KR100224374B1

KR100224374B1 - 칼라 필터와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100224374B1
Application number: KR1019970010544A
Authority: KR
Inventors: 노부아끼 야마다; 수이찌 고자끼; 쯔요시 나까노; 레이꼬 사사끼; 요시까쯔 오까다
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤; 고오사이 아끼오; 스미또모 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1999-10-15
Also published as: CN1080891C; JPH09258017A; US5731111A; JP3781134B2; CN1165957A; TW353725B

Abstract

본 발명의 컬러 필터는 도전성이 낮은 영역을 갖는 도전층, 및 상기 도전층 상의 착색층에 포함된 복수의 착색 영역을 가지며, 각각의 착색 영역은 상기 도전성이 낮은 영역에 각각 대응하는 부분에 오목부를 갖는다.

Description

컬러 필터와 그 제조방법

본 발명은 컬러 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 액정 분자의 축대칭 배향(axissymmetrical orientation)의 배향축(orientation axis)을 소망의 위치에 정밀하면서도 용이하게 배치하는 것이 가능하고, 따라서 표시 품질이 우수한 광시각 표시 모드의 액정 표시 소자를 안정하게 제공할 수 있는 컬러 필터에 관한 것이다.

액정 표시 소자(이후부터는, LCD라고 함)는 종래부터 전기 광학 효과(electro-optic dffect)를 이용한 것이 공지되어 있다. 예를 들면, 표시 매체로서 네마틱 액정(nematic liquid crystal)을 사용한 비트림 네마틱(twisted nematic, TN)모드 LCD 소자 또는 초비틀림 네마틱(super twisted nematic, STN) 모드의 LCD 소자가 실용화되어 있다. 이들의 LCD 소자는 편광판을 필요로 하며, 액정에 접촉하도록 기판들 중 적어도 하나위에 설치되는 배향막(alignment film)에 대해 배향 처리(alignment treatment)를 할 필요가 있다.

이러한 종래의 LCD 소자들의 문제점에 대해서 도5a 내지 도5c를 참조하여 설명한다. 도5a 내지 도5c는 각각 종래의 TN 모드 LCD 소자에서의 액정분자의 배향 상태를 나타낸 개략 단면도이다. 도5a는 액정층에 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸 것이며, 도5b는 액정에 전압을 인가하여 중간조를 표시(gray-scale display)하고 있는 상태를 나타낸 것이고, 도5c는 액정층에 포화 전압이 인가되어 있는 상태를 도시한 것이다. 도5a에 도시되어 있는 바와 같이, 한쌍의 기판(101, 102)사이에 설치된 액정층의 액정 분자(109)가 전압이 인가되지 않은 초기 배향 상태에서 프리틸트각(pretilt angle)을 갖는다. 전압이 액정층에 인가될 때에는, 도5b 및 도5c에 도시한 바와 같이 액정 분자(109)는 동일 각도로 배향된다. 따라서, 도5b에 도시한 바와 같이, 관찰자가 방향 A 및 B로부터 LCD소자를 보는 경우, 겉보기 굴절율(apparent refractive index )이 서로 다르기 때문에 표시 콘트래스트가 크게 변화한다. 게다가, 중간조 표시 상태에서는, 액정 분자(109)의 상승각(arising angle)이 전압의 인가에 따라 변화하지 않기 때문에, 액정 분자(109)는 전압의 인가시와는 역방향으로 되는 경우가 있다. 그 결과, 시각 방향에 의해서는 투과율의 변화가 역전하는 콘트래스트 반전 현상이 생기고, 표시 품질을 현저히 저하시키게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의출원인은 도5d 내지 도5f에 도시된 바와 같은 소위 광시각 표시 모드의 LCD 소자를 제안하고 있다(특개평 6-301015호 및 특개평7-120728호). 광시각 표시 모드의 LCD 소자에 의한 시각 특성 개선의 메카니즘에 대해서 도 5d 내지 도 5f를 참조하여 설명한다. 도5d 내지 도5f는 광시각 표시 모드의 LCD 소자에서의 액정 분자(109)의 배향 상태를 나타내는 개략 단면도이고, 도 5d는 액정층에 전압을 인가하고 있지 않은 상태를 나타낸 것이고, 도5e는 액정층에 전압을 인가하여 중간조를 표시하고 있는 상태를 나타낸 것이며, 도5f는 액정층에 포화 전압을 인가한 상태를 나타낸 것이다.

광시각 표시 모드의 LCD 소자에서는, 도5d에 도시한 바와 같이 한쌍의 기판(101, 102)의 사이에 고분자벽(polymer wall ; 7)에 의해 둘러싸인 액정 영역(108)이 형성되어 있다. 그런 다음에 액정 영역(108)내의 액정 분자(109)를 축(110)에 대해 축대칭 배열시킴으로써 광시각 특성을 제공하게 된다. 보다 상세하게는, 이 광시각 표시 모드의 LCD 소자에서는, 액정 영역(108)의 액정 분자가 축대칭상으로 배향되어 있다. 따라서, 도5e 및 도5f에 도시한 바와 같이 전압을 인가하여도 방향 A 및 방향 B로부터 보았을 때의 액정 분자의 겉보기 굴절율이 서로 같게 된다. 그 결과 중간조 상태에서의 시각 특성이 개선된다.

컬러 표시를 행하는 경우에는, 컬러 필터가 LCD 소자에 포함되게 된다. 도 6은 LCD 소자내에 포함되게 되는 컬러 필터를 도시한 개략 단면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 컬러 필터(120)은 LCD 소자의 표시 매체를 사이에 둔 한쌍의 기판 중 한쪽 기판(151)상에 형성된다. 컬러 필터(120)은 착색층(121)과 블랙 매트릭스(black matrix ; 122)를 포함한다. 착색층(121)은 소정의 배열로 제공되어 있는 3원색으로 된 복수의 착색 영역, 즉 적색(R) 착색 영역(121r), 녹색(G) 착색 영역(121g) 및 청색(B) 착색 영역(121b)을 포함하고 있다. 필요에 따라서, 오버코트층(overcoat layer ; 130) 및 액정층에 전압을 인가하기 위한 투명 전극(140)이 착색층(121)과 블랙 매트릭스(122)상에 형성된다.

오버코트층(130)은 컬러 필터(120)의 표면을 평탄화하기 위해 제공된다. 컬러 필터(120)의 표면이 요철을 갖는 경우에, 현재 사용되는 컬러 필터(120)이 포함되어 있는 표시 모드(예를 들면, TN 모드) LCD 소자에서 컬러 필터(120) 표면의 요철에 의해 액정 분자의 배열 불량이 일어나게 된다.

그러나, 컬러 필터(120)의 표면이 평탄화되어 있으면, 광시각 표시 모드 LCD 소자는 안정되게 얻을 수 없다. 보다 상세히 말하면, 평탄한 표면을 갖는 컬러 필터(120)를 사용하는 경우에는, 액정 분자의 축대칭 배향의 배향축을 소정의 위치(예를 들면, 액정 영역의 중앙부)에 정밀하게 배치하는 것이 곤란하다. 그 결과, 축이탈(a dislocation of the axis)에 의한 표시의 거침(roughness) 등의 문제가 생기는 경우가 있다.

이상과 같이, 액정 분자의 축대칭 배향의 배향축을 소망의 위치에 정밀하고 용이하게 배치하는 것이 가능하고, 따라서 표시 품질이 우수한 광시각 표시 모드의 LCD 소자를 안정되게 얻을 수 있는 컬러 필터 및 그의 간편한 제조 방법이 절실히 필요하다.

본 발명의 컬러 필터는 도전성이 낮은 영역을 갖는 도전층 ; 및 도전층상에 형성된 착색층(colored layer)에 포함된 복수의 착색 영역을 구비하되, 각각의 착색 영역은 도전성이 낮은 각각의 영역에 대응하는 위치에 오목부를 갖는다.

본 발명의 일실시예에서, 도전성이 낮은 각각의 영역은 도전층에 제공된 기공(pore)을 사용하여 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 도전성이 낮은 각각의 영역이 도전층을 관통하도록 설치된 기공을 이용하여 형성됨으로써 절연부를 생성한다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 도전성이 낮은 각각의 영역이 도전층에 설치된 하부면(botton face)를 갖는 기공을 이용하여 형성되고, 도전성이 낮은 영역의 두께가 그 주변 영역의 두께보다 얇게 되어 있다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 컬러 필터는 착색층상에 오버코트층(overcoat layer)을 구비한다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 컬러 필터는 착색층상에 투명 전극을 구비한다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 컬러 필터는 오버코트층상에 투명 전극을 구비한다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 도전성이 낮은 각각의 영역이 복수의 착색 영역 각각의 거의 중심에 제공되어 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판상의 도전층과, 도전층상의 착색층에 포함된 복수의 착색 영역을 갖는 컬러 필터의 제조 방법이 제공된다. 본 방법은 각각의 착색 영역이 형성되는 도전층의 일부에 도전성이 낮은 영역을 제공하는 단계 ; 및 기판에 전착(electrodeposition)을 실시하여 도전성이 낮은 각각의 영역에 대응하는 위치에 오목부를 갖는 착색 영역을 포함하는 착색층을 형성하는 단계를 포함한다.

이와 같이, 본 발명은 이하의 잇점을 제공할 수 있다 : (1) 착색층의 소망의 위치에 오목부를 가지고, 액정 표시 소자에서 액정 분자의 축대칭 배향의 배향축을 소망의 위치에 정밀하고 용이하게 배치하는 것이 가능한 컬러 필터를 제공하는 것, (2) 표시 품질이 우수한 광시각 표시 모드의 액정 표시 소자를 안정되게 제공할 수 있는 컬러 필터를 제공하는 것, 및 (3) 이와 같은 컬러 필터의 간편한 제조 방법을 제공하는 것.

첨부된 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명한 바를 읽어보고 이해할 때 당업자는 본 발명의 이들 및 다른 잇점들을 분명히 알게 될 것이다.

도1a 내지 도1e는 본 발명에 따른 컬러 필터의 양호한 실시예를 제조하는 공정을 나타낸 개략 단면도.

도2는 본 발명에 따른 컬러 필터의 다른 실시예를 나타낸 개략 단면도.

도3a및 도3b는 병렬 니콜(Parallel Niclos)하에서 액정 표시 소자를 정면으로부터 편광 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 개략도이며, 도3a는 축이탈이 없는 경우(where the axis is not dislocated)를 나타낸 것이고, 도 3b는 축이탈이 있는 경우(where the axis is dislocated)를 나타낸 것이다.

도4a 및 도4b는 직교 니콜(crossed Nicols)하에서 액정 표시 소자를 기울인 상태에서 편광 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 개략도이며, 도4a는 축이탈이 없는 경우를 나타낸 것이고, 도4b는 축이탈이 있는 경우를 나타낸 것이다.

도5a 내지 도5f는 TN 모드의 액정 표시 소자의 시각 특성과 광시각 표시 모드(wide viewing angle display mode)의 액정 표시 소자의 시각 특성을 비교하여 나타낸 개략도이며, 도5a 내지 도5c는 TN 모드의 액정 표시 소자에서의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸 개략 단면도이고, 도5d 내지 도5f는 종래의 광시각 표시 모드의 액정 표시 소자에서의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸 개략 단면도이다.

도6은 종래의 컬러 필터를 나타낸 개략 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 도전층

3 : 기공 4 : 블랙 매트릭스

5 : 차광층 6 : 오버코드층

7 : 투명전극

본 명세서에서 용어 착색층에 형성되는 오목부는 함몰된 형상을 갖는 착색층에 포함된 각각의 착색 영역상에 형성된 임의의 오목부를 말하는 것으로서, 각각의 착색 영역의 중심부 내지 중심 근방이 최저부로 되어 있고 액정 분자를 축대칭 방식으로 안정되게 배향하고 이러한 배향 상태를 유지할 수 있다. 이러한 오목부의 특정예로는 호리병 형상, 역원추 형상, 및 포물선을 회전시켜 얻은 형상(즉, U자형 단면을 갖는 형상) 또는 제곱근 곡선을 회전시켜 얻은 형상(즉, 도1c 는 도2에 도시된 단면을 갖는 형상) 등이 있다.

용어 액정 분자의 축대칭 배향은 액정 분자의 장축이 축대칭상(예를 들면, 방사상, 동심원상 또는 나선형)으로 배열되어 있는 배향 상태를 말한다.

착색층의 오목부는 전착에 의해 형성될 수 있다. 전착은 착색층이 형성되는 도전층의 영역의 소정의 위치에 도전성이 낮은 영역이 설치되어 있는 도전층을 갖는 기판을 한쌍의 전극 중의 하나로 사용하여 행해진다. 보다 상세하게는, 착색층상의 오목부는 이하의 절차에 의해 형성된다 : (1) 도전층의 소정의 위치(예를 들면, 각 착색 영역의 중심부 근방에 대응하는 위치)에 도전성이 낮은 영역을 형성한다 ; (2) 도전성이 낮은 영역이 설치되어 있는 도전층을 갖는 기판을 한쌍의 전극 중 한쪽의 전극으로 사용하여 전착을 행한다. 이와 같은 절차로 착색층을 형성하면, 도전성이 낮은 영역에 대응하는 부분에는 착색층이 형성되기 어렵고, 그 결과 도전성이 낮은 영역에 대응하는 부분에 최저점을 갖는 착색층이 형성될 수 있다.

이하에, 본 발명의 컬러 필터의 양호한 실시예 및 그 제조 방법을 도1a 내지 도1e를 참조하여 상세히 설명한다.

도1a는 투명 전극으로서의 도전층(2)가 형성된 기판(1)을 도시한 개략 단면도이다.

기판(1)로서는 글라스 기판 또는 플라스틱 기판 등의 투명 기판이 사용될 수 있다. 기판의 두께는 특히 한정되지는 않지만, 통상 1.1㎜ 이하, 양호하게는 0.7㎜ 정도이다. 이 두께는 후의 공정에서 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 일에 적합하기 때문이다. 기판은 미세 패턴을 보다 용이하게 형성할 수 있도록 가능한 한 평탄할수록 좋다.

기판(1)의 전표면 상에는 ITO막(주석으로 도핑된 인듐 산화물막) 또는 NESA막(안티몬으로 도핑된 주석 산화물막) 등의 도전막이 기판(1)의 전표면상에 형성된다. 그 다음에, 도전막은 포토리쏘그라피 등에 의해 서로 전기적으로 절연된 소망의 패턴을 갖는 도전층(투명 전극)(2)내로 형성된다. 이 경우에, 기판(1)의 전표면상에 형성된 도전층(2)는 필요에 따라 포토리쏘그라피 등에 의해 소망의 형상을 갖는 복수의 투명 도전성 회로로 형성될 수 있다.

비록 도전층(2)의 저항율은 특히 제한되지는 않지만, 낮을수록 좋다. 저항율은 양호하게는 30Ω/이하, 보다 양호하게는 20Ω/이하, 가장 양호하게는 15Ω/이하이다. 저항율이 이러한 범위내에 있을 때, 후에 형성되는 전착막(착색층)의 막두께 분포 및 평활성이 향상될 수 있다. 기판내의 저항율 분포도 균일할수록 양호하다. 저항율 및 저항율 분포가 이러한 조건을 만족할 때, 원리상, 기판의 크기는 제한을 받지 않는다. 따라서, 아주 큰 기판상에 그에 대응한 크기의 컬러 필터를 제작하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, LCD의 대화면화의 요구가 만족될 수 있고, 또한 컬러 필터의 공업적 생산성이 향상될 수 있다. 이것은 전착법을 이용하는 본 발명의 잇점 중의 하나이다.

다음에, 도1a에 도시한 바와 같이, 전착용 도전층(2)에 도전성이 낮은 영역(3)(즉, 도전층(2)를 관통하는 기공(3))을 형성한다.

도전성이 낮은 영역의 형상으로서는, 예를 들면 그의 평면 형상이 정방형, 원형, 타원 평면 형상을 갖는 기공이 선호된다. 기공(3)은 도전층을 관통하도록 형성될 수도 있고, 그 대신에 도2에 도시한 바와 같이 기판(1)에 도달하지 않는(즉, 하부면을 갖는)기공(3a)도 또한 이용될 수 있다. 기공(3a)의 하부의 두께를 조정함으로써 소망의 저항율을 갖는 도전성이 낮은 영역이 형성될 수 있기 때문에, 도전층(2)를 관통하지 않는 기공(3a)이 더 양호하다. 예를 들면, 기공의 하부에 위치한 도전층의 두께를 얇게 함으로써 저항을 크게 할 수 있다. 기공이 도전층(2)를 관통하는 경우에는, 도전성이 낮은 영역에 절연부가 생성될 수 있다. 기공의 평면 형상의 크기는 착색층의 크기, 도전층(2)의 두께, 및 기공이 도전층(2)를 관통하는지 여부 등에 따라 적절히 결정될 수 있다. 도전층(2)를 관통하는 기공(3)이 이용되는 경우에는, 통상 최대폭이 약 5㎛ 내지 약 30㎛이다. 기공(3)의 깊이는 도전층(2)을 관통하는 경우는 당연히 도전층(2)의 두께에 상당하는 깊이이다. 기공(3a)가 도전층(2)을 관통하지 않는 경우는, 기공(3a)의 하부의 나머지 도전층의 두께는 양호하게는 약 1옹스트롬 내지 약 500 옹스트롬의 범위내에 있다. 두께가 이 범위내에 있을 때에, 도전성이 높은 영역과 도전성이 낮은 영역에서 전착량이 명확히 구별될 수 있다.

도전성이 낮은 영역(예를 들면, 기공(3))의 단면 형상은 특히 제한되지는 않지만, 도전성이 낮은 영역의 상부측의 폭과 그 하부측의 폭이 같거나 또는 하부측의 폭이 상부측의 폭보다 약간 작은 형상이 선호된다.

도전성이 낮은 영역을 설치하는 위치는 특히 제한되지는 않지만, 착색층의 착색 영역이 형성되는 영역의 거의 중심부가 선호된다. 이러한 배열에서는, 액정분자의 소망의 축대칭 배향을 제공할 수 있는 바람직한 형상의 오목부를 갖는 착색 영역이 형성될 수 있기 때문이다. 바꾸어 말하면, 이 도전성이 낮은 영역에 액정분자의 축대칭 배향의 배향축이 고정되어 있기 때문에, 착색층의 착색 영역의 중심부에 도전성이 낮은 영역을 설치함으로써 액정 분자의 우수한 축대칭 배향이 용이하게 실현될 수 있다.

도전성이 낮은 영역은 예를 들면 레이저 에칭 또는 스퍼터링 등의 건식 에칭법, 화학 약품을 포함하는 에칭액을 사용하는 습식 에칭법 등에 의해 형성될 수 있다. 생산성 및 단가의 관점에서 볼 때는, 습식 에칭법을 사용하는 것이 보다 낫다. 습식 에칭법에 사용되는 에칭액은 특히 제한되어 있지는 않지만 기존의 어떤 적당한 에칭액도 사용될 수 있다. 레이저 등을 사용하는 건식 에칭법에 의해 도전성이 낮은 영역을 형성하는 경우에는, 기계적으로 직접 소정의 위치에 도전성이 낮은 영역을 형성하는 것도 가능하지만, 통상은 주지의 포토리쏘그라피 방법에 의해 소정의 위치에 도전성이 낮은 영역이 형성될 수 있다. 도전층을 포토리쏘그라피 방법에 의해 회로내로 형성하는 경우에는, 회로 형성과 동시에 도전성이 낮은 영역을 설치하는 것이 공업적으로 유리하다.

도전층(2)에서의 도전성이 낮은 영역은 이하에 설명하는 차광층을 형성한 후에 형성하여도 좋다.

다음에, 도1b에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스 차광층(4)를 형성한다. 블랙 매트릭스(4)는 스크린 인쇄법(screen printing), 스핀 코팅법(spin coating) 또는 롤 코팅법(roll coating) 등의 종래의 막형성 방법에 의해 도전층(2)을 갖는 기판(1)의 전면에 차광성 막을 도포한 후, 창 형성 단계, 노광 단계, 현상 단계 및 열처리 단계를 거쳐 형성된다.

형성되는 차광성 막의 두께는 차광층(4)이 소정의 두께로 되도록 조정될 수 있다. 차광층(4)의 두께는 컬러 필터가 사용되는 LCD의 종류에 따라서 변화할 수 있지만, 통상 차광층의 두께는 약 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위내에 있다. 따라서, 도포되는 차광성 막의 두께는 차광 특성, 패턴화 특성 및 착색층의 두께 등을 고려하면 0.8㎛ 내지 3㎛의 범위 정도가 양호하다.

차광층을 형성하는 재료로서는, 통상 내열성(heat resistance) 및 내용제성(solvent resistance) 등을 갖는 감광성 재료(예를 들면, 아크릴 수지, 폴리에스테르수지, 폴리이미드 수지 등)과, 차광성 안료(예를 들면, 카본 블랙, 티타늄 블랙 등)을 포함하는 분산체(dispersion)가 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 차광층을 형성하는 재료는 특정의 재료에 한정되지 않는다. 적당한 차광성을 가지면서 컬러 필터에 요구되는 일정의 특성을 만족하는 재료이면 공지된, 임의의 재료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 시판의 흑색 재료를 함유하는 감광성 수지(예를 들면, 후지-헌트 일렉트로닉스 테크놀로지사에 의해 제조된 CFPR-BK550S ; 신일철화학사에 의해 제조된 V259-BK0 등)이 사용될 수 있다. 금속 또는 금속 산화물(예를 들면, MO, Ni, Al 및 크롬 산화물)도 차광층을 형성하는 재료로서 사용될 수 있다.

다음에, 형성된 차광성 막에 창이 형성된다. 이 단계에서는, 차광성 막을 패턴화함으로써 투명 도전층이 노출하는 부분(소위, 창 부분)을 형성한다. 창 부분(window portion)의 패턴은 컬러 필터가 이용되는 LCD 화면에 따라 결정된다. 예를 들면, 약 5인치 이하의 소화면에서는 델타 배열(delta arrangement) 또는 모자이크 배열(mosaic arrangment) 등이 사용되고, 그 이상의 대화면에서는 주로 스트라이프 배열(stripe arrangement)이 사용된다. 상기 도전층(2)에 설치된 도전성이 낮은 영역(3)들 각각이 창 부분의 거의 중심부에 배치되도록 차광성 막이 패턴화되는 것이 바람직하다.

필요에 따라서, 차광성 막은 건조를 위해 프리베이킹(prebake)된다. 프리베이킹을 행함으로써 차광성 막이 예비적으로 경화되어, 차광성 막(즉, 차광층(4)과 기판과의 밀착성이 향상될 수 있다. 프리베이킹에서의 가열 온도 및 가열 시간은 당해 분야에 주지의 조건(예를 들면, 베이킹-플레이트(baking-plate) 등을 사용하여 60-90℃, 3-15분 또는 130℃, 30분)이 채용될 수 있다.

다음에, 노광이 행해진다. 이 단계에서는, 차광성 막이 차광성 막에 형성되는 소정의 패턴에 해당하는 패턴을 갖는 광 투과 부분을 갖는 포토마스크(도시안됨)을 통과한 광에 노출된다.

방사되는 광으로서는, 차광성 막(즉, 감광성 수지)의 종류에 따라 여러 가지 범위의 파장을 갖는 광 비임이 사용될 수 있다. 일반적으로는, UV 영역의 광이 선호된다. 광원으로서는, 고압 수은 등, 또는 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp)를 사용하는 장치를 이용할 수 있다. 노광 방법은 특별히 한정되지는 않는다. 컨베이어 방법(conveyer method), 근접 방법(proximity method), 거울 투사 방법(mirror projection method), 및 스테퍼 방법(stepper method) 등의 기존의 방법을 사용할 수 있다. 생산성에 대해서는, 근접 방법, 또는 거울 투사 방법이 선호된다. 노광량은 차광성 막의 특성에 따라 약 1mJ/㎠ 내지 약 5000mJ/㎠ 범위에서 변화할 수 있다.

게다가, 필요에 따라 광에 노출된 차광성 막에 열처리를 행한다. 이 열처리는 노출전 베이킹(post-exposure baking ; PEB)라고 한다. PEB는 가열에 의해 광유도 반응을 촉진시켜 노광된 부분을 완전히 경화(또는 분해)하도록 행해진다. PEB 동안의 가열 온도 또는 가열 시간으로서는, 당해 분야에 공지된 조건(예를 들면, 베이킹-플레이트를 사용하여 60-90℃, 3-15분)을 사용한다. 이들 조건은 차광성 막 및/또는 기판의 종류에 따라 변할 수 있다.

다음에, 현상을 행한다. 이 단계에서는, 사용한 감광성 수지가 네가형(negative type)일 때에는 비노광 부분이 제거되도록 용해되며, 포지형(positive type)일 때는 노광 부분을 용해시켜 제거한다. 현상은 감광성 수지에 대해서 적절한 용해력을 갖는 화학 물질(예를 들면, 현상액)에 차광성 막을 접촉시킴으로써(예를 들면, 침적함으로써)행해진다. 현상액 및 현상 시간 등의 현상 조건은 당해 분야에서 주지된 적당한 조건을 이용할 수 있다.

마지막으로, 열처리를 행한다. 이 열처리는 포스트베이킹(post-bake)라고 한다. 포스트베이킹은 현상에 의해 형성된 창틀 모양의 차광층을 고정하여, 기판과의 밀착성을 향상시키기 위해 행해진다. 양호하게는, 포스트베이킹은 프리베이킹 또는 PEB보다도 높은 온도에서 행해진다. 구체적인 열처리 조건은 재료에 따라서 변화할 수 있지만, 포스트-베이킹은 통상 약 110℃ 내지 약 270℃ 범위의 온도에서 약 5분 내지 약 180분동안 행해진다. 열처리 온도를 너무 높게 하면, 차광층과 기판과의 밀착성은 향상하는 반면, 차광층 재료가 열화하여 무르게 되는 경우가 있다. 따라서, 포스트베이킹은 차광층 재료에 따라서 적절한 조건에서 행하는 것이 좋다.

블랙 매트릭스(차광층)(4)은 다른 공지의 방법을 사용하여 형성될 수도 있다. 예를 들면, 차광층(4)은 특개소61-272720호 공보에 기재된 방법을 사용하여 전착법에 의해 형성될 수 있다. 그 대신에, 차광층은 이하의 방식으로 형성될 수 있다. 이 특개소61-272720호 공보에 기재된 방법에 의해 창 모양의 착색층을 형성한 후, 창틀 모양의 차광성 수지 코팅막을 박리하고, 그 다음에 예를 들면 특개소62-247331호 공보 등에 기재된 배면 노광법(back exposure method)을 행함으로써 차광성 막을 형성할 수 있다.

이와 같이 하여 기판(1)상에 창틀 모양의 블랙 매트릭스(차광층)(4)가 형성된다.

다음에, 도1c에 도시한 바와 같이, 적색(R) 착색 영역, 녹색(G) 착색 영역 및 청색(B)의 착색 영역을 포함하는 착색층(5)를 전착에 의해 형성한다. 이 단계에서는, 상기와 같이 하여 얻은 소정의 패턴을 갖는 차광층(4)와 소정의 패턴을 갖도록 노출한 도전층(2)를 갖는 기판(1)이 한쌍의 전극 중 한쪽의 전극으로서 사용된다. 전착은 이 기판(1)(즉, 전극)과 대향 전극(도시안됨)을 전착액에 침적한 다음에, 양 전극간에 전압을 인가함으로써 행해진다.

대향 전극은 전착액과 반응하지 않는 도전체도 되어 있으면 특히 한정되지 않는다. 대향 전극의 재료의 대표적 예로서는 스텐레스를 들 수 있다. 대향 전극의 형상은 기판과 아주 다른 형상이라도 괜찮지만, 양호하게는 기판과 동일 형상 또는 유사한 형상을 갖는다. 대향 전극은 강체판 형상(solid plate shape) 또는 망형상(net shape)을 가질 수 있다. 양호하게는 전착막의 두께 분포 및 평활성이 더욱 향상될 수 있기 때문에 대향 전극은 망 형상을 갖는다.

전착은 공지된 방법으로 수행될 수 있다. 전착법의 대표적인 예로서는 양이온형 전착법(anion type electrodeposition)과 음이온형 전착법(cation type electrodepo

sition)이 있다. 본 발명에서는 어느 방법도 사용 가능하지만, 기판에 형성되는 전극 등으로의 영향이 음이온형 전착법보다 더 작기 때문에 양이온형 전착법이 바람직하다.

전착액은 통상 수지 재료(바인더) 및 색소 등의 성분을 적당한 용제에 분산, 용해 또는 희석함으로써 제도될 수 있다. 바인더(binder)로서는, 말레인화 유계 수지(maleic oil type resin), 아크릴계 수지(acrylic type resin), 폴리에스테르계 수지(polyester type resin), 폴리부타디엔계 수지(polybutadiene type resin), 및 폴리올레핀계 수지(polyolefine type resin) 등의 수지를 사용할 수 있다. 열경화성 수지 또는 광경화성 수지도 또한 바인더로서 사용될 수 있다. 이들 각 물질들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 바인더는 통상 용제 100중량부에 대해 5 내지 10 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 색소로서는, 염료 및 안료가 사용될 수 있다. 전착액에 소망의 색상의 색소를 혼합함으로써 예를 들면, 적색(R), 녹색(G), 또는 청색(B)의 임의의 색의 착색 영역들을 포함하는 착색층이 형성될 수 있다. 색소는 통상적으로 용제 100 중량부에 대해 1 내지 5 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 용제로서는, 물 및 유기 용제(예를 들면, 부틸셀로솔브(butylcellosolve))를 사용할 수 있다.

전착액 탱크(electrodeposition solution tank)는 전착액을 보유할 수 있는 재질의 절연물로 이루어진 탱크이면 특히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 경질 염화 비닐과 아크릴 수지 등으로 만든 플라스틱제 전착액 탱크를 사용할 수 있다.

상기한 전착액을 이러한 전착액 탱크에 넣은 다음에, 기판(1)과 대향 전극을 서로 마주보도록 전착액내에 평행하게 배치한다. 이때, 기판(1)의 중심부가 대향전극의 중심부와 일치하도록 기판(1)과 대향 전극을 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 양이온 전착법을 행하는 경우에는, 상기 기판(1)의 도전층(2)을 양극으로 기능하고, 대향 전극을 음극으로 기능한다. DC 전압이 양극과 음극 양단에 인가되면, 착색층(5)가 도전층상에 형성된다.

전착은 통상 전압 약 10 내지 약 300V, 전압 인가 시간 약 1초 내지 약 3분의 조건하에서 행해진다. 형성되는 전착층(5)의 두께는 전착 조건을 적절히 선택함으로써 용이하게 제어될 수 있다.

전착막(착색층)(5)를 형성한 후, 착색층(5)를 충분히 세정하여 그로부터 불필요한 물질을 제거하는 것이 바람직하다. 전착막(5)의 강도를 높이기 위하여, 필요에 따라 약 100℃ 내지 약 280℃의 온도에서, 약 10분 내지 약 120분 동안 열처리가 행해진다.

이상과 같이 전착을 행하면, 도전층(2)에 형성된 도전성이 낮은 영역(3)에 대응하는 착색층(5)상에는 전착막이 형성되기 어렵게 된다. 그 결과, 도전층(2)의 도전성이 낮은 영역(3)에 대응하는 위치에 오목부를 갖는 착색층(5)가 형성될 수 있다.

다음에, 도1d에 도시한 바와 같이, 착색층(5) 및 블랙 매트릭스(4)상에 오버코트층(6)이 형성된다. 게다가, 도1e에 도시한 바와 같이, 대향 전극으로 사용되는 투명 전극(7)이 오보코트층(6)상에 형성된다. 오보코트층(6)은 생략될 수 있으며, 따라서 투명 전극(7)이 직접 착색층(5) 및 블랙 매트릭스(4)상에 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 컬러 필터가 완성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 평면 형상이 창문과 같은 착색층과 상기 착색층의 주위에 창문틀 모양의 차광층을 갖는 컬러 필터(예를 들면, 도1e에 도시한 컬러 필터)가 유리하게(즉, 간단한 방식으로 저렴하게)제조될 수 있다.

게다가, 본 발명의 컬러 필터는 축대칭 배향의 액정 영역을 갖는 광시각 표시 모드의 액정 표시 소자(즉, 액정 영역과 당해 액정 영역을 둘러싸는 고분자벽을 갖는 표시 매체를 포함하는 액정 표시 소자)에 적용하는 경우에 더욱 유용하다. 액정 분자의 축대칭 배향의 배향축의 위치가 정밀하게 제어될 수 있기 때문에, 거침이 없이 표시 품질이 우수한 광시각 표시 모드의 LCD 소자가 얻어질 수 있다. 이하에 이를 상세히 설명한다.

액정 분자의 축대칭 배향을 각 화소마다 형성하는 경우에는, 기판의 표면 형상이 중요한 인자가 된다. 특히, 화소중의 셀 간극(기판간 거리)이 가장 큰 부분에 배향축이 위치하는 것이 경험적으로 알려져 있다. 따라서, 셀 간극이 최대로 되는 부분을 화소 중앙부에 위치시킴으로써, 배향축을 화소 중앙부에 위치시키는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 따르면, 도전성이 낮은 영역은 기판상에 형성된 도전층의 소망의 위치(예를 들면, 중앙부)에 형성된다. 그 다음에, 이러한 기판에 대해 전착을 행하여 착색층을 형성한다. 도전성이 낮은 영역에 대응하는 착색층 부분에서는 전착이 일어나기 어렵기 때문에, 착색층의 소망의 위치(도전성이 낮은 영역에 대응하는 위치)에 오목부가 용이하게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 컬러 필터는 착색층의 소망의 위치(예를 들면, 화소 중앙부에 대응하는 위치)에 오목부를 가질 수 있다. 이와 같은 컬러 필터를 사용하여 액정 표시 소자를 제작함으로써 기판의 소망의 위치에 셀 간극이 최대로 되는 부분을 형성하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 컬러 필터를 액정 표시 소자 제조에 사용한 경우에는, 컬러 필터의 착색층에 포함된 각 착색 영역은 액정 표시 소자의 각 화소에 대응하여 설치된다. 상세히 말하면, 컬러 필터의 착색층에 포함된 각 착색 영역은 고분자벽과 당해 고분자벽에 둘러싸인 액정 영역을 갖는 액정 표시 소자의 표시 매체의 액정 영역에 대응하도록 배치되어 있다. 따라서, 예를 들면 착색층의 착색 영역의 중앙부에 오목부를 갖는 컬러 필터를 사용함으로써 액정 분자의 축대칭 배향의 배향축을 액정 영역 중앙부(즉, 화소 중앙부)에 용이하고 정밀하게 배치시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 액정 분자들이 이와 같이 축대칭 배향되기 때문에, 거침이 없이 표시품질이 우수한 광시각 표시 모드의 액정 표시 소자가 얻어질 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 컬러 필터는 각 착색 영역(즉, 각 화소)의 소망의 위치에 오목부를 가짐으로써 아주 우수한 이점을 갖는다. 본 발명의 잇점(예를 들면, 오목부의 위치를 제어하는 것)은 표면을 평탄하게 하는 것을 목적으로 하는 종래의 컬러 필터에서는 결코 얻을 수 없는 것이다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

공지의 방법에 의해 적색, 녹색, 청색의 안료를 각각 양이온성 폴리에스테르 수지계 전착용 도료(ESBIA ED-3000 clear, 신또 염료사 제품)에 소정의 농도로 분산시켜 전착용의 적색, 녹색, 청색의 각 전착액을 제조하였다.

다음에, 도전층을 길이 350㎜, 폭 300㎜, 두께 1.1㎜의 글라스 기판의 표면에 형성하였다. 이 도전층은 저항율이 15Ω/인 ITO를 사용하여 30㎛의 간격을 두고 70㎛폭의(즉, 100㎛피치로)창문 모양으로 패턴화되였다. 도전층이 형성되지 않은 영역에는, 두께가 2.0㎛인 창문틀 모양의 블랙 매트릭스(차광층)이 형성되었다. 게다가, 창문 모양으로 노출되어 있는 도전층의 거의 중앙부에 10㎛의 직경을 갖는 원형의 기공(도전성이 낮은 영역)을 도전층을 관통하도록 형성하였다. 도전층의 패턴화 및 원형 기공의 형성은 포토마스크를 사용하는 종래의 포토리쏘그라피법에 의해 행하였다. 블랙 매트릭스(차광층)은 흑색 안료를 분산한 네가형 레지스트(상품명 V259-BKO, 신일철 화학사 제품)을 사용하여 통상의 포토리쏘그라피법에 의한 패턴화(patterning), 소성(baking) 및 경화(curing)에 의해 형성하였다.

다음에, 얻어진 글라스 기판을 상기 전착액 중에 대향 전극과 함께 배치하여, 적색, 녹색, 청색의 전착액으로 각각 전착을 행하였다. 전착은 30℃, 50V에서 10초동안 행하였다. 기판을 전착액으로부터 끄집어낸 후에, 기판을 물로 충분히 세정하였다. 그 다음에, 이 기판을 260℃에서 60분 동안 소성 및 경화시켜 3색의 착색 영역을 갖는 착색층을 형성하였다.

착색층의 착색 영역은 도1e에 도시한 바와 같이 노광된 도전층상에만 정밀하게 형성되었다. 착색 영역의 단면 형상은 그의 중앙부를 최저부로 하는 양호한 오목 모양을 갖는다.

[비교예 1]

도전성이 낮은 영역을 설치하지 않고 컬러 필터를 제작하였다.

기공 형성용의 패턴을 갖지 않는 포토마스크를 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 방식으로 컬러 필터를 제조하였다.

이와 같이 제조된 컬러 필터는 도6에 도시한 바와 같은 평탄한 표면을 가지고 있었다.

[비교예 2]

전도성이 낮은 영역(즉, 도전층을 관통하도록 형성된 원형의 기공)의 직경을 변환시키면서 실시예 1과 동일한 방식으로 컬러 필터를 제조하였다. 직경이 30㎛ 이상있을 때에는, 전착시에 도전성이 낮은 영역이 착색층에 의해 충분히 덮이지 않았다. 그 결과, 바람직하지않게도 광이 그를 통과하여 색순도의 저하가 일어났다. 직경이 5㎛이하인 때에는, 착색층의 중앙 부분을 오목하게 하는 효과가 불충분하였다.

[실시예 2]

도전층을 관통하지 않도록 기공을 형성함으로써 도전성이 낮은 영역을 형성하였다.

비교예 1과 동일한 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 도전층을 형성하였다는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 도전층을 형성하였다. 포토리쏘그라피법을 사용하여 도전층 상의 화소 중심부에 대응하는 위치에 레지스트 구멍(직경이 30㎛임)을 형성하였다. 그 다음에, 도전층의 두께가 약 1/3 정도로 감소되도록 기판을 에칭하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 공정을 실시함으로써 도2에 도시한 컬러 필터를 제조하였다.

이렇게 얻은 컬러 필터가 도전성이 낮은 영역의 직경이 30㎛로 큼에도 불구하고, 색순도가 저하되지 않았다. 이는 도전성이 낮은 영역이 절연없이 도전성을 유지하고 있기 때문인 것으로 생각되고 있다.

다음에, 실시예 1, 2 및 비교예 1의 컬러 필터를 각각 사용하여 3종류의 액정 표시 소자를 제작하였다.

첫째로, 컬러 필터 기판과 대향하도록 설치되는 TFT 기판을 종래의 방법에 의해 제작하였다. 보다 상세히 말하면, 화소 전극과, 그의 화소 전극을 구동하는 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터(TFT)를 기판상에 형성하였다. 그 다음에, 레지스트 재료를 사용하여 각 화소 전극의 주변에 격자상의 레지스트벽을 형성하였다.

다음에, TFT 기판과 컬러 필터 기판을 서로 부착시켰다. 그 다음에, 표시영역밖인 양 기판간의 주변부에 밀봉 재료를 배치하여 셀을 제작하였다. 그 다음에, 액정 물질과 광 경화성 모노머를 함유하는 혼합물을 셀내로 주입하였다.

다음에, 공지의 방법으로 액정 분자를 축대칭 배향하는 조작을 행하여, 액정분자들을 축대칭 배향시켰다. 게다가, 셀의 소정의 부분에 선택적으로 광 조사를 행하여 광 경화성 모노머를 경화시켜 액정 분자의 축대칭 배향을 안정시켰다. 이와 같이 하여, 화소 전극에 대응하는 위치에 있는 액정 영역과, 그 액정 영역을 둘러싸는 고분자벽을 갖는 액정 표시 소자를 얻었다. 고분자벽은 광이 조사된 부분에 형성되고, 액정 영역은 광이 조사되지 않은 부분에 형성되었다.

이상과 같이 하여 제작된 액정 표시 소자를 편광 현미경으로 관찰하게 되면, 실시예 1 및 실시예 2의 컬러 필터 기판을 사용한 액정 표시 소자에서는 액정 영역에서 각 구획(즉, 각 픽셀)마다 액정 분자의 축대칭 배향의 배향축의 위치가 정밀하게 제어되었다. 반면에, 비교예 1의 컬러 필터 기판을 사용한 액정 표시 소자에서는, 복수의 화소에서 축대칭 배향의 배향축이 이탈(dislocate)되어 있음을 발견하였다. 이들의 액정 표시 소자를 구동하여 표시시킨 경우의 관찰 결과에 대해 설명한다. 도3a 및 도3b는 병렬 니콜 상태에서 액정 표시 소자를 정면으로부터 편광현미경으로 관찰한 결과를 나타내는 개략도이다. 도3a는 축이탈이 없는 경우를 나타낸 것이고, 도3b는 축이탈이 있는 경우를 나타낸 것이다. 도4a 및 도4b는 직교 니콜 상태에서 액정 표시 소자를 기울여 편광 현미경에 의해 관찰한 결과를 나타낸 개략도이다. 도4a는 축이탈이 없는 경우를 나타낸 것이고, 도4b는 축이탈이 있는 경우를 나타낸 것이다. 실시예 1 및 실시예 2의 컬러 필터 기판을 사용한 액정 표시 소자에서는 도3a 및 도4a에 도시한 바와 같이 거침이 없는 우수한 표시가 얻어졌다. 반면에, 비교예 1의 컬러 필터 기판을 사용한 액정 표시 소자에서는 도3b 및 도4b에 도시한 바와 같이 중간조 상태에서 시각을 경사지게 하였을 때 거침이 관찰되었다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 착색층의 소망의 위치에 오목부를 가지고, LCD 소자에서 액정 분자의 축대칭 배향의 배향축을 소망의 위치에 정밀하고 용이하게 배치하는 것이 가능한 컬러 필터가 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 컬러 필터를 사용하는 액정 표시 소자에서는, 각 화소내의 액정 분자가 화소의 중심부를 배향의 중심으로 사용하면서 양호하게 축대칭상으로 배향될 수 있다. 따라서, 시각을 변화시켰을 때에 관찰되는 종래의 표시의 거침이 저감될 수 있다. 높은 콘트래스트로 균일한 표시를 행할 수 있는 광시각 표시 모드의 LCD 소자가 얻어질 수 있다.

게다가, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 단순히 포토마스크의 패턴을 변경하는 것만으로 종래의 컬러 필터의 전착에 의한 제조 공정을 사용하여 소망의 위치에 오목부를 갖는 컬러 필터가 제조될 수 있다. 상세히 말하면, 표시 품질이 우수한 광시각 표시 모드의 LCD 소자를 안정되게 제공할 수 있는 고정밀도로 표면 형상에 제어된 컬러 필터가 저렴하고 간편하게 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 컬러 필터를 사용하는 액정 표시 소자는 여러명의 사람들이 보는 휴대용 데이타 단말기, 또는 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, 오락기 및 텔레비젼 등의 평판 패널 디스플레이에 적절히 사용될 수 있다.

여러가지 다른 변형예들이 당해 기술 분야의 전문가에게는 자명한 일이며 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 구현될 수 있다. 따라서, 여기에 첨부된 특허 청구의 범위의 권리 범위는 이상의 발명의 설명에 한정되는 것이 아니라 오히려 넓게 해석되어야 한다.

Claims

도전성이 낮은 영역을 갖는 도전층 ; 및 상기 도전층상에 형성된 착색층(colored layer)에 포함된 복수의 착색 영역을 구비하되, 상기 각각의 착색 영역은 상기 도전성이 낮은 각각의 영역에 대응하는 위치에 오목부를 갖는 컬러 필터(color filter).
제1항에 있어서, 상기 도전성이 낮은 각각의 영역은 상기 도전층에 제공된 기공(pore)을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제1항에 있어서, 상기 도전성이 낮은 각각의 영역은 상기 도전층을 관통하도록 설치된 기공을 이용하여 형성됨으로써 절연부를 생성하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제1항에 있어서, 상기 도전성이 낮은 각각의 영역이 상기 도전층에 설치된 하부면(bottom face)를 갖는 기공을 이용하여 형성되고, 상기 도전성이 낮은 영역의 두께가 그 주변영역의 두께보다 얇게 되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제1항에 있어서, 상기 착색층상에 오버코트층(overcoat layer)을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제1항에 있어서, 상기 착색층상에 투명 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제5항에 있어서, 상기 오버코트층상에 투명 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제1항에 있어서, 상기 도전성이 낮은 각각의 영역이 상기 복수의 착색 영역 각각의 중심에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
기판상의 도전층과, 상기 도전층상의 착색층에 포함된 복수의 착색 영역을 갖는 컬러 필터의 제조 방법에 있어서, 각각의 착색 영역이 형성되는 상기 도전층의 일부에 도전성이 낮은 영역을 제공하는 단계 ; 및 상기 기판에 전착(electrodeposition)을 실시하여 상기 도전성이 낮은 각각의 영역에 대응하는 위치에 오목부를 갖는 착색 영역을 포함하는 착색층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 제조 방법.