KR100272312B1

KR100272312B1 - 컬러필터 및 컬러전기광학 장치의 제조방법

Info

Publication number: KR100272312B1
Application number: KR1019920002807A
Authority: KR
Inventors: 미츠루 스기노야; 히토시 가마모리; 다카카즈 후쿠치
Original assignee: 핫토리 쥰이치; 세이코 인스트루먼트 가부시키가이샤
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 2000-11-15
Also published as: EP0501694B1; JPH04270316A; JP2598342B2; KR920016854A; DE69206843D1; US5151379A; EP0501694A2; TW217443B; DE69206843T2; EP0501694A3

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 내부표면상에 형성되는 컬러필터상 투명전극을 갖는 예컨대 다색액정 표시장치와 같은 컬러필터기판 및 컬러필터 전기광학 장치에 관한 것으로, 컬러필터상에 투명전극을 형성시키기 위해 고주파 이온플레이팅법에 의해 유기폴리머의 컬러필터층과 투명전극의 밀착성을 개선시킨 컬러필터 및 컬러전기광학 장치의 제조방법.

Description

컬러필터 및 컬러전기광학 장치의 제조방법

제1도는 본 발명에 관한 전기광학 장치의 한 실시예를 도시한 단면도.

제2도는 본 발명에 관한 전기광학장치의 다른 실시예를 도시한 단면도.

제3도는 종래 제조 방법에 관한 전기광학 장치를 도시한 단면도.

제4도는 본 발명의 컬러필터층상에 투명전극막을 제공하기 위해 사용되는 고주파 이온프레이팅(ion plating) 장치를 나타내는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,5,11,16,21,25 : 기판 2,4,6,12,17,22,24,26 : 투명전극

3,13,23 : 컬러필터 7,18,27 : 액정

31 : 진공실 32 : 벨 자아(bell jar)

34 : 가스도입구 33 : 배기계

35 : 기판 36 : 홀더

37 : 증발물질 38 : 히팅보트(heating boat)

39 : 고주파코일 40 : 시일드(shield)

본 발명은 컬러필터 기판(color filter substrate) 및 컬러전기광학 장치(color electrooptical device)에 관한 것으로, 특히 투명기판상에 형성되는 컬러필터 표면에 투명전극을 갖는 예컨대 다색액정 표시장치와 같은 컬러필터기판 및 컬러전기광학 장치의 제조방법에 관한 것이다.

제3도는 종래의 다색액정표시 장치를 나타내는 단면도로서, 도면중 참조부호 21 은 글라스로 이루어진 기판, 부호 22 는 인듐-주석산화물(이하 "ITO"라함)등으로 이루어진 투명전극, 부호 23은 유기폴리머와 색소로 이루어진 컬러필터로서, 형성방법으로 염색과 인쇄 및 전착등에 의해 만들어진다. 염색법과 인쇄법은 투명전극(22)의 ITO 없이도 시행된다. 또 도면중 부호 24는 컬러필터와 패턴을 일치시켜 형성시킨 ITO로 이루어진 제2 투명전극을 나타낸다. 종래에는 제2투명전극(24)은 스퍼터링(sputtering)법에 의해 제조되었다.

도면중 부호 25는 대향 기판을 나타내고, 그위에 ITO 로 이루어진 투명전극(26)이 형성되어진다. 상기 대향 기판은 기판(21)과 서로 대향되고 그 사이에 액정(27)을 끼워두어 대색 액정 표시장치를 형성시킨다.

이와같은 액정표시 장치는 컬러필터상의 투명전극(24)을 액정에 전압을 인가하기 위한 구동용 전극으로 이용하는 것이 가능하기 때문에, 지금까지와 같이 컬러필터를 통해 전압을 인가하는 것에 따른 전압손실도 없고, 정압을 직접 액정에 인가할 수 있다. 따라서 액정 표시장치는 낮은 전압에서 구동기로서 적합하기 때문에 실용적 가치가 크다.

그러나, 컬러필터상 투명전극의 형성을 종래의 스퍼터링법(sputtering method)으로 행한다면 컬러필터가 유기 폴리머로 이루어지기 때문에, 성막 (filming)할 때에 기판온도는 열저항성 때문에 높아지지 않는다. 따라서 글라스등의 무기물기판에 성막하는 경우와 비교하여 저온 프로세스로 수행하여야하고, 형성된 막과 기판과의 밀착성이 열악하게 된다. 더욱이, 그것은 종종 발생하므로 막의 저항력이 떨어지지 않는다. 그 결과, 분리와 같은 불량이 발생되기 쉽고 충분히 낮은 저향력을 원하는 막 두께에서 얻을 수 없었다.

통상적으로 유기폴리머와 ITO 와 같은 무기물기판에서는, 열적 변형의 정도는 크게 다르므로, 단지 양자가 면대면으로 접촉된다면 가열시 경계면에서 변위가 발생하기 쉽다. 스퍼터링법에 따른 성막에서는, 컬러필터상에 도달하는 분자의 소유에너지가 비교적 작기 때문에 막을 구성하는 분자와 컬러필터와의 결합이 약하고, 경계면의 열적 스트레스에 극복할 수 없기 때문에 박리(separation)나 크래크(crack)등의 불량이 생기는 것이다.

한편, 밀착력을 개선하기 위해서 유기폴리머가 가열저항 값의 한계에 이르기까지 가열 및 성막된다면, 컬러필터의 열적 변형으로 인한 스트레스는 막 경계에서 쉽게 집중되어 크래크와 같은 불량의 원인이 된다.

이와같은 불량을 벗어나기 위해서, 버퍼 작용을 갖는 오버코트막이 컬러필터와 투명전극사이에 끼워두게 된다. 따라서, 투명전극이 성막된 다음 열처리 저항값을 만족시키고 실제 사용할때의 신뢰성을 만족시키는 단계를 구현하는 것은 어려웠다.

한편, 유기폴리머와의 밀착력을 개선시키기 위해서, 투명전극이 이온플레이팅법(Ion Plating Method)에 의해 형성되는바, 일본국 공개특허공보(평) 2-198419에 상세히 기재되어 있는바와 같이 증발물질이 플라즈마 비임에 의해서 막을 이루도록 전리(ionized)된다.

이와같은 이온플레이팅법은 컬러필터의 유기폴리머에의 밀착성을 현저히 개선시키는 수단이나, 저항력을 감소시키고 낮은 저항값을 갖는 얇은 막 투명전극을 만들도록 커버링(covering)특성을 얻는 것은 어렵게 되어 있었다.

따라서, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 밀착력을 갖는 유기폴리머의 컬러필름상에 막을 형성시키기 위한 성막기술을 발명하였는바, 이 기술은 낮은 저항력을 달성 할 수 있었다.

그 결과, 증발원으로부터 증발된 물질이 고주파 글로방전으로 전리되고 DC 전계로 가속화되는 고주파 이온플레이팅에 의해 형성되는 투명 전극이 유기폴리머로 이루어진 컬러필터와 함게 높은 밀착력과 충분히 낮은 저항력을 갖고, 투명전극을 이용한 컬러전기광학 장치는 높은 표시 품질과 신뢰성을 갖는다는 사실을 발견하였다.

여기서 고주파 이온 플레이팅장치는 1974년에 발생된 응용 물리학의 Vol.43의 687페이지에서 "고주파 이온플레이팅장치"부분에 상세하게 기재되어 있다.

본 발명은 고주파 이온플레이팅법에 적용되는바, 유기폴리머로 이루어진 컬러필터막상에 투명전극을 만들기 위해 증발된 물질이 고주파 글로방전으로 전리되고 DC 전계로 가속화된다.

고주파 이온플레이팅법에서는 가속화된 입자가 유기폴리머의 컬러필터막으로 높은 에너지와 함께 이동되어, 입자의 퇴적으로 만들어진 투명전극막은 높은 접촉력을 갖고 높은 열적 스트레스를 견디는 강한 결합상태를 얻을 수 있다.

전술한 작용과 더불어 고주파 이온플레이팅법에 따른 기판은 ITO 막의 불량이 최소화되도록 차지된(charged) 입자들로부터 불필요한 충돌을 피할 수 있다. 그 결과, 낮은 저항력을 실현시킬 수 있는 균등질(homogeneous)막을 쉽게 얻을 수 있다.

본 발명의 효과가 이하에서 실시예 및 비교예와 관련하여 구체적으로 설명된다.

[제1 실시예]

제1도는 본 발명에 관한 컬러 전기 광학 장치를 나타낸 단면도로서, 도면중 부호 1은 글라스로 이루어진 기판, 부호 2는 기판(1)상에 형성되는 ITO 전극을 나타낸다.

컬러필터(3)는 폴리에스터-메라민 수지와 색소를 물에 분산시킨 전착용액중에서, ITO 전극(2)상에 전압을 인가하여 컬러필터(3)가 전착되어 형성된다.

또 전착에 따른 컬러필터의 제법에 대해서는 일본국 공개특허공보(평)2-59446에 상세히 기재되어 있다.

도면중 부호 4는 고주파 이온플레이팅법에 의해 컬러필터(3)상에 형성된 제2전극을 나타내고, 부호 5는 글라스로 이루어진 대향 기판으로 그위에 ITO 전극(6)이 형성되어 있다. 따라서, 컬러전기 광학 장치는 기판(1)과 대향기판(5)을 서로 각각 대향시켜 그 사이에 액정(7)을 끼워두는 구조로 되어 있다.

상기 컬러전기 광학 장치는 다음과 같이 제조된다.

(1) 기판(1)상에 ITO 막을 전착(deposited)시키고 사진 석판술(photolithography)을 이용하여 소정의 형상으로 형성시켜 ITO 전극(2)으로 한다.

(2) 이어 폴리에스터-메라민수지와 색소를 물에 분산시킨 전착용액중에서, ITO 전극(2)에 전압을 인가하여 컬러필터를 형성시킨다(약 250℃의 열저항을 갖는다.)

(3) 이어 고주파 이온플레이팅법에 의해 ITO를 컬러필터의 형성된 기판상에 전착시키고, 사진 석판술을 이용하여 컬러필터상에 ITO 로 이루어진 결정체를 가진 제2 전극(4)을 형성시킨다.

(4) ITO 전극(6)이 형성된 기판(5)과 전술한 기판(1)의 대향면을 배향처리하여 간극에 액정을 끼워두어 제1도에 도시된 바와같이 표시장치를 제조한다.

말하자면, 전술한 제조단계(1) 과(2)는 전착컬러필터를 이용한 경우에는 필요한 공정이지만, 염색법 또는 인쇄법에 의해 컬러필터가 형성되는 경우는 단계(1)가 필요하지 않고, 단계(2)의 공정에서 기판(1)상에 염색법 또는 인쇄법에 의해 컬러필터가 형성되어진다.

이어 ITO를 컬러필터(3)상에 형성시키는 고주파 이온플레이팅법의 일례에 대해 설명한다.

제4도는 상기 일례의 고주파 이온플레이팅법에 이용한 고주파이온플레이팅 장치를 나타낸 단면도로서, 진공실(31)은 저압실로서 벨자아(bell jar;32)에 의해 기밀로 유지되고, 이 진공실(31)은 진공펌프에 따른 배기계(33)에 의해 배기시킨다. 상기 벨자아(32)에는 가스도입구(34)를 설치하고 있다.

투명도전막 형성시에는, 먼저 벨 자아(32)내를 배기계(33)에 의해 배기시키고, 이어 가스도입구(34)에서 산소가스를 도입하여 산소가스분압을 약 10^-5~10^-2토르 정도로 조정한다.

본 실시예에서는 1 x 10^-3토르의 압력으로 해서 이용했다.

상기 벨 자아(32)의 내부에는, 컬러필터를 갖는 기판(35) 및 홀더(36)로 이루어진 기판계와, 막형성을 위한 산화주석 5%와 산화인듐 95%로 이루어진 증발물질 (37), 이 증발물질(37)을 가열 및 증발시키는 히팅보트(38), 고주파여자(high-frequency excitation)에 의해 증발된 입자들을 전리시키는 고주파코일(39) 및 실드(shield; 40)가 설치되어 있다. 또한 DC 전계는 홀더(36)와 히팅보트(38)로 인가할 수 있다.

상기 입자는 벨 자아(32)내에서 이동되도록 가열에 의해 증발물질(37)로부터 증발된다. 고주파 코일(39)을 통과하는 동안 상기 입자는 실드(40)내에서 형성되도록 고주파여자 영역에서 전리된다. 이렇게 전리된 입자는 전계의 작용에 의해서 기판면에 침투하여 전착되도록 가속화되고 기판(35) 또는 홀더(35)에 인가되어 커버막을 형성한다.

이때 상기 기판은 전착성의 향상을 위해 가열될 수 있다. 이온플레이팅작용을 위해 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성가스가 벨 자아(32)내에 산소가스와 함께 가두어 넣을 수 있다. 또한, 보조전극은 더 높은 막특성을 성취하기 위하여 전계의 분포를 바로잡기 위해 벨 자아(32)에 위치될 수 있다.

본 실시예에서는, 기판은 2,000Å 두께와 85% 투과률 및 80Ω/?의 표면저항을 갖는 ITO 투명도전막이 형성되도록 고주파코일(39)에 13.56MHZ 의 고주파를 인가함으로써 200℃로 가열된다.

본 발명에 따라 제조된 전기광학장치에서는, 컬리필터상의 ITO 전극은 밀착력이 우수하지만 성막시의 박리와 크래크등이 전혀없고, 그 후 200℃로 5시간 정도의 가열에 대해서도 저항값도 변화하지 않으며 충분한 밀착성을 유지시킬 수 있다.

ITO 전극이 얇고 낮은 저항값을 갖기 때문에, ITO 전극을 이용한 컬러액정전기광학장치는 우수한 표시품질을 갖고, 저전압에서도 구동시킬 수 있으며 80℃에서 2000시간동안 구동후에도 컬러필터상의 전극열화를 찾을 수 없게 된다.

[제2 실시예]

제2도는 본 발명에 관한 다색표시장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도로서, 도면중 부호 11은 글라스로 이루어진 기판을 나타내고, 부호 12는 ITO 투명전극을 나타내는바, 투명전극상에 전착에 의해 아크릴-메라민수지와 색소로 이루어진 컬러필터(13)를 전기 전착함으로써 형성된다. 도면부호 14 는 기판(11)의 표면을 평활하게 하고 컬러필터 보호를 위해 아크릴-에폭시수지로 이루어진 오버코트층을 나타낸다.

도면중 부호 15는 제1실시예와 같이 고주파 이온플레이팅법에 의해 ITO 로 이루어진 제2 투명전극이고, 부호 16은 글라스로 이루어진 대향전극을 나타낸다. 그위에 ITO 투명전극(17)을 형성시킨 다음 상기 대향전극(16)을 기판(11)과 서로 대향시키고(즉 기판과 함께 소정이 캡을 유지시킴), 그 사이에 액정(18)을 끼워두는 방법으로 컬러액정전기 광학장치를 제조한 것으로 제1 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

[제3 실시예]

본 실시에는 제2도에 도시된 컬리필터(13)를 염색법으로 형성시킨 예이고, 감광성 게라틴(gelatin)을 사진석판술과 염색법으로 패터닝화 했다.

이 경우 ITO 전극(12)는 절대로 필요하다. 그때, 오버코트층(14)은 실리콘화합물을 함유한 폴리마이드수지로 형성되어 있어 다색액정표시장치를 제조함으로 제2 실시예와 유사한 효과를 얻을 수 있다.

[비교예]

제3도에 도시된 컬러필터상의 ITO 전극(24)은 타켓으로서 인듐-주석산화물을 상용하여 기판온도 200℃에서 직류스퍼터링된다. 성막직후에 전극상에 크래크가 발견되어 충분한 밀착성을 얻을 수 없었다.

이상 실시예에서 구체적으로 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 컬러전기광학장치의 제조방법은, 컬러필터상에 고주파 이온플레이팅법에 의해 투명전극을 형성시키는 것에 의해 유기폴리머로 이루어진 컬러필터에 대한 밀착성이 우수하고 열에대한 신뢰성을 현저히 향상시킨 것이 가능하다.

또는 본 발명의 얇은 막과 낮은 저항값의 전극을 갖는 것과 우수한 커버링특성에 의해 저전압구동에 적합한 컬러전기광학 장치를 안정하게 제조할 수 있다.

Claims

컬러필터의 제조방법에 있어서, 기판상에 유기 폴리머로 이루어진 컬러필터를 형성시키는 단계와, 고주파 이온플레이팅법에 의해, 저압실 내에서 컬러필터상에 고주파 글로방전에 의해 전리되고 DC 전계로 가속화되어 증발된 물질로부터 퇴적되는 투명도전막을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 유기폴리머의 컬러필터가 폴리에스테르 수지와 멜라민 수지의 세트 물질 또는 아크릴수지와 멜라민 수지의 세트 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 투명전도막이 인듐-주석 산화물로 이루어지며, 250℃이하에서의 기판가열상태에서 고주파 이온플레이팅법에 의해 컬러필터상에 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
컬러전기광학장치의 제조방법에 있어서, 기판상에 유기폴리머로 이루어진 컬러필터를 형성시키는 단계와, 고주파 이온플레이팅법에 의해, 저압실 내에서 컬러필터상에 고주파 글로방전에 의해 전리되고 DC 전계로 가속화되어 증발된 물질로부터 퇴적되는 투명도전막을 형성시키는 단계와, 상기 기판과의 사이에 소정의 갭을 유지하도록 대향 기판을 형성하고 상기 갭내에 액정을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러전기광학장치의 제조방법.
제4항에 있어서, 유기폴리머의 컬러필터가 폴리에스터수지와 멜라민수지의 세트물질 또는 아크릴수지와 멜라민수지의 세트물질로 구성된 것을 특징으로 하는 전기광학장치의 제조방법.
제4항에 있어서, 투명전도막이 인듐-주석산화물로 이루어지고, 250℃이하에서의 기판가열상태에서 고주파 이온플레이팅법에 의해 컬러필터상에 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러전기광학장치의 제조방법.