KR101396771B1

KR101396771B1 - 복합 임프린트-리소그래피에 의한 컬러필터기판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101396771B1
Application number: KR1020120068484A
Authority: KR
Inventors: 임한얼; 최세진; 김태완; 백승준
Original assignee: 주식회사 미뉴타텍
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-05-20
Also published as: KR20140003733A

Abstract

본 발명은 임프린트/리소그래피 복합공정에 의해 제조된 컬러필터기판에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 컬러필터기판은 기판상에 형성되어 셀 영역을 구획하는 블랙매트릭스; 상기 블랙매트릭스에 의해 구획된 셀 영역에 형성된 컬러필터; 및 상기 블랙매트릭스 또는 컬러필터와 일체로 형성되되, 상기 블랙매트릭스 또는 컬러필터와는 다른 형상을 가진 칼럼스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 임프린트-리소그래피에 의한 컬러필터기판 및 그 제조방법{COLOR FILTER SUBSTRATE AND PROCESS FOR FABRICATING COLOR FILTER SUBSTRATE BY USING HYBRID IMPRINTING-LITHOGRAPHY}

본 발명은 컬러필터기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 마스크 몰드를 이용하여 컬러필터와 칼럼스페이서를 동시에 제작할 수 있는 방법에 관한 것이다.

최근, 음극선관의 단점인 두께와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판표시소자들이 개발되고 있다. 평판표시소자로는 액정표시장치, 플라즈마디스플레이패널, 전계방출표시소자, 전계발광소자 등이 있다.

여기서, 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 액정 표시 장치는 컬러필터어레이가 형성된 컬러필터기판과, 박막 트랜지스터와 다수의 신호 라인 등을 포함하는 박막트랜지스터 어레이가 형성된 박막트랜지스터 기판이 액정을 사이에 두고 합착되어 형성된다. 액정 패널은 상하판 사이에 형성된 칼럼스페이서에 의해 액정이 채워진 셀갭을 유지하게 된다.

종래 액정 표시 패널의 칼럼스페이서는 포토리소그래피 공정을 통해 형성된다. 즉, 종래의 방법은 블랙매트릭스, 적색, 녹색, 청색 컬러필터, 칼럼스페이서 각각을 포토리소그래피 공정에 의해 제조하는 것이다.

이 포토리소그래피 공정은 포토레지스트의 도포, 마스크 정렬, 노광, 현상을 포함하는 일련의 사진공정이다. 이와 같은 포토리소그래피 공정은 공정 소요시간이 길고 포토레지스트와, 포토레지스트패턴을 제거하기 위한 현상 용액의 낭비가 크며, 노광장비 등의 고가장비가 필요한 문제점이 있다. 특히, 기판의 크기가 대형화되고 패턴사이즈가 작아짐에 따라 노광장비의 가격이 상승된다. 따라서, 종래의 방법은 위와 같은 일련의 공정을 적어도 5회 실시해야 하기 때문에 공정 소요 시간이 길고 비용이 비싸다는 단점이 있다.

이에 대한민국특허출원 공개 10-2008-0062121호에서는 포토리소그래피 공정에 의한 블랙매트릭스 형성단계에서 블랙매트릭스의 높이를 컬러필터보다 높게 하여 블랙매트릭스가 칼럼스페이서의 기능을 겸비하도록 하였다. 이 방법은 별도로 칼럼스페이서를 형성할 필요가 없기 때문에 하나의 포토리소그래피 공정이 생략될 수 있지만, 포토리소그래피 공정의 한계상 칼럼스페이서의 형상이 블랙매트릭스 형상과 동일할 수밖에 없어 2차원적인 단순한 형상으로밖에 될 수 없다. 또한 블랙매트릭스 면적과 동일한 면적에 칼럼스페이서가 형성되므로, 칼럼스페이서로 기능 하기에 필요한 면적보다 많은 면적에 블랙매트릭스 수지가 사용되어야 하는 문제가 있다.

또한 대한민국특허출원 공개 10-2008-0082718호에서는 블랙매트릭스의 일부 패턴에 적어도 두 개의 컬러필터가 중첩되도록 하여 칼럼스페이서를 형성하는 방법이 제시되어 있다. 이 방법 역시 별도로 칼럼스페이서를 형성할 필요가 없기 때문에 하나의 포토리소그래피 공정이 생략될 수 있지만, 블랙매트릭스가 컬러필터와 중첩되도록 하기 위하여 넓은 면적에 형성되어야 할 뿐 아니라, 두 개 이상의 컬러필터가 중첩되도록 하려면 포토리소그래피 공정에서 매우 정교하게 마스크 패턴을 맞추어야 한다는 공정상의 어려움이 있다.

한편, 대한민국특허출원 공개 10-2008-0009906호 및 공개 10-2011-0077391호에서는 각각 배향막과 오버코트를 임프린팅 공정에 의해 실시하면서 칼럼스페이서를 함께 형성하는 방법을 제시하고 있다. 그러나 상기 공정도 칼럼스페이서 공정만 한 단계 생략하는 것일 뿐 공정상의 이점이 크지 않아 상용화되지 못하고 있다.

대한민국특허출원 공개 10-2008-0062121호 대한민국특허출원 공개 10-2008-0082718호 대한민국특허출원 공개 10-2008-0009906호 대한민국특허출원 공개 10-2011-0077391호

따라서 본 발명은 컬러필터 기판 제조공정을 획기적으로 단순화하면서 칼럼 스페이서 형상을 자유롭게 조절할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은

기판상에 형성되어 셀 영역을 구획하는 블랙매트릭스;

상기 블랙매트릭스에 의해 구획된 셀 영역에 형성된 컬러필터; 및

상기 블랙매트릭스 또는 컬러필터와 일체로 형성되되, 상기 블랙매트릭스 또는 컬러필터와는 다른 형상을 가진 칼럼스페이서를 구비하는 컬러필터기판을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 칼럼스페이서의 폭이 상기 블랙매트릭스 또는 컬러필터의 폭 보다 좁다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 칼럼스페이서는 블랙매트릭스와 일체로 형성될 수 있다.

한편, 상기 컬러필터는 적색, 녹색, 청색 컬러필터를 포함하며, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 칼럼스페이서가 이들 중 하나와 일체로 형성될 수도 있다.

본 발명은 또한, 자외선 광을 선택적으로 차단시키는 패턴으로 형성된 광 차단층과, 칼럼스페이서의 음각 패턴이 형성된 몰드수지층을 구비한 섀도우 마스크 기능을 갖는 임프린트용 복합몰드를 준비하는 단계;

기판 상에 임프린트용 블랙매트릭스 또는 컬러필터 수지를 도포하는 단계;

상기 기판 상에 도포된 임프린트용 수지 상부에 상기 임프린트용 복합몰드를 정렬한 후 가압 접촉시키는 단계;

상기 임프린트용 복합몰드를 통해 자외선을 조사하여 상기 임프린트용 수지를 선택적으로 경화시킴으로써 경화수지패턴과 미경화수지패턴으로 변형시키는 단계;

상기 복합몰드를 상기 기판으로부터 분리한 후 상기 미경화수지패턴을 선택적으로 제거하여 물리적으로 이격된 패턴 구조를 갖는 블랙매트릭스 또는 컬러필터와 칼럼스페이서를 한번에 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터기판 제조방법을 제공한다.

상기 복합몰드의 몰드수지층에 형성된 칼럼스페이서의 음각 패턴은 광 차단층에 의해 광이 차단되지 않는 부분 또는 광이 차단되는 부분에 선택적으로 형성될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 컬러필터기판을 박막 트랜지스터 기판과 같은 하부기판과 합착시켜 제작된 디스플레이장치를 제공한다.

본 발명은 아직까지 리소그래피 공정에 의존하고 있는 컬러필터/칼럼스페이서 제조공정에 있어서, 블랙매트릭스 또는 컬러필터와 칼럼스페이서를 임프린팅/리소그래피 복합 공정에 의해 한번에 제조함으로써 공정 비용 및 재료 비용을 대폭 절감할 수 있는 실용적인 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 컬러필터기판 제조과정에서 블랙매트릭스와 컬러필터가 일체로 제작된 형상을 보여주는 단면도이다.
도 2a 내지 2c는 도 1의 컬러필터기판을 제조하기 위한 방법의 일례를 도시한다.
도 3a 내지 3c는 도 1의 컬러필터기판을 제조하는 방법의 다른 예를 도시한다.
도 4a 내지 4c는 도 1의 컬러필터기판을 제조하는 방법의 또 다른 예를 도시한다.
도 5는 도 1의 컬러필터기판의 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 컬러필터기판의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따른 컬러필터기판의 단면도이다.

본 발명의 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에서 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 컬러필터기판을 제조함에 있어서 섀도우 기능을 갖는 복합몰드를 이용하여 임프린트/리소그래피 복합공정에 의해 블랙매트릭스 또는 컬러필터와 칼럼스페이서를 한번의 공정으로 제조할 수 있고, 칼럼스페이서의 형상을 블랙매트릭스/컬러필터와 다르게 조절할 수 있다는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(120) 상에 블랙매트릭스와 컬러필터가 일체로 형성되되, 서로 다른 형상을 갖는 구조물(123)을 보여준다.

본 발명에 따른 컬러필터기판은 섀도우 기능을 갖는 복합몰드를 이용하는 임프린팅/리소그래피 복합공정에 의해 제조될 수 있는데, 상기 복합몰드는 본 출원인의 등록특허 제10-0731737 호에 상세하게 기술되어 있으므로, 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.

도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 구현예에 따른 칼라기판제조과정을 도시한다. 도 2a에서 복합몰드(100)는 몰드지지체(102), 자외선 광을 선택적으로 차단시키는 패턴으로 형성된 광 차단층(104,‘섀도우마스크 층’이라고도 함)과, 칼럼스페이서의 음각 패턴(105)이 형성된 몰드수지층(110)을 구비한다.

한편 컬러필터를 제조하기 위한 기판(120) 상에는 임프린트용 블랙매트릭스 또는 컬러필터 수지(122)를 도포한다.

상기 임프린트용 수지(122)가 자외선 경화에 의해 경화되는 네거티브타입인 경우에는 도 2a에 도시된 복합몰드(100)와 같이 광 차단층(104)에 의해 차단되지 않은 부분(103)에 칼럼스페이서의 음각 패턴(105)을 형성한다. 반대로 상기 임프린트용 수지(122)가 포지티브타입인 경우에는 광차단층에 의해 차단된 부분에 음각 패턴을 형성할 수 있다.

다음으로 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 준비된 복합몰드(100)와 기판(200)을 임프린트용 수지(122) 상부에 상기 임프린트용 복합몰드의 음각패턴이 오도록 정렬한 후 가압 접촉시킨다. 그 후 임프린트용 복합몰드(100)를 통해 자외선을 조사하여 상기 임프린트용 수지(122)를 선택적으로 경화시킴으로써 경화수지패턴(123)과 미경화수지패턴(124)으로 변형시킨다.

그 후 복합몰드(100)를 기판(200)으로부터 분리하고, 미경화수지패턴(124)을 선택적으로 제거하여 물리적으로 이격된 패턴 구조를 갖는 블랙매트릭스 또는 컬러필터와 칼럼스페이서를 한번에 형성하여 도 1에 도시된 구조물을 얻을 수 있다.

도 3a 내지 3c와 도 4a 내지 4c는 다른 구조의 복합몰드를 사용하여 도 1의 구조물을 얻는 과정을 설명한다. 상기 도면에서 보는 바와 같이 도 1의 동일한 구조물을 얻기 위해 복합몰드를 구조를 다양하게 변형시킬 수 있다. 특히 도 3a 내지 3c에서 사용된 복합몰드 구조는 임프린트용 수지의 사용량을 대폭 절감할 수 있다는 점에서 유리하다.

이상의 도면에서는 임프린트용 수지로 네거티브타입 수지를 사용한 경우를 예로 들어 도시하고 있지만 이들로 제한되는 것은 아니며, 포지티브타입 수지를 사용하는 경우에는 당업계 통상의 기술 상식에 따라 얼마든지 변형이 가능하다.

도 5는 도 1의 구조물을 부분 확대한 도면이다. 도 1 및 도 5는 기판(12) 상에 블랙매트릭스와 칼럼스페이서가 일체로 형성된 구조물(123)을 예시하는데, 상기 구조물은(123)은 블랙매트릭스부(30)과 칼럼스페이서부(32)의 폭(각각 a 및 b)이 서로 다르다. 블랙매트릭스와 컬러필터의 폭은 LCD의 종류나 해상도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 블랙매트릭스의 경우 30 ㎛ 또는 그 이하, 컬러필터의 경우 50 ㎛ ~ 300 ㎛ 일 수 있다. 폭의 비율(b:a)은 칼럼스페이서와 블랙매스트릭스의 경우 1: 3 ~ 5 정도가 바람직하고, 칼럼스페이서와 컬러필터의 경우 1: 20 ~ 50이 바람직하다.

블랙매트릭스와 컬러필터의 두께는 0.1 ~ 5 ㎛ 일 수 있다. 칼럼스페이서의 두께는 1 ~ 15 ㎛ 일 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 7 ㎛ 이다. 블랙매트릭스 (또는 컬러필터)와 칼럼스페이서의 두께비는 1 : 5 ~ 7 이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일 구현예에 따라, 블랙매트릭스와 칼럼스페이서가 일체로 형성된 구조물(423)을 갖는 컬러필터기판의 단면도이다. 기판(420) 상에 상기 구조물(423)에 의해 구획된 셀 공간이 있고, 여기에 제1, 제 2, 제 3 컬러필터들(426, 427, 428)이 채워져 있으며, 그 위에 오버코트층(430)이 형성된다.

도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따라, 컬러필터와 칼럼스페이서가 일체로 형성된 구조물(527)을 갖는 컬러필터기판의 단면도이다. 기판(520) 상에 블랙매트릭스(523)에 의해 구획된 셀 공간이 있고, 그 중 한 공간에는 컬러필터와 칼럼스페이서가 일체로 형성된 구조물(527)이 채워져 있고 다른 공간에는 제2, 제3 컬러필터들(526, 528)이 채워져 있다.

100 복합몰드 102 몰드지지체
104 섀도우마스크층 또는 광 차단층
105 칼럼스페이서 형성 음각패턴
110 몰드수지층 120, 420, 520 기판
122 임프린트 수지 123 경화수지패턴
124 미경화수지패턴 200 컬러필터기판
426, 427, 428, 526, 527, 528 컬러필터
423, 523 블랙매트릭스 430, 530 오버코트

Claims

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자외선 광을 선택적으로 차단시키는 패턴으로 형성된 광 차단층과, 칼럼스페이서의 음각 패턴이 형성된 몰드수지층을 구비한 섀도우 마스크 기능을 갖는 임프린트용 복합몰드를 준비하는 단계;
기판 상에 임프린트용 블랙매트릭스 또는 컬러필터 수지를 도포하는 단계;
상기 기판 상에 도포된 임프린트용 수지 상부에 상기 임프린트용 복합몰드를 정렬한 후 가압 접촉시키는 단계;
상기 임프린트용 복합몰드를 통해 자외선을 조사하여 상기 임프린트용 수지를 선택적으로 경화시킴으로써 경화수지패턴과 미경화수지패턴으로 변형시키는 단계; 및
상기 복합몰드를 상기 기판으로부터 분리한 후 상기 미경화수지패턴을 선택적으로 제거하여 물리적으로 이격된 패턴 구조를 갖는 블랙매트릭스 또는 컬러필터와 칼럼스페이서를 한번에 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터기판의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 복합몰드의 몰드수지층에 형성된 칼럼스페이서의 음각 패턴은 광 차단층에 의해 광이 차단되지 않는 부분 또는 광이 차단되는 부분에 선택적으로 형성된 것을 특징으로 하는 컬러필터기판 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 칼럼스페이서가 블랙매트릭스와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 컬러필터기판 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 컬러필터는 적색, 녹색, 청색 컬러필터를 포함하며, 상기 칼럼스페이서가 이들 중 하나와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판 제조방법.
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