KR101249683B1

KR101249683B1 - 컬러 필터 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101249683B1
Application number: KR1020100025333A
Authority: KR
Inventors: 유민아
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2013-04-05
Also published as: KR20110106101A

Abstract

본 발명은 (a) 기판상에 차광막 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 차광막 패턴에 의해 구획된 화소부에 잉크를 충진하는 단계; (c) 상기 충진된 잉크를 경화하는 단계; (d) 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 화소부에 광경화 잉크를 추가로 충진하는 단계 및 (e) 상기 추가 충진된 광경화 잉크를 UV 경화하는 단계를 포함하는 컬러필터의 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 컬러필터 및 이를 포함하는 표시소자를 제공한다.

Description

컬러 필터 및 이의 제조 방법{COLOR FILTER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 균일한 막두께를 가지는 컬러필터의 제조방법, 이에 의해 제조된 컬러필터 및 이를 포함하는 표시소자에 관한 것이다.

통상적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 'LCD'라 함)는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상이 표시된다. 이를 위하여, LCD는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널과, 이 액정패널을 구동하기 위한 구동회로를 구비하게 된다. 액정패널에는 액정셀들 각각에 전계를 인가하기 위한 화소전극들과 기준전극, 즉 공통전극이 마련되게 된다. 화소전극은 하부기판 상에 액정셀별로 형성되는 반면 공통전극은 상부기판의 전면에 일체화되어 형성된다. 화소전극들 각각은 스위칭소자로 사용되는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 'TFT'라 함)에 접속된다. 화소전극은 TFT를 통해 공급되는 데이터신호에 따라 공통전극과 함께 액정셀을 구동한다. 이러한 LCD는 브라운관에 비하여 소형화가 가능하며, 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer)와 노트북 컴퓨터(Note Book Computer)는 물론, 복사기 등의 사무자동화기기, 휴대전화기나 호출기 등의 휴대기기에까지 광범위하게 이용되고 있다.

액정표시장치에서는 컬러 화상을 표시하기 위하여 광원에서 발생되는 광을 삼원색광, 즉 적·녹·청의 광으로 분리하고 있다. 이를 위하여, 적색광만을 투과시키는 적색(이하 'R'이라 한다) 필터, 녹색광만을 투과시키는 녹색(이하 'G'라 한다) 필터, 청색광만을 투과시키는 청색(이하 'B'라 한다) 필터를 화소마다 필요로 하고 있다. R, G, B 필터들은 화상의 열화와 색번짐을 방지하기 위하여 서로 중첩되지 않게 형성되어야 한다. 이러한 액정표시장치의 컬러필터 제조방법으로는 염색법(Dye Method), 안료분산법(Pigment Dispersion Method), 전착법(Electrodeposition Method) 또는 인쇄법(Print Method) 등이 일반적으로 이용되고 있다. 이들 중에서 염색법이나 안료분산법은 미세한 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있는 반면에 R, G, B 각각의 잉크에 대한 사진식각 공정을 필요로 하므로 제조공정이 복잡하고 재료낭비가 많은 단점이 있다. 전착법 역시 삼원색(R, G, B) 각각의 잉크에 대한 전착 및 정착 공정을 반복하기 때문에 제조공정이 복잡한 단점이 있다. 인쇄법은 컬러필터의 두께를 균일하게 제어하기 힘든 문제점이 있다. 이러한 기존 컬러필터 제조방법들의 단점들을 극복하고자 최근에는 비교적 간단한 공정으로 미세 패턴을 용이하게 제조할 수 있는 잉크젯 방식의 컬러필터 제조방법이 활발하게 연구되고 있다. 잉크젯 컬러필터 제조방법은 투명기판 위에 셀영역을 마련하기 위한 격자형태의 격벽을 형성한 후 그 셀영역에 잉크를 분사함으로써 컬러필터를 형성하게 된다.

잉크젯 프린팅 방법에 의하면 필요한 장소에 재료를 토출하므로 재료의 소비가 없으며 마스크가 필요없는 직접 분사 방식으로 공정을 단순화할 수 있다. 잉크젯 기술에 의해 컬러필터를 제조하는 과정은 먼저 기존 포토리쏘그래피 공정으로 차광막인 수지 성분의 블랙 매트릭스(Black Matrix: BM)를 제조하고 이를 격벽으로 하여 BM 사이의 화소부에 R, G, B 잉크를 잉크젯에 의해 도포하는 것으로 가능하다.

그러나, 상기 잉크젯 프린팅 방법에 의해 컬러필터의 제조시에 기판 가장자리 부분의 픽셀(pixel)과 중심부분의 픽셀 간의 두께편차가 주로 발생한다. 이와 같은 컬러필터 두께의 불균일성은 기판 가장자리 부분의 픽셀과 기판 중심부분의 픽셀간에 색얼룩을 발생시킨다는 문제점을 갖는다. 그리고, 이러한 두께의 불균일성은 기판의 가장자리 부분과 중심부분에서의 잉크의 건조 속도 차이가 발생하기 때문인 것으로 알려져 있다.

도 1은 종래 잉크젯 프린팅 방법에 의해 제조된 컬러필터의 개략도이며, 도 1에서 볼 수 있듯이, 컬러필터 기판의 중심부(a)는 균일한 막두께를 가지는 것에 반해, 컬러필터 기판의 가장자리부(b, b')는 불균일한 막두께를 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 고려하여, 균일한 막두께를 갖는 컬러필터의 제조방법, 이에 의해 제조된 컬러필터 및 이를 포함하는 표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 기판상에 차광막 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 차광막 패턴에 의해 구획된 화소부에 잉크를 충진하는 단계; (c) 상기 충진된 잉크를 경화하는 단계; (d) 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 화소부에 광경화 잉크를 추가로 충진하는 단계 및 (e) 상기 추가 충진된 광경화 잉크를 UV 경화하는 단계를 포함하는 컬러필터의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 컬러필터의 제조방법에 의해 제조된 컬러필터를 제공한다

또한, 본 발명은 상기 컬러필터를 포함하는 표시소자를 제공한다.

본 발명에 따른 컬러필터의 제조방법에 따라 제조된 컬러필터는 균일한 막두께를 가지고 있고, 이를 포함하는 표시장치는 색얼룩을 방지할 수 있으며, 빛샘현상 등을 개선할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따라 제조된 불균일한 막두께가 나타난 컬러필터의 단면도에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 컬러필터의 제조방법에 따라 나타나는 잉크의 형상을 나타낸 개략도이다.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은

(a) 기판상에 차광막 패턴을 형성하는 단계;

(b) 상기 차광막 패턴에 의해 구획된 화소부에 잉크를 충진하는 단계;

(c) 상기 충진된 잉크를 경화하는 단계;

(d) 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 화소부에 광경화 잉크를 추가로 충진하는 단계 및

(e) 상기 추가 충진된 광경화 잉크를 UV 경화하는 단계

를 포함하는 컬러필터의 제조방법을 제공한다.

상기 (a) 단계는 기판 상에 차광막 패턴을 형성하는 과정이다. 상기 (a) 단계는, (a1) 기판 상에 차광막 재료를 도포하는 단계; (a2) 상기 차광막 재료를 소프트 베이크하는 단계; 및 (a3) 소프트 베이크된 차광막 재료를 선택적으로 노광 및 현상하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 차광막 패턴을 형성할 수 있다.

상기 기판으로는 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 플렉시블 기판 등을 사용할 수 있으나 내열성이 강한 투명 유리 기판이 바람직하다.

상기 (a1) 단계에서 기판 상에 차광막 재료를 도포하는 방법은 당기술분야에서 알려진 방법, 예컨대 스핀코팅, 딥코팅 또는 닥터 블레이딩 등에 의해 수행될 수 있다.

상기 차광막 재료는 당기술분야에 알려진 것들을 제한되지 않고 사용할 수 있으나, 발잉크성을 갖는 것이 바람직하며, 상기 차광막 재료는 발잉크성을 갖기 위해 발잉크성 성분인 실리콘계 또는 플루오린계 계면활성제를 차광막 형성용 총 조성물 100 중량부에 대해 0.01 내지 0.3 중량부를 함유하는 것이 바람직하다.

상기 차광막 재료의 차광성 착색 재료로는 카본블랙, 유기안료 혼합형 차광성 착색제, 카본블랙과 유기안료 혼합형 차광성 착색제를 혼합한 하이브리드형 착색재료를 차광막 형성용 조성물의 총 고형분 중 20 내지 50 중량부 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 바인더 폴리머 성분을 총 고형분 중 20 내지 50 중량부, 가교제를 20 내지 40 중량부를 함유하는 것이 바람직하다.

상기 차광막 형성용 조성물은 코팅성을 위해 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매는 차광막 형성용 조성물 100 중량부에 대해 60 내지 90 중량부 함유하는 것이 바람직하다.

(a2) 단계에서 소프트 베이크는 50 내지 150℃에서 10 내지 1000초 동안 수행하는 것이 바람직하다.

상기 (a3) 단계에서 선택적 노광, 현상 및 건조는 당기술분야에 알려진 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 노광은 마스크얼라이너, 스테퍼 또는 스캐너 등의 노광장비를 이용하여 g-선(436nm), h-선(405nm) 또는 i-선(365nm)의 단독 또는 혼합광원을 패턴 마스크를 통과하여 차광막 위에 노광한다. 노광 에너지는 차광막의 감도에 따라 결정이 되며, 보통 20 내지 200mJ/㎠를 사용할 수 있다. 노광 완료 후 기판을 현상액으로 딥 또는 스프레이함으로써, 원하는 차광막 패턴을 형성할 수 있다. 또한 현상 완료 후 차광막 패턴을 포스트 베이크하여, 하부 기판과의 밀착력을 강화할 수 있다. 상기 포스트 베이크 조건은 200 내지 250℃에서 10 내지 200분간 실시하는 것이 바람직하다.

상기 (b) 단계는 상기 차광막 패턴에 의해 구획된 화소부에 잉크를 충진하는 단계이다.

상기 잉크는 광경화성 또는 열경화성 잉크를 사용할 수 있다. 상기 잉크 충진은 잉크젯 방법에 의하여 수행되는 것이 바람직하다. 상기 충진되는 잉크의 양은 LCD 적용 모델에 따라 유동적일 수 있다.

상기 (c) 단계는, 상기 충진된 잉크를 경화하는 단계이다. 상기 경화는 상기 충진된 잉크의 용매성분을 일부 제거하는 단계로, 열경화 잉크의 경우 50 내지 150℃에서 10 내지 2000초 동안 열경화를 수행하고, 광경화 잉크인 경우에는 10 내지 100 ㎽/㎠의 세기로 1 내지 20초 동안 UV 경화를 수행하는 것이 바람직하다.

상기 충진된 잉크를 경화한 후, 200 내지 250℃에서 10 내지 200분간 추가의 열경화를 수행할 수도 있다.

상기 (d) 단계는 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 화소부에 광경화 잉크를 추가로 충진하는 단계이다.

상기 기판의 가장자리부는 컬러필터 기판의 전체면적 중 최외각부분에서 중심부 방향으로 0.1 내지 5 ㎜ 영역을 의미하고, 바람직하게는 0.1 내지 2 ㎜, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 개의 픽셀을 의미한다.

상기 기판의 중심부는 상기 가장자리 부를 제외한 모든 영역을 의미한다.

상기 (c) 단계의 경화 과정에 의해 기판의 중심부와 가장자리부에는 픽셀들 간의 두께 편차가 발생한다. 이러한 현상은 경화 시 컬러필터 기판을 둘러싸고 있는 증발 용제의 분위기 농도가 기판의 중심부는 높고, 가장자리부는 낮기 때문에 발생한다.

따라서, 두께 편차가 발생한 기판의 가장자리부에 추가의 광경화 잉크를 충진함으로써 필셀간 균일한 두께를 가지는 컬러필터를 제조할 수 있다.

상기 기판의 가장자리부에 충진되는 광경화 잉크의 양은 LCD 적용 모델에 따라 유동적일 수 있다.

상기 추가로 충진되는 잉크가 열경화 잉크인 경우에는 잉크의 용매성분을 제거하고, 잉크 성분을 추가로 열경화하는 공정이 추가되어, 공정의 효율성 및 설비 추가로 인한 클린룸 공간의 확장 및 공정 시간을 길어지게 된다는 단점이 있다.

상기 (e) 단계는 상기 추가로 충진된 광경화 잉크를 UV 경화하는 단계이다.

상기 UV 경화는 광경화 잉크의 충진 후에 수행할 수 있고, 광경화 잉크의 충진과 동시에 수행할 수도 있다. 상기 UV 경화를 추가의 광경화 잉크충진과 동시에 수행할 경우, UV 경화기가 잉크 프린터와 일체형으로 구비된 기기를 사용하여 수행할 수 있다. 상기와 같은 일체형 기기를 통하여 공정의 단순화 및 클린룸 공간 확보 등의 유리한 장점이 있다. 상기 UV 경화기가 잉크 프린터와 일체형으로 구비된 기기로는 노드슨(Nordson)사에서 개발한 UV 경화기 등이 있다.

상기 UV 경화는 10 내지 100 ㎽/㎠의 세기로 1 내지 20초 동안 수행하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 50 내지 100 ㎽/㎠의 세기로 1 내지 10초 동안 수행하는 것이다.

또한, 상기 추가로 충진된 광경화 잉크에 용매 성분이 포함되어 있을 경우, 용매 성분을 제거하기 위하여 추가의 열경화 공정을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 열경화 공정은 200 내지 250℃에서 10 내지 200분간 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 컬러필터의 제조방법 중 (c) 내지 (e) 단계에 따른 막두께 변화를 도 2에 나타내었다,

본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 컬러필터를 제공한다.

상기 본 발명에 컬러필터의 제조방법에 따른 제조된 컬러필터는 균일한 막두께를 가지고 있고, 이를 포함하는 표시장치는 색얼룩을 방지할 수 있으며, 빛샘현상 등을 개선할 수 있다.

본 발명은 상기 컬러필터를 포함하는 표시 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 표시 장치는 전술한 본 발명에 따른 컬러필터를 포함하는 것을 제외하고는 당기술 분야에 알려진 구성을 가질 수 있다.

(a) 컬러필터 기판의 중심부
(b) 및 (b') 컬러필터 기판의 가장자리부

Claims

(a) 기판상에 차광막 패턴을 형성하는 단계;
(b) 상기 차광막 패턴에 의해 구획된 화소부에 잉크를 충진하는 단계;
(c) 상기 충진된 잉크를 경화하는 단계;
(d) 상기 기판의 가장자리부에 위치하는 화소부에 광경화 잉크를 추가로 충진하는 단계 및
(e) 상기 추가 충진된 광경화 잉크를 UV 경화하는 단계
를 포함하는 컬러필터의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (a) 단계는,
(a1) 기판 상에 차광부 재료를 도포하는 단계;
(a2) 상기 차광부 재료를 소프트 베이크하는 단계; 및
(a3) 소프트 베이크된 차광부 재료를 선택적으로 노광 및 현상하는 단계
를 포함하는 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 기판은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 플렉시블 기판인 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 2에 있어서, 상기 (a1) 차광부 재료는 발잉크성인 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 2에 있어서, 상기 (a1) 차광부 재료는 차광부 형성용 총 조성물 100 중량부에 대해 실리콘계 또는 플루오린계 계면활성제 0.01 내지 0.3 중량부, 조성물의 총 고형분 100 중량부에 대해 착색 재료 20 내지 50 중량부, 바인더 폴리머 20 내지 50 중량부 및 가교제 20 내지 40 중량부를 함유하는 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 착색 재료는 카본블랙, 유기안료 혼합형 차광성 착색제, 카본블랙과 유기안료 혼합형 차광성 착색제를 혼합한 하이브리드형인 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 잉크의 충진은 잉크젯 방법에 의하여 수행하는 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (c) 경화는 열경화 잉크의 경우 50 내지 150℃에서 10 내지 2000초 동안 열경화를 수행하고, 광경화 잉크인 경우에는 10 내지 100 ㎽/㎠의 세기로 1 내지 20초 동안 UV 경화하는 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (d) 기판의 가장자리부는 상기 기판의 전체면적 중 최외각부분에서 중심부 방향으로 0.1 내지 5 ㎜의 영역인 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (e) UV 경화는 10 내지 100㎽/㎠의 세기로 1 내지 20초 동안 수행하는 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (e) UV 경화 후 추가로 200 내지 250℃에서 10 내지 200분 동안 열경화를 수행하는 것인 것인 컬러필터의 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 방법에 의하여 제조된 컬러필터.
청구항 12의 컬러필터를 포함하는 표시장치.