KR19980018463A

KR19980018463A - 컬러 필터 생산 공정 및 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR19980018463A
Application number: KR1019970037735A
Authority: KR
Inventors: 겐이찌 이와따; 후미따까 요시무라; 히로유끼 스즈끼; 나가또 오사노; 준이치 사까모또
Original assignee: 미따라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1998-06-05
Also published as: US5817441A; KR100261405B1; JPH10104420A; JP3927654B2

Abstract

방수성을 가진 선경화된 블랙 매트릭스 패턴을 투명 기판상에 형성하는 단계, 선경화된 블랙 매트릭스 패턴의 공간에 대응하는 기판의 부분에 잉크를 도포하는 단계, 및 선경화된 블랙 매트릭스를 완전히 경화시키는 단계를 포함하는 컬러 필터 생산 공정을 제공한다.

Description

컬러 필터 생산 공정 및 액정 표시 장치

본 발명은 칼라 필터의 생산 공정에 관한 것으로 특히는 잉크-제트 인쇄 방법을 이용하는 칼라 필터의 생산 공정에 관한 것이다.

본 발명은 또한 액정 표시 장치의 생상 공정에 관한 것이다.

최근에는 개인용 컴퓨터 특히 휴대용 개인용 컴퓨터의 발전에 따라서 액정 표시 장치 특히는 칼라 액정 표시 장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나, 칼라 액정 표시 장치를 널리 보급하기 위해서는 칼라 액정 표시 장치의 단가를 상당히 낮추어야 할 필 요가 있다. 단가의 관점에서 볼때 칼라 필터의 단가를 낮추어야 한다.

저가의 칼라 필터를 생산하기 위한 공정으로서는 유리 기판상의 광 스크린 블랙 매트릭스를 형성하고 잉크-제트 프린터를 이용하여 블랙 매트릭스들 간의 공간을 향해서 잉크를 분사해서 공간들에 대응하는 기판의 부분들을 착색하는 것이 제안되어 있다. 이러한 공정에 관하여, 각각의 픽셀에 대응하는 블랙 매트릭스들 간의 공간 영역을 잉크로 충분히 채우기 위하여 블랙 매트릭스용의 재료로서 잉크에 잘 젖지 않으며 잉크가 쉽게 섞이지 않는 재료가 연구되고 있다.

예를들어, 일본 공개 특허 출원 제 7-35917호는 잉크와의 접촉 각이 적어도 20°인 블랙 매트릭스용 재료가 블랙 매트릭스를 형성하는데 이용되고 잉크가 블랙 매트릭들 간의 공간 영역들을 향하여 분사되는 공정을 제안하고 있다. 일본 공개 특허 출원 제 7-35925호는 블랙 매트릭스용 재료로서 물과의 접촉 각이 적어도 40°인 재료를 이용하는 것을 제안하고 있다.

일본 공개 특허 출원 제 6-347637호에는 기판 표면, 잉크 및 블랙 매트릭스 표면의 임계 표면 장력이 기판 표면잉크블랙 매트릭스 표면이 되도록 조정하고, 블랙 매트릭스 표면의 표면 장력은 35dyn/cm 보다 낮고, 기판 표면의 표면 장력은 35dyn/cm 보다 낮지 않으며 잉크의 표면 장력은 기판 표면 및 블랙 매트릭스 표면과는 적어도 5dyn/cm 만큼 다르게 되도록 그들의 임계 표면 장력을 제공하는 것이 제안되어 있다. 모든 이들 예에서, 블랙 매트릭스용 재료에 높은 방수력을 제공하기 위하여 이 재료에 플루오린 화합물 또는 실리콘 화합물을 함유시키는 것이 제안되고 있다.

게다가, 일본 공개 특허 출원 제 4-121702호는 기판의 반대쪽에 솔보필리서티(solvophilcity)를 갖고 있는 뱅크들을 형성하고 뱅크들 사이에 잉크를 채우는 공정을 제안하고 있다. 그러나 재료에 대해서는 상세히 설명하고 있지 않다.

방수제인 플루오린 화합물 또는 실리콘 화합물을 이들 예와 같은 블랙 매트릭스용 재료내로 합성하면, 블랙 매트릭스용 재료내의 방수제가 블랙 매트릭스 패턴의 최종 단계인 포스트 베이킹(post baking)시에 증발해서 블랙 매트릭스들 사이의 공간들에 대응하는 유리 기판의 표면에 얇게 달라붙는다. 한편, 방수제가 첨가되지 않은 때 조차도 블랙 매트릭스용 재료에 함유되어 있는 저분자 유기 물체는 증발되어 유리 표면에달라붙는다. 각각의 경우에, 유리 표면은 방수성을 나타내며 이는 잉크가 블랙 매트릭스들 사이의 공간들에 대응하는 유리 기판의 (픽셀 역활을 하는)부분들에 제공된때 잉크가 이들 부분에 부착되는 것이 방지된다는 문제점을 야기시킨다.

게다가, 블랙 매트릭스 표면은 방수성을 갖고 있기 때문에 표면 상에 형성된 보호층과 투명 도전막의 접착력이 잉크에 의한 착색 후에 나빠진다는 또 다른 문제가 있어왔다.

더구나, 블랙 매트릭스 내의 방수제는 액정 표시 장치의 제조 공정중의 열처리시에 증발해서 액정 표시 장치에 나쁜 영향을 준다는 문제도 있어 왔다.

본 발명은 이러한 상황 인식하에서 이루어진 것으로 그의 목적은 착색을 고르게 하기 위하여 잉크-제트 등에 의해 블랙 매트릭스들 간의 공간 영역에 칼라 잉크를 제공할 때 잉크 시싱(cissing)이 발생하지 않아 결함 및 불균일이 없고 콘트라스트가 높은 칼라 필터를 생산하는 공정과, 그러한 칼라 필터가 장착된 액정 표시 장치를 생산하는 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 블랙 매트릭스 내에 방수제를 이용하지 않고도 공간 영역이 착색될 때 잉크 시싱이 발생하지 않고 블랙 매트릭스들 간의 공간 영역들이 고르게 착색될 수 있는 칼라 필터 뿐만 아니라 보호층과 투명 도전층의 접착이 양호하고 액정 표시 장치의 생산시에 나쁜 효과가 발생되지 않는 칼라 필터를 생산하는 공정을 제공하는 것이다.

상기 목적은 이하 설명되는 본 발명에 의해 성취될 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음의 단계를 포함하는 칼라 필터 생산 공정이 제공된다:

방수성을 갖고 있는 선경화된 블랙 매트릭스를 투명 기판상에 형성하는 단계;

선경화된 블랙 매트릭스 패턴의 공간들에 대응하는 기판의 부분들에 칼라 잉크를 제공하는 단계; 및

선경화된 블랙 매트릭스를 완전히 경화하는 단계.

본 발명에 따르면 방수성을 갖고 있는 선경화된 블랙 매트릭스 패턴을 투명 기판에 형성하고, 선경화된 블랙 매트릭스 패턴의 공간들에 대응하는 기판의 부분들에 칼라 잉크를 제공한 다음 선경화된 블랙 매트릭스 패턴을 완전히 경화시켜서 칼라 필터 기판을 형성하는 단계; 칼라 필터 기판에 대향하게 픽셀 전극을 갖고 있는 대향 기판을 배열하는 단계; 및 칼라 필터 기판과 대향 기판 사이의 공간 내에 액정 화합물을 제공하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치 제조 공정이 제공된다.

도 1a 내지 1e는 본 발명에 따른 컬러 필터를 생산하는 단계를 설명하는 도.

도 2는 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 14: 기판

2: 블랙 매트릭스 패턴

3: 마스크

4: 기판 표면

5: 잉크

6: 보호막

9: 컬러 필터

10: 공통 전극

11: 얼라인먼트 막

12: 액정 합성물

13: 픽셀 전극

15: 편광판

16: 후광

칼라 필터를 생산시에 블랙 매트릭스들 간의 공간들에 대응하는 기판의 부분들이 적, 녹, 및 청 잉크로 착색될 때 인접하는 픽셀 영역에 배치된 잉크가 블랙 매트릭스를 넘어서 서로 섞이지 않게 하기 위하여, 블랙 매트릭스를 젖지 않는 재료로 형성할 필요가 있다. 즉, 블랙 매트릭스는 잉크의 표면 에너지 보다 낮은 표면 에너지를 가져야 한다. 한편, 콘트라스트가 양호한 칼라 필터를 얻도록 블랙 매트릭스로 구획된 각각의 공간 픽셀 영역들에 잉크가 충분히 번지게 하기 위해서는 픽셀 영역의 표면이 잉크에 용이하게 젖어야 한다. 즉, 픽셀 영역의 표면 에너지가 잉크의 표면 에너지 보다 높아야 한다. 따라서, 블랙 매트릭스들과 이들에 의해 구획된 픽셀 영역들 간에 잉크에 대한 습윤도의 소정 차이가 있어야할 필요가 있다. 습윤도는 표면 에너지 또는 물과의 접촉 각으로 표현된다.

집중적인 연구 결과, 본 발명의 발명자들은 블랙 매트릭스용으로 이용된 수지 성분은 완전한 경화시에서 보다 선경화시에 방수성이 높기 때문에 본발명이 성취된다는 것을 발견하였다. 다른 말로, 본 발명에 있어서는 칼라 잉크의 제공은 블랙 매트릭스를 완전히 경화시키기 전의 선경화 상태에서 실행되기 때문에 블랙 매트릭스의 패턴에 대해서는 방수성이 높은 반면에, 블랙 매트릭스에 의해 구획된 공간 영역에서는 방수 성분 또는 유기 성분이 부착되지 않기 때문에 방수성이 낮다. 그러므로, 픽셀 부분, 블랙 매트릭스에 의해서 구획된 공간 영역 및 블랙 매트릭스 부분 간의 방수성 차(표면 에너지 차)는 증가될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 어떤 잉크 시싱이 발생됨이 없이 블랙 매트릭스들 간의 공간 영역에 칼라 잉크를 도포하여 공간 영역들이 고르게 착색되므로 흠결 및 불규칙성이 없고 콘트라스트가 높은 칼라 필터를 생산할 수 있다.

여기서, 완전한 경화란 패턴화된 블랙 매트릭스를 기판 표면에 공고히 부착시키기 위하여 패턴화된 블랙 매트릭스를 경화시키므로써 액정 표시 장치용 칼라 필터로서 이용될 수 있는 블랙 매트릭스를 형성하고 중합 반응의 정도를 증가시키므로써 내구력을 향상시키기 위한 처리를 의미한다. 일반적으로 열처리 온도는 이용되는 블랙 매트릭스 재료에 따라서 약 150 내지 250℃의 범위 내이다.

한편, 선경화 상태란 블랙 매트릭스 재료가 기판 표면에 부착되고 재료 내에 함유되어 있는 용제 부분이 증발되는 상태를 의미한다. 그러나, 완전한 경화 처리와 같이 열처리되지 않기 때문에, 재료는 완전한 경화 후에 얻은 바와 같은 실제 막 강도에 미치지 못한다.

보다 구체적으로, 선경화 상태는 블랙 매트릭스용으로 이용된 수지 성분을 용해하는 용제 부분이 증발하는 상태를 의미한다.

일반적으로, 수지 성분을 용해시키는 용제에 관하여, 막의 레벨링 성질을 향상시키기 위해 고비등 용제를 사용함과 동시에 수지를 용해시키기고 응용시에 점성을 최적 범위로 조정하기 위하여 희석제로서 저비등 용제를 이용한다.

용제 부분이 증발되는 상태는 저비등 용제 대부분이 증발하는 상태를 의미한다.

본 발명에 이용된 선경화 상태는 블랙 매트릭스 재료의 전체 양에서 나머지 용제의 부분으로 양적으로 표현된다.

재료에 따라서, 나머지 용제의 부분은 블랙 매트릭스 재료의 전체 양을 기준한 체적의 대략 5 내지 20%이다.

본 발명에서, 블랙 매트릭스는 잉크의 도포시 선경화 상태에서 방수성만을 나타내야만 한다. 그러나, 후속 단계에서 형성된 투명층 또는 보호층의 접착도가 증가하기 때문에 완전한 경화후에는 방수성이 감소하는 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 블랙 메트릭스를 형성하는 재료에 관해서라면, 선경화 후에는 물과의 접촉각이 70°보다 적지 않게 유지될 수 있으나, 완전한 경화후라면 물과의 접촉각이 40°이상 양호하게는 60°이상 감소되는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

그러한 재료를 사용함으로써, 블랙 매트릭스와 블랙 매트릭스에 의해 구획된 공간 영역간의 접촉각의 차이가 선경화 후에 40°이상 될수 있기 때문에 블랙 매트릭스는 잉크가 도포될때 컬러 믹싱을 확실히 방지할 수 있고, 한편 완전한 경화 후에는 블랙 매트릭스의 접촉각은 30°이하로 될수 있기 때문에 후속하는 단계에서 형성된 투명 도전층과 보호층의 접착도는 개량될 수 있다.

본 발명에서 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 재료로서, 블랙 감광성 수지 합성물 또는 블랙 비감광성 수지 합성물이 사용될 수 있다. 방수성을 향상시키기 위해서는, 후속하는 단계에서 분해되기 용이한 사이드 체인(side chain)상의 메틸 족과 같은 족을 갖고 있는 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 재료는 블랙 매트릭스 형성을 위해 일반적으로 열 처리를 필요로 하는 블랙 매트릭스용 재료이며, 방수제, 비반응 물질(예를 들어, 광중합 개시재(initiator) 및 모노머 성분), 기판에 대한접착도를 향상시키기 위하여 첨가된 실란 결합제, 용해제로서의 유기 용제등이 블랙 매트릭스들간의 공간 영역의 방수성을 향상시키기 위한 열처리 동안 블랙 매트릭스용 재료로 부터 증발됨으로써, 잉크에 대한 습윤성이 감퇴되는 재료이다. 그러나, 그러한 재료는 본 발명에서 적합하게 사용될 수 있다.

블랙 감광성 수지 합성물은 블랙 안료(pigment) 또는 염료 및 감광성 재료를 포함하고 선택적으로 비감광성 수지를 포함할수 있다.

감광성 재료는 UV 레지스트, 딥-UV 레지스트, 자외선경화형 수지 등 이다.

UV 레지스트의 예는 순환형 폴리이소프렌-방향 비사자이드(polyisoprene-aromatic bisazide)형 레지스트 및 페놀 수지-방향 아지드 화합물형 레지스트와 같은 네가티브형 레지스트, 및 노볼락 수지-다이조나프토키논형 레지스트와 같은 파저티브형 레지스트를 포함한다.

딥-UV 레지스트는 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(스티렌 설폰), 폴리(헥사플루오로부틸 메타크릴레이트), 폴리(메틸 이소프로페닐 케톤) 및 브롬화된 폴리(1-트리 메틸-실리프로핀)와 같은 방사-분해가능한 폴리머 레지스트와; O-니트로벤질 쵸콜릿과 같은 용해 금지형 파지티브형 레지스트; 및 폴리(비닐 페놀-3, 3´-다이아지드 다이페놀 설폰) 및 폴리(글리시딜 메타아크릴레이트)와 같은 네가티브형 레지스트를 포함한다.

자외선경화형 수지의 예는 벤조페논 및 그의 치환된 유도체, 벤조인 및 그의 치환된 유도체, 아세토페논 및 그의 치환된 유도체, 및 벤질등으로 형성된 산소 농도형 합성물로 부터 선택된 하나 이상의 광 폴리머 개시자 중량의 약 2 내지 10%를 함유하고 있는 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에폭시 아크릴레이트 및 폴리우레탄 아크릴레이트를 포함한다.

이들 중에서는, 완전한 경화 후에서 보다 선경화시에 방수성이 높기 때문에 즉, 완전한 경화후에는 방수성이 감소하므로 UV 레지스트, 딥-UV 레지스트 및 자와선경화형 수지와 같은 네가티브형 레지스트가 바람직하다.

블랙 감광성 수지 합성물은 이들이 기판에 도포될때 상술한 바 있는 고비등 용제 및 저비등 용제로 이루어진 용제에서 분산(disperse)된다.

저비등 용제의 예는 부틸 아세테이트, 프로피렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME)등 이고, 고비등 용제의 예는 프로피렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 에틸 셀로솔브 아세테이트(ECA), 3-메톡시부틸 아세테이트(MBA)등 이다.

고비등 용제가 최소한 50% 중량의 비율로 함유된 합성 용제가 사용된다.

카본 블랙 또는 블랙 유기 안료가 블랙 안료로서 사용될 수 있다.

그의 방수성을 향상시키기 위해 블랙 매트릭스에 방수제가 함유될 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 선경화시 방수성이 높고 보호층 및 투명 도전층이 쉽게 형성될 수 있기 때문에 방수제를 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

블랙 감광성 수지 합성물이 사용되는 경우, 예를 들어 도 1a 내지 1e에서 도시된 바와 같은 연속된 단계에 따라서 컬러 필터가 생산될 것이다. 부연하면, 다음의 단계(a) 내지 (e)는 도 1a 내지 1e에 각각 대응한다.

(a) 블랙 감광성 수지 합성물(2)이 투명 기판(1)에 도포된다. 코팅 방법으로서는 스핀 코팅, 다이 코팅 및 딥 코팅과 같은 다양한 방법이 사용될 수 있다. 코팅막의 두께는 필요한 광 차폐 능력을 보유하기 위해 충분한 두께로 예를 들어, 약 1㎛이다. 투명 기판으로서는 예를 들어 유리가 자주 사용되나, 플라스틱막 또는 시트가 사용될 수도 있다. 필요에 따라, 접착도를 향상시키기 위한 박막을 투명 기판상에 미리 형성시켜 블랙 매트릭스 및 컬러 잉크에 대한 접착도를 향상시킬 수 있다.

(b) 코팅된 층은 예를 들어, 핫 플레이트를 사용하여 선경화되고, 감광성 수지 합성물의 감도에 대응하는 파장의 광을 발출하는 노출 시스템과 선정된 패턴을 가진 마스크(3)를 이용하여 노출된다

(c) 감광성 수지 합성물이 네가티브형일때, 노출시 마스크(3)에 의해 차페되었던 부분은 기판의 표면을 벗겨내는 현상에 의해 현상 용액에서 용해되어 버리고, 노출된 부분은 블랙 매트릭스 패턴(2)으로서 남는다. 후속적으로, 이렇게 현상된 코팅 막은 현상 용액을 씻어내기 위하여 린스되고, 스핀 드라잉, 에어 나이프등과 같은 방법으로 간단히 건조된다. 그리하여, 블랙 매트릭스들 사이의 공간 영역들의 기판 표면(4)이 깨끗해진다.

(d) 예를 들어 R(적색), G(녹색) 및 B(청색)로 선정된 컬러의 잉크(5)는 블랙 매트릭스들 간의 공간 영역에 도포된다. 잉크를 도포하는 방법으로서 일반적으로 오프셋 인쇄, 사진 인쇄 또는 스크린 인쇄와 같은 방법이 사용된다. 그러나, 잉크 제트 인쇄기는 인쇄시 인쇄판이 사용되지 않기 때문에, 잉크 방울의 직경을 조절하여 고정밀도의 패터닝이 실현할 수 있으므로 잉크 제트 인쇄를 이용하는 것이 바람직하다. 여기에 사용되는 잉크로서는, 상술된 블랙 매트릭스에 의해 반발되기 쉽고 블랙 매트릭스들 사이에 배치된 픽셀 영역들에 적시기 쉬운 잉크를 적절히 선택할 수 있다. 잉크의 표면 에너지(표면 장력)는 일반적으로 30 내지 70 dyn/㎝의 범위내에 있다. 이러한 잉크는 염료-기반 잉크 또는 안료-기반 잉크일 수 있다. 잉크용의 용제는 주로 물로 구성되고 친수성 유기 용제등을 함유할 수 있다.

잉크로서는 잉크의 경화와 블랙 매트릭스의 완전한 경화를 동시에 실행시키는 것이 가능한 열경화성형 잉크를 사용하는 것이 바람직하다.

블랙 매트릭스의 완전한 경화시에서와 동일한 온도 조건하에서 정해질 수 있는 재료는 잉크에 함유된 열경화성 성분으로서 바람직하다. 이는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 에네티올등 중에서 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 게다가, 방향성 아민, 산 무수물 등을 상기 수지내로 주입함으로서 얻어진 것들은 요구되는 공정 온도에 따라 사용될 수 있다.

(e) 블랙 매트릭스를 완전히 경화시키기 위한 히팅-드라잉(포스트 베이킹) 처리는 블랙 매트릭스를 형성하기 위하여 실행된다. 동시에, 잉크를 완전히 경화시키는 것이 바람직하다.

그러므로, 필요에 따라 보호층이 제공된다.

한편, 블랙 안료 또는 염료를 함유하는 비감광성 수지 합성물 및 비감광성 수지 또한 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 재료로서 사용될 수 있다. 블랙 비감광성 수지 합성물은 이것이 기판에 도포될때 적합한 용제내에서 분산된다.

사용된 비감광성 수지의 예는 폴리마이드, 아크릴 모노머 및 우레탄 아크릴레이트를 포함한다.

이 경우 컬러 필터의 셍산 단계에서는, 감광성 수지 합성물이 사용된 경우에서와 동일한 방법으로 기판 상에 두께가 약 1㎛인 블랙 비감광성 수지 합성물의 코팅된 막을 형성한 후에 광레지스트를 마스크로서 사용하여 블랙 매트릭스용 재료를 에칭함으로써 블랙 매트릭스 패턴을 형성할 수 있다. 이 패턴 또한 광레지스트를 사용하여 리프트-오프(lift-off)함으로써 형성될 수 있다. 그런 다음, 상술한 단계(d) 및 후속 단계에 따라 컬러 필터가 생산될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 컬러 필터가 내부에 형성된 TFT 컬러 액정 표시 장치의 단면도이다. 부연하면, 그 구조는 이 실시예에 제한되지 않는다.

컬러 액정 표시 장치는 일반적으로 컬러 필터 기판(1) 및 이에 대행하는 기판(14)를 통합하고 이들 사이의 공간에 액정 합성물(12)을 삽입함으로써 형성된다. TFT(도시되지 않음) 및 투명 픽셀 전극(13)은 액정 표시 장치의 기판(14) 내부에 매트릭스 형태로 형성된다. 컬러 필터(9)는 R, G, B의 착색 재료를 배열하기 위해 다른 기판(1) 안쪽의 픽셀 전극(13)에 대향하는 위치에 제공된다. 투명 카운터 전극(공통 전극)(10)은 컬러 필터(9)상에 걸쳐 형성된다. 블랙 매트릭스는 일반적으로 컬러 필터 기판의 사이드상에 형성된다. 얼라인먼트 막(11)은 또한 양 기판의 표면내에 형성된다. 액정 분자는 이들 막을 러빙 처리시킴으로써 고정된 방향으로 배열될 수 있다. 편광판(15)은 양 유리 기판의 외측 표면에 접착된다. 액정 합성물(12)은 이들 유리 기판 사이의 공간(대략 2 내지 5㎛)에 채워진다. 후광(16)으로서, 형광 램프와 산란판(모두 도시되지 않음)을 조합한 것이 사용된다. 액정 합성물은 후광(16)으로 부터의 광선의 투과율을 변경시키기위한 셔터로서 기능함으로써 표시를 한다. 부연하면, 참조 번호(2, 4 및 6)는 각각 블랙 매트릭스, 착색된 부분 및 보호막을 지정한다.

이하 본 발명은 다음의 예를 들어 좀더 상세히 기술할 것이다.

예 1:

유리 기판을 2% 수산화나트륨 수성 용액을 사용하여 알칼리 초음파 세정을 시킨 다음 UV-오존 처리를 시킨후에, 카본 블랙을 포함하는 레지스트 재료(일본 철강 화학 주식회사가 생산한 상품인 블랙 매트릭스용 네가티브형 레지스트 잉크, 상표명: V-259 BK-739P)를 1㎛의 막 두께를 얻기 위해 스핀 코터(spin coater)에 의해 유리 기판에 도포하였다. 이 기판은 레지스트를 선경화시키기 위해 핫 플레이트상에서 180초 동안 80℃에서 가열 되었다.

이렇게 형성된 레지스트 막은 딥-UV 노출 시스템 및 선정된 패턴의 마스크에 의해 근접 노출된 다음 스핀 현상기를 사용하여 무기물 알칼리의 수성 용액으로 구성된 현상 용액으로 현상하였다. 이렇게 현상된 레지스트 막은 현상 용액을 완전히 제거하기 위하여 정화된 물로 린스 하였고, 기판은 스핀 건조를 사용하여 간단히 건조하였다.

이 상태에서, 물과 블랙 매트릭스 표면과의 접촉각이 측정되었다. 그 결과, 접촉각은 85°이었고, 기판은 젖기 어려운 상태가 되었다. 한편, 블랙 매트릭스와 물 사이의 공간에서 유리 표면의 접촉각은 45°이었다.

적, 녹 및 청색의 염료-기반 잉크는 잉크 제트 장치를 사용하여 블랙 매트릭스 패턴의 공간 영역에 각각 도포되어 이 공간 영역에 대응하는 기판 표면의 부분들이 착색되었다. 이들 잉크는 각각 수지(주로 아크릴-실리콘 격자 폴리머로 이루어진 자기 크로스링킹 열경화성 수지)내에 (예를 들어 앤트라퀴논 염료, 아조 염료, 트리페닐메탄 염료 및 폴리메틴 염료중 적합하게 선택된) 염료를 분산시키고 이 분산을 용제(예를 들어 이소프로필 알콜, 에틸렌 글리콜 또는 N-메틸 1-2-피롤리돈)에서 용해시킴으로써 각각 준비되었다. 잉크는 48 dyn/㎝의 표면 에너지를 가지고 있다.

그후, 블랙 매트릭스 및 컬러 잉크는 완전히 경화되도록 200℃의 깨끗한 오븐에서 30분 동안 가열됨으로써, 컬러 필터를 완성하게 된다.

컬러 필터를 검사해보니, 컬러 잉크는 블랙 매트릭스들간의 공간 영역에서 기판 표면에 고르게 피복되었고, 인접한 픽셀 영역 및 블랭크 영역들 사이의 블리딩(bleeding), 런아웃(runout), 컬러 믹싱과 같은 결함 결과는 관찰되지 않았다. 그후, 보호막이 블랙 매트릭스와 컬러 잉크의 표면상에 형성된후, 이 막에는 오버코팅 재료(일본 합성 고무 주기회가의 생산품인 옵토머 SS 6500)를 사용하여 투명 도전 막이 형성되었다. 이 경우, 보호막은 접착도가 우수하여 불편한 점이 발생되지 않았다. 이렇게 생산된 컬러 필터는 도 2에 도시된 액정 표시 장치를 제작하기 위하여 사용되었다. 그 결과, 어떤 결함도 없고 컬러 특성이 우수한 액정 표시 장치가 제공되었다.

예 2:

유리 기판이 2% 수산화나트륨 수성 용액을 사용하여 알칼리 초음속 세정 처리된 다음 UV-오존 처리된 후에, 카본 블랙을 포함하는 레지스트 재료(후지 헌트 K.K의 생산품인 블랙 매트릭스용 네가티브형 레지스트 잉크, 컬러 모자익 CK-S171)는 스핀 코터에 의해 유리 기판애 막 두께가 1㎛가 되게 도포되었다. 이 기판은 레지스트를 선경화시키기 위하여 100℃ 핫 플레이트에서 180초 동안 가열되었다.

이렇게 형성된 레지스트 막은 i-광선 노출 시스템 및 선정된 패턴의 마스크에 의해 근접 노출 시킨후에 무기 알칼리 수성 용액으로 구성된 현상 용액에 담금으로써 현상하였다. 그후, 이 패턴은 고압력 하에서 정화된 물을 스프레이하여 린싱 처리를 하는 동안 완전한 형태로 조정되었다. 스핀 드라이를 사용하여 기판을 간단히 건조시킨 후에 이 상태에서 블랙 매트릭스와 물과의 접촉각을 측정하였다. 그 결과, 접촉각은 87°이고, 기판은 젖기 어려운 상태가 되었음을 발견하였다. 한편, 블랙 매트릭스들 사이의 공간에서 유리 표면과 물과의 접촉각은 22°이었다.

적, 녹 및 청색의 염료-기반 잉크는 잉크 제트 장치를 사용하여 블랙 매트릭스 패턴의 공간 영역에 도포함으로써 공간 영역에 대응하는 기판 표면의 컬러 부분들이 착색되었다. 이들 잉크는 각각 수지(자기 크로스링킹 아크릴 산-아크릴 에스테르 유탁액)에서 (예를 들어 앤트라퀴논 염료, 아조 염료, 트리페닐메탄 염료 및 폴리메틴 염료중 적합하게 선택된) 염료를 분산시키고 분산된 것을 용제(예를 들어 이소프로필 알콜, 에틸렌 글리콜 또는 N-메틸 1-2-피롤리돈)에서 용해시킴으로써 준비되었다. 잉크는 48 dyn/㎝의 표면 에너지를 가지고 있다.

그후, 블랙 매트릭스 및 컬러 잉크는 200℃의 깨끗한 오븐에서 30분 동안 가열되어 완전히 경화됨으로써, 컬러 필터가 완성되었다.

컬러 필터를 검사해보니, 컬러 잉크는 블랙 매트릭스들간의 공간 영역에서 기판 표면에 고르게 피복되었고, 인접한 픽셀 영역 및 블랭크 영역들과의 사이에 블리딩, 런아웃, 컬러 믹싱과 같은 결함이 관찰되지 않았다.

그후, 보호막을 블랙 매트릭스와 컬러 잉크의 표면상에 형성한 후, 오버코팅 재료(일본 합성 고무 주기회가의 생산품인 옵토머 SS 6500)를 사용하여 투명 도전 막을 상술한 (보호)막상에 형성하였다. 이 경우에, 보호막은 접착도가 우수하여 불편한 점이 발생되지 않았다. 이렇게 생산된 컬러 필터는 도 2에 도시된 액정 표시 장치를 제작하기 위하여 사용되었다. 그 결과, 어떤 결함도 없고 컬러 특성이 우수한 액정 표시 장치가 제공되었다.

비교 예 1:

예 1에서와 유사한 코팅, 노출, 현상 및 린싱의 연속 단계로 유리 기판상에 블랙 매트릭스의 패턴을 형성한 후, 결과적인 기판을 200℃ 깨끗한 오븐에서 30분 동안 연속적으로 가열하여 컬러 잉크의 도포 이전에 블랙 메트릭스를 완전한 경화시켰다.

이 상태에서, 블랙 매트릭스 대 물과의 접촉각 및 블랙 매트릭스 사이의 공간 영역에 있는 유리 표면 대 물과의 접촉각은 각각 75°및 68°였고, 따라서 블랙 매트릭스들 사이의 공간 영역에 있는 유리 표면의 방수성은 높아지고 양 표면 사이의 표면 에너지의 차이는 거의 없었다.

예 1에서 사용한 것과 동일한 염료-기반 잉크로 블랙 매트릭스들 사이의 공간 영역들에 대응하는 이 기판의 표면을 잉크-제트 장치로 착색하려는 시도가 있었다. 그러나, 잉크는 공간 영역에 대응하는 유리 기판에서 반발되었고, 따라서 잉크는 유리 표면을 충분히 젖게할 수도 없었고, 픽셀 영역에 번지지도 않았다.

비교 예 2:

플루오린 화합물 방수제(수미토모 3M 주식회사에서 생산된, 플로라드 FC430)의 1% 중량을 레지스트 재료(일본 철강 화학 주식회사 생산품인 블랙 매트릭스용 네가티브형 레지스트 잉크, V-259 BK-739P)에 첨가함으로써 얻어진 재료를 블랙 매트릭스용 재료로서 사용하여 상기 비교 예 1에서와 동일한 방법으로, 완전히 경화된 블랙 매트릭스를 유리 표면 상에 형성하였다.

이 상태에서, 블랙 매트릭스 표면과 물과의 접촉각이 측정되었다. 그 결과, 접촉각은 88°이었고, 표면은 젖기 어려운 상태가 되었다. 그러나, 유리 표면은 또한 78°인 물과 접촉각으로 나타난 블랙 매트릭스 표면과 같이 젖기 어려운 상태가 되었다.

예 1에서 사용한 것과 동일한 염료-기반 잉크를 블랙 매트릭스들 사이의 공간 영역들에 대응하는 이 기판의 표면에 잉크 제트 장치로 착색하려는 시도가 있었다. 그러나, 잉크는 전체 표면에 분산되어, 잉크는 픽셀 영역만을 채울수는 없었다.

비교 예 3:

플루오린 화합물 방수제(수미토모 3M 주식회사가 생산한, 플로라드 FC430)의 0.5% 중량을 레지스트 재료(일본 철강 화학 주식회사 생산품인 블랙 매트릭스용 네가티브형 레지스트 잉크, V-259 BK-739P)에 첨가함으로써 얻은 재료를 블랙 매트릭스용 재료로서 사용하여 상기 비교 예 1에서와 동일한 방법으로, 완전히 경화된 블랙 매트릭스를 유리 표면 상에 형성하였다.

이 상태에서, 블랙 매트릭스 표면과 물과의 접촉각이 측정되었다. 그 결과, 접촉각은 80°이었고, 표면은 젖기 어려운 상태가 되었다. 유리 표면과 물과의 접촉각은 74°이었다.

블랙 매트릭스들간의 공간 영역에 대응하는 기판의 표면은 잉크 제트 장치에 의해 적, 녹 및 청색의 염료-기반 잉크로 착색되었다. 그 결과, 잉크는 공간 영역에 대응하는 유리 기판에서 부분적으로 반발되었다.

표면상에 보호층을 형성하기 위하여 잉크로 도포된 기판을 50℃에서 10분간 건조시킨 다음 스핀 코팅에 의해 오버코팅 재료(일본 합성 고무 주식회사 생산품인 옵토머 SS 6500)를 도포하려는 시도가 있었다. 그러나, 블랙 매트릭스들상의 보호층은 열 경화가 시작된 다음 수분내에 부서졌다.

본 발명에 따르면, 잉크 제트등으로 블랙 매트릭스들 사이의 공간 영역에 컬러 잉크를 도포할때 소정의 잉크 시싱도 야기시킴이 없이 공간 영역을 고르게 착색시키는 결함, 불규칙성 및 컬러 믹싱이 없고 콘트라스트가 높은 컬러 필터를 쉽게 생산할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따르면 블랙 매트릭스에서 방수제를 사용함이 없이도, 잉크 시싱이 야기됨이 없고 블랙 매트릭스들 사이의 공간 영역들이 착색될때 고르게 착색될 수 있는 칼라 필터 뿐아니라, 보호층과 투명 도전층의 접착도가 양호하고 액정 표시 장치의 생산시 나쁜 영향을 야기시키지 않는 컬러 필터를 생산하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 블랙 매트릭스의 완전한 경화 및 컬러 잉크의 착색은 동시에 실행될 수 있고 따라서 제작 공정이 단축될 수 있으므로 양질의 컬러 필터가 저가로 제작될 수 있다.

한편 본 발명이 현재 양호한 실시예를 고려하여 기술되었다 하더라도, 나타낸 실시예에 제한되는 것은 아님을 주지하기 바란다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항의 정신 및 범주내에 포함되는 다양한 변경 및 동일한 구성을 포함할 것이다. 다음의 청구항의 범위는 그러한 수정 및 동일한 구조 및 기능을 포함할 수 있도록 최대한 넓게 해석된다.

Claims

컬러 필터 생산 공정에 있어서,

방수성을 가진 선경화된 블랙 매트릭스를 투명 기판상에 형성하는 단계;

상기 선경화된 블랙 매트릭스 패턴의 공간들에 대응하는 기판의 부분들에 컬러 잉크를 도포하는 단계; 및

상기 선경화된 블랙 매트릭스를 완전히 경화시키는 단계를 포함하는 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 형성 재료는 선경화후에는 방수성을 가지며, 완전한 경화후에는 상기 방수성이 감소하는 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 재료는 블랙 감광성 수지 합성물인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 재료는 블랙 비감광성 수지 합성물인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 패턴을 형성하는 단계는 블랙 감광성 수지 합성물을 노출 및 패터닝하는 단계인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계는 광레지스트를 사용하여 블랙 비감광성 수지 합성물을 패터닝하는 단계인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 잉크는 잉크 제트 인쇄 시스템에 의해 도포되는 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 컬러 잉크는 열경화성 잉크인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서, 물에 대한 상기 선경화된 블랙 매트릭스의 접촉각은 최소 70°인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 선경화된 블랙 매트릭스들간의 물에 대한 접촉각과, 상기 선경화된 블랙 매트릭스의 공간에 대응하는 기판의 부분들간의 물에 대한 접촉각의 차는 최소 40°인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

물에 대한 상기 완전히 경화된 블랙 매트릭스의 접촉각은 30°이하인 컬러 필터 생산 공정.
제1항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스를 완전히 경화시킨 후에 상기 컬러 필터의 표면상에 보호막을 제공하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 생산 공정.
액정 표시 장치 생산 공정에 있어서,

방수성을 가지는 선경화된 블랙 매트릭스 패턴을 투명 기판상에 형성하고, 선경화된 블랙 매트릭스 패턴의 공간들에 대응하는 기판의 부분들에 컬러 잉크를 도포하고, 선경화된 블랙 매트릭스를 완전히 경화시키는 단계를 거쳐 컬러 필터 기판을 형성하는 단계;

상기 컬러 필터 기판에 대향하게 픽셀 전극을 가진 대향 기판을 배열하는 단계; 및

상기 컬러 필터 기판 및 상기 대향 기판 사이의 공간에 액정 합성물을 삽입하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 형성 재료는 선경화 후에는 방수성을 가지며, 완전한 경화 후에는 상기 방수성이 감소되는 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 재료는 블랙 감광성 수지 합성물인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 재료는 블랙 비감광성 수지 합성물인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 패턴을 형성하는 단계는 블랙 감광성 수지 합성물을 노출 및 패터닝하는 단계인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스 패턴을 형성하는 단계는 광레지스트를 사용하여 블랙 비감광성 수지 합성물을 패터닝하는 단계인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 잉크는 잉크 제트 인쇄 시스템에 의해 도포되는 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 컬러 잉크는 열경화성 잉크인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

물에 대한 상기 선경화된 블랙 매트릭스의 접촉각은 최소 70°인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

상기 선경화된 블랙 매트릭스간의 물과의 접촉각과, 선경화된 블랙 매트릭스 패턴의 공간들에 대응하는 기판의 부분들간의 물과의 접촉각과의 차이는 최소 40°인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

물에 대한 상기 완전히 경화된 블랙 매트릭스의 접촉각은 30°이하인 액정 표시 장치 생산 공정.
제13항에 있어서,

블랙 매트릭스의 완전한 경화후 상기 컬러 필터의 표면상에 보호막을 제공하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치 생산 공정.