KR100642859B1 - 컬러필터 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컬러필터 제조방법에 관해 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은 블랙 매트릭스 형성용 감광성 수지막이 도포된 상부기판을 제공하는 단계와, 상부기판 위에 게이트 배선 및 데이터 배선에 대응하는 라인패턴을 구비하고, 게이트 배선과 대응하는 라인은 슬릿을 두어 슬릿의 폭 및 간격에 의해 노광량이 조절되는 하프톤 패턴을 갖는 마스크를 위치하는 단계와, 하프톤 마스크를 이용하여 상기 수지막을 노광하여 데이터 배선과 대응하는 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 높고 게이트 배선과 대응하는 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 낮은 층상 구조의 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 블랙 매트릭스를 포함한 상부 기판 상에 레드, 그린 및 블루레진 헤드를 이용하여 스트라이프 타입의 레드, 그린 및 블루 컬러층을 동시에 형성하는 단계를 포함한다.

Description

컬러필터 제조방법{method for manufacturing color filter}
도 1은 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터 단면도.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅱ선의 절단면을 보인 단면도.
도 3는 본 발명에 따른 컬러필터를 제조에 있어서, 하프톤 마스크를 이용하여 블랙매트릭스를 제조하는 과정을 설명하기 위한 평면도.
도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅳ선의 절단면을 보인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 컬러필터를 제조에 있어서, 컬러패턴을 제조하는 과정을 설명하기 위한 평면도.
도 6는 도 5의 Ⅴ-Ⅵ선의 절단면을 보인 단면도.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅷ선의 절단면을 보인 단면도.
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 층상 구조의 블랙 매트릭스 제조 시, 1회의 공정으로 진행하여 공정을 단순화시킬 수 있는 컬러필터 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이, 컬러 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 구비 된 하부기판과, 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러층이 형성된 컬러필터층이 개재된 투명한 상부기판이 마주보도록 배치되며, 양기판 사이에는 액정층이 개재된다.
상기 하부기판 위에는 복수의 신호선과 주사선이 격자상으로 배치되어 그들의 교차점에 박막트랜지스터와 화소전극이 접속되고, 상부기판에는 컬러필터층과 액정층이 접하는 부분 사이에 투명한 공통전극, 즉 ITO(indium thin oxide) 전극층이 형성되어 있으며, 컬러필터층은 적(R), 녹(G), 청(B)의 3원색을 화소단위의 크기로 모자이크(Mosaic)상으로 배치한 것으로 각 화소에 1색이 대응하고 있다.
여기서, 컬러필터층이라 함은 컬러층과, 각 컬러층 사이에 형성되는 블랙매트릭스와, 컬러층과 블랙매트릭스 위에 평탄화 및 보호층으로 형성되는 오버코트(overcoat)층까지 포함하며, 이하에는 이를 컬러필터라 명기한다.
도 1은 상기 언급된 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터를 나타낸 것이다. 또한, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅱ선의 절단면을 보인 단면도로서, 편의상 적(5R), 녹(5G), 청(5B)의 3원색의 컬러층은 생략되었다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 투명한 상부기판(1)의 표면에는 각 화소마다 적(5R), 녹(5G), 청(5B)의 3원색의 컬러층이 형성되고, 적, 녹, 청색의 컬러층(5R, 5G, 5B)들 사이에는 크롬(Cr) 혹은 흑색 유기물을 이용하여 2회 공정으로 두께가 다른 격자 형상으로 패터닝된 블랙매트릭스(3)가 형성되어 있는 구조를 갖는다. 상기 블랙매트릭스(3)는 상부기판(1)을 통과한 빛이 화소 사이로 입사될 때 빛을 차단하는 광차단 기능을 하고, 또한 제조공정상 각 적, 녹, 청의 컬러필터(5R, 5G, 5B)들이 서로 인접하여 배열될 때 다른 컬러층으로 빛이 입사되는 것을 차단한다. 그리고 컬러층(5)의 보호와 표면의 평활성 향상을 위하여 오버코트층(미도시)이 형성되어 있고, 이 오버코트층 위에 ITO 전극층(미도시)이 형성된 구조를 취한다.
이하에서는, 상술한 종래 구조의 컬러필터를 제조하는 방법에 대해 살펴본다.
종래의 컬러필터 제조방법에는 염색법, 전착법, 안료분산법, 염료분산법, 인쇄법 등 여러 가지가 있으나, 여기서는 잉크젯에 의한 방법을 예로 들어 설명한다.
먼저, 투명한 상부기판(1)에 감광성 수지막을 도포하고, 수지막을 패터닝하여 광 차단층인 블랙매트릭스(3)를 형성한다. 이때, 블랙매트릭스(3)는, 이후의 공정에서 형성될 컬러층의 혼색을 방지하기 위해, 먼저 횡방향으로 제 1블랙매트릭스(3a)를 형성한 후, 제 1블랙매트릭스(3a)보다 더 높게 종방향으로 제 2블랙매트릭스(3b)를 형성하여, 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층영역이 주위영역보다 움푹 패인 층상 구조로 제작한다. 여기서, 횡방향으로 배열된 제 1블랙 매트릭스(3a)는 하부기판의 게이트배선과 대응된 부위를 덮도록 배열된 것이며, 종방향으로 배열된 제 2블랙 매트릭스(3b)는 하부기판의 데이터배선과 대응된 부위를 덮도록 배열된 것이다.
이어, 블랙매트릭스(3)를 포함한 기판의 움푹 패인 영역 위에 적색, 녹색, 청색레진 헤드(7)를 통해 각각의 녹색(5G), 청색(5B)의 컬러층(5)을 형성시킨다. 즉, 적색(5R), 녹색(5G) 및 청색(5B)이 컬러층(5)은 잉크젯을 이용하여 한번에 형성된다. 이때, 컬러층(5)은 하부기판의 화소전극과 대응된 부위를 덮도록 대이터 배선 방향의 스트라이프 타입으로 배열된다.
이렇게 각 블랙매트릭스(3) 사이에 적색(5R), 녹색(5G) 및 청색(5B)의 컬러층(5)을 형성한 후, 도면에 도시되지 않았지만, 이들 컬러층(5R), (5G), (5B)을 보호함과 아울러 각 컬러층(5R), (5G), (5B)의 단차를 없애어 평탄화하기 위해, 아크릴 수지, 에폭시 또는 폴리이미드 등의 투명수지로 오버코트층을 형성한다. 그리고 오버코트층 위에 ITO 전극층을 형성한다.
한편, 도 1에서, 미설명된 도면부호 9는 적색, 녹색, 청색레진 분사 시 상부기판(1)의 진행방향을 나타낸 것이다.
그러나, 상술한 종래기술은, 컬러층의 혼색을 방지하기 위해 블랙매트릭스를 형성하는 공정에 있어서, 각각 종방향 및 횡방향으로 2단계를 거쳐 블랙매트릭스를 형성함으로써, 제조공정이 복잡해지고, 그에따라 공정 시간이 길어지는 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 하프톤 마스크를 이용하여 1회의 공정으로 층상 구조의 블랙매트릭스를 제조함으로써, 블랙매트릭스 제조 공정을 단순화할 수 있는 컬러필터 형성방법을 제공하려는 것이다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 컬러필터 제조방법은 블랙 매트릭스 형성용 감광성 수지막이 도포된 상부기판을 제공하는 단계와, 상부기판 위에 게이트 배선 및 데이터 배선에 대응하는 라인 패턴을 구비하고, 게이트 배선과 대응 하는 라인은 슬릿을 두어 슬릿의 폭 및 간격에 의해 노광량이 조절되는 하프톤 패턴을 갖는 마스크를 위치하는 단계와, 하프톤 마스크를 이용하여 상기 수지막을 노광하여 데이터 배선과 대응하는 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 높고 게이트 배선과 대응하는 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 낮은 층상 구조의 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 블랙 매트릭스를 포함한 상부 기판 상에 레드, 그린 및 블루레진 헤드를 이용하여 스트라이프 타입의 레드, 그린 및 블루 컬러층을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 감광성 수지막이 포지티브 타입인 경우, 정면 노광을 실시한다.
상기 감광성 수지막이 네거티브 타입인 경우, 배면 노광을 실시한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 3는 본 발명에 따른 컬러필터 제조에 있어서, 하프톤 마스크를 이용하여 블랙매트릭스를 제조하는 과정을 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅳ선의 절단면을 보인 단면도이다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 컬러필터 제조에 있어서, 컬러층을 제조하는 과정을 설명하기 위한 평면도이고, 도 6는 도 5의 Ⅴ-Ⅵ선의 절단면을 보인 단면도이며, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅷ선의 절단면을 보인 단면도이다.
본 발명에 따른 컬러필터 제조방법은, 도 3및 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 감광성 수지막(미도시)이 도포된 글라스 재질의 상부기판(11)을 제공한다. 이 때, 감광성 수지막은 포지티브 타입 또는 네거티브 타입을 이용할 수 있다.
이어, 상부기판(11) 위에 게이트 배선 및 데이터 배선에 대응하는 라인 패턴을 구비하고, 게이트 배선과 대응하는 라인은 슬릿을 두어 슬릿의 폭 및 간격에 의해 노광량이 조절되는 하프톤 패턴을 갖는 마스크(31)를 위치시킨다. 그런 다음, 하프톤 마스크를 이용하여 상기 수지막을 노광하여 데이터 배선과 평행한 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 높고 게이트 배선과 평행한 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 낮은 층상 구조의 블랙 매트릭스를 형성한다. 이때, 감광성 수지막이 포지티브한 타입인 경우, 노광공정은 정면 노광을 실시한다. 그리고, 감광성 수지막이 네거티브한 타입인 경우, 노광공정은 배면 노광을 실시한다.
한편, 도 3및 도 4에서, 미설명된 도면부호 13a는 하부기판의 게이트배선과 대응된 부위를 덮도록 배열된 블랙매트릭스의 일부분(도면에서 횡방향으로 배열된 부분)을 나타낸 것이고, 도면부호 13b는 하부기판의 데이타배선과 대응된 부위를 덮도록 배열된 블랙매트릭스의 다른 일부분(도면에서 종방향으로 배열된 부분)을 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(13)로 둘러싸인 상부 기판의 움푹 패인 영역 및 블랙매트릭스가 낮은 (도면의 13a) 영역 위에 레드, 그린 및 블루레진 헤드(17)를 이용하여 스트라이프 타입의 레드(15R), 그린(15G) 및 블루(15B) 컬러층(15)을 한번에 형성한다. 이때, 스트라이프 타입의 레드(15R), 그린(15G) 및 블루(15B) 컬러층(15)은 데이터배선과 대응하는 블랙매트릭스(13)의 배열 된 부분(13b)을 따라 한번에 형성된다. 여기서, 데이터배선과 대응하는 블랙매트릭스(13)의 배열된 부분(13b)은 컬러층(15) 형성 시, 주변 픽셀로 레드, 그린 및 블루 레진이 흘러들어가 혼색이 되는 것을 막는 역할을 한다.
한편, 도 5 및 도 7에서, 미설명된 도면부호 19는 적색, 녹색, 청색레진 분사 시 상부기판(1)의 진행방향을 나타낸 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하프톤 마스크를 이용하여 1회의 공정으로 데이터배선과 대응하는 블랙매트릭스는 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층영역보다 높고 게이트배선과 대응하는 블랙매트릭스는 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층영역보다 낮은 블랙 매트릭스를 형성함으로써, 블랙 매트릭스 제조 공정을 단순화하고, 이에 따라 블랙 매트릭스를 제조하는 데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스 형성용 감광성 수지막의 절감을 꾀할 수 있다.

Claims (5)

  1. 블랙 매트릭스 형성용 감광성 수지막이 도포된 상부기판을 제공하는 단계와,
    상기 상부기판 위에 게이트 배선 및 데이터 배선에 대응하는 라인패턴을 구비하고, 게이트 배선과 대응하는 라인은 슬릿을 두어 슬릿의 폭 및 간격에 의해 노광량이 조절되는 하프톤 패턴을 갖는 마스크를 위치하는 단계와,
    상기 하프톤 마스크를 이용하여 상기 수지막을 노광하여 데이터 배선과 대응하는 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 높고 게이트 배선과 대응하는 라인은 각각의 레드, 그린 및 블루 컬러층 높이보다 낮은 층상 구조의 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와,
    블랙 매트릭스를 포함한 상부 기판 상에 레드, 그린 및 블루레진 헤드를 이용하여 스트라이프 타입의 레드, 그린 및 블루 컬러층을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 감광성 수지막은 포지티브 타입인 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 감광성 수지막은 정면 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 감광성 수지막은 네거티브 타입인 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 감광성 수지막은 배면 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조방법.
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