KR100638410B1 - 화상 잉크 패턴을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상 잉크 패턴의 제조방법에 관한 것으로, 표면 상에 융기된 표면 패턴을 갖는 잉크 수용 표면이 형성되고, 상기 융기된 패턴을 음각의 잉크 화상 패턴과 접촉시킴으로써 상기 융기된 표면 패턴으로 잉크가 전사된다. 상기 잉크 수용 표면의 오직 융기된 표면 패턴만이 음각의 잉크 화상판 내의 잉크와 접촉하도록 상기 융기된 표면 패턴은 상기 음각의 잉크 화상 패턴 내로 미친다.

Description

화상 잉크 패턴을 제조하는 방법{Method of Making an Imaged Ink Pattern}

본 발명은 액정 디스플레이 패널(liquid crystal display panel)용 컬러 필터, 그리고 이의 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이(LCD) 패널, 특히 컬러 LCD 패널은 평면 텔레비젼(flat television), 프로젝션 텔레비젼 시스템(projection television system) 및 캠코더 뷰 파인더(camcorder view finder)용으로 사용되고, 장래에 보다 많은 응용분야에서 사용될 것으로 예상된다.

능동 매트릭스 액정 디스플레이(active matrix liquid crystal display)의 제작은 전형적으로 몇 가지 단계를 수반한다. 제1 단계에서, 전면 유리 패널(front glass panel)이 제조된다. 상기 단계는 유리와 같은 적합한 기판 상에 컬러 필터 소자를 부착시키는 것을 수반한다. 컬러 필터의 부착은 전형적으로 블랙 매트릭스 패턴, 및 블랙 매트릭스에 의하여 윤곽이 그려지는(outlined) 공간 내로 컬러 셀 패턴(color cell pattern)을 위한 3가지 기본색(투명하거나 감색 필터(transparent or substractive color filter)의 경우에는 전형적으로 적색, 녹색 및 청색 중 하나)을 부착시키는(depositing) 단계를 수반한다. 블랙 매트릭스를 형성하는 인쇄 라인은 전형적으로 약 15∼40 마이크론의 폭 및 약 0.5∼3 마이크론의 두께를 갖는다. 적, 록 및 청의 컬러 셀은 전형적으로 약 200∼300 마이크론의 길이 및 약 70∼100 마이크론 정도의 폭을 갖는다. 상기 컬러 셀은 전형적으로 약 10 마이크론 미만, 바람직하게는 5 마이크론 미만의 두께를 갖는 필름에 인쇄되고, 블랙 매트릭스에 의하여 형성된 패턴 내에 균일하게 도포되고(applied), 정확하게 합치되어야만(registered)한다. 전면 유리 기판은 전형적으로 컬러 필터 소자 상에 평탄화 층(planarizing layer), 투명 도전층(transparent conducing layer) 및 폴리이미드 배향층(polyimide alignment layer)을 부착시킴으로써 완성된다. 상기 투명 도전층은 전형적으로 인듐틴 옥사이드(indium tin oxide; ITO)이나, 다른 물질 역시 사용될 수 있다.

제2 단계에서, 별도의(후면) 유리 패널이 금속 접속선(metal interconnect line) 뿐만 아니라 박막 트랜지스터(thin film transistor) 또는 다이오드(diode)의 형성을 위하여 사용된다. 각각의 트랜지스터는 디스플레이 패널에 있어서 개별 컬러 픽셀(color pixel)을 위한 온-오프 스위치(on-off switch)로서 작용한다. 제3 및 최종 단계는 2개의 패널의 조립(assembly)이며, 액정 패널을 형성하기 위하여 2개의 패널들 사이에 액정 물질을 주입하는 것을 포함한다.

상기 디스플레이의 제작에 있어서 하나의 중요한 단계 중 하나는 블랙 매트 릭스 및 컬러 필터 패턴의 준비이다. 상기 블랙 매트릭스의 회로요철도(edge definition)의 명확성(sharpness)이 특히 중요하다. 컬러 잉크 셀과 달리, 인쇄 흐름(printing flow) 등으로 인한 블랙 매트릭스 에지(edge)에서의 어떠한 변화도 최종 제품이 검사될 때 용이하게 식별될 수 있다. 반면에, 상기 컬러 픽셀 에지(edge)는 상기 블랙 매트릭스 패턴에 의하여 전형적으로 가려진다. 결국, 어느 정도까지는 블랙 매트릭스가 컬러 픽셀 에지에서의 가변성(variability)을 가리기는 하나, 어떠한 것도 상기 블랙 매트릭스에서의 가변성을 가리지는 않는다.

결국, 블랙 매트릭스 패턴은 컬러 필터 패턴의 나머지 부분이 인쇄 테크닉을 이용하여 제조된다 해도, 전형적으로 사진석판술(photolithographic technique)을 이용하여 제조된다. 사진석판술은 다수의 제작 단계를 수반하며, 인쇄 방법보다 훨씬 복잡하다. 또한, 사진석판술은 잉크 인쇄 테크닉에 비하여 전형적으로 훨씬 비싸다.

컬러 필터 형성에 있어서 또 다른 중요한 단계는 컬러 필터의 적, 녹, 및 청색 도트(dot)(또한, 컬러 셀로 일컬어짐)의 형성이다. 이러한 컬러 셀은 바람직하게는 가능한 한 평활하고 두께가 균일하도록 부착되어야 한다. 컬러 필터 패턴을 인쇄하기 위한 종래의 시도는 불충분한 평활도(smoothness)를 갖는 컬러 패턴을 초래하였다. 이는 주로 종래의 기술의 잉크 부착 방법이 둥글거나(rounded), 삼각형의 (triangular) 단면을 갖는 잉크 셀을 초래하기 때문이다. 결국, 부착 공정에 기인하는 코팅 평활도 또는 두께 균일도에 있어서의 불완전성을 완화시키기 위하여 평탄화층(planarizing layer)이 공통적으로 컬러 패턴 상에 적용된다. 또한, 투명한 평탄 화층은 액정 내로 이온이 유입(migration)되는 것에 대한 보호 작용을 한다. 평탄화층은 가능한 한 평활하고 평평하도록 부착되어야 한다.

평평한 평탄화층의 부착을 용이하게 하기 위하여, 상기 컬러 패턴은 평활하고, 평평하며, 실질적으로 유리 기판의 하부 면(undersurface)과 평행한 것이 바람직하다. 균일한 두께의 컬러 패턴이 최적의 디스플레이 콘트라스트(display contrast) 및 컬러 성능(color performance)을 얻는데 적합한 바, 이는 만약 패턴의 두께가 변한다면 투과되는 빛의 강도도 변하기 때문이다.

다색 잉크 컬러 필터 패턴을 형성하는데 또 다른 문제점은 다른 컬러의 잉크들이 서로 혼합되는 것을 방지하는 것이다. 종래에는, 이러한 문제는 상기 컬러들을 부착시키고 한번에 하나씩 건조 및/또는 경화시켜서 해결하여 왔다.

미국특허번호 제5,544,582호 및 제5,514,503호는 다색 잉크 패턴이 컬렉터 롤러(collector roller)에 의하여 지지되는 전사층(transfer layer)상으로 부착되는 컬러 필터의 제조공정을 기재하고 있다. 그 다음, 상기 복합 다색 패턴/전사층은 컬러 필터를 형성하기 위하여 유리 기판으로 전사된다.

전형적으로, 상기 공정에서의 블랙 매트릭스 잉크는 요판(intaglio plate)에서 전사층으로 전사된다. 상기 전사층으로 전사되기에 앞서, 상기 블랙 매트릭스 요판은 오직 요부에만 잉크가 남도록 닥터링(doctoring) 또는 긁어내는 처리를 거친다. 그러나, 이러한 닥터 블레이딩 단계(doctor blading step) 과정에서, 상기 닥터 블레이드(doctor blade)는 종종 음각된 요부(intaglio recesses) 사이에 블랙 매트릭스 잉크의 얇은 잔류물(residue)을 종종 남길 수 있다. 만약 그렇다면, 이러한 잔류 블랙 매트릭스 잉크는 블랙 매트릭스 잉크가 바람직하지 않은 영역 내로의 전사층으로 전사된다. 닥터링 후에 요판 상부 표면상에 남겨진 블랙 잉크의 얇은 층은 헤이즈(haze)로 불린다. 이러한 헤이즈의 전사는 바람직하지 못하게 컬러화된 서브-픽셀 잉크 영역(colored sub-pixel ink area) 내에서의 투과성(transmission)을 감소시킨다. 심지어 닥터링 블레이드 및 조업 파라미터들이 헤이즈가 없이 닥터링 처리하도록 최적화된다 해도, 상기 닥터링 공정은 전형적으로 컬러 필터용 블랙 매트릭스의 연속적인 인쇄를 위한 확고한(robust) 공정은 아니다. 입자들(particulate)이 상기 블레이드 뒤에서 트랩되어 닥터링 처리된 블랙 매트릭스에서 선명한 스트리크(streak)를 야기할 수 있다. 또한, 블레이드는 특히 경질 재료로 제조된 요판을 닥터링 처리할 때 칩(chip)화 될 수 있다. 블레이드 내에서 결과적으로 생성되는 칩 또는 그루브(groove)는 깨끗하도록 의도되는 영역에서 불량하게 닥터링 처리된 잉크 라인 또는 블랙 스트리크(Streak)를 남긴다. 특히, 미세한 입자의 잉크로 헤이즈가 없는 조건을 달성하기 위하여, 상기 블레이드 압력은 높아야 하며, 이것은 요판의 칩핑(chipping)을 초래하거나 요판 상의 이형 코트(release coat)의 열화를 초래한다.

본 발명은 컬러 필터의 형성 방법에 관한 것으로, 특히 액정 디스플레이 응용을 위한 컬러 필터의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 상부에 융기된 표면 패턴을 갖는 전사층이 컬러 필터를 형성하기 위하여 사용된다. 상기 융기된 표면 패턴은 컬러 필터 패턴을 구성하는 컬러 잉크를 수용하는 복수의 요부 셀(recessed cell)로 구성되는 요부 표면 패턴의 윤곽을 정한다. 상기 전사층은 바람직하게는 컬렉터 디바이스(collector device) 상에 지지된다. 상기 전사층상의 융기된 표면 패턴은 예를 들면 전사층이 음각의 요부 패턴과 접촉되는 엠보싱(embossing operation)을 통하여 형성될 수 있다. 상기 전사층은 먼저 컬렉터 표면에 도포된 후, 예를 들면 압축(compression) 하에서 이형 코팅된 요판(release coated intaglio plate)에 대한 조사 경화(radiation curing)를 통하여 엠보싱(embossing)될 수 있다. 선택적으로, 상기 전사층은 이형 코팅된 요판 표면상으로 직접 도포되며, 이형 코팅된 요판으로부터 컬렉터 표면으로 전사될 수 있는데, 이는 상기 컬렉터 표면이 전사층에 더 큰 접착력을 갖기 때문이다. 이러한 구체예에서, 상기 전사층은 바람직하게는 컬렉터에 전사되는 동안 경화된다. 사용된 컬렉터 디바이스는 컬렉터 롤 또는 컬렉터 판(plate) 또는 원하는 다른 형태의 컬렉터 디바이스일 수 있다.

본 발명은 상기 컬렉터 디바이스가 평평한 표면 또는 충분히 큰 직경의 롤인 경우, 그것이 평평하거나 충분히 큰 직경을 갖는 잉크 표면(inked surface)과 접할 때, 공기는 컬렉터 표면 상의 융기된 매트릭스 패턴 사이의 셀 내에 포획된다는 발견에 기초한다. 이러한 공기의 포획은 음각의 요부(intaglio recess) 내에 보유된 액상 잉크가 융기된 패턴 배열과 접촉하는 곳에서 형성된 밀봉(seal)에 의하여 야기된다. 결과적으로 포획된 공기는 잉크 표면 및 셀의 바닥 사이의 접촉을 방지한다. 결국, 블랙 잉크는 평평하거나 충분히 큰 직경의 잉크 표면으로부터 융기된 매트릭스 패턴에만 도포될 수 있다. 따라서, 상기 융기된 패턴은 인쇄화상표면(typographic imaging surface)과 유사한 방식으로 기능한다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 블랙 매트릭스 잉크와 같은 잉크는 상기 융기된 표면 패턴을 융기된 패턴과 동일한 피치(pitch)를 갖는 음각의 잉크(잉크 화상) 패턴과 접촉하도록 함으로써 상기 융기된 표면에 도포된다. 상기 음각의 패턴은 상기 융기된 표면 패턴에 전사될 잉크를 함유하는 요부(recesses)를 갖는다. 융기된 표면 패턴으로 이루어지는 격자선(grid line)은 요판의 잉크 수용 요부(ink receiving recesses)보다 바람직하게는 치수면에서 더 좁다. 융기된 표면 패턴의 융기된 표면은 잉크가 상기 융기된 표면으로 전사되는 동안 음각의 잉크 화상판의 요부 내로 연장된다. 비록 음각 표면이 블랙 잉크를 융기된 패턴에 도포하기 위하여 사용된다해도, 헤이즈가 없는 상태로 음각된 면을 닥터링 처리할 필요는 없다. 상기 요판의 비-요부 영역에서 과량의 잉크를 제거하기 위하여 닥터 블레이딩 공정을 채택하는 것이 바람직하지만, 잉크의 잔류층(residual layer)이 공정의 수행에 악영향을 주지 않으면서 요판의 전체 표면에 걸쳐 남아있을 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 셀 안에 공기가 포획되면서 융기된 패턴 및 액상 잉크 사이에 밀봉(seal)이 형성되어 요판과 융기된 패턴 사이 영역의 접촉을 막기 때문이다. 잉크 처리를 위하여 요판을 사용하는 장점은 특히 잉크가 판으로 전사되는 동안 경화된다해도 음각 패턴의 정밀한 치수가 전사시 보존될 수 있다는 것이다. 물론, 상기 요판 및 잉크는 잉크가 융기된 패턴으로 전사되는 것을 가능하게 하는 물질로 각각 선택되어야 한다. 이러한 방식으로, 융기된 표면 패턴으로의 잉크 전사는 음각의 요부 패턴으로부터의 잉크와 접촉하는 융기면 패턴들 사이의 전사층 부분 없이 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 융기면 패턴사이의 영역들은 잉크가 없도록 유지되고, 닥터링 처리시 통상적으로 직면하는 곤란성을 피할 수 있다.

바람직한 구체예에 있어서, 블랙 매트릭스 잉크는 상기 블랙 매트릭스 잉크의 전사 단계동안 경화된다. 가장 바람직하게, 상기 블랙 매트릭스 잉크는 비-화상 영역에서 블랙 매트릭스 패턴이 경화되는 것을 방지하도록 선택적으로 조사선을 블로킹하는(radiation blocking) 영역을 갖는 음각의 화상판(intaglio image plate)으로 부터 전사된다. 예를 들면, 이러한 화상판은 유리와 같은 투명물질, 또는 용융 실리카로부터 제조될 수 있고, 음각의 요부에 대응되는 영역들은 조사선이 투과되도록 제조되는 한편, 음각의 요부 영역들 사이의 영역은 상기 요부 영역들 사이에 마스킹 물질(masking material)을 사용하는 것 등에 의하여 조사선을 블로킹하도록 제조될 수 있다. 예를 들면, 적절한 마스킹 물질은 잉크를 경화시키는데 사용되는 조사선을 투과하지 않는, 실리콘의 스퍼터링된 부착 필름(sputtered deposited film)이다. 결국, 블랙 매트릭스 잉크로 조사 경화성 잉크를 사용하고 화상판 뒤에 조사선 소스(source)를 사용하여, 상기 블랙 매트릭스 잉크는 전사층의 융기된 표면 영역으로 전사되는 동안 경화될 수 있다. 이상적으로, 요판은 플루오르화탄소, 실란 또는 다른 이형제와 같은 물질로 이형 코팅되어 융기된 패턴으로의 블랙 잉크의 전사를 용이하게 할 수 있다.

그 다음, 복수의 컬러 잉크가 컬렉터 상의 요부(즉, 블랙 매트릭스 잉크 사이)에 도포되는 바, 각각의 컬러 잉크는 특정 패턴으로 도포되며, 각각의 컬러는 상기 컬렉터 상의 융기된 표면 패턴에 의하여 다른 컬러로부터 적어도 부분적으로 분리된다. 이러한 방식으로, 융기면 패턴은 컬러 패턴들이 컬렉터 디바이스상에서 지지되는 동안 컬러 패턴을 분리하는 것을 돕는다. 그 다음, 다색 잉크 패턴은 기판으로 전사되어 그 위에 요부를 갖는 다색 컬러 필터 패턴을 형성하고, 상기 요부는 상기 컬렉터 상의 융기된 표면 패턴의 위치에 대응된다. 상기 전사공정은 기판으로 다색 패턴이 전사되는 동안 컬러 패턴을 굳히거나 경화시킴으로써 촉진될 것이다. 예를 들면, 상기 굳힘 로는 경화는 다색 잉크로 UV 조사 경화성 잉크를 이용하고, 전사 단계동안 투명한 유리 기판을 통하여 조사선을 방사시켜 상기 잉크를 경화시킴으로써, 상기 전사 공정동안 잉크 패턴을 경화시켜 달성될 수 있다.

바람직한 구체예에 있어서, 제2 전사층이 컬러 필터 패턴에 걸쳐 사용되어 컬렉터로부터 컬러 필러 패턴의 제거를 용이하게 한다, 상기 제2 전사층은 컬렉터로부터 제1 전사층, 블랙 매트릭스 잉크, 및 컬러 잉크의 제거를 용이하게 하기 위하여 실질적으로 접착층(adhesive layer)으로 작용한다. 이상적으로, 최종 전사를 용이하게 하는 이러한 접착층은 유리 기판 상에서 박망층(0.5∼5 마이크론)으로 미리 도포된다. 이러한 층은 유리 기판을 통하여 방사되는 UV 조사에 의하여 경화된다. 이러한 조사는 컬렉터로부터 유리로 전사층, 블랙 매트릭스 패턴 및 컬러 잉크를 전사하는 동안 서브-픽셀 잉크를 경화시킴과 동시에 접착층을 경화시킨다. 선턱적으로, 상기 서브-픽셀 잉크는 이형 코팅 판에 대한 압축 하에서 조사에 노출되어 미리 경화될 수 있다. 이 경우에, 상기 패턴은 접착층의 경화, 또는 바람직하게는 압축하에서의 UV 조사에 의하여 유리로 전사될 때까지 컬렉터 상에 남는다.

본 발명의 방법은 블랙 매트릭스 패턴을 형성시키기 위한 종래의 기술에 비하여 많은 장점을 갖는다. 전사층의 융기된 표면 패턴이 음각의 요부 잉크 화상 패턴으로부터 블랙 잉크와 접촉하는 전사층의 유일한 부분이기 때문에, 닥터링 처리는 문제시되지 않는다. 이는 심지어 잔류하는 블랙 매트릭스 잉크의 박막이 음각의 패턴 판(intaglio pattern plate) 상에 남더라도, 잔류 블랙 매트릭스 잉크를 갖는 요판의 부분들이 전사층과 결과 접촉하지 않기 때문에, 이러한 박막이 전사층으로 결코 전사되지 않기 때문이다. 본 발명의 방법을 사용하여, 양호하게 형성된 사각의 모서리를 갖는, 극히 정확한 컬러 잉크 및 블랙 매트릭스 패턴을 생성할 수 있다.

도 1에서, 전사층(14)은 전사층 어플리케이터 롤(applicator roll; 15)로부터 컬렉터(20) 상으로 전사된다. 엠보싱 롤(18)은 그 위에 전사층(14)에 부여될 원하는 융기된 패턴(24)에 대응하는 요부 패턴(recessed pattern; 22)을 갖는다. 전사층(14)은 바람직하게는 조사 경화성 물질로 구성되며, 컬렉터(20)로 전사되는 동안 엠보싱 롤(18)을 통하여 방사되는 UV 광(26a)을 통하여 경화됨으로써 상기 전사층(14)을 고화(solidification)시킨다. 결국, 엠보싱 롤(18)상의 요부 패턴(22)은 전사층(14)에 부여되어 상기 전사층(14)상에 융기된 패턴(24)을 형성한다. 상기 융기된 패턴(24)은 융기된 패턴(24)의 융기된 부분들 사이에서 요부 영역(28)의 윤곽을 정한다. 물론, 융기된 표면 패턴(24)을 형성하기 위하여 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 바람직한 구체예에 있어서, 평평한 요판이 엠보싱 롤(18) 대신에 대체되고 전사층 재료(14)가 평평한 요판 상에서 플로딩(flooding)되거나 닥터링 처리(doctoring)되고, 그 다음 융기된 패턴(24)의 전사는 동일한 방식, 즉 평평한 요판 뒤에 조사 소스를 채택하고 컬렉터(20)로의 전사 과정에서 상기 전사층 재료(14)를 경화시킴으로써 컬럭터(20)에서 달성된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 전사층(14)상에 융기된 패턴(24)이 형성된 후에, 상기 블랙 매트릭스 잉크는 전사층(14)의 융기된 패턴(24)상에 부착된다. 도 2에서, 블랙 매트릭스 잉크(30)는 요판(32)의 요부에서 보유된다. 이는 요판(32)을 잉크 처리 롤과 접촉시킨 다음에 과량의 블랙 매트릭스 잉크(30)를 닥터링 처리하거나, 또는 선택적으로 상기 요부를 채우기 위하여 요판을 잉크 박막으로 고팅시킴으로써 달성된다. 전사층(14)의 융기된 부분(24)은 요판(32)의 요부(33) 내로 삽입됨으로써, 블랙 매트릭스 잉크(30)와 접하게 된다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스 잉크의 잔재 부분(35)은 때때로 닥터링 처리 후에도 요판(32)의 요부 사이에 남는다. 그러나, 본 발명의 방법을 사용할 경우, 요판(32) 상의 융기된 패턴(24)과 블랙 매트릭스 잉크(30) 사이의 영역(28)에서의 접촉은 최소화되거나 제거된다 결국, 블랙 매트릭스 잉크(30)는 전사층(14)의 융기된 부분(24)으로만 전사되고, 닥터링 처리 공정에 의하여 남은 잔류 블랙 매트릭스 잉크(35)는 전사층으로 전사되지 않는다.

컬렉터(20)는 바람직하게는 쿠션(cushioning) 또는 탄성(elastomeric) 재료(예를 들면, 부틸 고무, 실리콘, 폴리우레탄)로 이루어져, 인쇄 공정에 쿠션 효과를 제공한다. 이러한 쿠션층은 바람직하게는 보다 높은 탄성계수층(higher modulus layer; 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 메탈 포일(metal foil) 또는 이들의 조합)으로 덮여있다. 바람직한 구체예에 있어서, 0.25인치 두께의 폴리우레탄 쿠션층은 0.003 내지 0.006인치 두께의 니켈(nickel) 또는 스틸 메탈 포일(steel metal foil)로 덮여있다. 선택적으로, 예를 들면 약 0.005인치 두께의 SiO₂ 또는 다이아몬드와 유사한 탄소 코팅과 같은 하드코팅(hardcoating) 물질이 이러한 메탈 포일의 상부에 부착된다. 그 다음, 전사층은 이러한 코팅된 PET 표면 상에 직접 부착된다. 이러한 코팅은 예를 들면 증착기술(vapor deposition technique)에 의하여 부착될 수 있다. 또한, 이러한 컬렉터는 1996년 7월 2일자로 출원된 미국특허출원번호 제08/675,359호에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 본 발명에서 참고 목적으로 포함된다.

바람직한 구체예에 있어서, 블랙 매트릭스 잉크(30)는 조사 경화성 잉크이고, 상기 블랙 매트릭스 잉크는 전사층상의 융기된 패턴으로 부착되는 동안 경화된다. 요부(33) 사이의 영역 내에서 요판(32)에 광 블로킹 또는 마스킹 영역(36)을 제공하고, 요판 뒤에 UV 광(도시되지 않음)을 위치시킴으로써 이러한 경화가 용이하게 될 수 있다. 화살표(27a)로 지시되는, UV 광으로부터의 조사는 마스킹되지 않은 패턴 영역을 통과하나, 화살표(27b)로 지시되는 바와 같이 광 블로킹 영역(36)을 통과하지 않는다. 블랙 매트릭스 잉크의 전사 동안, 조사선은 UV 광으로부터 방사된다. 그러나, 마스킹(36)으로 인하여, 조사선은 오직 광 블로킹 영역(36) 사이의 영역만을 통과하여 이러한 영역 내의 잉크만이 경화된다. 이러한 광 블로킹 영역(36)은 예를 들면 유리와 같은 조사 투명 재료로 요판(32)을 제조하고, 스퍼터링 부착된 실리콘 또는 증착된 실리콘과 같은 조사선 반사 또는 흡수 재료로 요부 패턴(33) 사이의 영역을 선택적으로 코팅함으로써 달성될 수 있다. 선택적으로, 블랙 잉크는 냉각시 고화되고 엠보싱된 패턴과 접촉시 전사되는 핫 멜트 물질(hot melt material)일 수 있다. 물론, 이러한 경우에 선택적인 마스킹은 필요하지 않다.

바람직한 구체예에 있어서, 요판(32) 상의 요부 패턴(33)은 도 1에 도시된 엠보싱 조업에 의하여 형성된, 융기된 패턴(24)보다 치수적으로 더 넓다. 결국, 도 2에 도시된 블랙 매트릭스의 잉크 처리 단계에서, 전사층(14) 상의 융기된 패턴(24)은 요부 패턴(33)의 중심에 정합될 필요가 없다. 복사선이 오직 요판(32)의 요부(33)만을 통하여 방사되므로, 상기 블랙 매트릭스 잉크(30)는 이러한 요부 채널 영역(33)에 대응하는 영역 내에서 전사되고 경화된다. 그 결과, 상기 블랙 매트릭스 잉크는 전사층 상(14) 상의 융기된 패턴(24)에 전사되고, 따라서 전사층 상(14) 상의 융기된 패턴(24)을 캡슐화(encapsulate)하며, 이에 따라 컬러 필터 패턴을 형성하는 컬러 잉크를 수용하기에 적합한 융기된 블랙 매트릭스 패턴을 형성한다. 결과로서 얻어지는 블랙 매트릭스 패턴은 요판(32)의 치수를 보유하고 전사층을 엠보싱하는데 사용되는 요판과는 독립적이다.

이러한 블랙 매트릭스 전사 조업은 종래 기술의 방법에 비하여 몇몇 장점을 갖는다. 블랙 매트릭스 잉크의 전사 조업과정에서, 바람직한 효과 중 하나는 도 2에 도시된 바와 같이 공기가 융기된 패턴(24) 사이의 영역에서 포획된다는 것이다. 이러한 포획된 공기는 이러한 융기된 패턴 영역(24) 사이에서의 블랙 매트릭스 잉크의 전사를 방지하는 것을 용이하게 한다. 결국, 닥터링 처리 공정에 의하여 야기되는 잔류 블랙 매트릭스 잉크의 어느 것도 전사되지 않기 때문에, 상기 닥터링 처리 단계는 과거에서만큼 중요하지 않다. 이러한 이유 때문에, 상기의 특정한 잉크 전사 공정은 때때로 닥터링 처리없는(doctorless) 블랙 매트릭스 잉크 전사 단계라고도 불린다. 또한, 전사층(14)과 블랙 매트릭스 요판(32) 사이의 접촉이 적기 때문에, 이러한 2개의 표면사이에 접착이 거의 없거나 전혀 없어, 블랙 매트릭스 잉크가 컬렉터 상의 전사층(14)으로 이형되는 것(release)을 보다 용이하게 한다.

블랙 매트릭스 패턴(30)을 형성한 후에, 도 3에 도시된 바와 같이, 다양한 컬러 잉크 패턴이 인쇄 잉크 화상 패턴을 이용하여 블랙 매트릭스 패턴(30)에 의하여 형성된 요부(11) 내에 부착된다. 도 3에서, 패턴 판(50)은 복수의 잉크 화상 핀(ink imaging pin; 51)을 포함한다. 상기 화상 핀(51)은 다양한 컬러 잉크(36)를 운반하고, 블랙 매트릭스 패턴(30)에 의하여 형성된 요부(28a) 내에 잉크를 부착시킨다. 도시된 바와 같이, 상기 잉크(36)는 부착된 후에도 바람직하게는 여전히 유체(fluid)이고, 블랙 매트릭스 패턴의 표면상에서 다소 연장될 수 있다. 도 3은 전사층(14)상으로 컬러 잉크 중 하나가 부착되는 것을 도시하고 있다. 그 다음, 이러한 공정은 컬러 필터를 구성하는 다른 컬러 잉크를 사용하여 반복된다.

인쇄 화상 핀(51)은 바람직하게는 블랙 매트릭스에 의하여 형성된 공간(28a) 보다 더 작아서 블랙 패트릭스 상에서 잉크가 오염되거나 다른 잉크 컬러를 혼합함이 없이 블랙 매트릭스 내에 잉크를 부착시키는 것을 용이하게 한다.

전사층은 예를 들면 폴리이미드, 에폭사이드, 아크릴릭, 비닐 에테르, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 및 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 아크릴릭, 에스테르, 우레탄, 또는 에폭사이드 및 종래의 컬러 필터 디바이스에서 통상적으로 평탄화층(planarizing layer)으로 사용할 수 있는 다른 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 전사층(14)용으로 바람직한 물질은 후술하는 바와 같이 조사 경화성 아크릴레이트계 물질이다. 전사층(14)은 전형적으로 10 마이크론 미만인 박막으로서 컬렉터 디바이스상에 부착된다. 바람직하게는, 전사층은 경화를 용이하게 하기 위하여 조사 경화성 물질로 형성된다. 잉크 부착, 전사층, 관련 물질 등에 관한 추가적인 정보는 미국특허번호 제5,544,582호 및 제5,514,503호에서 발견될 수 있다.

도 4는 유리 기판(12)에 블랙 매트릭스 패턴(30), 컬러 필터 패턴(36) 및 전사층(14)을 부착하는 것을 도시한다. 상기 복합물을 기판에 부착시키는 동안, 레드, 그린, 및 블루 컬러 셀을 포함하는 잉크 셀(36)은 액상으로 존재하거나 변형 가능한 상태에 있을 수 있다. 결국, 상기 잉크 셀은 부착 과정에서 전사층(14)과 유리 기판(12) 사이에서 바람직하게는 스퀴징(squeezing)되어 보다 부드럽고, 보다 균일한 잉크 도트(dot) 형상 및 두께로 된다. 이러한 보다 균일한 형상 및 두께는 바람직하게는 전사 조업과 동시에 경화시킴으로써 보유된다. 이러한 경화는 유리 기판(12)을 통하여 조사선을 방사하도록 위치하는 UV 광(26c)에 의하여 달성될 수 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 제2 전사층(14a)은 컬렉터(20)로부터 전사층(14), 블랙 매트릭스 패턴(30) 및 컬러 잉크(36)를 제거하는 것을 용이하게 하기 위하여 사용된다. 이러한 제2 전사층(14a)은 블랙 매트릭스 패턴(30) 및 컬러 잉크(36)에 걸쳐 도포되거나, 전사 조업 이전에 유리에 부착될 수 있다. 도 4에서, 제2 전사층(14a)은 유리 기판(12)에 미리 도포된 것으로 도시된다.

이하에서는 전사층(14)을 형성하기 위하여 사용될 수 있는 2가지 처방(formulation)이 설명된다(각각의 성분들의 설명은 본 명세서의 후반부에 기재되어 있음). 이러한 처방의 각각은 베이스 올리고머(base oligomer) 및 고분자 브렌드(polymer blend)로 이루어지며, 이것은 100까지의 중량% 값으로 기재되고, 추가 성분(광 개시제, 산화방지제 등)이 바람직하게 첨가된다. 이러한 추가성분은 전체 올리고머 및 고분자 브렌드 처방 100 중량부에 대한 중량부로 첨가된다. 현재, 전사층(14)에 대한 가장 바람직한 처방은 처방 B이다.

제2 전사층(14a)

하기는 제2 전사층(14a)을 형성하기 위한 바람직한 처방이다.

잉크(블랙 매트릭스 및/또는 컬러 잉크)가 경화되는 구체예에 있어서, 상기 잉크는 바람직하게는 조사 경화성으로 처방된다. 경화성이라 함은 잉크가 가교(cross-link)됨을 의미한다. 조사 경화성이라 함은 적절한 조사에 노출될 경우 잉크가 가교됨을 의미한다. 이는 또한 잉크가 경화되지 않은(가교되지 않은) 상태에서 핫 멜트 열가소성의(hot melt thermoplastic) 성질 갖거나, 용매를 포함하는지와는 관계없다. 예를 들면, 조사 소스(26c)는 자외선(160∼400㎛) 또는 가시광선(400∼700㎛)을 방사하도록 설계될 수 있다. 선택적으로, 상기 잉크는 조사 소스를 롤과 기판에 의하여 형성된 닙(nip)의 분리 면(separation side)을 향하도록 하는 것과 같은 다른 방법에 의하여 조사에 노출될 수 있다. 이러한 경화는 통상적인 조사 방출 램프를 이용하여 조사 경화에 의하여 수행될 수 있는 한편, 선택적으로 미러(mirror)에 의하여 가이드(guide)되는 레이저가 잉크를 충분히 경화(가교)시키기 위하여 사용될 수 있다.

전형적으로 컬러 필터는 약 15∼40 마이크론 폭의 블랙 매트릭스 라인, 그리고 전형적으로 약 70∼100 마이크론 정도의 폭과 160∼300 마이크론 정도의 길이를 갖는 작은 컬러 셀을 요구한다. 상기 컬러 셀은 전형적으로 약 10 마이크론 미만의 두께, 바람직하게는 5 마이크론 미만의 두께를 갖는 필름으로 인쇄된다. 이러한 얇은 컬러 셀은 균일하게 도포되고 블랙 매트릭스 패턴 내에서 정합되어야 한다. 본 발명의 수행에 있어서, 통상적인 조사 경화성 잉크는 일반적으로 열가소성 잉크에 비하여 바람직한 바, 이는 부분적으로 이들이 이러한 얇은 셀을 인쇄하는데 도움이 되는 낮은 점도에서 인쇄될 수 있기 때문이다. 또한, 패턴 치수를 제어하기 위하여는 극도로 엄격한 열적 허용오차(thermal tolerance)를 요구하기 때문에 핫 멜트 열 가소성 잉크의 패턴 정합성(registration)을 제어하는 것은 보다 곤란하다. 또한, 조사 경화성 잉크는 본 발명에 따른 압축 전사 조업 과정에서 용이하게 경화된다. 열 가소성 잉크는 보다 낮은 온도를 갖는 기판 또는 전사 롤에 부착시 즉시 경화되도록 처방되어 핀홀(pinhole), 필름의 비균일성 및 전사 표면의 부적당한 젖음(wetting)에 의하여 야기될 수 있는 다른 결함을 덜 초래할 수 있다는 점에서 하나 이상의 장점을 갖는다. 결국, 잉크의 또 다른 바람직한 타입은 열가소성 및 조사 경화성을 모두 나타내는 것이다. 이러한 잉크는 기판에 인쇄될 때까지는 열가소성이 되고, 그 시점(point)에서 적당한 조사에 노출됨으로써 경화될 수 있도록 처방된 것이다. 경화된다는 것은 잉크가 어느 정도까지 가교된다는 것을 의미한다. 잉크의 가교는 잉크의 내구성 및 고온에 대한 내성을 증가시키는 바, 이는 후속 공정 단계에서 컬러 필터가 노출될 온도 때문에 바람직하다.

블랙 매트릭스 잉크에 실리콘 아크릴레이트와 같은 특정 계면 활성제를 첨가하는 것이 알려져 있는 바, 블랙 매트릭스 잉크의 경화시 이러한 계면 활성제는 잉크가 셀 내에서 서브-픽셀 잉크에 의하여 젖는 것을 어렵게 하여, 셀 벽을 따라 컬러가 혼합되는 것(co-mingling)을 방지한다. 불행하게도, 통상적인 닥터링 처리 공정에 있어서, 닥터링 처리에서는 헤이즈가 없다 하더라도, 계면 활성제는 전사층으로 전사되어 셀 바닥을 형성하는 음각의 표면 상부에 얇은 유기층으로 존재한다. 이는 셀 바닥이 또한 디웨팅(dewetting)하도록 하여, 셀이 서브-픽셀 잉크에 의하여 채워지는 것을 막는다. 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 본 발명의 공정은 상기 셀 바닥이 블랙 매트릭스 잉크 내의 계면 활성제로 오염되지 않기 때문에 이러한 문제를 회피할 수 있다.

블랙 매트릭스 잉크의 경우, 잉크의 또 다른 바람직한 타입은 잉크 처리(inking) 및 닥터링 처리 과정에서 점도를 낮추도록 휘발성 용매가 잉크 내로 혼입되어 있는 용제계 처방이며, 상기 용제는 잉크와 상용성이 있고 전사층과의 접촉에 앞서 요판 내의 얇은 블랙 매트릭스 패턴(바람직하게는 2∼5 마이크론)으로부터 용이하게 증발되도록 선택될 수 있도록 선정된다. 그 다음, 잉크는 후속 조사 또는 열 경화 과정에서 가교 반응될 수 있다.

잉크는 기판으로의 부착 중 또는 부착 후에 견고하고(hard), 점착성이 없는(tack-free) 내구성의 상태를 달성하기 위하여, 조사, 열, 습도 또는 다른 타입의 경화공정에 노출됨으로써 최종적으로 경화 처리될 수 있다.

하기는 컬러 필터의 블랙 매트릭스 패턴 및 컬러 픽셀을 제조하는데 사용되는 잉크를 제조하기 위하여, 중량%로 기재된 바람직한 처방이다.

성분 리스트

SR-444는 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트 모노머(pentaerythritol triacrylate monomer)이다.

GE-494-14-5079는 GE에 의하여 제조된 아크릴레이트계 실란-함유 콜로이드 실리카 분산물(acrylated based silane containing colloidal silica dispersion)이다.

CN 963 E75는 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 우레탄 아크릴레이트 올리고머(urethane acrylate oligomer)이다.

SR-9003은 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 프로폭실레이티드 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트(propoxylated neopentyl glycol diacrylate)이다.

Lucirin TPO는 뉴저지, 파시패니의 BASF사에 의하여 제조된 광 개시제이다.

SR-502는 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 에톡실레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)이다.

Ebecryl 3605는 조지아, 스미르나의 UCB Radcure에 의하여 제조된 비스페놀 A의 부분적인 아크릴레이티드 디글리시딜에테르(partially acrylated diglycidylether of bisphenol A)이다.

SB 520 E35는 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된, SR-454 내의 방향족 산 아크릴레이트 하프 에스테르(aromatic acid acrylate half ester in SR454)이다.

SR-454는 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된, 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)이다.

Irgazin Red A2BN은 델라웨어, 뉴포트의 시바(Ciba-Geigy사의 pigment division)에 의하여 제조된 피그먼트이다.

Paliotol Yellow D1819는 뉴저지, 마운트 올라이브의 BASF사에 의하여 제조된 피그먼트이다.

SR-399는 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 디펜타에리스리톨 펜타크릴레이트(dipentaerythritol pentacrylate)이다.

Lionol Blue ES는 뉴저지, 잉글우드 글리프의 Toyo Ink America에 의하여 제조된 피그먼트이다.

SR-499는 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 에톡시레이티드 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(ethoxylated trimethylol propane triacrylate)이다.

Irganox 1035는 뉴욕, 테리타운의 Ciba-Geigy에 의하여 제조된 산화방지제이다.

Irgacure 369는 뉴욕, 테리타운의 Ciba-Geigy에 의하여 제조된 광 개시제이다.

Quantacure CPTX는 잉글랜드, 체셔의 Great Lakes Fine Chemicals에 의하여 제조된 광 개시제이다.

Sarbox 500 E50은 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된, SR-454 내의 방향족 산 메타크릴레이트 하프 에스테르(aromatic acid methacrylate half ester in SR454)이다.

EYK 161(30%) 저휘발성은 코네티컷, 월링포드의 BYK-Chemie USA에 의하여 제조된 분산제이다. 이것은 용매 내에서 30%이고, 바람직하게는 용매가 제거되고 SR-399로 대체된다.

Heliogen Green L9361은 뉴저지, 마운트 올라이브의 BASF사에 의하여 제조된 피그먼트이다.

Paliotol Yellow D1819는 뉴저지, 마운트 올라이브의 BASF사에 의하여 제조된 피그먼트이다.

Regal 400R은 메사츄세츠, 빌러리카의 Cabot사에 의하여 제조된 카본 블랙이다.

SR-497은 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 n-비닐 포름아마이드(n-vinyl formamide)이다.

SR-247은 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트(neopentylglycol diacrylate)이다.

SR-248은 펜실베니아, 엑스톤의 Sartomer사에 의하여 제조된 네오펜틸글리콜 디메타크릴레이트(neopentylglycol dimethacrylate)이다.

Solsperse 24000은 델라웨어, 윌밍톤의 Zeneca사에 의하여 제조된 분산제이다.

Jaylink 106E는 윈스테드 콘넥티컷의 Bomar Specialties Co.에 의하여 제조된 아크릴아마이드 관능성 셀룰로오스 에테르(acrylamide functional cellulosic ether)이다.

Mold Wiz 1285N은 뉴욕, 우드사이드의 Axel Plastics Research Laboratories Inc.에 의하여 제조된다.

Resiflow LG-99는 Estron Chemical사에 의하여 제조된 흐름 첨가제(flow additive)이다.

본 발명은 설명을 목적으로 상세히 설명하였지만, 상기 상세한 설명은 하기 청구범위에서 기재된 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 변경될 수 있도록 이해를 돕기 위함이다.

예를 들면, 상기 예시된 구체예에 있어서, 전사층(14)은 컬렉터 롤(20)에 도포된다. 그러나, 본 발명은 컬렉터 롤에 한정되지 않는 바, 플레이트와 같은 컬렉터 장치의 다른 유형 또한 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 상기 예시된 구체예는 패턴 롤러를 사용하고 있으나, 평평한 패턴 플레이트 또한 사용될 수 있다. 전사층(14)은 어떠한 테크닉을 사용하여 도포될 수 있고, 바람직하게는 잉크 또는 코팅 도포 테크닉을 이용하여 도포된다.

본 발명에 따른 방법은 종래의 블랙 매트릭스 패턴을 형성방법의 장점도 얻을 수 있으며, 닥터링 처리에 의한 문제도 없으며, 사각의 모서리를 갖는 정확한 컬러 잉크 및 블랙 매트릭스 패턴을 최대한 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 전사층(transfer layer) 상에 융기된 패턴(raised pattern)을 형성하는 방법을 도시하는 도면이고,

도 2는 도 1에 도시된 공정에 의하여 형성된 융기된 패턴 전사층 상으로 요판(intaglio plate)으로부터 블랙 매트릭스 잉크(black matrix ink)를 부착시키는 (depositing) 것을 도시하는 도면이며,

도 3은 본 발명에 따라 형성된 융기된 블랙 매트릭스 패턴에 의하여 형성된 요부(recesses) 내로 컬러 잉크를 부착시키는 것을 도시하는 도면이고, 그리고

도 4는 본 발명에 따라 형성된 컬러 필터 패턴을 유리 기판에 부착시키는 것을 도시하는 도면이다.

Claims (3)

1. 복수의 융기된 표면으로 이루어진 융기된 표면 패턴을 표면상에서 포함하는 잉크 수용 표면을 형성하는 단계; 및

   상기 융기된 표면 패턴을 음각(intaglio)의 잉크 패턴과 접촉시킴으로써 잉크를 상기 융기된 표면으로 전사하는 단계로서, 상기 음각의 잉크 패턴은 내부에 상기 잉크를 함유하는 음각의 요부를 포함함으로써 상기 융기된 표면상으로 상기 음각의 요부로부터 잉크를 선택적으로 부착하는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는 화상 잉크 패턴을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 잉크는 블랙 매트릭스 잉크이고, 상기 화상 잉크 패턴은 블랙 매트릭스 잉크 패턴이며,

   상기 잉크를 전사하는 단계는 상기 잉크를 상기 융기된 표면으로 전사하기 위하여 상기 융기된 표면을 상기 음각의 요부 내로 미치게 하는 (extending) 단계를 포함하며,

   상기 융기된 표면들 사이의 상기 잉크 수용 표면의 부분들은 상기 음각의 요부로부터 잉크와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 화상 잉크 패턴을 제조하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전사 단계 동안 상기 블랙 매트릭스 잉크를 선택적으로 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 요부들 사이의 상기 요판의 영역은 조사 마스킹 영역이 제공되고, 상기 선택적으로 경화시키는 단계가 상기 조사 마스킹 영역 사이의 상기 음각된 화상판을 통하여 조사선을 방사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.