KR101285158B1 - 컬러필터 잉크막의 잔막율 측정 방법 및 이를 이용한 컬러필터 잉크막의 두께 예측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1) 기재 상에 차광부 및 화소부를 형성하는 단계; 2) 상기 화소부에 잉크젯 방법을 이용하여 잉크를 토출하는 단계; 3) 상기 잉크 토출 시 1개의 잉크 방울의 부피를 계산한 후 토출된 잉크의 전체 부피를 계산하는 단계; 4) 상기 토출된 잉크를 건조 및 경화하여 잉크막을 형성하는 단계 및 5) 상기 잉크막의 부피를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크의 잔막율을 측정하는 방법 및 이를 이용하여 잉크막의 두께를 예측하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잉크의 잔막율을 측정하는 방법을 통하여 측정된 잔막율을 이용하여 최초로 토출되는 잉크 방울의 부피를 조절하더라도 컬러필터 잉크막의 두께를 예측할 수 있어, 컬러필터 제작에 있어서 시간과 비용을 절감할 수 있다.

Description

컬러필터 잉크막의 잔막율 측정 방법 및 이를 이용한 컬러필터 잉크막의 두께 예측 방법{METHODE FOR MEASURING REMANINING RATE OF COLOR FILTER INK FLIM AND METHODE FOR PREDICTING THE THICKNESS OF COLOR FILTER INK FLIM USING THE SAME}

본 발명은 컬러필터 잉크막의 잔막율 측정 방법 및 이를 이용한 컬러필터 잉크막의 두께 예측 방법에 관한 것이다.

잉크젯 공정으로 컬러 필터를 제작하는데 있어서 공정순서는 잉크를 미세한 방울로 만들어 픽셀 내부에 토출하여 패턴한 다음 이를 건조하고, 경화하여 최종 잉크막을 얻는다. 이때, 이후 공정을 진행하고 색 스펙을 맞추기 위해 토출된 이후 잉크는 적정 두께를 가져야 한다. 따라서, 반드시 잉크 토출 후 용매를 건조시키고 경화한 후에 두께를 측정하는 공정을 거친다.

잉크젯 잉크의 경우, 점도 조절이 필요하므로 안료와 바인더 등을 용매에 분산시키게 되고, 잉크 제조에 사용한 용매는 잉크가 토출되어 컬러 필터 기판에 토출된 후에 건조 등의 방법으로 모두 제거하게 된다. 이때, 제거되지 않고 남은 부피 비율을 잔막율이라고 하며, 정확한 잔막율을 측정하면 남아 있는 잉크의 두께를 알 수 있다.

잉크젯 공정으로 컬러 필터를 제작하는데 있어서, 기본적으로 차광부 제작, 잉크 토출, 건조 및 포스트 베이킹 과정을 거친다. 이 때, 도 1과 같이 잉크는 차광부의 격벽 위로 올라올 수준의 충분한 양을 토출한 후 건조 및 포스트 베이킹 과정에서 용매를 날리고 경화시키기 때문에 픽셀 내의 잉크는 완전히 평탄할 수 없으며, 최종 형성된 잉크막은 도 2와 같이 위로 볼록한 형상이 나타나게 된다.

상기와 같이 위로 볼록한 형상을 가지는 잉크막은 픽셀 내에서 두께가 균일하지 않기 때문에 정확한 부피측정이 어렵고, 매우 소량이기 때문에 정확한 잔막율을 특정이 불가능하다.

이에 본 발명은 잉크젯 공정으로 컬러 필터를 제작하는데 있어서, 컬러필터 잉크막의 두께를 예측하여 컬러필터 제작에 있어서 시간과 비용을 절감할 수 있는 컬러필터 잉크막의 잔막율 측정 방법 및 이를 이용한 잉크막의 두께 예측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) 기재 상에 차광부 및 화소부를 형성하는 단계; 2) 상기 화소부에 잉크젯 방법을 이용하여 잉크를 토출하는 단계; 3) 상기 잉크 토출 시 1개의 잉크 방울의 부피를 계산한 후 토출된 잉크의 전체 부피를 계산하는 단계; 4) 상기 토출된 잉크를 건조 및 경화하여 잉크막을 형성하는 단계 및 5) 상기 잉크막의 부피를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 내부의 잔막율을 측정하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 측정된 잔막율을 이용하여 잉크막의 두께를 예측하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 잉크의 잔막율을 측정하는 방법을 통하여 측정된 잔막율을 이용하여 최초로 토출되는 잉크 방울의 부피를 조절하더라도 컬러필터 잉크막의 두께를 예측할 수 있어, 컬러필터 제작에 있어서 시간과 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 잉크젯 방법으로 잉크를 토출한 후의 픽셀 내부의 단면도이다.
도 2는 잉크젯 방법에 의하여 형성된 볼록형 형태를 가지는 잉크막에 관한 단면도이다.
도 3은 본원 발명의 3D 서페이스-프로파일러를 이용하여 픽셀의 유효 영역을 설정한 모습의 사진이다.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 1) 기재 상에 차광부 및 화소부를 형성하는 단계; 2) 상기 화소부에 잉크젯 방법을 이용하여 잉크를 토출하는 단계; 3) 상기 잉크 토출 시 1개의 잉크 방울의 부피를 계산한 후 토출된 잉크의 전체 부피를 계산하는 단계; 4) 상기 토출된 잉크를 건조 및 경화하여 잉크막을 형성하는 단계 및 5) 상기 잉크막의 부피를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 내부의 잔막율을 측정하는 방법을 제공한다.

상기 기재으로는 재료에 특별히 한정되지 않으나, 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 기타 플렉시블 기판 등을 사용할 수 있으며, 내열성이 강한 투명 유리 기판이 바람직하다.

상기 기재 상에 차광부를 형성하는 과정은 당 업계에 알려져 있는 포토리소그래피 방법 또는 롤 프린팅 방법 등으로 수행할 수 있으나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 차광부는 기존 사용되고 있는 크롬 블랙 매트릭스 혹은 수지 블랙 매트릭스를 이용하여 제조할 수 있으며, 상기 형성된 차광부의 두께는 0.2 내지 3㎛인 것이 바람직하고, 광학 밀도는 상기 두께 범위에서 2 내지 6인 것이 바람직하다.

상기 잉크를 토출하는 단계에서 잉크는 광경화형 잉크 및 열경화형 잉크 모두를 사용할 수 있다.

상기 3) 단계의 잉크 방울의 부피는 잉크 토출 시 토출되는 한 방울(drop)의 잉크를 카메라로 캡쳐하고, 이의 직경을 측정함으로써 계산할 수 있으며, 상기 계산된 한 방울의 잉크의 부피에 컬러필터의 1개의 화소부에 필요한 방울 수를 곱하여 실제 한 개의 화소부에 채워진 잉크의 부피를 계산할 수 있다.

상기 4) 단계는, 상기 토출된 잉크를 건조 및 경화하여 잉크막을 형성하는 단계로, 광경화형 잉크의 경우에는 각 잉크 토출 후 또는 모든 잉크 토출 후 50 내지 150℃의 온도에서 10 내지 2000초 동안 프리베이크(pre-bake)를 실시하고, 40 내지 300 mJ/㎠의 노광량으로 노광을 한 뒤 200 내지 250℃의 온도에서 10 내지 200분 동안 고온 열경화를 실시할 수 있으나 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 열경화형 잉크를 사용한 경우에는 각 잉크 토출 후 또는 모든 잉크 토출 후 50 내지 150℃의 온도에서 10 내지 2000초 동안 프리베이크(pre-bake)를 실시한 뒤, 별도의 노광 공정 없이 200 내지 250℃의 온도에서 10 내지 200분 동안 고온 열경화를 실시할 수 있으나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 5) 단계의 잉크막의 부피는 3D 서페이스-프로파일러(3D-surface-profiler)를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 3D 서페이스-프로파일러는 해당 물체를 스캔하면, 스캔된 모든 영역의 3D의 두께 데이터를 얻을 수 있고, 각각의 X, Y 좌표에 따른 두께 데이터를 얻을 수 있을 수 있는 비접촉식 장비이다.

구체적으로는, 3D 서페이스-프로파일러 화면에 보이는 전체 사각형 영역의 프로파일을 측정하여 전체 사각형에 대한 x, y 좌표와 그 좌표에 대한 두께가 측정된다. 이 후, 도 3에서와 같이 픽셀 부분만을 유효 영역으로 설정하여 상기 유효 영역의 두께 데이터를 추출한다. 상기 두께 데이터를 추출하는 과정에서 상기 유효 영역을 픽셀 형태에 맞는 모양으로 설정하는 것이 바람직하다. 이때, 전체 사각형 영역에 대한 x, y 좌표를 이용해서 유효 영역으로 설정된 내부만을 추출하는 알고리즘을 구성한다.

그러나, 상기 픽셀 형태에 맞는 모양으로 설정된 유효 영역의 내부가 정확히 픽셀 부분 만을 표현하지 못하기 때문에 유효 영역에 일부 포함되어 있는 차광부 영역을 유효 영역에서 제외하는 알고리즘이 필요하다. 이를 위해 유효 영역에서 측정된 x, y 좌표와 두께 데이터에서 두께 데이터가 차광부 두께와 유사하게 측정될 경우 이 값을 제외하도록 알고리즘을 구성하는 것이 바람직하며, 구체적으로 차광부 두께에 대하여 약 5% 내외의 값을 제외하도록 알고리즘을 구성하는 것이 바람직하다.

상기 픽셀 형태에 맞는 모양은 일반 직사각형 형태, 사다리꼴 형태 등이 있으나, 이에만 국한되는 것이 아니고 IPS 타입의 픽셀 등에도 적용할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 화소부 내의 잉크막의 X, Y 좌표와 이에 따른 두께를 측정한 후, 해당 영역의 X, Y측의 좌표의 증가 값을 곱하여 각 지점의 면적을 구할 수 있다. 상기 얻어진 각 면적에 해당하는 두께를 곱하고 각각의 값을 더하는 방식으로 화소부 내부에 형성된 잉크막의 부피를 계산할 수 있다.

또한, 상기 계산된 잉크막 부피를 화소부의 면적으로 나누면 잉크막의 평균두께도 계산할 수 있다.

상기 5) 단계에서 얻어진 잉크막의 부피와 상기 3) 단계에서 얻어진 수치를 하기 식 1에 대입하여 잉크의 잔막율을 계산할 수 있다.

[식 1]

상기와 같이 계산된 잔막율은 잉크의 고유 특성이기 때문에 최초 토출되는 잉크 방울(drop)의 부피를 조절하면 컬러필터 잉크막의 두께를 미리 예측하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 측정된 잔막율을 이용하여 잉크막의 두께를 예측하는 방법을 제공한다.

구체적으로, 토출되는 잉크 방울(drop)의 부피는 제팅 조건에 따라 다르고, 1개 픽셀에 토출되는 잉크 방울 수에 따라 1개 화소부에 충진된 잉크의 실제 부피는 달라진다. 따라서, 토출되는 잉크 1개 방울을 카메라로 캡처하여 부피를 측정하고 토출되는 잉크 방울 수를 곱하면 1개 화소부에 토출되는 실제 부피를 구할 수 있다. 여기에 미리 측정한 잔막율을 곱하면 건조가 완료된 후 잉크의 두께를 계산할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실시예

착색제로 피그먼트레드 #254 4.33g, 피그먼트레드 #177 1.26g, 피그먼트옐로우 #139 0.87g, 안료 분산제 2.29g, 바인더로 벤질(메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산이 중합된 공중합체에 알릴글리시딜 에테르가 부가된 중합체 5.29g, 관능성 모노머로 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 6.02g, 아조계 열중합개시제(Vam-110, Wako Pure Chemical Industris. LTD) 0.5 g, 레벨링제로 플루오린계 계면활성제(Megaface F-475, 대일본잉크화학공업주식회사) 0.04 g, 용매로 부틸 카비톨 아세테이트 79.4 g을 포함하는 혼합물을 5 시간 동안 교반하여 레드(g) 잉크 조성물을 제조하였다.

차광부 및 화소부가 형성 기판을 준비한 후, 상기 화소부에 상기 제조된 레드 잉크 조성물을 잉크젯 장비로 토출하였다. 상기 잉크의 토출은 Microfab사의 30um 직경 노즐을 사용하였고, 80 V, 휴지시간(dwell time) 3us, 상승시간(rising time) 10us 및 하강시간(falling time) 3us의 전압 조건으로 수행하였다.

카메라로 상기 토출되는 한 방울의 잉크를 캡쳐하고, 직경을 측정하여, 부피를 계산한 결과 상기 한 방울의 잉크의 부피는 35.725 [pl]이였다.

상기 화소부에 총 19 방울의 잉크를 토출하였고, 이후 90도 3분 핫 플레이트에서 건조하고, 220도 30분 동안 오븐에서 경화하여 잉크막을 형성하였다.

(3) 3D-profiler(Nanosystem사)를 이용하여 두께 프로파일을 측정하였고, x, y좌표와 두께 데이터를 얻었다.

상기 x, y좌표 및 두께 데이터는 x축 640개, y축 480개, 총 307200개의 데이터가 측정되었다. 하기에 측정된 데이터 중 일부를 x좌표(mm), y좌표(mm), 두께(mm) 순서로 기재하였다.

(0.00000 0.00000 0.00179567), (0.00097 0.00000 0.00179564), (0.00193 0.00000 0.00179562), (0.00290 0.00000 0.00179628), (0.00386 0.00000 0.00179693)…(0.33237 0.22415 0.00216623), (0.33333 0.22415 0.00216615), (0.33430 0.22415 0.00216606), (0.33527 0.22415 0.00216591), (0.33623 0.22415 0.00216576)

(4) 상기 측정된 x, y좌표 및 두께 데이터 중 두께가 1.8 ㎛ 정도로 측정된 데이터는 차광부 영역이기 때문에, 상기 1.8 ㎛에서 ± 0.09 ㎛, 즉 ± 5 % 를 가지는 데이터를 제외하도록 알고리즘을 구성한 결과, 최종 유효 영역에 대한 x, y좌표 및 두께 데이터는 69121개의 값이 측정되었다.

(5) 상기 유효 영역에 대한 x 및 y좌표의 증가값은 모두 0.965㎛ 이였고, 상기 x 및 y좌표의 증가값을 곱하여 각 지점의 면적을 구하고, 상기 면적에 해당하는 두께를 곱한 후, 각각의 값을 더하여 잉크막의 부피를 계산한 결과, 잉크막의 부피는 118.889 [pl]이였다.

(6) 상기 얻어진 한 방울의 잉크의 부피와 잉크막의 부피를 이용하여 잔막율을 계산한 결과 잔막율은 17.5%이였다.

상기와 같은 방법으로 잔막율을 계산하면, 향후 제팅 조건 변경에 따라 잉크 한 방울(drop)의 부피가 변하더라도 형성되는 잉크막의 두께를 미리 예측할 수 있다.

Claims (7)

1) 기재 상에 차광부 및 화소부를 형성하는 단계;
2) 상기 화소부에 잉크젯 방법을 이용하여 잉크를 토출하는 단계;
3) 상기 잉크 토출 시 1개의 잉크 방울의 부피를 계산한 후 토출된 잉크의 전체 부피를 계산하는 단계;
4) 상기 토출된 잉크를 건조 및 경화하여 잉크막을 형성하는 단계 및
5) 상기 잉크막의 부피를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 내부의 잔막율 측정방법.

청구항 1에 있어서, 상기 3) 단계의 잉크 방울의 부피는 잉크 토출 시 토출되는 한 방울의 잉크 카메라로 캡쳐하고, 이의 직경을 측정하여 계산하는 것을 특징으로 하는 픽셀 내부의 잔막율 측정방법.

청구항 1에 있어서, 상기 경화된 잉크막의 부피는 3D 서페이스-프로파일러(3D-surface-profiler: NanoSystem 社)를 이용하는 것을 특징으로 하는 픽셀 내부의 잔막율 측정방법.

청구항 1에 있어서, 상기 경화된 잉크막의 부피는 화소부 내의 잉크막의 X, Y 좌표와 이에 따른 두께를 측정한 후, 해당 영역의 X, Y측의 좌표의 증가 값을 곱하여 각 지점의 면적을 구하고, 얻어진 각 면적에 해당하는 두께를 곱하고 각각의 값을 더하는 방식으로 계산하는 것을 특징으로 하는 픽셀 내부의 잔막율 측정방법.

청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 잔막율 측정방법을 이용하여 잉크막의 두께를 예측하는 방법.

청구항 5에 있어서, 상기 잉크막의 두께를 예측하는 방법은 잉크 토출 시 1개의 잉크 방울의 부피를 계산한 후 토출된 잉크의 전체 부피를 계산하는 단계 및 상기 잉크 전체의 부피와 상기 잔막율 측정방법에 의하여 계산된 잔막율을 곱하여 잉크막의 두께를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크막의 두께를 예측하는 방법.

청구항 6 에 있어서, 상기 잉크 방울의 부피는 잉크 토출 시 토출되는 한 방울의 잉크 카메라로 캡쳐하고, 이의 직경을 측정하여 계산하는 것을 특징으로 하는 잉크막의 두께를 예측하는 방법.

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