KR20030044663A - 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법은 균일한 높이의 격자구조를 나타내는 수지 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 블랙 매트릭스 사이의 픽셀영역 각각에 대하여 잉크젯 프린터를 이용한 분사가 이루어지도록 함으로써, 그 분사위치의 제어가 용이하지 않으며, 이에 따라 색상층이 혼색되는 등 수율이 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 유리기판 상에 위치하며, 일측방향으로 긴 제1패턴과, 그 제1패턴과는 수직으로 교차하며, 상기 제1패턴의 두께보다 두꺼운 제2패턴을 구비하는 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스의 제2패턴이 정의하는 유리기판 및 제1패턴의 상부에 연속적으로 위치하는 색상층으로 구성하여, 횡방향으로 긴 패턴의 두께에 비하여, 종방향으로 긴 패턴의 두께가 더 두껍도록 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 블랙 매트릭스의 두꺼운 패턴을 따라 색상층을 연속적으로 인쇄함으로써, 색상층 사이의 혼색을 방지함과 아울러 색상층 인쇄를 위한 잉크의 분사 주기를 조절할 필요가 없어 공정이 용이하고, 수율을 향상시키며, 공정의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법{COLOR FILTER FOR LCD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 블랙 매트릭스의 단차를 이용하여 색상층을 하나의 줄을 연속적으로 인쇄하여 공정을 보다 용이하게 할 수 있는 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 표시장치는 소비전력이 적고, 구동전압도 낮으며, 박형 경량화에 적합한 장점이 있다.

액정 표시장치의 구조는 하판에 투명전극에 전압을 인가제어하는 트랜지스터를 구비하고, 상판의 투명전극과 하판의 투명전극 사이의 전압에 따라 그 하판과 상판 사이에 주입되는 액정을 구동하여 하판의 저면에 위치하는 백라이트(BACK LIGHT)의 광을 선택적으로 투과할 수 있도록 구성된다.

또한, 각 픽셀별로 적색, 녹색, 청색을 구현하기 위해 상판에 컬러필터를 구비하여, 투과되는 백라이트의 광을 필터링하여 원하는 색상을 얻을 수 있게 된다.

상기 컬러필터는 픽셀의 경계영역, 즉 트랜지스터에 의해 구동되지 않는 트랜지스터 자체영역 및 데이터라인, 게이트라인의 상부에 대향하도록 위치하는 블랙매트릭스의 사이에 적, 녹, 청색을 각각 나타내는 색상층이 형성되어 있다.

상기 블랙 매트릭스는 격자형 구조이며, 그 높이는 균일하다. 또한, 색상층의 배치형태에 따라 그 구조는 변경될 수 있으나, 기본적인 유형은 동일하며, 이와같은 종래 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 일반적인 액정 표시장치의 단면 모식도와 컬러필터의 개략적인 평면도로서, 이에 도시한 바와 같이 하판의 유리기판(1) 상부에 트랜지스터(2)가 위치하며, 그 트랜지스터(2)의 소스에는 투명전극(3)이 위치한다.

상판측에는 보호층(4), 투명전극(5), 컬러필터(6), 유리기판(7)이 적층되어 있으며, 상기 투명전극(3, 5) 사이의 전압차에 의해 액정(8)이 구동되어 백라이트(9)의 광을 차단하거나, 투과시켜 특정한 영상을 표시하게 된다.

상기 컬러필터(6)는 격자형의 블랙 매트릭스(BM)와, 그 블랙 매트릭스(BM)의 사이에 위치하는 색상층(R, G, B)로 구성된다.

도2a 내지 도2d는 각각 컬러필터의 일실시예도로서, 이에 도시한 바와 같이 격자형 블랙 매트릭스(BM)의 사이에서 종방향으로 동일한 색상의 색상층(R, G, B)이 배치된 스트립(STRIPE) 배열형(도2a)과, 대각선 방향으로 동일한 색상의 색상층(R, G, B)이 배치되는 모자이크(MOSAIC) 배열형(도2b)과, 상기 블랙 매트릭스(BM)의 형상을 변경하여, 횡방향으로 일측 배열의 색상층영역 사이에 그 배열의 하측 횡방향 배열중 색상층영역이 위치하도록 하여, 색상층(R, G, B)가 삼각형의 형태를 나타내는 삼각형(TRIANGLE) 배열(도2c)과, 4개의 색상층 영역에서 하나의 색상의 색상층이 대각선 방향으로 위치하는 스퀘어(SQUARE) 배열(도2d)을 사용하고 있다.

도3은 종래 안료분산법을 이용한 종래 컬러필터 제조공정 순서도이고, 도4a내지 도4e는 그 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(41)의 상부에 크롬(42)을 증착하고, 패터닝하여 상기 유리기판(41)의 상부에 격자형의 블랙 매트릭스(BM)를 형성하는 단계(도4a~도4c)와; 상기 구조의 상부전면에 색상층을 코팅하고, 패터닝하여 상기 블랙 매트릭스(BM) 사이에 노출되는 유리기판(41)의 상부에 색상층(R, G, B)을 형성하는 단계(도4d)와; 상기 색상층(R, G, B) 상에 투명전극(43)을 형성하는 단계(도4e)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 컬러필터 제조방법을 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 도4a에 도시한 바와 같이 유리기판(41)의 상부 전면에 크롬(42)을 증착한다.

그 다음, 도4b에 도시한 바와 같이 상기 크롬(42)의 상부에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 크롬(42)의 상부일부에 위치하는 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한다.

그 다음, 도4c에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 식각마스크로 사용하는 식각공정으로 상기 노출된 크롬(42)을 식각하여, 블랙 매트릭스(BM)를 형성한다.

그 다음, 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 제거한다.

상기 블랙 매트릭스(BM)는 도2a 내지 도2d에 도시한 바와 같이 격자형의 구조를 나타낸다.

그 다음, 도4d에 도시한 바와 같이 먼저, 적색(R)의 색상을 나타내는 색상층을 상기 구조의 상부전면에 코팅한다.

그 다음, 사진식각공정으로 상기 적색의 색상층을 패터닝하여, 상기 도2a 내지 도2d에 도시한 격자형 블랙 매트릭스(BM)의 사이 노출된 유리기판(41)의 상부에 색상층(R)을 형성한다.

그 다음, 다시 녹색(G)의 색상을 나타내는 색상층을 상기 구조의 상부전면에 도포하고, 패터닝하여 상기 적색 색상층(R)과 인접한 노출된 유리기판(41) 상에 색상층(G)을 형성한다.

이때, 적색 색상층(R)과 녹색 색상층(G)을 상기 도2a 내지 도2d에 도시한 실시예에 적합하게, 각 패턴을 위치시킨다.

그 다음, 청색에 대해서도 상기 코팅 및 패턴형성과정을 통해 청색의 색상층(B)을 형성한다.

그 다음, 도4e에 도시한 바와 같이 상기 형성한 색상층(R, G, B)의 상부전면에 투명전극(43)을 형성한다.

상기 투명전극(43)은 ITO를 증착하여 형성한다.

상기와 같은 컬러필터 제조방법은 각각의 색상을 나타내는 색상층(R, G, B)을 형성해야 함으로써, 공정이 지연됨과 아울러, 기판의 전면에 특정색상의 색상층을 스핀 코팅법으로 코팅한 후, 대부분을 제거하여 재료의 낭비가 심한 문제점이 있다.

또한, 스핀코팅에 의해 균일한 색상층을 형성하는 것이, 액정 표시장치의 면적이 증가할 수록 용이하지 않게 되며, 대면적의 액정 표시장치에서는 그 균일도에대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 감안하여 보다 저가격화가 가능하며, 공정의 편의성 및 신뢰성을 증진시키기 위해 상기 색상층을 잉크젯 프린트법을 사용하여 형성하는 것이 제안되었다.

상기 잉크젯 프린트법을 이용한 컬러필터의 형성방법은 수지를 사용하여 상기 도2a 내지 도2d에 도시한 블랙 매트릭스(BM)를 형성하고, 유기바인더와 색상층성분이 혼합된 잉크액을 가압하여 노즐로 부터 분사하여 주사함으로써, 잉크액을 프린트하고, 이를 건조하여 원하는 색상층을 획득하는 방식이다.

이와 같은 방식을 컬러필터의 제작에 응용하는 경우, 각 화소마다 잉크의 분사를 제어해야 하며, 상기 컬러필터의 방식중 모자이크 배열, 삼각형 배열 및 스퀘어 배열 뿐만아니라, 스트립 배열에서도 블랙 매트릭스(BM) 상에는 색상층이 형성되지 않도록 분사와 정지를 설정해야 한다.

상기 블랙 매트릭스 상에 잉크액이 분사되면, 이웃한 색상층과 혼색이 일어나며, 이에 의해 정확한 컬러필터 패턴을 형성할 수 없게 된다.

상기 혼색을 방지하기 위해서 상기 색상층의 형성 두께에 비해 블랙 매트릭스(BM) 층을 더 높게 형성하여야 한다.

상기 도2a에 도시한 스트립형 컬러필터를 형성하기 위해서도, 동일한 색상의 잉크를 각각의 픽셀에 분사하여 형성해야 함으로써, 여러 종류의 화소수에 대응하려면 피치와 적정 신호간격과의 관계를 재 설정해야 하는 등 공정의 편이성이 저하된다.

상기한 바와 같이 종래 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법은 균일한 높이의 격자구조를 나타내는 수지 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 블랙 매트릭스 사이의 픽셀영역 각각에 대하여 잉크젯 프린터를 이용한 분사가 이루어지도록 함으로써, 그 분사위치의 제어가 용이하지 않으며, 이에 따라 색상층이 혼색되는 등 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 스트립 배열의 컬러필터를 각 색상별로 동일 라인의 색상층을 연속적인 분사에 의해 형성할 수 있는 액정 표시장치의 컬러필터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 액정 표시장치의 단면 모식도.

도2a 내지 도2d는 각각 컬러필터의 형상의 일실시예도.

도3은 종래 컬러필터의 제조공정 순서도.

도4a 내지 도4e는 종래 컬러필터의 제조공정 수순단면도.

도5a 내지 도5c는 본 발명 컬러필터의 제조공정 수순사시도.

도6은 본 발명 제1블랙 매트릭스의 다른 실시예도.

도7은 도5c의 A-A'방향의 단면모식도.

도8은 도7의 다른 실시예도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

BM1:제1블랙 매트릭스BM2:제2블랙 매트릭스

51:유리기판R,G,B:색상층

상기와 같은 목적은 블랙 매트릭스를 그 단차가 서로 다른 영역을 가지도록 형성하고, 그 단차가 높은 블랙 매트릭스가 정의하는 영역에 색상층 형성용 잉크를 연속적으로 분사함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도5a 내지 도5c는 본 발명 액정 표시장치의 컬러필터 제조공정 수순 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(51)의 상부전면에 크롬을 증착하고, 패터닝하여 격자형 제1블랙 매트릭스(BM1)를 형성하는 단계(도5a)와; 상기 구조의 상부전면에 수지를 코팅하고, 패터닝하여 상기 격자형의 제1블랙 매트릭스(BM1)의 일측방향으로 긴 패턴의 상부에만 선택적으로 위치하는 제2블랙 매트릭스(BM2)를 형성하는 단계(도5b)와; 상기 제2블랙 매트릭스(BM2)의 사이 영역에 잉크젯 인쇄법을 사용하여 연속적으로 잉크를 분사하여 색상층(R, G, B)을 형성하는 단계(도5c)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 액정 표시장치의 컬러필터 제조방법과 그 컬러필터의 구조상 특징을 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 도5a에 도시한 바와 같이 유리기판(51)의 상부전면에 크롬을 증착하고, 그 크롬의 상부에 포토레지스트(도면 미도시)를 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 크롬의 상부일부에 위치하는 포토레지스트 패턴을 형성한다.

그 다음, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하는 식각공정으로 상기 크롬의 노출부분을 식각하여 격자 구조를 나타내는 제1블랙 매트릭스(BM1)를 형성한다.

이때, 제1블랙 매트릭스(BM1)의 두께는 주사되는 잉크가 이웃한 유리기판(51) 영역으로 넘칠 수 있도록 낮게 형성한다.

그 다음, 도5b에 도시한 바와 같이 상기 제1블랙 매트릭스(BM1)가 형성된 유리기판(51)의 상부전면에 수지를 코팅하고, 사진식각공정을 통해 패터닝하여 상기 제1블랙 매트릭스(BM1)의 수직방향으로 긴 패턴의 상부에만 상기 수지를 잔존시켜, 제2블랙 매트릭스(BM2)를 형성한다.

상기 제1블랙 매트릭스(BM1)와 제2블랙 매트릭스(BM2)의 두께의 합은 분사되는 잉크가 이웃하는 영역으로 넘치지 않도록, 두꺼운 두께를 가지게 된다.

상기의 제1블랙 매트릭스(BM1)와 제2블랙 매트릭스(BM2)의 형상은 실시예이며, 도6에 도시한 바와 같이 상기 제1블랙 매트릭스(BM1)를 유리기판(51)의 횡방향으로 긴 패턴만을 형성하고, 그 제1블랙 매트릭스(BM1)와 수직으로 교차되는 제2블랙 매트릭스(BM2)를 수지를 이용하여 형성하여도 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

그 다음, 도5c에 도시한 바와 같이 잉크젯 프린트법을 이용하여 상기 제1블랙 매트릭스(BM1)와 제2블랙 매트릭스(BM2)가 적층된 패턴의 사이에 색상층과 유기바인더가 혼합된 잉크를 연속적으로 분사한다.

상기 잉크의 연속적인 분사가 이루어지면 상기 유리기판(51)에 횡방향으로 긴패턴으로 노출되어 있는 제1블랙 매트릭스(BM1) 상에도 잉크가 분사된다.

그러나, 상기 제1블랙 매트릭스(BM1) 상에 잉크가 분사되어도, 상기 제2블랙 매트릭스(BM2)가 정의하는 유리기판(51)의 종방향 측으로만 잉크가 쉽게 넘치게 되고, 그 측면으로는 잉크가 넘치지 않게 된다.

이에 따라, 종래에는 각 픽셀영역에만 잉크를 분사하기 위하여, 잉크젯 헤드의 노즐을 제어하여 상기 횡방향으로 길게 위치하는 블랙 매트릭스 상에서는 잉크의 분사를 중단하였으나, 본 발명에서는 횡방향으로 긴 블랙 매트릭스와 종방향으로 긴 블랙 매트릭스의 두께를 다르게 설정함으로써, 잉크 분사를 중단할 필요 없이 연속적인 분사가 가능하게 된다.

또한, 색온도의 보상 등을 위해 실제 각 색상층의 픽셀 크기는 색상별로 서로 다르며, 이에 따라 적당한 양의 잉크를 분사하는 것이 용이하지 않았으나, 본 발명에서는 분사신호의 주기와 한 픽셀의 크기를 고려한 복잡한 제어를 사용하지 않고, 단순한 제어에 의해 용이하게 색상층을 형성할 수 있다.

도7은 도5c의 사시도에서 A-A'방향의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 제1블랙 매트릭스(BM1)의 높이가 낮기 때문에 상기 분사되는 잉크(INK)는 제2블랙 매트릭스(BM2)가 정의하는 종방향으로 인접하게 위치하는 픽셀 영역으로 용이하게 넘치게 되며, 이에 따라 연속적인 잉크의 분사에도 상기 제2블랙 매트릭스(BM2)를 넘어 혼색이 일어나지는 않게 된다.

이에 따라 본 발명은 공정을 간단하게 수행하면서도, 잉크액의 넘침에 의한 색상층의 혼색을 방지하여 액정 표시장치의 신뢰성과 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 도8은 본 발명의 다른 실시 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 제1블랙 매트릭스(BM1)를 크롬이 아닌 수지를 사용하여 형성한다.

이때 수지로 형성한 제1블랙 매트릭스(BM1)의 높이는 크롬을 이용하여 형성할 때에 비하여 더 두껍게 형성되며, 이때 역시 제2블랙 매트릭스(BM2)에 비하여 단차가 낮기 때문에 그 제2블랙 매트릭스(BM2)가 정의하는 종방향으로 인접한 픽셀영역으로 잉크가 쉽게 넘치도록 하여, 혼색의 발생없이 연속적으로 동일 색상의 색상층을 인쇄할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 횡방향으로 긴 패턴의 두께에 비하여, 종방향으로 긴 패턴의 두께가 더 두껍도록 블랙 매트릭스를 형성하고, 그 블랙 매트릭스의 두꺼운 패턴을 따라 색상층을 연속적으로 인쇄함으로써, 색상층 사이의 혼색을 방지함과 아울러 색상층 인쇄를 위한 잉크의 분사 주기를 조절할 필요가 없어 공정이 용이하고, 수율을 향상시키며, 공정의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 유리기판 상에 위치하며, 일측방향으로 긴 제1패턴과, 그 제1패턴과는 수직으로 교차하며, 상기 제1패턴의 두께보다 두꺼운 제2패턴을 구비하는 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스의 제2패턴이 정의하는 유리기판 및 제1패턴의 상부에 연속적으로 위치하는 색상층으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 컬러필터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 제1패턴은 크롬으로 이루어지며, 제2패턴은 크롬과 수지의 적층구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 컬러필터.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 제1패턴은 크롬으로 이루어지며, 제2패턴은 단일층의 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 컬러필터.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 제1패턴과 제2패턴은 각각 수지의 단일층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 컬러필터.
5. 유리기판의 상부에 제1물질을 코팅하고, 패터닝하여 격자 구조 또는 다수의일측방향으로 긴 패턴을 획득하여 제1블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 구조의 상부전면에 제2물질을 코팅하고 패터닝하여, 상기 격자구조를 이루는 제1블랙 매트릭스의 일측방향으로 긴 패턴 상에만 제2블랙 매트릭스를 형성하거나, 상기 일측방향으로 긴 패턴만이 형성된 제1블랙 매트릭스와 수직으로 교차되며, 그 제1블랙 매트릭스의 두께보다 두꺼운 두께의 제2블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 제2블랙 매트릭스가 정의 하는 영역의 방향으로 잉크를 연속적으로 분사하여 색상층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 컬러필터 제조방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제1물질은 크롬 또는 수지이며, 제2물질은 수지인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 컬러필터 제조방법.