KR101326575B1 - 액정표시장치의 컬러필터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 컬러필터 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제조방법은 컬러필터기판을 제공하는 단계; 상기 컬러필터기판상에 일정간격을 두고 복수의 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 상기 복수의 블랙매트릭스 사이의 기판표면상에 다량의 니들을 이용하여 R, G, B 컬러필터 등을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하여 구성된 것으로, 본 발명은 다량의 니들을 이용한 컬러필터 제작방법을 통하여 제작 단순화 및 컬러안료와 같은 재료의 절약과 관련된 형성방법을 제시하여 제작상의 비용을 절감할 수 있는 것이다.

컬러안료, 니들(needle), 컬러필터, 블랙매트릭스

Description

액정표시장치의 컬러필터 제조방법{METHOD FOR FABRICATING COLOR FILTER OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1a ~ 도 1e는 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제작공정을나타내는 공정단면도

도 2a ~ 도 2e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제작공정을 나타내는 공정단면도

★★도면의 주요부분에 대한 부호의 설명★★

110: 유리기판 119: 녹색컬러안료

111: 블랙매트릭스(BM) 119a: 녹색컬러 필터층

113, 117, 121: 니들 123: 청색컬러안료

115: 적색컬러안료 123a: 청색컬러 필터층

115a: 적색컬러 필터층

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컬러필터기판의 블랙매트릭스(Black Matrix) 사이에 니들을 통한 컬러안료를 전사하여 적(R)·녹(G)·청(B)의 화소를 구현할 컬러필터를 제작함으로써, 액정표시장치의 컬러픽셀 제작비용을 줄일 수 있는 액정표시장치의 컬러필터 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 스위칭 소자로 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시장치의 컬러구현은 백라이트(Back Light)로부터 방출되는 백색광의 투과율을 조절하는 박막 트랜지스터 및 액정 셀(cell)의 동작과 R·G·B로 구성된 컬러필터(color filter : C/F)를 투과해 나오는 3원색의 가법 혼색을 통하여 이루어진다.

여기에서, 컬러 필터는 언뜻 보기에 보통의 소자판이지만 유리기판에 평판 매트릭스를 형성하고, 그 사이에 광투과성이 우수한 R·G·B로 된 필터층을 만든다.

또한, 컬러필터의 형상, 치수, 색 배열은 액정 표시장치의 용도에 따라 다르며, 다시 말해 컬러필터의 배열은 스트립 배열(strip), 모자이트 배열(mosaic), 델타 배열(delta)로 구성된다.

실제 컬러필터는 액정패널 상에서 박막 트랜지스터와 연결된 R·G·B 화소가 일대일 대응하여 배치되어 있고, 상기 컬러필터가 구비해야 할 요건으로 첫째는 착색농도가 높고 광 투과율이 좋아야 하고, 둘째로는 백라이트에 대한 변색 및 퇴색이 없어야 하며, 셋째로는 화학적으로 안정하고 액정재료에 무해할 것 등이 있다.

이러한 관점에서, 일반적인 컬러필터 구조 및 그 제조방법의 종류에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 일반적인 컬러필터 구조는 도면에 도시하지는 않았지만, 우선 유리 등의 기판상에 블랙 매트릭스(Black Matrix : BM)가 형성되며, 상 기 블랙 매트릭스 사이에 상기 블랙 매트릭스의 일부와 겹치는 구조로 R·G·B의 컬러 필터층이 형성되어 있다. 또한, 상기 컬러 필터층을 보호하기 위한 보호막이 형성되며, 그 위에는 투명전극으로는 공통전극이 형성된다.

여기에서, 상기 블랙 매트릭스는, 일반적으로 컬러필터의 R·G·B 패턴 사이에 위치하며, 화소전극이 형성되지 않은 부분과 화소전극의 주변부에 형성되는 역 경사영역(reverse tilted domain)을 차폐시키는 목적으로 설치한다.

또한, 상기 블랙매트릭스는 스위칭 소자로 쓰이는 박막 트랜지스터에 직접적인 광조사를 차단하여 누설전류 증가를 방지하는 역할도 한다.

그리고, 상기 컬러필터는 제조시 사용되는 유기 필터(filter)의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며, 그 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법 등으로 분류할 수 있다. 상기 컬러필터의 제작 방법에 따른 특징을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 인쇄법은 R·G·B 잉크를 여러 가지 인쇄방법에 의해 기판상에 인쇄하여 컬러필터를 제작하는 방법으로서, 대표적인 인쇄방법으로는 스크린(screen)인쇄, 오프셋(offset)인쇄 등이 있다. 따라서, 상기 인쇄법은 제조공정이 단순하여 대량생산이 가능하고, 내열성이나 내광성이 높은 소재를 선택할 수 있는 장점이 있으나, 기포에 의한 핀홀(pinhole)이나 색농도의 번짐, 변색이 발생하기 쉽고 인쇄중에 잉크의 유출에 의한 패턴 가장자리의 직각도가 악화되기 쉽다는 단점이 있다.

한편, 전착법은 색소를 전극에 석출(析出)시켜 색소의 층으로 형성하는 방법으로, 고분자 수지와 착색 안료를 전해질 용매 중에 용해 또는 분산하여 양측에 접 속된 투명전극의 표면에 안료를 석출시켜 이것을 고온 건조시키는 방법이다. 이러한 전착방법에는 투명전극의 고유저항이 높으면 번착 번짐이 발생하고, 전해질 용매 중에서 투명전극과 화학적인 반응을 일으키는 성분이 포함되어 투명전극이 손상 받을 경우가 생길 수 있다. 특히 투명전극은 내약품성이 비교적 약하고 손상의 영향이 현저하게 나타나므로 전착 후의 색농도, 광투과율이 저하되는 단점이 있다.

현재, 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시장치의 경우, 컬러필터 제조방법으로는 주로 안료 분산법이 사용된다. 상기 안료 분산법으로 제조되는 컬러필터 안료의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.

그리고 저반사 특성이 요구되는 컬러필터 기판의 제조공정은, 일반적으로 크롬/크롬옥사이드(Cr/CrOx)를 이용한 블랙 매트릭스의 형성, 안료 분산법에 의한 컬러필터 형성 및 공통전극의 형성으로 이루어진다.

이러한 안료분산법을 이용한 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제작공정에 대해 도 1a ~ 도 1e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a ~ 도 1e는 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.

도 1a를 참조하면, 먼저 박막 트랜지스터 배열기판과 마찬가지로 기판(10)을 세정한 후, 상기 기판(10)상에 블랙 매트릭스 재료로 사용되는 Cr/CrOx를 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착한다.

그 다음, 포토리소그라피 공정기술을 이용한 노광 및 현상공정을 통해 상기 Cr/CrOx층을 선택적으로 패터닝하여 복수의 블랙매트릭스(11)를 형성한다. 이때, 상기 블랙 매트릭스(11)의 형성은 개구율과 직접적인 연관이 있으므로, 설계에 신중을 기해야하기 때문에 CrOx는 일반적인 Cr 식각액에 식각되므로 Cr/CrOx를 동시에 식각한다.

이어서, 도 1b를 참조하면, 상기 복수의 블랙매트릭스(11)를 포함한 기판전체에 적색안료를 증착한 후, 포토리소그라피 공정기술을 이용한 노광 및 현상공정에 의해 이를 선택적으로 패터닝하여 기판(10)의 일부분에 적색컬러 필터층(13)을 형성한다.

그 다음, 도 1c를 참조하면, 상기 적색컬러 필터층(13)을 포함한 기판전체에 녹색컬러안료를 증착한 후 도 1b와 동일한 공정, 즉 포토리소그라피 공정기술을 이용한 노광 및 현상공정에 의해 상기 녹색컬러 안료층을 선택적으로 패터닝하여 상기 기판(10)의 일부분 상에 녹색컬러 필터층(15)을 형성한다.

이어서, 도 1d를 참조하면, 상기 녹색컬러 필터층(15)을 포함한 기판(10) 전체에 청색컬러안료를 증착한 후, 도 1b와 동일한 공정, 즉 포토리소그라피 공정기술을 이용한 노광 및 현상공정에 의해 상기 청색컬러 안료층을 선택적으로 패터닝하여 상기기판(10)상에 청색컬러 필터층(17)을 형성한다.

그 다음, 도 1e를 참조하면, 상기 컬러필터층 형성공정을 완료한 후, 기판 전체에 오버코트층(overcoat; 19)을 증착하여 표면을 평탄화시킨다.

상기한 바와 같이, 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제조방법에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다. 상기와 같은 안료 분산법으로 컬러필터를 제작할 경우, 안료의 낭비가 심하다. 즉, 적색의 컬러 필터층을 형성하기 위해서는 기판 전면에 적색의 안료를 증착한 후, 필요한 부분(예를 들어 1/3정도)만 남겨 그 이외의 부분(예를 들어 2/3부분)은 제거해야 하므로 컬러안료 낭비가 많아진다.

특히, 컬러필터 제조비용 중에 컬러안료를 형성하는 장치, 공정 및 재료에 드는 비용이 많기 때문에 전체 컬러필터 제조비용이 증가하게 된다.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 컬러필터의 제작공정 및 장치를 단순화시키고, 컬러안료량을 절약하여 컬러필터 제작비용을 절감시킬 수 있는 액정표시장치 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제조방법은, 컬러필터기판을 제공하는 단계; 상기 컬러필터기판상에 일정간격을 두고 이격되는 복수의 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 상기 복수의 블랙매트릭스 사이의 기판 표면상에 다량의 니들을 이용하여 R·G·B 컬러 필터층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2a ~ 도 2e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제작공정을 나타내는 공정단면도이다.

도 2a를 참조하면, 먼저 박막트랜지스터 배열기판과 마찬가지로 기판(110)을 세정한 후, 상기 기판(110)상에 블랙매트릭스 재료로 사용되는 크롬/크롬옥사이드(Cr/CrOx)를 스퍼터링에 의해 증착한다.

그 다음, 포토리소그라피 공정기술을 이용한 노광 및 현상공정을 통해 상기 Cr/CrOx층을 선택적으로 패터닝하여 일정 스페이스(space)를 갖는 복수의 블랙매트릭스(111)를 형성한다. 이때 상기 블랙 매트릭스(111)는 스페이서(spacer) 역할도 함께 한다.

이어서, 다량의 니들(113, 117, 121)을 이용하여 R·G·B 컬러안료를 기판(110)상에 전사하여 R·G·B 컬러 필터층을 형성하게 되는데, 이때 상기 R·G·B 컬러안료 전사방법은, 컬러필터 전체로 볼 때 스트립 배열(strip), 모자이트 배열(mosaic) 및 델타 배열(delta)과 같은 컬러필터의 배열에 따라 다를 수 있다.

그 다음, 도 2b를 참조하면, 먼저 복수의 블랙매트릭스(113, 117, 121)가 형성된 기판(110)상에 제1 트랜스퍼 니들(transfer needle; 113)의 표면장력을 이용하여 적색 컬러안료(115)를 트랩(trap)한 후, 이 트랩한 적색 컬러안료(115)를 서로 인접된 블랙매트릭스(111)들 사이에 위치하는 기판(110)상에 전사시켜 적색컬러 필터층(115a)을 형성한다. 이때, 상기 적색컬러안료의 기판표면에 대한 친화성이 트랜스퍼 니들(transfer needl; 113)보다 크다.

이어서, 도 2c를 참조하면, 상기 적색컬러 필터층(115a)이 형성된 기판(110)의 다른 일부분 상에 도 2b에서와 동일한 방법으로, 즉 제2 트랜스퍼 니들(117)의 표면장력을 이용하여 녹색 컬러안료(119)를 트랩한 후, 이 트랩된 녹색 컬러안료 (119)를 서로 인접된 블랙매트릭스(111)들 사이에 위치하는 기판(110)상에 전사시켜 녹색컬러 필터층(119a)을 형성한다. 이때 상기 녹색 컬러안료의 기판표면에 대한 친화성이 트랜스퍼 니들(117)보다 크다.

그 다음, 도 2d 및 도 2e를 참조하면, 상기 적색컬러 필터층(115a) 및 녹색컬러 필터층(119a)이 형성된 기판(110)의 다른 일부분상에 도 2b에서와 같은 동일한 방법으로, 즉 제3 트랜스퍼 니들(121)의 표면장력을 이용하여 청색 컬러안료(123)를 트랩한 후, 이 트랩된 청색 컬러안료(123)를 서로 인접된 블랙매트릭스(111)들 사이에 위치하는 기판(110)상에 전사시켜 청색컬러 필터층(123a)을 형성한다. 이때, 상기 청색 컬러안료의 기판표면에 대한 친화성은 트랜스퍼 니들(117)보다 크다. 그 결과, 도 2e에서와 같이 그 각각의 상기 R·G·B 컬러 필터층이 완료된 것을 볼 수 있다.

상기에서와 같이, R·G·B 컬러안료는 표면에 친수성기를 갖고 있고, 또 유리기판(110)의 표면은 강친수성을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 컬러안료를 전사하는 니들 각각(113, 117, 121)의 표면장력을 이용하여 전사하는데, 컬러안료를 전사한 기판의 친수성이 니들부의 친수성보다 큰 것을 의미한다. 물론 여기에서 컬러안료의 표면은 친수성기를 갖는다고 보아야 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예로서, R·G·B 컬러안료가 소수성을 갖는 것을 제안할 수 있는데, 이는 상기 본 발명에 대한 반대의 개념으로 여기에서도 유리기판 또한 표면이 소수성을 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서, 컬러안료를 전사하는 니들은 컬러안료와 니들의 표면장력을 이용하 여 전사하는데, 컬러안료를 전사한 기판은 소수성을 가지며, 니들부는 친수성을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 경우 물론 컬러안료의 표면은 소수성기를 갖는다고 볼 수 있다.

그 다음, 이후 공정으로서 도면에는 도시하지 않았지만, 하부의 박막 트랜지스터 배열기판(미도시)에 형성된 화소전극(미도시)과 함께 액정 셀을 동작시키기 위한 공통전극(미도시)을 형성하는 공정 등이 진행된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 제조방법에 의하면, 니들을 통해서 컬러필터기판에 R·G·B 컬러안료를 순차적으로 전사시켜 R·G·B 컬러 필터층을 형성함으로써 컬러필터 제작을 단순화시킬 수 있고, 컬러필터 재료를 절약할 수 있어 컬러필터 제작비용을 낮출 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 컬러필터기판을 제공하는 단계;

   상기 컬러필터기판상에 일정간격을 두고 이격되는 복수의 블랙매트릭스를 형성하는 단계;

   다량의 니들을 이용하여 상기 복수의 블랙매트릭스 사이의 컬러필터기판 표면상에만 R, G, B 컬러 필터층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되며;

   상기 다량의 니들을 이용하여 상기 복수의 블랙매트릭스 사이의 컬러필터기판 표면상에만 R, G, B 컬러 필터층을 형성하는 단계는 상기 니들 각각의 표면장력을 이용하여 R, G, B 컬러안료를 트랩한 후, 이 트랩한 R, G, B 컬러안료를 상기 블랙매트릭스 사이의 컬러필터기판 표면상에만 순차적으로 전사하여 R, G, B 컬러 필터층을 형성하며,

   상기 컬러필터기판 표면에 대한 상기 R, G, B 컬러안료의 친화성이 상기 다량의 니들의 표면보다 크며,

   상기 R·G·B 컬러안료를 전사한 상기 기판의 친수성이 상기 니들의 친수성보다 크며,

   상기 블랙매트릭스는 스페이서(spacer)로도 사용되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 컬러필터 제조방법.
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