KR101371014B1 - 오버코트막 형성 방법, 컬러 필터 기판 제조 방법,이로부터 제조된 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소수성 관능기와 친수성 관능기가 함유된 오버코트막을 제조함으로써 오버코트막 형성 후 후처리 공정이 생략가능하도록 하는 오버코트막 형성 방법, 컬러 필터 기판 제조 방법, 이로부터 제조된 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 중합성 계면활성제 단량체에 개시제를 투여하는 혼합단계와, 개시제가 투여된 중합성 계면활성제 단량체를 도포하는 도포단계와, 도포된 중합성 계면활성제 단량체를 중합시키는 중합단계 및 중합성 계면활성제 단량체의 중합반응이 이루어져 오버코트막을 형성하는 형성단계를 포함하여, 상부막 및 하부막과 오버코트막의 밀착력을 향상시킬 수 있고, UV 처리 또는 O2 애싱 등의 표면처리 공정을 생략하면서도 각 막들 사이의 밀착력을 향상시켜 제품의 신뢰성 및 내구성을 증대킬 수 있으며, 제품 생산 시간을 단축하여 수율을 상승시키고 제조단가 및 설비자재를 절약할 수 있다.
오버코트막, 컬러 필터 기판, 액정 표시 장치, 중합성 계면활성제, 친수성, 소수성

Description

오버코트막 형성 방법, 컬러 필터 기판 제조 방법, 이로부터 제조된 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치{Method of forming an over coat layer, method of manufacturing color filter, color filter and liquid crystal display manufactured by the same}
도 1은 액정 표시 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예와 비교예를 나타낸 공정 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예에서의 오버코트막 계면을 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1... 액정 표시 장치, 2... 컬러 필터 기판,
3... 대향 기판, 4... 밀봉부재,
5... 액정, 6... 기판,
7... 블랙 매트릭스, 8... 적색(R) 컬러 필터,
9... 녹색(G) 컬러 필터, 10... 청색(B) 컬러 필터,
11... 오버코트막, 12... 배향막.
본 발명은 소수성 관능기와 친수성 관능기가 함유된 오버코트막을 제조함으로써 오버코트막 형성 후 후처리 공정이 생략가능하도록 하는 오버코트막 형성 방법, 컬러 필터 기판 제조 방법, 이로부터 제조된 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 현재 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극이 형성된 박막 트랜지스터 기판과 공통 전극이 형성된 컬러 필터 기판이 상호 대향되고, 그 사이에 액정층이 삽입되어 구성된다. 이러한 액정 표시 장치는 화소 전극과 공통 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층에 투과되는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표시한다.
액정 표시 장치는 구동 모드에 따라 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판 공히 투명전도막 형성이 요구되는 OCB(Optically Compensated Birefringence), PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드와 박막 트랜지스터 기판에만 투명전도막 형성이 요구되는 IPS(In-Plane Switching), A-IPS(Advanced In-Plane Switching), FFS(Fringe Field Switching) 등과 같은 모드로 구분된다.
이 중 IPS, A-IPS, FFS 등과 같은 모드로 구동되는 액정 표시 장치에 있어서, 컬러 필터 기판은 절연 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스, 컬러 필터 및 오버코트막으로 구성되며, OCB, PVA 구동 모드에서와 같은 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판에서 오버코트막과 배향막 사이에 형성되는 투명전도막의 구성은 생략된다.
블랙 매트릭스는 일반적으로 적, 녹 및 청색 컬러 필터 사이를 구분하며, 컬 러 필터 기판은 블랙 매트릭스를 경계로 하여 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터가 반복되어 형성된다.
오버코트막은 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 형성한 후 이들 사이에 발생되는 단차를 제거하기 위해 상호 교번형성된 컬러 필터 및 블랙 매트릭스의 상부에 형성된다. IPS, A-IPS, FFS 등과 같은 모드에서는 공정적으로 오버코트막이 증착된 이후에 오버코트막 상부에 배향막이 놓이게 되고, 이 배향막 위에 액정들이 특정 방향(orientation)으로 배향된다. 이때, 액정들이 그 특정한 방향을 가지기 위해서는 배향막은 소수성인 액정들과는 달리 친수성을 지녀야 한다. 현재 배향막으로 사용되는 재료로는 친수성막을 형성할 수 있는 폴리이미드(polyimide)계 등이 있다.
한편, 컬러 필터 형성 이후의 단차 제거를 위해서는 컬러 필터 상부에 오버코트막이 균일하게 도포되어야 하며, 이를 위하여 오버코트막은 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와 동일한 소수성을 가져야 하는 바, 오버코트막의 구성 성분으로 소수성 고분자재가 사용되고 있다.
그런데, 소수성 오버코트막 상부에 친수성 배향막이 배치되면 양자 사이에는 반발력이 작용하게 되고, 이 때문에 배향막의 탈리 등이 발생하여 배향막이 불안정하게 형성된다. 이러한 반발력을 제거하기 위해 오버코트막을 친수성으로 변환시켜줄 필요가 있으며, 현재로서는 오버코트막이 증착된 후 그 표면상에 UV 처리 또는 O2 애싱(ashing) 등의 공정으로 친수성을 부가시킨 후 배향막을 형성하고 있는 실정이다.
그러나, 이러한 UV 처리 또는 O2 애싱 등의 표면 후처리 공정은 컬러 필터 기판 제조 공정을 복잡하게하고 생산성을 감소시키며, 이러한 생산성의 감소는 최종 제품인 액정 표시 장치에까지 그 영향을 미친다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 창안된 발명으로, 중합성 계면활성제(polymerizable surfactant)를 이용해 오버코트막을 형성함으로써 UV 처리 또는 O2 애싱 등의 표면처리 공정이 생략되도록 하는 오버코트막 형성 방법, 컬러 필터 기판 제조 방법, 이로부터 제조된 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술된 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 오버코트막 형성 방법은, 중합성 계면활성제(polymerizable surfactant) 단량체에 개시제를 투여하는 혼합단계와, 개시제가 투여된 중합성 계면활성제 단량체를 도포하는 도포단계와, 도포된 중합성 계면활성제 단량체를 중합시키는 중합단계 및 중합성 계면활성제 단량체의 중합반응이 이루어져 오버코트막을 형성하는 형성단계를 포함한다.
여기서, 중합성 계면활성제 단량체는 극성분자 및 비극성분자를 포함하며, 극성분자는 친수성 관능기이고, 비극성분자는 소수성 관능기이다.
이때, 친수성 관능기는 히드록시기, 술포기, 카르복시기, 아미노기, 암모늄기, －SO3, -(CH2CH2O)10 및 －COOM(여기서, M은 알칼리금속, 또는 NH4)으로 구성되는 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 소수성 관능기는 사슬형 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 유기규소기, 알킬기 및 할로겐화 알킬기로 구성되는 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상일 수 있고, 사슬형 탄화수소기는 -C9H19 또는 -CH3(CH2)10 인 것을 특징으로 한다.
또한, 중합성 계면활성제 단량체는 하기 화학식으로 정의되는 물질 또는 DMHB(methacryloyloxyethylhexadecyldimethylammonium bromide)일 수 있다.
(화학식)
Figure 112006073834645-pat00001
이때, 극성분자 및 비극성분자는 상반배열되는 것이 바람직하다.
여기서, 개시제는 중량%로 0.1 이상 0.5 이하가 첨가되는 아조비스 이소부치로 니트릴(azobis isobutyronitrile)일 수 있고, 이때의 중합반응은 부가중합반응일 수 있으며, 이러한 부가중합반응을 거쳐 형성되는 오버코트막은 10,000 이상 100,000 이하의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 컬러 필터 기판 제조 방법은, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상에 개시제가 혼합된 중합성 계면활성제 단량체를 도포하는 단계와, 중합성 계면활성제 단량체를 중합반응을 통하여 오버코트막을 형성하는 단계 및 오버코트막 표면 상에 배향막을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 오버코트막은 친수성 관능기와 소수성 관능기를 가진다.
여기서, 중합성 계면활성제 단량체가 도포되는 컬러 필터 및 블랙 매트릭스의 표면은 소수성이며, 오버코트막에서 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와 이루는 계면에는 소수성 관능기가 배열된다.
또한, 오버코트막의 표면에는 친수성 관능기가 배열되며, 배향막은 친수성이다.
본 발명에 따른 컬러 필터 기판은, 광 투과성 기판과, 기판 상에 형성된 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와, 이 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상에 형성되며, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와의 계면에 소수성 관능기가 배열되고 그 배면에는 친수성 관능기가 배열되는 오버코트막 및 이 오버코트막의 친수성 관능기가 배열된 면 상에 형성되는 배향막을 포함한다.
바람직하게는, 오버코트막은 적어도 가시광 영역에서 투과성을 가지며, 더 바람직하게는, 오버코트막은 비정질이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 광 투과성 기판과, 기판 상에 형성된 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와, 이 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상에 형성되며, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와의 계면에 소수성 관능기가 배열되고 그 배면에는 친수성 관능기가 배열되는 오버코트막 및 이 오버코트막의 친수성 관능기가 배열된 면 상에 형성되는 배향막을 포함하는 컬러 필터 기판 및 컬러 필터 기판과 상호합착되는 박막 트랜지스터 기판을 포함한다.
액정 표시 장치용 컬러 필터 기판은 투명기판 상에 컬러 필터, 오버코트막, 배향막이 순차적으로 적층되어 있다. 이러한 컬러 필터 기판은 R,G,B 3원색의 컬러 필터에 대향하는 전극 혹은 박막 트랜지스터가 형성된 박막 트랜지스터 기판과 소정 간격으로 이격되며 양 기판 상에 액정물질을 봉입하여 액정 표시 장치를 형성하고 있다.
상기 컬러 필터 기판 상에 오버코트막을 형성하기 위하여, 오버코트막을 형성하는 중합성 계면활성제 단량체에 중합 개시제를 투여하여 혼합을 수행한다.
이 중합성 계면활성제 단량체는 극성을 나타내는 친수성 관능기와 비극성 또는 무극성을 나타내는 소수성 관능기를 포함하며, 극성분자 및 비극성분자는 기본 분자를 중심으로 상호 반대 방향에 배치되는, 즉 상반배열되는 것이 바람직하고 하나의 단량체 내에 다수의 친수성 관능기 또는 소수성 관능기를 가질 수도 있다.
친수성 관능기와 소수성 관능기를 가지는 중합성 계면활성제 단량체에 투입되는 개시제는 광분해형, 수소이동형 또는 전자이동형 복합계 개시제 등이 가능하며, 중합반응을 진척시키는 개시제라면 어느 것이나 가능할 수 있다.
중합성 계면활성제 단량체에 개시제를 투입한 후에 중합성 계면활성제 단량체를 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상에 평탄하게 도포하며, 이후, 도포된 중합성 계면활성제 단량체는 중합과정을 통하여 중합되어 오버코트막이 형성된다.
이와 같이 형성되는 오버코트막은 친수성 관능기와 소수성 관능기를 가지며, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와의 계면에는 비극성의 소수성 관능기가 배열되고 오 버코트막의 표면에는 극성의 친수성 관능기가 배열된다.
이후, 표면 상에 친수성 관능기가 형성된 오버코트막 상에는 친수성의 배향막이 형성되고, 이와 같이 형성된 컬러 필터 기판은 박막 트랜지스터 기판과 합착된다.
오버코트막은 컬러 필터 기판 상에 형성된 컬러 필터의 색상이 오버코트막을 투과하도록 적어도 가시광 영역에서 투과성을 가지는 비정질인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오버코트막 형성 방법, 컬러 필터 기판 제조 방법, 이로부터 제조된 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 액정 표시 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
액정 표시 장치(1)는 컬러 필터 기판(2)과 기판 상에 액정 구동용 박막 트랜지스터(TFT) 혹은 투명전극이 형성된 대향 기판(3)을 소정의 간격을 두고 대향시키고, 컬러 필터 기판(2)과 대향 기판(3)은 밀봉부재(4)에 의해서 접합하며, 컬러 필터 기판(2)과 대향 기판(3)으로 형성되는 공간에는 액정(5)이 봉입된다.
컬러 필터 기판(2)에는 유리 등의 기판(6)상에 입사하는 빛을 차광하는 동시에 인접하는 컬러 필터(8, 9, 10)를 구획하며 대향 기판(3)의 열화를 방지하는 블랙 매트릭스(7)가 소정 간격으로 형성되며, 이 블랙 매트릭스(7)는 크롬 등의 불투명 금속막으로 스퍼터링 방법을 통하여 형성되거나 염료나 안료에 의해 착색된 수지로 형성된다.
상기 블랙 매트릭스(7)가 형성된 컬러 필터 기판(2) 상에 적색 파장대의 빛 만을 투과시키고 여타 파장대의 빛은 흡수하는 분광 특성을 가지는 음성의 감광성 레지스트를 도포하여 개구부를 가지는 마스크로써 노광시킨 뒤 현상 공정을 실시하여 적색(R) 컬러 필터(8)가 형성된다. 상기 감광성 레지스트는 안료를 분산시킨 착색 아크릴 감광성 수지로 만들어질 수 있다.
또한, 상술된 바와 동일한 방법으로 녹색(G) 컬러 필터(9), 청색(B) 컬러 필터(10)를 형성하여 적, 녹, 청색의 3원색 컬러 필터가 완성된다.
상기 적색, 녹색, 청색 각각의 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7) 상에는 이들의 단차를 보정해주는 오버코트막(11)이 설치되며 오버코트막(11) 상에는 액정(5)을 배향하기 위한 배향막(12)이 형성된다.
도 2는 본 발명의 실시예와 비교예를 나타낸 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오버코트막 형성 방법은, 컬러 필터 기판(2) 상에 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)가 형성되고(S1), 중합성 계면활성제 단량체에 개시제를 투여하는 혼합단계(S2)와, 이 개시제가 투여된 중합성 계면활성제 단량체를 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7) 상에 도포하는 도포단계(S3)와, 이 도포된 중합성 계면활성제 단량체를 중합시키는 중합단계(S4) 및 중합성 계면활성제 단량체의 중합반응이 이루어져 오버코트막(11)을 형성하는 형성단계(S5)를 포함하여 형성되며, 형성된 오버코트막(11) 상에는 배향막(12)이 형성된다(S6).
컬러 필터 기판(2) 상에 형성된 컬러 필터(8, 9, 10)는 자체적 요철형상과 그 사이에 교호형성된 블랙 매트릭스(7)와의 높이차에 의하여 단차가 발생되어 있 으며, 이에 오버코트막(11)을 소정 두께로 형성하여 이러한 단차를 보상해준다.
또한, 오버코트막(11)은 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)의 노출된 전면적을 환포하고 소정 두께를 가지고 형성되므로 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)를 외부력으로부터 보호해주는 역할을 한다.
오버코트막(11)을 형성하기 위한 중합성 계면활성제 단량체에는 극성분자 및 비극성 또는 무극성분자가 포함되어 있으며, 극성분자는 친수성 관능기이고, 비극성분자는 소수성 관능기이다.
소수성 관능기는 그 표면이 소수성으로 형성된 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)의 표면 상에 오버코트막(11)이 반발력 없이 부착되도록 한다.
이 비극성을 가지는 소수성 관능기로는 -C9H19나 -CH3(CH2)10와 같은 사슬형 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 유기규소기, 알킬기 및 할로겐화 알킬기 등이 사용될 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 관능기가 포함될 수도 있다.
또한, 중합성 계면활성제 단량체에 포함되는 친수성 관능기는 히드록시기, 술포기, 카르복시기, 아미노기, 암모늄기, －SO3, -(CH2CH2O)10 및 －COOM(여기서, M은 알칼리금속, 또는 NH4) 등이 사용될 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 관능기가 포함될 수도 있다.
이와 같이 친수성 및 소수성 관능기를 동시에 가지는 중합성 계면활성제 단량체로는 하기 화학식으로 정의되는 물질이나 메타크릴움일록시에틸헥사데실디메틸암모니움 브로마이드(methacryloyloxyethylhexadecyldimethylammonium bromide; 이 하 'DMHB') 등이 있으며, 본 발명의 실시예에서는 하기 화학식으로 정의되는 물질을 예시로서 설명한다.
(화학식)
Figure 112006073834645-pat00002
상기 화학식으로 정의되는 물질은 벤젠링을 중심으로 제1번 위치에는 극성의 -(CH2CH2O)10 친수성 관능기가, 제4번 위치에는 비극성의 -C9H19 소수성 관능기가 배치되며, 친수성 관능기와 소수성 관능기는 벤젠링을 중심으로 상반된 방향으로 형성되어 있다.
상기 화학식에서 벤젠링을 중심으로 구성되는 관능기의 위치 번호는 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 임의로 설정한 것이며, 관능기의 위치 번호는 공명을 이루는 벤젠링을 중심으로 임의의 어느 한 관능기를 설정하여 이를 제1번 위치로 지정할 수 있다.
이와 같은 친수성 관능기와 소수성 관능기를 동시에 가지는 중합성 계면활성제 단량체가 마련된 뒤, 이 중합성 계면활성제 단량체에 아조비스 이소부치로 니트릴(azobis isobutyronitrile)과 같은 개시제가 투여된다.
개시제로서 사용되는 아조비스 이소부치로 니트릴은 중량%로 0.1 이상 0.5 이하가 첨가되는 것이 바람직하며, 중합반응을 진행시키기 위하여 광조사 등이 수행될 수도 있다.
상기 아조비스 이소부치로 니트릴이 중량%로 0.1 미만 첨가 되는 경우에는 그 함량이 중합반응을 진행시키기에 충분하지 못하며, 0.5를 초과하여 첨가될 시에는 발포제로서도 사용되는 아조비스 이소부치로 니트릴에 의하여 최종 생성되는 오버코트막(11)에 기공 등이 발생될 수 있으므로, 아조비스 이소부치로 니트릴의 첨가량은 중량%로 0.1 이상 0.5 이하인 것이 바람직하다.
아조비스 이소부치로 니트릴이 상기와 같은 함량으로 투여되어 중합성 계면활성제 단량체와 혼합된 뒤, 이를 컬러 필터 기판(2) 상에 형성된 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7) 상에 균일하게 도포한 뒤, 중합반응을 진행시킨다.
본 실시예에서처럼 아조비스 이소부치로 니트릴과 같은 광분해성 개시제를 첨가한 경우에는 광조사를 통하여 중합반응을 진행시킬 수 있으며, 이외의 다른 개시제를 사용할 시에는 그에 적합하게 중합반응을 진행한다.
이때의 중합반응은 부가중합반응으로서, 벤젠링에서 제6번 위치에 있는 -CH=CHCH3 기가 상호 연결되어 중합체를 생성함으로써 오버코트막(11)을 형성한다.
상기와 같이 형성된 오버코트막(11)은 소수성 표면을 가지는 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)와 접하는 계면으로는 소수성 관능기가 배열되고, 그 표면 상으로는 친수성 관능기가 배열된다.
상술된 화학식에서 나타난 바와 같이, 벤젠링을 중심으로 친수성 관능기와 소수성 관능기가 상반 배열되므로, 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)와의 계면과 이의 타계면인 노출된 표면에 각각 소수성 관능기와 친수성 관능기가 배열되는 것이다.
이후, 오버코트막(11)의 친수성 관능기가 배열된 노출된 표면 상에 친수성을 가진 배향막이 형성되고, 차후 통상의 공정으로 진행된다.
이와 대비되는 비교예를 간략히 설명한다.
본 발명의 실시예와 대비되는 비교예에서는, 컬러 필터 기판 상에 컬러 필터 및 블랙 매트릭스가 노출된 표면 상에 소수성 관능기를 가지고 형성되고(S11), 오버코트막으로 형성될 수지와 개시제가 상호 혼합된다(S12). 이 수지에는 컬러 필터 및 블랙 매트릭스의 노출된 표면 상에 형성된 소수성 관능기와 부합되도록 소수성 관능기가 내재되어 있다.
개시제가 혼합된 수지가 마련된 뒤, 이 개시제가 혼합된 수지는 컬러 필터 및 블랙 매트릭스의 노출된 표면 상에 균일하게 도포된다(S13). 이후, 첨가되는 개시제 및 수지의 특성에 따라 요구되는 중합반응이 진행되어(S14) 오버코트막이 형성된다(S15).
이 오버코트막에는, 소수성이 내재된 수지의 특성에 의하여, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와 이루는 계면 상에 소수성 관능기 배열됨과 동시에 오버코트막의 노출된 표면 상에 또한 소수성 관능기가 형성되어 있다. 이와 같은 오버코트막의 소수성을 가지는 노출된 표면 상에 친수성의 배향막을 직접 형성시킬 경우, 배향막의 부착특성이 불량해지고 그 형성이 난이하므로 이를 친수성으로 변화시켜 줄 것 이 요구된다. 이를 위하여, 오버코트막의 소수성을 가지는 노출된 표면 상에 UV처리 또는 O2 애싱 처리 등의 표면처리 공정이 수행된다(S16).
이 표면처리 공정은 표면 상에 에너지-UV처리일 경우에는 빛 에너지이며, O2 애싱 처리일 경우에는 산소 이온 또는 산소 원자단이 가지는 친화력-를 부가하여 표면 상으로 노출된 분자의 말단기에서의 원자배열을 변화시켜 비극성을 가지는 오버코트막의 표면을 극성으로 변화시킨다.
비극성을 가지는 표면을 극성으로 변화시키기 위하여, 표면 상의 원자와 원자 간의 결합 에너지 이상의 에너지를 부가하거나 가속 입자를 통한 결합 에너지 이상의 운동에너지 전달로서 이 결합을 깨뜨리거나 또는 표면 상에 결합되어 있는 원자와 원자 간의 친화력 이상을 가지는 이온화종이나 활성화 원자단과 충돌시켜 원자를 떼어내어 쌍극자 모멘트의 변형을 유발시킨다. 즉, 평형을 이루고 있는 쌍극자 모멘트의 벡터 합을 평형이 깨어지도록 하여 임의로 편향시켜 쌍극자 모멘트가 어느 한 방향으로 작용하게 함으로써 극성을 나타내도록 하는 것이다.
본 명세서에서, '표면'이라 함은 벌크(bulk)재에 대한 표면 상의 단층만을 말하는 것이 아니고, 표면 상의 단층에서부터 관능기(funcctional group), 관능기-관능기 상호 또는 원자단 간에 형성되는 쌍극자 모멘트 벡터에 의하여 쿨롱력이 작용되는 또는 쿨롱력을 작용시키는 아표면(sub-surface)까지를 의미한다.
이러한 기구로 인하여, 표면 상에 에너지를 부가하여 원자를 떼어내거나 결합을 깨뜨리는 경우, 전체 표면 대비 친수성화되는 면적 분율이 요구되는 값 이상 을 가지기 위해서는 장시간이 요구되고 높은 에너지를 필요로 하며, 특히 점차 대화면화되는 액정 표시 장치에 사용되는 컬러 필터 기판 상의 오버코트막을 제조할 경우 그 시간 및 비용 또한 증가한다.
상기와 같은 표면처리를 수행한 후 노출된 오버코트막의 표면이 요구되는 분율 이상으로 친수성으로 변환되면 이 표면 상에 친수성의 배향막을 형성시킨 뒤(S17), 차후의 공정으로 진행시킨다.
이와 같은 방법으로 형성되는 오버코트막(11)의 상·하 각 계면을 비교예와 함께 도 3에 나타내었다.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예에서의 오버코트막 계면을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 실시예에서의 오버코트막(11)은 소수성 표면을 가지는 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7) 상에 형성되며, 이때 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)와 접하는 계면에는 소수성 관능기가 배열된다.
이 오버코트막(11)의 중량 평균 분자량이 10,000 미만일 경우에는 친수성과 소수성의 구분이 되는 관능기를 가지기가 어렵고 특히 상기 화학식에서 예시된 분자량이 약 600~800 정도 되는 단량체의 경우에는 충분한 결합수를 가지지 못하여 그 결합력이 미약하며, 100,000을 초과할 경우에는 관능기 사슬이 길어지게 되어 점도가 증가하고 이에 따라 균일한 막을 형성하기가 어려우므로 오버코트막(11)의 중량 평균 분자량은 10,000 이상 100,000 이하인 것이 바람직하다.
오버코트막(11)에 형성되는 소수성 관능기는 그 표면이 소수성으로 형성된 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)의 표면 상에 오버코트막(11)이 친화력을 가지고 부착되도록 하여 균일한 오버코트막(11)의 도포가 가능하고, 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)에 대한 오버코트막(11)의 밀착력을 향상시켜 준다.
컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)와의 계면에 소수성 관능기가 배열되는 오버코트막(11)에는 그 상반되는 방향, 즉 노출되는 표면 상에 친수성 관능기가 배열된다.
이 친수성 관능기는 상술된 화학식에서 벤젠링을 중심으로 제4번 위치에 있는 소수성 관능기에 대하여 그에 상반되는 제1번 위치에 배치되므로, 오버코트막(11)의 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)와의 계면에서 상반되는 방향, 즉 배향막(12)이 형성되는 방향으로 노출된 표면 상에 배열된다.
이 오버코트막(11) 표면 상의 친수성 관능기로 인하여 오버코트막(11) 표면 상에 친수성을 가지는 배향막(12)의 형성이 용이하며, 배향막(12)이 안정된 상태로 오버코트막(11) 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예와 대비되는 비교예에서는, 기판(36) 상에 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터(38, 39, 40) 및 블랙 매트릭스(37)가 구성되고, 이 컬러 필터(38, 39, 40) 및 블랙 매트릭스(37) 상에 오버코트막(41)이 형성된다.
도 3의 비교예에서는, 본 발명의 실시예와의 극명한 비교를 위하여, 상술된 비교예에서의 UV 처리 또는 O2 애싱 처리 등의 표면처리를 수행하지 않고 오버코트막(41) 상에 직접 오버코트막(41)이 형성된 상태를 나타내었다.
소수성을 가지는 컬러 필터(38, 39, 40) 및 블랙 매트릭스(37)의 표면에 대하여 오버코트막(41) 또한 소수성을 가지므로, 컬러 필터(38, 39, 40) 및 블랙 매트릭스(37)와 오버코트막(41) 사이의 계면은 상호 적합한 밀착력을 가지며, 오버코트막(41)은 컬러 필터(38, 39, 40) 및 블랙 매트릭스(37)의 표면 상에 용이하게 형성될 수 있다.
오버코트막(41)은 컬러 필터(38, 39, 40) 및 블랙 매트릭스(37)와 이루는 계면에 대하여 그에 상반되는 방향, 즉 노출되는 표면 상으로도 소수성 관능기가 배열된다. 소수성의 컬러 필터(38, 39, 40) 및 블랙 매트릭스(37) 상에 오버코트막(41)을 형성하기 위하여 오버코트막(41)을 소수성 물질로 구성되도록 하였으므로, 오버코트막(41)의 노출되는 표면 상은 물론 오버코트막(41)의 전 체적에 걸쳐 소수성 관능기만이 형성된다. 이러한 소수성의 노출된 표면을 가지는 오버코트막(41) 상에는 배향막(42)이 형성된다.
도 3의 비교예에서 도시된 바와 같이, 소수성의 노출된 표면을 가지는 오버코트막(41) 상에 형성되는 배향막(42)은 그 벌크(bulk) 자체가 친수성을 가지며, 따라서 배향막(42)과 오버코트막(41)이 형성하는 계면은 친수성-소수성 계면이 된다.
이와 같이 친수성의 배향막(42)과 소수성의 오버코트막(41)이 형성하는 계면에서는 극성의 친수성 관능기와 비극성의 소수성 관능기 사이의 상호 반발력이 작용하여 배향막(42)의 형성이 난이하거나 형성된 뒤에도 밀착력 저하 등의 문제가 발생된다.
이러한 극성과 비극성 간의 또는 친수성과 소수성 간의 반발력을 완화시키기 위하여는 도 2를 참조하여 상술된 비교예에서와 같이 UV 처리나 O2 애싱 처리 등의 표면처리를 통하여 소수성의 오버코트막(41) 표면을 친수성으로 변환시키는 공정이 수행되어야 하며, 이러한 표면처리 공정에도 불구하고 표면처리를 통하여 친수성 관능기가 형성된 오버코트막(41)의 표면은 표면처리 후 시효(또는 노화; aging)에 의하여 점차적으로 친수성 관능기가 계면반응 또는 자체적인 자기 배열로 인하여 소수성으로 회귀되고 그 노출면적 전체가 친수성화되지 않으므로 오버코트막(41)과 배향막(42) 간의 계면에서 발생되는 반발력을 효율적으로, 그리고 원천적으로 완화시킬 수가 없다.
이와 대비하여 본 발명의 실시예에서는, 오버코트막(11)을 형성하는 중합성 계면활성제 벌크 자체적으로 친수성 표면을 형성하는 특성을 가지며, 이 친수성 표면이 그에 상반되는 소수성 표면의 선행 배열, 즉 소수성 표면의 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7) 표면으로의 배열로 인하여 오버코트막(11)의 노출되는 표면, 즉 배향막(12)과의 계면을 이루는 표면 상으로 배열되므로, 친수성화된 표면 비율이 비교예에서 보다 더 높은 값을 가지며, 벌크 특성에 기인한 친수성의 표면으로 인해 시효가 진행되지 아니하여 배향막(12)과의 밀착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 오버코트막(11)의 노출된 표면에 친수성 관능기가 배열되는 것에 의하여, 기존의 UV 처리나 O2 애싱 등을 통하여 오버코트막(11) 표면을 친수성화시키는 공정을 생략할 수 있다.
컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)와 배향막(12) 사이에 형성되는 오버코트막(11)은 컬러 필터(8, 9, 10)의 색상이 투영될 수 있도록 적어도 가시광 영역에 대하여 투과성을 가지며, 비정질로 형성되는 것이 바람직하다.
오버코트막(11)이 포함된 컬러 필터 기판(2)은 박막 트랜지스터 기판(3)과 그 사이에 액정(5)이 구성된 채로 상호 합착되며, 컬러 필터 기판(2)과 박막 트랜지스터 기판(3)의 양단은 밀봉부재(4)로써 밀봉되어 액정 표시 장치(1)가 완성된다(도 1).
이와 같이 제조되는 액정 표시 장치(1)는 컬러 필터 기판(2)의 오버코트막(11) 제작시 중합성 계면활성제(polymerizable surfactant)를 이용함으로써 UV 처리 또는 O2 애싱 등의 후처리 공정이 생략되므로, 더욱 신속한 제품의 생산이 가능하고 제조원가를 절감할 수 있다.
또한, 컬러 필터(8, 9, 10) 및 블랙 매트릭스(7)와 오버코트막(11) 간의 부착 특성이 향상되므로, 이를 포함하는 컬러 필터 기판(2)과 액정 표시 장치(1)에서의 신뢰성이 더욱 향상되고 내구성이 증대될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술된 바와 같이 본 발명에 의한 오버코트막 형성 방법, 컬러 필터 기판 제조 방법, 이로부터 제조된 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치는, 중합성 계면활성제(polymerizable surfactant)를 이용해 오버코트막을 형성함으로써 상부막 및 하부막과 오버코트막의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 UV 처리 또는 O2 애싱 등의 표면처리 공정을 생략하면서도 각 막들 사이의 밀착력을 향상시켜 제품의 신뢰성 및 내구성을 증대킬 수 있으며, 제품 생산 시간을 단축하여 수율을 상승시키고 제조단가 및 설비자재를 절약할 수 있다.

Claims (22)

  1. 중합성 계면활성제(polymerizable surfactant) 단량체에 개시제를 투여하는 혼합단계;
    상기 개시제가 투여된 중합성 계면활성제 단량체를 도포하는 도포단계;
    상기 도포된 중합성 계면활성제 단량체를 중합시키는 중합단계; 및
    상기 중합성 계면활성제 단량체의 중합반응이 이루어져 오버코트막을 형성하는 형성단계를 포함하되,
    상기 오버코트막은 일면이 친수성 관능기를 포함하고, 타면이 소수성 관능기를 포함하는 오버코트막 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 친수성 관능기는 히드록시기, 술포기, 카르복시기, 아미노기, 암모늄기, －SO3, -(CH2CH2O)10 및 －COOM(여기서, M은 알칼리금속, 또는 NH4)으로 구성되는 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소수성 관능기는 사슬형 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 유기규소기, 알킬기 및 할로겐화 알킬기로 구성되는 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 사슬형 탄화수소기는 -C9H19 또는 -CH3(CH2)10 인 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중합성 계면활성제 단량체는 하기 화학식으로 정의되는 물질 또는 DMHB(methacryloyloxyethylhexadecyldimethylammonium bromide)인 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
    (화학식)
    Figure 112013064471796-pat00003
  8. 제1항에 있어서, 상기 중합성 계면활성제 단량체는 극성분자 및 비극성 분자를 포함하고, 상기 극성분자 및 상기 비극성분자는 상반배열되는 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 개시제는 아조비스 이소부치로 니트릴(azobis isobutyronitrile)인 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 아조비스 이소부치로 니트릴은 중량%로 0.1 이상 0.5 이하가 첨가되는 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 중합반응은 부가중합반응인 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 오버코트막은 10,000 이상 100,000 이하의 중량 평균 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 오버코트막 형성 방법.
  13. 컬러 필터 및 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상에 개시제가 혼합된 중합성 계면활성제 단량체를 도포하는 단계;
    상기 중합성 계면활성제 단량체를 중합반응을 통하여 오버코트막을 형성하는 단계; 및
    상기 오버코트막 상에 배향막을 형성하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 오버코트막은 일면이 친수성 관능기를 포함하고, 타면이 소수성 관능기를 포함하는 컬러 필터 기판 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 중합성 계면활성제 단량체가 도포되는 상기 컬러 필터 및 블랙 매트릭스의 표면은 소수성인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 오버코트막에서 상기 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와 이루는 계면에는 소수성 관능기가 배열되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 오버코트막의 표면에는 친수성 관능기가 배열되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 배향막은 친수성인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판 제조 방법.
  19. 광 투과성 기판;
    상기 기판 상에 형성된 컬러 필터 및 블랙 매트릭스;
    상기 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 상에 형성되며, 상기 컬러 필터 및 블랙 매트릭스와의 계면에 소수성 관능기가 배열되고 그 배면에는 친수성 관능기가 배열되는 오버코트막; 및
    상기 오버코트막의 친수성 관능기가 배열된 면 상에 형성되는 배향막;
    을 포함하는 컬러 필터 기판.
  20. 제19항에 있어서, 상기 오버코트막은 적어도 가시광 영역에서 투과성을 가지는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  21. 제19항에 있어서, 상기 오버코트막은 비정질인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  22. 제19항의 컬러 필터 기판; 및
    상기 컬러 필터 기판과 상호합착되는 박막 트랜지스터 기판;
    을 포함하는 액정 표시 장치.
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