 증대시킬 수 있다.
상기한 바와같은 본 발명에 따르면, 광차폐층에 대응되는 기판의 배면상에 볼록한 렌즈 형태의 광분산층을 형성하여 줌으로써, 광차폐층의 폭을 감소시킴 없이 개구율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 칼라필터층 형성시 정교한 얼라인에 의한 문제점이 발생되지 않는다.
또한, 칼라필터층의 해상도에 관계없이 높은 개구율을 확보할 수 있어 선명한 화질을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 넓은 광시야각을 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 유리기판(11)의 전면상에 광차폐층(12)의 형성되고, 이웃하는 광차폐층간에 걸쳐 R, G, B 3색의 칼라필터층(13-1~13-3)이 형성된 칼라필터에 있어서,
    유리기판(11)의 배면중 광차폐층(12)에 대응되는 부분에 형성되어 있되, 상기 광차폐층(12)보다 상대적으로 더 큰 폭을 갖도록 형성되어 있고, 상기 칼라필터층(13-1~13-3)을 통해 입사되는 광의 일부를 분산시키는 광분산층(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터.
  2. 제1항에 있어서,
    광분산층(15)은 레지스트막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    광분산층은 볼록한 렌즈형태를 갖고, 상기 광차폐층(12)보다 5% 내지 20% 범위 내로 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터.
  4. 유리기판(11)의 배면상에 광분산용 레지스트막(15A)을 도포하는 공정과,
    광분산용 레지스트막(15A)상에 무기질층(16)을 형성하는 공정과,
    기판(11)의 전면상에 서로 일정간격을 두고 광차폐층(12)을 형성하는 공정과,
    기판(11)상에 칼라필터용 안료를 도포한 후 노광 및 현상하는 공정을 반복 수행하여 광차폐층사이에 오버랩되는 칼라필터층(13-1~13-3)을 형성하는 공정과,
    칼라필트층(13-1~13-3)을 덮도록 보호막(14)을 기판상에 형성하는 공정과,
    배면의 무기질층(16)을 제거하는 공정과,
    광분산용 레지스트막(15A)을 패터닝하는 공정과,
    패터닝된 광분산용 레지스트막(15A)을 플로우시켜 볼록한 렌즈형태의 광분산층(15)을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    무기질층(16)으로 크롬막 또는 텅스텐 실리사이드등이 사용되는 것을 특징으로 하는 LCD 용 칼라필터의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    광분산용 레지스트막(15A)은 칼라필터층의 노광공정시 광에 의해 함께 노광되어 바로 현상공정을 수행하여 패터닝되고, 상기 플로우에 의해 상기 광차폐층(12)보다 상대적으로 더 큰 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LCD 용 칼라필터의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    무기질층(16)은 칼라필터층을 위한 노광공정시 기판의 불균일한 반사를 감소시키는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 LCD 용 칼라필터의 제조방법.
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