KR100382518B1 - 칼라필터기판제조방법,이제조방법에의해제조한칼라필터기판,및이칼라필터기판을이용한액정소자 - Google Patents

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Abstract

칼라 필터 기판 제조 방법은 잉크젯 시스템에 의해 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함한다. 유효 표시 영역 내에 얼라인먼트 마크(alignment mark)를 형성한다. 그리고, 칼라 필터 형성시에 상기 얼라인먼트 마크를 이용하여 얼라인먼트를 수행한다.

Description

칼라 필터 기판 제조 방법, 이 제조 방법에 의해 제조한 칼라 필터 기판, 및 이 칼라 필터 기판을 이용한 액정 소자
본 발명은 칼라 표시 장치에 사용되는 칼라 필터 기판의 제조 방법 및 칼라 필터 기판에 관한 것으로, 특히, 칼라 텔레비젼, 자동차용의 텔레비젼, 개인용 컴퓨터 등에 사용되는 칼라 액정 표시 장치에 적당한 칼라 필터 기판의 제조 방법 및 칼라 필터 기판, 및 이 칼라 필터 기판을 이용한 액정 소자에 관한 것이다.
최근 개인용 컴퓨터의 발달, 특히, 휴대용 개인 컴퓨터의 발달과 함께, 액정 표시 장치, 특히, 칼라 액정 표시 장치에 대한 요구가 높아지고 있다. 그러나, 액정 표시 장치의 사용을 보다 대중화하기 위해서는, 가격을 감소시켜야만 한다. 특히, 칼라 필터의 가격을 저감시킬 필요가 있다. 상기한 요구 조건을 충족시키면서 칼라 필터의 필요한 특성을 만족시키기 위한 다양한 방법들을 시도하고 있다. 그러나, 요구 조건들을 모두 만족시킬 수 있는 방법이 알려지지 않고 있다. 이하에서 각각의 방법들에 대해 설명하겠다.
첫 번째 방법으로 안료 분산(pigment dispersion) 방법이 있다. 이 방법에서는, 기판상에 안료를 분산한 감광성 수지층을 형성하고, 이를 단일 칼라 패턴으로 패터닝한다. 이러한 공정을 3회 반복하여 R, G 및 B 칼라 필터층을 얻는다.
두 번째 방법으로는 염색 방법이 있다. 이 염색 방법에서는, 유리 기판을 염색 가능 재료인 수용성 폴리머 재료로 코팅하고, 이 코팅한 것을 포토리소그래피 공정에 의해 원하는 모양으로 패터닝한다. 얻어진 패턴을 염색용 용액에 담그어 착색된 패턴을 얻는다. 이러한 공정을 3회 반복하여 R, G, 및 B 칼라 필터층을 형성한다.
세 번째 방법으로는 전착(electrodeposition) 방법이 있다. 이 방법에서는, 기판 상에 투명 전극을 패터닝하여, 그 결과 구조물을 안료, 수지, 전해질 등을 함유하고 있는 전착 코팅 용액에 담그어 전착에 의해 제1 칼라로 착색한다. 이러한 공정을 3회 반복하여 R, G, 및 B 칼라 필터층을 형성한다. 최종적으로, 이 층들을 열경화한다.
네 번째 방법으로는 인쇄 방법이 있다. 이 방법에서는, 열경화성 수지에 안료를 분산시키고, 인쇄 동작을 3회 반복하여 R, G, 및 B 코팅을 각각 형성한다. 그 다음, 수지를 열경화시킴으로써 착색층들을 형성한다.
상기한 각각의 방법들에서는, 착색층상에 보호층을 형성하는 것이 일반적이다.
이 방법들의 공통점은 세 가지 칼라, 즉, R, G, 및 B로 착색된 층을 얻기 위해 동일한 공정을 3회 반복해야 한다는 것이다. 이는 비용의 증가를 초래한다. 이외에도, 공정의 수가 증가함에 따라, 수율이 감소한다. 전착 방법에서는, 형성 가능한 패턴 형태가 한정되어 있다는 문제가 부과된다. 이러한 이유로, 기존의 기술로는, 이 방법을 TFT 칼라 액정 표시 장치에 적용할 수 없다. 인쇄 방법으로는, 분해능 및 평탄도의 열악함으로 인해 미세한 피치를 갖는 패턴을 형성할 수 없다.
이러한 결점을 제거하기 위해, 특개소 59-75205호 공보, 특개소 63-235901호 공보, 특개소 63-294503호 공보, 및 특개평 1-217302호 공보에는 잉크젯 시스템에 의해 칼라 필터를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
특개평 1-217302호 공보에서는, 잉크 수용층을 패턴에 노광시킬 때, 유효 표시 영역 외측의 영역에 얼라인먼트 마크(alignment mask)를 형성하여 착색 잉크의 도포를 조정하는데 사용한다.
이러한 방식으로, 잉크젯 시스템에 의한 칼라 필터 제조 방법에서는, 유효 표시 영역의 외측 영역에 형성된 얼라인먼트 마크를 잉크젯 헤드에 의한 드로잉 얼라인먼트(drawing alignment)에 사용된다. 따라서, 얼라인먼트 마크와 잉크젯 헤드의 노즐 위치 사이의 거리는 길고, 드로잉은 자주 쉬프트된다.
많은 경우에 있어서, 칼라 필터는 유효 표시 영역의 외측, 즉, 칼라 필터의 에지 부근이 왜곡된다. 큰 왜곡은 적절한 얼라인먼트에 장애가 된다.
얼라인먼트 마크를 형성하려면, 유효 표시 영역의 외측에 여유가 있어야만 한다. 이는 칼라 필터 기판의 크기에 대해 화상을 표시하기 위한 유효 표시 영역을 감소시켜서, 기판을 효율적으로 사용할 수 없다. 또한, 액정 소자가 이러한 칼라 필터 기판을 이용하여 구성되는 경우, 대향 어레이 기판의 얼라인먼트 마크와의 위치적 관계를 고려해야만 한다. 이러한 제한은 디자인을 복잡하게 한다.
본 발명은 상기한 문제들을 해결하기 위한 것이고, 매우 정밀한 얼라인먼트 하에서 착색 잉크를 고정밀도로 도포할 수 있고 칼라 혼합 및 색 누락(color omission)이 없는 높은 신뢰도를 갖는 칼라 필터를 제조할 수 있는 칼라 필터 기판 제조 방법, 이러한 제조 방법으로 제조된 칼라 필터 기판, 및 액정 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 지지 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계, 및 잉크젯 시스템에 의해 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함하되, 유효 표시 영역 내에 얼라인먼트 마크를 형성하고, 칼라 필터 형성시에 상기 얼라인먼트 마크를 이용하여 드로잉 얼라인먼트를 수행하는 칼라 필터 기판 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 상기한 제조 방법에 의해 제조된 칼라 필터 기판도 제공된다. 본 발명에 따르면, 칼라 필터 기판으로 구성된 액정 소자가 또한 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 칼라 필터 기판의 실시예를 각각 도시하는 평면도 및 단면도.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f는 본 발명에 따른 칼라 필터 기판 제조 방법의 실시예를 각각 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 액정 소자의 실시예를 도시하는 부분적 단면도.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명에 따른 칼라 필터 기판 제조 방법의 다른 실시예를 각각 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 액정 소자의 다른 실시예를 도시하는 부분적 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 패턴의 예를 도시하는 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 패턴의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 패턴의 또 다른 예를 도시하는 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 패턴의 또 다른 예를 도시하는 평면도.
도 10은 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 패턴의 또 다른 예를 도시하는 평면도.
도 11은 본 발명에 따른 칼라 필터 기판의 전체 블랙 매트릭스 패턴의 예를 도시하는 평면도.
도 12는 본 발명에 사용되는 칼라 필터 제조 장치의 예를 도시하는 개략도.
도 13은 도 12에 도시한 제조 장치의 제어기를 도시하는 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판
2 : 블랙 매트릭스
3 : 얼라인먼트 마크
4 : 개구부
5 : 비착색부
6 : 착색부
7 : 보호층
본 발명에서는, 유효 표시 영역내에 얼라인먼트 마크를 형성하여 칼라 필터 형성시에 얼라인먼트를 위해 사용한다.
도 1a에서, 칼라 필터 기판은 기판(1), 블랙 매트릭스(2), 얼라인먼트 마크(3), 및 블랙 매트릭스(2)의 개구부(4)를 포함한다. 도 1b는 도 1a의 라인 1B-1B를 따라 절취한 개략적 단면도이다. 칼라 필터는 비착색부(5)와 착색부(6)로 이루어지고, 필요에 따라, 보호층(7)에 의해 덮여진다. 도 1a에서, 칼라 필터 및 이 칼라 필터 상의 보호층은 설명되어 있지 않다.
본 발명에서, 도 1a에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스의 측면 에지부는 유효 표시 영역 주위의 프레임 형태의 광 차폐 영역이고, 유효 표시 영역은 상기 측면 에지부에 의해 둘러싸여진 부분이며 화상을 표시하는 데 사용된다.
본 발명에서, 얼라인먼트 마크의 예들은, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 개구부(4) 내에 블랙 매트릭스(2)와 동일한 재료로부터 형성된 얼라인먼트 마크, 및 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스(2) 내에 형성된 광 투과부(10)이다. 얼라인먼트 마크의 다른 예들은, 도 6에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스(2) 내에 형성된 광 투과부(11), 도 7에 도시한 바와 같이, 개구부(4)의 측벽 상에 형성된 돌출부(12), 도 8에 도시된 바와 같이, 개구부(4)의 측벽에 형성된 리세스(13), 및 이들의 조합이다.
얼라인먼트 마크를 화상 표시에 악영향을 주지 않도록 양호하게는 유효 표시 영역의 모서리의 개구부(4)에 형성하는 것이 바람직하다.
개구부(4) 내에 얼라인먼트 마크를 형성하는 경우, 얼라인먼트 마크의 크기는 양호하게는 얼라인먼트 마크(3)가 형성되어 있는 개구부(4) 면적의 1/10 내지 1/3로하고, 보다 더 양호하게는 1/8 내지 1/3로 한다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 칼라 필터 기판 제조 방법의 실시예를 도시한다. 본 실시예에서는, 도 1a에 도시한 패턴을 갖는 얼라인먼트 마크가 형성된다. 도 2a 내지 도 2f는 다음의 단계-a 내지 단계-f에 각각 대응하는 개략적 단면도이다.
단계-a
기판(1) 상에 블랙 매트릭스(2) 및 얼라인먼트 마크(3)를 포토리소그래피에 의해 동시 형성한다. 기판(1)으로는, 통상 유리 기판을 사용하나, 칼라 필터의 투명성을 나쁘게 하지 않고 칼라 필터 기판의 사용 목적에 필요한 강도와 같은 특성을 갖는 한 플라스틱 기판을 사용할 수도 있다. 반사형 액정 소자를 구성하는 경우, 기판(1)으로서 불투명 기판을 사용할 수 있다. 액정 소자를 형성하는 경우, 약 0.1 내지 0.5㎛의 두께의 크롬막과 같은 금속막을 스퍼터링, 피착 등에 의해 형성하고, 이 막을 미리 결정된 모양으로 패터닝함으로써 블랙 매트릭스(2)를 얻는다.
단계-b
기판(1) 상에 잉크 수용층(21)을 형성한다. 잉크 수용층(21)은 잉크 흡수성 수지 조성물, 예컨대, 광 조사 및/또는 얼처리에 의해 잉크 흡수성을 발현하거나 소실하는 수지 조성물로 이루어진다. 광 조사 및/또는 얼처리에 의해 잉크 흡수성을 발현하는 수지 조성물의 경우에는, 사전에 잉크 수용층(21)을 노광시킴으로써 잉크 흡수성을 발현한다. 광 조사에 의해 잉크 흡수성을 발현하거나 소실하는 수지 조성물을 사용하고, 단계-c에서 패턴 노광에 의해 노광되고 노광되지 않은 부분들을 형성하며(이하에서 설명할 것임), 잉크 흡수성 영역만을 선택적으로 착색하는 것이 바람직하다.
잉크 수용층(21)에 사용되는 수지 조성물로는, 필요에 따라서, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 아미도(amido) 수지, 페놀 수지, 또는 폴리스티렌 수지를 광 개시제(optical initiator; 가교제)와 함께 사용한다.
수지 조성물을, 예컨대, 스핀 코팅(spin coating), 롤러 코팅(roller coating), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 딥핑(dipping)에 의해 기판(1) 상에 도포하고, 필요에 따라서, 전치 소성(pre-bagking)하여, 잉크 수용층(21)을 형성한다.
잉크 수용층(21)의 두께는 액정 소자를 형성하는 경우 약 0.4 내지 2.0㎛ 정도이다.
단계-c
포토마스크(22)를 이용하여 잉크 수용층(21)을 패턴에 노광하고 잉크 흡수성이 없는 비착색부(5)를 형성한다. 도 2a 내지 도 2f에서 잉크 수용층(21)은 노광에 의해 사라진 잉크 흡수성을 갖는다. 노광에 의한 잉크 흡수성을 발현하는 수지 조성물을 사용하면, 잉크 수용층(21)은 역 패턴(reverse pattern)에 노광된다.
도 2c에서 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스(2) 상에 블랙 매트릭스(2)보다더 좁게 각각의 비착색부(5)를 형성하여 색의 누락을 방지한다.
단계-d
잉크 수용층(21)의 비착색부들 간의 선정된 위치에 잉크젯 헤드(23)를 이용하여 R, G 및 B 착색 잉크(24)를 도포함으로써 선정된 칼라 패턴을 드로잉한다. 이 때, 잉크젯 헤드(23)와 비착색부와의 드로잉 얼라인먼트에 얼라인먼트 마크(3)를 사용한다.
본 발명에서는, 드로잉 얼라인먼트에 사용되는 얼라인먼트 마크(3)를 블랙 매트릭스(2)의 유효 표시 영역 내에 형성하기 때문에, 얼라인먼트 마크로부터 드로잉 위치까지의 거리가 짧고, 기판의 에지 부분에서의 드로잉 얼라인먼트의 왜곡이 거의 없다. 따라서, 드로잉 쉬프트를 최소화할 수 있고, 블랙 매트릭스(2)의 외측 영역에 얼라인먼트 마크를 형성하기 위한 여유를 마련할 필요가 없다. 본 발명의 얼라인먼트 마크(3)를 블랙 매트릭스(2)와 동시에 형성하기 때문에, 기판(1)과 블랙 매트릭스(2) 간의 위치적 쉬프트에 의한 영향을 받지 않는다.
본 발명에 사용되는 잉크젯 시스템으로서는, 에너지 발생 소자로서 전열성 컨버터를 이용하는 버블젯형 장치, 압전 소자를 이용하는 압전젯형 장치 등을 사용할 수 있다. 착색 영역 및 착색 패턴을 임의로 설정할 수 있다.
본 발명에 사용되는 착색 잉크(24)는 염료를 함유하고 상온에서 액화되는 잉크에 제한되지 않고, 실온에서 고체화되는 잉크, 및 실온에서 연화되거나 액화되는 잉크일 수도 있다. 잉크젯 시스템에서, 잉크 점성이 안정적인 토출 범위 내에서 벗어나지 않도록 잉크 자체의 온도를 통상 30℃ 내지 70℃의 범위 내로 조정하기때문에, 상기 온도 범위 내에서 액화되는 어떠한 잉크도 양호하게 사용할 수 있다.
도 12는 잉크젯 시스템을 이용한 칼라 필터 제조 장치의 예를 도시하는 개략도이다. 도 12에서, 제조 장치(50)는 장치 베이스(51), 장치 베이스(51) 상에 배치된 X-Y-θ 스테이지(52), X-Y-θ 스테이지(52) 상에 셋팅된 지지 기판(53), 잉크젯 헤드(55), 이 장치의 전체 동작을 제어하기 위한 제어기(58), 제어기의 입출력 수단으로서 작동하는 티칭 펜던트(teaching pendant)(개인용 컴퓨터; 59), 티칭 펜던트(59)의 조작부로서 키보드(60), 및 제조 진행, 잉크젯 헤드의 비정상의 유무 등에 대한 정보를 표시하기 위한 표시부(62)를 포함한다. 지지 기판(53) 상에 블랙 매트릭스 및 잉크 수용층을 형성하나 단순하게 하기 위해 도 12에서는 이에 대한 설명을 하지 않는다.
도 13은 도 12의 제조 장치의 제어기(58)의 구성을 도시하는 블럭도이다. 도 13에서, 제어기(58)는 티칭 펜던트(59)와 제어기(58)간의 데이타 교환을 위한 인터페이스(65), 칼라 필터 제조 장치(50)를 제어하기 위한 CPU(66), CPU(66)를 동작시키기 위한 제어 프로그램을 저장하는 ROM(67), 비정상 정보 등을 저장하기 위한 RAM(68), 잉크젯 헤드(55)로부터 지지 기판(53)으로의 착색 잉크 도포를 제어하기 위한 잉크젯 제어부(70), 및 칼라 필터 제조 장치(50)의 X-Y-θ 스테이지(52)의 동작을 제어하기 위한 스테이지 제어부(71)를 포함한다.
단계-e
착색부(6)를 갖는 전체 잉크 수용층을 광 조사 또는 열처리와 같은 적절한 공정에 의해 경화한다.
단계-f
필요에 따라서, 칼라 필터상에 보호층(7)을 형성한다. 보호층(7)으로서는, 사진 식자층(photosetting layer), 열경화층, 열경화형 및 사진 식자형의 수지 조성물층, 또는, 에컨대, 피착 또는 스퍼터링에 의해 형성된 무기물막을 이용할 수 있다. 칼라 필터의 투명성을 나쁘게하지 않고 ITO 형성 공정 및 배향막 형성 공정과 같은 후속 공정에 견딜 수 있으면 어느 층이라도 사용할 수 있다.
도 3은 도 1의 칼라 필터 기판을 포함하는 TFT 칼라 액정 소자의 실시예를 도시하는 부분적 단면도이다. 도 3에서, TFT 칼라 액정 소자는 공통 전극(12), 배향막(13), 대향 기판(31), 화소 전극(32), 배향막(33), 및 액정 조성물(34)로 구성된다.
일반적으로, 칼라 액정 소자는 대향 기판(31)에 칼라 필터 기판을 결합하고 그들간에 액정 조성물(34)을 밀봉함으로써 형성된다. 액정 소자의 한 기판(31)의 내측에 TFT(도시되어 있지 않음) 및 투명 화소 전극(32)이 매트릭스 형태로 형성된다. 다른 기판(1)의 내측에는, 화소 전극(32)에 대향하는 위치에, R, G, 및 B 착색제가 배열되도록, 칼라 필터의 착색부(6)가 설치된다. 칼라 필터의 전체 표면 상에는 투명 공통 전극(12)이 형성된다. 두 개의 기판의 내측에는 배향막(13 및 33)이 형성된다. 배향막(13 및 33)을 러빙(rubbing)함으로써, 선정된 방향으로 액정 분자를 배향할 수 있다. 이 기판들은 스페이서(도시되어 있지 않음)를 통해 서로 대향하도록 배열되고, 밀봉 재료(도시되어 있지 않음)에 의해 접착된다. 기판들 사이의 갭에는 액정 조성물(34)이 충전된다.
각각의 기판의 외측에 편광판을 접착한다. 백라이트로서, 형광등과 산란판(scattering plate)의 조합이 일반적으로 사용된다. 액정 조성물이 광 셔터로서 작용하여 백라이트로부터 방출된 광의 투과율을 변화시키도록 함으로써 표시 동작이 수행된다.
상기한 실시예는 TFT 칼라 액정 소자를 예시화한 것이다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 단순한 매트릭스형 액정 소자와 같은 다른 구동형 액정 소자에도 양호하게 적용될 수 있다.
본 발명의 액정 소자를 본 발명의 칼라 필터 기판으로 구성하면, 남아있는 부재들에 종래의 기술이 직접 사용될 수 있다. 따라서, 액정 조성물로서, 일반적인 TN형 액정, 일반적인 강유전성 액정 등을 양호하게 사용할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 칼라 필터 기판 제조 방법의 다른 실시예를 도시한다. 이와 같은 경우에서도, 도 1a에 도시한 패턴을 갖는 얼라인먼트 마크가 형성된다. 도 4a 내지 도 4d는 다음의 단계-a 내지 단계-d에 각각 대응하는 개략도이다.
단계-a
기판(1) 상에 격벽부(partition wall)를 겸한 블랙 매트릭스(2)를 형성한다. 본 실시예에서, 블랙 매트릭스(2)는 차광층으로서의 부재뿐만 아니라 경화형의 착색 잉크를 도포할 때 인접한 서로 다른 칼라의 잉크들이 혼합되는 것을 방지하는 부재로서 사용된다. 본 발명에서, 얼라인먼트 마크(3)는 블랙 매트릭스(2)와 동시에 형성된다.
블랙 매트릭스(2)는 양호하게는 수지로 제조된다. 예를 들면, 블랙 매트릭스(2)는 일반적인 포토리소그래피와 같은 패터닝에 의해 블랙-안료-함유 레지스트를 이용하여 형성된다. 서로 다른 칼라의 잉크가 혼합되는 것을 피하기 위해, 블랙 매트릭스(2)가 양호하게는 잉크 방수성(ink repellency)을 갖는다. 본 발명에서, 블랙 매트릭스(2)는 분할 기능 및 차광 기능을 고려하여, 10㎛ 이하, 양호하게는, 0.5㎛ 내지 5.0㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
단계-b
블랙 매트릭스(2)의 개구부를 채우기 위해 잉크젯 헤드(23)를 이용하여 R, G, 및 B 경화성 착색 잉크(41)를 도포한다. 도 2a 내지 도 2f에 도시한 실시예와 유사하게, 잉크젯 헤드(23)와 블랙 매트릭스(2)의 개구부와의 드로잉 얼라인먼트에 얼라인먼트 마크(3)를 사용한다. 얼라인먼트 마크(3)의 사용 효과는 상술한 바와 같다.
본 발명에 사용되는 경화성 착색 잉크는 경화성 수지 조성물로 이루어지고 적어도 착색제 및 에너지 인가에 의해 경화될 수 있는 수지를 함유한다.
착색제로서는, 염료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 직접 염료, 산성 염료, 반응성 염료, 분산 염료, 및 유용성 염료 등이 사용 가능하다. 그러나, 착색제는 이들에 제한되지 않는다.
에너지의 인가에 의해 경화될 수 있는 수지로서는, 열처리, 광, 또는 이들의 조합에 의해 경화될 수 있는 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 열경화형 조성물로서는, 공지된 수지 및 가교제의 조합을 사용할 수 있다. 이와 같은 수지의 예들로는 멜라민 수지, 수산기-또는 카르복시기-그룹-함유 폴리머와 멜라민의 조합, 수산기-또는 카르복시기-그룹-함유 폴리머와 폴리펑셔널 에폭시(polyfunctional epoxy) 화합물의 조합, 수산기 또는 카르복시기-그룹-함유 폴리머와 셀룰로스 반응성 화합물의 조합, 에폭시 수지와 레졸 수지의 조합, 에폭시 수지와 아민의 조합, 에폭시 수지와 카르복실산 또는 산성 무수물의 조합, 및 에폭시 화합물이 있다.
사진 식자 화합물로는, 상업적으로 이용 가능한 네거티브 레지스트와 같은 공지된 사진 식자 수지가 양호하게 사용될 수 있다.
화합물은 열처리 또는 광에 의해서 뿐만 아니라 이들의 조합에 의해서 경화될 수 있다.
경화형 잉크에 다양한 용매를 사용할 수 있다. 특히, 잉크젯 시스템에서, 물과의 혼합 용제 및 수용성 유기 용제가 토출 동작에서 양호하게 사용된다.
상기한 성분 이외에도 원하는 특성을 얻기 위해, 필요에 따라서, 계면 활성제, 소포제, 방부제 등을 첨가할 수 있다. 또한, 상업적으로 이용 가능한 수용성 염료 등도 첨가할 수 있다.
물 또는 수용성 유기 용제에 용해되지 않아도 안정적으로 토출될 수 있는 용제라면 사진 식자 또는 열경화형 수지에 물 또는 수용성 유기 용제 외에 용매를 사용할 수 있다.
단계-c
필요에 따라서, 건조, 광 조사, 및 열처리와 같은 공정을 수행하여 착색 잉크를 경화하고 착색부(42)를 형성한다.
단계-d
상술한 실시예의 단계-f와 유사하게, 필요에 따라, 칼라 필터 상에 보호막(7)을 형성한다.
본 실시예에서 형성된 칼라 필터 기판 또한 도 3에 도시한 액정 소자를 구성할 수 있다. 도 5는 액정 소자의 예를 도시한다. 도 3에서의 참조 번호와 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 나타내고, 이에 대한 설명은 생략하겠다.
얼라인먼트 마크의 사용 이외에도, 화상 처리에 의해, 연속 개구부 패턴이 블랙 매트릭스(2)의 유효 표시 영역내의 개구부(4)의 연속 패턴에 대해 블랙 매트릭스(2)의 종단부에서 끝난다는 것을 인식함으로써 얼라인먼트가 성취될 수 있다.
〔예 1〕
표면 연마된 비알칼리 유리 기판 상에 스퍼터링에 의해 0.2㎛ 두께의 크롬막을 형성하고, 포토리소그래피에 의해 화소에 대응하여 개구부를 갖는 블랙 매트릭스로 패터닝한다. 두 개의 얼라인먼트 마크를 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 유효 표시 영역의 모서리의 개구부와 이 개구부에 대해 수직축에 대칭되는 위치에 형성하였다. 트리페닐술포늄 헥사플루오르안티모네이트(triphenylsulfonium hexafluoroantimonate)의 3 중량부를 아크릴산의 3 중량부를 함유하는 아크릴 혼성 중합체의 97 중량부, 메틸메타크릴레이트(methyle methacrylate)의 49 중량부, 하이드록시에틸 메타크릴레이트의 29 중량부, 및 N-메틸롤아크릴라마이드(N-methylolacrylamide)의 19 중량부에 혼합하고,-글리시독시프로필트리메톡시실레인의 17 중량부를 얻어진 혼합물의 83 중량부에 혼합하고, 에틸 셀로졸브의 85 중량부를 결과 혼합액의 15 중량부에 첨가함으로써 마련된 재료로 블랙 매트릭스를 스핀 코트하였다. 얻어진 구조를 50℃ 온도에서 10분 동안 건조시켜서 1㎛ 두께의 감광성 수지층(잉크 수용층)을 형성하였다.
블랙 매트릭스의 폭보다 더 좁은 개구부를 갖는 포토마스크를 통해 잉크 수용층을 노광하고, 핫 플레이트(hot plate)에 의해 120℃의 온도에서 90초 동안 결과 구조를 가열하였다.
CCD 카메라에 의해 얼라인먼트 마크를 화상 감지하였다. 얻어진 화상을 화상 처리 장치에 의해 처리하여 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하고, 유리 기판에 따라 잉크젯 헤드를 배향하였다.
그런 다음, 잉크젯 헤드로부터 잉크 수용층의 노광되지 않은 부분에 다음의 조성물을 각각 갖는 R, G, B를 도포함으로써 잉크 수용층을 착색하였다.
<R 잉크>
C.I. 엑시드 레드 118: 5 중량부
에틸렌 글리콜: 20 중량부
이소프로필기 알콜: 5 중량부
물: 70 중량부
<G 잉크>
C.I. 엑시드 그린 25: 5 중량부
에틸렌 글리콜: 20 중량부
이소프로필기 알콜: 5 중량부
물: 70 중량부
<B 잉크>
C.I. 엑시드 블루 113: 5 중량부
에틸렌 글리콜: 20 중량부
이소프로필기 알콜: 5 중량부
물: 70 중량부
90℃의 온도에서 10분 동안 건조하고 230℃에서 30분 동안 가열하여 잉크 수용층을 경화하였다. 스핀 코팅에 의해 85%의 카비톨 아세테이트(carbitol acetate)를 함유하는 1㎛ 두께의 두 부분의 열경화 수지 조성물 (일본 합성 고무 Co., Ltd로부터 이용 가능한 79 : 21의 "OPTOMER SS6500"과 "OPTOMER SS0500"의 혼합물)을 도포하고 수지 조성물막을 90℃에서 20분 동안 건조하고 230℃에서 60분 동안 가열하여 경화함으로써 보호막을 형성하였다.
본 방법에 따르면, 얼라인먼트 마크로부터 드로잉 위치까지의 거리가 짧고, 기판의 에지 부분에서 드로잉 얼라인먼트의 왜곡이 거의 없기 때문에, 드로잉 쉬프트가 최소화될 수 있고, 드로잉 쉬프트에 의해 야기되는 칼라 필터 결합의 발생을 방지할 수 있다.
액정 소자용으로 제조된 칼라 필터 기판을 광학 현미경으로 관찰하여 칼라 혼합 및 백색 누락(white omisson)과 같은 결함이 크게 감소하였다는 것을 발견하였다.
일반적인 수단에 의해 액정 소자를 구성하도록 마스크를 이용하여 인-라인(in-line) 스퍼터링 장치에 의해 ITO 막을 스퍼터링하였다.
〔예 2〕
개구부의 측벽을 리세스함으로써 얼라인먼트 마크를 준비하는 것 외에는 예 1과 동일한 절차로 칼라 필터 기판을 제조하였다. 액정 소자용으로 제조된 칼라 필터 기판을 광학 현미경으로 관찰하여 칼라 혼합 및 색 누락과 같은 결함이 없다는 것을 발견하였다.
〔비교 예 1〕
유효 표시 영역 외측에 형성된 얼라인먼트 마크를 이용하여 잉크젯 헤드를 배향하였다는 것 이외에는 예 1과 동일한 절차로 칼라 필터 기판을 제조하였다.
칼라 혼합 및 색 누락의 발생 가능성이 낮아졌고, 유효 표시 영역 외측에 형성된 얼라인먼트 마크를 참조하여 잉크젯 헤드를 배향시켰던 비교예 1의 칼라 필터 기판보다 유효 표시 영역 내에 형성된 얼라인먼트 마크를 참조하여 잉크젯 헤드를 배향시켰던 예 1 및 2의 칼라 필터 기판의 제조 수율이 더 높았다.
[예 3]
Fuji Hanto로부터 이용 가능한 블랙 안료 레지스트 CK-S171B를 이용하여 스핀 코팅에 의해 1.0㎛의 두께로 유리 기판을 코팅하였다. 레지스트막을 노광시키고, 현상하고 열처리하여 1.0㎛ 두께의 블랙 매트릭스를 형성하였다. 두 개의 얼라인먼트 마크를 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은 유효 표시 영역의 모서리 부분의 개구부와 이 개구부와 수직축에 대해 대칭되는 위치에 형성하였다.
CCD 카메라에 의해 얼라인먼트 마크 화상을 감지하고 화상 처리 장치에 의해 처리하여 얼라인먼트 마크의 위치를 검출함으로써, 잉크젯 헤드 및 유리 기판을 배치시켰다. 잉크젯 프린터를 이용하여 개구부에 R, G 및 B 잉크를 주입하였다.
<R 잉크>
C.I. 엑시드 레드 118: 5 중량부
글리세롤 폴리글리시딜 에테르
[나가세 카세이 교오 KK로부터
이용 가능한 데나콜 EX-313 ]: 1.5 중량부
아크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 및 하이드록시에틸
메타크릴레이트의 삼량체: 3 중량부
N-메틸-2-피롤리돈: 15 중량부
에틸렌 글리콜: 20 중량부
에탄올: 2 중량부
이온 교환수: 53.5 중량부
<G 잉크>
C.I. 엑시드 그린 25: 5 중량부
글리세롤 폴리글리시딜 에테르
[나가세 카세이 교오 KK로부터
이용 가능한 데나콜 EX-313]: 1.5 중량부
아크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 및 하이드록시에틸
메타크릴레이트의 삼량체: 3 중량부
N-메틸-2-피롤리돈: 15 중량부
에틸렌 글리콜: 20 중량부
에탄올: 2 중량부
이온 교환수: 53.5 중량부
<B 잉크>
C.I. 엑시드 블루 118: 5 중량부
글리세롤 폴리글리시딜 에테르
[나가세 카세이 교오 KK로부터
이용 가능한 데나콜 EX-313]: 1.5 중량부
아크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 및 하이드록시에틸
메타크릴레이트의 삼량체: 3 중량부
N-메틸-2-피롤리돈: 15 중량부
에틸렌 글리콜: 20 중량부
에탄올: 2 중량부
이온 교환수: 53.5 중량부
상기 잉크를 주입한 후에, 잉크를 230℃의 온도에서 40분 동안 경화하여 액정 소자 칼라 필터를 형성하였다. 이렇게 형성된 칼라 필터를 광학 현미경으로 관찰하여 칼라 혼합 및 백색 누락이 크게 감소되었다는 것을 확인하였다.
스핀 코팅에 의해 1㎛ 두께의 두 부분의 열경화 수지 재료 (일본 합성 고무Co., Ltd로부터 이용 가능한 "OPTOMER SS6500)"를 도포하고 이 수지막을 230℃ 온도에서 30분 동안 가열하여 경화함으로써 보호막을 형성하였다. ITO(전극) 형성, 배향막 형성, 및 액정 재료 밀봉과 같은 일련의 동작들을 순차적으로 실행하여 도 5에 도시한 우수한 칼라 액정 소자를 제조하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 칼라 필터 기판 제조시에 드로잉 얼라인먼트를 고정밀도로 수행할 수 있기 때문에, 드로잉 쉬프트에 의해 야기되는 칼라 필터의 색 누락 및 칼라 혼합을 방지할 수 있으며, 고신뢰성의 칼라 필터 기판을 제공할 수 있다. 본 발명에서는, 블랙 매트릭스 외측에 얼라인먼트 마크를 형성하기 위한 여유가 필요없기 때문에, 기판을 효율적으로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 칼라 필터 기판을 이용하여 칼라 표시 특성면에서 우수한 액정 소자를 형성할 수 있다.

Claims (6)

  1. 칼라 필터 기판 제조 방법에 있어서,
    지지 기판상에 블랙 매트릭스(black matrix)를 형성하는 단계; 및
    잉크젯 시스템에 의해 칼라 필터를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 블랙 매트릭스의 개구부 측벽에 돌출부 또는 함몰부를 설치하거나, 상기 블랙 매트릭스 내에 상기 블랙 매트릭스를 부분적으로 형성하지 않는 것에 의해, 유효 표시 영역 내에 얼라인먼트 마크(alignment mark)를 형성하고,
    상기 칼라 필터 형성시에 상기 얼라인먼트 마크를 이용하여 얼라인먼트를 수행하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 기판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 얼라인먼트 마크를 상기 블랙 매트릭스의 재료와 동일한 재료를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 기판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스 형성 단계 후에 상기 지지 기판 및 상기 블랙 매트릭스 상에 잉크 수용층을 형성하고 잉크젯 방식에 의해 상기 잉크 수용층에 잉크를 도포함으로써 칼라 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 기판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 잉크젯 방식에 의해 상기 블랙 매트릭스의 개구부에 잉크를도포함으로써 칼라 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 기판 제조 방법.
  5. 제1항, 제3항, 및 제4항 중의 어느 한 항의 방법에 의해서 제조된 칼라 필터 기판.
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 상기 칼라 필터 기판에 대향하는 대향 기판, 및 상기 칼라 필터 기판과 상기 대향 기판 사이에 밀봉된 액정 화합물을 포함하는 액정 소자.
KR10-1998-0036659A 1997-09-05 1998-09-05 칼라필터기판제조방법,이제조방법에의해제조한칼라필터기판,및이칼라필터기판을이용한액정소자 KR100382518B1 (ko)

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