KR100356262B1 - 컬러 필터, 컬러 필터의 생산 공정, 컬러 필터를 사용한 액정디스플레이 장치, 및 블랙 매트릭스의 생산 공정 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 수지성 블랙 매트릭스, 및 수지성 블랙 매트릭스의 구성 요소들 사이에 제공된 착색부를 포함하는 컬러 필터가 제공된다. 여기서, 수지성 블랙 매트릭스의 구성 요소들 각각의 한 측면과 기판 사이의 각도는 70 내지 88°를 이룬다.

Description

컬러 필터, 컬러 필터의 생산 공정, 컬러 필터를 사용한 액정 디스플레이 장치, 및 블랙 매트릭스의 생산 공정{COLOR FILTER, PRODUCTION PROCESS OF COLOR FILTER, LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE COLOR FILTER, AND PRODUCTION PROCESS OF BLACK MATRIX}
본 발명은 컬러 텔레비젼, 퍼스널 컴퓨터, 자동 항법 시스템등에 사용되는 컬러 액정 디스플레이 장치에 적용가능한 컬러 필터, 그 제조 공정, 컬러 필터를 사용한 액정 디스플레이 장치, 및 블랙 매트릭스(black matrix) 생산 공정에 관한 것이다.
광 차단막이라 불리는 블랙 매트릭스는 R(적색), G(녹색), 및 B(청색)간의 색혼합을 방지하고 콘트라스트(contrast)를 향상시키기 위해 컬러 필터 내에 병합되어 왔다. 지금까지 블랙 매트릭스는 포토리쏘그라피 공정을 사용하여 크로뮴(chromium)과 같은 금속 막을 패터닝함으로써 형성되어 왔다. 이렇게 형성된 블랙 매트릭스는 높은 반사율(reflectance)을 가진다. 따라서, 블랙 매트릭스가 병합된 컬러 필터는 광 반사율이 높기 때문에 화상의 가시성에서 문제가 발생한다.
따라서, 크로뮴 산화물막과 같은 산화물층 사이에 금속 크로뮴막을 샌드위치시켜 낮은 반사 특성을 실현하는 것이 제안되었다. 이와 같은 금속 및 금속 화합물에 의해 형성된 블랙 매트릭스는 가시광 흡수율이 높고 막두께가 얇으며 광학적 밀도가 높다는 이점이 있다.
그러나, 최근의 환경 문제를 고려할 때, 크로뮴은 인체에 해로운 크로뮴(VI)로 변화할 수 있을 뿐만 아니라 암모늄-세륨(IV)와 같은 산화 인자를 포함하는 중금속이 사용되어야만 하는 문제점도 가지고 있다.
이들 문제를 해결하기 위해, 최근들어, 네가티브 블랙 레지스트형(negative black resist type)의 수지성 블랙 매트릭스(resin black matrix) 재료가 제안되었다. 이와 같은 블랙 레지스트는 탄산나트륨(sodium carbonate)과 같은 알칼리의 묽은 용액으로 현상(develop)되며, 자연 상태에 방치될 때 인체에 해로운 물질로 변화될 가능성이 없다.
수지성 블랙 매트릭스 재료로서, 알칼리-가용성 네가티브 레지스트에 0.2㎛이하의 직경을 갖는 탄소 블랙과 같은 블랙 안료를 확산시킴으로써 얻어진다. 이 수지성 블랙 매트릭스는 블랙 안료를 포함하기 때문에, 광에 노출시 광 에너지가 레지스트 재료의 하부까지 도달하지 않는다. 따라서, 노출에 의한 광-경화 부분은 레지스트층의 표면층 부분까지로 제한된다. 따라서, 전체 레지스트층은 현상후 열 처리등에 의해 경화된다.
수지성 블랙 매트릭스는 금속 블랙 매트릭스와 비교해 흡수 계수가 낮다. 따라서, 규정된 광 밀도를 달성하기 위해 막두께는 커야한다. 그러나, 막두께가 두꺼워지면 블랙 매트릭스의 단면 형태는 도 4 및 5와 같은 몇몇 경우에 이상적인 직사각형 형태가 되지 못한다. 이들 도면 각각은 현상 직후 블랙 매트릭스의 단면 형태를 도시한다. 이들 도면에서 참조 번호 1은 투명 기판을 가리키고, 2a는 블랙 레지스트층의 미경화 부분 부분을, 2b는 블랙 레지스트층의 경화 부분을 가리킨다. 도 4는 현상시 미경화 부분(2a)에서 사이드 에칭(side etching)이 발생하는 경우를 도시하는 반면, 도 5는 미경화 부분(2a)에서의 사이드 에칭에 의해 역-테이퍼(reverse-tapered) 형상으로 형성된 경화 부분(2b)가 깨지지 쉽고 조각난 경우를 도시하고 있다.
단면형이 도 4 및 5에 도시된 바와 같은 형상이 될 때, 블랙 매트릭스의 가장자리 부분을 통해 전송된 광의 광학적 경로의 길이는 규정된 두께를 갖는 부분을 통해 전송된 광의 광학적 경로의 길이보다 짧다. 따라서, 이와 같은 광은 블랙 매트릭스 내에 완전히 흡수되지 않는다. 따라서, 이와 같은 블랙 매트릭스를 사용하여 형성된 컬러 필터에서, 블랙 매트릭스의 가장자리가 흐려지고 콘트라스트가 저하되고 컬러 픽셀 내에 빈 영역이 발생하는 문제점이 생긴다.
후속 단계에서의 칩의 사이드 에칭에 의해 경화 부분(2b)가 약화될 때, 조각난 경화 부분은 먼지나 입자의 발생 원인이 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 일본 공개 특허 제7-248412호는 블랙 레지스트 및 크로뮴 막으로 구성된 2층막을 공개하고 있다. 이 방법에서, 블랙 레지스트가 광에 노출된 후에, 크로뮴 막이 형성되고, 그 후, 크로뮴 막을 제거(lift off)하기 위해 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분이 현상된다. 역-테이퍼 형상의 블랙 매트릭스는 현상 조건에 따라 형성될 수 있다. 게다가, 경화 부분 상에 형성된 크로뮴 막은 경화 부분이 떨어져 나가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스가 역-테이퍼 형상으로 형성되는 때조차 그 가장자리가 흐려지는 현상은 발생하지 않는데, 그 이유는 크로뮴의 광차단 특성이 높기 때문이다. 크로뮴막을 제거하기 위해 레지스트가 현상되기 때문에, 크로뮴 막을 직접 에칭하기 위한 값비싼 현상액을 사용할 필요가 없다.
그러나, 이와 같은 방법은 크로뮴 막을 형성하기 위한 값비싼 스퍼티링 장치를 요구한다. 게다가, 스퍼터링에 의해 형성된 크로뮴 막의 접착력을 향상시키거나 낮은 반사율의 크로뮴 막을 얻기 위해, 크로뮴 산화막을 반응성 스퍼터링에 의해 형성하고자 하는 경우 열처리를 수행하는 것이 일반적이다. 그러나, 레지스트는 레지스트 형성시의 열처리에 의해 열경화되어 경화된 크로뮴 막이 형성되기 때문에, 이와 같은 열처리는 바람직하지 않다.
따라서, 낮은 비용으로 높은 정확성을 갖는 수지성 블랙 매트릭스를 생산하기위한 공정의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 환경 문제, 블랭크 영역 문제 및 색상 불균일성 문제를 해결하면서 수지성 블랙 매트릭스를 갖는 컬러 필터, 그 생산 공정, 우수한 컬러 디스플레이 및 높은 콘트라스트를 제공하는 이러한 컬러 필터를 사용한 액정 디스플레이 장치, 및 블랙 매트릭스의 생산 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 이하에 설명되는 본 발명에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 수지성 블랙 매트릭스 및 수지성 블랙 매트릭스의 구성 요소들 사이에 제공된 착색부를 기판 상에 포함하는 컬러 필터가 제공된다. 여기서, 수지성 블랙 매트릭스의 각각의 구성 요소의 한 면과 기판 사이의 각도는 80 내지 88˚이다.
본 발명에 따르면, 블랙 매트릭스를 생성하기 위한 공정이 제공되는 이 공정은, 기판 상에 블랙 레지스트를 도포하는 단계, 블랙 레지스트를 패터닝 노광시키는 단계, 노광된 블랙 레지스트를 현상하고 현상된 블랙 레지스트를 세정 처리(rinsing treatment)시키는 단계를 포함하며, 여기서, 현상 단계에서 사용되는 현상액의 pH값, 온도 및 사출 압력은 각각 10 내지 12, 26℃이하, 및 3MPa이하이다. 그리고, 현상액 공급의 종료와 세정 처리의 개시 사이의 시간 간격은 2초이하이다.
본 발명에 따르면, 컬러 필터를 제공하기 위한 공정이 더 제공된다. 이 공정은, 상술한 블랙 매트릭스의 생산 공정에 의해 형성된 블랙 매트릭스의 구성 요소들 사이의 각각의 영역들로 잉크를 잉크젯 시스템에 의해 공급하여 착색부(colored portion)를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 액정 디스플레이 장치가 더 제공된다. 이 액정 디스플레이 장치는, 상술한 컬러 필터, 이 컬러 필터와 대향하도록 배치된 대향 기판, 및 컬러 필터와 대향 기판 사이의 공간에 봉입된 액정을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 블랙 매트릭스의 생산 공정에 의해 형성된 블랙 매트릭스의 한 예를 도시하는 도면.
도 2a, 2b, 2c, 및 2d는 본 발명에 따른 컬러 필터의 생산 공정의 한 예를 도시하는 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치의 한 예를 도시하는 단면도.
도 4는 블랙 매트릭스의 종래의 생산 공정에서 블랙 레지스트의 현상시 블랙 저항의 단면의 한 예를 도시하는 도면.
도 5는 블랙 매트릭스의 종래의 생산 공정에서 블랙 레지스트의 현상시 블랙 레지스트의 단면의 또 다른 예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 각각의 구성 요소
2b : 경화 부분
2c : 각각의 구성 요소(2)의 측면(2c)
2d : 하부 표면
11a : 투명 기판의 표면
본 발명에 따르면, 블랙 레지스트를 사용한 수지성 블랙 매트릭스의 생산시 엄격하게 제한된 조건에 의해, 이상적 단면 형상을 갖는 블랙 매트릭스가 고도로 정밀하게 생산될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 블랙 매트릭스에서, 블랙 매트릭스의 각각의 구성 요소(2)의 측면(2c)와 투명 기판(11)의 표면(11a) 사이의 각도 θ는 70 내지 88˚이다. 그러나, 측면이 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 굽은 형태인 경우 측면과 투명 기판 사이의 각도는 고정되지 않는다. 이 때는, 블랙 매트릭스 요소의 상부 가장 자리로부터 그 하부 가장 자리까지의 접선이 그려지고, 접선과 투명 기판 사이의 각도 θ가 측면과 투명 기판 사이의 각도로서 간주된다.
도 1에 도시된 각도 θ는 77 내지 88˚이기 때문에, 기판(11)과 접촉하는 블랙 매트릭스 요소(2)의 표면 (하부표면 2d)의 면적은 이 표면에 대향하는 표면 (상부 표면)의 면적보다 넓다.
각도 θ는 양호하게는 더 좁아야 하는데, 이는 블랙 매트릭스 요소(2)가 투명 기판(11)의 표면(11a)와 교차하는 코너(corner)에서 잉크가 완전히 채워지기 때문이다. 만일 각도 θ가 너무 좁다면, 블랙 매트릭스는 그 가장 자리 부분에서 완전하게 광 흡수를 하지 못하여, 콘트라스트가 저하되고 블랭크 영역이 발생한다. 도 1에서, 참조 번호 2a, 2b, 및 2c는 미경화 부분, 경화 부분, 및 개구를 각각 가리킨다.
향상된 수율로 본 발명에 따른 컬러 필터를 제공하기 위해, 블랙 레지스트층을 노광시킨 후 현상하는 단계에서 본 발명은 현상 단계에서 사용되는 현상액의 블랙 레지스트층에 대한 pH값, 온도, 및 사출 압력을 10 내지 12, 26℃이하, 및 3 MPa 이하로 각각 제한하며, 현상액의 공급 종료와 기판으로의 세정용 순수(purified rinse water)의 제공 개시 사이의 시간 간격을 2초 이하로 제어하고 있다.
현상액의 pH가 10 내지 12 이내의 범위에 있는 한, 블랙 레지스트층 표면 상의 경화 부분을 손상시키기 않고 저압하에 고속으로 에칭을 수행할 수 있다. pH가 12이하로 특별히 제어된다면, 사이트 에칭의 영향이 억제될 수 있다. 종래의 많은 현상액은 10 이하의 pH값을 가진다. 그러나, 10이하의 pH값은 비노광부를 확실히 제거한다는 관점에서 현상액의 물리적 에너지를 강화시킬 필요가 있다. 따라서, 현상액에 초음파를 인가한 후 이 현상액을 블랙 레지스트층의 노즐로부터의 높은 압력하에 공급한다. 그 결과, 각도 θ가 70˚보다 좁아진다.
본 발명에서, 현상액은 26˚이하의 온도에서 사용되어 레지스트에 대한 에칭 속도를 안정화시키며 온도 상승에 따른 경화 부분 아래의 미경화 부분의 에칭, 즉, 사이드 에칭을 금지시킨다. 사이드 에칭의 금지는 사이드 에칭에 의한 역-테이퍼 형상으로 형성되는 경화 부분이 깨지기 쉽고 조각나게 되는 문제를 해결해 준다. 현상 속도를 특정의 속도로 유지하기 위해서 현상액은 양호하게는 15℃, 보다 양호하게는 20℃로 유지된다.
본 발명에서, 블랙 레지스트층을 향한 현상액의 사출 압력은 3 MPa 이하로 제한되어 노광에 의해 경화된 포토레지스트의 상부 경화부에 대한 에칭을 금지시킬 수 있고, 사각형 모양을 유지하면서 비노광부만을 에칭할 수 있다. 사출 압력은 양호하게는 적어도 1MPa이다.
본 발명에서 사용되는 현상액은 양호하게는 무기 알칼리 금속 수산화물(inorganic alkali metal hydroxide) 또는 탄산나트륨과 같은 알칼리 금속 탄화물(alkali metal carbonate), 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 묽은 수용액이거나, 또는 트리에탄올아민(triethanolamine) 또는 디에탄올아민(diethanolamine)과 같은 아민 용제, 또는 (테트라메틸암모늄 수산화물 TMAH와 같은) 테트라알킬암모늄 수산화물과 같은 유기 알칼리의 묽은 수용액이다. 이와 같은 수용액의 농도는 현상 속도, 패턴 형성시 마스크 형상의 전사도(transferability)에 따라 미리 적절히 설정될 수 있지만, 중량비 0.01% 내지 30%정도가 양호하다. 본 발명에서 사용가능한 현상액은 상술한 것들로만 제한되는 것은 아니며, 블랙 레지스트의 코팅막을 용해시킬 수 있고 현상 조건에 따라 블랙 레지스트의 끝부분 (가장 자리) 형상을 제어할 수 있기만 하면 어떠한 현상액도 사용될 수 있다.
본 발명에서, 현상액의 공급 종료와 기판으로의 세정용 순수의 공급 개시 사이의 시간 간격은 2초 이하로 제어되어, 현상후 패터닝된 기판 상에 남아 있는 현상액에 의한 블랙 레지스트층의 미경화 부분에서의 사이드 에칭의 진행을 금지하여 이와 같은 부분을 사각형 형상으로 유지한 채 현상을 종료하는 것이 가능하다. 어떤 경우에서는, 현상액의 공급 종료 직후에 시간 간격을 가지지 않고 바로 세정용 순수를 공급할 수도 있다.
본 발명에 따른 수지성 블랙 매트릭스는 양호하게는 광학 밀도가 적어도 3이고 두께는 1.0 내지 1.4㎛이다.
블랙 레지스트재료는, 일반적으로 알칼리-가용성 아크릴 수지, 광-유도 중합 개시제(photo-induced polymerization initiator), 및 레지스트 블랙을 착색하기 위한 안료를 포함하며, 선택적으로, 가교제(crosslinking agent), 에폭시 수지, 점성을 조절하기 위한 용제(solvent), 충전재(filler), 레벨링제(leveling agent), 및 분산제(dispersing agnet)를 포함할 수 있다. 알칼리-가용성 아크릴 수지는 핵(nucleus)으로서 카르복실기를 포함하며, 적어도 한면의 사슬에 중합가능한 아크릴 수지를 가진다. 광-유도 중합 촉발제로서, 일본 공개 특허출원 제7-191462호, 제9-325494호 또는 제10-171119호에서 소개된 공지된 개시제를 사용할 수도 있다. 레지스트 블랙을 착색하기 위한 안료로서, 검정색을 띠면서 높은 광차단 특성을 가지고 있다면 유기 재료이던 무기 재료이던 관계없이 어떠한 안료도 사용될 수 있다. 그 전형적인 무기 재료의 예가 탄소 블랙, 티타늄 블랙등이며, 유기 재료로서 적색, 청색, 및 녹색 염료가 혼합되어 검정색을 현상한다. 그러나, 안료는 상술한 안료들에만 제한되는 것은 아니다.
수지성 블랙 매트릭스는 그 두께를 이용하여 잉크젯 시스템을 사용한 컬러 필터의 생산 공정에서 적절히 사용된다. 그 한 실시예가 도 2a 내지 2d를 참조하여 기술될 것이다. 도 2a 내지 2d는 다음의 단계 a 내지 d에 따른 개략적 단면도이다.
[단계 a]
수지성 블랙 매트릭스(12)가 본 발명에 따른 블랙 매트릭스의 생산 공정에 의해 투명 기판(11) 상에 형성된다. 블랙 매트릭스(12)의 각각의 요소는, 서로 다른 색상의 인접한 잉크들간의 색 혼합을 방지하기 위한 분할벽으로서의 역할을 한다.
[단계 b]
적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)로 된 각각의 잉크(14)가 규정된 착색 패턴에 따라 잉크젯 기록 장치(13)을 사용하여, 블랙 매트릭스(12) 내에 제공된 도 2a에 도시된 개구(20)가 채워지도록 하는 방식으로, 기판에 인가된다.
본 발명에서 사용되는 각각의 잉크는 대응하는 착색제(colorant)를 포함하는 수지 합성물을 포함한다.
착색제로서, 일반적인 착색제 및 안료가 사용될 수도 있다. 사용가능한 염료의예로서, 안트라퀴논(anthraquinone) 착색제, 아조(azo) 착색제, 및 폴리메틴(polymethine) 착색제가 있다.
각각의 착색제에 사용되는 수지로서, 열처리 또는 광조사와 같은 에너지를 인가함으로써 경화되는 수지가 사용된다. 구체적으로, 열경화성 수지로서, 공지된 수지와 가교제(crosslinking agent)의 조합이 사용될 수 있다. 그 예에는, 아크릴 수지, 멜라민 수지, 또는 수소기(hydroxyl group) 또는 카르복실기(carboxyl group)와 멜라민과의 혼합물; 수소기 또는 카르복실기를 포함하는 중합체 및 다가 에폭시 화합물(polyfunctional epoxy compound); 에폭시 수지와 레졸(resol) 수지의 혼합물; 에폭시 수지와 아민의 혼합물; 에폭시 수지와 카르복실 산(carboxylic acid) 또는 무수화합물 산(acid anhydride)의 혼합물이 있다. 광경화성 수지로서, 공지된 것, 예를 들어, 상업적으로 이용가능한 음성 레지스트가 양호하게 사용될 수 있다.
다양한 유형의 용제가 상술한 잉크 내에 사용될 수 있다. 잉크젯 시스템의 사출능력을 고려할 때 물과 적어도 하나의 수용성 유기 용제와의 혼합물이 특히 양호하게 사용된다.
또한, 잉크젯 시스템은 상술한 구성 요소 외에도, 원하는 특성을 갖는 잉크를 제공하기 위해 계면 활성제, 소포제(antifoaming agent), 방부제등을 포함할 수 있다. 상업적으로 이용가능한 수용성 착색제 등이 추가될 수도 있다.
상술한 광경화성 또는 열경화성 수지중에서, 물 또는 수용성 유기 용제에서 용해되지 못하는 것들은, 이들이 안정적으로 사출될 수 있기만 하면 물 또는 다른 수용성 유기 용제가 아닌 다른 어떠한 용제와도 사용될 수 있다. 특히 광에 의해 중합이 유도되는 유형의 단량체(monomer)가 사용되는 경우, 용제가 필요없는 잉크를 준비하기 위해 염료가 단량체 내에 용해된다.
본 발명에 사용되는 잉크젯 시스템으로서, 에너지 발생 요소로서 전열 변환기를 사용하는 버블-젯 유형, 압전 소자를 사용하는 피에조-젯(piezo-jet)등이 사용될 수도 있다. 선택적으로 잉크 공급 영역 및 패턴이 미리 설정될 수도 있다.
[단계 c]
블랙 매트릭스(12) 내에 제공된 개구(20)을 통해 공급되는 잉크는 열처리 또는 광조사 또는 이들의 조합에 의해 경화되어, 착색부(15)를 형성한다.
[단계 d]
필요하다면 보호층(16)이 형성된다. 보호층(16)으로서, 광경화성 또는 열경화성 수지 합성물이 사용되거나 증기 피착 또는 스퍼터링 등에 의한 무기물막이 사용될 수도 있다. 어떤 경우던, 컬러 필터용의 충분한 투명도를 가지며 후속된 ITO 형성 공정과 정렬 막-형성 공정등을 견딜 수 있기만 하다면, 어떠한 종류의 막 또는 층이라도 사용될 수 있다.
도 3은, 스위칭 소자로서 TFT(박막 트랜지스터)를 사용하고 도 2에 도시된 공정에 의해 얻어지는 컬러 필터를 사용하는 액티브 매트릭스 유형의 컬러 액정 디스플레이 장치를 도시하고 있다. 도 3에서, 참조 번호 17은 공통 전극을 가리키고, 18은 정렬막을, 19는 대향 기판을, 20은 픽셀 전극을, 21은 정렬 막을, 22는 액정 합성물을 가리킨다.
일반적으로 컬러 액정 디스플레이 장치는 컬라 필터와 대향 전극(19)를 통합하고 이들 사이의 공간에 액정 합성물(22)를 밀봉함으로써 형성된다. 액정 디스플레이 장치의 한 기판(19)의 내부 상에, TFT(도시되지 않음)와 투명 픽셀 전극(20)이 매트릭스 형태로 형성된다. 다른 기판(11)의 내부 상에 컬러 필터층이 제공되되, R, G, 및 B의 착색부(15)가 픽셀 전극(20)의 반대편 위치에 정렬되도록 한다. 투명 공통 전극(17)은 컬러 필터층의 전체 표면 위에 형성된다. 양 기판의 각각의 내부에 정렬막(18 및 21)이 형성된다. 액정 분자는 이들 막을 러빙 처리(rubbing treatment)하여 고정된 방향으로 정렬 또는 배향될 수 있다. 이들 막은 스페이서(도시되지 않음)를 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되고 밀봉제에 의해 서로 부착된다. 이들 사이의 공간에 액정 합성물(22)가 채워진다. 참조 번호 12, 15, 및 16은 도 2A 내지 2D에서와 동일한 요소를 가리킨다.
상술한 액정 디스플레이 장치에서, 각각의 기판의 외측 표면에 편광판이 접합되고, 액정 합성물은, 일반적으로 형광 램프와 확산판의 조합으로 구성된 백라이트로부터의 광투과율을 변경시켜 디스플레이를 수행하는 광학적 셔터로서의 기능을 한다.
비록 상술한 실시예에서 TFT형의 액정 디스플레이 장치가 기술되었지만, 본 발명은 이 유형에만 제한되는 것은 아니며, 간단한 매트릭스 유형과 같은 다른 구동형의 액정 디스플레이 장치에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치에서, 장치가 본 발명에 따른 컬러 필터를 사용하여 제조되기만 한다면, 컬러 필터가 아닌 다른 구성 요소에 대해서는종래의 기술이 그대로 적용될 수도 있다. 따라서, 액정 디스플레이 합성물에 관해서도 마찬가지로, 일반적으로 사용되는 TN 유형의 액정 또는 강유전성 액정등이 적절하게 사용될 수도 있다.
예 1:
"V259-BK739P"가 블랙 레지스트으로서 사용되었고 200㎜×300㎜×0.7㎜의 크기를 갖는 NA35 글래스 기판이 기판으로서 사용되었다.
글래스 기판이 온순수(warm purified water)를 사용하여 초음파 세정 및 건조된 후, 스핀 코터에 의해 글래스 기판 상에 블랙 레지스트가 도포되었다. 스핀 코팅은 600 rpm에서 30초간 수행되었다. 결과적인 블랙 레지스트층의 막두께는 1,2㎛였다. 스핀 코팅후, 블랙 레지스트층은 핫 플레이트 상에서 건조되고 70℃까지 프리베이킹(prebake) 된 후, 수지성 블랙 매트릭스용 네가티브 마스크(negative mask)를 통해 노광 처리되었다. 노광은, 14㎽ 강도와 50±1 ㎛의 간격을 가진 광 조사 조건하에, Dainippon Screen Nfg co., Ltd사에 의해 제조된 정렬기에 의해 10초간 수행되었다. 사용된 네가티브 마스크의 패턴은 수직 방향으로의 피치와 라인폭이 각각 220㎛ 및 30㎛이고 횡방향으로의 피치와 라인폭은 각각 80㎛ 및 10㎛였다.
상술한 조건하에 노광 처리된 기판이 현상되었다. 사용된 현상 용액은 0.01N 탄산나트륨이었다. 이 때의 현상 용액의 pH는 10.5였다. 사용된 현상기는 스핀 현상 시스템이었다. 이것은 기판이 회전하고, 현상액이 압력을 받아 노즐을 통해 회전하는 기판으로 사출되며, 현상 또는 에칭의 완료후 기판이 순수에 의해 세정되는 시스템이다. 현상 조건은, 5개의 원추형 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 25℃로 제어된 현상액이 공급되어 1000 rpm으로 회전하는 상태의 현상액 노즐로부터 사출되어 노광된 레지스트에 8초간 인가되도록 하였다. 현상액의 공급 종료로부터 2초후, 세정을 위해 노즐로부터 순수가 30초간 현상된 회전 기판에 공급되었다.
세정용 물을 떨어내어 건조시키기 위해 기판의 회전수가 2000 rpm으로 증가하였다. 그 다음, 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻기 위해 청정 오븐에서 50분간 200℃에서 프리베이킹되었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면형에서, 글래스 기판과 수지성 블랙 매트릭스의 각각의 요소의 측면 사이의 각도는 80°였다. 이 각도는 AFM(Atomoic Force Microscope)에 의해 측정되었다.
예 2:
"CK-S171"(상표명, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.의 제품)가 블랙 레지스트으로서 사용되었고 예1에서 사용된 것과 동일한 글래스 기판이 투명 기판으로서 사용되었다.
글래스 기판이 온순수를 이용하여 초음파 청정 및 건조된 후, 블랙 레지스트가 스핀 코터에 의해 유리 기판에 인가되었다. 스핀 코팅은 750 rpm으로 45초간 수행되었다. 블랙 레지스트층의 막 두께는 1.0㎛였다. 스핀 코팅 후, 블랙 레지스트층이 건조되고 핫 플레이트 상에서 90초 동안 가열되었다. 그 다음, 수지성 블랙 매트릭스용 네가티브 마스크를 통해 노광되었다. 노광에 사용된 정렬기와 네가티브 마스크는 예1에서 사용된 것들과 동일하다. 노광은 예1에서와 동일한 조건하에 25초간 수행되었다.
상술한 조건하에 노광 처리된 기판이 현상되었다. 사용된 현상액은 0.1N 탄산나트륨이었다. 이 현상액의 pH는 11.5였다. 사용된 현상기는 예1에서 사용된 것과 동일한 스핀 현상 시스템이었다. 현상 조건은, 5개의 원추형 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 25℃로 제어된 현상액이 공급되어 1000 rpm으로 회전하는 상태의 현상액 노즐로부터 사출되어 노광된 레지스트에 5초간 인가되도록 하였다. 현상액의 공급 종료로부터 2초후, 세정을 위해 노즐로부터 고압(35 MPa/㎠)의 순수가 30초간 현상된 회전 기판에 공급되었다.
세정용 물을 떨어내어 건조시키기 위해 기판의 회전수가 2000 rpm으로 증가하였다. 그 다음, 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻기 위해 청정 오븐에서 50분간 200℃에서 포스트베이킹되었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면형에서, 글래스 기판과 수지성 블랙 매트릭스의 각각의 요소의 측면 사이의 각도는 84°였다. 이 각도는 AFM에 의해 측정되었다.
예 3:
예1에서와 동일한 공정에 따라 노광 처리된 기판을 얻기 위해 예1에서 사용된 것과 동일한 블랙 레지스트 및 글래스 기판이 사용되었다.
이렇게 얻어진 노광된 기판이 현상되었다. 사용된 현상액은 0.01N 탄산나트륨이었다. 이 현상액의 pH는 10.5였다. 사용된 현상기는 예1에서와 동일한 스핀 현상 시스템이었다. 현상 조건은, 5개의 원추형 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 25℃로 제어된 현상액이 공급되어 1000 rpm으로 회전하는 상태의 현상액 노즐로부터 사출되어 노광된 레지스트에 10초간 인가되도록 하였다. 현상액의 공급 종료로부터 2초후, 세정을 위해 노즐로부터 순수가 30초간 현상된 회전 기판에 공급되었다.
순수의 공급 종료후, 세정용 물을 떨어내어 60초간 건조시키기 위해 기판의 회전수가 2000 rpm으로 증가하였다. 그 다음, 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻기 위해 청정 오븐에서 50분간 200℃에서 포스트베이킹되었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면형에서, 글래스 기판과 수지성 블랙 매트릭스의 각각의 요소의 측면 사이의 각도는 75°였다. 이 각도는 AFM에 의해 측정되었다.
예4:
예1에서와 동일한 공정에 따라 노광 처리된 기판을 얻기 위해 예1에서 사용된 것과 동일한 블랙 레지스트 및 글래스 기판이 사용되었다.
이렇게 얻어진 노광된 기판이 현상되었다. 사용된 현상액은 0.01N 탄산나트륨이었다. 이 현상액의 pH는 10.5였다. 사용된 현상기는 예1에서와 동일한 스핀 현상 시스템이었다. 현상 조건은, 5개의 원추형 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 26℃로 제어된 현상액이 공급되어 1000 rpm으로 회전하는 상태의 현상액 노즐로부터 사출되어 노광된 레지스트에 7초간 인가되도록 하였다. 현상액의 공급 종료로부터 2초후, 세정을 위해 노즐로부터 순수가 30초간 현상된 회전 기판에 공급되었다.
순수의 공급 종료후, 세정용 물을 떨어내어 60초간 건조시키기 위해 기판의 회전수가 2000 rpm으로 증가하였다. 그 다음, 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻기 위해 청정 오븐에서 50분간 200℃에서 포스트베이킹되었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면형에서, 글래스 기판과 수지성 블랙 매트릭스의 각각의 요소의 측면 사이의 각도는 88°였다. 이 각도는 AFM에 의해 측정되었다.
예5:
"BK-729S"(상표명, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.의 제품)가 블랙 레지스트으로서 사용되었고, 예1에서와 동일한 공정에 따라 노광 처리된 기판을 얻기 위해 예1에서 사용된 것과 동일한 글래스 기판이 사용되었다.
이렇게 얻어진 노광된 기판이 현상되었다. 사용된 현상액은 0.01N 탄산나트륨이었다. 이 현상액의 pH는 10.5였다. 사용된 현상기는 예1에서와 동일한 스핀 현상 시스템이었다. 현상 조건은, 5개의 원추형 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 1 MPa/㎠의 공급 압력으로 20℃로 제어된 현상액이 공급되어 1000 rpm으로 회전하는 상태의 현상액 노즐로부터 사출되어 노광된 레지스트에 12초간 인가되도록 하였다. 현상액의 공급 종료로부터 2초후, 세정을 위해 노즐로부터 순수가 30초간 현상된 회전 기판에 공급되었다.
순수의 공급 종료후, 세정용 물을 떨어내어 60초간 건조시키기 위해 기판의 회전수가 2000 rpm으로 증가하였다. 그 다음, 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻기 위해 청정 오븐에서 50분간 200℃에서 포스트베이킹되었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면형에서, 글래스 기판과 수지성 블랙 매트릭스의 각각의 요소의 측면 사이의 각도는 70°였다. 이 각도는 AFM에 의해 측정되었다.
비교 예1:
예1에서와 동일한 공정에 따라 노광 처리된 기판을 얻기 위해 예1에서 사용된 것과 동일한 블랙 레지스트 및 글래스 기판이 사용되었다.
이렇게 얻어진 노광 처리된 기판이 현상되었다. 사용된 현상액은 pH가 9이며 0.001N 탄산나트륨이었다. 사용된 현상기는 예1에서와 동일한 스핀 현상 시스템이였다. 현상 조건은, 5개의 원추형 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 25℃로 제어된 현상액이 공급되어 1000 rpm으로 회전하는 상태의 현상액 노즐로부터 사출되어 노광된 레지스트에 16초간 인가되도록 하였다. 현상액의 공급 종료로부터 2초후, 세정을 위해 노즐로부터 순수가 30초간 현상된 회전 기판에 공급되었다.
순수의 공급을 정지한 후에, 기판의 회전수를 2,000 rpm으로 증가시켜 60초간 세정용 순수를 떨어내어 기판을 건조시킨 다음, 클린 오븐에서 200℃에서 50분간 포스트 베이크(post-bake)를 행하여 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면 형상은 글래스 기판과 블랙 매트릭스의 각 소자의 측면간에 형성된 각이 AFM에 의해 측정된 것이 67°였다. 이는 현상액의 pH가 너무 낮아서 미노광 부분이 충분히 제거되지 않은 데에 기인한 것이다.
비교예 2:
실시예 5에서 사용된 것과 동일한 블랙 레지스트와 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 글래스 기판을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라서 노광된 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 노광 기판을 현상하였다. 사용된 현상액은 pH가 13.5인 0.32N 탄산나트륨이었다. 사용된 현상장치는 실시예 1에서와 동일한 스핀 현상 방식의 것이었다. 현상 조건은, 1,000 rpm으로 회전되는 상태에서 5개의 플랫 콘 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 20℃의 온도로 제어된 현상액을 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 공급하고 현상액 노즐로부터 배출시켜 노광된 레지스트에 6초간 공급하였다. 현상액의 공급 정지로부터 2초 후에, 세정용 노즐로부터 순수를 현상된 회전 기판에 30초간 공급하였다.
순수의 공급을 정지한 후에, 기판의 회전수를 2,000 rpm으로 증가시켜 60초간 세정용 순수를 떨어내어 기판을 건조시킨 다음, 클린 오븐에서 200℃에서 50분간 포스트 베이크를 행하여 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면 형상을 현미경을 통하여 관찰해보니, 그 에지부가 반투명이 된 것이 확인되었다. 초점을 이동시켜 확인해보니, 사이드 에칭이 발생한 것이 확인되었다. 따라서, 글래스 기판과 블랙 매트릭스의 각 소자의 측면간에 형성된 각은 90°이상이었다. 사이드 에칭의 발생은 현상액의 pH가 너무 높았던 데에 기인한 것이다.
비교예 3:
실시예 1에서 사용된 것들과 동일한 블랙 레지스트 및 글래스 기판을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라서 노광된 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 노광 기판을 현상하였다. 사용된 현상액은 pH가 10.5인 0.01N 탄산나트륨이었다. 사용된 현상장치는 실시예 1에서와 동일한 스핀 현상 방식의 것이었다. 현상 조건은, 1,000 rpm으로 회전되는 상태에서 5개의 플랫 콘 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 27℃의 온도로 제어된 현상액을 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 공급하고 현상액 노즐로부터 배출시켜 노광된 레지스트에 6.5초간 공급하였다. 현상액의 공급 정지로부터 2초 후에, 세정용 노즐로부터 순수를 현상된 회전 기판에 30초간 공급하였다.
순수의 공급을 정지한 후에, 기판의 회전수를 2,000 rpm으로 증가시켜 60초간 세정용 순수를 떨어내어 기판을 건조시킨 다음, 클린 오븐에서 200℃에서 50분간 포스트 베이크를 행하여 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면 형상을 현미경을 통하여 관찰해보니, 그 에지부가 반투명이 된 것이 확인되었다. 초점을 이동시켜 확인해보니, 사이드 에칭이 발생한 것이 확인되었다. 따라서, 글래스 기판과 블랙 매트릭스의 각 소자의 측면간에 형성된 각은 90°이상이었다. 사이드 에칭의 발생은 현상액의 온도가 너무 높았던 데에 기인한 것이다.
비교예 4:
실시예 5에서 사용된 것과 동일한 블랙 레지스트와 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 글래스 기판을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라서 노광된 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 노광 기판을 현상하였다. 사용된 현상액은 pH가 10.5인 0.01N 탄산나트륨이었다. 사용된 현상장치는 실시예 1에서와 동일한 스핀 현상 방식의 것이었다. 이 현상장치에서, 현상액의 온도 조절용 냉각수의 공급을 강제로 정지하여 30분간 현상장치를 방치하였다. 그 결과, 교반순환용의 모터의 열에 의해 현상액의 온도가 32℃까지 상승하였다. 현상 조건은, 1,000 rpm으로 회전되는 상태에서 5개의 플랫 콘 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 32℃의 온도로 상승된 현상액을 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 공급하고 현상액 노즐로부터 배출시켜 노광된 레지스트에 5초간 공급하였다. 현상액의 공급 정지로부터 2초 후에, 세정용 노즐로부터 순수를 현상된 회전 기판에 30초간 공급하였다.
순수의 공급을 정지한 후에, 기판의 회전수를 2,000 rpm으로 증가시켜 60초간 세정용 순수를 떨어내어 기판을 건조시킨 다음, 클린 오븐에서 200℃에서 50분간 포스트 베이크를 행하여 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면 형상은 글래스 기판과 블랙 매트릭스의 각 소자의 측면간에 형성된 각이 AFM에 의해 측정된 것이 65°였다. 이는 현상액의 온도가 너무 높아서 사이드 에칭이 발생하고, 이 사이드 에칭에 의해 역테이퍼형(reverse-tapered shape)으로 형성되고 취약해진 블랙 매트릭스의 상부 경화부가 이지러진 데에 기인한 것이다.
비교예 5:
실시예 1에서 사용된 것들과 동일한 블랙 레지스트 및 글래스 기판을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라서 노광된 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 노광 기판을 현상하였다. 사용된 현상액은 pH가 10.5인 0.01N 탄산나트륨이었다. 사용된 현상장치는 실시예 1에서와 동일한 스핀 현상 방식의 것이었다. 현상 조건은, 1,000 rpm으로 회전되는 상태에서 5개의 플랫 콘 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 20℃의 온도로 제어된 현상액을 4 MPa/㎠의 공급 압력으로 공급하고 현상액 노즐로부터 배출시켜 노광된 레지스트에 7초간 공급하였다. 현상액의 공급 정지로부터 2초 후에, 세정용 노즐로부터 순수를 현상된 회전 기판에 30초간 공급하였다.
순수의 공급을 정지한 후에, 기판의 회전수를 2,000 rpm으로 증가시켜 60초간 세정용 순수를 떨어내어 기판을 건조시킨 다음, 클린 오븐에서 200℃에서 50분간 포스트 베이크를 행하여 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면 형상은 글래스 기판과 블랙 매트릭스의 각 소자의 측면간에 형성된 각이 AFM에 의해 측정된 것이 60°였다. 이는 현상액의 배출 압력이 너무 높아서 블랙 레지스트의 상부 경화부의 단부가 물리적으로 오려진 데에 기인한 것이다.
비교예 6:
실시예 1에서 사용된 것들과 동일한 블랙 레지스트 및 글래스 기판을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라서 노광된 기판을 얻었다.
이렇게 얻어진 노광 기판을 현상하였다. 사용된 현상액은 pH가 10.5인 0.01N 탄산나트륨이었다. 사용된 현상장치는 실시예 1에서와 동일한 스핀 현상 방식의 것이었다. 현상 조건은, 1,000 rpm으로 회전되는 상태에서 5개의 플랫 콘 노즐이 장착된 현상액 공급 아암으로부터 20℃의 온도로 제어된 현상액을 3 MPa/㎠의 공급 압력으로 공급하고 현상액 노즐로부터 배출시켜 노광된 레지스트에 10초간 공급하였다. 현상액의 공급 정지로부터 3초 후에, 세정용 노즐로부터 순수를 현상된 회전 기판에 30초간 공급하였다.
순수의 공급을 정지한 후에, 기판의 회전수를 2,000 rpm으로 증가시켜 60초간 세정용 순수를 떨어내어 기판을 건조시킨 다음, 클린 오븐에서 200℃에서 50분간 포스트 베이크를 행하여 수지성 블랙 매트릭스의 패턴을 얻었다. 이렇게 얻어진 수지성 블랙 매트릭스의 단면 형상을 현미경을 통하여 관찰해보니, 그 에지부가 반투명이 된 것이 확인되었다. 초점을 이동시켜 확인해보니, 사이드 에칭이 발생한 것이 확인되었다. 따라서, 글래스 기판과 블랙 매트릭스의 각 소자의 측면간에 형성된 각은 90°이상이었다. 사이드 에칭의 발생은 현상액의 공급 정지에서 순수의 공급까지의 시간이 너무 길어서 기판 상에 잔류하는 현상액에 의해 에칭이 더 진행된 데에 기인한 것이다.
상기 실시예들 및 비교예들에서 얻어진 블랙 매트릭스들을 각각 이용하여 도 2a 내지 도 2d에 도시된 공정들에 따라서 컬러 필터들을 형성하였다. 사용된 잉크들은 각각 아크릴-실리콘 그래프트 공중합체(acrylic-silicone graft copolymer)를 주성분으로 하는 자기 가교 열경화형 수지에 R, G, B의 염료를 분산하고, 용제(예를 들면, 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 또는 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone))에 이 분산물을 용해하여 얻은 것이다. 이 잉크들은 각 블랙 매트릭스에 구비된 개구부에 대응하는 기판의 표면을 균일하게 피복하였고, 스며 나옴(bleeding), 비어져 나옴(runout) 및 인접한 개구부들에 있는 잉크들 간의 혼색과 같은 결함이 관찰되었다. 잉크들을 가열처리하여 경화시킨 후에, 보호층을 도포하고, 그 위에 투명 도전층을 더 형성하였다. 이 경우에도, 밀착성이 우수하여 아무런 불편이 생기지 않았다.
각각의 예와 비교예에서 얻어진 각각의 블랙 매트릭스에 관해, 글래스 기판 및 블랙 매트릭스 각각의 요소의 한 측면 사이에 형성된 각도, 결함 블랭크 영역의존재 여부, 및 블랙 매트릭스를 사용하여 얻어진 컬러 필터의 대량 생산 수율이 표1에 도시되어 있다. 이 표에서, "결함 블랭크 영역의 존재"에 관련된 A, B, 및 C는 각각, 결함 블랭크 영역이 존재하지 않음, 약간의 결함 블랭크 영역이 존재함, 및 많은 결함 블랭크 영역이 존재하여 이와 같은 컬러 필터는 생산품으로로서 허용불가함을 의미한다. "대량 생산시의 수율"에 관련된 A 및 C는 각각 제품의 적어도 80% 이상이 허용가능함, 및 제품의 80%이하만 허용가능함을 의미한다.
블랙 매트릭스의 한 측면에 관한 글래스 기판의 각도(°) 결함 블랭크 영역의 존재 대량 생산시의 수율
예1 80 A A
예2 84 A A
예3 75 A A
예4 88 A A
예5 70 A A
비교 예1 67 B C
비교 예2 90 A C
비교 예3 90 A C
비교 예4 65 C C
비교 예5 60 C C
비교 예6 90 A C
본 발명에 따르면, 대량 생산시 결함없이 우수한 컬러 필터가 제공될 수 있다. 나아가, 이와 같은 컬러 필터를 사용하여 우수한 컬러 디스플레이와 높은 콘트라스트를 허용하는 액정 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 수지성 블랙 매트릭스 및 상기 수지성 블랙 매트릭스의 구성 요소들 사이에 제공된 착색부를 포함하며, 상기 수지성 블랙 매트릭스의 각각의 구성 요소의 한 측면과 상기 기판 사이의 각도는 70 내지 88°인 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지성 블랙 매트릭스의 두께는 1.0 내지 1.4㎛인 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
  3. 블랙 매트릭스를 생산하기 위한 방법에 있어서,
    블랙 레지스트를 기판 상에 도포하는 단계;
    상기 블랙 레지스트를 패터닝 노광시키는 단계; 및
    상기 노광된 블랙 레지스트를 현상하고 상기 현상된 블랙 레지스트를 세정 처리(rinsing treatment)하는 단계를 포함하며,
    상기 현상 단계에서 사용되는 현상액의 pH값, 온도, 및 사출 압력은 각각 10 내지 12, 26℃이하, 3 MPa이하이며, 상기 현상액의 공급 종료와 상기 세정 처리의 개시 사이의 시간 간격은 2초 이하인 것을 특징으로 하는 블랙 매트릭스 생산 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 현상액의 온도는 적어도 15℃인 것을 특징으로 하는블랙 매트릭스 생산 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 현상액의 온도는 적어도 20℃인 것을 특징으로 하는 블랙 매트릭스 생산 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 현상액의 상기 사출 압력은 적어도 1 MPa인 것을 특징으로 하는 블랙 매트릭스 생산 방법.
  7. 컬러 필터를 생산하기 위한 방법에 있어서,
    제3항에 따른 생산 방법에 따라 형성된 블랙 매트릭스의 각각의 요소들 사이의 각각의 영역에 잉크-젯 시스템으로 잉크를 공급하여 착색부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 생산 방법.
  8. 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    제1항에 따른 컬러 필터;
    상기 컬러 필터에 대향 배치되는 대향 기판; 및
    상기 컬러 필터와 상기 대향 기판 사이의 공간에 봉입된 액정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레 장치,
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100740904B1 (ko) * 2000-01-13 2007-07-19 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치의 제조방법
EP1160590B1 (en) 2000-06-02 2006-04-26 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing an optical element
KR100835912B1 (ko) * 2001-10-19 2008-06-09 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법
TWI362644B (en) 2003-01-16 2012-04-21 Semiconductor Energy Lab Liquid crystal display device and manufacturing method therof
US6933993B2 (en) * 2003-05-16 2005-08-23 Toppoly Optoelectronics Corp. Method of forming a color filter layer on an array substrate and device thereof
KR100585094B1 (ko) * 2003-06-26 2006-05-30 삼성전자주식회사 멀티미디어 시스템에서의 효율적인 데이터 저장/재생 방법및 장치
KR20050043221A (ko) * 2003-11-05 2005-05-11 엘지.필립스 엘시디 주식회사 컬러필터 기판 및 그 제조방법
KR100978950B1 (ko) * 2003-12-01 2010-08-31 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치
US20050253917A1 (en) * 2004-05-13 2005-11-17 Quanyuan Shang Method for forming color filters in flat panel displays by inkjetting
US20050255253A1 (en) * 2004-05-13 2005-11-17 White John M Apparatus and methods for curing ink on a substrate using an electron beam
JP4428231B2 (ja) * 2004-12-27 2010-03-10 セイコーエプソン株式会社 カラーフィルタ基板、電気光学装置、および電子機器
US20060159843A1 (en) * 2005-01-18 2006-07-20 Applied Materials, Inc. Method of substrate treatment for manufacturing of color filters by inkjet printing systems
KR20060115778A (ko) * 2005-05-06 2006-11-10 삼성전자주식회사 박막 트랜지스터 기판, 이를 포함하는 액정표시장치와 그제조 방법
US7544723B2 (en) * 2005-07-15 2009-06-09 Applied Materials, Inc. Blue printing ink for color filter applications
US20070015847A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-18 Applied Materials, Inc. Red printing ink for color filter applications
US7460267B2 (en) * 2005-07-15 2008-12-02 Applied Materials, Inc. Green printing ink for color filter applications
FR2897164B1 (fr) 2006-02-09 2008-03-14 Commissariat Energie Atomique Realisation de cavites pouvant etre remplies par un materiau fluidique dans un compose microtechnologique optique
TW200821634A (en) * 2006-11-03 2008-05-16 Au Optronics Corp Color filter substrate and method for manufacturing the same
TWI350389B (en) * 2007-03-30 2011-10-11 Au Optronics Corp Color filter and liquid crystal display panel using the same
FR2929715B1 (fr) 2008-04-04 2010-09-10 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation de cavites microniques ou submicroniques
FR2933205B1 (fr) 2008-06-27 2010-08-13 Commissariat Energie Atomique Procede ameliore de realisation d'enceintes remplies de liquide et fermees par une membrane
TWI463659B (zh) 2009-07-06 2014-12-01 Au Optronics Corp 薄膜電晶體陣列及其製造方法
FR2963112B1 (fr) 2010-07-21 2013-02-15 Commissariat Energie Atomique Microstructure a parois a propriete optique determinee et procede de realisation de microstructures
KR20140083620A (ko) * 2012-12-26 2014-07-04 제일모직주식회사 차광층용 감광성 수지 조성물 및 이를 이용한 차광층
JP2015099084A (ja) * 2013-11-19 2015-05-28 カルソニックカンセイ株式会社 文字板構造
CN111769141A (zh) * 2020-06-23 2020-10-13 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 彩色滤光片、彩色滤光片的制备方法及显示面板
CN116106999B (zh) * 2023-04-13 2023-08-22 Tcl华星光电技术有限公司 光扩散膜及偏光片

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09113721A (ja) * 1995-08-11 1997-05-02 Toray Ind Inc 液晶表示素子用カラーフィルタ及びその製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69331824T2 (de) * 1992-09-17 2002-11-28 Seiko Epson Corp Farbfilter fuer fluessigkristallanzeigen
JP3331035B2 (ja) 1993-02-05 2002-10-07 富士写真フイルム株式会社 感光性樹脂組成物及び画像形成方法
JPH07248412A (ja) * 1994-03-11 1995-09-26 Fujitsu Ltd カラーフィルタとカラーフィルタの製造方法
KR100376156B1 (ko) * 1994-06-21 2003-11-01 도레이 가부시끼가이샤 액정표시소자용수지블랙매트릭스
JP3190219B2 (ja) * 1994-12-15 2001-07-23 キヤノン株式会社 液晶用カラーフィルターの製造方法及び液晶用カラーフィルター及び該カラーフィルターを具備する液晶パネル
JP3576627B2 (ja) * 1995-01-25 2004-10-13 キヤノン株式会社 カラーフィルタの製造方法及び液晶表示装置
JPH0968721A (ja) * 1995-08-31 1997-03-11 Sharp Corp 液晶表示素子
US6001533A (en) * 1996-03-27 1999-12-14 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Composition for forming non-conductive light-shielding layer, and non-conductive light-shielding layer containing same
JP3813244B2 (ja) 1996-06-07 2006-08-23 新日鐵化学株式会社 アルカリ現像性不飽和樹脂組成物及びこれを用いた高感度ネガ型パターン形成材料
US5914206A (en) * 1996-07-01 1999-06-22 Mitsubishi Chemical Corporation Color filter and black resist composition
JP3927654B2 (ja) 1996-08-07 2007-06-13 キヤノン株式会社 カラーフィルタおよび液晶表示装置の製造方法
JP3716538B2 (ja) * 1996-11-29 2005-11-16 三菱化学株式会社 感光性樹脂現像液およびカラーフィルターの製造方法
JPH10171119A (ja) 1996-12-11 1998-06-26 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd 光重合性樹脂組成物、およびこれを用いた色フィルタの製造方法
US5888679A (en) 1997-03-27 1999-03-30 Canon Kabushiki Kaisha Production process of color filter, color filter produced thereby and liquid crystal display device using such color filter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09113721A (ja) * 1995-08-11 1997-05-02 Toray Ind Inc 液晶表示素子用カラーフィルタ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000012123A (ko) 2000-02-25
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DE69938023D1 (de) 2008-03-13
US6183917B1 (en) 2001-02-06

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