KR100383716B1 - 컬러액정표시장치의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전사방식에 의한 3원색의 착색패턴을 구비한 내열성 및 광학특성이 뛰어난 컬러액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고, 그 구성에 있어서, 투명기판위에 미리 투과율이 낮은 재료를 포함한 고분자재료를 사용해서 개구부를 가진 블랙매트릭스의 패턴을 형성하는 공정과, 상기 블랙매트릭스의 패턴위에 네거티브형의 감광성수지로 이루어진 투명한 피염착층을 도포하는 공정과, 상기 피염착층을 블랙매트릭스의 패턴을 사용해서 상기 투명기판쪽으로부터 배면노광하고, 또한 상기 배면노광된 피염착층을 현상해서 상기 블랙매트릭스의 개구부에 대응한 피염착층의 패턴을 형성하는 공정과, 상기 블랙매트릭스의 개구부에 대응하는 상기 피염착층의 패턴의 각각에 3원색의 착색제의 어느 것인가를 열전사해서 상기 피염착층의 패턴으로 3원색의 착색층을 형성하는 공정과, 상기 착색층 및 상기 블랙매트릭스의 위에 투명한 보호막과 투명한 전극을 형성하는 공정에 의해 구성하는 것을 특징으로 한 것이다.
이로서, 열전사방식의 문제점이였던 열에 의한 착색층의 염료의 확산, 승화를 방지할 수 있고, 내열성을 향상시킬 수 있다. 또, 광학특성으로서는, 염료를 사용하고 있기 때문에 안료를 사용한 계통에 비해서 뛰어나고, 또 착색층이 동시에 형성되기 때문에, 상하기판사이의 갭불균일을 최소한으로 할 수 있고, 액정소자내의 콘트라스트등 광학특성의 불균일을 억제하는 것이 가능하게 된다. 대폭적으로 간략화된 공정으로 제조되고, 신뢰성이 높은 컬러필터를 구성요소로하는 컬러액정표시장치의 제조방법을 실현할 수 있다.

Description

컬러 액정표시장치의 제조방법
본 발명은 컬러액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 열전사방식의 원리를 응용한 컬러필터를 구비한 컬러액정표시장치에 관한 것이다.
제 10도는 본 발명에 관한 컬러액정표시장치의 일예로서, 종래의 액티브 · 매트릭스방식컬러액정표시장치의 단면도의 일예를 표시한다. 도면에 표시한 바와 같이, 액정층LC를 기준으로해서 하부투명유리기판SUB1과 상부투명유리기판SUB2를 배설한다. 또 하부투명유리기판SUB1쪽에는 게이트 전극GT, 게이트절연막AOF 및 GI, 반도체층AS, 또 소스 · 드레인전극SD1 및 SD2로 이루어진 게이트박막트랜지스터TFT1 및 투명화소전극ITO1을 형성하고, 또 보호막PSV1 및 하부배향막ORI1을 순차적으로 적층하고 있다. 상부 투명유리기판SUB2의 안쪽(액정LC쪽)표면에는, 블랙매트릭스가되는 차광막 BM, 컬러필터(FIL(R)), FIL(G), FIL(B), 보호막FSV2, 공통투명화소전극 ITO2(COM) 및 상부배향막ORI2가 순차적으로 적층해서 형성되어 있다. 투명 유리기판SUB1,SUB2의 양면에는 딥(dip)처리등에 의해서 형성된 산화실리콘막SI0이 형성되어 있다. 투명유리기판SUB1,SUB2의 사이에는 그 가장자리를 따라서, 액정 봉입구(封入口)를 없애고, 액정LC를 봉하여 막도록 시일패턴SL이 형성된다. 시일재는 예를들면 에폭시수지로 이루어진다. 상부투명 유리기판SUB2쪽의 공통투명화소전극ITO2(COM)는, 적어도 1개소에 있어서, 본 실시예에서는 패널의 4귀퉁이에서 은페이스트재 AGP에 의해서 하부투명 유리기판SUB1쪽에 형성된 그 인출배선INT에 접속되어 있다. 이 인출배선 INT는, 제 10도에는 표시되어 있지 않은 게이트단자, 드레인단자DTM과 동일 제조공정으로 형성된다.
배향막ORIl, ORI2, 투명화소전극ITO1, 공통투명화소전극ITO2, 각각의 층은, 시일패턴SL의 안쪽에 형성된다. 편광판POL, POL2는 각각 하부투명 유리기판 SUB1, 상부투명유리기판SUB2의 바깥쪽의 표면에 형성되어 있다. 액정LC는 액정분자의 방향을 설정하는 하부배향막ORI1과 상부배향막ORI2의 사이에서 시일패턴SL에 의해 간막이된 영역에 봉입되어있다. 하부배향막ORI1은 하부투명유리기판SUB1쪽의 보호막PSV1의 상부에 형성된다.
이 액정표시장치는, 하부투명유리기판SUB1쪽, 상부투명유리기판SUB2쪽에서 별개로 여러가지 층을 여러겹으로 쌓고, 시일패턴SL을 기판SUB2쪽에 형성하여, 하부투명유리기판SUB1과 상부투명유리기판SUB2를 맞포개고, 시일재SL의 개구부로부터 액정LC를 주입하여, 주입구를 에폭시수지등으로 봉하여 막고, 상하기판을 절단하므로서 조립된다.
따라서, 박막트랜지스터TFT1의 i형반도체층AS는 상하에 있는 차광막 BM 및큼직한 게이트전극GT에 의해서 샌드위치로 되고, 외부의 자연광이나 백라이트광이 닿지않게 된다. 차광막BM은 각화소의 주위에 격자형상으로 형성되고(소위 블랙매트릭스), 이 격자에 의해 1화소의 유효표시영역이 간막이되어 있다. 따라서, 각화소의 윤곽이 차광막BM에 의해서 명확하게되고, 콘트라스트가 향상한다. 즉, 차광막BM은 I형 반도체층AS에 대한 차광과 블랙매트릭스의 2개의 기능을 가진다.
차광막BM은 제 10도에 표시한 바와같이 주변부에도 액자형상으로 형성되고, 그 패턴은 도트형상으로 복수의 개구를 형성한 매트릭스부의 패턴과 연속해서 형성되어 있다. 주변부의 차광막BM은, 시일부SL의 바깥쪽으로 연장되고, 퍼스널컴퓨터 등의 실장기(實裝機)에 기인하는 반사광등의 누설광이 매트릭스부에 파고들어오는 것을 방지하고 있다. 다른한편, 이 차광막BM은 기판SUB2의 가장자리보다도 약0 3∼1.0mm정도안쪽으로 머물러있고, 기판SUB2의 절단영역을 피해서 형성되어 있다.
또한, 박막트랜지스터를 사용한 액티브 · 매트릭스방식의 액정표시장치는, 예를 들면 일본국특개소 63-30992l호 공보나, 「용장구성을 채용한 12. 5형 액티브· 매트릭스방식컬러액정디스플레이」, 닛케이일렉트로닉스, 페이지 193-210, 1986년 12월 15일, 닛케이 매그로우힐사발행,으로 알려져있다. 본 예에서는, 액티브 · 매트릭스방식으로 설정했으나, 염가판의 슈우퍼트위스티드 · 네마틱(STN)액정이나 트위스티드 · 네막틱(TN)액정을 사용한 컬러액정표시장치에서는, 박막트랜지스터가 존재하지 않기 때문에, 반드시 이 차광용블랙매트릭스패턴BM은 필요한 것은 아니다. 본 발명은 일반적인 컬러액정표시장치에 관한 것이며, 이 경우도 블랙매트릭스 공정이외는 적용가능하다.
종래, 액정표시장치용 컬러필터의 형성방법은, 주로 사진평판법과정을 사용하는 염색법, 안료분산법, 및 전착법, 인쇄법이 알려져 있다. 이중에서, 제 11도에 가장 일반적인 사진평판법과정을 사용하는 안료분산법의 제조방법을 표시한다. BM형성공정으로서는, 블록매트릭스에 금속크롬등을 성막한 후 포토에 칭법에 의해서 패턴형성하는 것, 감광성의 수지 속에 흑색화로 하기위한 착색제를 첨가하고 도포후 사진평판법과정을 사용해서 형성하는 것등이 있다. 착색화소형성공정으로서는, 안료입자를 내부에 첨가한 감광성재료도포후, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각색마다 노광, 현상을 반복하여 패턴형성한다.
제 11도에 표시한 제조방법에 의해 형성된 일반적인 컬러필터의 단면 구조를 제 12도에 표시한다. 도면중 ITO2는 킬러필터표면에 형성된 투명전극을, PSV2는 착색층의 위에 형성된 투명한 보호막을, FIL(R), Fll(G), FIL(B)는 각 착색된 화소를, SUB2는 유리기판을 BM은 블랙매트릭스를 표시하고 있다. 산화실리콘막SIO는, 용도나 투명기판SUB2재질에 의해서는 형성되지 않는 일도 있다.
통상은 제 12도에 표시한 바와 같이, 컬러필터의 구조는 각화소 혹은 각색마다 모자이크형 상이나 세로줄무늬형상으로 패턴영역이 분리된 착색층FIL(R), FIL(G), FIL(B)의 위에 보호막층PSV2가 형성되고, 또 그위에 투명전극 ITO2가 형성된 구조로 되어 있다. 이와 같이 컬러필터구조를 형성하므로서, 투명전극ITO2형성시의 증착이나 스퍼터링에 의한 200℃가까운 온도나 그후의 모듀올공정에서의 열처리에 대한 내열성을 실용상문제없는 레벨까지 확보할 수 있고, 색재현성이 양호한 컬러필터가 형성된다.
한편, 제조코스트의 저감 및 생산능력향상을 목적으로 3원색의 착색을 일괄해서 행하는 방법이 실용화검토되고 있고, 열전자방식은 그 중의 하나이다. 이하에, 컬러코피, 비데오프린터등에 사용되는 컬러인쇄에 적용되고 있는 열전사방식에 대해서 설명한다. 제조공정을 제 13도(a)에, 제조장치의 대표예를 제 13도(b)에 표시한다. 레지스트도포공정은 수상지를 형성하는 공정이며, 본 예에서는 베이스지에 염착수지층을 도포하고, 또 그위에, 이상(異常)전사방지층을 적층하고 있다, 이상전사방지층은, 열전사시에 잉크가 여분의 영역까지 열확산하지않도록 하는 것이다. 단, 본 발명에서는, 컬러필터의 구조로부터 염료가 여분의 영역까지 열확산하지 않도록 방지하는 방염색영역을 형성하기 때문에, 이상전사방지층은 사용하고 있지않다. 다음에 열전사공정에 의해 상기 수상지를 착색한다. 열전사필름(2)은 폴리에틸렌테레프탈레이트등의 베이스필름의 한쪽에 내(耐)스틱층을 다른쪽에 착색제를 도포한 것이다. 착색재의 색채에 대해서는 황색(Y), 시안색(C), 마젠타식(M)의 3원색을 사용해서 혼색법에 의해 달성한다. 열전사방식에는, 현재 착색제의 종류에 의해 2종의 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 제 1방법은 안료등의 착색제를 예를 들면 왁스에 혼합해서 착색제로 하는 것이며, 가열하므로서 왁스마다 피착색물에 전사한다. 이 착색제를 사용하는 경우의 이점은 피착색물에 보통의 종이를 사용할 수 있다는 것이다. 제 2방법은 제 13도(b)에 표시한 바와 같이, 승화성(昇華性)염료와 바인더수지와의 혼합물을 잉크증(3)으로해서 베이스필름위에 도포한 것을 사용한다. 가열되었을때에 전사되는 부분은 염료이며, 가열에 의한 염료의 승화현상을 이용하고 있다. 피염색층으로서는 투명한 고분자의 염색수지막층이 필요하게 된다.
본 발명은 베이스지 대신에 유리기판등의 투명기판을 사용하는 것, 및 왁스를 사용한 방법은 내열특성에 문제가 있으므로, 보다 좋은 방법으로서 제 2방법을 채용하고 있다. 발열체(4)로서 더어멀헤드를 사용하고 있으나 레이저를 사용할 수도 있다.
이 열전사방식의 제 2방법을 컬러액정표시장치의 컬러필터에 응용한 예는, D,J, Harison과 M,C. Olidfield씨의 "컬러필터어레이의 제조를 위한 열전사방식의 사용법", 비충격인쇄기술증진에 관한 제 9차 국제회의 회의록 페이지 382-384(1993) 및 미합중국특허 제 5,166,126호 명세서에 기재되어 있다.
종래의 컬러필터의 착색층은 제 11도에 표시한 바와같이 사진평판법 공정을 주체로한 방법으로 만들어져 있으나, 제조공정이 길고 코스트업의 최대원인이 되고 있다. 또 사진평판법공정은 반드시 광에 의한 노광과정을 수반하고 있고, 패턴이 미세화하는 것에 수반해서 정밀도가 높은 마스크를 필요로 하는 방법이다. 또 감광된 고분자층을 패턴화하기 위해서는 액체의 약품을 사용한 현상공정이 필수조건이 된다. 다음에, 착색층으로서 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색을 형성할려고하면 상기한 노광, 현상의 공정은 적어도 3회필요하게 된다고하는 문제가 있었다. 또 액정소자에 실제로 사용되었을때, 착색층을 따로따로 형성하기 때문에 각색의 막두께가 불균등하고, 보호막상의 액정구동용의 투명전극이 잘 형성되지않든지, 혹은, 보호막, 투명전극, 배향막을 개재해서 대향전극기판과 일정한 갭을 유지해서 조립할 경우, 각 화소간의 액정LC의 막두께 불균일이 커진다고하는 문제가 있었다. 특히 STN타이프의 액정소자로서는, 응답속도나 시각특성의 개선을 위해서, 액정LC의 막두께 불균일을 TN타이프의 액정소자에 비해서 더욱더 작게할 필요가 있다. 이 때문에, 표면내의 액정LC의 막두께불균일이 있으면 그부분에서 색얼룩불량이 발생하여, 광학특성의 안정화에 대하여 매우 불리하게 된다.
한편, 제 13도(a), 제 13도(b)에 표시한 바와같이 종래의 승화성염료를 사용하는 열전사방식을 제조공정으로서 채용하므로서 착색공정을 간략화하는 일은 가능하다. 그러나, 염료의 열에 의한 승화현상을 이용해서 염색하기 위해서, 염색후 고온에 바래이면, 염료가 착색패턴으로부터 열확산하여, 퇴색이나 색조변동의 원인이된다고하는 문제가 있었다.
본 발명은, 열전사방식을 제조공정으로서 채용하고, 뛰어난 컬러필터의 구조를 채용하므로서, 내열성을 향상시켜서 염료의 혼색을 방지하고, 각 화소에 있는 액정구동의 투명전극인 ITO1과 ITO2사이의 갭불균일을 최소한으로 억제하는 것을 목적으로 하고, 생산성이 높고, 광학특성에 뛰어나고, 고객의 요구사용환경조건을 충분히 만족하는 신뢰성이 높은 컬러액정표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일실시예에 의하면, 열전사 병법으로 3원색의 착색화소를 형성하였다. 착색에는, 노광공정이 없으므로 해서 마스크를 필요로하지 않고, 예를 들면 컴퓨터로 묘화한 데이터를 직접 전사하는 일이 가능한 것이 특징이다. 그밖의 블랙매트릭스 및 투명화소전극의 형성공정에는, 통상의 사진평판법기술을 채용하고 있다. 한편, 블랙매트릭스, 피염색층, 보호막 및 투명화소전극의 재료는 시판의 재료 혹은 후기하는 공개공보에 기술되어 있는 재료를 사용하고 있다. 또, 블랙매트릭스, 보호막 및 투명화소전극의 성막에는 통상의 증착,스피터링 혹은 도포법 등을 채용해서 실현하고 있다.
상기 수단으로 구성된 각 색패턴의 틈새를 충전하는 방염색성영역재료는, 요구되는 내열성에 의해 달라지나, 열에 의해 수평방향으로 염료가 열확산해서 퇴색이나 혼색을 일으키는 것을 방지하는 작용이 있다. 또 상기 착색층의 위에 형성된 투명한 보호막층으로 착색층을 피복하므로서, 염료가 수직방향으로 열확산하는 것을 방지하고 열에 견디는 약점을 동시에 보완하는 작용이 있다. 또, 이 투명한 보호막은, 열전사방식으로 형성된 거의 동등한 막두께의 착색층을 또 피복해서 표면을 한층더 평탄화하는 작용이 있다.
본 발명의 상기 및 기타목적들, 특장, 작동방식 및 신규특징은, 첨부 도면을 참조한 다음 상세한 설명으로 부터 이해될 것이다.
이하 본 발명에 의해서 제작된 컬러액정표시장치와 그 대표적제조방법에 대해서 설명한다.
또한, 전체도면에 있어서, 동일기능을 가지는 것에 대해서는 동일부호를 붙이고, 그 반복되는 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
(실시예 1)
제 1도에 본 발명에 의한 컬러필터쪽 기판의 단면도를 표시한다. 제 12도에 표시한 부분과 동일한 기능을 가지는 것에 대해서는 동일기호를 붙였다. 도면중 FIL은 착색층을 표시하나 제 12도의 경우와는 다르고, FIL(R), FIL(G), FIL(B)층은 투명한 피염착층(1)층에 착색해서 형성하고, FIL(T)의 착색되어 있지 않은 부분에서 영역분할되어, 각색의 겹침이 없는 구조로 되어 있다, 제 6도에 본 발명에 의한 컬러필터쪽 기판의 제조방법의 흐름을 표시한다. 블랙매트릭스BM을 유리기판SUB2위 혹은 유리기판 SUB2위의 피복층SIO위에 형성한다. 차광효과를 고려하여, 본 실시예에서는, 800-1200Å정도의 막두께의 금속크롬의 막을 사용하였다. 그밖에, 금속알루미늄 니켈 혹은 산화크롬과 크롬의 다층막을 사용할 수도 있다. 또, 흑색으로 하기위한 착색제를 첨가한 감광성의 유기막을 사용해서 형성하는 경우도 있으며, 그 때에는 필요하게되는 투과율의 값으로부티 막두께가 결정된다. 시판의 재료로서는, 일본국, 후지헌트회사제CK-5001이나 동닛뽕카세이회사제 KB시리이즈가 있으며, 어느것이나 카본과 흑색안료 혹은 카본과 3원색안료 등과의 혼합계이다. 블랙매트릭스패턴의 형성방법은 전체의 치수정밀도향상을 위해서, 또 다른 착색화소형성 등의 기준이 되기 때문에, 사진평판법공정을 사용하였다. 이상과 같이 미리 블랙매트릭스를 형성한 기판위에 투명한 피염착층(1)을 스핀코트등으로 약 3㎛도포하고, 그후에 가열건조한다. 피염착층(1)을 구성하는 재료로서 여러 가지의 것을 생각할 수 있다. 본 실시예에서는 피염착층(1)으로서, 네가티브형의 감광성을 가진 방향족 함유재료로 아크릴로일기를 부가한 수지조성물을 주로 사용하였다. 또, 방향족 함유재료로서는 노보락(novolack)수지를 사용할 수도 있고, 이들의 감광성수지조성물은, 일본국 특개평4-175753호 공보 및 동 특개평4-175754호 공보에도 예가 표시되어 있다. 그밖에, 미합중국 특허 제 4,923,860호, 동 특허 제 4,962,081호 및 동 특허 제 5,073,534호 등의 명세서에 기재되어 있는 재료로서, 폴리카아보네이트, 염화비닐, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴니트릴, 폴리카프로락톤 등도 가용가능하다. 본 실시예에서는, 착색층의 패턴형성이 불필요하므로, 비감광성의 재료도 사용할 수 있고, 폴리에스테르수지의 일본국 토요보세키회사제 바이론#200이나 셀룰로스아세테이트수지, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴수지 등이 사용가능하다.
투명한 피염착층(1)을 상기 블랙매트릭스BM위에 형성한 후, 미리 승화성 염료(3)을 도포한 예를들면 44㎛정도의 폴리에틸렌테레프탈레이트의 베이스필름으로 이루어진 열전사필름(2)을 개재해서 부분적으로 가열하여, 염료의 승화특성을 이용해서 피염착층(1)을 착색한다. 승화성염료(3)는 열전사되는 피염착층(1)의 종류에 의해서 선택되지 않으면 안된다. 본 실시예에서는, 일본국 닛뽕카야쿠회사제의 시판되고 있는 분산염료, 카티온 염료 등을 사용하였다.
예를 들면, 3원색으로서, 적색에는 카야세트레드B 혹은 카야세트스칼렛926, 녹색에는 카야세트옐로우G와 카야세트블루우714의 혼합물, 청색에는 카야세트블루우714를 사용하는 1조(組), 또는, 황색에는 카야세트옐로우A-G, 시안색에는 카야세트블루우714, 마젠타색에는 카야세트레드b를 사용하는 1조를 채용하였다.
부분적인 가열방식으로서는 발열체(4)로서, 더어멀헤드를 사용하였으나 레이저도 생각할 수있다. 일반적으로 정세도가 높은 패턴을 형성하는 경우에는 레이저쪽이 잘 사용된다. 본 실시예에서는 착색층FIL(R),FIL(G),FIL(B)은, 방염색영역에 투명한 무착색의 영역FIL(T)을 형성해서 분할되어 있고, 투명전극ITO2형성시의 스퍼터링이나 그후의 각종 아닐 공정에서 염료가 수평방향으로 확산해도 혼색을 방지하고, 블랙매트릭스영역내에서 씌워지는 것같이하고 있다.
본 실시예에서는, 착색층FIL(R),FIL(G),FIL(B)의 끝부분은 상기 블랙매트릭스와 겹쳐서 형성되어 있으나, 승화성염료(3)와 염착층(1)의 조합에 의해서는, 확산성이 큰 경우가 있고, 또 투명한 무착색의 영역FIL(T)을 확대하는 것도 필요하다. 또 컬러필터로서의 내열성을 향상시키기위해서 보호막PSV2를 착색층FIL의 위에 형성한다. 피염착재에 의해서도 달라지나, 승화성염료를 사용하고 있기 때문에 염료의 승화온도 근방에서는 착색층FIL(R),FIL(G),FIL(B)의 경계에서 탈색이 일어나서, 컬러필터의 열악화로서 관찰된다. 그래서 염료의 수직방향의 확산 및 승화를 방지하기 위해서 착색층위에 보호막층PSV2를 형성한다. 보호막의 재료로서는 여러가지 것을 생각할 수 있으나, 최종적으로 액정소자의 전극밑바탕막이 되기 위해서는, 투명전극ITO2를 형성하기 때문에, 예를들면 0.24㎛이하의 평탄한 표면의 형성이 가능하다는 것, 상하의 전극기판을 접착하고 있는 시일SL의 재료에 대한 접착성이 좋다는 것, 봉입되는 액정재료LC에 대한 영향이 없는것등 여러 가지의 화학적, 물리적특성이 필요하게 된다, 본 실시예에서는, 일본국 특개평4-96920호 공보에 기재되어 있는 아미노식란변형에폭시수지, 노보락수지의 글리시질에텔화물, 노보락수지 및 유기용제를 소정량혼합한 것을 사용하여, 약 2-3㎛도포 하였다. 그밖에, 유리에 대한 밀착성이 좋은 에폭시계의 열경화형수지도 사용가능하다. 이 열경화형수지는, 열변형온도를 높게 설정할 수 있기 때문에, 컬러필터자체의 내열성향상에도 연결되고, 또 투명전극ITO2의 밑바탕으로서도 충분한 평탄성을 만족시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 보호막PSV2위에 투명전극ITO2를 스퍼터링으로 형성하고, 사진평판법공정을 사용해서 패턴형성한다. 액티브매트릭스의 경우에는 미리 투명전극ITO2의 형성되지 않는 부분을 중앙에 개구구멍이 뚫린 프레임을 사용해서 감추고, 그 후 스퍼터링등으로 성막을 행하여, 사진평판법에 의한 패턴형성을 하지 않는 경우도 있다.
(실시예 2)
또, 내열성을 향상시키는 예로서, 제 2도에 컬러필터의 구조의 요부단면도를 표시한다. 제조공정예로서는, 제 7도에 표시한 바와같이, 먼저 투명한 피염착층(1)인 감광성수지를 블랙매트릭스위에 도포형성하고, 그후 사진평판법공정에 의해 각 화소 혹은 각색에 대응한 착색층패턴 FIL(R),FIL(G),FIL(B)을 형성해둔다. 본 실시예에서는, 피염착층(1)으로서(실시예1)에 기재한 감광성수지를 사용하였다. 즉, 네가티브의 감광성을 가진 방향족함유재료로 아크릴로일기를 부가한 수지조성물을 주로 사용하고, 스핀코트 등으로 약1∼1.5㎛의 막두께범위에서 도포한다. 본 실시예에서는, 피염착층(1)으로서, 종래와 같이 각원색마다 사진평판법공정을 반복하는 것은 아니고, 1회의 사진평판법 공정에서 전체색의 패턴을 한번에 형성한다. 컬러필터의 색배열에 대응해서 모자이크형상이나 세로줄무늬 형상등이 형성된다. 3원색의 패턴의 단면현상은, 제 2도에 표시한 바와같이, 각화소 혹은 각색마다의 패턴사이가 서로 홈에 의해 틈새를 형성하여, 영역분할하도록 형성한다. 그후의 착색방법은(실시예1)과 마찬가지이다.
(실시예 3)
(실시예 2)에 있어서 각화소 혹은 각색에 대응한 착색층 FIL(R), FIL(G), FIL(B)패턴을 형성했으나, 제 3도에 표시한 바와 같이, 혼색에 대한 방염색효과를보다 높이기 위해서 상기 착색층의 표면에 투명한 무기막 혹은 전혀 염착기능을 가지고있지않은 유기막으로 제 2보호막PSV3을 형성한다. 본 실시예에서는, 무기질의 막으로서는, SiO2를 약 100Å스퍼터하고 있으나, 투명하면되고, 투명전극막ITO2의 재료도 사용가능하다. 막두께는 50Å로부터 100Å정도 있으면 되나 특히 규정되는 것은 아니고 염료의 확산을 방지할 수 있으면 된다. 형성하는 방법으로서는 스퍼터, 증착등이 있으나 저온으로 성막가능한 방법을 선택할 필요가 있다. 한편, 보호막PSV3의 재료로서, 유기계의 재료를 생각할 수 있으나, 투명도가 높고 비교적 가교밀도가 높은 재료가 좋다. 특히 플라스틱렌즈등의 표면경화막으로서 사용되는 아크릴계의 수지가 뛰어나 있다. 또, 보호막과의 밀착성을 고려하여 에폭시계의 재료도 사용할 수 있다.
이 염료의 확산방지층PSV3을 형성한 후, 각 화소간의 평탄성을 향상시키기 위해서 보호막층PSV2를 형성한다. 보호막층PSV2에는 (실시예2)기재의 재료를 사용하였다. 또 보호막층위에 전극층ITO2를 형성한다. 확산방지층위에 직접 전극층을 형성하는 방법, 구조도 생각할 수 있으나 화소간의 평탄화를 고려하면 보호막층PSV2를 형성한 구조의 쪽이 뛰어나 있다.
(실시예 4)
내열성에 뛰어나고, 투과율이 낮은 재료를 함유한 블랙매트릭스재료를 사용해서, 착색패턴사이의 방염색영역을 충전하므로서 착색층의 염료의 가로방향의 확산을 방지할 수 있다.
제 4도에 본 실시예에 의한 컬러필터의 구조의 요부단면도를 표시한다. 제조공정예로서는, 제 8도에 표시한다. 본 실시예에서는 블랙매트릭스재료에 시판의 일본국, 후지헌토회사제CK-5001 혹은 일본국, 닛뽕카세이회사제BKR시리이즈를 사용하였다. 어느것이나 카본과 흑색안료 혹은 카본과 3원색안료와의 혼합계이며, 광을 조사(照射)하므로서 가교하는 성질을 가진 감광성재료이다. 블랙매트릭스의 패턴형성방법은 전체의 치수징밀도 향상을 위해서, 또 다른 화소형성등의 기준이되기 때문에, 사진평판법공정을 사용해서 패턴을 형성한다. 또, 형성된 블랙매트릭스는, 그후의 열처리를 실시하므로서 변형이나 퇴색하지않도록 오븐 등으로 가열처리하며 안정화할 수도 있다. 블랙매트릭스의 막두께는 그 광학특성인 차광성에 의해서 결정되나, 본 실시예에서는, 약 1.0∼1.5㎛로 하였다. 이상과 같이 미리 블록매트릭스를 형성한 기판위에 투명한 피염착측(1)을 도포한다. 피염착층(1)에는, 네가티브형의 감광성을 가진 방향족 함유재료로 아크릴로일기를 부가한 수지조성물을 주로 사용하고, 스핀코트 등으로 도포한다. 피염착층(1)에는, 네가티브형의 감광성을 가진 방향족 함유재료로 아크릴로일기를 부가한 수지조성물을 주로 사용하고, 스핀코트 등으로 도포한다. 피염착층(1)을 도포후, 자외선원(5)으로부터의 배면노광에 의해 상기 블랙매트릭스BM의 패턴을 마스크 대신에 사용하고, 1회의 노광, 현상공정으로 3 원색의 패턴을 한번에 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스BM의 최외주패턴의 바깥쪽에 피착하고 있는 피염착층(1)은, 기판의 절단시에 이물로서 유효화소부에 침입하는 가능성이 있기 때문에, 제거하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 이 주변의 피염착층(1)을 씌우도록, 口자형의 흑프레임의차광판을 자외선원(5)과의 사이에 설치하고, 노광시에는 중앙의 개구부만 자외선이 통과하고, 화소형성부 부근에 자외선이 닿도록 하고 있다. 이 방법에 의해, 현상시에 각색의 패턴을 형성하는 것과 동시에 주변의 피염착층(1)을 제거하였다. 자외선조사강도 및 현상시간은, 현상후에 있어서의 블랙매트릭스와 피염착층(1)과의 막두께차가 0.5㎛이하가 되도록 설정하였다. 이 구조에 의하면 각색의 착색층이, 제 4도에 표시한 바와 같이, 미리 만들어진 블랙매트릭스에 의해 분할되어 있고, 동일 평면상에서의 염료의 확산에 의한 혼색이 방지될 수 있는 형상으로 되어있다. 또 컬리필터로서의 내열성을 향상시키기 위해서 보호막PSV2를 착색층, 블랙매트릭스층 위에 형성하고, 그후에 보호막PSV2의 위에 투명전극 IT02를 스퍼터링등으로 형성된다. 본 실시예는, 블랙매트릭스BM패턴이, 가로방향의 염료의 확산방지층의 역할을 하기 때문에, 내열성을 확보할 수 있다. 또, 피염착재가, 배면노광법에 의해 자기정합적으로 작성할 수 있고, 패턴정밀도가 좋고, 과정공정도 적어도 된다.
또, BM패턴과의 막두께차도 작게제어할 수 있기 때문에, 최적한 방법이라고 할 수 있다.
(실시예 5)
(실시예 4)에 있어서 착색층은 블랙매트릭스를 형성한 후에 형성하는 공정으로 했으나, 반대의 공정을 취하는 것도 가능하다. 제 5도에 본 실시예에 의한 컬러필터구조의 요부단면도를 표시한다. 제조공정예로서는, 제 9도는 표시한 바와같이, 먼저 투명기판위에 스핀코트등으로 약 1.0-1.5 ㎛의 막두께범위에서 피염착층(1)을 도포한다. 그후, 통상의 사진평판법을 사용한 노광, 현상에 의해, 3원색에 대응하는 각 패턴을 형성한다. 이때 각 패턴사이는 틈새를 가지고 영역분할해서 형성한다. 그후의 각색패턴의 착색방법은 (실시예 1)과 마찬가지이다. 다음공정에서는 감광성을 가진 흑색의 고분자재료를 스핀코트 등으로 도포한다. 블랙매트릭스재료로서는 (실시예 4)에 표시한 것을 사용할 수 있다. 다음에 각색페턴이 형성된 유리기판SUB2쪽으로부터 자외선을 조사하고, 3원색패턴의 틈새의 감광성흑색고분자재료를 경화시킨다. 그후에 여분의 흑색고분자수지를 현상액을 사용해서 제거한다. 흑색고분자재료의 투명기판으로부터의 막두께로서는, 3원색패턴과의 막두께차를 0.54㎛이하가 되도록, 자외선 노광량 및 현상 시간을 조정하였다. 또 컬러필터로서의 내열성을 향상시키기 위해서 보호막PSV2를 착색층 및 블랙매트릭스층위에 형성한다. 그후, 보호막PSV2위에 투명전극ITO2를 스퍼터링등으로 형성하는 공정은 (실시예 1)과 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 컬러액정표시장치 및 그제조 방법에 의하면, 승화성염료를 사용해서 피염색층을 건식(乾式)으로 염색할 수 있고, 대폭적으로 제조공정을 간략화, 단축할 수 있다. 그 결과 대폭적인 원가저감을 도모할 수 있다. 광학특성으로서는, 염료를 사용하고있기 때문에 안료를 사용한 계통(系)에 비해 뛰어나있고, 또 3원색의 각패턴부의 막두께가, 어느것이나 동등하며, 또 보호만의 피복에 의해 평탄성을 한층 향상할 수 있고, 액정소자를 제작하는 경우에 소자의 광학특성을 가장 좌우하는 인자인 상하기판사이의 갭불균일을 최소한으로 억제할 수 있다. 그 결과 액정소자내의 콘트라스트등 광학특성의 불균일을 억제할 수 있다. 또, 착색층의 각 패턴사이에 방염색영역을 형성하고, 또 내열성이 양호한재료로 각 색패턴을 피복하므로서, 승화성 염료의 결정인 내열성이 낮은 점을 향상시킬 수 있다.
제 1도는 본 발명에 관한 컬러필터구조의 실시예의 요부단면도
제 2도는 본 발명에 관한 컬러필터구조의 실시예의 요부단면도
제 3도는 본 발명에 관한 컬러필터구조의 실시예의 요부단면도
제 4도는 본 발명에 관한 컬러필터구조의 실시예의 요부단면도
제 5도는 본 발명에 관한 컬러필터구조의 실시예의 요부단면도
제 6도는 본 발명에 관한 컬러필터의 제조공정을 설명하는 요부단면도
제 7도는 본 발명에 관한 컬러필터의 제조공정을 설명하는 요부단면도
제 8도는 본 발명에 관한 컬러필터의 제조공정을 설명하는 요부단면도
제 9도는 본 발명에 관한 컬러필터의 제조공정을 설명하는 요부단면도
제 10도는 액티브 · 어드레싱액정표시소자의 요부단면도
제 11도는 종래의 컬러필터의 제조방법예를 표시한 공정도
제 12도는 종래의 제조방법에 의해 제작된 컬러필터의 요부단면도
제 13도는 종래의 열전사방식의 제조공정의 일예를 표시한 공정도와 제조장치의 일예를 표시한 도면
(1) . . . 피염착층 (2) . . . 열전사필름
(3) . . . 승화성염료 (4) . . . 발열체
(5) . . . 자외선원 ITO1 . . . 투명화소전극
ITO2 . . . 공통투명화소전극 FIL . . . 착색층
SUB1 . . . 하부투명유리기판 SUB2 . . . 상부투명유리기판
GT . . . 게이트전극 AS . . . 반도체층
BM . . . 차광막 PSV1, PSV2 . . . 보호막
FSV3 . . . 염료확산방지층

Claims (4)

  1. 투명기판상에 미리 투과율이 낮은 재료를 포함한 고분자재료를 사용해서 개구부를 가진 블랙매트릭스의 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 블랙매트릭스의 패턴위에 네가티브형의 감광성수지로 이루어진 투명한 피염착층을 도포하는 공정과,
    상기 피염착층을 상기 블랙매트릭스의 패턴을 사용해서 상기 투명기판쪽으로부터 배면노광하고, 또한 상기 배면노광된 피염착층을 현상해서 상기 블랙매트릭스의 개구부에 대응한 피염착층의 패턴을 형성하는 공정과, 상기 블랙매트릭스의 개구부에 대응하는 상기 피염착층의 패턴의 각각에 3 원색의 착색제의 어느 것을 열전사해서 상기 피염착층의 패턴으로 3원색의 착색층을 형성하는 공정과,
    상기 착색층 및 상기 블랙매트릭스의 위애 투명한 보호막과 투명한 전극을 형성하는 컬러액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피염착층의 패턴을 상기 블랙매트릭스의 개구부로 분할하는 컬러액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배면노광은 자외선원을 사용해서 행하는 컬러액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 피염착층에는 아크릴로일기를 부가한 수지 조성물을 사용하는 컬러액정표시장치의 제조방법.
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