KR100632831B1

KR100632831B1 - 컬러 필터, 표시 장치 및 그들의 제조 방법

Info

Publication number: KR100632831B1
Application number: KR1020040022529A
Authority: KR
Inventors: 마츠오카코지; 타케바미츠히로; 타키이켄지; 토쿠다츠요시
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2006-10-12
Also published as: TWI243919B; CN1306287C; JP2004318079A; KR20040086210A; TW200521498A; CN1534316A; US7212260B2; US20040207780A1; JP4342342B2

Abstract

드라이 필름 라미네이션 방법을 적용함에 의해 컬러 필터를 제조하는 경우, 앞서 배치된 수지 블랙 매트릭스를 사용하면, 착색층 형성을 위해 필요한 드라이 필름을 부착하는 과정에서, 수지 블랙 매트릭스의 단차로 인해, 드라이 필름이 수지 블랙 매트릭스의 단차 위치를 넘어갈 때, 수지 블랙 매트릭스 근방의 착색층 및 기판 사이에서 기포가 발생되고, 따라서 착색층에 색 누락이 용이하게 발생된다. 이러한 현상을 방지하도록, 수지 블랙 매트릭스의 에지부의 높이를 다른 부분의 높이보다 미리 낮게 함에 의해, 공기를 수지 블랙 매트릭스의 에지부 위로 유도하여, 착색층과 기판 사이에서 기포가 발생됨을 방지한다.

Description

컬러 필터, 표시 장치 및 그들의 제조 방법{COLOR FILTER, DISPLAY CEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THEM}

도1은 DFL(드라이 필름 라미네이션) 방식에 근거한 라미네이팅 공정을 개략적으로 나타낸 단면도,

도2는 DFL 방식에 근거한 착색층의 형성 후에 수지 블랙 매트릭스를 형성한 경우에, 배향 혼란이 관찰되는 원리를 개략적으로 설명하는 단면도,

도3은 DFL 시스템에 근거하여 수지 블랙 매트릭스를 형성항 후에 착색층을 형성하는 경우에, 배향 혼란의 관찰이 방지되는 원리를 개략적으로 나타낸 단면도,

도4는 DFL 방식에 근거하여 수지 블랙 매트릭스를 형성한 후에 착색층을 형성하는 과정에서, 기판, 수지 블랙 매트릭스, 및 착색층 사이의 갭에서 기포가 발생하는 원리를 개략적으로 나타낸 단면도,

도5는 본 발명에 의해 기판, 수지 블랙 매트릭스 및 착색 필름 사이의 갭에서 기포가 발생하는 현상을 억제하는 원리를 개략적으로 나타낸 단면도,

도6A∼6G는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터의 연속적인 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면,

도7A∼7G는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러 필터의 연속적인 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면,

도8A∼8G는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컬러 필터의 연속적인 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면,

도9A∼9G는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컬러 필터의 연속적인 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면,

도10A 및 10B는 본 발명의 실시예를 실행함에 의해 얻어진 컬러 필터의 완성된 형상을 개략적으로 나타낸 평면도 및 단면도,

도11A 및 11B는 본 발명의 실시예에 의해 얻어진 컬러 필터를 채용한 LCD 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도,

도12A 및 12B는 본 발명의 실시예에 의해 얻어진 컬러 필터를 채용한 LCD 장치의 다른 구성을 개략적으로 나타낸 단면도,

도13A 및 13B는 본 발명의 실시예에 의해 얻어진 컬러 필터로서, 화소의 주변 부분 및 화소의 내부에 수지 블랙 매트릭스가 존재하는, 완성된 형상을 개략적으로 나타낸 평면도 및 단면도,

도14A 및 14B는 도 13A 및 13B에 도시된 컬러 필터를 채용한 LCD 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도,

도15A 및 15B는 본 발명의 실시예에 의해 얻어진 컬러 필터로서, 수지 블랙 매트릭스가 다른 부분보다 낮은 에지부를 양측에 갖고 있는 형상을 개략적으로 나타낸 평면도 및 단면도, 및

도16A 및 16B는 도15A 및 15B에 도시된 컬러 필터를 채용한 LCD 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

본 출원은, 35 U.S.C. §119(a)의 규정에 의해 일본에서 2003년 4월 2일에 출원된 특허 출원 제2003-98980호 및 2004년 2월 25일에 출원된 특허출원 제2004-48940호에 기초하여 우선권을 주장하며, 상기 특허출원들의 전 내용은 본 출원에 참조되어 포함되어 있다.

본 발명은 액정 디스플레이 등의 표시 장치용의 컬러 필터, 그 컬러 필터를 사용한 표시 장치, 및 상기 컬러 필터와 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

근년, 액정 디스플레이(이하, LCD라 함)에 있어서는, 그의 경량화, 박형화, 저소비전력, 저전압 구동, 및 인체에 대한 물리적 영향이 작은 점 등의 뛰어난 특징 때문에, 그의 응용 영역이 빠르게 확대되고 있는데, 그 중에서도 컬러 액정 디스플레이에 있어서의 응용 분야는, 퍼스널 컴퓨터의 컬러 표시화의 트렌드나 멀티 미디어 대응 각종 기기용의 디스플레이로서, 특히 급속하게 용도가 확대되고 있다.

현재, 산업적으로 실용화되어 있는 컬러 표시 액정 디스플레이의 분야에 있어서, 그 표시모드 및 구동 방식으로서의 분류에 따르면, 트위스트 네마틱(TN) 모드를 사용한 "액티브 매트릭스"(이하, AM이라 함) 방식, 및 "슈퍼 트위스트 네마틱"(이하, STN이라 함)모드를 사용한 "멀티플렉스" 방식이 주류로 되어 있다. 또한, 다양한 액정 구동 방식이 제안되고, 각 회사에서 다양한 디스플레이 모드 및 구동 방식에 근거한 컬러 LCD 표시 장치의 생산이 번창하게 되고 있다.

상기 LCD 모드 "TN" 및 "STN"은 각각 컬러 표시 분야에서 동일의 원리를 공유하고 있다. 구체적으로, 각각의 화소는 3원색에 대응하는 복수의 도트로 분할한다. 그 후, 분할된 각 도트에서 LCD층에 인가된 전압을 적절하게 제어함에 의해, 도트 당 광 투과율을 적절하게 제어한다. 그 결과, 제어된 광 투과율을 갖는 각각의 3원색으로부터 합성된 색이 대응하는 화소에 표시될 색이 된다. 통상, 3원색은 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)이다. 다른 구동 방법을 채용하는 경우에도, 기본이 되는 컬러 표시 원리는 모두 서로 공통이며, 즉 상기 TN 및 STN 모드에서 공통이다.

각 도트에 있어서, 3원색 중 도트에 대응하는 하나의 색을 선택적으로 투과시키기 위해, 컬러 필터(컬러 필터)가 사용된다. 컬러 필터는 유리로 된 2개의 기판 중 하나의 액정층과 대향하는 표면에 배치되어 LCD를 구성한다. 액티브 매트릭스(AM) 타입 LCD에 있어서는, 박막 트랜지스터(TFT) 또는 다이오드(MIM)가 형성되어 있지 않은 측의 대향 기판의 표면상에 컬러 필터가 배치된다. 상기 "슈퍼 트위스트 네마틱(STN)"에 근거한 LCD에 있어서는, 한 쌍의 스트라이프 형태의 기판중 하나에 컬러 필터가 제공된다.

이하에, LCD의 구성 요소에 대해서 설명한다.

[1] 컬러 필터의 구조 :

컬러 필터 CF상에는 3원색(R,G,B) 중 하나로 각각 착색된 일정 수의 착색층이 형성되어 있다. 또한, 차광을 위해, 각 착색 층들 사이의 갭들 상에, 광 누출 방지를 필요로 하는 부분 및 표시 영역의 외주부에 블랙 매트릭스 BM이 형성된다.

일반적인 착색층 및 블랙 매트릭스 BM의 형성 방법에서는, 먼저 글라스 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하고, 다음에 그 블랙 매트릭스 위에 착색층을 형성하게 된다. 다른 방법에서는, 먼저 글라스 기판 상에 착색층을 형성하고, 다음에 착색층들 사이의 갭을 매립하도록 블랙 매트릭스를 형성하는 방법이 있다.

다음, 착색층 및 블랙 매트릭스가 형성된 후, 컬러 필터의 표면을 평탄화하기 위해 착색층 및 블랙 매트릭스층 위에 오버코트층 OC가 형성되는 경우가 있다. 그러나, 오버코트층의 형성에 있어서는, 코팅 공정 상의 부하가 커지거나 또는 수율이 나빠지게 되어, 컬러 필터 제조 공정에서의 제조 비용을 증가시키는 요인이 되고 있다. 컬러 필터의 양산의 관점에서 보면, 상기 오버코트층의 형성 공정을 최대한 생략하는 것이 바람직하다.

다음 단계에서, LCD 표시 장치를 구동하도록, 글라스 기판상에 형성된 층 위에 투명 전극이 형성된다. 투명 전극은 인듐 주석 산화물(ITO)의 화합물로 구성된다. TFT-LCD 표시 장치를 형성하는 경우에는, LCD 표시 장치의 전면에 ITO 패턴이 형성된다. 상기한 다이오드 내장형 LCD 표시 장치 또는 "슈퍼 트위스트 네마틱(STN)" 모드에 근거한 LCD 표시 장치를 형성하는 경우에는, 스트라이프 패턴들이 서로 공통으로 형성된다.

[2] 블랙 매트릭스의 구성 :

블랙 매트릭스를 구성하도록, 크롬 등의 금속 재료 또는 수지 블랙 재료가 사용된다. 금속 재료가 사용될 때, 크롬의 독성 때문에, 최근에는 2층 구조로 형성된 니켈 및 텅스텐의 적용이 주류를 이루고 있다. 이 구성에서, 니켈 층은 디스플 레이 측에 배치되고, 매우 높은 반사율을 가진 텅스텐 층은 어레이 부분에 배치된다. 블랙 매트릭스의 재료는 차광 효과를 고려하여 최소 약 3의 광학 밀도(OD)가 필요하다. 요구되는 광학 밀도를 확보하기 위해서는, 최소 약 0.1μm의 막 두께가 요구된다. 수지 블랙 재료를 사용하는 경우에, 최소 1 내지 2μm의 막 두께가 요구된다.

근년, 박막 트랜지스터 및 다이오드를 구성하도록 주로 사용되어 온 금속 탄탈은 얻기가 어렵고 너무 고가로 되었고, 이로써 저저항, 저렴한 비용, 및 고 반사율 때문에 실제로는 알루미늄의 사용이 증가하게 되고 있다. 그러나, 매우 높은 반사율을 가진 블랙 매트릭스의 재료 및 알루미늄에 의해 야기되는 다중 반사로 인해, 특성에서 일탈이 야기된다. 이 문제에 대처하도록, 컬러 필터의 부분에 블랙 매트릭스의 반사율을 낮게 하도록 요구되고, 이에 대응하여 블랙 매트릭스의 반사율을 낮추는 구성이 진행되고 있다. 적절한 특성의 관점에서, 블랙 매트릭스의 반사율을 낮추라는 요구에 부응하도록 블랙 매트릭스를 구성하는 재료로서 블랙 수지 재료를 사용함이 바람직하다. 블랙 수지 재료의 반사율은, 금속 크롬의 반사율이 60%인 것에 비해 1∼3%로 매우 낮다. 또한, 블랙 수지 재료의 반사 스펙트럼은 파장 의존성이 작고, 또한 중성의 블랙 색조를 나타낸다. 한편, 블랙 수지막은 1∼2μm 두께로 되며, 따라서 이 두께는 컬러 필터 표면의 평탄성에 악영향을 미칠 수 있는 잠재적인 문제로 된다.

저반사율을 실현하도록, 산화 크롬층과 금속 크롬층의 적층 또는 니켈층과 텅스텐층의 적층으로 구성된 블랙 매트릭스를 사용하는 다른 방법이 있다. 그러나, 이 경우에, 블랙 수지 재료로 구성된 블랙 매트릭스에 비교하여, 상기 적층들은 블랙 수지 재료의 반사율보다 높은 3∼5%의 반사율을 나타내며, 또한 중성의 블랙 색조 대신에, 상기 적층들은 청색을 띤 보랏빛의 색조를 나타내는 것이 다른 문제점이다. 또한, 통상, 성막 공정에 있어서도, 금속계의 2층을 스퍼터링 법에 의해 처리하며, 따라서 이 공정은 생산성 저하, 제조 비용 상승의 다른 불리한 문제를 야기한다.

[3] 수지 블랙 매트릭스의 형성 방법 :

글라스 기판 상에 흑색 수지 재료에 의해 블랙 매트릭스를 형성하는 것에는 여러 가지 방법이 있다. 이하에 그 대표적인 예들을 설명한다.

[방법1]

먼저, 네거티브 감광성의 블랙 수지 재료를 글라스 기판 상에 성막하여 박막을 형성한다. 이 공정은 스핀 코터(coater)에 의해 블랙 수지 재료를 기판 표면에 도포하거나, 글라스 기판의 표면에 미리 막으로 형성된 블랙 레지스트 재료를 점착하거나, 또는 캐스케이드 도포 방법을 사용하여 실행된다. 다음, 소정의 블랙 매트릭스 패턴을 가진 포토마스크를 통해 글라스 기판의 표면에 자외선을 조사하여, 블랙 수지 재료의 노광부를 경화시킨다. 그 후, 미노광부의 블랙 수지 재료를 현상 공정에서 제거함에 의해, 블랙 매트릭스를 형성한다.

[방법2〕

먼저, 네거티브 감광성의 미착색 수지 재료를 방법1과 같이 하여 글라스 기판의 표면상에 성막하여 박막을 형성한다. 다음, 방법1과 같이, 수지 막을 노광 및 현상을 행하여, 블랙 매트릭스의 원형의 패턴을 형성한다. 그 후, 무전해 도금법 또는 염색법 등에 의해 패턴 형성부를 흑색으로 착색한다.

[방법3]

먼저, 현상 공정에 호환 가능한 블랙 수지 재료를 방법1과 같이 하여 글라스 기판 상에 성막한다. 다음, 포지티브 포토 레지스트 패턴을 상기 재료의 표면상에 형성하고, 방법1과 같이 하여, 노광 및 현상을 행한다. 현상 과정에 있어서는, 포토 레지스트 및 블랙 수지가 일괄적으로 제거된다. 다음, 가열 처리에 의해, 블랙 수지 재료를 가교 및 경화한다. 최종으로, 미노광부 레지스트를 제거한다.

[4] 착색층의 형성 :

먼저, 착색 안료를 사전에 수지 재료 내부에 분산시킨다. 다음, 분산된 안료를 포함하는 수지 재료를 글라스 기판 상에 성막하여 박막을 형성한다. 다음 단계에서, 상기 박막을 포토리소그라피 법에 의해 소정의 형상으로 패터닝한다(이하, "안료 분산법"이라 함). 또한, 감광성 수지 재료를 글라스 기판의 표면상에 성막하여 박막을 형성하고 소정 형상으로 패터닝한 후 패터닝된 막을 염색하는 방법: 착색 안료를 사전에 수지 재료 내부에 분산하고 착색된 수지 재료를 글라스 기판의 표면상에 소정 패턴으로 인쇄하는 방법(이하, "인쇄법"이라 함): 먼저 안료와 수지 재료를 액체 내에 분산시키고 전착 공정에 의해 글라스 기판 상에 소정 패턴을 형성하는 방법: 사전에 착색된 수지 재료를 박막으로 형성하여 그 착색된 박막을 글라스 기판의 표면에 접착하는 방법(이 방법은 "드라이 필름 라미네이션(DFL)"이라 함): 및 잉크젯 컬러링 시스템을 사용하는 컬러링 방법 중 임의의 방법을 사용하여 착색을 실행할 수 있다. 본 발명의 목적은 DFL 방법에 존재하는 문제를 극복하려는 것이기 때문에, 이하의 설명에서는 DFL 방법에 대해서만 언급한다.

DFL 방법에 의해 착색층을 형성할 때, 먼저 상기 수지 블랙 매트릭스 재료를 패터닝한 글라스 기판에 가열 처리를 행한 후, 일 측에서 커버 필름이 박리된 필름 형태의 착색층으로 이루어지는 점착 재료를 열압착한다. 이 공정을 라미네이팅 공정이라 한다. 라미네이팅 공정을 도1에 나타내며, 참조부호(1)는 접착 로울러, (2)는 접착 재료, (3)은 글라스 기판을 나타낸다. 라미네이팅 공정에서는, 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 접착 로울러(1)를 일 방향으로 이동시킨다. 다음, 착색층 상의 타측 커버 필름(도시 안됨)을 박리한다. 그 후, 착색층은 일괄적으로 노광 마스크 또는 스테퍼 시스템을 사용하여 노광된 후, 노광 후공정을 통해 유기 성분을 제거한다. 최종으로, 착색층은 후 베이킹 공정에서 처리된다.

상기 방법1에서의 접착 공정에 의한 수지 블랙 매트릭스 재료의 형성 시에도, 도1에 나타낸 라미네이팅 공정이 채용된다. 그 경우, 접착 재료(2)로서, 필름 형태의 수지 블랙 매트릭스 재료를 사용한다.

통상, DFL(드라이 필름 라미네이션) 방법으로 컬러 필터를 제조할 때에는, 수지 블랙 매트릭스 재료의 형성을 먼저 하는 것이 아니고, 적색, 청색, 및 녹색의 착색층부터 형성하고, 그 후에 블랙 매트릭스 재료를 형성한다. 이 과정은, 글라스 기판, 수지 블랙 매트릭스 재료 및 착색층 사이의 계면에 기포가 발생됨을 방지한다. 기포의 발생은 후술된다. 이 수지 블랙 매트릭스 재료를 각각의 착색층들 사이의 갭에 삽입할 때, 노광될 수지 블랙 매트릭스 재료의 이면을 경화시키는, 그러한 방법이 채용된다. 전술한 바와 같이, 적어도 광학 밀도로서 최소 3의 값이 요구된다. 또한, 근년 백라이트 휘도의 향상을 요구하는 사용자의 요망도 강하기 때문에, 블랙 매트릭스를 적절하게 차광하기 위해서는, 최소 4의 광학 밀도를 제공할 수 있는 안정적인 재료를 더욱 요망하고 있다.

그러나, 수지 블랙 매트릭스 재료를 이면에서 노광하여 경화시키는 경우, 구입한 재료가 최소 4의 광학 밀도를 가지며 착색층에서의 단차를 감소시키지 않으면, 수지 블랙 매트릭스 재료와 착색층 사이의 결합부에서 배향 혼란이 발생한다. 배향 혼란이 관찰되는 원리를 도2에 나타내며, 참조부호(3)는 글라스 기판, (4)는 TFT의 소스 배선, (5)는 절연막, (6)은 화소 전극, (7)은 액정층, (8a,8b,8c)는 각각 다른 색으로 착색된 착색층, 및 (12)는 일정 수의 스트라이프 형태의 구멍들을 가진 수지 블랙 매트릭스 재료를 나타내며, 상기 구멍들을 통해 스트라이프 형태를 가진 상기 착색층(8a,8b,8c)이 각각 노광된다. 도2에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈이 LCD 스크린에 대해 수직한 방향으로부터 경사질 때, 사용자는 착색층(8a,8b,8c)의 측면을 통해 수지 블랙 매트릭스 재료(12) 아래의 다수의 위치들을 관찰할 수 있다. 이 부분(9)에서 배향 혼란이 나타난다.

상기한 "안료 분산법"을 채용하는 경우에서와 같이, 이러한 나쁜 현상을 보상하도록, 먼저 수지 블랙 매트릭스 재료(12)를 형성한 후 착색층(8)을 형성할 때, 수지 블랙 매트릭스 재료(12)의 일부에 착색층(8)을 겹치게 하여 블랙 매트릭스 부분을 완전히 은폐함으로써, 상기 배향 혼란을 개선한다. 이 방법에 의해 사용자가 배향 혼란을 관찰할 수 없게 되는 원리를 도3에 나타낸다. 착색층(8a,8b,8c)의 에 지부에 수지 블랙 매트릭스 재료가 겹쳐 있기 때문에, 사용자는 착색층(8a,8b,8c)의 측면을 통해 상기 부분(9)을 관찰할 수 없게 됨으로써, 수지 블랙 매트릭스 재료(12)와 어레이 측 소스 배선(4)에 의한 배향 혼란을 완전하게 은폐하게 된다.

일본 공개 특허 출원 공보 제1997-105809호에 개시된 종래의 발명에 따르면, "안료 분산법"을 채용하여 착색층(8)을 형성하는 경우에, 착색층(8)에 수지 블랙 매트릭스 재료(12)위로 솟아오른 부분에 의해 평탄성이 손상되는 것을 방지하기 위해, 착색층의 외부 형상을 규정하는 마스크의 에지부를 세밀한 파형으로 제공함에 의해, 착색층(8)의 에지부의 상승을 완만하게 하도록 하고 있다.

한편, DFL(드라이 필름 라미네이션) 방식을 채용하는 경우에는, 도1에 나타낸 바와 같이, 접착 로울러(1)를 작동시켜 일 방향으로 착색층을 구성하는 점착 재료(2)를 점착시키며, 상기 점착 재료(2)가 수지 블랙 매트릭스 재료(도시 안됨)의 벽에 겹칠 때, 기판(3), 수지 블랙 매트릭스 재료, 및 점착 재료(2) 사이의 계면에서 기포가 발생되기 쉽다. 기포가 발생되기 쉬운 원리를 도4에 나타내며, 기포(11)는 수지 블랙 매트릭스(12)의 점착 방향 A의 상류 측의 측면, 기판(3)의 표면, 및 점착 재료(2)의 하부면 사이의 계면에서 발생한다. 일단 기포(11)가 발생하면, 점착 재료(2), 즉 노광 및 현상에 의해 패터닝이 완료된 후의 착색층(8)에 색 누락이 생기고, 따라서 제공되는 영상의 품위가 저하된다.

상기한 문제점들을 고려하여, 본 발명이 고안되었다. 본 발명의 주 목적은, 먼저 수지 블랙 매트릭스 재료(12)를 형성한 후에 착색층(8)을 점착하는 단계를 포 함하는 간단한 방법이면서도, 수지 블랙 매트릭스 재료(12) 근방의 국부적인 위치에서 착색층(8)의 색 누락이 발생되기 어려운 컬러 필터의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 수지 블랙 매트릭스 재료(12) 근방의 국부적인 위치에서 착색층(8)의 색 누락이 발생되기 어려운 컬러 필터를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 방법을 사용하여 제조된 컬러 필터를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적들을 성취하기 위한, 본 발명의 일 양태에 따르면, 수지 블랙 매트릭스가 형성된 기판 상에 착색 필름을 결합함에 의해 컬러 필터를 제조하는 방법으로서, 수지 블랙 매트릭스의, 착색 필름이 결합되는 방향에 대해 상류 측에 배치된 에지부를 수지 블랙 매트릭스의 다른 부분보다 낮게 되도록 함으로써 수지 블랙 매트릭스에 미리 단차를 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 제조 방법이 제공된다.

이 방법에 따르면, 착색 필름이 수지 블랙 매트릭스 재료의 에지부에 겹칠 때, 대기를 기판의 표면에서 수지 블랙 매트릭스 재료의 에지부 위로 유도할 수 있어서, 기판, 수지 블랙 매트릭스 재료, 및 착색 필름 사이의 계면에서 기포가 발생하는 것을 방지하거나, 또는 기포 발생 현상을 감소시킬 수 있다. 기포가 그들 사이의 계면에서 발생하더라도, 수지 블랙 매트릭스 재료의 에지부의 높이가 다른 부분의 높이보다 낮기 때문에, 발생되는 기포 량은 무시할 수 있고, 색 누락이 발생되더라도 매우 좁은 범위에서 발생될 뿐이다.

바람직하게도, 수지 블랙 매트릭스는 마스크에 형성된 구멍을 통한 노광 및 그 후의 현상을 포함하는 공정에 의해 네거티브 레지스트로 형성되며, 수지 블랙 매트릭스의 에지부에 대응하는 마스크의 부분에 복수의 미세한 구멍들이 형성됨으로써 수지 블랙 매트릭스의 에지부는 그의 다른 부분보다 낮게 형성된다. 이 방법을 도입함에 의해 만족스러운 에지부를 매우 용이하게 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판, 기판 상에 형성되고 구멍을 가진 수지 블랙 매트릭스, 및 수지 블랙 매트릭스의 구멍 내에 위치하는 기판의 부분 위로부터 수지 블랙 매트릭스 위까지를 커버하도록 제공된 착색 필름을 포함하는 컬러 필터로서, 착색 필름 하부에서 상기 구멍을 따라 배치된 수지 블랙 매트릭스의 에지부가 그 에지부에 인접한 수지 블랙 매트릭스의 부분보다 낮게 되어있는 컬러 필터가 제공된다. 이 컬러 필터는 상기한 방법을 채용하여 제조될 수 있다. 따라서, 기포 발생 현상에 기인하는 색 누락을 방지할 수 있다.

첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 더욱 상세하게 설명하는 이하의 내용으로부터 본 발명의 상기 목적들 및 특징들을 완전하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따라 상기한 바와 같이 기판, 수지 블랙 매트릭스 및 착색 필름 사이의 계면에서 기포가 발생되는 현상을 억제하는 원리를 도5에 나타낸다. 도5에 도시된 본 발명의 시스템과 도4에 도시된 종래의 시스템 사이의 비교로부터 명백한 바와 같이, 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)의 높이를 다른 부분의 높이 보다 낮게 하여, 수지 블랙 매트릭스(12)에 단차를 제공할 때, 단차가 없는 경우보다, 기포가 발생하기 어렵다. 도5에 도시된 본 발명의 시스템에 따르면, 기판(3)위에 발생될 기포(11)를, 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)위로 유도할 수 있다. 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)위로 유도된 기포(11)는 그 외주 부분에 걸쳐 악영향을 발생하지 않는다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도6A∼6G, 도7A∼7G, 도8A∼8G, 및 도9A∼9G에 컬러 필터의 연속 제조 공정을 나타낸다. 도6A∼9A는 수지 블랙 매트릭스(121)에 마스크(14)를 제공한 상태, 도6B∼9B는 수지 블랙 매트릭스(121) 재료를 패터닝한 상태, 도6D∼9D는 패터닝 완료된 수지 블랙 매트릭스(121)를 베이킹하여 단차를 갖는 수지 블랙 매트릭스(12)로 한 상태, 도6F∼9F는 착색층(8)을 부착한 상태를 각각 나타내는 평면도이다. 또 도6C∼9C, 도6E∼9E, 및 도6G∼9G는 각각 도6B∼9B, 도6D∼9D, 및 도6F∼9F의 선 B-B'의 단면도이다.

수지 블랙 매트릭스(12)의 재료는, 후지 필름사 제품 KU1 재료를 사용한다. 상기 수지 블랙 매트릭스 재료 KU1은, 결합 속도 1.3m/min, 결합시의 기판 온도 100℃, 및 결합용 로울러 온도 130℃에서 글라스 기판(3)의 표면에 점착된다. 점착 강도에 문제가 없으면, 수지 블랙 매트릭스(12) 재료는 임의의 온도로 열 처리가 실행될 수 있다. 또한, 임의의 수지 블랙 매트릭스 재료를 사용해도 된다.

680mm x 880mm x O.6mm의 자체 치수를 가진 글라스 기판(3)의 표면에 수지 블랙 매트릭스 재료(121)를 점착 완료한 후, 도6A∼9A에 나타낸 4종의 마스크(14) 중 어느 하나를 사용하여 상기 수지 블랙 매트릭스 재료(121)를 패터닝한다.

도6A에서는, 네거티브형 감광성 흑색 수지 재료로 이루어지는 미노광수지 블 랙 매트릭스 재료(121)(노광 전의 수지 블랙 매트릭스 형성용의 도포막 구성을 위해 사용됨)의 노광을 위해 마스크(14)가 제공되며, 구멍(15)은 직경 4μm의 복수의 원형 도트를 형성하도록 각각 설계되며, 각 도트들 사이의 간격을 4μm로 하여 마스크(14)가 패터닝된다. 도7A에서는, 각각의 구멍들이 직경 4μm의 원형 도트로 구성되고, 각각의 도트는 마스크에 2μm 및 4μm의 간격으로 배치되어 있다. 도8A에서는, 각각의 구멍(15)이 한 쪽당 4μm의 길이를 갖는 정방형의 도트로 구성되고, 각각의 정방형 구멍은 마스크에서 4μm의 간격으로 배치된다. 도9에서, 각각의 구멍(15)은 한 쪽당 4μm의 길이를 갖는 정방형의 도트로 구성되고, 각각의 정방형 구멍은 마스크에서 2μm 및 4μm의 간격으로 배치된다.

도6A∼9A에 도시된 예들 중 어느 것에서도, 마스크(14)로서는, 800mm x 920mm x 1Omm의 치수로 된 글라스 기판의 표면에 크롬의 기상 증착에 의해 상기 설계된 마스크 구멍과 일치하도록 배열되어 있다. 또한, 마스크와 글라스 기판 사이에 150μm의 갭을 제공함에 의해, GHI선을 출력하는 램프에서의 조사를 통해 수지 블랙 매트릭스 재료(I선에 대한 노광을 통해 경화됨)가 노광된다. 다음, 각각의 패턴은 노광량 100mJ로, 후지 필름사 제품의 유기 알칼리성 현상액 PD,CD, 및 SD를 포함하는 현상액에 침지하여 처리되어, 도6B∼9B에 도시된 바와 같이, 노광된 수지 재료(122)상의, 스트라이프형 구멍으로 되는 부위에 인접한 위치에 도트 패턴(123)을 형성했다. 또한, 수지 재료(122)를 베이킹함에 의해 도트 패턴(123)을 용융하여, 모든 도트 패턴들 사이의 갭을 메워서, 도6D∼9D에 도시된 바와 같이 다른 부분보다 낮은 높이의 에지부(13)의 형성을 완료하였다.

수지 블랙 매트릭스 재료를 관찰하여, 균일하게 얇은 두께의 에지부(13)가 얻어졌음을 확인하였다. 수지 블랙 매트릭스 재료(12)의 에지부(13) 이외의 부분들은 높이가 1.4μm인 것에 비해, 에지부(13)의 높이는 거의 절반으로 0.8μm로 감소되어, 기판에서 측정할 때 결과적으로 단차가 얻어졌다. 이 사실은 에지부(13)의 높이가 다른 부분의 높이보다 낮고, 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)의 기부로부터 표면까지의 높이가, 수지 블랙 매트릭스(12)의 다른 부분의 기부로부터 표면까지의 높이보다 낮은 것을 의미한다. 즉, 수지 블랙 매트릭스 재료의 에지부(13)의 두께가 다른 부분의 두께보다 얇다고도 말할 수 있다.

도7A 및 9A에 도시된 바와 같이, 마스크(14)의 개별 도트(구멍 (15))사이의 간격 및 개방된 도트의 크기의 비를 부위에 따라 다르게 함에 의해,수지 블랙 매트릭스 재료(12)의 에지부(13)의 형성이 더욱 용이하게 된다.

다음, 양호한 단차가 얻어진 도6D∼9D의 수지 블랙 매트릭스(12)를 수용하는 기판에, 도6F∼9F에 도시된 바와 같이, 여러 가지 색상을 포함하는 필름 형태의 점착 재료를 각각 DFL(드라이 필름 라미네이션)법으로 접착시킨다. 또한, 착색 필름은, 동일 기판으로의 수지 블랙 매트릭스(12)의 결합에 대해 행해졌던 동일한 조건 하에서 기판에 결합된다. 착색 필름 각각은 착색층의 마무리 막 두께가 1.8μm인 것을 포함한다. 착색 필름을 부착하여 완성된 컬러 필터를 정밀하게 관찰한 후, 기포가 발생하지 않음을 확인하였다. 완성된 컬러 필터의 형태를 도10A 및 10B에 나타낸다. 도10A는 평면도이고, 도10B는 도10A의 선 C-C'에서의 단면도이다. 참조 부호(151)는 수지 블랙 매트릭스(12)의 구멍을 나타낸다.

상기 컬러 필터를 채용한 액정 표시 장치의 구성을 도11A 및 11B에 개략적으로 나타낸다. 도11A는 액정층(7)의 두께를 확보하기 위해 복수의 플라스틱 비드(18)를 사용한 예를 나타낸다. 도11B는 투명 전극으로 이루어지는 대향 전극(16) 측의 배향막(17)에 복수의 필러(柱)(18a)를 점착하여 액정층(7)의 두께를 확보하도록 사용한 예이다. 참조 부호(5)는 절연막, (6)은 화소 전극, (10)은 게이트 배선, 및 (19)는 층간 절연막을 나타낸다.

컬러 필터를 어레이 측, 즉 액정층(7)과 TFT 사이에 배치할 수 있다. 이 예를 도12A 및 12B에 나타낸다.

상기 실시예에서는 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)의 높이를 0.8μm로 설계하였다. 에지부(13)의 높이는 최소 0.5μm 또한 최대 1μm로 하는 것이 바람직하다. 에지부(13)를 상기 추천된 높이로 하면, 기포의 발생이 효율적으로 방지되고, 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)가 과도하게 얇아지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 마스크(14)의 전체 영역에 대한 구멍(15)의 점유 비율을 최소 25% 및 최대 50%로 하여, 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)의 폭을 수지 블랙 매트릭스(12) 전체의 폭에 대해 최소 25% 및 최대 50%로 공유하도록 함이 바람직하다. 이 배열은 수지 블랙 매트릭스(12)의 에지부(13)가 다른 부분과 함께 우연하게 패턴을 해상(解像)하는 것를 방지할 수 있다.

마스크에 형성되는 작은 구멍(15)은, 상기한 원형이나 정방형뿐만 아니라, 타원형 또는 정사각형 이외의 다각형, 또는 이들에 가까운 임의의 형상으로 할 수 있다.

본 발명은 화소의 주위의 부분 뿐만 아니라, 화소의 내부에서의 색상의 오버 라이드(over-ride) 현상에 대해서도 적용할 수 있다. 예컨대, 도13A 및 13B에 나타낸 바와 같이, 블랙 매트릭스의 다른 부분에 의해 완전하게 둘러싸인(다른 부분으로부터 연속해 있지 않는) 블랙 매트릭스의 불연속 부분이 존재하는 경우, 블랙 매트릭스의 주위의 부분의 경우와 같이, 블랙 매트릭스의 그 부분 위로 컬러 필름이 겹치게 될 때 기포가 발생한다. 이에 대처하도록, 블랙 매트릭스(12)의 상기 불연속 부분의 에지부(13)의 높이를 미리 다른 부분보다 얇게 한 후에 DFL 방식을 적용함에 의해 착색층(8)의 부착을 행하면, 기포의 발생 현상을 방지할 수 있다. 도13A 및 13B에 도시된 컬러 필터를 채용한 액정 표시 장치의 구성을 도14A 및 14B에 개략적으로 나타낸다.

상기한 실시예들에서는, 수지 블랙 매트릭스(12)의 일 측의 에지부(13)만을 다른 부분보다 낮게 하고 있지만, 도15A 및 15B에 나타낸 바와 같이, 양측의 에지부(13)를 다른 부분보다 낮게 되도록 할 수 있다. 이와 같은 배열로 하면, 착색층(8)의 부착을, 일 방향, 즉 화살표 A로 나타낸 방향뿐만 아니라, 다른 화살표 A'로 나타낸 그 역방향으로도 행하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 수지 블랙 매트릭스(12)를 설치한 기판(3) 라미네이팅 장치로부터 반대 방향으로 배치한 경우에도, 기포의 발생을 방지할 수 있고, 또한 수율을 향상시킨다. 또한, 기판(3)의 설치 방향을 일정 방향으로 규제할 필요가 없어져서, 라미네이팅 공정의 효율이 향상된다. 도15A 및 15B에 예시된 컬러 필터를 채용한 액정 표시 장치의 구성을 도16A 및 16B에 개략적으로 나타낸다.

본 명세서에서는 본 발명의 적용 가능한 대상으로서 액정 표시 장치를 예로 하였지만, 본 발명에 연관된 상기한 제조 방법에 의해 얻어진 컬러 필터는 표시 원리가 다른 표시 장치, 예컨대 플라즈마 표시 장치에도 채용하는 것이 가능하다.

상기한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 첨부된 특허 청구의 범위에 정의된 필수적 사항으로부터 벗어나지 않고 또한 상기 설명한 내용들에 의해 본질적으로 구속되지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개조 또는 변형을 하는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 먼저 수지 블랙 매트릭스 재료를 형성한 후에 착색층을 점착하는 단계를 포함하는 간단한 방법으로서, 수지 블랙 매트릭스 재료 근방의 국부적인 위치에서 착색층의 색 누락이 발생되기 어려운 컬러 필터 및 그의 제조 방법을 제공하고, 상기한 방법을 사용하여 제조된 컬러 필터를 포함하는 표시 장치를 제공하게 된다.

Claims

수지 블랙 매트릭스가 형성된 기판 상에 착색 필름을 결합함에 의해 컬러 필터를 제조하는 방법으로서,

수지 블랙 매트릭스의, 착색 필름이 결합되는 방향에 대해 상류 측에 배치된 에지부를 수지 블랙 매트릭스의 다른 부분보다 낮게 되도록 함으로써 수지 블랙 매트릭스에 미리 단차를 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지 블랙 매트릭스는 마스크에 형성된 구멍을 통한 노광 및 그 후의 현상을 포함하는 과정에 의해 네거티브 레지스트로 형성되며, 수지 블랙 매트릭스의 에지부에 대응하는 마스크의 부분에 복수의 미세한 구멍들이 형성됨으로써 수지 블랙 매트릭스의 에지부가 그의 다른 부분보다 낮아지게 되는 컬러 필터 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 마스크에 형성된 미세한 구멍은 사실상 원형, 타원형, 또는 다각형인 컬러 필터 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 마스크에 형성된 미세한 구멍에 대해, 그 구멍의 크기에 대한 인접한 구멍들 사이의 간격의 비가 위치에 따라 다르게 된 컬러 필터 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지 블랙 매트릭스의 상기 에지부의 폭은 수지 블랙 매트릭스의, 양 단부를 포함한, 전체의 폭의, 25% 내지 50%의 범위인 컬러 필터 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지 블랙 매트릭스의 상기 에지부의 표면과 기판의 표면 사이의 단차는, 양 단부를 포함하여, 0.5μm 내지 1μm의 범위인 컬러 필터 제조 방법.
기판과, 기판의 위에 형성되고 구멍을 갖는 수지 블랙 매트릭스, 및 기판 중 수지 블랙 매트릭스의 구멍 내에 위치하는 부위의 위로부터, 수지 블랙 매트릭스 의 위에 걸쳐 점착된 착색 필름으로 이루어지는 컬러 필터로서,

수지 블랙 매트릭스 중 상기 착색 필름이 점착된 부위에서 또한 구멍을 따라 상기 수지 블랙 매트릭스의 에지부의 높이가, 이 에지부에 인접하는 상기 수지 블랙 매트릭스의 부위의 높이보다 낮게 되어있는 컬러 필터.
제7항에 있어서, 상기 수지 블랙 매트릭스의 상기 에지부의 폭은 수지 블랙 매트릭스의, 양 단부를 포함한, 전체의 폭의, 25% 내지 50%의 범위인 컬러 필터.
제7항에 있어서, 상기 수지 블랙 매트릭스의 상기 에지부의 표면과 기판의 표면 사이의 단차는, 양 단부를 포함하여, 0.5μm 내지 1μm의 범위인 컬러 필터.
청구항7에 따른 컬러 필터를 포함하는 표시 장치.