KR100546701B1 - 액정표시장치의 칼라필터 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 제조방법에서는, 우선, 투명기판 위에 잉크제트법에 의해 R,G,B 화소(color element)를 형성한 후, 잉크제트법에 의해 형성된 화소 사이에 흑색잉크를 분사하여 블랙메트릭스를 형성한다. 따라서, 종래의 블랙메트릭스 형성방법과 달리 사진식각과 같은 복잡한 공정이 필요하지 않고, 블랙메트릭스가 형성되는 영역 이외에는 블랙메트릭스 재료를 형성하지 않기 때문에, 블랙메트릭스 형성을 위한 재료비용이 절감되고 공정시간이 단축된다.

Description

액정표시장치의 칼라필터 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A COLOR FILTER OF A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치의 칼라필터를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히, 블랙메트릭스를 잉크제트법을 형성하는 액정표시장치의 칼라필터 제조방법에 관한 것이다.
평판표시장치(flat panel display device)로서 널리 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display device)는 칼라화를 위하여 삼원색으로 구성된 칼라필터를 필요로 한다.
이러한 액정표시장치용 칼라필터 제조방법으로 염색법(dye method), 안료분산법(pigment dispersion method), 전착법(electro deposition method), 및 인쇄법(print method) 등이 일반적으로 이용되고 있다.
이러한 칼라필터 제조방법 중 염색법이나 안료분산법은 미세한 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있지만, 삼원색 각각에 대해 사진식각(Photo lithography) 공정을 해야하기 때문에 제조 공정이 복잡하게 된다.
전착법은 각 색마다 전착 및 정착공정을 반복하기 때문에 제조 공정이 복잡하게 된다.
인쇄법은 칼라필터층의 두께를 균일하게 제어하기 힘들다는 문제점이 있다.
이러한 칼라필터 제조방법 이외에, 비교적 간단한 공정으로 미세한 패턴을 용이하게 제조할 수 있는 잉크제트법에 의한 칼라필터 제조방법이 있다.
잉크제트법에 의한 칼라필터 제조방법은 일반적으로 다음과 같은 공정을 거치게 된다.
우선, 투명기판 위에 Cr 등의 금속막 또는 흑색수지(black resin)막을 도포한 후 사진식각방법 등으로 패터닝하여 화소가 형성되는 화소영역 이외의 경계로서 격벽을 형성한다. 이때, 격벽은 액정표시장치의 박막트랜지스터, 게이트배선, 및 데이터배선 영역으로 빛이 새지 않게 하여 콘트라스트비를 높이는 블랙메트릭스 역할을 겸한다.
이어서, 격벽 사이의 투명한 개구부로 정의되는 화소영역에 잉크제트법으로 적색, 녹색, 및 청색 잉크를 주입하여 적색, 녹색, 및 청색 화소(color element)를 형성한다.
이러한 잉크제트법에 의한 액정표시장치용 칼라필터 제조방법은 간단한 공정으로 정교한 칼라패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 격벽을 형성하기 위하여 사진식각 공정을 실시하기 때문에 공정이 복잡해지고, 격벽이 형성되지 않는 부분의 금속막 및 블랙수지막을 제거해야 하기 때문에 재료비용이 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 간단한 공정과 적은 재료비용으로 블랙메트릭스를 형성할 수 있는 칼라필터 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라필터 제조방법은 복수의 화소 영역 및 블랙메트릭스 영역을 갖는 기판의 화소 영역에 화소(color element)를 형성하는 단계와, 상기한 화소가 형성된 기판의 블랙메트릭스 영역 위에 잉크제트법으로 흑색 잉크방울을 분사하여 블랙메트릭스를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 칼라필터 제조방법은 복수의 화소 영역 및 블랙메트릭스 영역을 갖는 기판의 블랙메트릭스 영역 위에 잉크제트법으로 흑색 잉크방울을 분사하여 블랙메트릭스를 형성하는 단계와, 상기한 블랙메트릭스가 형성된 기판의 화소 영역에 화소를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따라, 상기한 화소 및 상기한 블랙메트릭스를 형성하기 전에, 상기한 기판 위에 소수성막(hydrophobic layer)을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것도 가능하다. 이때, 상기한 소수성막을 플루오르아크릴 폴리머(Fluoroacrylate Polymer, -(CnF2n+1C2H4OCOCH-CH2)k-)로 형성하는 것이 바람직하며, 상기한 화소를 잉크제트법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 블랙메트릭스를 잉크제트법에 의해 형성하는 것이 특징이므로, 칼라필터 제조방법에 국한 되지 않으며, 잉크제트법에 의해 액정표시장치의 블랙메트릭스만을 형성하는 방법을 모두 포함한다.
본 발명에서는 블랙메트릭스를 잉크제트법에 의해 형성하기 때문에, 종래의 블랙메트릭스 형성방법과 달리 사진식각과 같은 복잡한 공정이 필요하지 않고, 블랙메트릭스가 형성되는 영역 이외에는 블랙메트릭스 재료를 형성하지 않기 때문에, 블랙메트릭스 형성을 위한 재료비용이 절감된다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a - 1e는 본 발명에 따른 제1실시예의 칼라필터 제조방법을 나타낸 도면으로서, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 우선, 투명기판(11) 위에 소수성막(hydrophobic or repellent layer)(12)을 도포한다. 이때, 플루오르아크릴 폴리머(Fluoroacrylate Polymer, -(CnF2n+1C2H4OCOCH-CH2)k-)를 소수성막(12)을 위한 재료로서 이용하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 잉크제트법에 의해 도면에 표시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로부터 삼원색으로써의 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 색소방울(13)을 소수성막(12) 위에 분사한다. 이때, 색소방울(13)이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 액정표시장치의 화소전극이 형성되는 화소영역과 대응하는 부분에 색소방울이 형성되도록 한다.
소수성막(12) 위에 분사된 색소방울(13)은 그 외측면과 소수성막(12)의 표면과 만나는 경사각(A)이 소수성막을 형성하지 않았을 때보다 큰 각인 80o - 95o의 범위로 형성되어, 인접한 색소방울과의 혼색이 방지된다. 따라서, 소수성막(12)을 형성하지 않을 때 보다 큰 정밀도로 색소방울(12)을 형성할 수 있다.
이어서, 경화(curing)를 위한 베이킹을 실시하여 도 1c에 나타낸 바와 같은 삼원색(R,G,B) 화소(14)를 형성한다.
이어서, 본 발명의 특징으로서, 잉크제트법으로 화소(14) 사이에 도면에 표시하지 않은 잉크제트헤드로부터 흑색 잉크를 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여, 도 1d에 나타낸 바와 같은 블랙메트릭스(15)를 형성함으로써, 칼라필터를 완성한다.
이때, 흑색 잉크가 분사되는 양과 위치를 조절하여 액정표시장치의 박막트랜지스터, 게이트배선, 및 데이터배선이 형성되는 영역과 대응하는 위치에 블랙메트릭스(15)가 형성되도록 한다.
도 2a -2c는 본 발명의 제2실시예에 따른 칼라필터 제조방법을 나타낸 도면으로서, 우선, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 투명기판(21) 위에 제1실시예와 같은 소수성막(22)을 형성한다.
이어서, 잉크제트법으로 도면에 나타내지 않은 잉크제트헤드로 부터 흑색 잉크를 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여, 도 2b에 나타낸 바와 같은 블랙메트릭스(25)를 소수성막(22) 위에 형성한다. 이때, 흑색 잉크가 분사되는 양과 위치를 조절하여 액정표시장치의 박막트랜지스터, 게이트배선, 및 데이터배선이 형성되는 영역과 대응하는 위치에 블랙메트릭스(25)가 형성되도록 한다.
이어서, 잉크제트법에 의해 도면에 표시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로부터 삼원색으로써의 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 색소방울을 소수성막 위에 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여 삼원색(R,G,B) 화소(24)를 형성함으로써, 칼라필터를 완성한다. 이때, 색소방울이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 액정표시장치의 화소전극이 형성되는 화소영역과 대응하는 위치에 화소(24)가 형성되도록 한다.
도 3a - 3e는 본 발명의 제3실시예에 따른 칼라필터 제조방법으로서, 우선, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 투명기판(31) 위에 제1실시예서와 같은 소수성막(32)을 형성한다.
이어서, 잉크제트법에 의해 도면에 표시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로 부터 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 색소방울을 소수성막 위에 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여, 형성되는 화소 사이에 하나의 화소가 형성될 공간을 두고, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 화소(34a)를 형성한다. 이때, 색소방울이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 액정표시장치의 화소전극이 형성되는 화소영역 뿐만 아니라, 블랙메트릭스가 형성될 영역까지 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 화소(34a)가 형성되도록 한다.
이어서, 잉크제트법에 의해 도시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로부터 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R) 색소방울을 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여, 이전 단계에 형성된 화소(34a) 사이에, 청색(B), 녹색(도시하지 않음), 및 적색(R) 화소(34b)를 형성한다. 이때, 색소방울이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 액정표시장치의 화소전극이 형성되는 화소영역 뿐만 아니라, 블랙메트릭스가 형성될 영역까지 상기 화소가 형성되도록 한다.
이어서, 상기 화소들이 겹친 영역에, 잉크제트법에 의해 도시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로부터 흑색 잉크방울을 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여 블랙메트릭스(35)를 형성함으로써, 칼라필터를 완성한다. 이때, 적색(R), 녹색, 및 청색을 혼합하면, 흑색을 표시할 수 있기 때문에, 흑색 잉크방울 대신에, 도 3e에 나타낸 바와 같이, 상기한 화소(34a,34b)가 겹친 영역에 삼원색 중 나머지 한 색의 화소(34c)를 형성하여 블랙메트릭스를 형성하는 것도 가능하다.
도 4a - 4f는 본 발명의 제4실시예에 따른 칼라필터 제조방법으로서, 우선, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 투명기판(41) 위에 제1실시예서와 같은 소수성막(42)을 형성한다.
이어서, 잉크제트법에 의해 도시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로부터 적색(R) 색소방울을 소수성막(42) 위에 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여, 적색(R) 화소(44a)를 형성한다. 이때, 색소방울이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 액정표시장치의 화소전극이 형성되는 화소영역 뿐만 아니라, 블랙메트릭스가 형성될 영역까지 적색(R) 화소(44a)가 형성되도록 한다.
이어서, 잉크제트법에 의해 도시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로 부터 녹색 색소방울을 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여, 녹색(G) 화소(44b)를 형성한다. 이때, 색소방울이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 액정표시장치의 화소전극이 형성되는 화소영역 뿐만 아니라, 블랙메트릭스가 형성될 영역까지 녹색(G) 화소(44b)가 형성되도록 한다.
이어서, 잉크제트법에 의해 도시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로 부터 청색 색소방울을 분사한 후, 경화를 위한 베이킹을 실시하여, 청색(B) 화소(44c)를 형성한다. 이때, 색소방울이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 액정표시장치의 화소전극이 형성되는 화소영역 뿐만 아니라, 블랙메트릭스가 형성될 영역까지 청색(B) 화소가 형성되도록 한다.
이어서, 상기 화소(44a,44b)들이 겹친 영역에, 잉크제트법에 의해 도시하지 않은 잉크제트헤드의 노즐로부터 흑색 잉크방울을 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여 블랙메트릭스(45)를 형성함으로써, 칼라필터를 완성한다. 이때, 적색, 녹색, 및 청색을 혼합하면, 흑색을 표시할 수 있기 때문에, 흑색 잉크방울 대신에, 도 4f에 나타낸 바와 같이, 화소(44a,44b)가 겹친 영역에 삼원색 중 나머지 한 색의 화소(44c)를 형성하여 블랙메트릭스를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 상기한 네 실시예에서는, 하나의 잉크제트헤드만을 이용할 수도 있고, 각 색에 하나씩 모두 세 개의 잉크제트헤드를 설치하여 한 번에 삼원색의 색소방울을 동시에 분사하는 것도 가능하다.
또한, 상기한 실시예에서처럼 소수성막을 형성함으로써 보다 정밀하게 화소를 패턴할 수 있지만, 소수성막을 형성하지 않는 것도 가능하며, 이 경우에는 색소방울이 분사되는 위치와 양을 조절하여, 인접한 화소가 섞이지 않을 정도로 기판 위에 형성되는 화소 사이 간격을 좀더 크게 설정한다.
또한, 상기한 실시예에서는 삼원색 화소를 잉크제트법에 의해 형성하였지만, 일반적인 화소 형성방법인 염색법, 안료분산법, 인쇄법, 및 전착법 등을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 블랙메트릭스를 잉크제트법에 의해 형성하는 것이 특징이므로, 칼라필터 제조방법에 국한 되지 않으며, 아래에 설명하는 본 발명의 제5실시예와 같이, 잉크제트법에 의해 액정표시장치의 블랙메트릭스만을 형성하는 방법을 모두 포함한다.
도 5는 본 발명의 제5실시예를 나타내는 도면으로서, 박막트랜지스터(59)가 형성된 기판(51) 위에 잉크제트법에 의해 블랙메트릭스(60)가 형성된다.
기판(51) 위에 형성된 게이트전극(56)은 도면에 표시하지 않은 게이트배선과 동시에 형성되는 것으로, Al, Mo, Ta 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링(sputtering)방법으로 적층한 후 사진식각 방법으로 패터닝하여 형성한다. 게이트전극(56) 위에 형성된 게이트절연막(52)은 SiNx 또는 SiOx 등을 플라즈마 CVD(plasma chemical vapor deposition)방법에 의해 적층하여 형성한다.
게이트절연막 위에 형성된 반도체층(57)은 비정질실리콘(amorphous silicon)을 플라즈마 CVD방법에 의해 적층하고 패터닝하여 형성하며, 도면에 표시하지 않았지만, 반도체층(57) 위에 n+ a-Si을 적층한 후 패터닝하여 오우믹콘택층을 형성한다.
오우믹콘택층 위에 형성된 소스전극(55) 및 드레인전극(58)은 도면에 표시하지 않은 데이터배선과 동시에 형성되는 것으로 Al, Cr, Ti, Al합금 등의 금속을 스퍼터링방법으로 적층하고 사진식각방법으로 패터닝하여 형성한다.
그 위에 형성되는 보호막(53)은 SiOx나 SiNx 등과 같은 무기물 또는 BCB(benzocyclobutane)와 같은 유기물을 도포하여 형성하며, 보호막(53)의 드레인전극(58) 영역을 식각하여 콘택홀(61)을 형성한다.
그 위에 형성되는 화소전극(54)은 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 전도성물질을 스퍼터링방법에 의해 적층하고 사진식각 방법으로 패터닝하여 형성한다.
그 위에 형성되는 형성되는 블랙메트릭스(60)는, 본 발명에 따라 박막트랜지스터(59) 영역과 도시하지 않은 게이트배선 및 데이터배선 영역에, 잉크제트법으로 흑색 잉크방울을 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여 형성한다.
본 실시예는 화소전극(54)이 형성된 후 잉크제트법에 의해 블랙메트릭스(60)를 형성하였지만, 화소전극(54)을 형성하기 바로 전이나 보호막(53)을 형성하기 바로 전에, 반도체층(57), 데이터배선 및 게이트배선이 형성된 영역에, 잉크제트법으로 흑색 잉크방울을 분사한 후 경화를 위한 베이킹을 실시하여 블랙메트릭스를 형성할 수도 있다.
본 발명에서는 블랙메트릭스를 잉크제트법에 의해 형성하기 때문에, 종래의 블랙메트릭스 형성방법과 달리 사진식각과 같은 복잡한 공정이 필요하지 않고, 블랙메트릭스가 형성되는 영역 이외에는 블랙메트릭스 재료를 형성하지 않기 때문에, 블랙메트릭스 형성을 위한 재료비용이 절감된다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 제1실시예에 따른 칼라필터 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제2실시예에 따른 칼라필터 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제3실시예에 따른 칼라필터 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제4실시예에 따른 칼라필터 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 블랙메트릭스 형성방법을 나타낸 도면이다.

Claims (4)

  1. 복수의 화소 영역 및 복수의 블랙메트릭스 영역을 갖는 기판의 화소 영역 중 적어도 하나의 화소 영역과, 상기한 화소 영역에 인접한 블랙메트릭스 영역의 기판에 제1색의 화소를 형성하는 단계와,
    상기한 화소가 형성된 화소 영역에 인접한 화소 영역과, 상기한 제1색의 화소가 형성된 블랙메트릭스 영역의 상기한 기판에 제2색의 화소를 형성하는 단계와,
    상기한 화소가 형성된 화소 영역에 인접한 화소 영역과, 상기 제1 및 제2색의 화소가 형성된 블랙메트릭스 영역에 제3색의 화소를 형성하여 제1, 제2, 제3색으로 적층된 블랙메트릭스를 형성하는 단계로 구성된 액정표시장치의 칼라필터 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 제1, 제2, 또는 제3색의 화소가 잉크제트법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라필터 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 제1, 제2, 제3색의 화소를 형성하기 전에, 상기한 기판 위에 소수성막(hydrophobic layer)을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기한 소수성막을 이루는 재질이 플루오르아크릴 폴리머(Fluoroacrylate Polymer, -(CnF2n+1C2H4OCOCH-CH2)k-)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터 제조방법.
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