KR101254442B1

KR101254442B1 - 컬러 필터 및 컬러 필터의 제조 방법

Info

Publication number: KR101254442B1
Application number: KR1020117020256A
Authority: KR
Inventors: 고헤이 마츠이; 가오루 하타; 료스케 야스이
Original assignee: 도판 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2013-04-12
Also published as: JPWO2010098093A1; KR20110107406A; US8804075B2; TWI485444B; CN102334048B; CN102334048A; WO2010098093A1; TW201040589A; JP5360620B2; US20120026435A1

Abstract

본 발명은 소형의 포토마스크를 사용한 연속 노광 방식에 의해 표시 품질이 양호한 컬러 필터를 제공한다. 컬러 필터는 기판과, 기판 위에 형성되며, 복수의 화소가 배열되는 직사각형상의 표시 영역과 이것을 둘러싸는 비표시 영역을 구획하는 블랙 매트릭스와, 스트라이프 패턴과, 표시 영역 내에 배치되는 복수의 기둥상 스페이서와, 복수의 더미(dummy) 기둥상 스페이서를 구비한다. 스트라이프 패턴은, 한 방향으로 연장되는 복수의 착색층을 포함한다. 착색층 각각은, 착색층이 연장되는 방향에 직교하는 방향의 표시 영역의 한 쌍의 변과 교차한다. 비표시 영역 위에 배치되는 착색층의 양단 부분의 두께는 일정하지 않다. 또한, 더미 기둥상 스페이서는, 비표시 영역 중 착색층이 형성되어 있지 않은 부분에 배치되어 있다.

Description

컬러 필터 및 컬러 필터의 제조 방법{COLOR FILTER AND MANUFACTURING METHOD FOR A COLOR FILTER}

본 발명은, 액정 표시 장치나 유기 EL 디스플레이에 사용되는 컬러 필터 및 컬러 필터의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치 등의 표시 장치에 있어서, 컬러 화상 표시, 반사율 감소, 콘트라스트 조정, 분광 특성 제어 등의 목적으로 컬러 필터가 널리 사용되고 있다. 컬러 필터는 기판 위에 착색 화소를 행렬상으로 배열함으로써 형성된다. 기판 위에 이들 착색 화소를 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 인쇄법이나 포토리소그래피법이 알려져 있다.

도 6은 컬러 필터의 화소를 나타내는 확대도이고, 도 7은 도 6에 나타내는 컬러 필터의 화소의 X-X선에 따른 단면도이다.

도 6 및 7에 나타낸 컬러 필터는 기판 (50)과, 기판 (50) 위에 형성되는 격자상의 블랙 매트릭스 (21)과, 착색 화소 (22)와, 투명 도전막 (23)을 구비한다. 블랙 매트릭스 (21)은 차광성을 갖고, 기판 (50) 위에서의 착색 화소 (22)의 위치를 규정하며, 착색 화소 (22)의 크기를 균일하게 맞춘다. 또한 블랙 매트릭스 (21)은, 컬러 필터를 표시 장치에 사용했을 때 불필요한 광을 차폐하고, 높은 콘트라스트이며, 불균일이 없는 균일한 화질을 실현하는 기능을 하고 있다. 착색 화소 (22)는 각 색을 재현하기 위한 필터로서 기능한다.

컬러 필터를 형성하기 위해서는, 우선 기판 (50) 위에 흑색의 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크를 통해 노광한 후, 현상을 행하여 블랙 매트릭스 (21)을 형성한다. 이어서 기판 (50) 위에 컬러 레지스트를 도포하고, 포토마스크를 통해 노광한 후, 현상을 행하여 착색 화소 (22)를 형성한다. 이 착색 화소 (22)의 형성 처리는, 기판 위에 모든 색의 착색 화소 (22)가 형성될 때까지 반복하여 행한다. 또한, 블랙 매트릭스 (21) 및 착색 화소 (22)를 덮도록 기판 (50) 전체면에 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터법에 의해 성막함으로써, 투명 도전막 (23)을 형성한다.

상기한 컬러 필터를 대량 생산하는 경우, 큰 1매의 기판에 복수의 컬러 필터를 배열하여 형성하는 것이 일반적이다. 예를 들면, 650 mm×850 mm 정도의 크기의 유리 기판에는 대각 17 인치의 컬러 필터를 4매 형성할 수 있다.

이와 같이 복수의 컬러 필터를 1매의 기판 위에 형성하기 위해서는, 기판의 크기와 대략 동일한 크기이며, 모든 컬러 필터에 대응하는 복수의 마스크 패턴이 형성된 포토마스크(예를 들면, 상기한 예에서는 대각 17 인치의 컬러 필터에 대응하는 4면의 마스크 패턴이 형성된 포토마스크)를 사용하여 노광하는 것이 폭넓게 행해져 왔다. 이 방법에 따르면, 기판 위에 포토마스크 위의 모든 마스크 패턴에 대응하는 패턴이 1회의 노광으로 동시에 형성된다(소위, 일괄 노광법).

그러나 컬러 필터의 크기가 커짐에 따라 포토마스크의 크기도 대형화된다. 이에 따라 포토마스크의 제조 비용이 높아지고, 노광시에 있어서 포토마스크의 자체 중량에 의한 휘어짐의 문제점도 발생한다.

따라서, 포토마스크의 대형화에 따른 비용 상승 및 휘어짐의 문제점을 해결하기 위해, 몇 개의 컬러 필터를 동시에 노광할 수 있는 1개의 포토마스크를 사용하여, 기판에 대한 포토마스크의 대향 위치를 변경하면서 복수회 노광하는 방법이 이용되고 있다. 예를 들면 기판의 크기가 730 mm×920 mm 정도(제4 세대)가 되면, 포토마스크에 대하여 기판을 한 방향으로 단계적으로 이동시키면서 노광을 반복하는 1축 스텝 노광 방식이 이용되었다. 또한 유리 기판의 크기가 1000 mm×1200 mm 정도(제5 세대)가 되면, 포토마스크에 대하여 기판을 2 방향으로 단계적으로 이동시키면서 노광을 반복하는 XY(2축) 스텝 노광 방식(스텝ㆍ앤드ㆍ리피트(step and repeat) 방식)이 이용되었다.

도 8은, XY 스텝 노광 방식에 의해 컬러 필터를 제조하는 일례를 설명하는 평면도이다.

기판 (50)에는, 2행×3열의 합계 6개의 컬러 필터를 노광하는 제1 내지 제6 노광 영역 (1Ex) 내지 (6Ex)가 설치되어 있다. 기판 (50)은 노광 스테이지 (60) 위에 장착되며, XY 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.

우선 포토마스크 (PM)을 제1 노광 영역 (1Ex)와 중첩시킨 상태에서 노광을 행하여, 제1 노광 영역 (1Ex)에 포토마스크 (PM)의 마스크 패턴을 형성한다. 그 후, 기판 (50)을 도면의 Y축의 정방향으로 거리 (Py)만큼 이동시켜, 포토마스크 (PM)을 제2 노광 영역 (2Ex)에 중첩시키고, 제2 노광 영역 (2Ex)에 포토마스크 (PM)의 패턴을 형성한다. 이어서, 기판 (50)을 X축의 정방향으로 거리 (Px)만큼 이동시켜 포토마스크 (PM)을 제3 노광 영역 (3Ex)에 중첩시키고, 제3 노광 영역 (3Ex)에 포토마스크 (PM)의 패턴을 형성한다. 그 후, 마찬가지로 기판 (50)을 X 방향 또는 Y 방향으로 이동하면서 노광을 반복하여, 제4 노광 영역 (4Ex) 내지 제6 노광 영역 (6Ex)에 패턴을 형성한다.

이러한 XY 2축 스텝 노광 방식을 이용함으로써, 포토마스크 크기의 대형화에 따른 제조 비용의 증가 및 포토마스크의 자체 중량에 의한 휘어짐의 문제점을 해결할 수 있다. 그러나 기판 크기를 더욱 크게 하거나(예를 들면, 1500 mm×1800 mm 정도(제6 세대), 또는 2100 mm×2400 mm 정도(제8 세대)), 기판 위에 형성하는 컬러 필터 자체도 대형화되면, 필연적으로 포토마스크의 크기가 커진다. 그 결과, 포토마스크의 비용 상승 및 휘어짐의 문제점이 재차 발생한다.

따라서, 1매의 컬러 필터보다 작은 포토마스크를 사용하여, 기판을 반송하면서 계속적으로 노광을 행하는 방식이 시도되고 있다.

도 9는 슬릿 노광 방식을 설명하는 평면도이고, 도 10은 도 9에 나타낸 X-X선에 따른 단면도이다. 도 11은 도 9에 나타낸 포토마스크의 마스크 패턴의 부분 확대도이고, 도 12는 슬릿 노광 방식으로 노광된 스트라이프 패턴의 부분 확대도이다. 또한, 도 10(a)는 제1 노광 영역의 노광이 개시되는 상태를 나타내고, (b)는 제1 노광 영역의 노광이 종료된 상태를 나타낸 도면이다.

도 9 및 10에 나타낸 바와 같이, 슬릿 노광 방식에서는 노광 스테이지 (60) 위에 장착된 기판 (50)의 제1 노광 영역 (1Ex)보다 작은 크기의 포토마스크 (PM2)가 기판 (50)과 광원(도시하지 않음) 사이에 배치되어 있다. 노광 스테이지 (60)은 도면의 좌우 방향으로 등속으로 이동할 수 있으며, Y축에 따라(도면의 상하 방향으로) 스텝 이동도 행할 수 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 포토마스크 (PM2)에는 제1 노광 영역 (1Ex)에 형성되는 패턴의 일부를 노광하기 위한 슬릿 (S)가 설치되어 있다. 슬릿 (S)의 길이 방향 (Ls)에는, 복수의 개구부 (51)이 소정의 간격을 두고 정렬되어 있다. 각 개구부 (51)의 폭 및 길이는 각각 (Wi) 및 (Li)이다.

제1 노광 영역 (1Ex)를 노광하는 경우, 도 9 및 10(a)에 나타낸 바와 같이 포토마스크 (PM2)를 제1 노광 영역 (1Ex)의 좌측 단부에 배치한다. 또한, 광원으로부터의 광을 포토마스크 (PM2)에 조사하면서, 도 10(b)의 상태가 될 때까지 기판 (50)을 X축에 따라 도 6의 좌측 방향으로 연속적으로 반송한다. 그 결과, 도 12에 나타낸 바와 같이, 기판 (50) 위에 폭 (Wi) 및 간격 (Pi-Wi)의 스트라이프상의 패턴이 기판 반송 방향(도 9의 좌우 방향)으로 연장되도록 형성된다.

제1 노광 영역을 노광한 후, 노광 스테이지 (60)을 도 9의 Y축의 정방향으로 거리 (Py)만큼 이동시켜, 포토마스크 (PM2)를 제2 노광 영역의 노광 개시 위치에 맞춘다. 또한, 제1 노광 영역과 동일한 연속 노광에 의해 제2 노광 영역에 스트라이프상의 패턴을 형성한다.

이와 같이 슬릿 노광 방식을 이용하면, 포토마스크를 소형화하면서 대면적의 노광을 실현할 수 있다.

도 13은, 슬릿 노광 방식으로 제조된 컬러 필터의 부분 확대도이다.

도 13에 나타낸 컬러 필터는, 격자상의 블랙 매트릭스 (21)이 형성된 유리 기판 위에 X 방향으로 연장되는 스트라이프상의 착색 패턴을 형성함으로써, 적색의 착색 화소 (22R), 녹색의 착색 화소 (22G), 청색의 착색 화소 (22B)가 형성되어 있다. Y축 방향에는 적색, 녹색, 청색의 착색 화소열의 조(組)가 간격 (Pi)로 반복하여 형성되어 있다.

슬릿 노광 방식을 이용하여 컬러 필터를 제조하는 경우에도, 대량 생산을 실현하기 위해 동일한 기판 위에 복수의 컬러 필터를 형성하는 것이 일반적이다.

도 14는 슬릿 노광 방식에 의해 컬러 필터를 제조하는 일례를 설명하는 평면도이고, 도 15는 도 14에 나타낸 기판의 X-X선에 따른 영역의 형성 방법을 나타내는 단면도이다. 여기서, 도 14에 있어서 표시 영역의 양측 사선부는, 스트라이프상의 착색 패턴의 선단부 및 말단부가 위치하는 영역을 나타낸다. 또한, 도 15의 포토마스크는 도 11에 나타낸 것이며, 복수의 개구부 및 차폐부로 구성되는 슬릿을 구비한다.

기판 (50)에는 2행×3열의 합계 6개의 영역 (54A)와, 영역 (54A)를 둘러싸는 영역 (54B)가 형성된다. 영역 (54A)는 착색층의 스트라이프 패턴이 형성되는 영역이다. 한편, 영역 (54B)는 착색층의 스트라이프 패턴이 형성되지 않는 영역이다. 기판 (50)은 노광 스테이지 (60) 위에 장착되며, XY 방향으로 자유롭게 반송된다. 기판 (50)의 상측이면서도 광원으로부터의 광 (E)가 조사되는 위치에는, 포토마스크 (PM2)가 고정되어 있다. 또한 포토마스크와 광원(도시하지 않음) 사이에는, 블라인드 셔터 (BS)가 도 15의 X축 방향으로 자유롭게 이동되도록 설치된다.

블라인드 셔터 (BS)는 광원으로부터의 광을 차광하기 위한 것이다. 블라인드 셔터 (BS)는, 상차폐판 및 하차폐판으로 구성되어 있다. 상차폐판 및 하차폐판은, 도시하지 않은 이동 기구에 의해 각각 독립적으로 도 15의 X축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.

영역 (54A)에 대하여 노광을 행할 때에는, 블라인드 셔터 (BS)의 상차폐판과 하차폐판을 도 15의 좌우 방향으로 개방한 상태에서, 기판 (50)을 백색 화살표 방향으로 연속적으로 반송하면서 광원으로부터의 광 (E)를 포토마스크 (PM2)의 슬릿(도시하지 않음)에 조사한다. 이에 따라, 영역 (54A)에 스트라이프상의 패턴이 형성된다.

영역 (54A)를 노광한 후에는 블라인드 셔터 (BS)의 상차폐판과 하차폐판을 폐쇄하여, 포토마스크 (PM2)를 차광한다. 이에 따라, 스트라이프상의 패턴이 없는 영역 (54B)가 형성된다.

이후, 기판 (50)을 백색 화살표 방향으로 반송하면서 블라인드 셔터 (BS)의 개폐에 의한 노광 및 차광을 반복하여, 도 14의 X축 방향으로 배열한 3개의 영역 (54A)에 스트라이프상의 패턴을 형성한다.

여기서, 블라인드 셔터 (BS)에 의한 차광시에는, 도 15에 나타낸 바와 같이 블라인드 셔터 (BS)의 단부 엣지 (c) 및 (d)에 의해 광 (E)가 회절한다. 이에 따라, 도 15의 (G)로 나타낸 영역 위의 레지스트에 조사되는 광의 조사량이 불충분해진다.

도 16은 스트라이프 패턴의 선단부의 단면도이다. 또한 도 16의 스트라이프 패턴은, 도 14 및 15에서 설명한 슬릿 노광 방식으로 노광한 기판을 현상하여 얻어진 것이다.

도 16에 나타낸 스트라이프 패턴 (22)는 막 두께 (H1)로 형성되어 있다. 그러나, 상술한 조사량 부족에 기인하여 도면의 (G)로 나타낸 영역의 스트라이프 패턴 (22')(도 15의 좌측의 (G)로 나타낸 영역에 대응함)의 막 두께는 상대적으로 얇아져 있다.

스트라이프 패턴 (22')의 막 두께는 선단 (g)를 향해 갈수록 점차 얇아진다. 구체적으로는, 도 16의 좌측으로부터 우측을 향해 갈수록 스트라이프 패턴 (22')의 막 두께는 (H1), (H1-ΔH3), (H1-ΔH2)로 점차 얇아진다(ΔH2>ΔH3).

영역 (G)의 길이(도 16의 좌우 방향의 거리)는 최대 500 ㎛이며, 300 내지 500 ㎛의 범위에서 변동이 발생한다. 막 두께가 감소되는 요인은, 포토레지스트의 종류, 근접 노광시의 포토마스크와 기판의 간격(갭), 기판의 이동 속도를 들 수 있다. 또한, 이러한 막 두께 감소 부분이 표시 영역 내에 위치하면, 표시 품질의 저하로 이어진다는 문제가 발생한다.

여기서, 컬러 필터에는 상기한 착색층 이외에 기둥상 스페이서가 형성된다. 이하, 도 17 내지 19를 사용하여 기둥상 스페이서에 대하여 설명한다.

도 17은 기둥상 스페이서가 설치된 컬러 필터의 일례를 도시한 도면이고, 도 18은 도 17에 나타낸 컬러 필터의 X-X선에 따른 단면도이다.

도 17 및 18에 나타낸 컬러 필터에는, 기판 (50)에 설치된 블랙 매트릭스 (21) 상측의 투명 전극 (23) 위에 기둥상 스페이서 (Cs)가 형성되어 있다. 기둥상 스페이서 (Cs)는, 표시부 이외의 영역에도 설치되는 것이 일반적이다(표시부 이외에 설치되는 기둥상 스페이서를, 이하 "더미(dummy) 기둥상 스페이서"라고 함). 더미 기둥상 스페이서를 설치하여 표시부 이외의 기판과 대향 기판의 간격을 일정하게 유지함으로써, 기판과 대향 기판의 간격을 표시 영역에서 균일하게 할 수 있다.

도 19는 복수의 컬러 필터가 형성된 일례를 도시한 도면이다.

상술한 바와 같이 1매의 기판 (50) 위에 2행×3열의 합계 6매의 컬러 필터를 형성하는 경우, 기판 (50) 위에는 컬러 필터의 착색 화소가 형성된 표시부 (A)와, 표시부 (A) 주위의 프레임부 (B)와, 표시부 (A) 사이의 면간 영역 (F)와, 기판 (50)의 주연부 (D)로 구획된다. 또한 파선 (C)(프레임부 (B)와 주연부 (D)의 경계)로 둘러싸이는 영역은, 1매의 컬러 필터의 완성 크기에 상당한다. 기둥상 스페이서는 표시부 (A)에 형성되며, 더미 기둥상 스페이서는 프레임부 (B), 면간 영역 (F) 및 주연부 (D)에 형성된다.

도 20은 스텝 노광 방식을 이용하여 제작한 컬러 필터의 부분 단면도이다.

표시부 (A)에는, 기판 (50) 위에 블랙 매트릭스 (21)과 착색 화소 (22)와 ITO막 (23)이 적층되어 있다. 또한 ITO막 (23) 위에는 복수의 기둥상 스페이서 (Cs)가 형성되어 있다. 한편, 프레임부 (B), 면간 영역 (F) 및 주연부 (D)에는, (Pi-2)의 간격으로 복수의 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)가 형성되어 있다.

착색 화소 (22)는 우측 단부 엣지 부분 (f)를 포함하여 전체적으로 일정한 두께로 형성되어 있다. 또한 파선 (H)로 나타낸 바와 같이, 기둥상 스페이서 (Cs) 및 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)의 높이는 균일해지도록 형성되어 있다.

도 21은 슬릿 노광 방식을 이용하여 형성한 컬러 필터의 부분 단면도이다.

도 21에 나타낸 컬러 필터에는, 상술한 회절의 영향으로 상대적으로 막 두께가 얇아진 스트라이프 패턴 (22')((G)로 나타낸 영역 내의 부분)이 표시부 (A) 내에 형성되어 있다. 이 컬러 필터를 표시 장치에 조립하여 사용한 경우, 표시 품질이 저하된다는 문제점이 발생한다. 따라서 이 문제점을 회피하기 위해, 도 22에 나타낸 바와 같은, 스트라이프 패턴의 단부의 위치를 조정하는 기술이 있다.

도 22는 슬릿 노광 방식을 이용하여 형성한 컬러 필터의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.

도 22에 나타낸 컬러 필터에서는, 상대적으로 막 두께가 얇아진 스트라이프 패턴 (22')((G)로 나타낸 영역 내의 부분)이 프레임부 (B)에 형성되어 있다. 이 구조이면, 표시부 (A) 내의 스트라이프 패턴 (22)의 막 두께 (H1)을 일정하게 하여 표시 품질의 저하를 회피할 수 있다.

일본 특허 공개 제2006-292955호 공보 일본 특허 공개 제2006-17895호 공보 일본 특허 공개 제2002-333628호 공보

도 22에 나타낸 컬러 필터에서는 스트라이프 패턴 (22')이 프레임부 (B)에 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 프레임부 (B)에는 복수의 더미 기둥상 스페이서(도시하지 않음)가 설치되지만, 일부의 더미 기둥상 스페이서가 스트라이프 패턴 (22') 위에 배치되면 더미 기둥상 스페이서 높이의 변동이 커진다. 더미 기둥상 스페이서의 높이 변동이 큰 경우, 기판과 대향 기판의 간격을 균일하게 할 수 없다는 새로운 문제점이 발생한다.

그 때문에, 본 발명의 목적은 소형의 포토마스크를 사용한 연속 노광 방식에 의해, 표시 품질이 양호한 컬러 필터를 제조하는 방법 및 그 컬러 필터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 컬러 필터는, 제1 방향 및 이것과 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 화소를 갖는 것이며, 기판과, 기판 위에 형성되며, 복수의 화소가 배열되는 직사각형상의 표시 영역과 이것을 둘러싸는 비표시 영역을 구획하는 차광층과, 제1 방향으로 연장되는 복수의 착색층을 포함하는 스트라이프 패턴이며, 착색층 각각이 제1 방향으로 직선상으로 연장되어 표시 영역의 제2 방향의 한 쌍의 변와 교차하고, 비표시 영역 위에 배치되는 착색층의 양단 부분의 두께가 일정하지 않은 스트라이프 패턴과, 표시 영역 내에 배치되는 복수의 기둥상 스페이서와, 비표시 영역 중 착색층이 형성되어 있지 않은 부분에 배치되는 복수의 더미 기둥상 스페이서를 구비한다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제1 방향 및 이것과 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 화소를 갖는 것이고, 컬러 필터와, 컬러 필터와 대향하는 대향 기판과, 컬러 필터 및 대향 기판 사이에 봉입되는 액정을 구비한다. 컬러 필터는 기판과, 기판 위에 형성되며, 복수의 화소가 배열되는 직사각형상의 표시 영역과 이것을 둘러싸는 비표시 영역을 구획하는 차광층과, 제1 방향으로 연장되는 복수의 착색층을 포함하는 스트라이프 패턴이며, 착색층 각각이 상기 제1 방향으로 직선상으로 연장되어 표시 영역의 제2 방향의 한 쌍의 변과 교차하고, 비표시 영역 위에 배치되는 착색층의 양단 부분의 두께가 일정하지 않은 스트라이프 패턴과, 표시 영역 내에 배치되는 복수의 기둥상 스페이서와, 비표시 영역 중 착색층이 형성되어 있지 않은 부분에 배치되는 복수의 더미 기둥상 스페이서를 구비한다.

본 발명에 따른 컬러 필터의 제조 방법은, 제1 방향 및 이것과 직교하는 제2 방향으로 복수의 화소가 배열되는 컬러 필터를, 1매의 기판 위에 제1 방향으로 복수개 배열하여 형성하기 위한 것이다. 해당 컬러 필터의 제조 방법은, 기판 위에 복수의 화소가 배열되는 직사각형상의 표시 영역과 이것을 둘러싸는 비표시 영역을 구획하는 차광층을 형성하고, 레지스트를 도포한 기판을 제1 방향으로 반송하면서 연속 노광하는 처리와, 제1 방향에 인접하는 표시 영역 사이를 제1 방향에 인접하는 표시 영역의 간격보다 좁은 셔터를 사용하여 차광하는 처리를 복수회 반복하여, 제1 방향으로 직선상으로 연장되어 표시 영역의 상기 제2 방향의 한 쌍의 변과 교차하는 복수의 착색층을 형성하고, 복수의 착색층의 형성을 컬러 필터를 구성하는 착색 화소의 색 수만큼 반복하여 행하여 복수색의 착색층을 포함하는 스트라이프 패턴을 형성하고, 화소 영역 내에 복수의 기둥상 스페이서를 형성함과 동시에, 비표시 영역 중 착색층이 형성되어 있지 않은 부분에 복수의 더미 기둥상 스페이서를 형성한다.

본 발명에 따르면, 표시 품질이 양호한 컬러 필터를 소형의 포토마스크를 사용하는 연속 노광 방식에 의해 제작할 수 있다.

도 1은, 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터를 기판 위에 형성한 일례를 나타낸 평면도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 기판의 X-X선에 따른 단면도이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 기판의 X2-X2선에 따른 단면도이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 X3-X3선에 따른 부분의 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는, 제2 실시 형태에 따른 컬러 필터의 부분 단면도이다.
도 6은, 컬러 필터의 화소를 나타낸 확대도이다.
도 7은, 도 6에 나타낸 컬러 필터의 화소의 X-X선에 따른 단면도이다.
도 8은, XY 스텝 노광 방식에 의해 컬러 필터를 제조하는 일례를 설명하는 평면도이다.
도 9는, 슬릿 노광 방식을 설명하는 평면도이다.
도 10은, 도 9에 나타낸 X-X선에 따른 단면도이다.
도 11은, 도 9에 나타낸 포토마스크의 마스크 패턴의 부분 확대도이다.
도 12는, 슬릿 노광 방식으로 노광된 스트라이프 패턴의 부분 확대도이다.
도 13은, 슬릿 노광 방식으로 제조된 컬러 필터의 부분 확대도이다.
도 14는, 슬릿 노광 방식에 의해 컬러 필터를 제조하는 일례를 설명하는 평면도이다.
도 15는, 도 11에 나타낸 기판의 X-X선에 따른 영역의 형성 방법을 나타낸 단면도이다.
도 16은, 스트라이프 패턴의 선단부의 단면도이다.
도 17은, 기둥상 스페이서가 설치된 컬러 필터의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18은, 도 17에 나타낸 컬러 필터의 X-X선에 따른 단면도이다.
도 19는, 기판에 복수의 컬러 필터가 형성된 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은, 스텝 노광 방식을 이용하여 제작한 컬러 필터의 부분 단면도이다.
도 21은, 슬릿 노광 방식을 이용하여 형성한 컬러 필터의 부분 단면도이다.
도 22는, 슬릿 노광 방식을 이용하여 형성한 컬러 필터의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터를 기판 위에 형성한 일례를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 기판의 X-X선에 따른 단면도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 기판의 X2-X2선에 따른 단면도이다. 또한 이하의 설명에서는, 제조시 기판의 반송 방향을 X축 방향으로 한다.

도 1에 나타낸 기판 (50)에는, 컬러 필터 (1)이 6매(2행×3열) 형성되어 있다. 컬러 필터 (1)에는, X축 방향 및 Y축 방향으로 배열되는 복수의 화소가 형성된다. 컬러 필터 (1)은 기판 (50)과, 블랙 매트릭스 (21)과, 스트라이프 패턴 (22)와, 복수의 기둥상 스페이서 (Cs)와, 복수의 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)를 구비한다.

블랙 매트릭스 (21)은 직사각형상의 표시부 (A)(표시 영역에 상당함)와, 프레임부 (B)ㆍ면간 영역 (F)ㆍ주연부 (D)(이들이 비표시 영역에 상당함)를 구획하는 차광층이다.

스트라이프 패턴 (22)는 복수색 및 복수개의 선상의 착색층을 포함한다. 스트라이프 패턴 (22)를 구성하는 복수의 착색층은, 일정한 순서(예를 들면, 적색, 청색 및 녹색의 순서)로 반복하여 배열되어 있다. 각각의 착색층은 X축 방향으로 직선상으로 연장되고, 표시부 (A)와 그 주위의 비표시 영역에 걸쳐서 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 스트라이프 패턴 (22)를 구성하는 각 착색층은 Y축과 평행한 표시부 (A)의 한 쌍의 변 각각과 교차하고 있다(이하, 프레임부 (B)에 형성되어 있는 스트라이프 패턴 (22)의 일부를 "스트라이프 패턴 (22')"이라고 함). 도 2 및 3에 나타낸 스트라이프 패턴 (22')은, 선단을 향해 갈수록 서서히 막 두께가 얇아져 있다. 한편, 표시부 (A)에 형성되는 스트라이프 패턴 (22)의 두께는 일정하다.

기둥상 스페이서 (Cs)는 표시부 (A)에 복수개 설치되어 있다. 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)는 프레임부 (B), 면간 영역 (F) 및 주연부 (D)에 복수개 설치되어 있다. 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)는 기판과 대향 기판(도시하지 않음)의 간격을 일정하게 유지하기 위한 것이다.

또한 프레임부 (B)에 설치되는 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)는, 프레임부 (B) 중 착색층(스트라이프 패턴 (22'))이 형성되어 있지 않은 부분에 형성되어 있다. 따라서, 도 2 및 3의 파선 (H)로 나타낸 바와 같이 기둥상 스페이서 (Cs) 및 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)의 높이가 균일하다.

이상 상술한 바와 같이, 표시부 (A)의 착색층의 두께는 일정하고, 기둥상 스페이서 (Cs) 및 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)의 높이는 균일하다. 이에 따라, 컬러 필터 (1)과 대향 기판을 접합하여 액정 표시 장치를 구성한 경우, 높은 표시 품질이 실현된다.

여기서, 컬러 필터 (1)의 제조 방법을 도 1 및 4를 사용하여 이하에 설명한다.

도 4는 도 1에 나타낸 X3-X3선에 따른 부분의 형성 방법을 나타낸 도면이다. 또한, 도 4의 포토마스크 (PM2)는 도 11에 나타낸 것과 동일하며, 복수의 개구부 및 차폐부로 구성되는 슬릿 (S)를 구비한다.

기판 (50)은 반송 장치 (60)에 의해 XY 방향으로 반송된다. 기판 (50)의 상측이며, 광원의 광 (E)의 조사 범위 내에 포토마스크 (PM2)가 고정되어 있다. 또한, 포토마스크 (PM2)와 광원(도시하지 않음) 사이에는 블라인드 셔터 (BS)가 도 4의 좌우 방향으로 자유롭게 이동되도록 설치되어 있다. 블라인드 셔터 (BS)는, 도시하지 않은 이동 기구에 의해 도 4의 좌우 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 상차폐판과 하차폐판으로 구성된다.

우선, 기판 (50) 위에 표시 영역과 비표시 영역을 구획하는 차광층으로서 블랙 매트릭스 (21)을 형성한다. 블랙 매트릭스 (21)은 표시 영역 내에서는 격자상으로 형성되며, 각 착색 화소의 위치를 규정한다. 차광층은 블랙 매트릭스로 한정되지 않으며, 금속 전극일 수도 있다. 또한 차광층의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으며, 다양한 방법을 적용 가능하다.

이어서, 1색째의 컬러 레지스트 (54)를 도포한 기판을 X축 방향으로 반송하면서 블라인드 셔터 (BS)의 개폐를 행하고, 표시부 (A)와 그 주위의 비표시 영역에 걸친 스트라이프 패턴 (22)를 형성한다. 보다 상세하게는, 블라인드 셔터 (BS)의 상차폐판과 하차폐판을 개방한 상태에서, 기판 (50)을 X축 방향으로 연속적으로 반송하면서 광원의 광 (E)를 표시부 (A) 위의 컬러 레지스트 (54)에 조사한다. 이에 따라, 표시부 (A)에 적색의 착색층의 패턴을 연속적으로 노광한다. 또한 도 4에 나타낸 바와 같이, 블라인드 셔터 (BS)의 상차폐판과 하차폐판을 폐쇄한 상태에서 X축 방향에 인접하는 표시부 (A) 사이의 부분을 차광한다. 차광시에는, X축 방향에서의 블라인드 셔터 (BS)의 폭이 기판 반송 방향(도면의 좌우 방향)에 인접하는 표시부 (A)의 간격보다 좁아지도록 상차폐판과 하차폐판의 중첩량을 조정한다. 이 연속 노광 처리와 차광 처리를 복수회 반복하여, X축 방향으로 배열되는 복수의 표시부 (A) 각각에 상술한 착색층을 형성한다.

또한 컬러 레지스트의 노광 후에는, 현상이나 세정 등의 소정의 공정을 행한다.

1색째의 착색층의 형성 후, 2색째 이후의 착색층을 마찬가지로 형성한다. 컬러 필터를 구성하는 착색 화소의 색 수만큼 상기한 착색층 형성 처리를 반복하여, 복수색이면서도 복수개의 착색층을 포함하는 스트라이프 패턴 (22)를 형성한다.

이어서, 스트라이프 패턴 (22) 형성 후의 기판 (50)에 기둥상 스페이서 및 더미 기둥상 스페이서를 형성하기 위한 레지스트를 도포한다. 표시 영역에 형성되는 기둥상 스페이서 및 비표시 영역에 형성되는 더미 기둥상 스페이서에 대응하는 패턴이 설치된 포토마스크를 사용하여, 기판 (50)의 전체면에 일괄 노광을 행한다. 이 때, 더미 기둥상 스페이서는 막 두께가 일정하지 않은 스트라이프 패턴 (22') 위를 회피한 위치에 형성한다. 더미 기둥상 스페이서의 형성 위치는, 포토마스크 위의 개구 패턴의 위치에 따라 제어할 수 있다.

도 15 및 16에서 설명한 바와 같이, 블라인드 셔터 (BS)에 의한 차광시에는 블라인드 셔터 (BS)의 단부 엣지 (c) 및 (d)에 의해 광 (E)가 회절한다. 이에 따라, (G)로 나타낸 영역에 대한 광 (E)의 조사량이 불충분해진다. 단, (G)로 나타낸 영역이 프레임부 (B)에 위치할 수 있을 정도로, 블라인드 셔터 (BS)의 폭이 인접하는 표시부 (A)의 간격보다 좁게 설정되어 있다.

구체적으로는, (G)로 나타낸 영역의 길이(도 4의 X축 방향)는 최대값이 500 ㎛ 정도이며, 실제로 형성되는 길이는 300 내지 500 ㎛의 범위 내에서 변동된다. 그 때문에, 표시부 (A)와 프레임부 (B)의 경계로부터 스트라이프 패턴의 선단까지의 거리가 700 ㎛ 이상이 되도록, 블라인드 셔터 (BS)의 폭을 조정하는 것이 바람직하다. 이에 따라 확실하게 스트라이프 패턴의 양단부(막 두께가 상대적으로 얇아지는 부분)를 프레임부에 형성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 제조 방법에서는, 스트라이프 패턴 (22)를 구성하는 선상의 착색층 중 막 두께가 일정하지 않은 부분을 비표시 영역 위에 형성하고, 비표시 영역 위의 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)를 착색층이 없는 부분에만 형성한다. 이에 따라 슬릿 노광 방식을 이용한 경우에도, 막 두께가 균일한 부분에만 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)를 배치할 수 있다. 따라서, 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)의 높이를 일정하게 맞춰, 컬러 필터와 대향 기판의 갭을 일정하게 유지하는 것이 가능해진다.

(제2 실시 형태)

도 5는 제2 실시 형태에 따른 컬러 필터의 부분 단면도이다. 또한, 도 5는 도 1에 나타낸 기판의 X-X선에 따른 단면에 상당하는 부분을 나타내고 있다. 본 실시 형태에 따른 컬러 필터의 제조 방법은 제1 실시 형태에 따른 것과 동일하기 때문에 반복 설명을 생략한다.

상술한 바와 같이, 프레임부 (B)에 형성되는 스트라이프 패턴 (22)의 길이(X축 방향)에는 변동이 있다. 프레임부 (B)에 형성되는 스트라이프 패턴 (22)의 길이가 길어질수록, 기판 (50)과 대향 기판의 접합시에 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)에 가해지는 외력이 커진다. 따라서, 프레임부 (B)에 형성되는 스트라이프 패턴 (22)의 길이에 따라, 더미 기둥상 스페이서의 배치 밀도(단위 면적당 형성되는 더미 기둥상 스페이서의 수)를 변경하는 것이 바람직하다.

도 5에 나타낸 프레임부 (B)에 형성되는 스트라이프 패턴 (22)의 길이 (G2)는, 도 2 및 3에 나타낸 스트라이프 패턴 (22')의 길이 (G)에 비해 길다. 이 경우, 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)의 배치 밀도를 크게 설정한다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)의 간격 (Pi-4)는, 도 2 및 3에 나타낸 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)의 간격 (Pi-3)에 비해 작게 설정되어 있다. 이에 따라, 1개당의 더미 기둥상 스페이서 (D-Cs)가 대향 기판으로부터 받는 외력을 작게 할 수 있어, 기판 (50)과 대향 기판의 접합이 양호해진다.

또한, 상기한 제1 및 제2 실시 형태에서는 더미 기둥상 스페이서를 프레임부, 면간 영역 및 주연부 모두에 형성하고 있지만, 특별히 이것으로 한정되지 않는다. 프레임부에 형성되는 착색층 이외의 비표시 영역에 복수의 더미 기둥상 스페이서를 설치한다면, 그의 형성 개소는 임의이다.

또한 상기한 제1 및 제2 실시 형태에서는 차광층으로서 블랙 매트릭스를 사용하고 있지만, 특별히 이것으로 한정되지 않는다. 차광층은 표시 영역과 비표시 영역을 구분할 수 있는 것이 바람직하고, 예를 들면 기판 위에 형성되는 금속 박막으로 이루어지는 전극층일 수도 있다.

또한 상기한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 조사광을 차광하기 위해 한 쌍의 차폐판으로 이루어지는 블라인드 셔터를 사용하고 있지만, 특별히 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 인접하는 표시 영역의 간격보다 좁은 폭을 갖는 1매의 차폐판을 사용할 수도 있다.

상기한 제1 및 제2 실시 형태에 따른 컬러 필터를 사용한 액정 표시 장치는, 컬러 필터와 이에 대향하는 대향 기판을 접합하고, 양 기판의 사이에 액정을 봉입함으로써 제작할 수 있다. 또한, 액정 표시 장치 이외의 표시 장치(유기 EL 디스플레이 등)에 본 발명의 컬러 필터를 사용할 수도 있다.

본 발명은, 액정 표시 장치나 유기 EL 디스플레이에 사용되는 컬러 필터 등을 제조하기 위해 사용할 수 있다.

1: 컬러 필터
21: 블랙 매트릭스
22, 22': 스트라이프 패턴
23: 투명 전극
50: 기판
51: 슬릿의 개구부
52: 슬릿의 차광부
54: 레지스트
54A, 54B: 영역
60: 노광 스테이지
A: 표시부
B: 프레임부
BS: 블라인드 셔터
Cs: 기둥상 스페이서
D-Cs: 더미 기둥상 스페이서
F: 면간 영역
PM, PM2: 포토마스크
S: 슬릿

Claims

제1 방향 및 이것과 직교하는 제2 방향으로 복수의 화소가 배열되는 컬러 필터이며,
기판과,
상기 기판 위에 형성되며, 상기 복수의 화소가 배열되는 직사각형상의 표시 영역과 이것을 둘러싸는 비표시 영역을 구획하는 차광층과,
상기 제1 방향으로 연장되는 복수의 착색층을 포함하는 스트라이프 패턴으로서, 상기 착색층 각각이 상기 제1 방향으로 직선상으로 연장되어 상기 표시 영역의 상기 제2 방향의 한 쌍의 변과 교차하고, 상기 비표시 영역 위에 배치되는 상기 착색층의 양단 부분의 두께가 일정하지 않은 스트라이프 패턴과,
상기 표시 영역 내에 배치되는 복수의 기둥상 스페이서와,
상기 비표시 영역 중, 적어도 상기 표시 영역 각각을 둘러싸는 프레임부를 포함하는, 상기 착색층이 형성되어 있지 않은 부분에 배치되는 복수의 더미(dummy) 기둥상 스페이서
를 구비하는 컬러 필터.
제1 방향 및 이것과 직교하는 제2 방향으로 복수의 화소가 배열되는 액정 표시 장치이며,
컬러 필터와,
상기 컬러 필터와 대향하는 대향 기판과,
상기 컬러 필터 및 상기 대향 기판 사이에 봉입되는 액정을 구비하고,
상기 컬러 필터는
기판과,
상기 기판 위에 형성되며, 상기 복수의 화소가 배열되는 직사각형상의 표시 영역과 이것을 둘러싸는 비표시 영역을 구획하는 차광층과,
상기 제1 방향으로 연장되는 복수의 착색층을 포함하는 스트라이프 패턴으로서, 상기 착색층 각각이 상기 제1 방향으로 직선상으로 연장되어 상기 표시 영역의 상기 제2 방향의 한 쌍의 변과 교차하고, 상기 비표시 영역 위에 배치되는 상기 착색층의 양단 부분의 두께가 일정하지 않은 스트라이프 패턴과,
상기 표시 영역 내에 배치되는 복수의 기둥상 스페이서와,
상기 비표시 영역 중, 적어도 상기 표시 영역 각각을 둘러싸는 프레임부를 포함하는, 상기 착색층이 형성되어 있지 않은 부분에 배치되는 복수의 더미 기둥상 스페이서를 구비하는 것인 액정 표시 장치.
제1 방향 및 이것과 직교하는 제2 방향으로 복수의 화소가 배열되는 컬러 필터를 1매의 기판 위에 상기 제1 방향으로 복수개 배열하여 형성하는 컬러 필터의 제조 방법이며,
상기 기판 위에 상기 복수의 화소가 배열되는 직사각형상의 표시 영역과 이것을 둘러싸는 비표시 영역을 구획하는 차광층을 형성하고,
레지스트를 도포한 상기 기판을 상기 제1 방향으로 반송하면서 연속 노광하는 처리와, 상기 제1 방향에 인접하는 표시 영역 사이를 상기 제1 방향에 인접하는 표시 영역의 간격보다 좁은 셔터를 사용하여 차광하는 처리를 복수회 반복하여, 상기 제1 방향으로 직선상으로 연장되어 상기 표시 영역의 상기 제2 방향의 한 쌍의 변과 교차하는 복수의 착색층을 형성하고,
상기 복수의 착색층의 형성을 컬러 필터를 구성하는 착색 화소의 색 수만큼 반복하여 행하여 복수색의 착색층을 포함하는 스트라이프 패턴을 형성하고,
상기 화소 영역 내에 복수의 기둥상 스페이서를 형성함과 동시에, 상기 비표시 영역 중, 적어도 상기 표시 영역 각각을 둘러싸는 프레임부를 포함하는, 상기 착색층이 형성되어 있지 않은 부분에 복수의 더미 기둥상 스페이서를 형성하는 컬러 필터의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 착색층과 상기 비표시 영역의 중첩에 따라, 형성시키는 더미 기둥상 스페이서의 밀도를 조정하는 컬러 필터의 제조 방법.