KR101227140B1 - Method for manufacturing color filter substrate for liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
선택적으로 구동된 액정 셀(Liquid Crystal Cell)이 마스크(Mask) 역할을 수행할 수 있는 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법을 제공한다. 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은, a) 투명한 절연 기판 상에 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; 및 b) 노출된 전면에 컬러 감광제를 도포하는 단계; c) 기형성된 액정 셀을 상기 블랙 매트릭스 및 화소 영역과 대응하도록 정렬하는 단계; d) 상기 액정 셀의 서브-픽셀을 구동하고, 상기 컬러 감광제에 대응하는 컬러필터 패턴을 노광하는 단계; 및 e) 상기 노광된 컬러필터 패턴을 현상하여 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.A method of manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display device in which a selectively driven liquid crystal cell may serve as a mask is provided. A method of manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display includes: a) forming a black matrix defining a pixel region on a transparent insulating substrate; And b) applying a color photosensitive agent to the exposed front surface; c) aligning a preformed liquid crystal cell with the black matrix and the pixel region; d) driving a sub-pixel of said liquid crystal cell and exposing a color filter pattern corresponding to said color photosensitive agent; And e) developing the exposed color filter pattern to form a color filter.
액정 표시장치, 컬러필터, 액정 셀, 노광, 마스크, 계조 전압, 스페이서 Liquid crystal display, color filter, liquid crystal cell, exposure, mask, gradation voltage, spacer
Description
도 1은 일반적인 액정 표시패널의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a general liquid crystal display panel.
도 2는 일반적인 액정 표시패널의 수직 단면도이다.2 is a vertical cross-sectional view of a general liquid crystal display panel.
도 3a 및 도 3e는 종래의 기술에 따른 액정 표시장치용 컬러필터의 제조 공정을 나타내는 도면들이다.3A and 3E are views illustrating a manufacturing process of a color filter for a liquid crystal display according to a related art.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the principle of the manufacturing method of the color filter substrate for a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 수직 단면도이다.5 is a vertical cross-sectional view of a color filter substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6p는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정을 나타내는 도면들이다.6A to 6P are views illustrating a manufacturing process of a color filter substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시된 하프-톤 마스크 역할을 하는 액정 셀을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for describing a liquid crystal cell serving as a half-tone mask illustrated in FIG. 6.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
100: 액정 셀 110: 액정 셀의 TFT 기판100: liquid crystal cell 110: TFT substrate of liquid crystal cell
111: 서브-픽셀(sub-pixel) 120: 액정111: sub-pixel 120: liquid crystal
130: 액정 셀의 컬러필터 기판 200: 제조할 컬러필터 기판130: color filter substrate of liquid crystal cell 200: color filter substrate to be manufactured
210: 투명 절연 기판 220: 블랙 매트릭스210: transparent insulating substrate 220: black matrix
230R, 230G, 230B: 컬러필터층230R, 230G, 230B: color filter layer
본 발명은 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a color filter substrate for a liquid crystal display device.
일반적으로, 액정 표시장치는 액정 분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표현하는 장치이다. 액정 표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정 물질을 주입하며, 이후, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 상기 액정 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 투명 절연 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써, 원하는 화상을 표현하게 된다.In general, a liquid crystal display is an apparatus that expresses an image by using optical anisotropy and birefringence characteristics of liquid crystal molecules. In the liquid crystal display, two substrates on which the field generating electrodes are formed are disposed so that the surfaces on which the two electrodes are formed face each other, a liquid crystal material is injected between the two substrates, and then a voltage is applied to the two electrodes. By changing the arrangement of the liquid crystal molecules by the electric field, and by controlling the amount of light transmitted through the transparent insulating substrate, the desired image is expressed.
이러한 액정 표시장치로는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시장치(TFT LCD)가 주로 사용되고 있다. TFT LCD는 백색광인 백라이트가 액정 화소를 통과하면서 광투과율이 조절된 후, 각 액정 화소 상에 1:1로 배치된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러필터층을 투과해 나오는 빛의 가법 혼색을 통해 TFT-LCD의 컬러 화면이 만들어진다.As the liquid crystal display, a thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD) using a thin film transistor (TFT) as a switching element is mainly used. The TFT LCD transmits the red (R), green (G), and blue (B) color filter layers disposed 1: 1 on each liquid crystal pixel after the backlight having white light passes through the liquid crystal pixel and the light transmittance is adjusted. The color mixture of the TFT-LCD is produced by adding mixed color of the emitted light.
도 1은 일반적인 액정 패널의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 부분의 수직 단면도이다.FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a general liquid crystal panel, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the portion II ′ of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액정 표시장치 내에 구비된 액정 패널은, 일정 공간을 갖고 합착된 제1 기판(10), 제2 기판(20), 및 상기 제1 기판(10)과 제2 기판 (20) 사이에 주입된 액정층(30)으로 구성된다. 이때, 제1 기판(10)은 스위칭 영역인 TFT 영역(TFT), 화소 영역(Pixel) 및 스토리지 영역(CST)으로 정의되고, 제1 기판(10)은 투명한 글래스 기판(11), 게이트층(12a, 12b), 층간 절연막(13), 액티브층(14), 오믹 접촉층(15a, 15b), 데이터층(16a, 16b, 16c), 패시베이션층(17) 및 화소전극(18) 등을 포함하여 구성된다. 또한, 컬러필터 기판(20)은 투명한 글래스 기판(21), 블랙 매트릭스(22), 컬러필터(23) 및 공통 전극(24)을 포함하여 구성된다.1 and 2, the liquid crystal panel provided in the liquid crystal display device includes a
구체적으로 설명하면, 상기 제1 기판(10)에는 투명한 글래스 기판(11) 상에 일정한 간격을 갖고 일 방향으로 복수개의 게이트 라인(12), 및 상기 게이트 라인(12)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(16)이 배열됨으로써, 화소 영역(Pixel)을 정의하게 된다.Specifically, the
그리고 상기 각 화소 영역(Pixel)에는 화소 전극(18)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(12)과 데이터 라인(16)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어, 상기 박막 트랜지스터가 상기 게이트 라인(12)을 통해 인가되는 스캔 신호에 따라 상기 데이터 라인(16)의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극(18)에 인가한다.A
그리고 상기 제2 기판(20)에는 투명한 글래스 기판(21) 상에 상기 화소 영 역(Pixel)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(22)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층(23)이 형성되며, 상기 칼라 필터층(23) 위에는 공통 전극(24)이 형성되어 있다.In addition, a
상기 화소 전극(18)과 병렬로 연결된 충전 커패시터(CST)가 게이트 라인(12)의 상부에 구성되며, 충전 커패시터(CST)의 제1 전극으로는 게이트 라인(12)의 일부를 사용하고, 제2 전극으로는 소스 및 드레인 전극과 동일층 동일 물질로 형성된 섬(island) 형상의 금속 패턴을 사용한다.A charging capacitor C ST connected in parallel with the
상기 제1 기판(10)과 액정층(30)을 사이에 두고 이격된 제2 기판(20)의 마주보는 일면에는 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 게이트 라인(12a, 12b) 및 데이터 라인(16a, 16b, 16c)에 대응하여 블랙 매트릭스(22)가 구성되고, 상기 화소 영역(Pixel)에 대응하는 면에는 컬러필터(23)가 구성된다. 또한, 상기 컬러필터(23)와 블랙매트릭스(22)가 구성된 제2 기판(20)의 전면에는 투명한 공통 전극(24)이 구성된다. 여기서, 상기 화소 전극(14) 및 공통 전극(24) 상부에 각각 배향막(도시되지 않음)이 형성될 수 있다.The thin film transistor TFT, the
또한, 어레이 기판인 제1 기판(10)과 컬러필터 기판인 제2 기판(20) 사이에는 두 기판 사이의 갭(gap)을 유지하기 위해 스페이서(spacer: 25)를 형성할 수 있다.In addition, a
이러한 액정 표시장치는 상기 화소 전극(18)과 공통 전극(24) 사이의 전계에 의해 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20) 사이에 형성된 액정층(30)이 배향되고, 상기 액정층(30)의 배향 정도에 따라 액정층(30)을 투과하는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현할 수 있다.In the liquid crystal display, the
이와 같은 액정 표시장치를 TN(Twisted Nematic) 모드 액정 표시장치라 하며, 상기 TN 모드 액정 표시장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있고, 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 IPS(In-Plane Switching) 모드 액정 표시장치가 개발되었다.Such a liquid crystal display is called a twisted nematic (TN) mode liquid crystal display, and the TN mode liquid crystal display has a disadvantage of having a narrow viewing angle, and an in-plane switching (IPS) for overcoming the disadvantage of the TN mode. A mode liquid crystal display has been developed.
이러한 IPS 모드 액정 표시장치는 제1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡 전계(수평 전계)가 발생하도록 하고, 상기 횡 전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.In the IPS mode liquid crystal display, a pixel electrode and a common electrode are formed parallel to each other at a predetermined distance in a pixel region of the first substrate so that a lateral electric field (horizontal electric field) is generated between the pixel electrode and the common electrode. The liquid crystal layer is aligned by the electric field.
한편, 도 3a 및 도 3e는 종래의 기술에 따른 액정 표시장치용 컬러필터의 제조 공정을 나타내는 도면들이다.3A and 3E are diagrams illustrating a manufacturing process of a color filter for a liquid crystal display according to a related art.
도 3a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 액정 표시장치용 컬러필터의 제조 공정은 투명한 글래스 기판(21) 상에 화소 영역을 정의하기 위한 블랙 매트릭스(22)가 형성된다. 도 3b를 참조하면, 노출된 투명한 글래스 기판(21) 전면에 컬러 감광제(23)를 도포하게 된다.Referring to FIG. 3A, in the process of manufacturing a color filter for a liquid crystal display according to the related art, a
이후, 도 3c를 참조하면, 마스크(24)를 사용하여, 상기 컬러 감광제(23)를 노광함으로써, 예를 들면, 적색(R) 컬러필터 패턴이 형성되고, 후속적으로 현상, 건조 및 세정 공정을 거쳐서 도 3d에 도시된 바와 같은 컬러필터(23R)가 형성된다. Subsequently, referring to FIG. 3C, by exposing the color
이후, 상기 도 3b 내지 도 3d와 같은 공정을 반복 수행함으로써, 녹색(G) 및 청색(B) 컬러필터(23G, 23B)가 각각 형성된다.Thereafter, by repeating the process of FIGS. 3B to 3D, the green (G) and blue (B) color filters 23G and 23B are formed, respectively.
그러나 종래의 기술에 따른 액정 표시장치용 컬러필터의 제조 공정은 상기 블랙 매트릭스 및 상기 컬러필터층 형성시, 각각의 마스크를 사용해야 하는데, 이러한 마스크 공정은 비용뿐만 아니라 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.However, in the manufacturing process of the color filter for the liquid crystal display according to the related art, each mask should be used when the black matrix and the color filter layer are formed. Such a mask process has a problem that the process is complicated as well as cost.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 구동된 액정 셀이 마스크 역할을 수행함으로써, 컬러필터 형성용 마스크 수를 감소시킬 수 있는 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display device which can reduce the number of masks for forming a color filter by the driving liquid crystal cell serves as a mask.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 계조 전압에 따라 구동된 액정 셀이 하프-톤 마스크 역할을 수행함으로써, 스페이서를 형성할 수 있는 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display device, in which a liquid crystal cell driven according to a gray voltage serves as a half-tone mask, thereby forming a spacer.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은, a) 투명한 절연 기판 상에 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; 및 b) 노출된 전면에 컬러 감광제를 도포하는 단계; c) 기형성된 액정 셀을 상기 블랙 매트릭스 및 화소 영역과 대응하도록 정렬하는 단계; d) 상기 액정 셀의 서브-픽셀을 구동하고, 상기 컬러 감광제에 대응하는 컬러 필터 패턴을 노광하는 단계; 및 e) 상기 노광된 컬러필터 패턴을 현상하여 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.As a means for achieving the above object, a method of manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display according to the present invention comprises the steps of: a) forming a black matrix defining a pixel region on a transparent insulating substrate; And b) applying a color photosensitive agent to the exposed front surface; c) aligning a preformed liquid crystal cell with the black matrix and the pixel region; d) driving a sub-pixel of said liquid crystal cell and exposing a color filter pattern corresponding to said color photosensitive agent; And e) developing the exposed color filter pattern to form a color filter.
여기서, 상기 b) 내지 e) 단계는 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B) 감광제를 도포하여 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B) 컬러필터를 형성하도록 각각 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.Here, steps b) to e) are repeated to form red (R), green (G), or blue (B) color filters by applying a red (R), green (G), or blue (B) photosensitive agent. It is characterized by.
여기서, 상기 d) 단계의 액정 셀은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브-픽셀중 어느 하나를 풀-화이트(Full-White)로 구동하고, 나머지는 풀-블랙(Full-Black)으로 구동하는 것을 특징으로 한다.Herein, the liquid crystal cell of step d) drives any one of the red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels to full-white, and the rest is full-black. -Black).
여기서, 상기 액정 셀이 상기 풀-화이트로 구동될 경우, 상기 컬러 감광제가 경화되도록 광을 투과시키고, 상기 액정 셀이 상기 풀-블랙으로 구동될 경우, 상기 컬러 감광제가 경화되지 않도록 광을 차단하는 것을 특징으로 한다.Here, when the liquid crystal cell is driven to the full-white, it transmits light so that the color photosensitive agent is cured, and when the liquid crystal cell is driven to the full-black, blocking the light so that the color photosensitive agent is not cured It is characterized by.
여기서, 상기 e) 단계의 컬러필터는 상기 액정 셀의 동일 색상 서브-픽셀에 각각 대응하는 형상의 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, the color filter of step e) is formed in a pattern of a shape corresponding to the same color sub-pixel of the liquid crystal cell, respectively.
여기서, 상기 b) 단계의 컬러 감광제는 노광된 부분이 해당 컬러필터 패턴을 형성하고, 노광되지 않은 부분이 제거되는 것을 특징으로 한다.Here, the color photosensitive agent of step b) is characterized in that the exposed portion forms a corresponding color filter pattern, the unexposed portion is removed.
여기서, 상기 b) 단계는, R, G 및 B 컬러 감광제 중 어느 하나를 노출된 전면에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 도포하는 것을 특징으로 한다.Here, the step b), it is characterized in that any one of the R, G and B color photosensitive agent is applied to the exposed entire surface by the spin coating method (Spin Coating).
여기서, 상기 a) 단계는, a-1) 상기 투명한 절연 기판 상에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계; a-2) 기형성된 액정 셀을 상기 블랙 매트릭스 및 화소 영역과 대응하도록 정렬하는 단계; a-3) 상기 액정 셀의 서브-픽셀을 구동하고, 상기 블랙 매트릭스층을 노광시켜 블랙 매트릭스 패턴을 형성하는 단계; a-4) 상기 노광된 블랙 매트릭스 패턴을 현상하여 상기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step a) may include a-1) forming a black matrix layer on the transparent insulating substrate; a-2) aligning a pre-formed liquid crystal cell with the black matrix and the pixel region; a-3) driving a sub-pixel of the liquid crystal cell and exposing the black matrix layer to form a black matrix pattern; a-4) developing the exposed black matrix pattern to form the black matrix.
여기서, 상기 a-3) 단계는 상기 액정 셀의 R, G, B 서브-픽셀을 모두 풀-화이트로 구동하여 상기 블랙 매트릭스층을 노광시키는 것을 특징으로 한다.Here, the step a-3) is characterized in that all of the R, G, B sub-pixels of the liquid crystal cell are driven full-white to expose the black matrix layer.
여기서, 상기 a-1) 단계의 블랙 매트릭스층은 노광된 부분이 현상에 의해 제거되는 것을 특징으로 한다.Here, the black matrix layer of step a-1) is characterized in that the exposed portion is removed by development.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은, a) 투명한 절연 기판 상에 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; b) 상기 화소 영역 상에 각각 R, G, B 컬러필터를 형성하는 단계; c) 상기 컬러필터의 상부에 유기물질을 전면 증착하여 평탄화막(Overcoat)을 형성하는 단계; d) 상기 평탄화막 상에 컬럼 스페이서(Column Spacer) 형성용 감광제를 도포하는 단계; 및 e) 액정 셀의 서브-픽셀을 구동하여 상기 감광제를 노광하고, 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, as another means for achieving the above object, a method of manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display according to the present invention, a) forming a black matrix defining a pixel region on a transparent insulating substrate; b) forming R, G, and B color filters on the pixel region, respectively; c) forming an overcoat by entirely depositing an organic material on the color filter; d) applying a photoresist for forming a column spacer on the planarization layer; And e) driving the sub-pixels of the liquid crystal cell to expose the photosensitizer and form column spacers.
여기서, 상기 e) 단계의 액정 셀은 계조 전압에 대응하는 소정 레벨로 구동되는 것을 특징으로 한다.Here, the liquid crystal cell of step e) is driven to a predetermined level corresponding to the gray scale voltage.
여기서, 상기 액정 셀은 하프-톤 마스크 역할을 수행하여 상기 컬럼 스페이서 형성용 감광제를 노광시키는 것을 특징으로 한다.The liquid crystal cell may serve as a half-tone mask to expose the photosensitive agent for forming the column spacer.
여기서, 상기 액정 셀의 컬럼 스페이서가 형성될 영역은 상기 계조 전압에 대응하여 구동되고, 이외의 영역은 풀-블랙으로 구동되는 것을 특징으로 한다.The region where the column spacer of the liquid crystal cell is to be formed is driven in correspondence to the gray voltage, and the other regions are driven to full-black.
여기서, 상기 e) 단계의 감광제는 상기 액정 셀에 의해 노광된 부분이 스페이서 형성용 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.Here, the photosensitive agent of step e) is characterized in that the portion exposed by the liquid crystal cell forms a pattern for forming a spacer.
여기서, 상기 e) 단계는, e-1) 기형성된 액정 셀(Liquid Crystal Cell)의 서브-픽셀을 상기 컬럼 스페이서를 형성할 부분에 정렬하는 단계; e-2) 상기 액정 셀의 서브-픽셀을 구동하고, 상기 컬럼 스페이서 형성용 감광제에 대응하는 컬럼 스페이서 패턴을 노광하는 단계; 및 e-3) 상기 노광된 컬럼 스페이서 패턴을 현상하여 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step e) may include: e-1) aligning a sub-pixel of a pre-formed Liquid Crystal Cell with a portion to form the column spacer; e-2) driving the sub-pixels of the liquid crystal cell and exposing a column spacer pattern corresponding to the photoresist for forming column spacers; And e-3) developing the exposed column spacer pattern to form a column spacer.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various forms, and the present embodiments are merely provided to make the disclosure of the present invention complete and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a color filter substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the principle of the manufacturing method of the color filter substrate for a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기 판(200)의 제조 방법은, 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스(220)가 형성된 투명한 절연 기판(210) 상에 컬러필터(230R, 230G, 230B)를 형성하기 위해 액정 셀(100)을 이용하게 된다. 이때, 상기 액정 셀(100)은 TFT 어레이 기판(110), 컬러필터 기판(130) 및 그 사이에 주입된 액정층(130)을 포함하여 구성되며, 게이트 구동부(도시되지 않음) 및 소스 구동부(도시되지 않음)에 의해 구동된다.Referring to FIG. 4, in the method of manufacturing a
구체적으로, 노출된 투명한 절연 기판(210) 전면에 컬러 감광제(color photo resist)를 도포하고, 기형성되어 있는 액정 셀(100)을 상기 블랙 매트릭스(220) 및 화소 영역과 대응하도록 정렬하게 된다.Specifically, a color photoresist is applied to the entire surface of the exposed transparent insulating
이후, 상기 액정 셀(100)의 서브-픽셀(111)을 구동하고, 상기 컬러 감광제에 대응하는 컬러필터 패턴을 노광(lithograph)하게 된다. 후속적으로, 상기 노광된 컬러필터 패턴을 현상하여 컬러필터(230R, 230G, 230B)를 형성하게 된다. 따라서 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B)는 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B) 감광제를 도포한 후, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B) 컬러필터를 각각 형성하도록 상기 공정을 각각 반복 수행함으로써 완성된다.Subsequently, the
상기 액정 셀(100)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브-픽셀(Sub-pixel) 중 어느 하나를 풀-화이트로 구동하고, 나머지는 풀-블랙으로 구동하게 된다. 예를 들면, 형성하고자 하는 컬러필터가 적색 컬러필터(230R)인 경우, 적색(R) 서브-픽셀(111)을 풀-화이트로 구동하고, 나머지 녹색(G) 및 청색(B) 서브-픽셀은 풀-블랙으로 구동하게 된다. 여기서, 풀-화이트 구동 및 풀-블랙 구동은 기존의 화소 구동 기술에 따라 당업자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.The
실질적으로, 상기 액정 셀(100)이 상기 풀-화이트로 구동될 경우, 상기 컬러 감광제가 경화되도록 광을 투과시키고, 상기 액정 셀(100)이 상기 풀-블랙으로 구동될 경우, 상기 컬러 감광제가 경화되지 않도록 광을 차단하는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B)는 상기 액정 셀(100)의 동일 색상 서브-픽셀에 각각 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.Substantially, when the
여기서, 상기 컬러 감광제는 노광된 부분이 해당 컬러필터 패턴을 형성하고, 노광되지 않은 부분이 제거되며, 이때, 상기 컬러 감광제는 R, G 및 B 컬러 감광제 중 어느 하나를 노출된 투명한 절연 기판(210) 전면에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 도포함으로써 형성되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the exposed portion of the color photosensitive agent forms a corresponding color filter pattern, and the unexposed portion is removed. In this case, the color photosensitive agent is a transparent insulating
한편, 도 4는 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B) 형성시에 상기 액정 셀(100)을 구동하여 마스크 역할을 대신하는 것에 대해 기술하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 블랙 매트릭스(220)를 형성할 경우에도 상기 액정 셀(100)을 이용할 수 있다.Meanwhile, although FIG. 4 described the driving of the
즉, 상기 투명한 절연 기판(210) 상에 블랙 매트릭스층(도시되지 않음)을 증착하여 형성한 후, 전술한 바와 같이, 기형성된 액정 셀(100)을 상기 블랙 매트릭스 및 화소 영역과 대응하도록 정렬한다. 다음으로, 상기 액정 셀(100)의 서브-픽셀을 구동하고, 상기 블랙 매트릭스층을 노광시켜 블랙 매트릭스 패턴을 형성한 후, 상기 노광된 블랙 매트릭스 패턴을 현상하여 상기 블랙 매트릭스(220)를 형성할 수도 있다.That is, after forming by forming a black matrix layer (not shown) on the transparent insulating
여기서, 상기 액정 셀(100)의 R, G, B 서브-픽셀을, 예를 들면, 모두 풀-화 이트로 구동하여 상기 블랙 매트릭스층을 노광하게 되는데, 상기 블랙 매트릭스층은 노광된 부분이 현상에 의해 제거됨으로써, 블랙 매트릭스(220)가 상기 투명한 절연 기판(210) 상에 형성될 수 있다.Here, the R, G, and B sub-pixels of the
결국, 기존의 블랙 매트릭스(220) 형성시 사용되는 블랙 매트릭스 형성용 마스크, 및 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B) 형성시 사용되는 각각의 R, G 및 B 컬러필터 형성용 마스크를 사용하지 않고, 단지 액정 셀(100)의 구동에 의해서 제조할 수 있다. 실질적으로, 상기 액정 셀(100)은 기존에 사용되고 있는 액정 셀(100)을 그대로 이용하면 된다.As a result, the mask for forming the
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 수직 단면도이다.5 is a vertical cross-sectional view of a color filter substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판(200)은 투명한 절연 기판(210), 블랙 매트릭스(220), RGB 컬러필터(230R, 230G, 230B) 및 평탄화막(Overcoat: 240)을 포함하여 구성되며, 추가적으로, 상기 평탄화막(240) 상에 컬럼 스페이서(250)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5, a
이때, 상기 컬럼 스페이서(250)의 경우에도, 전술한 바와 같은 본 발명의 원리를 적용할 있다. 즉, 상기 평탄화막(240) 상에 컬럼 스페이서 형성용 감광막을 증착하고, 전술한 액정 셀(100)을 구동하여 마스크 역할을 수행하게 하되, 상기 액정 셀(100)을 계조 전압에 따라 소정 레벨로 구동함으로써, 하프-톤 마스크 역할을 하게 할 수 있다. 여기서, 상기 액정 셀(100)이 하프-톤 마스크 역할을 수행하는 것에 대해서는 후술하기로 한다.At this time, also in the case of the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판(200)은 선택적으로 평탄화막(240)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B)의 표면을 평탄화하도록 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B)의 상부에 평탄화막(240)을 추가로 형성할 수도 있지만, 상기 평탄화막(240)을 형성하지 않을 수도 있다.In addition, the
한편, 도 6a 내지 도 6p는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정을 나타내는 도면들이다.6A to 6P are views illustrating a manufacturing process of a color filter substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 도 6a를 참조하면, 투명한 절연 기판(210) 상에 블랙 매트릭스층(230-D)을 증착한 후, 본 발명의 실시예에 따른 액정 셀(100)을 구동함으로써, 도 6c에 도시된 바와 같은 블랙 매트릭스(220)를 형성하여 화소 영역을 정의하게 된다.First, referring to FIG. 6A, after depositing the black matrix layer 230 -D on the transparent insulating
즉, 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판(200)의 제작에서 가장 먼저 제작되는 층이 차광층으로 사용되는 블랙 매트릭스(220)이다. 이러한 블랙 매트릭스(200)는 각 화소의 경계 부근에 설치되어 RGB 단위 화소의 컬러필터의 RGB를 각각 분리하는 동시에 TFT 어레이 기판의 화소 전극이 제어하지 못하는 영역의 액정 셀을 통과해 나오는 빛을 차단하여 액정 표시장치의 대비비(contrast ratio)를 향상시키는 역할을 한다.That is, the first layer produced in the manufacture of the
다음으로, 도 6d 내지 도 6l을 참조하여, 컬러필터(230R, 230G, 230B) 형성 방법을 설명하기로 한다.Next, a method of forming
상기 블랙 매트릭스(220)를 형성한 후, 색상을 구현하기 위한 RGB 패턴은 전술한 바와 같이 액정 셀(100)의 구동을 이용한 노광 방식으로 형성한다.After the
이때, 전술한 블랙 매트릭스 형성 방법과 다른 점은 감광제로 안료 입 자(pigment)가 함유된 컬러 감광제를 사용하는 점이다. 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판(200)의 RGB 패턴 형성 순서는 정해져 있지 않지만, 편의상 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 순서로 제작된다고 가정한다.At this time, the difference from the above-described method of forming the black matrix is that a color photosensitive agent containing pigment particles is used as the photosensitive agent. Although the RGB pattern formation order of the
상기 컬러필터(230R, 230G, 230B) 제작에 사용되는 노광기는 컬러필터의 패턴 정밀도가 상대적으로 높지 않기 때문에 생산성이 우수하고, 상대적으로 proximity aligner와 같은 노광기를 사용할 수 있다. 이때, 스트라이프 형태로 형성되는 컬러필터(230R, 230G, 230B) 의 RGB 패턴은 단위 화소를 구분해주는 블랙 매트릭스(220)에서 서로 겹치지 않는 수준으로 형성해주면 된다. 통상적으로, 화소간을 구분해주는 블랙 매트릭스의 폭은 상대적으로 15㎛ 이상으로 넓기 때문에 RGB 패턴 형성을 위해서는 TFT 어레이의 패턴 형성 수준의 정밀도가 요구되지는 않는다. The exposure machine used to manufacture the
이때, 컬러 감광제의 도포는 사진 식각 공정과 같이 스핀(spin) 방식 또는 슬릿 노즐(slit nozzle)을 이용한 방법이 가능하다. 상기 스핀 코팅 방식은 컬러 감광제의 소모량은 많지만 두께 균일성이 우수하기 때문에 가장 많이 사용되며, 유리 기판의 크기가 스핀 코팅을 할 수 없을 정도로 커진 경우 슬릿 코팅 방법 등 다른 방법을 사용할 수 있다.At this time, the application of the color photosensitive agent may be a method using a spin method or a slit nozzle like a photolithography process. The spin coating method is most commonly used because the color photoresist consumes a lot, but the thickness uniformity is excellent. When the size of the glass substrate becomes large enough to not spin coating, another method such as a slit coating method may be used.
일반적으로, 컬러 감광제는 네거티브 감광제를 이용하므로 노광되지 않는 부분이 현상액으로 제거된다. 현상은 디핑(dipping), 푸들(puddle), 샤워 스프레이(shower spray) 방법 등이 사용되며, 현상 후에는 포스트 베이크(post bake) 공정을 수행하여 컬러필터 패턴을 고착화 한다.Generally, since a color photosensitive agent uses a negative photosensitive agent, the part which is not exposed is removed by a developing solution. The development may include dipping, puddle, shower spray, and the like. After development, a post bake process may be performed to fix the color filter pattern.
이하, 도 6d 내지 도 6f를 참조하여, 적색(R) 패턴 형성 과정을 설명하고, 도 6g 내지 도 6i를 참조하여, 녹색(G) 패턴 형성 과정을 설명하며, 도 6j 내지 도 6l을 참조하여, 청색(B) 패턴 형성 과정을 각각 설명한다.Hereinafter, a process of forming a red (R) pattern will be described with reference to FIGS. 6D through 6F, and a process of forming a green (G) pattern will be described with reference to FIGS. 6G through 6I and with reference to FIGS. 6J through 6L. , Blue (B) pattern formation process will be described respectively.
도 6d를 참조하면, 적색 성분의 안료가 분산된 네거티브 컬러 감광제(231)를 상기 블랙 매트릭스(220) 패턴이 형성된 기판(210) 상에 도포하고, 다음으로, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 액정 셀(100)의 구동을 이용하여 노광하는데, 상기 적색 서브-픽셀은 풀-화이트로 구동하고, 나머지 녹색 및 청색 서브-픽셀은 풀-블랙으로 구동한다. 이에 따라, 도 6f에 도시된 바와 같이, 노광된 영역의 광 중합 개시제가 반응하여 중합체가 형성되어 현상시 제거되지 않고 패턴으로 남게 된다. 상기 현상 후, 형성된 적색 컬러 패턴은 열을 가하여 고착화시켜야 한다.Referring to FIG. 6D, a negative color
반복적으로, 도 6g를 참조하면, 적색 컬러 패턴(230R)이 형성된 기판(210) 상에 녹색 성분의 안료가 분산된 네거티브 컬러 감광제(232)를 도포하고, 도 6h를 참조하면, 상기 액정 셀(100)의 구동을 다시 이용하여 노광하면, 도 6i에 도시된 바와 같이, 녹색 컬러 패턴이 형성된다. 이 경우, 상기 녹색 서브-픽셀은 풀-화이트로 구동하고, 나머지 적색 및 청색 서브-픽셀은 풀-블랙으로 구동한다.Repeatedly, referring to FIG. 6G, a negative color
여기서, 기존에는 동일한 설계 마스크를 단위 화소 이격거리(pitch)만큼 이동시켜 노광시킨 후 현상하게 되지만, 본 발명에 따른 액정 셀(100)은 컬러필터 형성시 마스크 역할을 하는 액정 셀(100)을 이동하지 않아도 된다.Herein, although the same design mask is moved after exposure by moving the unit pixel pitch, the
다음으로, 도 6j 내지 도 6l에 도시된 바와 같이, 상기 녹색 패턴을 형성한 후, 베이크 공정으로 형성된 컬러 패턴을 다시 고착화시킨 후, 청색(B) 성분의 안 료가 분산된 네거티브 컬러 감광제(233)를 사용하여 전술한 공정을 진행하여 반복하면, RGB 컬러필터(230R, 230G, 230B) 패턴이 모두 완성된다.Next, as illustrated in FIGS. 6J to 6L, after the green pattern is formed, the color pattern formed by the baking process is solidified again, and then a negative color photosensitive agent 233 in which a pigment of blue (B) component is dispersed. If the above process is repeated by using the above method, all of the RGB
다음으로, 도 6m을 참조하면, RGB 패턴에서 후속적으로 형성될 액정 셀 쪽으로 유기 물질의 용출과 화소전극 형성시 양호한 스텝 커버리지를 위하여 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B) 표면에 평탄화막(Overcoat)을 형성할 수 있는데, 상기 평탄화막(240)은 아크릴 수지 등을 코팅 방법으로 형성한다. 이때, 컬러필터 제조 비용을 낮추기 위해 컬러필터 패턴을 양호한 테이퍼(taper) 각으로 형성하여 상기 평탄화막 형성 공정을 생략할 수도 있다.Next, referring to FIG. 6M, an overcoat is formed on the surface of the
다음으로, 도 6n을 참조하면, 상기 평탄화막(240) 상에 컬럼 스페이서(Column Spacer) 형성용 감광제(251)를 도포하고, 다음으로, 도 6o를 참조하면, 상기 액정 셀(100)의 서브-픽셀을 계조별로 구동하여 상기 감광제(251)를 노광함으로써, 도 6p에 도시된 바와 같은 컬럼 스페이서(250)를 형성하게 된다.Next, referring to FIG. 6N, a
구체적으로, 상기 기형성된 액정 셀(100)의 서브-픽셀을 상기 컬럼 스페이서를 형성할 부분에 정렬하고, 이후, 상기 액정 셀(100)의 서브-픽셀을 구동하고, 상기 컬럼 스페이서 형성용 감광제에 대응하는 컬럼 스페이서 패턴을 노광한다. 후속적으로, 상기 노광된 컬럼 스페이서 패턴을 현상하여 컬럼 스페이서를 형성하게 된다.Specifically, the sub-pixels of the pre-formed
상기 도 6o의 액정 셀(100)은 계조 전압에 대응하는 소정 레벨로 구동되며, 이때, 상기 액정 셀(100)은 하프-톤 마스크 역할을 수행하여 상기 컬럼 스페이서 형성용 감광제를 노광시키게 된다. 예를 들면, 상기 계조 전압은 256 레벨 중 어 느 하나로 설정되고, 이와 같이 설정된 레벨에 따라 노광 레벨이 달라진다. 이에 따라, 상기 액정 셀(100)은 하프-톤(half-tone) 마스크 역할을 할 수 있다.The
즉, 상기 액정 셀(100)의 컬럼 스페이서(250)가 형성될 영역은 상기 계조 전압에 대응하여 구동되고, 이외의 영역은 풀-블랙으로 구동된다. 또한, 상기 감광제(251)는 상기 액정 셀(100)에 의해 노광된 부분이 스페이서 형성용 패턴을 형성하게 된다.That is, the region in which the
전술한 바와 같이 완성된 컬러필터 기판(200)은 검사 과정을 거쳐 TFT 어레이 기판과 같이 액정 셀 공정으로 투입된다. 상기 컬러필터 기판(200)은 TFT 어레이와 같이 동일한 양산 라인에서 제작되기도 하지만 컬러필터 전문 제조업체에서 만들어져 TFT-LCD 액정 셀 공정에 투입될 수도 있다.As described above, the completed
한편, 도 7은 도 6에 도시된 하프톤 마스크 역할을 하는 액정 셀을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for describing a liquid crystal cell serving as a halftone mask illustrated in FIG. 6.
먼저, 하프-톤 노광은 광 흡수 마스크를 이용하여 상기 마스크를 통과하는 자외선 광량을 조절함으로써 두께 차이를 가지는 감광막 패턴을 동시에 형성 가능하게 하는 노광 방법이다.First, half-tone exposure is an exposure method that enables the simultaneous formation of a photosensitive film pattern having a thickness difference by controlling the amount of ultraviolet light passing through the mask using a light absorption mask.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 평탄화막(240) 상에 감광막(251)을 증착하고, 상기 액정 셀(100)을 전술한 컬러필터(230R, 230G, 230B) 형성 및 블랙 매트릭스(220) 형성시와 달리 계조 전압에 따라 소정 레벨로 구동하게 된다. 이를 위해, 상기 액정 셀(100)은 상기 컬러필터 기판(200)의 블랙 매트릭스(220) 상부에 상기 액정 셀(100)의 서브-픽셀을 정렬하여야 한다.As shown in FIG. 7, the
즉, 상기 컬럼 스페이서(250)는 블랙 매트릭스(220) 상부에 형성되어야 하는데, 상기 컬러필터(230R, 230G, 230B) 형성시에 사용되는 액정 셀(100)은 서브-픽셀 영역을 블랙 매트릭스 영역 쪽으로 이동하고, 이후, 상기 컬럼 스페이서(250)를 형성할 영역만 상기 계조 전압에 따라 구동하고, 나머지 영역은 풀-블랙으로 구동하게 된다.That is, the
여기서, 상기 계조 전압에 따라 구동된 액정 셀(100)은 상기 노광 레벨을 조절할 수 있기 때문에, 전술한 바와 같은 하프-톤 마스크 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 컬러필터 기판(200)의 블랙 매트릭스(220) 상부에 컬럼 스페이서(250)를 형성할 수 있게 된다.Here, since the
이와 같이 형성된 컬러필터는 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 표시패널뿐만 아니라, 나아가 IPS(In-Plane Switching) 모드 및 VA(Vertical Alignment) 모드의 액정 표시패널에도 용이하게 적용될 수 있다. 후속적으로, 전술한 바와 같이 제조된 컬러필터 기판(200)은 검사 과정을 거쳐 별도로 제작된 박막 트랜지스터 기판과 같이 액정 셀 공정으로 투입된다.The color filter formed as described above can be easily applied not only to a liquid crystal display panel of twisted nematic (TN) mode but also to a liquid crystal display panel of in-plane switching (IPS) mode and vertical alignment (VA) mode. Subsequently, the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. Therefore, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
본 발명에 따르면, 구동된 액정 셀이 마스크 역할을 수행함으로써, 컬러필터 형성용 마스크 수를 감소시킬 수고, 또한, 계조 전압에 따라 구동된 액정 셀이 하프-톤 마스크 역할을 수행함으로써, 컬럼 스페이서를 형성할 수 있다. 이에 따라, 액정 표시장치용 컬러필터 기판 형성시 그 제조 비용을 감소시킬 수 있다.According to the present invention, since the driven liquid crystal cell serves as a mask, the number of masks for forming color filters can be reduced, and the liquid crystal cell driven according to the gray scale voltage acts as a half-tone mask, thereby providing a column spacer. Can be formed. Accordingly, the manufacturing cost of the color filter substrate for the liquid crystal display device can be reduced.
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