KR20050049657A - Method of fabricating color filter substrate using less mask - Google Patents

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KR20050049657A
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Abstract

본 발명의 컬러필터 기판 제조방법은 각 서브컬러 안료를 오버랩 시키는 동시에 상기 안료간 경계면에서의 화학반응을 이용하여 블랙매트릭스를 형성함으로써 제조공정을 단순화하기 위한 것으로, 서브컬러필터로 구성된 제 1, 2, 3 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역으로 구분되는 기판을 제공하는 단계; 및 경계 표면에서 화학 반응으로 검게 변색되는 제 1, 2, 3 서브컬러 안료를 이용하여 상기 제 1, 2, 3 서브화소 영역에 각각 제 1, 2, 3 유기막을 형성하며, 상기 블랙매트릭스 영역에 제 1, 2, 3 서브컬러 안료를 적층하여 블랙매트릭스와 컬러필터층을 동시에 형성하는 단계를 포함한다.The color filter substrate manufacturing method of the present invention is to simplify the manufacturing process by overlapping each sub-color pigment and forming a black matrix using a chemical reaction at the interface between the pigments. Providing a substrate divided into three subpixel regions and a black matrix region; And forming first, second, and third organic layers in the first, second, and third subpixel regions, respectively, using the first, second, and third subcolor pigments that are discolored by chemical reaction at the boundary surface, and in the black matrix region. Stacking the first, second, and third subcolor pigments to simultaneously form a black matrix and a color filter layer.

Description

마스크수가 감소된 컬러필터 기판의 제조방법{METHOD OF FABRICATING COLOR FILTER SUBSTRATE USING LESS MASK}Manufacturing method of color filter substrate with reduced number of masks {METHOD OF FABRICATING COLOR FILTER SUBSTRATE USING LESS MASK}

본 발명은 컬러필터 기판의 제조방법에 관한 것으로 특히, 마스크수를 감소시키는 동시에 블랙매트릭스의 광학밀도를 향상시킨 액정표시패널 컬러필터 기판의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a color filter substrate, and more particularly, to a method of manufacturing a liquid crystal display panel color filter substrate having a reduced number of masks and an improved optical density of a black matrix.

최근의 정보화 사회에서 디스플레이는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 더 한층 강조되고 있으며, 향후 주요한 위치를 점하기 위해서는 저소비전력화, 박형화, 경량화, 고화질화 등의 요건을 충족시켜야 한다. 현재 평판 디스플레이(Flat Panel Display; FPD)의 주력 제품인 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 디스플레이의 이러한 조건들을 만족시킬 수 있는 성능뿐만 아니라 양산성까지 갖추었기 때문에, 이를 이용한 각종 신제품 창출이 급속도로 이루어지고 있으며 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 점진적으로 대체할 수 있는 핵심부품 산업으로서 자리 잡았다.In today's information society, display is more important as a visual information transmission medium, and in order to gain a major position in the future, it is necessary to satisfy requirements such as low power consumption, thinness, light weight, and high definition. Liquid Crystal Display (LCD), the flagship product of Flat Panel Display (FPD), has not only the ability to satisfy these conditions of the display but also mass production. It has been established as a core parts industry that can gradually replace the existing cathode ray tube (CRT).

일반적으로, 액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 액정셀들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 상기 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다.In general, a liquid crystal display device displays a desired image by individually supplying data signals according to image information to liquid crystal cells arranged in a matrix form to adjust a light transmittance of the liquid crystal cells. to be.

이를 위하여, 상기 액정표시장치는 구동회로 유닛(unit)을 포함하여 영상을 출력하는 액정표시패널, 상기 액정표시패널의 하부에 설치되어 액정표시패널에 빛을 방출하는 백라이트(backlight) 유닛, 상기 백라이트 유닛과 액정표시패널을 결합시켜 지지하는 케이스(case) 등으로 이루어져 있다.To this end, the liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel including a driving circuit unit to output an image, a backlight unit installed under the liquid crystal display panel to emit light to the liquid crystal display panel, and the backlight. It consists of a case (case) for supporting the unit and the liquid crystal display panel combined.

이하, 도 1을 참조하여 액정표시패널에 대해서 자세히 설명한다.Hereinafter, a liquid crystal display panel will be described in detail with reference to FIG. 1.

도 1은 일반적인 액정표시패널의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다.1 is a plan view schematically illustrating a structure of a general liquid crystal display panel.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시패널은 크게 컬러필터(color filter) 기판(5)과 어레이(array) 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(50)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display panel is largely a liquid crystal formed between a color filter substrate 5 and an array substrate 10 and between the color filter substrate 5 and the array substrate 10. It consists of a liquid crystal layer 50.

상기 컬러필터 기판(5)은 색상을 구현하는 서브컬러필터(적, 녹, 청)를 포함하는 컬러필터(7)와 상기 서브컬러필터 사이를 구분하고 액정층(50)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(50)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The color filter substrate 5 distinguishes between the color filter 7 including a sub color filter (red, green, blue) and the sub color filter to implement color, and blocks light transmitted through the liquid crystal layer 50. A black matrix 6 and a transparent common electrode 8 that applies a voltage to the liquid crystal layer 50.

또한, 상기 어레이 기판(10)은 상기 기판(10) 위에 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(19)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(20) 및 상기 화소영역(19) 위에 형성된 화소전극(18)으로 구성된다.In addition, the array substrate 10 includes a plurality of gate lines 16, data lines 17, and gate lines 16 arranged vertically and horizontally on the substrate 10 to define a plurality of pixel regions 19. A thin film transistor (TFT) 20, which is a switching element formed at an intersection region of the data line 17, and a pixel electrode 18 formed on the pixel region 19 are formed.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)에 각각 형성되어 있는 공통전극(8)과 화소전극(18) 위에는 액정(50)의 초기배향을 위한 배향막이 두 기판(5, 10) 전면에 형성되어 있다. 상기 배향막은 주로 폴리이미드 계열의 유기물질을 사용하여 도포한 후 헝겊 등으로 상기 배향막을 문지르는 러빙공정을 통해 초기배향이 정해지게 된다.Although not shown in the drawings, an alignment layer for initial alignment of the liquid crystal 50 is provided on the common electrode 8 and the pixel electrode 18 formed on the color filter substrate 5 and the array substrate 10, respectively. It is formed in the front surface of the board | substrate 5,10. The alignment layer is mainly coated using a polyimide-based organic material, and then an initial orientation is determined through a rubbing process in which the alignment layer is rubbed with a cloth or the like.

이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 두 기판의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다. The color filter substrate 5 and the array substrate 10 configured as described above are joined to face each other by sealants (not shown) formed on the outer side of the image display area to form a liquid crystal display panel. It is made through a bonding key (not shown) formed on the color filter substrate 5 or the array substrate 10.

한편, 상기 컬러필터 기판의 구조에 대해서 자세히 살펴보면 다음과 같다.Meanwhile, the structure of the color filter substrate will be described in detail as follows.

도 2는 도 1에 도시된 액정표시패널의 컬러필터 기판의 구조를 나타내는 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a color filter substrate of the liquid crystal display panel illustrated in FIG. 1.

도면에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 컬러필터 기판(5) 위에 일정한 간격을 두고 블랙매트릭스(6)가 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(6)는 액정표시패널의 하부 기판인 어레이 기판(10)으로부터 진행되어 오는 빛 중 불필요한 빛을 차단하는 불투명의 금속 물질 또는 수지(resin)로 이루어져있다.As shown in the figure, the black matrix 6 is formed at regular intervals on the color filter substrate 5 made of a transparent insulating material such as glass. The black matrix 6 is made of an opaque metal material or resin that blocks unnecessary light from the light from the array substrate 10, which is a lower substrate of the liquid crystal display panel.

이 때, 상기 블랙매트릭스(6)는 어레이 기판(10)에 종횡으로 배열된 게이트라인(16) 및 데이터라인(17)에 대응되도록 매트릭스 형태로 배열되게 된다.In this case, the black matrix 6 is arranged in a matrix form so as to correspond to the gate line 16 and the data line 17 arranged vertically and horizontally on the array substrate 10.

한편, 상기 블랙매트릭스(6)에 의해 정의되는 즉, 블랙매트릭스(6)가 형성되어 있지 않은 화소영역(19)에는 영상을 컬러로 표현하기 위한 적(7a), 녹(7b), 청(7c)의 컬러수지로 채워져 있다.On the other hand, red (7a), green (7b), and blue (7c) for expressing an image in color in the pixel region 19 defined by the black matrix 6, that is, the black matrix 6 is not formed. Filled with colored resin).

이 때, 상기 컬러수지로 이루어진 컬러필터(7a~7c)층 위에는 상기 컬러필터(7a~7c)의 단차를 보상하고 안료 이온 용출을 막기 위한 투명한 보호막(overcoat layer)(9)이 형성되어 있다. 또한, 상기 보호막(9) 위에는 액정분자(50)에 전계를 인가하기 위한 투명한 금속 물질로 이루어진 공통전극(8)이 형성되어 있다.At this time, a transparent overcoat layer 9 is formed on the color filter layers 7a to 7c made of the color resin to compensate for the steps of the color filters 7a to 7c and to prevent pigment ion elution. In addition, a common electrode 8 made of a transparent metal material for applying an electric field to the liquid crystal molecules 50 is formed on the passivation layer 9.

다음으로, 이와 같이 구성된 액정표시패널의 컬러필터 기판의 제조공정을 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 자세히 설명한다. Next, a manufacturing process of the color filter substrate of the liquid crystal display panel configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3C.

도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 컬러필터 기판의 제조공정을 나타내는 순서도이다.3A to 3C are flowcharts illustrating a manufacturing process of the color filter substrate illustrated in FIG. 2.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(5) 위에 불필요한 빛을 차단하기 위한 수지 또는 금속 물질로 이루어진 블랙매트릭스(6)를 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a black matrix 6 made of a resin or metal material for blocking unnecessary light is formed on a substrate 5 made of a transparent insulating material such as glass.

일반적으로 블랙매트릭스(6)는 적, 녹, 청의 서브컬러필터 사이에 형성되며 하부 어레이 기판(10)의 화소전극(18)의 주변부에 형성되는 반전 도메인(reverse tilt domain)을 통과하는 빛을 차단하는 것을 목적으로 한다.In general, the black matrix 6 is formed between red, green, and blue sub-color filters, and blocks light passing through a reverse tilt domain formed at the periphery of the pixel electrode 18 of the lower array substrate 10. It aims to do it.

또한, 일반적으로 상기 블랙매트릭스(6)의 재질로는 광학밀도(optical density)가 3.5이상인 크롬(Cr)등의 금속막을 사용하거나 카본(carbon) 등의 유기재료가 주로 쓰이며, 저 반사를 목적으로 크롬/산화크롬(Cr/CrOx) 등의 이층막을 사용하기도 한다.In general, as the material of the black matrix 6, a metal film such as chromium (Cr) having an optical density of 3.5 or more is used, or an organic material such as carbon is mainly used, and for the purpose of low reflection A bilayer film such as chromium / chromium oxide (Cr / CrOx) may be used.

이후 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(6) 사이의 화상표시 영역에 적(7a), 녹(7b), 청(7c)의 서브컬러필터로 이루어진 컬러필터(7a~7c)를 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 3B, color filters 7a to 7c formed of sub color filters of red 7a, green 7b, and blue 7c are formed in the image display area between the black matrices 6. do.

이 때, 컬러필터 제조공정은 염색법, 전착법, 안료 분산법, 인쇄법 등 여러 가지가 있는데, 여기서는 일 예로써 안료 분산법에 의한 컬러필터 제조공정을 설명한다.In this case, there are various color filter manufacturing processes such as dyeing, electrodeposition, pigment dispersion, and printing. Here, as an example, a color filter manufacturing process by pigment dispersion is described.

먼저, 적, 녹, 청색을 띠는 컬러수지 중 어느 하나를 상기 블랙매트릭스(6)가 형성된 기판(5) 전면에 도포하고(여기서는 적, 녹, 청색 순서로 도포하는 것을 기준으로 설명) 선택적으로 노광하여 원하는 영역에 적색의 서브컬러필터(7a)를 형성한다.First, any one of red, green, and blue color resins is applied to the entire surface of the substrate 5 on which the black matrix 6 is formed (described here based on application in the order of red, green, and blue). It exposes and forms the red sub color filter 7a in a desired area | region.

다음으로 상기 적색의 서브컬러필터(7a)가 형성된 기판 위에 녹색의 컬러수지를 도포하고 선택적 노광을 통한 녹색의 서브컬러필터(7b)를 해당영역에 패터닝한다.Next, a green color resin is applied onto a substrate on which the red subcolor filter 7a is formed, and the green subcolor filter 7b through selective exposure is patterned in a corresponding region.

또한, 청색에 대해서도 상기의 과정을 반복함으로써 청색의 서브컬러필터(7c)를 형성한다.In addition, the blue sub color filter 7c is formed by repeating the above process for blue.

이와 같이 컬러필터(7a~7c)층을 형성할 때 형성되는 적(7a), 녹(7b), 청(7c)의 서브컬러필터층이 일정한 패턴을 이룰 경우에는 각각의 서브컬러필터(7a~7c)는 동일한 패턴으로 형성되어 있으므로 일정한 패턴이 형성된 마스크를 소정의 거리만큼 이동(shift)하여 마스크공정을 진행함으로써 각각의 서브컬러필터(7a~7c)층을 형성할 수 있다.When the sub-color filter layers of red (7a), green (7b), and blue (7c) formed when forming the color filter (7a to 7c) layer form a predetermined pattern, each sub-color filter (7a to 7c) ) Are formed in the same pattern, the respective sub-color filter (7a ~ 7c) layer can be formed by shifting the mask having a predetermined pattern by a predetermined distance to proceed the mask process.

다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터(7a~7c)를 포함한 기판(5) 전면에 안료 이온 용출을 막기 위한 보호막(9)을 형성한 후, 액정분자에 전계를 인가하기 위한 투명한 금속 물질로 이루어진 공통전극(8)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, after forming the protective film 9 for preventing pigment ion elution on the entire surface of the substrate 5 including the color filters 7a to 7c, the liquid crystal molecules may be applied to the liquid crystal molecules. A common electrode 8 made of a transparent metal material is formed.

이와 같이 상기 컬러필터 기판의 제조에는 기본적으로 블랙매트릭스와 컬러필터의 제작에 마스크 공정(즉, 포토리소그래피(photolithography) 공정)을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크 공정을 단순화하는 방법이 요구되어지고 있다. 즉, 하나의 마스크 공정은 감광막의 증착, 노광, 현상, 세정공정 등의 일련의 복잡한 공정을 진행하여야 하므로 하나의 마스크 공정을 줄이는 것은 생산량 및 액정표시장치의 제조비용을 줄이는데 기여하는 바가 크다.As described above, the manufacturing of the color filter substrate basically requires a mask process (that is, a photolithography process) to manufacture the black matrix and the color filter, and thus a method of simplifying the mask process in terms of productivity is required. . That is, since one mask process requires a series of complex processes such as deposition, exposure, development, and cleaning of the photoresist film, reducing one mask process contributes to the reduction in production volume and manufacturing cost of the liquid crystal display device.

특히, 패턴을 형성하기 위하여 설계된 마스크는 매우 고가이어서, 공정에 적용되는 마스크수가 증가하면 액정표시장치의 제조비용이 이에 비례하여 상승하는 문제점이 있었다.In particular, the mask designed to form the pattern is very expensive, there is a problem that the manufacturing cost of the liquid crystal display device increases in proportion to the increase in the number of masks applied to the process.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 각 서브컬러 안료를 오버랩시켜 블랙매트릭스를 형성함으로써 사용되는 마스크수를 줄여 공정을 단순화한 컬러필터 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a color filter substrate by simplifying a process by reducing the number of masks used by overlapping each subcolor pigment to form a black matrix.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 안료간 경계면에서의 화학반응을 이용하여 블랙매트릭스를 형성함으로써 광학밀도가 향상된 블랙매트릭스를 구비한 컬러필터 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a color filter substrate having a black matrix having an improved optical density by forming a black matrix using a chemical reaction at the interface between the pigments.

기타 본 발명의 다른 특징 및 목적은 이하 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 설명될 것이다.Other features and objects of the present invention will be described in detail in the configuration and claims of the invention below.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 컬러필터 기판 제조방법은 서브컬러필터로 구성된 제 1, 2, 3 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역으로 구분되는 기판을 제공하는 단계 및 경계 표면에서 화학 반응으로 검게 변색되는 제 1, 2, 3 서브컬러 안료를 이용하여 상기 제 1, 2, 3 서브화소 영역에 각각 제 1, 2, 3 유기막을 형성하며, 상기 블랙매트릭스 영역에 제 1, 2, 3 서브컬러 안료를 적층하여 블랙매트릭스와 컬러필터층을 동시에 형성하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, the method of manufacturing a color filter substrate of the present invention comprises the steps of providing a substrate divided into first, second and third sub-pixel regions and black matrix regions composed of sub-color filters and chemical reaction at the boundary surface. First, second and third organic films are formed in the first, second and third subpixel regions by using the first, second and third sub-color pigments that are black, and the first, second and third subs are formed in the black matrix region. Stacking color pigments to simultaneously form a black matrix and a color filter layer.

이 때, 상기 블랙매트릭스와 컬러필터층을 동시에 형성하는 단계는 상기 기판의 제 1 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역에 제 1 서브컬러 안료로 제 1 유기막을 형성하는 단계, 상기 기판의 제 2 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역에 제 2 서브컬러 안료로 제 2 유기막을 형성하는 단계 및 상기 기판의 제 3 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역에 제 3 서브컬러 안료로 제 3 유기막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, simultaneously forming the black matrix and the color filter layer may include forming a first organic layer using a first sub-color pigment in the first subpixel region and the black matrix region of the substrate, and the second subpixel region of the substrate. And forming a second organic film with a second subcolor pigment in the black matrix region and forming a third organic film with a third subcolor pigment in the third subpixel region and the black matrix region of the substrate. .

또한, 상기 서브컬러 안료는 적, 녹 또는 청색 서브컬러 안료로 구성될 수 있다.In addition, the subcolor pigments may be composed of red, green or blue subcolor pigments.

또한, 상기 유기막은 서브컬러 안료에 의해 조색되어 감광화된 컬러 레지스트를 기판에 도포, 노광, 현상하는 공정을 거쳐 형성할 수 있으며, 상기 컬러 레지스트는 네거티브 타입일 수 있다.In addition, the organic layer may be formed through a process of applying, exposing and developing a color resist photosensitive and photosensitive with a sub color pigment, and the color resist may be of a negative type.

한편, 상기 블랙매트릭스 영역에 적층되는 제 1, 2, 3 서브컬러 안료는 경계 표면에서 화학 반응으로 검게 변색되어 상기 영역의 광학밀도를 높일 수 있다.On the other hand, the first, second, and third sub-color pigments laminated on the black matrix region may be blackly discolored by chemical reaction at the boundary surface to increase the optical density of the region.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the manufacturing method of the color filter substrate according to the present invention.

먼저, 도 4는 본 발명의 컬러필터 기판의 구조를 나타내는 단면도로써, 각 서브컬러 안료를 오버랩시켜 블랙매트릭스를 형성함으로써 마스크수가 감소된 컬러필터 기판을 나타내고 있다.First, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the color filter substrate of the present invention, and shows a color filter substrate in which the number of masks is reduced by overlapping each sub-color pigment to form a black matrix.

도면에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(105) 위에 적(107a), 녹(107b), 청(107c)색의 서브컬러필터(107a~107c)가 일정한 간격을 유지하며 배열되어 있고, 상기 서브컬러필터(107a~107c) 사이에는 적(107a), 녹(107b), 청(107c)색의 서브컬러필터(107a~107c)의 적층에 의한 블랙매트릭스(106)가 형성되어 있다.As shown in the figure, the sub-color filters 107a to 107c of red 107a, green 107b, and blue 107c colors are maintained on a substrate 105 made of a transparent insulating material such as glass. The black matrix 106 is formed between the sub color filters 107a to 107c by stacking red 107a, green 107b, and blue 107c sub color filters 107a to 107c. It is.

이 때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 기판(105) 전면에는 상기 서브컬러필터(107a~107c)와 블랙매트릭스(106)의 단차를 보상하며 안료 이온 용출을 막기 위하여 투명한 절연물질로 보호막을 형성하며, 상기 보호막 위에는 액정분자에 전계를 인가하는 공통전극 및 상기 액정분자의 초기배향을 위한 배향막을 형성하게 된다.At this time, although not shown in the drawing, the substrate 105 has a protective film made of a transparent insulating material on the front surface of the substrate 105 to compensate for the step difference between the sub-color filters 107a to 107c and the black matrix 106 to prevent pigment ion elution. On the passivation layer, a common electrode for applying an electric field to the liquid crystal molecules and an alignment layer for initial alignment of the liquid crystal molecules are formed.

이와 같이 블랙매트릭스(106) 제조를 위한 별도의 공정(즉, 마스크공정을 포함하는 일련의 공정) 없이 서브컬러 안료(107a~107c)를 적층하여 상기 블랙매트릭스(106)를 형성함으로써 종래에 비해 컬러필터 기판의 제조공정이 단순화되는 이점이 있게 된다.As such, the black matrix 106 is formed by stacking the sub-color pigments 107a to 107c without a separate process for manufacturing the black matrix 106 (that is, a series of processes including a mask process). There is an advantage that the manufacturing process of the filter substrate is simplified.

다만, 상기 서브컬러 안료(107a~107c)로 이루어진 컬러필터(107a~107c) 영역은 상기 안료(107a~107c)의 투과율이 높을수록 표시패널의 휘도가 높아지게 되며, 상기 서브컬러 안료(107a~107c)의 적층으로 이루어진 블랙매트릭스(106) 영역은 투과율이 높을수록 상기 패널의 콘트라스트비(contrast ratio) 및 선명도가 낮아지게 된다.However, the higher the transmittance of the pigments 107a to 107c in the area of the color filters 107a to 107c composed of the subcolor pigments 107a to 107c, the higher the luminance of the display panel is. The subcolor pigments 107a to 107c are used. The higher the transmittance, the lower the contrast ratio and the sharpness of the panel.

즉, 상기 컬러필터(107a~107c) 영역과 블랙매트릭스(106) 영역은 광학적으로 서로 다른 특성을 요구하게 되며, 상기와 같이 서브컬러 안료(107a~107c)로 블랙매트릭스(106)를 형성하게 되면 상기 블랙매트릭스(106)의 광학밀도가 블랙매트릭스(106)의 역할을 하기에 충분히 높지 않아 상기 블랙매트리스(106) 영역으로 빛이 새는 빛샘현상이 발생하게 된다.That is, the color filters 107a to 107c and the black matrix 106 are required to have optically different characteristics, and when the black matrix 106 is formed of the sub-color pigments 107a to 107c as described above. Since the optical density of the black matrix 106 is not high enough to serve as the black matrix 106, light leakage occurs in the black mattress 106 region.

참고로, 광학밀도는 일정한 세기를 가진 어떤 파장의 빛이 용액층을 통과한 후 광도가 일정세기로 될 때의 양을 의미하며 흡광도(吸光度)라고도 한다. 즉, 세기 I0를 가진 어떤 빛이 용액층을 통과한 후에 광도가 I가 되면, 그 양은 log10(I0/I)로 정의된다.For reference, the optical density refers to the amount of light at a certain intensity after the light passes through the solution layer with a certain intensity and is also called absorbance. That is, if a light with an intensity I 0 passes through the solution layer and then the luminous intensity becomes I, the amount is defined as log 10 (I 0 / I).

상기 블랙매트릭스 영역의 빛샘현상은 상기 블랙매트릭스를 구성하는 각 서브컬러필터 경계 표면에서의 상기 서브컬러 안료간 화학반응을 이용함으로써 해결할 수 있다. 즉, 화학반응에 의해 검게 변색되는 서브컬러 안료를 이용하여 각 서브컬러필터를 구성하게 되면 블랙매트릭스 영역 즉, 상기 블랙매트릭스를 구성하는 각 서브컬러필터 경계 표면이 검게 변하여 효과적으로 빛샘을 방지할 수 있게 된다.Light leakage of the black matrix region can be solved by using a chemical reaction between the sub-color pigments at the boundary surface of each sub-color filter constituting the black matrix. That is, when each sub-color filter is composed of sub-color pigments that are discolored by a chemical reaction, the black matrix area, that is, the boundary surface of each sub-color filter constituting the black matrix, becomes black to effectively prevent light leakage. do.

이에 따라 블랙매트릭스의 광학밀도를 향상시킨 본 발명의 컬러필터 기판의 제조공정을 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.Accordingly, the manufacturing process of the color filter substrate of the present invention having the improved optical density of the black matrix will be described in detail with reference to FIGS. 5A to 5D.

먼저, 도 5a에서 도시된 바와 같이, 적, 녹, 청의 서브컬러필터로 구성된 서브화소 영역 및 상기 서브컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 빛을 차단하는 블랙매트릭스 영역으로 구분되는 투명한 절연기판(205)을 준비한다.First, as shown in FIG. 5A, a transparent insulating substrate divided into a subpixel region composed of red, green, and blue subcolor filters and a black matrix region that distinguishes between the subcolor filters and blocks light passing through the liquid crystal layer. Prepare (205).

한편, 도 5b 내지 도 5d는 본 실시예에 따른 안료 적층을 이용하여 블랙매트릭스와 컬러필터를 동시에 형성하는 제조공정을 나타내고 있다. Meanwhile, FIGS. 5B to 5D illustrate a manufacturing process of simultaneously forming a black matrix and a color filter using the pigment stack according to the present embodiment.

일반적으로, 컬러필터를 형성하는 방법은 상기 컬러필터 제조시 사용되는 유기 필터의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며 제작 방법에 따라 염색법, 전착법, 인쇄법 등이 있으나, 현재 액정표시장치의 컬러필터 제조시 사용되는 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다.In general, a method of forming a color filter includes a dye method and a pigment method according to the material of the organic filter used to manufacture the color filter, and there are dyeing methods, electrodeposition methods, printing methods, etc., depending on the manufacturing method. The most common method used in the manufacture of color filters is pigment dispersion.

상기 안료 분산법은 미리 준비된 안료에 의해 조색(調色)되어 감광화된 레지스트를 기판에 도포, 노광, 현상하는 공정을 반복함으로써 컬러필터를 형성하는 방법이다.The said pigment dispersion method is a method of forming a color filter by repeating the process of apply | coating, exposing, and developing the resist which was prepared and photosensitive with the pigment prepared previously.

먼저, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(205) 위에 감광성의 제 1 유기막(207a)을 형성한다. 상기 제 1 유기막(207a)은 자외선에 의해 감광되는 서브컬러 안료로 구성되며, 본 실시예에서는 적, 녹, 청의 컬러 레지스트 중 적색(여기서는 적색, 녹색, 청색 순서로 서브컬러필터를 형성하는 것을 기준으로 설명)을 띄는 컬러 레지스트를 기판의 전면에 도포한 후 선택적으로 노광하여 원하는 영역에 적색의 서브컬러필터(207a)를 형성하였다.First, as shown in FIG. 5B, a photosensitive first organic layer 207a is formed on the substrate 205. The first organic layer 207a is composed of a sub-color pigment exposed to ultraviolet rays. In the present embodiment, the sub-color filter is formed of red, green, and blue color resists in the order of red, green, and blue. The color resist having the description) was applied to the entire surface of the substrate and then selectively exposed to form a red subcolor filter 207a in a desired region.

이 때, 적, 녹, 청의 서브컬러필터는 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성하며, 다른 점은 포토레지스트로 컬러 레지스트를 사용한다는 점이다.In this case, the red, green, and blue sub-color filters are formed by using a photolithography process, except that color resists are used as photoresists.

일반적으로 컬러 레지스트는 네거티브(negative) 포토레지스트의 성격을 가지므로 노광되지 않은 부분이 제거된다. 이 때, 노광되는 부분이 제거되는 포지티브(positive) 포토레지스트를 사용할 수도 있다.In general, the color resist has the characteristics of a negative photoresist so that the unexposed portions are removed. At this time, a positive photoresist from which the exposed portion is removed may be used.

한편, 안료 분산법에 사용되는 컬러 레지스트는 주요 성분으로 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.Meanwhile, the color resist used in the pigment dispersion method is composed of photopolymerizable photosensitive compositions such as photopolymerization initiators, monomers, and binders and organic pigments that realize color as main components.

상기 광중합형 감광 조성물에서 광중합 개시제는 빛을 받아 라디칼(radical)을 발생시키는 고감도이고 안정성이 우수한 triazine(질소 3원자를 포함하고 C3H3N 3의 분자식으로 표시되는 육원환 화합물 3종의 총칭)계 화합물이 쓰이며, 모노머는 상기 라디칼에 의하여 중합 반응 개시 후 폴리머 형태로 변하여 용재에 녹지 않게 된다. 바인더는 상온에서 액체 상태의 모노머를 막의 형태로 유지시켜 현상액에 견디게 하고 안료 분산의 안정화 및 컬러필터 패턴의 내열성, 내광성, 내약품성 등의 신뢰성을 유지하는 역할을 한다.In the photopolymerization type photosensitive composition, the photopolymerization initiator is a generic term for three kinds of six-membered cyclic compounds represented by a molecular formula of C 3 H 3 N 3 containing high-sensitivity and stable triazine (nitrogen triatoms) that generate radicals by receiving light. ) -Based compound is used, the monomer is changed to the polymer form by the radical after the start of the polymerization reaction is insoluble in the solvent. The binder serves to maintain the liquid monomer in the form of a film at room temperature to withstand the developer, stabilize the pigment dispersion, and maintain the reliability of heat resistance, light resistance, chemical resistance, etc. of the color filter pattern.

안료는 내광성과 내열성이 우수한 유기 재료를 사용하며 안료 입자는 일반적으로 빛을 산란시켜 불투명하지만 입자 크기가 빛의 파장보다 작으면 빛을 투과시켜 투명하게 되므로 입자 크기가 작을수록 투명도가 높고 우수한 분산 특성을 나타낸다.Pigments use organic materials with excellent light resistance and heat resistance. Pigment particles are generally opaque by scattering light, but when the particle size is smaller than the wavelength of light, the pigment is transparent by transmitting light. Indicates.

다음으로 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 적색 서브컬러필터(207a)가 형성된 기판(205) 전면에 녹색 컬러 레지스트를 도포한 후 선택적으로 노광하여 제 2 유기막인 녹색 서브컬러필터(207b)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 5C, a green color resist is coated on the entire surface of the substrate 205 on which the red subcolor filter 207a is formed, and then selectively exposed to expose the green subcolor filter 207b as the second organic layer. Form.

이 때, 블랙매트릭스(206) 영역에는 이미 형성된 적색 서브컬러필터(207a) 위로 녹색 서브컬러필터(207b)가 적층 형성되어 블랙매트릭스(206) 역할을 하게 되며, 특히 상기 서브컬러필터(207a, 207b)를 구성하는 적, 녹색 서브컬러 안료는 경계 표면에서 화학적으로 반응하여 검게 변색되어 블랙매트릭스(206)의 광학밀도를 높이는 효과를 제공한다.At this time, the green subcolor filter 207b is stacked on the red subcolor filter 207a formed in the black matrix 206 to serve as the black matrix 206, and in particular, the subcolor filters 207a and 207b. The red and green sub-color pigments constituting) are chemically reacted and discolored at the boundary surface to provide an effect of increasing the optical density of the black matrix 206.

이후 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 적색 및 녹색 서브컬러필터(207a, 207b)가 형성된 기판(205) 전면에 청색 컬러 레지스트를 도포한 후 선택적으로 노광하여 제 3 감광막인 청색 서브컬러필터(207c)를 형성하면 컬러필터가 완성되게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 5D, a blue color resist is coated on the entire surface of the substrate 205 on which the red and green subcolor filters 207a and 207b are formed, and then selectively exposed to the blue subcolor filter 207c as a third photosensitive film. ), The color filter is completed.

이 때, 상기 블랙매트릭스(206) 영역에는 이미 형성된 적, 녹색 서브컬러필터(207a, 207b) 위로 청색 서브컬러필터(207c)가 적층 형성되게 되며, 상기 녹, 청색 서브컬러필터(207b, 207c)를 구성하는 녹, 청색 서브컬러 안료 역시 화학적으로 반응하여 검게 변색됨으로써 불필요한 빛을 차단하는 블랙매트릭스(206)의 역할을 충분히 할 수 있게 된다.At this time, the blue sub-color filter 207c is stacked on the red and green sub-color filters 207a and 207b that are already formed in the black matrix 206 region, and the green and blue sub-color filters 207b and 207c are stacked. The green and blue sub-color pigments constituting the chromium are also chemically reacted and discolored, thereby being able to sufficiently serve as the black matrix 206 to block unnecessary light.

즉, 도면의 A 부분과 같이, 블랙매트릭스(206)가 형성되는 영역에는 제 1, 2, 3의 유기막(즉, 서브컬러필터)(207a~207c)이 적층되어 3중층이 되어 있고, 상기 제 1, 2, 3의 유기막(207a~207c) 사이 경계면은 안료간의 화학반응에 의해 검게 변색되어 있는 것을 알 수 있다.That is, as shown in part A of the drawing, first, second and third organic films (i.e., sub-color filters) 207a to 207c are stacked in the region where the black matrix 206 is formed to form a triple layer. It can be seen that the interface between the first, second and third organic films 207a to 207c is discolored black by the chemical reaction between the pigments.

특히, 상기 서브컬러필터(207a~207c) 계면에서의 변색으로 블랙매트릭스(206)의 광학밀도 향상을 기대할 수 있으며, 상기 서브컬러필터(207a~207c)의 투과율에 의존하지 않고도 블랙매트릭스(206)의 광학밀도를 향상시킬 수 있게 된다.In particular, the optical density of the black matrix 206 can be improved by discoloration at the interface of the sub color filters 207a to 207c, and the black matrix 206 can be improved without depending on the transmittance of the subcolor filters 207a to 207c. The optical density of can be improved.

한편, 상기 컬러필터(207a~207c)층을 형성할 때 형성되는 적(207a), 녹(207b), 청(207c)색의 서브컬러필터층이 일정한 패턴을 이룰 경우에는 각각의 서브컬러필터(207a~207c)는 동일한 패턴으로 형성되어 있으므로 일정한 패턴이 형성된 마스크를 소정의 거리만큼 이동하여 마스크공정을 진행함으로써 각각의 서브컬러필터(207a~207c)층을 형성할 수 있다.On the other hand, when the sub-color filter layers of red (207a), green (207b), and blue (207c) colors formed when the color filter (207a to 207c) layers are formed, each of the sub-color filters (207a) Since ˜207c are formed in the same pattern, each of the sub-color filter 207a to 207c layers may be formed by moving the mask on which a predetermined pattern is formed by a predetermined distance to perform a mask process.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 기판(205) 위에 투명한 보호막을 형성한 후 상기 보호막 위에 액정분자에 전계를 인가하기 위한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO) 등의 투명전극으로 구성되는 공통전극을 형성한다.Although not shown in the drawings, an indium tin oxide (ITO) or an indium zinc oxide (ITO) for forming an transparent protective film on the substrate 205 and then applying an electric field to the liquid crystal molecules on the protective film. A common electrode composed of a transparent electrode such as Indium Zinc Oxide (IZO) is formed.

이 때, 상기 보호막은 컬러필터(207a~207c)가 형성된 기판(205)을 평탄화하고 안료 이온의 용출을 막기 위해 절연특성을 가지는 투명한 수지로 형성한다. 상기 보호막은 아크릴(Acryl)계 수지 또는 에폭시(epoxy)계 수지로 형성할 수 있다.At this time, the protective film is formed of a transparent resin having insulating properties to planarize the substrate 205 on which the color filters 207a to 207c are formed and to prevent the elution of the pigment ions. The protective film may be formed of an acrylic resin or an epoxy resin.

또한, 상기 공통전극은 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에서 액정분자에 전계를 수직으로 인가하는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN)모드에서는 필요하나, 공통전극이 화소전극과 함께 어레이 기판에 형성되는 횡전계(In Plane Switching; IPS)모드에서는 불필요하다.In addition, the common electrode is necessary in a twisted nematic (TN) mode in which an electric field is vertically applied between the color filter substrate and the array substrate, but the common electrode is formed on the array substrate together with the pixel electrode. This is not necessary in In Plane Switching (IPS) mode.

한편, 상기 공통전극 또는 보호막 위에 유기막을 패터닝하여 기판 사이의 셀갭을 유지하는 컬럼스페이서를 형성할 수도 있다.Meanwhile, an organic layer may be patterned on the common electrode or the protective layer to form a column spacer for maintaining a cell gap between the substrates.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.Many details are set forth in the foregoing description but should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 제조방법은 블랙매트릭스를 컬러필터층을 형성할 때 서브컬러 안료를 적층하여 형성함으로써 상기 블랙매트릭스를 형성하기 위한 일련의 공정을 단축시켜, 그 결과 컬러필터 공정을 단순화하여 생산량을 증가시키는 효과를 제공한다.As described above, the method for manufacturing a color filter substrate according to the present invention shortens a series of processes for forming the black matrix by forming a black matrix by laminating sub-color pigments when forming the color filter layer, and as a result, color. Simplifying the filter process provides the effect of increasing production.

또한, 서브컬러필터 계면에서의 서브컬러 안료의 변색으로 상기 서브컬러필터의 투과율에 의존하지 않고도 블랙매트릭스의 광학밀도를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the discoloration of the sub-color pigment at the sub-color filter interface can improve the optical density of the black matrix without depending on the transmittance of the sub-color filter.

도 1은 일반적인 액정표시패널을 개략적으로 나타내는 사시도.1 is a perspective view schematically showing a general liquid crystal display panel.

도 2는 도 1에 도시된 액정표시패널의 컬러필터 기판의 구조를 나타내는 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a color filter substrate of the liquid crystal display panel illustrated in FIG. 1.

도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 컬러필터 기판의 제조공정을 나타내는 순서도.3A to 3C are flowcharts illustrating a manufacturing process of the color filter substrate illustrated in FIG. 2.

도 4는 본 발명의 컬러필터 기판의 구조를 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view showing the structure of a color filter substrate of the present invention.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조공정을 나타내는 순서도.5A to 5D are flowcharts illustrating a manufacturing process of a color filter substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **

105,205 : 컬러필터 기판 106,206 : 블랙매트릭스105,205: color filter substrate 106,206: black matrix

107a~107c,207a~207c : 서브컬러필터107a ~ 107c, 207a ~ 207c: sub color filter

Claims (8)

서브컬러필터로 구성된 제 1, 2, 3 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역으로 구분되는 기판을 제공하는 단계; 및Providing a substrate divided into first, second, and third subpixel regions and a black matrix region composed of subcolor filters; And 경계 표면에서 화학 반응으로 검게 변색되는 제 1, 2, 3 서브컬러 안료를 이용하여 상기 제 1, 2, 3 서브화소 영역에 각각 제 1, 2, 3 유기막을 형성하며, 상기 블랙매트릭스 영역에 제 1, 2, 3 서브컬러 안료를 적층하여 블랙매트릭스와 컬러필터층을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터 기판의 제조방법.First, second and third organic films are formed in the first, second and third subpixel regions by using first, second and third sub-color pigments which are discolored by a chemical reaction at the boundary surface, respectively. A method of manufacturing a color filter substrate comprising the step of laminating 1, 2, 3 sub-color pigments to simultaneously form a black matrix and a color filter layer. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.The method of claim 1, further comprising forming a protective film on the entire surface of the substrate. 제 2 항에 있어서, 상기 보호막 위에 공통전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.The method of claim 2, further comprising forming a common electrode on the passivation layer. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스와 컬러필터층을 동시에 형성하는 단계는The method of claim 1, wherein forming the black matrix and the color filter layer simultaneously 상기 기판의 제 1 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역에 제 1 서브컬러 안료로 제 1 유기막을 형성하는 단계;Forming a first organic film with a first subcolor pigment in a first subpixel region and a black matrix region of the substrate; 상기 기판의 제 2 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역에 제 2 서브컬러 안료로 제 2 유기막을 형성하는 단계; 및Forming a second organic film with a second subcolor pigment in the second subpixel region and the black matrix region of the substrate; And 상기 기판의 제 3 서브화소 영역 및 블랙매트릭스 영역에 제 3 서브컬러 안료로 제 3 유기막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.Forming a third organic film with a third sub-color pigment in the third subpixel region and the black matrix region of the substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 서브컬러 안료는 적, 녹 또는 청색 서브컬러 안료로 구성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.The method of claim 1, wherein the subcolor pigment is composed of red, green, or blue subcolor pigments. 제 1 항에 있어서, 상기 유기막은 서브컬러 안료에 의해 조색되어 감광화된 컬러 레지스트를 기판에 도포, 노광, 현상하는 공정을 거쳐 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.The method of manufacturing a color filter substrate according to claim 1, wherein the organic film is formed through a process of applying, exposing and developing a color resist photosensitive and photosensitive with a sub-color pigment. 제 6 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트는 네거티브 타입인 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the color resist is of a negative type. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 영역에 적층되는 제 1, 2, 3 서브컬러 안료는 경계 표면에서 화학 반응으로 검게 변색되어 상기 블랙매트릭스 영역의 광학밀도를 높이는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.The method of claim 1, wherein the first, second, and third sub-color pigments laminated on the black matrix region are blackly discolored by chemical reaction at the boundary surface to increase the optical density of the black matrix region. Way.
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