KR100420142B1 - 칼라필터의블랙매트릭스층형성방법및그장치 - Google Patents

Abstract

칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성방법 및 그 장치를 개시한다. 상기 블랙 매트릭스층의 형성장치는 칼라 필터의 기판의 상면에 블랙매트릭스 층을 형성하기 위한 필터 또는 기판의 상면에 도포된 물질층에 레이저 빔을 조사하여 블랙매트릭스 층을 형성하는 것으로, 레이저빔 발생원과, 상기 레이저빔 발생원의 빔궤도상에 설치되어 레이저빔 발생원으로부터 조사된 빔을 다수의 빔으로 분리하는 빔 분리수단과, 상기 분리 수단에 의해 분리된 빔의 세기를 조정하며 분리된 각 각 빔이 선택적으로 조사되도록 하는 빔 조정수단과, 상기 빔 조정수단의 하부에 위치되며 상기 기판을 X,Y방향으로 이동시키는 스테이지와, 상기 빔 조정수단에 의해 조정된 빔을 블랙 매트릭스층의 패턴 형성부위와 대응되는 부위에 상기 빔 조정수단과 스테이지의 이동을 제어하는 제어수단을 포함하여 된 것에 특징이 있다.

Description

칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성 방법 및 그 장치

본 발명은 블랙 매트릭스층의 방법 및 그 장치 관한 것으로, 더 상세하게는 각종 칼라 필터의 화소 상호간의 간섭을 방지하기 위한 블랙 매트릭스층(black matrix layer)의 형성방법 및 그 장치에 관한 것이다.

통상적으로 칼라 화상을 형성하는 칼라 액정표시소자, 칼라 음극선관 등은칼라 화상을 이루는 각 화소의 사이에 비발광성 흡수층인 블랙 매트릭스 층이 형성되어 인접하는 화소간의 혼색(색번짐 현상)을 방지하게 됨으로써 콘트라스트 (constrast)를 향상시키게 된다.

상술한 바와 같은 블랙 매트릭스 층의 갖춰야할 기본 조건은 서로다른 화소로부터 발하는 광의 상호간에 리크(leak)되는 것을 방지할 수 있어야 한다. 즉, 광학농도가 상대적으로 커야된다. 이 광학농도는 투과율의 역수에 상용로그를 취한 값으로, 통상적으로 STN용 LCD의 칼라 필터에 사용되는 블랙 매트릭스 층의 광학 농도는 2.5 이상이 요구되고, TFT 액정 표시소자의 칼라 필터에 사용되는 블랙 매트릭스 층의 광학 농도는 3 이상이 요구된다. 또한 소정의 패턴으로 형성된 블랙 매트릭스 층은 그 전반에 걸쳐 두께차가 작아야 한다. 이 두께의 차이는 액정표시소자의 셀갭(cell gap)에 직접적인 영향을 미치게 되므로 높이의 차가 큰 경우 각 부위에서 휘도가 불균일 하게 된다.

상술한 바와 같은 블랙 매트릭스층, 특히 액정 표시소자의 칼라 필터에 있어서의 블랙 매트릭스층를 형성하는 방법은 크게 광식각 (photolitograpy) 기법을 이용한 안료분산법과 전기도금법을 이용한 전착법, 그리고 소정의 착색 층(coloring layer)에 강한 레이저 광을 조사하여 패턴을 기판에 전사시키는 전사법이 있다.

상술한 방법중 가장 일반적으로 사용되는 안료분산법은 먼저 기판에 블랙 매트릭스 층을 이루는 물질인 Cr, Cr/CrROx를 이용하여 다층 금속막을 스퍼터링 법으로 형성하고, 이 막에 감광막(photoresist)를 형성한 후 노광 현상 에칭 등의 공정을 수행하여 제조한다.

이와 같은 안료분산법을 이용하여 블랙매트릭스 층을 형성하는 경우 안정된 광식각을 이용함으로써 우수한 블랙 매트릭스층을 형성할 수 있으나 고청정도의 크린 룸(clean room)이 요구되고 제조공정이 복잡하다는 단점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 극복하기 위한 방법이 상술한 레이저 전사법인데, 이 레이저 전사법은 칼라 프린트기술과 유사한 원리에 근거한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 상면에 추력층(propulsion; 11)과 블랙 매트릭스층을 이루는 물질층(12)이 형성된 필름(10)을 기판(100)의 상면에 밀착시키고 상기 필름(10)에 형성하고자하는 패턴에 따라 레이저 빔(200)을 조사하여 빔에 쪼여진 부분에서 발생되는 주력에 의해 물질층(12)이 기판(100) 상면에 전사되는 원리를 이용한 것이다.

상술한 바와 같이 칼리 필터의 기판에 블랙 매트릭스 층을 형성하는 것은 단순한 스트립형상의 제조에는 문제가 없으나 윈도우 타입(window type)의 칼라 필터를 제작하는 경우 원하는 직경보다 작은 직경을 갖는 빔을 여러번 반복해서 패턴을 형성시켜야 하므로 복잡한 패턴의 블랙 매트릭스 층을 형성하기 어렵고 형성된 블랙 매트릭스층의 두께가 일정하지 않게 되는 문제점이 있다.

도 1은 종래 블랙 매트릭스층을 형성하기 위한 장치를 개략적으로 나타내 보인 측면도,

도 2는 본 발명에 따른 블랙 매트릭스층 형성장치를 나타내 보인 도면.

도 3은 빔의 분할 수단을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10; 필름

21; 레이저빔 발생원 22; 빔 분할수단

23; 빔 조정수단 25; 스테이지

100; 기판

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 형상이 복잡한 패턴의 블랙 매트릭스 층을 형성할 수 있는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 한 번의 스캔으로 다수의 블랙 매트릭스 층의 패턴을 이루는 스트립을 형성할 수 있는 칼라 필터의 블랙 매트릭스 층을 형성하는 방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 칼라 필터의 기판에 소정 패턴의 블랙 매트릭스 층을 형성하는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성방법에 있어서, 단일의 레이저 빔을 동일한 위상차를 갖는 다수의 빔으로 분리하는 빔 분리단계와, 상기 분리된 각 빔을 상기 패턴을 형성하기 위한 조사위치에 맞는 세기로 조절하며 패턴의 형성부와 대응되는 빔이 조사되도록 스위칭하는 빔 조정단계와, 상기 빔의 세기 조절이 완료된 빔을 기판의 상면에 위치되는 패턴을 형성하기 위한 필름 또는 블랙매트릭스 층을 형성하기 위한 기판의 물질층에 조사하는 빔조사단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

상기 방법을 실시하기 위한 본 발명 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성장치는, 칼라 필터의 기판의 상면에 블랙매트릭스 층을 형성하기 위한 필터 또는 기판의 상면에 도포된 물질층에 레이저 빔을 조사하여 블랙매트릭스 층을 형성하는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성장치에 있어서, 레이저빔 발생원과, 상기 레이저빔 발생원의 빔궤도상에 설치되어 레이저빔 발생원으로부터 조사된 빔을 다수의 빔으로 분리하는 빔 분리수단과, 상기 분리 수단에 의해 분리된 빔의 세기를 조정하며 분리된 각 각 빔이 선택적으로 조사되도록 하는 빔 조정수단과, 상기 빔 조정수단의 하부에 위치되며 상기 기판을 X,Y방향으로 이동시키는 스테이지와, 상기 빔 조정수단에 의해 조정된 빔을 블랙 매트릭스층의 패턴 형성부위와 대응되는 부위에상기 빔 조정수단과 스테이지의 이동을 제어하는 제어수단을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 칼라 필터의 블랙 매트릭스 형성방법은 칼라 필터의 각 화소사이에 기재되어 화소 상호간을 색간섭을 방지하기 위한 블랙 매트릭스 층을 형성하기 위한 것으로, 레이저빔 발생원의 빔궤도상에 단일의 레이저 빔을 동일한 위상차를 갖는 다수의 빔으로 분리하는 빔 분리단계와, 상기 분리된 각 빔을 상기 패턴을 형성하기 위한 조사위치 따라 소정의 세기로 조정하며 빔의 조사를 단속하는 빔 조정단계를 포함한다. 상기 빔을 복수의 빔으로 분리하는 단계에 있어서, 단일의 빔으로부터 분리된 빔은 세기와 위상차가 같아야 한다. 그리고 상기 빔 조정단계에 있어서, 빔의 세기 조정은 빔이 서로 다른 매질 사이를 지날 때 계면(boundary surface)에서의 반사와 굴절되는 정도가 빔이 입사되는 각도와 흡수율 및 매질의 굴절율에 의존하게 되므로 분리된 각 빔이 통과하는 프리즘의 매질 굴절율비를 조정하면 투과와 반사되는 빛의 세기를 조정할 수 있으며 빔의 조사를 단속할 수 있다. 상기와 같이 분리된 빔의 세기조정이 완료되면 이 광을 상기 블랙 매트릭스 물질막이 형성된 기판 또는 기판의 상부에 전사를 위한 필름에 패턴에 따라 각 빔을 선택적으로 조사하는 조사단계를 수행하여 블랙 매트릭스 층을 기판에 형성한다. 여기에서 상기 기판에 도포되는 물질층은 Cr, CrNx, CrOx 등으로 형성함이 바람직하다.

상술한 칼라 필터의 블랙 매트릭스층을 형성하기 위한 방법을 수행하기 위한 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성장치의 일 실시예를 도 2에 나타내 보였다.

이 칼라 필터에 블랙 매트릭스 층을 형성하기 위한 장치는 블랙 매트릭스층을 형성하기 위한 물질층이 형성된 기판 또는, 그 하면에 추력층(11)과 블랙매트릭스 물질층(12)이 형성되며 기판(100)의 상면에 밀착된 필름(10)에 소정 패턴의 블랙매트릭스 층을 형성하기 위한 복수의 빔을 조사하는 것이다.

이 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성장치는 레이저빔 발생원(21)과, 상기 레이저 발생원의 전면에 설치되어 단일의 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분리하는 빔 분리수단(22)와, 상기분리된 레이저 빔의 세기를 조정하며 기판에 형성하고자하는 패턴과 대응되는 분할된 빔의 조사를 단속하는 빔 조정수단(23)을 포함한다.

상기 레이저 발생원(21)은 고체 레이저, 또는 CO2,CO 레이저와 같은 기체 레이저를 사용함이 바람직하다. 그리고 상기 빔 분리수단(22)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 레이저 발생원(21)으로부터 조사된 빔을 제1반사판(22a)과 이 반사판(22a)를 통하여 반사된 빔이 조사되는 복수의 빔스프리터(22b)와, 상기 빔스프리터(22b)를 통과한 빔을 빔 조정수단(23)측으로 반사하는 제2반사판(22c)를 구비하여 구성된다. 상기 각 빔스프리터(22b)는 이를 통과한 빔의 세기가 동일하도록 각각의 굴절율이 정확하게 계산되어야 한다.

또한 상기 빔 조정수단은 전기적 신호를 이용하여 매질의 굴절율을 변화시켜 빛의 진행 경로를 변경시킴으로써 빛의 세기의 조정할 수 있으며, 분할된 빔을 단속하는 스위칭 가능을 가진다. 이러한 빔 조정수단은 통상적인 음향 광학 소자가 사용된다.

그리고 상기 빔 조정수단의 수직하부에는 상기 기판(100)을 X,Y 방향으로 이동시키기 위한 스테이지(25)가 설치되고, 상기 스테이지(25)와 빔 조정수단(23)의 사이에 개재되는 포커싱 렌즈군(24)과, 상기 포커싱 렌즈군(24)로부터 포커싱된 각 분할된 빔이 통과하는 복수의 빔가이드부(optical fiber bundle;27)가 설치된다. 상기 포커싱 렌즈군(24)와 분할된 빔수와 동일하게 분할된 분할렌즈가 결합되어 이루어지며, 상기 빔가이드부(27)는 분할된 빔이 분할된 분할렌즈를 통과한 각각의 빔을 가이드할수 있도록 파이버 다발로 이루어진다.

상기 빔 조정수단에 의한 분리된 각 빔의 세기 조정과 상기 스테이지(25)의 이송을 블랙 매트릭스층을 형성하기 위한 패턴에 따라 제어하는 제어수단(28)이 더 구비된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 칼라 필터의 블랙 매트릭스 형성장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 기판(100)의 상면에 블랙 매트릭스 층을 형성하기 위해서는 하면에 주력층(11)과 블랙매트릭스 형성 물질층(12)이 형성된 필름(100)를 상기 기판(100)에 밀착시킨다. 이때에 상기 필름(10)의 물질층(12)이 상기 기판(100)의 상면과 대향되어야 한다.

이 상태에서 상기 기판(100)을 스테이지(25)에 고정시키고 레이저 발생원(21)으로부터 빔을 빔분할수단(22) 측으로 조사한다. 이와 같이 하면 상기빔분할수단(22)로 조사된 단일의 빔은 복수의 빔스프리터(22b)를 통과하면서 분할되고 이 분할된 빔은 빔 조정수단(23)인 음향 광학소자를 통과하면서 세기가 조정된 후 포커싱 렌즈군(23)과 빔가이드부(27)를 통하여 기판에 조사된다.

상기와 같이 빔이 조사되는 과정에서 기판(100)에 형성하고자하는 블랙매트릭스층 패턴과 일치되는 부분만 빔이 조사되고 그 이외의 부분의 빔은 차단된다. 이 빔의 차단은 상기 음향광학소자에 의해 이루어지는데, 상술한 바와 같이 전기적 신호를 이용하여 빔스프리터의 매질의 굴절율을 변화시킴으로서 차단하게 된다. 이와 같은 작용은 상기 제어수단에 의해 기판이 설치된 스테이지(25)의 운동과 병행하여 이루어진다.

상술한 바와 같이 빔이 필름에 조사되면 상기 빔에 의해 필름의 추력에 의해 블랙 매트릭스 물질을 밀어내어 기판에 전사시키게 된다.

상술한 바와 같이 기판에 블랙 매트릭스 층을 형성하는 것은 블랙매트릭스층의 패턴이 복잡하거나 스트라이프 타입이 아니어도 상기 통과하는 영역내에서 패턴에 따라 선택적으로 조사되는 영역이 제어됨으로써 형성할 수 있다.

기판에 블랙매트릭스층의 형성은 기판에 직접 도포된 블랙매트릭스 물질층을 가공하여 형성할 수도 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 도면에 도시된 일 실시예를 들어 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본원 기술분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (5)

1. 칼라 필터의 기판에 소정 패턴의 블랙 매트릭스 층을 형성하는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성방법에 있어서,

   단일의 레이저 빔을 발생시키는 단계와,

   상기 발생된 단일의 레이저 빔을 동일한 세기와 동일한 위상차를 가지며 상기 블랙 매트릭스층 패턴에 대응되는 다수의 빔으로 분리하는 빔 분리단계와,

   상기 분리된 각 빔의 진행 경로를 변경하고 각 빔의 세기를 조절하는 빔 조종단계와,

   상기 조종이 완료된 각 빔을 기판의 상면에 위치되는 패턴을 형성하기 위한 필름 또는 블랙매트릭스 층을 형성하기 위한 기판의 물질층에 조사하는 빔 조사단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 빔 조정단계는 상기 분리된 각 빔이 통과하는 각 매질의 굴절율을 변화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성방법.
3. 칼라 필터의 기판의 상면에 형성된 전사필름 또는 칼라 필터의 기판의 상면에 도포된 물질층에 레이저 빔을 조사하여 블랙매트릭스 층을 형성하는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성장치에 있어서,

   레이저빔 발생원과, 상기 레이저빔 발생원의 빔궤도상에 설치되어 레이저빔 발생원으로부터 조사된 빔을 다수의 빔으로 분리하는 빔 분리수단과,

   상기 분리 수단에 의해 분리된 빔의 세기를 조정하며 분리된 각 빔이 선택적으로 조사되도록 하는 빔 조정수단과,

   상기 빔 조정수단의 하부에 위치되며 상기 기판을 X,Y방향으로 이동시키는 스테이지와,

   상기 빔 조정수단에 의해 조정된 빔을 블랙 매트릭스층의 패턴 형성부위와 대응되는 부위에 상기 빔 조정수단과 스테이지의 이동을 제어하는 제어수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 칼라 필터층의 블랙 매트릭스층 형성장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 빔 분리수단이,

   상기 레이저 발생원으로부터 조사된 빔을 제1반사판과, 이 반사판를 통하여 반사된 빔이 조사되는 복수의 빔스프리터와, 상기 빔스프리터를 통과한 빔을 빔 조정수단측으로 반사하는 제2반사판을 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터층의 블랙 매트릭스 형성장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 각 매질의 굴절율 변화는 상기 각 매질에 전달되는 전기적 신호를 변화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 블랙 매트릭스층 형성방법.