KR101206722B1

KR101206722B1 - 유기 박막층이 포함된 컬러필터 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101206722B1
Application number: KR1020090128707A
Authority: KR
Inventors: 이건우; 곽상규; 이창순
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2012-12-03
Also published as: KR20110071964A

Abstract

본 발명은 유기 박막층이 포함된 컬러필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 유리 기판과 흑격막 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 투명 유기 박막층이 포함된 것을 특징으로 하는 컬러필터 및 잉크젯 프린팅을 이용하여 이러한 컬러필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 액정표시소자의 컬러필터를 잉크젯 프린팅을 이용하여 제조할 때 유기 박막층을 이용함으로써 보다 균일한 코팅이 가능해 지고 명암비가 향상되는 등 그 장점이 현저하다.

액정표시소자, 컬러필터, 잉크젯 프린팅, 흑격막, 유리 기판

Description

유기 박막층이 포함된 컬러필터 및 그 제조방법{COLOR FILTER HAVING ORGANIC THIN LAYER AND METHOD TO PREPARE THE SAME}

본 발명은 유기 박막층이 포함된 컬러필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정표시소자(LCD)의 컬러필터 제조에 잉크젯 프린팅을 이용하면 공정의 수와 화학물질 소비량을 현저히 줄일 수 있다. 이러한 이점 때문에 잉크젯 프린팅은 친환경 공법의 하나로서 각광을 받고 있으나 공정이 안정적이지 못하다는 단점으로 종래의 광식각법(Photo-lithography)에 비해 아직까지는 사용되는 분야가 좁은 실정이다.

가장 큰 문제점은 유리 기판 위에 흑격막(Black Matrix) 패턴을 형성한 후 컬러 화소를 제작하기 위해 잉크젯 프린팅을 사용하는 경우이다. 이 때 흑격막 재료에 포함된 계면 활성제 등이 유리 기판 표면에 흡착되어 컬러 잉크가 원활하게 퍼지는 것을 저해한다.

이에 단파장 자외선 또는 오존, 아크 등을 이용한 표면 처리를 행하고 있지만, 표면 처리 후에도 유리 기판과 흑격막의 표면 상태가 동일하지 않음으로 인해 여전히 프린팅 된 잉크가 흑격막을 넘어 가거나(Overfill) 흑격막으로부터 분리되어 빛이 새어 나가는 구간이 발생하게 된다(Underfill).

이러한 이유로 고른 형태의 컬러 화소 제작에 어려움이 있고 이는 명암비(Contrast Ratio)의 저하로 이어져 액정표시소자의 패널 특성에 크게 영향을 미치게 된다.

따라서, 이러한 단점을 극복하는 것이야말로 잉크젯 프린팅의 응용 범위를 넓히는 중요한 요소가 된다고 할 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 잉크젯 프린팅을 이용한 컬러 화소 제조 전에 흑격막이 도포된 유리 기판의 표면 상태를 유기 박막층을 이용하여 조절하여 균일화함으로써 우수한 명암비를 가지는 컬러필터를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 컬러필터는 유리 기판과 흑격막 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 투명 유기 박막층이 포함된 것이다.

또한, 상기 유기 박막층은 안료를 제외한 오버 코트 조성물, 안료를 제외한 컬럼 스페이서 조성물로부터 제조된 것일 수 있다.

그리고, 상기 유기 박막층은 폴리이미드 배향막 조성물로부터 제조된 것일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법은 (a) 유리 기판 상에 흑격막을 형성하는 단계; (b) 상기 유리 기판과 상기 흑격막 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 투명 유기 박막층을 형성하는 단계; 및 (c) 잉크젯 프린팅을 이용하여 컬러층을 도포하는 단계를 포함하는 것이다.

또한, 상기 (b)단계에 의하여 형성된 유기 박막층을 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 액정표시소자는 상기 컬러필터의 제조방법에 의하여 제조된 것일 수 있다.

또한, 상기 액정표시소자는 TN 모드, VA 모드 또는 IPS 모드인 것일 수 있다.

본 발명에 따르면 잉크젯 프린팅을 이용한 컬러필터 기판 제조에 있어서, 흑격막 도포 후 컬러층을 도포하기 전에 유기 박막층을 포함시킴으로써, 오버필이나 언더필 등의 문제를 해결하여 균일하게 컬러 화소를 형성할 수 있게 되고, 이에 따라 명암비가 향상되는 장점이 있다.

본 발명은 액정표시소자용 컬러필터에 있어서 유리 기판과 흑격막 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 투명 유기 박막층이 포함되는 것이다.

투명층이 아니면 빛이 통과하는 컬러 필터 쪽은 색상이 변하기 때문에 투명한 유기 박막층을 사용한다.

도 1을 참고하면 본 발명에 따른 컬러필터는 흑격막(2)이 도포된 후 유리 기판(1)과 흑격막(2)의 표면에 전체적으로 두께 0.1 ~ 0.5 ㎛의 유기 박막 재료를 도포하는 것이다.

종래처럼 유기 박막층(3)을 포함시키지 않고 곧바로 컬러층을 도포할 경우 대부분의 컬러층은 유기물이 포함된 감광성 조성물로 이루어지므로 유리 기판(1)보 다는 같은 유기(Organic)의 성격을 띠는 흑격막(2) 측으로 컬러층이 집중되고 이에 따라 유리 기판(1) 상에는 컬러층이 충분히 채워지지 않는 언더필 현상이 발생하게 된다. 반대로 컬러층 조성물이 무기(Inorganic)의 성격을 띠는 경우라면 유리 기판(1) 측으로 집중되어 흑격막(2)을 넘어가게 되는 오버필 현상이 발생할 것이다.

즉, 본 발명에 따르면 컬러층을 도포하기 전에 투명한 유기 박막층(3)으로 코팅을 하여 유리 기판(1)과 흑격막(2)의 상태를 균일하게 하고 이에 따라 컬러 화소가 균일하게 도포, 제작될 수 있다.

이 때, 유기 박막층(3)의 두께가 0.1 ㎛ 미만인 경우 박막층의 도포 자체가 불가능해질 수 있으며, 0.5 ㎛을 초과하는 경우 원래의 흑격막(2)과 유리 기판(1) 사이의 단차(段差)가 상실 또는 감소되어 컬러층의 오버필(Overfill) 현상이 발생할 수 있다.

상기 유기 박막층(3)으로는 유기물질을 포함하는 통상의 감광성 조성물에서 안료를 제외한 것을 사용할 수 있으며 이는 유기 박막층(3)의 투명성을 보장하기 위함이다. 구체적으로는 안료를 제외한 오버 코트 조성물, 안료를 제외한 컬럼 스페이서 조성물, 폴리이미드 배향막 조성물 등을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 컬러필터 제조방법은 (a) 유리 기판(1) 상에 흑격막(2)을 형성하는 단계; (b) 상기 유리 기판(1)과 상기 흑격막(2) 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 투명 유기 박막층(3)을 형성하는 단계; 및 (c) 잉크젯 프린팅을 이 용하여 컬러층을 도포하는 단계를 포함하는 것이다.

또한, 상기 (b)단계에 의하여 유리 기판(1)과 흑격막(2) 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 유기 박막층(3)을 형성한 후 이렇게 형성된 유기 박막층(3)을 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 먼지제거를 위한 친수처리 차원에서 오존을 이용한 표면 처리를 행한다. 오존 외에 코로나, 아크 방전, 자외선 등을 사용할 수도 있으며 생산 공정의 특성에 따라 생략도 가능하다.

그리고, 필요에 따라 상기 유기 박막층(3)을 형성하기 전에 유리 기판(1)을 표면 처리하는 단계도 추가적으로 포함될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 컬러필터를 포함하는 액정표시소자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 컬러필터는 TN(Twisted Nematic) 또는 VA(Vertical Alignment), IPS(In Plain Switching) 모드의 액정표시소자에 모두 사용 가능한 것이다.

실시예

[실시예 1]

유기 박막층(3)으로 사용하기 위해 아크릴 바인더 10 중량%(benzyl methacrylate와 methacrylic acid를 각각 몰비 7:3으로 공중합한 분자량 15,000의 고분자), dipentaerythritol hexa-acrylate 10 중량%, 계면활성제로서 DIC사의 F-475 0.1 중량%, 용매로서 propylene glycol methyl ether acetate 79.9 중량%가 함유된 용액을 제조하였다.

다음으로, 흑격막(2)이 형성된 유리 기판(1) 상에 상기 용액을 스핀리스 코터(spinless coater)를 사용하여 두께 0.1 ㎛로 도포한 뒤 100도에서 10분간 건조시킨 후 다시 230도에서 30분간 소성처리 함으로써 두께가 0.1 ㎛인 유기 박막층(3)을 형성하였다.

다음으로, 고압 수은등(출력 500mW)을 이용하여 10초간 조사함으로써 표면 처리를 행한 다음(고압 수은등의 자외선을 통해 발생한 오존에 의한 표면 처리임) 탈이온수로 세정하였다.

마지막으로, 잉크젯 프린팅을 이용하여 적, 녹, 청색의 패턴을 형성하여 컬러필터 기판을 제작하였다.

이렇게 제작된 컬러필터 기판의 명암비를 측정하였다.

[실시예 2]

[실시예 1]에서 유기 박막층(3)의 두께가 0.2 ㎛인 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일하다.

[실시예 3]

[실시예 1]에서 유기 박막층(3)의 두께가 0.3 ㎛인 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일하다.

[실시예 4]

[실시예 1]에서 유기 박막층(3)의 두께가 0.4 ㎛인 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일하다.

[실시예 5]

[실시예 1]에서 유기 박막층(3)의 두께가 0.5 ㎛인 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일하다.

비교예

[비교예 1]

[실시예 1]에서 유기 박막층(3)을 형성하지 않은 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일하다.

[비교예 2]

[실시예 1]에서 유기 박막층(3)의 두께가 0.05 ㎛인 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일하다.

[비교예 3]

[실시예 1]에서 유기 박막층(3)의 두께가 0.6 ㎛인 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일하다.

아래 [표 1]에 실시예와 비교예를 통해 얻은 실험 결과를 나타내었다. [표 1]에 나타난 결과와 같이 유기 박막층(3)을 형성하지 않은 경우 언더필 현상이 발생하였다.

또한, 유기 박막층(3) 두께가 0.1 ㎛ 미만일 때([비교예 2]의 경우)에는 박막 형성이 불안정하고 언더필(Underfill, 패턴이 격자 내에 완전히 채워지지 않는 현상)이 심하여 명암비가 심하게 저하되는 것을 알 수 있었다. 한편 유기 박막층(3) 두께가 0.5 ㎛를 초과할 때([비교예 3]의 경우)에는 오버필(Overfill, 패턴이 흑격막을 타고 넘치는 경향) 특성이 나타나며 명암비가 감소하는 것을 알 수 있었다. 따라서 효율적인 유기 박막층(3)의 두께는 0.1 ~ 0.5 ㎛의 범위([실시예 1]에서 [실시예 5]까지)라는 것을 확인하였다.

실시예와 비교예의 실험 결과

샘플	유기 박막층 두께(㎛)	명암비	비고
실시예 1	0.1	12450 : 1
실시예 2	0.2	11800 : 1
실시예 3	0.3	12010 : 1
실시예 4	0.4	11900 : 1
실시예 5	0.5	12050 : 1
비교예 1	없음	8350 : 1	언더필 발생
비교예 2	0.05	4010 : 1	유기 박막층 불완전/언더필 발생
비교예 3	0.6	9020 : 1	오버필 발생

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유기 박막층이 포함된 컬러필터를 나타내는 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 유리 기판 2 : 흑격막

3 : 유기 박막층

Claims

유리 기판과 흑격막 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 투명 유기 박막층이 포함되고, 상기 유기 박막층에 잉크젯 프린팅에 의하여 컬러층이 도포된 것을 특징으로 하는 컬러필터.
제 1항에 있어서,

상기 유기 박막층은 안료를 제외한 오버 코트 조성물로부터 제조된 것을 특징으로 하는 컬러필터.
제 1항에 있어서,

상기 유기 박막층은 안료를 제외한 컬럼 스페이서 조성물로부터 제조된 것을 특징으로 하는 컬러필터.
제 1항에 있어서,

상기 유기 박막층은 아크릴 바인더를 포함하는 용액으로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러필터.
(a) 유리 기판 상에 흑격막을 형성하는 단계;

(b) 상기 유리 기판과 상기 흑격막 표면에 두께가 0.1 ~ 0.5 ㎛인 투명 유기 박막층을 형성하는 단계; 및

(c) 잉크젯 프린팅을 이용하여 컬러층을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 (b)단계에 의하여 형성된 유기 박막층을 표면 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
제 5항에 의해 제조된 컬러필터를 포함하는 액정표시소자.
제 7항에 있어서,

상기 소자는 TN 또는 VA 모드인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 7항에 있어서,

상기 소자는 IPS 모드인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.