KR100923018B1 - 컬러 필터 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

컬러 필터 기판 및 이의 제조 방법이 개시된다. 컬러 필터 기판은 기판, 기판상에 형성된 블랙 매트릭스, 광의 투과율의 차이에 따라 서로 상이한 형상을 갖는 컬러 패턴 및 블랙 매트릭스와 상기 컬러 패턴들을 포함하는 상부면에 형성된 공통전극으로 완성된다. 컬러 필터 기판이 채용되는 디스플레이 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

컬러 필터 기판 및 이의 제조 방법{COLOR FILTER SUBSTRATE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다.

도 4a내지 4c는 도1에 도시된 컬러필터기판의 제조 방법을 도시한 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기판 210 : 블랙 매트릭스

220 : 적색 컬러 패턴 230 : 녹색 컬러 패턴

240 : 청색 컬러 패턴 250 : 공통 전극

본 발명은 컬러 필터 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 표시 품질 향상을 위한 컬러 필터 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

컬러 필터 기판은 유리기판과, 유리기판의 일 측면에 박막 형성 공정에 의하 여 매트릭스 형상을 갖는 블랙매트릭스와, 블랙매트릭스와 일부 오버랩 되어 형성된 R, G, B 색화소를 포함한다.

유리기판에 R, G, B 색화소들이 형성된 상태에서, 보호막이 형성되고, R, G, B 색화소가 덮이도록 유리기판(102)에는 투명하면서 도전성인 공통 전극층이 형성된다.

이처럼 일반적인 컬러 필터 기판에 있어서 블랙매트릭스위에 색화소가 오버랩 되어 블랙매트릭스가 위치하는 부분의 누설광을 차단시킴으로서 색상을 보다 선명하게 하는 기능을 수행한다.

컬러 필터가 채용되는 디스플레이 장치중 액정표시장치에서는 색상의 광 투과율의 차이에 의해서 블랙 매트릭스의 크기가 다르게 보여 디스플레이에 있어 문제가 발생한다.

즉, 20cm 이내에서 관찰할 경우 적색과 청색은 광의 투과율이 녹색 컬러에 비해서 낮기 때문에 청색의 컬러 패턴에 대응되는 블랙 매트릭스의 크기가 상대적으로 커 보이게 된다.

이로 인해 블랙 매트릭스의 크기가 컬러 패턴의 종류에 대응되는 위치에 따라 다르게 보여 결과적으로 디스플레이 장치의 표시 품질이 조악해지는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 컬러 필터 기판이 채용되는 디스플레이 장치의 표시 품질을 향상시키기 위한 컬러 필터 기판을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 컬러 필터 기판이 채용되는 디스플레이 장치의 표시 품질을 향상시키기 위한 컬러 필터 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 컬러 필터 기판은, 기판; 상기 기판상에 형성된 블랙 매트릭스; 광의 투과율의 차이에 따라 서로 상이한 형상을 갖는 컬러 패턴; 및 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러 패턴들을 포함하는 상부면에 형성된 공통전극을 포함한다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 컬러 필터 기판의 제조 방법은, 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계, 상기 블랙 매트릭스의 가장 자리를 포함한 상기 블랙 매트릭스의 빈공간 내에 투과율이 다른 복수의 컬러 레지스트를 형성하는 단계, 상기 컬러 레지스트의 투과율에 따라 상이한 형상을 갖는 컬러 패턴들을 형성하는 단계, 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러 패턴들을 포함하는 상부면에 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.

이와 같은 컬러 필터 기판에 따르면 근접 거리에서 보여지는 색상간의 인지 특성 차이를 최대한으로 비슷한 수준으로 만들어서 근접에서 사용하게 되는 중소형 제품사양에서 좋은 표시 품질을 제공하게 된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 필터 기판(400)은 기판(100), 블랙 매트릭스(210), 적색, 녹색 및 청색의 컬러 패턴(220, 230, 240)과 공통 전극(250)으로 이루어진다.

블랙 매트릭스(210)는 기판(100)위에 감광성 수지나 폴리머 등의 염색 기재를 스핀코팅 방법을 이용하여 도포하고 30분에서 70분 정도 저온 건조시킨 다음, 포토 마스크를 이용하여 적외선 노광한 후, 현상하여 소정 위치에 패턴을 형성한다. 이 패턴을 각각에 해당하는 염료로 염색하여 탄닌산 및 주석산 처리를 하여 고정한다.

같은 방법으로 감광성 수지나 폴리머에 분산되는 염료를 달리하여 도포, 노광, 현상을 반복 실시하여 적색 컬러 패턴(220), 녹색 컬러 패턴(230), 청색 패턴(240)을 형성시킨다.

이와 같은 공정에서 적색, 녹색, 청색 패턴의 형성 순서에 따른 분광 특성에 차이를 보여준다. 그런데 형성순서에 대하여 특별한 순서를 고려하지 않고 적색, 녹색, 청색의 순, 혹은 청색, 적색, 녹색의 순으로 형성한다.

한편, 청색 컬러 패턴(240)과 인접한 적색 컬러 패턴(220)사이의 블랙 매트릭스(210BR)를 포함한 영역상에는 청색 컬러 패턴(240)과 인접한 적색 컬러 패턴(220)을 구분하는 홈(290)이 형성된다.

이와 같이 컬러 패턴 형성시, 적색 컬러 패턴(220)과 청색 컬러 패턴(240) 사이에 홈(290)을 형성하는 것은 사람의 시각특성에 기준을 맞추어서 광의 투과율이 큰 녹색 컬러 패턴(230)과 나머지 청색과 적색 컬러 패턴(220, 240)과의 휘도차이를 고려한 것이다.

즉, 광의 투과율이 좋은 녹색 컬러 패턴(230)에 대응되는 블랙 매트릭스(210RG, 210GB)의 경우 나머지 적색이나 청색 컬러 패턴(220, 240)에 대응되는 블랙 매트릭스(210BR)에 비해서 크게 보인다. 이로 인해 컬러 필터가 채용되는 디스플레이 장치의 표시 품질이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이와 같은 구조를 취하게 되면 근접 거리에서 보여지는 색상간의 인지 특성 차이를 최대한 비슷한 수준으로 만들어서 근접에서 사용하게 되는 중소형 제품사양에서 좋은 표시 품질을 제공하게 된다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 필터 기판(200)은 기판(100), 블랙 매트릭스(110), 적색, 녹색 및 청색의 컬러 패턴(120, 130, 140)과 공통 전극(150)으로 이루어진다.

한편, 청색 컬러 패턴(140)은 녹색 컬러 패턴(130)과 근접하고 근접한 녹색 컬러 패턴(130)의 높이와 동일한 제1 높이를 갖는 제1 영역(140a)을 갖는다. 그리고, 적색 컬러 패턴(120)과 근접하고 제1 높이보다 작은 제2 높이를 갖는 제2 영역(140b)을 갖는다.

그리고, 적색 컬러 패턴(120)은 상기 녹색 컬러 패턴(130)과 근접하고 근접한 녹색 컬러 패턴과 동일한 제1 높이를 갖는 제3 영역(120a)을 갖는다. 그리고, 청색 컬러 패턴(140)과 근접하고 제1 높이보다 작은 제2 높이를 갖는 제4 영역(120b)을 갖는다.

여기서, 제2 높이가 형성되지 않은 경우는 청색 컬러 패턴(140)의 제2 영역(140b)과 적색 컬러 패턴(120)의 제4 영역(120b)에 컬러 패턴이 형성되지 않고, 녹색 컬러 패턴(130)에 근접한 제1 영역(140a)과 제3 영역(120a)만이 녹색 컬러 패턴(130)의 높이와 동일한 제1 높이를 갖고 형성된다는 의미이다.

이와 같이 청색과 적색 컬러 패턴(120, 140)형성시, 높이가 다른 별개의 영역을 형성시키는 것은 사람의 시각특성에 기준을 맞추어서 광의 투과율이 큰 녹색 컬러 패턴(130)과 나머지 청색과 적색 컬러 패턴(120, 140)과의 휘도차이를 고려한 것이다.

즉, 광의 투과율이 좋은 녹색 컬러 패턴(130)에 대응되는 블랙 매트릭스(110RG, 110GB)의 경우 나머지 적색이나 청색 컬러 패턴(120, 140)에 대응되는 블랙 매트릭스(110BR)에 비해서 크게 보인다. 이로 인해 컬러 필터가 채용되는 디스플레이 장치의 표시 품질이 저하되는 것을 방지하기 위하여 컬러 패턴을 서로 다른 높이를 갖는 영역으로 구분한 것이다.

이와 같은 구조를 취하게 되면 근접 거리에서 보여지는 색상간의 인지 특성 차이를 최대한 비슷한 수준으로 만들어서 근접에서 사용하게 되는 중소형 제품사양에서 좋은 표시 품질을 제공하게 된다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 컬러필터기판을 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러 필터 기판(300)은 기판(100), 블랙 매트릭스(110), 적색, 녹색 및 청색의 컬러 패턴(160, 170, 180)과 공통 전극(190)으로 이루어진다.

한편, 청색 컬러 패턴(180)은 근접하는 녹색 컬러 패턴(170)으로부터 멀어질 수록 두께가 얇아진다. 그리고, 적색 컬러 패턴(160)은 근접하는 녹색 컬러 패턴(170)으로부터 멀어질수록 두께가 얇아진다.

이와 같이 청색과 적색 컬러 패턴(160, 180) 형성시, 근접하는 녹색 컬러 패턴()으로부터 멀어질수록 두께가 얇아지는 형상을 갖도록 형성시키는 것은 사람의 시각특성에 기준을 맞추어서 광의 투과율이 큰 녹색 컬러 패턴(170)과 나머지 청색과 적색 컬러 패턴(160, 180)과의 휘도차이를 고려한 것이다.

즉, 광의 투과율이 좋은 녹색 컬러 패턴(170)에 대응되는 블랙 매트릭스(110RG, 110GB)의 경우 나머지 적색이나 청색 컬러 패턴(160, 180)에 대응되는 블랙 매트릭스(110BR)에 비해서 크게 보인다. 이로 인해 컬러 필터가 채용되는 디스플레이 장치의 표시 품질이 저하되는 것을 방지하기 위하여 적색 및 청색 컬러 패턴(160, 180)의 형상을 녹색 컬러 패턴(170)으로부터 멀어질수록 두께가 얇아지는 형상을 갖도록 한 것이다.

이와 같은 구조를 취하게 되면 근접 거리에서 보여지는 색상간의 인지 특성 차이를 최대한으로 비슷한 수준으로 만들어서 근접에서 사용하게 되는 중소형 제품사양에서 좋은 표시 품질을 제공하게 된다.

도 4a내지 4c는 도 1에 도시된 컬러 필터 기판의 제조 방법을 도시한 도면들이다.

도4a를 참조하면, 먼저 기판(100)상에 블랙 매트릭스(210)를 형성한다. 기판(100) 세정을 실시한 후, 블랙 매트릭스(210) 재료로 사용되는 크롬 옥사이드(Cr Oxide)를 반응성 스퍼터링(Reactive Sputtering)에 의하여 증착된다.

크롬 옥사이드는 일반적인 크롬(Cr) 에칭에 의하여 에칭되므로 크롬 옥사이드는 동시에 에칭시킨다.

한편, 블랙 매트릭스(210)는 컬러 필터의 적색, 녹색, 청색의 컬러 패턴 사이에 위치하며 특히 대표적인 디스플레이 장치인 액정표시장치에서 광을 차단하는 역할을 하고, 컬러 필터의 컬러 패턴 사이에 위치하며, 픽셀 전극이 형성되지 않은 부분과 픽셀 전극 주변부에 형성되는 반전 틸트된 도메인(Reverse Tilted Domain)을 차폐시키는 목적으로 설치한다.

또한, 블랙 매트릭스(210)는 박막 트랜지스터의 직접적인 광 조사를 차단하여 박막 트랜지스터의 누설 전류의 증가를 방지하는 역할도 한다. 즉, 스태거된(Staggered) 구조의 박막 트랜지스터일 경우, 박막 트랜지스터 채널 부위는 바텀 게이트 전극과 컬러 필터의 블랙 매트릭스에 의해 광 차폐가 이루어지는 구조로 되어 있다.

블랙 매트릭스(210)의 재질로는 광밀도(Optical Density)가 3.5 이상인 크롬(Cr)등의 금속 박막이나 카본(Carbon)계통의 유기 재료가 주로 쓰이며, Cr/CrOx 의 이층막 구조의 블랙 매트릭스는 액정표시장치의 저반사화를 목적으로 사용되기도 한다.

도 4b를 참조하면, 색상을 구현하기 위한 적색, 녹색 및 청색 컬러 패턴(220', 230, 240')을 형성한다.

이는 포토 공정 기술을 이용하며, 포토 레지스트를 이용하여 컬러 레지스트를 사용한다.

통상적으로 컬러 패턴은 동일한 마스크를 사용하여 쉬프팅시켜 형성한다. 컬러 레지스트의 도포는 인쇄법에 비하여 소모량은 많지만 두께 균일성이 우수한 스핀 코팅 방식을 사용한다.

그리고, 노광은 근접(Proximity) 방법을 사용한다. 노광에 의한 광중합 반응은 일정 수준에 도달하면 정지하므로 열에 의한 중합 반응 지속을 위하여 열화 과정을 별도로 실시한다. 그리고 현상과정을 거치는데 현상 방법으로 디핑(Dipping)법, 스프레이(Spray)법 등이 사용된다.

컬러 레지스트는 네거티브 포토 레지스트의 성격을 가지므로 노광되지 않은 부분이 제거된다.

도 4c를 참조하면, 컬러 패턴을 균일하게 형성한 후에 적색 컬러 패턴(220)과 인접한 청색 컬러 패턴(240)사이에 홈(290')을 형성한다.

이와 같이 청색 컬러 패턴(240)과 적색 컬러 패턴(220) 사이에 홈(290')을 형성하는 것은 사람의 시각특성에 기준을 맞추어서 광의 투과율이 큰 녹색 컬러 패턴(130)과 나머지 청색과 적색 컬러 패턴(120, 140)과의 휘도차이를 고려한 것이다.

이와 같은 구조를 취하게 되면 근접 거리에서 보여지는 색상간의 인지 특성 차이를 최대한으로 비슷한 수준으로 만들어서 근접에서 사용하게 되는 중소형 제품사양에서 좋은 표시 품질을 제공하게 된다.

적색 및 청색의 컬러 패턴(220, 240)사이의 홈(290')은 균일한 패턴에 해당되므로 하나의 마스크를 사용하여 패턴을 형성할 수 있으므로, 마스크를 구비한 후 노광, 현상과정을 거치면 일정한 패턴이 형성된다.

위의 과정을 거친후 공통 전극을 형성하면 컬러 필터 기판이 완성된다. 도 1을 참조하면, 공통 전극(250)의 형성은 컬러 패턴(220, 230, 240)이 형성된 후 이루어진다.

투과성과 전도성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)는 별도의 패턴 형성을 하지 않는다. 공통 전극(150) 형성전에 컬러 패턴의 보호와 평탄화를 위하여 아크릴(Acryl)계나 폴리마이드(Polymide)계 레진(Resin)을 사용하여 평탄화막을 형성하는 경우도 있다.

상술한 컬러 필터 기판 및 이의 제조 방법에 따르면, 서로 다른 색상을 갖는 컬러 패턴의 광의 투과율에 맞춰 컬러 패턴의 형상을 상이하게 형성함으로써 표시 품질 품질을 향상시킬 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 기판;

   상기 기판상에 형성된 블랙 매트릭스;

   광의 투과율의 차이에 따라 서로 상이한 형상을 갖는 컬러 패턴; 및

   상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러 패턴들을 포함하는 상부면에 형성된 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하고,

   상기 컬러 패턴은 순차적으로 형성된 녹색, 청색, 적색의 컬러 패턴인 것을 특징으로 하며,

   상기 청색 컬러 패턴은 상기 녹색 컬러 패턴과 인접하고 상기 녹색 컬러 패턴의 높이와 동일한 제1 높이를 갖는 제1 영역과, 상기 적색 컬러 패턴과 인접하고 제1 높이보다 작은 제2 높이를 갖는 제2 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 적색 컬러 패턴과 인접한 상기 청색 컬러 패턴 사이의 블랙 매트릭스를 포함한 영역에 형성된 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서, 상기 적색 컬러 패턴은 상기 녹색 컬러 패턴과 인접하고 상기 제1 높이를 갖는 제3 영역과, 상기 청색 컬러 패턴과 인접하고 상기 제2 높이를 갖는 제4 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
6. 삭제
7. 삭제
8. 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;

   상기 블랙 매트릭스의 가장 자리를 포함한 상기 블랙 매트릭스의 빈공간 내에 투과율이 다른 복수의 컬러 레지스트를 형성하는 단계;

   상기 컬러 레지스트의 투과율에 따라 상이한 형상을 갖는 컬러 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러 패턴들을 포함하는 상부면에 공통전극을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 컬러 패턴들을 형성하는 단계는,

   녹색 컬러 패턴, 청색 컬러 패턴, 적색 컬러 패턴을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 청색 컬러 패턴은 상기 녹색 컬러 패턴과 인접하고 상기 녹색 컬러 패턴의 높이와 동일한 제1 높이를 갖는 제1 영역과, 상기 적색 컬러 패턴과 인접하고 제1 높이보다 작은 제2 높이를 갖는 제2 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하고,

   상기 적색 컬러 패턴은 상기 녹색 컬러 패턴과 인접하고 상기 제1 높이를 갖는 제3 영역과, 상기 청색 컬러 패턴과 인접하고 상기 제2 높이를 갖는 제4 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판의 제조 방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서, 상기 적색 컬러 패턴과 인접한 상기 청색 컬러 패턴 사이의 블랙 매트릭스를 포함한 영역에 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판의 제조 방법.

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