KR100652061B1 - 컬러필터 기판 및 그 제조방법, 및 그를 이용한액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 상에 소정 영역을 제외하고 형성된 투명재료층; 상기 투명재료가 형성되지 않은 소정 영역에 형성된 차광층; 및 상기 차광층 사이에 형성된 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터층을 포함하여 이루어진 컬러필터 기판 및 그를 이용한 액정표시소자를 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 투명재료를 도포하는 단계; 상기 기판 상에 도포된 투명재료를 패터닝하여 차광층 영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 영역에 차광재료를 충전시켜 차광층을 형성하는 단계; 및 상기 차광층 사이에 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 컬러필터 기판의 제조방법 및 그를 이용한 액정표시소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 차광층으로 인한 단차의 발생을 방지할 수 있으며, 차광층의 두께를 전체적으로 일치시킬 수 있어 고휘도를 구현할 수 있다.
차광층, 컬러필터층, 단차

Description

컬러필터 기판 및 그 제조방법, 및 그를 이용한 액정표시소자 및 그 제조방법{A color filter substrate and method of manufacturing the same, and liquid crystal display and method of manufacturing the same}
도 1a 내지 도 1e는 종래의 컬러필터 기판의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러필터 기판의 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100 : 기판 110 : 투명물질
120, 120a : 차광재료, 차광층 160 : 컬러필터층
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액정표시소자를 구성하는 컬러필터 기판에 관한 것이다.
표시화면의 두께가 수 센치미터(cm)에 불과한 초박형의 평판표시소자(Flat Panel Display) 중에서 액정표시소자는 동작 전압이 낮아 소비 전력이 적고 휴대용 으로 쓰일 수 있는 등의 이점으로 노트북 컴퓨터, 모니터, 우주선, 항공기 등에 이르기까지 응용분야가 넓고 다양하다.
액정표시소자는 서로 소정간격으로 대향하는 하부기판 및 상부기판, 그리고 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되며, 전압인가에 의해 상기 액정층의 배향이 변경되고 그에 따라 빛의 투과도가 조절됨으로써 화상이 재현되게 된다.
이와 같은 액정표시소자에서, 일반적으로 상기 하부기판(박막트랜지스터 기판)에는 서로 교차되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인이 형성되어 있고, 상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차점에 박막트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극이 상기 화소영역에 형성되어 있다.
또한, 상기 상부기판(컬러필터 기판)에는 화소영역 이외의 영역으로 빛이 누설되는 것을 방지하기 위한 차광층이 형성되어 있고, 상기 차광층 사이에 컬러필터층이 형성되어 있으며, 그 위에 공통전극이 형성되어 있다. 다만, 소위 IPS(In-plane switching) 모드의 경우는 상기 공통전극이 상기 하부기판에 형성되고, 상기 공통전극 자리에 오버코트층이 형성되어 컬러필터층 사이의 단차를 제거하게 된다.
이하, 도면을 참조로 종래의 컬러필터 기판에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 컬러필터 기판의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 유리기판(10) 상에 포토리소그래피 공정을 이용하여 차광층(12a)을 형성하고(도 1a 내지 도 1c), 상기 차광층(12a) 사이에 포토리소그래피 공정을 이용 하여 컬러필터층(16)을 형성하며(도 1d), 그 후에 기판 전면에 공통전극 또는 오버코트층(18)을 형성한다(도 1e).
보다 구체적으로 설명하면,
우선, 도 1a와 같이, 유기기판(10) 상에 불투명인 차광재료(12)를 도포한다.
그 후, 도 1b와 같이, 상기 차광재료(12)가 도포된 유기기판(10) 위에 원하는 패턴의 마스크(14)를 위치시키고 광을 조사한다.
그 후, 도 1c와 같이, 상기 광 조사된 차광재료(12)를 현상하고 경화시켜 차광층(12a)을 완성한다.
그 후, 도 1d와 같이, 상기 차광층(12a) 사이에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터층(16)을 형성한다. 상기 컬러필터층(16)도 상기 차광층(12a)과 마찬가지로 적색, 녹색, 청색의 안료를 포토리소그래피 공정을 통해 순서대로 형성한다.
그 후, 도 1e와 같이, 상기 컬러필터층(16) 상부에 공통전극 또는 오버코트층(IPS 모드의 경우)(18)을 형성하여, 컬러필터 기판의 제조를 완성한다.
그러나, 이와 같은 종래의 컬러필터 기판은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 상기 차광층(12a) 및 컬러필터층(16)에 의해 단차가 형성되므로 단차를 제거하기 위해서 오버코트층(18)과 같은 별도의 층을 형성해야 한다.
둘째, 상기 컬러필터층(16) 형성 전에는 상기 차광층(12a)으로 인한 단차가 형성되어 있으므로, 상기 컬러필터층(16) 형성시 비교적 간단한 방법인 스핀리스 코팅법을 적용하기가 어렵고 그 대신 비교적 복잡한 방법인 포토리소그래피 공정을 적용해야 한다.
셋째, 차광층(12a)의 경우 빛의 완전한 차단을 위해서는 최소한의 두께 이상으로 형성되어야 하는데, 상기 불투명 차광재료를 이용하여 포토리소그래피 공정을 수행할 경우에는 도 1c에서 알 수 있듯이 전체적으로 동일한 두께로 형성되지 않고 양쪽 끝 부분의 경우는 두께가 작아 빛의 완전한 차단이 이루어지지도 않으면서 빛의 투과도 방해하는 단점이 있다. 결국, 휘도가 감소되게 된다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 차광층 및 컬러필터층으로 인한 단차가 발생되지 않는 컬러필터 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차광층이 전체적으로 동일한 두께로 형성되는 컬러필터 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 컬러필터 기판을 포함하는 액정표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 상에 투명재료를 도포하는 단계; 상기 기판 상에 도포된 투명재료를 패터닝하여 차광층 영역을 형성하는 단계; 상기 차광층 영역에 차광재료를 충전시켜 차광층을 형성하는 단계; 및 상기 차광층 사이에 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 컬러필터 기판의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 차광재료를 충전시켜 차광층을 형성하는 단계는 상기 기판 전 면에 차광재료를 도포하는 단계 및 상기 차광층 영역 이외의 영역에 도포된 차광재료를 제거하는 단계로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 차광층 영역 이외의 영역에 도포된 차광재료를 제거하는 단계는 바람직하게는 소정의 날을 구비한 기구로 차광재료를 긁어 제거하는 단계로 이루어진 것이다.
상기 차광층 영역 이외의 영역에 도포된 차광재료를 제거하는 단계는 보다 바람직하게는 소정의 날을 구비한 기구로 차광재료를 긁어 제거하는 단계; 및 애싱공정을 이용하여 잔류하는 차광재료를 완전히 제거하는 단계로 이루어진 것이다.
또한, 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 소정 영역을 제외하고 형성된 투명재료층; 상기 투명재료가 형성되지 않은 소정 영역에 형성된 차광층; 및 상기 차광층 사이에 형성된 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터층을 포함하여 이루어진 컬러필터 기판을 제공한다.
여기서, 상기 투명재료층과 차광층의 높이는 동일한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 컬러필터 기판을 포함하는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 기판 상에 투명재료를 패터닝하여 차광층 영역을 형성한 후 그 영역에 차광재료를 충전시켜 차광층을 형성함으로써, 차광층으로 인한 단차의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 투명재료의 패터닝 공정 조절을 통해 차광층의 형상을 조절할 수 있으므로, 차광층의 두께를 전체적으로 일치시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.
제1실시예(컬러필터 기판의 제조방법)
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 2a와 같이, 기판(100) 상에 투명재료(110)를 도포한다.
상기 투명재료(110)는 투명한 감광성 수지가 적용될 수 있다. 투명한 감광성 수지로는 아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 아크릴산, 메타아크릴산 등과 같은 아크릴계 수지가 바람직하다.
그 후, 도 2b와 같이, 상기 투명재료(11)가 도포된 기판(100) 위에 원하는 패턴의 마스크(140)를 위치시키고 광을 조사한다.
그 후, 도 2c와 같이, 광 조사된 투명재료(110)를 현상하고 경화시켜 차광층영역(115)을 형성한다. 투명재료(110)로서 상기 아크릴계 수지를 사용하면 현상 공정에 의해 동일한 두께로 패터닝이 가능하다.
도면에서는 광이 조사된 영역이 현상에 의해 제거되는 타입(소위 positive 타입)을 도시하였으나, 광이 조사된 영역이 현상에 의해 제거되지 않고 광이 조사되지 않은 영역이 현상에 의해 제거되는 타입(소위 negative 타입)도 가능하다.
그 후, 도 2d와 같이, 기판(100) 전면에 차광재료(120)를 도포한다.
상기 차광재료는 불투명 수지가 적용될 수 있지만 그에 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 발명의 경우는 후술하는 바와 같이 포토리소그래피공정을 이용하지 않고 차광층을 형성하기 때문에 차광재료로서 감광성 수지를 이용할 필요는 없고, 불투명 수지면 충분하다.
상기 차광재료(120) 도포공정은 스핀 코팅법 또는 스핀리스 코팅법을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 스핀 코팅법은 기판(100)의 중앙부에 차광재료(120)를 위치시키고 기판(100)을 회전시켜 기판(100) 전면에 차광재료(120)가 도포 되도록 하는 방법을 말한다.
상기 스핀리스 코팅법은 기판(100)의 전면에 차광재료(120)를 일시에 인쇄하여 형성하는 방법, 또는 기판(100)의 일 변에서부터 타 변까지 스캔방식으로 차광재료(120)를 인쇄하는 방법을 말한다. 전자의 경우는 기판의 사이즈가 작을 경우에 적용되고, 후자의 경우는 기판의 사이즈가 클 경우에 적용된다.
그 후, 도 2e와 같이, 상기 차광층 영역(115) 이외의 영역에 도포된 차광재료(120)를 제거한다.
상기 차광재료(120)의 제거는 스퀴즈(squeeze) 또는 닥터 블레이드(doctor blade)와 같은 소정의 날을 구비한 기구(130)를 이용하여 차광재료를 긁어 제거할 수 있다.
이와 같이 차광층 영역(115) 이외의 영역에 도포된 차광재료(120)를 제거함으로써, 결국 투명재료(110)의 사이사이 영역에 차광재료(120)가 충전된 구조를 이루어 기판전체에 단차가 제거된다.
한편, 상기 소정의 날을 구비한 기구(130)를 이용하여 기계적으로 차광재료 를 긁어 제거할 경우에는 도 2e에 도시된 바와 같이 차광층 영역(115) 이외의 영역에 도포된 차광재료(120)가 완전히 제거되지 않는 경우가 발생될 수 있다.
이와 같은 경우에는 도 2f와 같이, 애싱공정을 이용하여 잔류 차광재료를 완전히 제거함으로써 투명재료층(110)과 동일한 높이로 차광층(120a)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 애싱공정은 당업자에게 공지된 방법인 산소플라즈마를 이용하거나 또는 광조사 램프를 이용하여 수행될 수 있다.
그 후, 도 2g와 같이, 상기 차광층(120a) 사이에 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 컬러필터층(160)을 형성하여 컬러필터 기판을 완성한다.
컬러필터층 형성 전의 기판은 단차가 형성되어 있지 않으므로(도 2f 참조), 컬러필터층(160)은 스핀리스 코팅법을 적용하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 2g에서 알 수 있듯이, 완성된 컬러필터 기판은 컬러필터층(160) 간의 영역을 제외하고는 단차가 발생되지 않으므로, 종래와 같이 단차 제거를 위한 오버코트층은 필요하지 않다.
제2실시예(액정표시소자의 제조방법)
본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법은 컬러필터 기판을 제조하는 단계; 박막트랜지스터 기판을 제조하는 단계; 및 상기 양 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 컬러필터 기판을 제조하는 단계는 전술한 제1실시예와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 다만, 액정표시소자의 모드에 따라 상기 도 2g의 컬러필터층(160) 상부에 공통전극이 추가로 형성될 수 있다(예로 TN모드).
또한, 공통전극이 추가로 형성되지 않는 경우에는 컬러필터층(160) 상부에, 공통전극이 추가로 형성되는 경우에는 공통전극 상부에 액정의 초기 배향을 위한 배향막이 형성될 수 있다. 배향막은 러빙배향법 또는 광배향법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 배향막의 재료 및 배향 방법 등은 당업자에게 자명한 범위 내에서 변경할 수 있다.
상기 박막트랜지스터 기판을 제조하는 단계는 기판 상에 서로 교차되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인을 형성하는 공정, 상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 공정, 및 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극을 형성하는 공정을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 화소전극과 수평으로 형성되도록 공통전극이 형성될 수 있고, 기판 전면에 배향막이 형성될 수 있다. 이와 같은 구성요소 및 그 제조공정 등은 당업자에게 자명한 범위 내에서 변경할 수 있다.
상기 양 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계 상기 양 기판을 합착한 후 합착기판 사이에 액정을 주입하는 공정으로 이루어질 수도 있으며, 상기 양 기판 중 어느 하나의 기판에 액정을 적하한 후 양 기판을 합착하는 공정으로 이루어질 수도 있다. 기판의 크기가 커질 경우에는, 전자와 같이 기판 합착 후 액정을 주입하는 공정은 그 주입시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지게 되므로, 후자와 같이 액정 적하후 양 기판을 합착하는 공정이 바람직하다.
제3실시예(컬러필터 기판)
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러필터 기판의 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 컬러필터 기판은 기판(100); 상기 기판 상에 소정 영역을 제외하고 형성된 투명재료층(110); 상기 투명재료(110)가 형성되지 않은 소정 영역에 형성된 차광층(120a); 및 상기 차광층(120a) 사이에 형성된 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터층(160)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 투명재료층(110)과 상기 차광층(120a)은 높이가 동일해야 단차가 형성되지 않으므로, 양자의 높이는 동일한 것이 바람직하다.
그 외, 각 구성요소의 구체적인 설명은 전술한 제1실시예과 동일하므로 생략한다.
제4실시예(액정표시소자)
본 발명에 따른 액정표시소자는 컬러필터 기판, 박막트랜지스터 기판, 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.
상기 컬러필터 기판은 전술한 제3실시예와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 다만, 액정표시소자의 모드에 따라 도 3의 컬러필터층(160) 상부에 공통전극이 추가로 형성될 수 있다(예로 TN 모드). 또한, 기판 전면에 배향막이 형성될 수 있다.
상기 박막트랜지스터 기판은, 서로 교차되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인, 상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차점에 형성된 박막트랜지스터, 및 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극을 포함하여 구성된다. 또한, 액정표시소자의 모드에 따라 상기 화소전극과 수평으로 공통전극이 형성될 수 있다(예로 IPS 모드). 또한, 기판 전면에 배향막이 형성될 수 있다.
또한, 상기 양 기판 사이에 셀갭을 유지하기 위한 스페이서가 형성될 수 있 다. 이와 같은 구성요소 들은 당업자에게 자명한 범위 내에서 변경할 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면,
첫째, 기판 상에 투명재료를 패터닝하여 차광층 영역을 형성한 후 그 영역에 차광재료를 충전시켜 차광층을 형성함으로써, 차광층으로 인한 단차의 발생을 방지할 수 있다.
둘째, 컬러필터층 형성 전의 기판이 종래와 같이 차광층으로 인해 단차가 형성되어 있지 않으므로, 컬러필터층을 스핀리스 코팅법을 적용하여 형성할 수 있다.
셋째, 투명재료의 패터닝 공정 조절을 통해 차광층의 형상을 조절할 수 있으므로, 차광층의 두께를 전체적으로 일치시킬 수 있게 되어, 고휘도를 구현할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 투명재료를 도포하는 단계;
    상기 기판 상에 도포된 투명재료를 패터닝하여 차광층 영역을 형성하는 단계;
    상기 차광층 영역에 차광재료를 충전시켜 차광층을 형성하는 단계; 및
    상기 차광층 위에 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 차광층을 형성하는 단계는
    상기 기판 전면에 차광재료를 도포하는 단계; 및
    상기 차광층 영역 이외의 영역에 도포된 차광재료를 소정의 날을 구비한 기구로 긁어 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 차광층 영역 이외의 영역에 도포된 차광재료를 제거하는 단계는
    잔류하는 차광재료를 완전히 제거하기 위해서 애싱공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 애싱공정은 산소플라즈마를 이용하거나 또는 광조사 램프를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차광재료를 도포하는 단계는
    스핀 코팅법 또는 스핀리스 코팅법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 컬러펄터 기판의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 형성하는 단계는 스핀리스 코팅법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  8. 제 1항, 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따라 컬러필터 기판을 제조하는 단계;
    별도의 기판 상에 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하여 박막트랜지스터 기판을 제조하는 단계; 및
    상기 양 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 액정표시소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 액정층을 형성하는 단계는 상기 양 기판을 합착한 후 합착기판 사이에 액정을 주입하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 액정층을 형성하는 단계는 상기 양 기판 중 어느 하나의 기판에 액정을 적하한 후 양 기판을 합착하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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