KR100647312B1 - 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치 - Google Patents

잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치 Download PDF

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Abstract

잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치가 개시된다. 개시된 컬러 필터의 제조장치는 기판 상의 각 픽셀영역에 잉크 방울들을 토출시켜 소정 색상의 픽셀들을 형성하는 잉크젯 헤드; 및 잉크젯 헤드와 기판 사이에 마련되는 것으로, 동일한 색상의 픽셀들이 형성될 소정의 픽셀영역들만을 노출시키는 복수의 관통공이 형성된 마스크;를 구비하여, 잉크젯 헤드로부터 토출된 소정 색상의 잉크 방울들이 마스크의 관통공을 통하여 노출된 픽셀 영역들만 인쇄하게 된다.

Description

잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치{Apparatus for manufacturing color filter using inkjet method}
도 1은 종래 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 마스크의 평면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 제조장치에 의하여 컬러 필터를 제조하는 모습의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 제조장치에 적용될 수 있는 칸막이의 변형예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 제조장치에 적용될 수 있는 마스크의 변형예를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110... 기판 112.. 블랙 매트릭스
121... 적색 픽셀영역 122... 녹색 픽셀영역
123... 청색 픽셀영역 131,132... 정상토출된 잉크 방울
131',132'... 비정상 토출된 잉크 방울
150... 잉크젯 헤드 155... 칸막이
160... 마스크 161... 관통공
본 발명의 컬러 필터의 제조장치에 관한 것으로, 특히 잉크젯 방식을 이용하여 컬러 필터를 제조하는 장치에 관한 것이다.
종래에는 TV와 컴퓨터의 정보를 디스플레이하기 위해 CRT 모니터가 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 화면의 크기가 커짐에 따라 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel), 유기 EL(Elctro Luminescence), 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode), 전계방출 디스플레이(FED; Field Emission Display) 등과 같은 평판 디스플레이 장치가 사용되고 있다. 이러한 평판 디스플레이 장치 중 소비 전력이 적어 컴퓨터 모니터, 노트북 PC 등에 주로 사용되는 액정 디스플레이(LCD)가 각광을 받고 있다.
상기 액정 디스플레이에는 액정층에 의하여 변조된 백색광을 통과시켜 원하는 색상의 화상을 형성하는 컬러 필터가 구비되어 있다. 상기 컬러 필터는 투명한 기판 상에 다수의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 픽셀(pixel)들이 소정 형태로 배열된 구조를 가지고 있다. 이러한 컬러 필터를 제조하는 방법으로는 염색법(dyeing method), 안료분산법(pigment dispersion method), 인쇄법(printing method), 전착 법(electrodeposition method) 등이 있다. 그러나, 상기와 같은 컬러 필터의 제조방법에서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 픽셀의 형성을 위하여 각 색상별로 소정 공정이 반복되어야 하므로 공정의 효율성이 떨어지며, 제조비용이 증가한다는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 제조공정을 단순화시킬 수 있고, 제조비용도 절감할 수 있는 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터 제조방법이 제안되고 있다. 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터 제조방법은 잉크젯 헤드의 노즐들을 통하여 소정 색상, 예를 들면 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 잉크 방울(ink drop)들을 기판 상의 소정 영역에 토출시킴(discharging)으로써 소정 색상의 픽셀을 형성하게 된다.
도 1에는 종래 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치에 의하여 컬러 필터를 제조하는 모습이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 기판(10) 상에는 블랙 매트릭스(Black Matrix,12)에 의하여 구획된 다수의 적색 픽셀영역(21), 녹색 픽셀영역(22), 청색 픽셀영역(23)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판(10)의 상부에는 소정 색상의 잉크 방울들을 토출시키는 잉크젯 헤드(inkjet head,50)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 잉크젯 헤드(50)는 노즐(미도시)을 통하여 기판(10) 상의 픽셀영역(21,22,23)에 각각 소정 색상, 예를 들면 적색, 녹색, 청색의 잉크 방울들을 토출시켜 각 픽셀들을 형성하게 된다. 도 1은 잉크젯 헤드(50)가 적색 픽셀영역(21)의 상부에 위치하여 상기 적색 픽셀영역(21)에 적색의 잉크 방울들(31.31')을 토출시키는 모습을 예로 들어 도시한 것이다. 그러나, 상기와 같은 종래 잉크젯 헤드(50)에서는 노즐로부터 잉크 방울들(31')이 비정상 토출되어 직진성을 잃게 되면 인접한 픽셀 영역, 예를 들면 녹색 픽셀영역(22) 또는 청색 픽셀영역(23)으로 떨어지게 된다. 이에 따라, 각 픽셀 영역(21,22,23)에는 혼색에 의한 불량 픽셀(poor pixel)들이 발생하게 된다. 그리고, 이러한 혼색에 의한 불량 픽셀들은 잉크젯 헤드(50)나 기판(10)의 빠른 이동에 의하여 발생될 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 불량 픽셀의 발생을 방지할 수 있는 개선된 구조의 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치는,
기판 상의 각 픽셀영역에 잉크 방울들을 토출시켜 소정 색상의 픽셀들을 형성하는 잉크젯 헤드; 및
상기 잉크젯 헤드와 기판 사이에 마련되는 것으로, 동일한 색상의 픽셀들이 형성될 소정의 픽셀영역들만을 노출시키는 복수의 관통공이 형성된 마스크;를 구비하여,
상기 잉크젯 헤드로부터 토출된 소정 색상의 잉크 방울들이 상기 마스크의 관통공을 통하여 노출된 픽셀 영역들만 인쇄한다.
상기 잉크젯 헤드의 하부에는 상기 잉크젯 헤드로부터 측방향으로 토출되는 잉크 방울들을 차단하는 칸막이가 설치될 수 있다. 여기서, 상기 칸막이는 상기 잉 크젯 헤드의 잉크 토출부분을 둘러싸도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 칸막이의 하단부는 내측으로 구부러지게 형성될 수 있다.
상기 마스크는 상기 기판에 나란한 방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 관통공을 통하여 상기 잉크젯 헤드로부터 토출되는 잉크 방울들의 색상에 대응하는 픽셀영역들을 노출시키는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 잉크젯 헤드는 상기 기판에 나란한 방향으로 이동가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 마스크는 상기 잉크젯 헤드보다 상기 기판에 더 인접하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 관통공들은 상기 픽셀영역들 각각에 대응하여 형성되거나, 상기 관통공들 각각이 소정 개수의 픽셀영역들에 대응하여 형성될 수 있다.
상기 잉크젯 헤드는 열구동 방식의 잉크젯 헤드 또는 압전구동 방식의 잉크젯 헤드가 될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 방식을 이용한 컬러 필터의 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 3은 도 2에 도시된 마스크의 평면을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(110) 상에는 블랙 매트릭스(Black Matrix,112)가 소정 형태로 형성되어 있다. 상기 기판(110)으로는 유리기판이나 플라스틱기판과 같은 투명기판이 사용된다. 그리고, 상기 블랙 매트릭스(112)는 기판 (110) 상에 불투명 물질을 소정 두께로 도포한 다음, 이를 소정 형태로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(112)에 의하여 상기 기판(110)의 표면은 구획되며, 이에 따라 상기 기판(110) 상에는 소정 색상의 픽셀영역들, 예를 들어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 픽셀영역들(121,122,123)이 형성된다.
그리고, 상기 기판(110)의 상부에는 기판(110) 상에 잉크 방울들을 토출시키는 잉크젯 헤드(inkjet head,150)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 잉크젯 헤드(150)는 기판(110)의 표면에 나란한 방향으로 이동가능하게 설치된다. 상기 잉크젯 헤드(150)는 노즐(nozzle,미도시)을 통하여 소정 색상, 예를 들어 적색, 녹색 또는 청색의 잉크 방울들을 기판(110) 상에 형성된 픽셀영역들(121,122,123) 각각에 토출시킴으로써 소정 색상의 픽셀들을 형성하게 된다. 도 2는 잉크젯 헤드(150)가 기판(110) 상의 적색 픽셀영역(121)에 적색의 잉크 방울들(131.131')을 토출시키는 모습을 일 예로 도시한 것이다.
상기 잉크젯 헤드는 열구동 방식의 잉크젯 헤드 또는 압전구동 방식의 잉크젯 헤드가 될 수 있다. 압전구동 방식은 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 노즐을 통해 잉크 방울을 토출시키는 방식이고, 열구동 방식은 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시키고, 그 버블의 팽창력에 의해 노즐을 통해 잉크 방울을 토출시키는 방식이다.
상기 잉크젯 헤드(150)의 하부에는 상기 잉크젯 헤드(150)로부터 측방향으로 토출되는 잉크 방울들(131')을 차단하기 위한 칸막이(155)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 칸막이(155)는 잉크젯 헤드(150)의 잉크 토출부분, 즉 노즐을 둘러싸도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 칸막이는 잉크의 흡습성이 좋으며 가격이 저렴한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 도 5에는 본 실시예에 적용될 수 있는 다른 칸막이(255)가 도시되어 있는데, 도 5를 참조하면 상기 칸막이(255)의 하단부가 측방향으로 토출되는 잉크 방울들(131')을 더욱 효과적으로 차단하기 위하여 내측으로 구부러지도록 형성되어 있다.
상기 잉크젯 헤드(150)와 기판(110) 사이에는 마스크(160)가 설치된다. 그리고, 상기 마스크(160)에는 동일한 색상의 픽셀 영역들(121)만 노출시키는 복수의 관통공(161)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 마스크(160)는 잉크젯 헤드(150)로부터 측방향으로 비정상 토출되는 잉크 방울들(131')을 효과적으로 차단하기 위하여 잉크젯 헤드(150)보다 기판(110)에 더욱 인접하게 설치되는 것이 바람직하다. 상기 한 마스크(160)는 기판(110)의 표면에 나란한 방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 관통공(161)을 통하여 잉크젯 헤드(150)로부터 토출되는 잉크 방울들의 색상에 대응하는 픽셀영역들을 노출시키게 된다. 도 2 및 도 3은 마스크(160)에 형성된 관통공들(161)이 적색 픽셀영역들(121)만 노출시키는 모습을 일 예로 도시한 것이다. 상기 관통공들(161)은 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 픽셀영역들, 즉 적색 픽셀영역들(121) 각각에 대응하여 형성되어 있다. 한편, 도 6에는 본 실시예에 적용될 수 있는 다른 마스크(260)가 도시되어 있는데, 도 6을 참조하면 상기 마스크(260)에는 한 열에 소정 개수로 배치되는 동일 색상의 픽셀 영역들(121)을 모두 노출시키는 관통공들(261)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 컬러 필터의 제조장치에서, 소정 색상의 픽셀, 예를 들어 적색 픽셀을 형성하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(110) 상의 적색 픽셀영역(121) 상부에 잉크젯 헤드(150)를 배치하고, 상기 마스크(160)는 관통공(161)이 상기 적색 픽셀영역들(121)만을 노출시키도록 배치한다. 그리고, 상기 잉크젯 헤드(150)로부터 적색 픽셀영역(121)에 적색의 잉크 방울들(131,131')이 토출되며, 이에 따라 적색 픽셀영역들(121)은 도 3에 도시된 화살표 방향으로 적색의 잉크에 의하여 인쇄된다. 이 과정에서, 잉크젯 헤드(150)로부터 정상적으로 토출되어 직진성을 가지는 적색의 잉크 방울들(131)은 적색 픽셀영역(121)에 도달하게 된다. 그리고, 잉크젯 헤드(150)로부터 비정상적으로 토출되어 비직진성을 가지는 적색의 잉크 방울들(131')은 잉크젯 헤드(150)의 하부에 설치된 칸막이(155)에 의하여 일차적으로 차단되며, 이러한 칸막이(155)에 의하여 차단되지 않은 적색의 잉크 방울들(131')은 상기 마스크(160)에 의하여 이차적으로 차단된다. 이에 따라, 상기 적색 픽셀영역들(121)에는 적색 픽셀들이 형성되며, 그 양측에 인접한 녹색 및 청색 픽셀영역들(122,123)에는 적색의 잉크 방울들(131')이 들어가지 않게 된다.
다음으로, 인접한 녹색 픽셀영역(122)에 녹색 픽셀을 형성하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(110) 상의 녹색 픽셀영역(122)의 상부로 상기 잉크젯 헤드(150)를 이동시킨다. 그리고, 상기 마스크(160)도 잉크젯 헤드(150)에 대응하도록 이동시켜 관통홀(161)을 상기 녹색 픽셀영역(122)의 상부에 위치시킨다. 여기서, 상기 녹색 픽셀영역(122)의 상부에는 별도의 잉크젯 헤드가 마련되어 위치할 수도 있다. 이 상태에서, 잉크젯 헤드(150)로부터 녹색의 잉크 방울들(132,132')을 토출시키게 되면, 비정상적으로 토출되어 비직진성을 가지는 녹색의 잉크 방울들(132')은 잉크젯 헤드(150)의 하부에 설치된 칸막이(155)에 의하여 일차적으로 차단되며, 이러한 칸막이(155)에 의하여 차단되지 않은 녹색의 잉크 방울들(132')은 상기 마스크(160)에 의하여 이차적으로 차단된다. 이에 따라, 상기 녹색 픽셀영역들(122)에는 녹색 픽셀들이 형성되며, 그 양측에 인접한 적색 및 청색 픽셀영역들(121,123)에는 녹색의 잉크 방울들(132')이 들어가지 않게 된다. 한편, 청색 픽셀영역(123)에 청색 픽셀을 형성하는 과정은 전술한 바와 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이, 각 픽셀영역들(121,122,123)에 소정 색상의 픽셀들을 형성하게 되면 컬러 필터가 완성된다. 본 실시예에서는, 잉크젯 헤드(150)로부터 비정상 토출되는 잉크 방울들이 마스크(160) 및 칸막이(155)에 의하여 차단됨으로써 인접하는 픽셀영역들에 들어가지 않게 되고, 이에 따라 각 픽셀영역들(121,122,123)에는 혼색에 의한 불량 픽셀이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 잉크젯 헤드로부터 비정상적으로 토출되어 측방향으로 향하는 잉크 방울들을 일차적으로 잉크젯 헤드의 하부에 설치된 칸막이에 의하여 차단하고, 상기 칸막이에 의하여 차단하지 못한 잉크 방울들을 마스크에 의하여 차단함으로써 혼색에 의한 불량 픽셀이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 화상의 질을 향상시킬 수 있고, 색 재현율을 높일 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 기판 상의 각 픽셀영역에 잉크 방울들을 토출시켜 소정 색상의 픽셀들을 형성하는 잉크젯 헤드; 및
    상기 잉크젯 헤드와 기판 사이에 마련되는 것으로, 동일한 색상의 픽셀들이 형성될 소정의 픽셀영역들만을 노출시키는 복수의 관통공이 형성된 마스크;를 구비하여,
    상기 잉크젯 헤드로부터 토출된 소정 색상의 잉크 방울들이 상기 마스크의 관통공을 통하여 노출된 픽셀 영역들만 인쇄하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드의 하부에는 상기 잉크젯 헤드로부터 측방향으로 토출되는 잉크 방울들을 차단하는 칸막이가 설치되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 칸막이는 상기 잉크젯 헤드의 잉크 토출부분을 둘러싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 칸막이의 하단부는 내측으로 구부러지게 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 기판에 나란한 방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 관통공을 통하여 상기 잉크젯 헤드로부터 토출되는 잉크 방울들의 색상에 대응하는 픽셀영역들을 노출시키는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는 상기 기판에 나란한 방향으로 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 잉크젯 헤드보다 상기 기판에 더 인접하게 설치되는 것을 특징으로 컬러 필터의 제조장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관통공들은 상기 픽셀영역들 각각에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관통공들 각각은 소정 개수의 픽셀영역들에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는 압전구동 방식의 잉크젯 헤드 또는 열구동 방식의 잉크젯 헤드인 것을 특징으로 하는 컬러 필터의 제조장치.
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