KR101159089B1

KR101159089B1 - 컬러 필터용 블랙 매트릭스의 제조방법

Info

Publication number: KR101159089B1
Application number: KR1020060010923A
Authority: KR
Inventors: 김성웅; 김우식; 권계시; 김상일
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-04
Filing date: 2006-02-04
Publication date: 2012-06-22
Also published as: US7952660B2; US20070196568A1; CN101013220A; CN101013220B; KR20070079880A

Abstract

컬러 필터용 블랙 매트릭스의 제조방법이 개시된다. 개시된 블랙 매트릭스 제조방법은 투명기판의 표면에 잉크에 대한 반발력이 있는 유기물로 이루어진 차광층을 형성하는 단계, 차광층을 패터닝하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와 차광층형성단계를 거치면서 블랙 매트릭스에 형성된 다수의 공극이 남아 있도록 열을 가하면서 하드 베이킹하는 단계를 포함한다.

Description

컬러 필터용 블랙 매트릭스의 제조방법{Method of fabricating black matrix of color filter}

도 1은 종래 컬러필터용 블랙 매트릭스에 충전되는 잉크가 혼색되는 현상을 도시한 도면,

도 2는 종래 컬러필터용 블랙 매트릭스에 잉크가 완전하게 충전되지 않아 빛이 새는 현상을 도시한 도면,

도 3 및 도 4는 종래의 컬러필터용 블랙 매트릭스의 제조방법을 도시한 도면,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터용 블랙 매트릭스의 제조방법을 설명하기 위한 도면들,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제조된 블랙 매트릭스에 공극이 형성된 모습을 도시한 도면,

도 7a는 도 6에 도시된 블랙 매트릭스 내에 컬러잉크를 주입한 상태를 도시한 도면,

도 도 7b는 도 7a에 도시된 블랙 매트릭스 내에 주입된 컬러잉크를 건조한 상태를 도시한 도면,

도 8a는 공극이 없는 블랙 매트릭스 내에 컬러 잉크를 채워서 제작한 컬러 필터의 모습을 찍은 사진,

도 8b는 도 8a에 도시된 컬러 필터의 단면을 프로파일한 그래프,

도 9a는 본 발명이 실시예에 따라 공극을 형성한 블랙 매트릭스 내에 컬러 잉크를 채워서 제작한 컬러 필터의 모습을 찍은 사진,

도 9b는 도 9a에 도시된 컬러 필터의 단면을 프로파일한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...투명기판 110...차광층

111...블랙 매트릭스 120...차단층

본 발명은 컬러필터용 블랙 매트릭스의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있는 컬러필터용 블랙 매트릭스의 제조방법에 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) 및 전계방출 디스플레이(FED; Field Emission Display) 등과 같은 평판 디스플레이 장치가 사용되고 있다. 이러한 평판 디스플레이 장치 중 소비 전력이 적어 컴퓨터 모니터, 노 트북 PC 등에 주로 사용되는 액정 디스플레이(LCD)가 각광을 받고 있다.

일반적으로, 액정 디스플레이에는 액정층에 의하여 변조된 백색광을 통과시켜 원하는 색상의 화상을 형성하는 컬러필터가 구비되어 있다. 여기서, 상기 컬러필터는 투명 기판 상에 다수의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 픽셀(pixel)들이 소정 형태로 배열된 구조를 가지고 있으며, 이러한 픽셀들은 블랙 매트릭스(black matrix)에 의하여 구획되어 있다.

도 1은 종래 컬러필터용 블랙매트릭스에 충전되는 잉크가 혼색되는 현상을 도시한 도면이고, 도 2는 종래 컬러필터용 블랙매트릭스에 잉크가 완전하게 충전되지 않아 빛이 새는 현상을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 블랙 매트릭스(11)는 투명기판(10)위에 차광층을 소정 두께로 도포한 다음, 이를 베이킹(baking)하고, 이를 소정 형태로 패터닝함으로써 형성된다.

이러한 블랙 매트릭스(11)가 잉크와의 반발력이 작아 접촉각이 작은 경우에는 주변픽셀로 잉크(13)가 넘쳐서 다른 잉크(14)와 혼색이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 블랙 매트릭스(11)를 잉크와의 반발력을 크게 하여 접촉각이 커지도록 만들 필요가 있으며, 이러한 반발력을 가지는 블랙 매트릭스(21)가 도 2에 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 블랙 매트릭스(21)는 잉크와의 반발력이 크도록 만들어져 있기 때문에 잉크가 주변 픽셀로 넘쳐서 다른 잉크와 혼색되는 것을 방지할 수는 있지만, 잉크가 투명기판(20)상에 균일한 두께로 도포되지 않는 문제점이 있다.

이에 따라, 블랙 매트릭스(21)의 측면 부근에서는 빛이 새는 현상이 발생하게 되고, 그 결과 컬러 필터의 각 픽셀로부터 나오는 광의 휘도가 불균일하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 잉크를 투명기판 상에 편평하게 도포할 수 있는 방법이 도 3 내지 도 4b에 도시되어 있다. 도 3은 미국특허공보 2003-0030715호에 개시되어 있는 "Ink-jet printing method and apparatus for manufacturing color filters"를 도시한 도면이고, 도 4a 내지 도 4b는 미국특허공보 2003-0108804호에 개시되어 있는 "Ink-jet manufacturing process and device for color filters"를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 투명기판(30)위에 블랙 매트릭스(31)를 형성한 후, 블랙 매트릭스(31)에 의하여 구획되는 픽셀에 잉크(32)를 도포한 후 에어노즐(33)을 통하여 공기를 잉크(32)에 쐬여서 잉크가 픽셀에 편평하게 도포되도록 한다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 투명기판(30)위에 프린팅프레임(41)으로 구획된 픽셀을 형성한 후 프린팅프레임(41)위에 차폐막(42)을 설치하고, 프린팅프레임(41)를 사이에 두고 전극(51)(52)을 설치한다.

잉크(60)를 픽셀에 도포한 후 전극(51)(52)에 전압(50)을 인가하여 전기장을 형성하면, 잉크가 시간이 지남에 따라 접촉각이 작아지면서 도 4b에 도시된 바와 같이 편평하게 된다.

그러나, 상기와 같은 에어노즐을 통하여 공기를 잉크에 쐬여서 잉크를 픽셀에 편평하게 도포하는 방법은 잉크가 건조되기 전에 각각의 모든 픽셀을 건조 평탄 화 시키기 위한 공기공급이 현실적으로 쉽지 않고 잉크의 특성에 따라 오히려 평탄화를 악화시킬 수 있는 문제가 있다.

픽셀에 전기장을 걸어 잉크를 평탄화하는 방법은 전도성있는 잉크를 사용하여야 한다는 제약이 있어 실용화에는 한계가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로, 잉크의 혼색을 방지하면서 휘도(brightness)의 균일성을 향상시킬 수 있는 컬러 필터용 블랙 매트릭스의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 컬러필터 제조방법은 투명기판의 표면에 잉크에 대한 반발력이 있는 유기물로 이루어진 차광층을 형성하는 단계;

상기 차광층을 패터닝하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;

상기 차광층형성단계를 거치면서 상기 블랙 매트릭스에 형성된 다수의 공극이 남아 있도록 열을 가하면서 하드 베이킹(hard baking)하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 하드 베이킹하는 단계는 200℃에서 10 내지 15분 동안 이루어진다.

본 발명에 따르면, 상기 하드 베이킹하는 단계 후에

상기 블랙 매트릭스 사이에 컬러잉크를 주입한 후 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러잉크를 동시에 완전하게 하드 베이킹(hard baking)하여 상기 블랙 메트릭스의 공극들 사이에 스며든 상기 컬러잉크를 건조시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 완전하게 하드 베이킹하는 단계는 200℃이상에서 30분 내지 40분 동안 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터용 블랙 매트릭스의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 5a를 참조하면, 투명 기판(100)의 표면에 잉크에 대한 반발력이 있는 유기물을 소정 두께로 도포한 다음, 이를 소프트 베이킹(soft baking)함으로써 차광층(110)을 형성한다. 여기서, 상기 투명 기판(100)으로는 일반적으로 유리 기판이 사용되지만 플라스틱 기판이 사용될 수도 있다. 상기 유기물은 스핀 코팅(spin coating), 다이 코팅(die coating) 또는 딥 코팅(dip coating) 방법에 의하여 상기 투명 기판(100)의 표면에 도포될 수 있다.

도 5b 및 도 5c를 참조하면, 상기 차광층(110)을 소정 형태로 패터닝함으로써 블랙 매트릭스(black matrix,111)를 형성한다. 여기서, 상기 차광층(110)이 감광성 물질로 이루어지는 경우에는 소정 패턴이 형성된 포토마스크(photo mask,120)를 이용하여 상기 차광층(110)을 노광 현상하게 된다. 한편, 상기 차광층(110)이 비감광성 물질로 이루어지는 경우에는 상기 차광층(110)의 표면에 포토레지스트(photoresist,120)를 도포하고, 이를 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의하여 패터닝한 후, 이렇게 패터닝된 포토레지스트를 식각마스크로 이용하여 상기 차광층(110)을 식각하게 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 블랙 매트릭스에 공극들이 형성된 모습을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 차광층(110)을 소프트 베이킹(soft baking)하는 단계 및 상기 차광층(110)을 패터닝하여 블랙 매트릭스(111)를 형성하는 단계를 거치면서, 상기 블랙 매트릭스(111)의 표면은 울퉁불퉁하게 거칠며, 다수의 공극(112)이 불규칙하게 형성되어 있다. 상기 다수의 공극(112)은 상기 블랙 매트릭스(111)의 표면으로부터 내부쪽으로 형성되어 있다.

본 발명의 특징은 컬러잉크를 상기 블랙 매트릭스(111)의 사이에 충전하기 전에 상기 블랙 매트릭스(111)를 완전하게 굳히는 하드 베이킹(hard baking)하기 전에, 상기 블랙 매트릭스(111)의 하드 베이킹(hard baking)을 일부만 진행하는 조건으로 조절하여 상기 블랙 매트릭스(111)에 다수의 공극(112)이 유지되도록 하는데 특징이 있다.

상기 블랙 매트릭스(111)를 완전하게 굳히는 하드 베이킹(hard baking)은 200℃이상 온도에서 30분 내지 40분 간 실시하지만, 본 발명의 특징인 공극이 유지되도록 하드 베이킹(soft baking)을 일부만 진행하는 조건은 200℃이상 온도에서 10분 내지 15분 간 실시하는 것이 바람직하다.

도 7a는 도 6에 도시된 블랙 매트릭스 내에 컬러잉크를 주입한 상태를 도시한 도면이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 블랙 매트릭스 내에 주입된 컬러잉크를 건조한 상태를 도시한 도면이다.

도 7a를 참조하면, 하드 베이킹(hard baking)의 일부만 진행하는 단계를 거 치면서 다수의 공극(112)들이 형성되어 있는 상기 블랙 매트릭스(111)의 사이에 컬러잉크(113)를 주입하여 채운다. 그러면, 컬러잉크(113)는 모세관현상으로 인해 상기 블랙 매트릭스(111)에 형성된 다수의 공극(112)들에 스며든다.

도 7b를 참조하면, 상기 블랙 매트릭스(111)의 사이에 컬러잉크(113)를 주입하여 채운 다음, 상기 블랙 매트릭스(111)와 컬러잉크(113)를 동시에 하드 베이킹(hard baking)한다. 그러면, 상기 블랙 매트릭스(111)는 단단하게 굳어지며, 상기 컬러잉크(113)도 건조되면서 상기 블랙 매트릭스(111)내에 편평하게 다져지면서 굳어진다.

이때, 상기 블랙 매트릭스(111)의 공극(112)사이에 스며든 상기 컬러잉크(113)는 상기 공극(112)들 사이에서 굳어지게 된다. 이렇게 됨으로써 상기 컬러잉크(113)는 상기 블랙 매트릭스(111)의 측면을 따라 흘러내리는 것이 방지되므로, 상기 컬러잉크(113)는 상기 블랙 매트릭스(111)사이에 균일한 두께로 건조된다. 따라서, 잉크에 대한 반발력이 있는 상기 블랙 매트릭스(111)에 의하여 상기 컬러잉크(113)의 두께가 불균일하여 발생되는 빛이 새는 현상을 방지할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따라 상기 블랙 매트릭스(111)의 공극(112)을 이용하여 컬러잉크를 균일한 두께로 상기 블랙 매트릭스(111)내에 채우는 방법은 다음과 같은 사진과 프로파일화한 그래프를 통하여 분명하게 확인할 수 있다.

도 8a는 공극이 없는 블랙 매트릭스 내에 컬러 잉크를 채워서 제작한 컬러 필터의 모습을 찍은 사진이고, 도 8b는 도 8a에 도시된 컬러 필터의 단면을 프로파일한 그래프이고, 도 9a는 본 발명이 실시예에 따라 공극을 형성한 블랙 매트릭스 내에 컬러 잉크를 채워서 제작한 컬러 필터의 모습을 찍은 사진이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 컬러 필터의 단면을 프로파일한 그래프이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 잉크에 대한 반발력을 상기 블랙 매트릭스(111)내에 컬러잉크를 채우면 잉크에 대한 반발력으로 인하여 컬러잉크의 접촉각이 커지게 되고, 컬러 잉크가 상기 블랙 매트릭스(111)의 측면과 접촉되지 않아 불균일하게 채워지는 것을 알 수 있다.

반면에, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 블랙 매트릭스(111)에 공극(112)을 형성시키고, 상기 블랙 매트릭스(111)내에 컬러 잉크(113)를 채우면, 상기 컬러 잉크(113)가 상기 블랙 매트릭스(111)의 공극(112)에 채워져서 상기 블랙 매트릭스(111)의 측면과 접촉되어 균일하게 채워지는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법은 블랙 매트릭스에 공극을 형성하고, 공극에 컬러잉크를 스며들게 함으로써 블랙 매트릭스에 의하여 구획되는 영역들 내부에 균일한 두께로 컬러 잉크를 채울 수 있어 빛이 새는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

투명기판의 표면에 잉크에 대한 반발력을 가지는 유기물로 이루어진 차광층을 형성하는 단계;

상기 차광층을 패터닝하여 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;

상기 차광층형성단계를 거치면서 상기 블랙 매트릭스에 형성된 다수의 공극이 남아 있도록 열을 가하면서 하드 베이킹(hard baking)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터용 블랙 매트릭스 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 하드 베이킹하는 단계는

200℃에서 10 내지 15분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러 필터용 블랙 매트릭스 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 하드 베이킹하는 단계 후에

상기 블랙 매트릭스 사이에 컬러잉크를 주입한 후 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러잉크를 동시에 완전하게 하드 베이킹(hard baking)하여 상기 블랙 메트릭스의 공극들 사이에 스며든 상기 컬러잉크를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터용 블랙 매트릭스 제조방법.
제 3항에 있어서,

상기 완전하게 하드 베이킹하는 단계는

200℃이상에서 30분 내지 40분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러 필터용 매트릭스 제조방법.