KR101136170B1 - 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판은, 기판과; 상기 기판 상에 형성되고 소정 거리 이격된 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성되며 상기 블랙 매트릭스와 소정 오버랩되어 뿔단차부가 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 형성된 오버코트층과; 상기 오버코트층 상에 형성된 공통 전극과; 상기 공통 전극 상에 형성된 배향막을 포함하여 이루어진 컬러 필터 기판에서,
상기 뿔단차부는 기판으로부터 상기 블랙 매트릭스의 높이를 G1, 기판으로부터 상기 컬러 필터층의 높이를 G2, 기판으로부터 상기 뿔단차부까지의 높이를 G3라고 하면, G2/G1 = 1.8 ~ 2.2 , G3/G2 = 1.0 ~ 1.3 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 컬러 필터 기판에서 컬러필터를 저점도의 안료를 사용하여 형성함으로써 컬러필터층의 단차를 줄여 액정의 배향성을 향상시켜 화질을 향상시키고 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
컬러 필터, 저점도, 단차

Description

액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법{color filter substrate and the fabrication method for LCD}
도 1은 종래 컬러 필터의 기본적인 구조를 보여주는 단면도.
도 2는 종래 컬러 필터 기판의 일부를 확대하여 보여주는 부분 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 컬러 필터 기판의 단면을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 컬러 필터 기판의 일부를 확대하여 보여주는 부분 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 컬러 필터 기판을 제조하는 공정을 보여주는 공정 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
200 : 기판 202 : 블랙 매트릭스
204 : 컬러필터층 206 : 오버코트층
208 : 공통 전극
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날에는 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력및 저가격화를 실현할 수 있어야 한다.
따라서, 현재 액정 표시 장치는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 액정 표시 장치가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
액정 표시 장치는 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판(하부 기판) 및 컬러 필터 어레이 기판(상부 기판)과, 두 기판 사이에서 셀갭(cell gap)을 일정하게 유지시키기 위한 스페이서(spacer)와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비 한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 다수의 신호 배선들 및 박막 트랜지스터와, 그들 위에 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다.
상기 컬러 필터 어레이 기판은 컬러 구현을 위한 컬러 필터 및 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스와, 그들 위에 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다.
도 1은 종래 컬러 필터의 기본적인 구조를 보여주는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 블랙 매트릭스(black matrix : B/M ; 102)가 위치하며, 상기 블랙 매트릭스(102) 사이에 상기 블랙 매트릭스(102)의 일부와 겹치는 구조로 적, 녹, 청의 컬러필터층(104)이 위치한다.
그리고, 상기 컬러필터층(104)을 보호하기위한 오버코트층(106)이 형성되며, 투명전극으로 공통전극(108)이 형성된다.
한편, 상기 컬러필터는 제조시 사용되는 유기 필터(filter)의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며, 그 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법 등으로 분류할 수 있다. 상기 컬러필터의 제작 방법에 따른 특징을 알아보면 다음과 같다.
인쇄법은 적, 녹, 청색 잉크를 여러가지 인쇄방법에 의해 기판 상에 인쇄하여 컬러필터를 제작하는 방법이다. 대표적인 인쇄방법으로는 스크린(screen)인쇄, 옵셋(offset)인쇄 등이 있으며, 제조공정이 단순하여 대량생산이 가능하고, 내열성이나 내광성이 높은 소재를 선택할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 기포에 의한 핀홀(pinhole)이나 색농도의 번짐, 변색이 발생하기 쉽고 인쇄중에 잉크의 유출에 의 한 패턴 가장자리의 직각도가 악화되기 쉽다는 단점이 있다.
전착법은 색소를 전극에 석출시켜 색소의 층으로 형성하는 방법으로, 고분자 수지와 착색 안료를 전해질 용매중에 용해 또는 분산하여 양측에 접속된 투명전극의 표면에 안료를 석출시켜 이것을 고온 건조시키는 방법이다.
상기 전착방법에는 투명전극의 고유저항이 높으면 번착 번짐이 발생한다. 또한, 전해질 용매중에서 투명전극과 화학적인 반응을 일으키는 성분이 포함되어 투명전극이 손상되는 문제가 있다. 특히 투명전극은 내약품성이 비교적 약하고 손상의 영향이 현저하게 나타나므로 전착후의 색농도, 광투과율이 저하되는 단점이 있다.
현재 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시장치의 경우 컬러필터는 주로 안료 분산법이 쓰인다. 상기 안료 분산법으로 제조되는 컬러필터 레진(resin)의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.
도 2는 종래 컬러 필터 기판의 일부를 확대하여 보여주는 부분 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 컬러 필터 기판에는 기판(100) 상에 블랙 매트릭스(102)와, 상기 블랙 매트릭스(102) 사이에 컬러필터층(104)이 형성되며, 상기 컬러필터층(104)은 상기 블랙 매트릭스(102) 위로 소정 중첩되어 형성된다.
이때, 상기 블랙 매트릭스(102) 위로 중첩되어 형성된 컬러필터층(104)은 상기 블랙 매트릭스(102)의 단차에 의해 뿔단차부(A)를 형성하게 된다.
이는 상기 컬러 필터 레진의 점도를 결정하는 주요 성분인 바인더의 함유량 과 연관이 있다.
그런데, 상기 컬러 필터 기판에 배향막(도시되지 않음)을 도포하고 러빙 시 상기 뿔단차부 주변에서는 러빙이 제대로 이루어지지 않게 되므로 블랙 휘도 증가 및 색대비비 저하와 같이 액정 표시 장치의 화질이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 상기와 같은 컬러필터층(104) 상에 형성되는 오버코트층과 공통 전극, 배향막은 그 두께가 얇기 때문에 상기 컬러필터층의 단차부 위치에서 배향이 불균일하게 이루어져 빛샘, 잔상 등의 불량을 일으키는 문제점이 있다.
본 발명은 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판에서, 저점도 컬러 필터 안료를 사용하여 블랙 매트릭스 단차에 의한 컬러필터층 단차를 저감함으로써 화질을 개선하는 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판은, 기판과; 상기 기판 상에 형성되고 소정 거리 이격된 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성되며 상기 블랙 매트릭스와 소정 오버랩되어 뿔단차부가 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 형성된 오버코트층과; 상기 오버코트층 상에 형성된 공통 전극과; 상기 공통 전극 상에 형성된 배향막을 포함하여 이루어진 컬러 필터 기판에서,
상기 뿔단차부는 기판으로부터 상기 블랙 매트릭스의 높이를 G1, 기판으로부 터 상기 컬러 필터층의 높이를 G2, 기판으로부터 상기 뿔단차부까지의 높이를 G3라고 하면, G2/G1 = 1.8 ~ 2.2 , G3/G2 = 1.0 ~ 1.3 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 뿔단차부의 형상은 기판으로부터 측면 경사 각도가 30도~90도인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스 사이에 점도 4 ~ 6cp의 컬러필터 레진을 도포하는 단계와; 상기 컬러필터 레진을 패터닝하여 적, 녹, 청의 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 상에 오버코트층 및 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러필터층은 상기 블랙 매트릭스 상에 소정 중첩되어 뿔단차부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터 레진에서 용제의 비율은 전체 컬러 필터 레진 조성물 100중량부당 20-80 중량부인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 컬러 필터 기판의 실시예에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 컬러 필터 기판의 단면을 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 컬러 필터 기판은, 기판(200) 상에 블랙 매트릭스(black matrix : B/M ; 202)가 위치하며, 상기 블랙 매트릭스 (202) 사이에 상기 블랙 매트릭스(202)의 일부와 겹치는 구조로 적, 녹, 청의 컬러필터층(204)이 위치한다.
그리고, 상기 컬러필터층(204)을 보호하기위한 오버코트층(206)이 형성되며, 투명전극으로 공통전극(208)이 형성된다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스(202)는 일반적으로 컬러필터의 적, 녹, 청 컬러 필터층(204)의 사이에 위치하며, 어레이 기판의 화소 전극이 형성되지 않은 부분과 화소전극 주변부에 형성되는 역 경사영역(reverse tilted domain)을 차폐시키는 목적으로 설치한다. 또한, 상기 어레이 기판의 스위칭 소자로 쓰이는 박막 트랜지스터에 직접적인 광조사를 차단하여 누설전류 증가를 방지하는 역할도 한다.
여기서, 상기 컬러필터 레진(resin)의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.
상기 컬러필터층(204)은 상기 블랙 매트릭스(202) 위로 소정 중첩되어 형성된다.
이때, 상기 블랙 매트릭스(202) 위로 중첩되어 형성된 컬러필터층(204)은 상기 블랙 매트릭스(202)의 단차에 의해 뿔단차부(B)를 형성하게 된다.
여기서, 상기 컬러 필터 레진은 4 ~ 6cp의 저점도 안료를 사용한다.
여기서, 본 발명에 사용되는 저점도 칼라 필터 레진은, 안료를 충분히 분산시키고 투명 기판상에 원하는 박막의 두께로 도포해야 하므로 하기와 같은 용매를 사용하여 점도 조절을 실시한다.
용매로는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 이소포론, 셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 아세트산이소아밀, 젖산 에테르, 메틸에틸케톤, 아세톤, 시클로헥산 등을 들 수 있으며, 적어도 1 종 이상을 혼합하여 사용한다.
본 발명에서 사용되는 용제의 비율은 전체 컬러 필터 레진 조성물 100중량부당 20-80 중량부이다.
따라서, 상기 블랙 매트릭스(202) 상의 컬러필터층(204) 뿔단차부(B)의 크기가 작게 형성된다.
한편, 도시되지는 않았지만, 상기 컬러 필터 기판과 대향하는 어레이 기판은 서로 종횡으로 교차하는 게이트 배선과 데이터 배선이 화소 영역을 매트릭스 형태로 정의하고, 상기 화소 영역에는 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하고 있다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터는 기판 상에 상기 게이트 배선에서 상기 교차 지점으로 소정 돌출하여 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 형성된 게이트절연막과, 상기 게이트절연막 상에 형성된 반도체층과, 상기 데이터 배선에서 상기 반도체층 상으로 소정 돌출하여 형성된 소스 전극 및, 상기 소스 전극과 소정 이격하여 상기 반도체층과 전기적으로 접촉하는 드레인 전극으로 이루어진다.
그리고, 상기 화소 영역에 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된 화소 전극이 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저점도 컬러 필터 레진을 사용하 면, 상기 블랙 매트릭스(202)의 높이를 기판(200)으로부터 G1라고 하고, 상기 블랙 매트릭스(202) 사이에 형성되는 컬러필터층(204)의 높이를 기판(200)으로부터 G2라고 하고, 기판(200)으로부터 상기 블랙 매트릭스(202) 상의 뿔단차부(B)까지의 높이를 G3라고 하면, 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있다.
G2/G1 = 1,8 ~ 2.2 ------(1)
G3/G2 = 1.0 ~ 1.3 ------(2)
따라서, 관계식 (1), (2)에서와 같이 컬러필터층(204)의 뿔단차부(B)가 작게 형성되는 것을 알 수 있다.
이때, 상기 뿔단차부(B)의 측면 경사 각도는 30도 이상, 상기 컬러 필터층(204)의 측면 경사 각도는 70도 이상이 된다.
이와 같이, 컬러 필터 레진에서 바인더의 함유량을 조절하여 4~6cp의 저점도 컬러 필터 레진으로 컬러필터층(204)을 형성하면 상기 블랙 매트릭스(202)에 중첩되어 형성되는 컬러필터층(204)이 평탄해지는 특징이 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 컬러 필터 기판을 제조하는 공정을 보여주는 공정 순서도이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(200) 상에 블랙 매트릭스(202) 재료로 사용되는 Cr/CrOx를 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착한다.
그리고, 상기 Cr/CrOx를 패터닝하여 블랙 매트릭스를 형성한다.
통상 상기 블랙 매트릭스는 화소 경계부와 박막 트랜지스터에 대응되는 위치에 형성되며 빛샘 등을 방지하기 위하여 형성된다.
이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 블랙 매트릭스(202) 사이에 컬러필터층(204)을 형성한다. 여기서, 적, 녹, 청의 컬러필터층(204) 패턴은 동일 마스크를 사용하여 방향을 이동(shift)시켜 형성한다.
즉, 먼저 적색의 컬러 레진을 증착하고 패터닝하여 적색의 컬러필터층(204)을 형성하고, 연속적으로 녹, 청의 컬러필터층(204)을 형성한다.
이후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터층(204) 상에 오버코트층(206) 및 공통전극(208)을 형성한다.
이때, 상기 공통 전극(208)은 상기 어레이 기판에 형성된 화소 전극과 함께 액정 셀을 동작시키기 위해 형성한다. 따라서 상기 공통전극(208)은 상기 적, 녹, 청의 컬러필터층(204) 형성 후에 이루어 진다.
그리고, 상기 공통전극(208)은 투과성과 도전성이 좋으며 열적 안정성이 우수한 투명전극 재료인 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide)가 주로 쓰인다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
본 발명은 컬러 필터 기판에서 컬러필터를 저점도의 안료를 사용하여 형성함으로써 컬러필터층의 단차를 줄여 액정의 배향성을 향상시켜 화질을 향상시키고 제 품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 기판과; 상기 기판 상에 형성되고 소정 거리 이격된 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성되며 상기 블랙 매트릭스와 소정 오버랩되어 뿔단차부가 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 상에 형성된 오버코트층과; 상기 오버코트층 상에 형성된 공통 전극과; 상기 공통 전극 상에 형성된 배향막을 포함하고,
    상기 뿔단차부는 기판으로부터 상기 블랙 매트릭스의 높이를 G1, 기판으로부터 상기 컬러 필터층의 높이를 G2, 기판으로부터 상기 뿔단차부까지의 높이를 G3라고 하면, G2/G1 = 1.8 ~ 2.2 , G3/G2 = 1.0 ~ 1.3 의 관계식을 만족하고,
    상기 컬러필터층은 점도 4 ~ 6cp의 컬러필터 레진으로 형성되고,
    상기 컬러 필터 레진에서 용제의 비율은 전체 컬러 필터 레진 조성물 100중량부당 20-80 중량부 이며,
    상기 뿔단차부의 형상은 기판으로부터 측면 경사 각도가 30도~90도인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 용매로 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 이소포론, 셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세 테이트, 아세트산이소아밀, 젖산 에테르, 메틸에틸케톤, 아세톤, 시클로헥산 중에서 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판.
  4. 기판을 준비하는 단계와;
    상기 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙 매트릭스 사이에 점도 4 ~ 6cp의 컬러필터 레진을 도포하는 단계와;
    상기 컬러필터 레진으로 적, 녹, 청의 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층 상에 오버코트층 및 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 컬러 필터 레진에서 용제의 비율은 전체 컬러 필터 레진 조성물 100중량부당 20-80 중량부 이며
    상기 컬러필터층은 상기 블랙 매트릭스 상에 중첩되어 뿔단차부가 형성되고,
    상기 뿔단차부의의 형상은 기판으로부터 측면 경사 각도가 30도~90도이며,
    상기 블랙 매트릭스 상의 컬러필터층에는 G2/G1 = 1,8 ~ 2.2 , G3/G2 = 1.0 ~ 1.3 의 관계식( 기판으로부터 블랙 매트릭스의 높이를 G1, 기판으로부터 상기 컬러 필터층의 높이를 G2, 기판으로부터 상기 뿔단차부까지의 높이를 G3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 컬러필터 레진의 용매는 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 이소포론, 셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 아세트산이소아밀, 젖산 에테르, 메틸에틸케톤, 아세톤, 시클로헥산 중에서 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 제조 방법.
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