KR20050049719A

KR20050049719A - 편광기능이 구비된 컬러필터 기판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20050049719A
Application number: KR1020030083423A
Authority: KR
Inventors: 윤성회
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-05-27
Also published as: US20050110941A1; US20090195731A1; US7929081B2; KR100677062B1; US7532289B2

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광 기능을 구비한 컬러필터 기판에 관한 것이다.

액정표시장치를 구성하는 구성요소 중 하나인 액정패널은 상기 액정패널의 상면 및 하면에 각각 빛을 한 방향으로만 투과시키기 위한 편광판이 부착됨으로서 액정표시소자의 기능을 행할 수 있게 된다. 하지만, 편광판은 그 두께가 200㎛이상이 되므로 액정패널 자체의 두께를 두껍게 하는 원인이 된다.

본 발명은 액정패널을 구성하는 구성요소인 컬러필터 기판에 빛을 한 방향으로만 투과시키는 편광자를 컬러필터층에 형성하는 컬러필터 기판 및 그 제조방법을 제공함으로써 상기 컬러필터 기판에 부착되는 편광판 없이 그 기능을 다하는 경량, 박형의 액정패널을 제공한다.

Description

편광기능이 구비된 컬러필터 기판 및 그 제조 방법{The polarized color filter substrate and method of fabricating for the same}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광 기능이 구비된 컬러필터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정표시장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.

일반적으로 액정 표시 장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을, 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 각 기판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(1)는 투명한 절연 기판 상에 컬러필터(14)와 상기 각 컬러필터(14)사이에 구성된 블랙매트릭스(12)와 상기 컬러필터(14)와 블랙매트릭스(12) 상부에 증착된 공통전극(18)이 형성된 상부기판(10)과, 화소영역(P) 상에 형성된 화소전극(36)과 스위칭소자(Tr)와 어레이배선(22, 24)이 형성된 하부기판(20)으로 구성되며, 상기 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이에는 액정(40)이 충진되어 있다.

상기 하부기판(20)은 어레이 기판(array substrate)이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Tr)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막 트랜지스터(Tr)를 교차하여 지나가는 게이트 배선(22)과 데이터 배선(24)이 형성된다.

이때, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트 배선(22)과 데이터 배선(24)이 교차하여 정의되는 영역이며, 상기 화소영역(P)상에는 전술한 바와 같이, 투명한 화소전극(36)이 형성된다.

전술한 액정표시장치는 더욱 정확히는 액정패널을 설명한 것이며, 상기 액정패널 외부 즉, 상판 및 하판에 각각 접촉하며 편광판이 구비되고, 상기 하판의 편광판 하부에는 램프 및 광학시트를 구비한 백라이트 유닛과 상기 액정패널을 지지하기 위한 탑 케이스 및 보텀 케이스 등이 구비되어 액정표시장치를 구성하게 된다.

도 2는 편광판을 구비한 일반적인 액정패널의 개략적인 단면을 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 액정패널(40)은 박막 트랜지스터(미도시) 및 화소전극(36)이 형성된 하부기판인 어레이 기판(21)과 컬러필터(미도시) 및 공통전극(18)이 형성된 상부기판인 컬러필터 기판(11)의 하면과 상면에 편광판(50, 52)이 구비되어 있다. 이때, 상기 화소전극(36)은 개략적으로 도시하였기에 어레이 기판(11) 전면에 형성된 것처럼 보이지만, 실제로는 도 1에서 보인바와 같이 화소영역(도 1의 P)에 대응하여 각 화소(P)별로 형성되는 것이 특징이며, 상기 화소전극(36)과 공통전극(18) 사이에는 액정(미도시)이 개재되어 있다.

전술한 액정패널에 있어서 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

액정패널의 상부기판인 컬러필터 기판은 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 배열되어 있으며, 주로 정교성이 뛰어나고 재현성이 좋은 안료분산법에 의해 형성되고 있다. 안료분산법에 의한 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 도 3a 내지 3d를 참고하여 간단히 설명한다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 절연기판(10)상에 금속물질 또는 수지를 기판 전면에 증착(도포)한 후 사진식각법(포토리소그라피법)을 통하여 블랙매트릭스(Black Matrix ; 이하 BM이라 칭함)(12)를 형성한다. 상기 BM(12)은 어레이 기판 상의 화소전극 이외의 부분에서 액정 분자의 비정상적 작용에 의해 발생하는 빛샘 현상을 방지하고, 박막 트랜지스터의 채널부로 빛이 입사되는 것을 차단하기 위함이다.

다음으로 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 BM(12)이 형성된 기판(10)에 적, 녹, 청색 중의 한가지 예를 들면 적색 컬러 레지스트를 스핀코팅 등의 방법을 통하여 기판(10) 전면에 도포하여 적색 레지스트층(13)을 형성한 후, 빛을 통과시키는 부분과 빛을 차단하는 패턴의 마스크(15)를 상기 기판(10)상의 적색 레지스트층 위에 일정간격 이격하여 위치시킨 후 노광을 한다.

다음으로 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 적색 레지스트층(도 3b의 13)을 현상하면, 상기 적색 레지스트층(도 3b의 13)은 네가티브(negative) 성질을 갖고 있으므로, 빛을 받은 부분은 남게 되고, 빛을 받지 않은 부분은 제거되어 적색 컬러필터 패턴(14a)이 형성된다. 이후, 상기 적색 컬러필터 패턴(14a)을 경화시키기 위해 큐어링(curing)을 진행한다.

다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 적색 컬러필터 패턴(14a)과 동일한 형성 방법으로 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(14b, 14c)을 기판(10)상에 형성한다.

다음, 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(14a, 14b, 14c) 위로 형성된 기판(10) 전면에 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 공통전극(18)을 형성한다. 이때 상기 컬러필터 패턴(14a, 14b, 14c)과 공통전극(18) 사이에 컬러필터 패턴(14a, 14b, 14c)의 보호와 단차 보상을 위해 오버코트막(16)을 형성하기도 한다.

전술한 바와 같이, 컬러필터 기판은 컬러 레지스트의 도포, 노광, 현상, 큐어링(curing) 등의 제조공정을 등을 진행함으로써 형성할 수 있으며, 이렇게 제작된 컬러필터 기판에 어레이 기판을 대향시킨 후, 상기 두 기판 사이에 액정을 개재하고 합착하여 액정패널을 형성한다. 이후, 상기 액정패널의 상면 및 하면에 각각 편광판을 부착함으로써 액정패널을 완성한다.

도 4는 전술한 도 3a 내지 도 3d에 서술한 방법에 의해 제조된 컬러필터 기판에 편광판이 구비된 것을 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, BM(12)과 적, 녹, 청색 컬러필터(14a, 14b, 14c) 및 공통전극(18)이 형성된 컬러필터 기판(11)의 하면에 편광판(52)이 부착되어 있다.

상기 컬러필터 기판(11)에 부착되는 편광판(52)은 계면 반사로 인해 빛 손실이 발생하게 되며, 그 두께가 일반적으로 200㎛이상이 되므로, 최근의 경량, 박형의 액정표시장치를 제조하는데 마이너스 포인트가 되고 있다. 또한, 상기 컬러필터 기판(11)에 부착된 편광판(52)은 편광자층 및 보호층과 점착층을 형성시키는 베이스 필름 자체가 유연성(flexibility)이 떨어지고 딱딱한 재질이므로 유연성 있는 표시소자를 형성하는 데에는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 편광 기능을 가진 컬러 레진을 이용하여 컬러필터를 형성함으로써, 별도의 외부 편광판을 제거함으로써 경량, 박형의 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법은 기판 상에 다수의 개구부를 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 다수의 개구부에 대응하여 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(lyotropic LC) 컬러필터층을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(lyotropic LC) 컬러필터층에 쉬어력(shear force)을 가하여, 그 내부의 분자들을 일정방향 배열시킴으로써, 편광기능을 갖도록 하는 단계와; 상기 편광기능을 갖는 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(lyotropic LC) 컬러필터층을 건조하는 단계와;

상기 건조된 컬러필터층을 경화시키는 단계와; 상기 경화된 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 컬러필터층 하부에 안정화막을 더욱 형성하는 단계를 포함하며, 상기 안정화막은 PA(Polyamic Acid)막 또는 메톡시실란(methoxysilane)막인 것이 바람직하다.

이때, 상기 메톡시실란(methoxysilane)막은 그 농도가 3%이하의 용액을 도포하여 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안정화막은 그 두께가 100℃ 내지 1000℃인 것이 바람직하다.

또한, 상기 안정화막을 형성하는 단계는 PA(Polyamic Acid) 또는 메톡시실란(methoxysilane) 용액을 블랙매트릭스의 개구부에 도포하는 단계와; 상기 도포된 용액을 건조시키는 단계를 더욱 포함한다.

이때, 상기 PA(Polyamic Acid) 또는 메톡시실란(methoxysilane) 용액의 도포는 잉크 젯 프린터에 의해 블랙매트릭스 개구부마다 디스펜싱(dispensing)되는 것이 특징이다.

또한, 상기 리오트로픽 액정은 아민(amine)과 카르복시산(carboxylic acid)이 적당한 성분비로 치환된 염료 베이스의 용액인 것이 특징이다.

또한, 리오트로픽 액정 컬러필터층은 잉크 젯 프린팅법 또는 노즐 코팅법에 의해 도포되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 쉬어력(shear force)은 상기 리오트로픽 액정 컬러필터층이 형성된 기판에 슬릿 다이(slit die)장치의 슬릿 또는 바 코터(bar coater)의 블레이드(blade)를 상기 기판에 접촉시켜 일정한 압력을 가하며 일정한 속도를 가지고 한 방향으로 이동시킴으로서 형성되는 것이 특징이다.

또한, 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정 컬러필터층을 건조하는 단계는 30℃내지 90℃의 분위기에서 1분 내지 10분 동안 유지하는 것이 바람직하며, 상기 건조된 컬러필터층을 경화하는 단계는 150℃ 내지 250℃의 분위기에서 10분 내지 60분 동안 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 경화된 컬러필터층은 그 두께가 0.3㎛ 내지 1.5㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 건조된 컬러필터층을 경화시키는 단계 이후에는 상기 컬러필터층에 수분 침투 방지막 처리 단계를 더욱 포함한다.

이때, 상기 수분 침투 방지막 처리는 바륨 염화물(barium chloride)막 코팅인 것이 특징이다.

또한, 상기 경화된 컬러필터층과 공통전극 사이에는 오버코트층이 더욱 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 편광기능을 갖는 컬러필터 기판은 기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와; 상기 다수의 개구부에 대응하여 순차적으로 형성되며, 가해진 쉬어력(shear force)에 의해 그 내부의 분자들을 일정방향 배열시킴으로써, 편광기능을 갖는 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층과; 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 위에 형성된 공통전극을 포함한다.

이때, 상기 기판 상의 다수의 개구부에는 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 하부에 안정화막을 더욱 구비하는 것이 특징이며, 또한, 상기 리오트로픽 액정(Lyotropic LC)층과 공통전극 사이에는 수분 방지막을 더욱 구비한 것이 특징이다.

본 발명에 의한 편광기능을 갖는 컬러필터 기판을 구비한 액정표시장치는 기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와, 상기 다수의 개구부에 대응하여 순차적으로 형성되며, 가해진 쉬어력(shear force)에 의해 그 내부의 분자들을 일정방향 배열시킴으로써, 편광기능을 갖는 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층과, 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 위에 형성된 공통전극을 포함하는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판과; 상기 컬러필터 기판과 대향하여 게이트 배선과 데이트 배선과 스위칭 소자 및 화소전극을 포함하는 어레이 기판과; 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.

이때, 상기 기판 상의 다수의 개구부에는 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 하부에 안정화막을 더욱 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층과 공통전극 사이에는 수분 방지막을 더욱 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 어레이 기판의 하면에는 편광판이 더욱 구비되는 것이 특징이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 편광 기능을 구비한 컬러필터 기판 및 그 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.

<제 1 실시예>

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 편광판이 구비된 액정패널의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 어레이 기판은 개략적으로 나타내었으며, 컬러필터 기판은 자세히 도시하였다.

도시한 바와 같이, 편광자를 포함하는 상부기판인 컬러필터 기판(111)과 대향하여 화소전극(155) 및 박막 트랜지스터(Tr)를 포함하는 하부기판인 어레인 기판(151)이 위치하고 있으며, 상기 두 기판(111, 151) 사이에는 액정층(180)이 형성되어 있다. 또한, 상기 어레이 기판(151)의 하면에는 종래와 동일하게 편광판(170)이 부착되어 있다. 상부기판인 컬러필터 기판(111)에 있어서 기판(110)의 하면에 BM(115)이 도시하지 않았지만 어레이 기판(151)의 각 화소(P) 사이의 데이터 배선(미도시)과 게이트 배선(미도시)에 대응하여 일정간격 이격하며 형성되어 있다. 상기 BM(115) 사이의 일정영역에 있어서는 기판(110)과 접촉하며 폴리아믹산(Polyamic Acid(PA)) 또는 실란(silane)으로 형성되는 안정화층(120)이 형성되어 있으며, 상기 BM(115) 사이의 일정영역의 안정화층(120) 하부에 상기 어레이 기판(151) 하면에 구비된 편광판(170)의 투과축과 수직한 방향의 투과축을 갖는 편광자가 구비된 적, 녹, 청색의 컬러필터층(125a, 125b, 125c)이 형성되어 있다.

다음, 상기 BM(115)과 적, 녹, 청색 컬러필터층(125a, 125b, 125c) 하부에 오버코트층(130) 및 공통전극(135)이 기판(110) 전면에 형성되어 있다. 상기 오버코트층(130)과 컬러필터층(125a, 125b, 125c) 사이에는 상기 컬러필터층(125a, 125b, 125c)의 수분 침투 방지를 위한 수분방지층(127)이 더욱 형성되어 있다.

전술한 구조를 갖는 본 발명에 의한 액정패널(100)은 상기 액정패널(100) 외부면에 부착되는 편광판(170)은 어레이 기판(151)의 하면에만 구비되며, 상기 액정패널의 상면의 편광판은 상기 컬러필터 기판 내부의 적, 녹, 청색 컬러필터층에 상기 하부의 편광판과 수직한 투과축을 갖는 편광자가 형성되어 있으므로 경량, 박형의 액정패널(100) 구현이 가능하다.

다음은 전술한 구조의 액정패널에 있어 본 발명에 의한 편광자가 구비된 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 6a 내지 6f는 본 발명에 의한 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 공정 평면도이며, 도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 의한 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 공정 단면도이다. 평면도에 있어서, 그 내부에 어레이 기판의 화소에 대응되는 다수의 BM패턴 사이의 영역이 존재하나 본 도면에서는 간단히 몇 개 영역만으로 도시하였다.

우선, 도 6a 내지 7a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(110) 상에 블랙(black)계열의 금속물질 또는 수지를 전면에 증착(도포)한 후, 사진식각법(포토리소그라피법)을 통하여 BM패턴(115)을 형성한다. 상기 BM패턴(115)은 액정패널의 화면이 표시되는 액티브 영역의 테두리와 완성된 컬러필터 기판과 대향되는 어레인 기판(미도시)의 데이터 배선(미도시)과 게이트 배선(미도시)에 대응되어 화소(미도시)의 테두리를 가리도록 형성되는 것이 특징이다.

다음, 도 6b 내지 7b에 도시한 바와 같이, 상기 기판(110) 상의 BM패턴(115)과 패턴(115) 사이 영역에 폴리아믹산(polyamic acid; 이하 PA라 칭함)을 도포하고, 적정온도에서 상기 PA를 건조시켜 PA막(120)을 형성한다. 잉크 젯 프린터(ink jet printer, 190) 등을 이용하여 BM패턴(115)과 패턴(115) 사이에 소정 량을 각각 도포함으로서 일정높이의 PA막(120)을 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 형성되는 PA막(120)의 두께는 수백 내지 1,000℃으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 PA막(120)은 이후 공정에 의해 상기 PA막(120) 상부에 형성되는 컬러필터층(미도시)과 고온에서 반응하여 접착력 등을 강화시키는 역할을 한다.

다음, 도 6c내지 7c에 도시한 바와 같이, 아민(amine)과 카르복시산(carboxylic acid) 또는 상기 두 물질이 적당한 성분비를 가지며 치환된 적, 녹 ,청색의 염료 베이스(base)의 리오트로픽(lyotropic) 액정용액을 잉크 젯 프린터(193) 또는 노즐 코팅 장치를 이용하여 적정량을 기판(110) 상에 도포하여 상기 PA막(120) 위에 적, 녹, 청색이 반복되는 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)을 형성한다.

상기 아민(amine)과 카르복시산(carboxylic acid)이 적당한 성분비를 가지며 치환된 적, 녹, 청색의 염료는 판상 구조를 가지고 있으며, 수용액 내에서 가늘고 긴 막대 형태의 집합체(aggregate)를 형성하고, 상기 집합체(aggregate)가 수용액 내에서 하나의 액정과 같은 역할을 하는 것이 특징이다.

전술한 염료가 베이스인 리오트로픽(lyotropic) 액정은 염료 기능(색표현)을 가진 분자가 액정 상(phase)을 갖는 것으로서, 여기서의 액정 상은 온도에 따라 나타나는 일반적인 액정이 아니라 용액의 농도에 따라 그 상을 나타내는 영역을 갖는 액정을 말한다. 또한, 상기 리오트로픽(lyotropic) 액정용액은 안정화를 위해 표면에 황산(sulfuric acid)등의 친수성 치환기를 갖는 것이 특징이다.

상기 잉크 젯 프린터(193) 또는 노즐 코팅 장치(미도시)는 3개 이상의 헤드(195) 또는 노즐(미도시)을 구비하여 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 형성을 위한 전술한 수용액(아민(amine)과 카르복시산(carboxylic acid) 또는 상기 두 물질이 적당한 성분비를 가지며 치환된 적, 녹 ,청색의 염료가 주가 되는 리오트로픽(lyotropic) 액정용액)을 동시에 기판(110) 상에 도포하거나, 또는 하나의 헤드(195) 또는 노즐(미도시)을 이용하여 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정용액을 각각 도포하는데, BM패턴(115)은 소수성 성질을 가지고 있으므로 그 표면이 친수성을 띠는 상기 수용액은 상기 BM패턴(115)과 계면 분리되어 상기 BM패턴(115) 내부의 PA막(120) 위에만 형성된다. 이때, BM패턴(115) 사이에 도포되는 상기 리오트로픽(lyotropic) 액정용액은 그 표면 장력에 의해 높이가 BM패턴(115)의 높이보다 높게 형성되도록 그 잉크젯 프린터(193)에 의한 도포량을 조절하는 것이 바람직하다. 상기 BM패턴(115) 내의 도포된 상기 적, 녹, 청색 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)의 두께는 5㎛ 내지 20㎛가 바람직하다.

또한, 상기 BM패턴(115) 사이에 도포된 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)에 있어, 색순도는 각 색의 염료의 배합에 의해 조절될 수 있다.

다음, 도 6d 내지 7d에 도시한 바와 같이, 상기 BM패턴(115) 사이에 도포되어 상기 BM패턴(115) 위로 노출된 된 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)을 쉬어력(shear force)이 가해지도록 바(bar) 코터(coater)를 이용하여 일정한 압력을 기판(110)에 가하며 한 방향을 밀어준다. 이때, BM패턴(115) 위로 노출된 상기 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)은 상기 노출된 부분이 블레이드(blade; 189)에 의해 제거되어 BM패턴(115)과 같은 높이를 가지며, 그 표면이 평평하게 된다. 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)에 쉬어력(shear force)이 가해지도록 하기 위해서 바 코터(bar coater)의 블레이드(189)를 이용하여 상기 블레이드(189)를 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)이 도포된 기판(110) 표면에 밀착시키고, 일정한 압력을 가하며, 한 방향으로 상기 블레이드(189) 또는 상기 기판(110)이 위치한 스테이지(미도시)를 이동시킨다. 이때, 상기 블레이드(blade,189) 또는 스테이지(미도시)의 이동방향은 액정패널(미도시) 형성 후, 어레이 기판(미도시)의 하부에 부착되는 편광판(미도시)의 투과축과 수직한 방향이 되며, 쉬어력(shear force)에 의해 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c) 내부에 일정한 방향의 투과축을 갖는 편광자가 형성된다. 블레이드(189)가 기판(110)을 누루며 한 방향으로 이동함에 의해 형성되는 쉬어력(shear force)은 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c) 내의 분자들을 일정한 방향으로 배열시킴으로써 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)이 일정한 방향의 투과축을 갖는 편광자 역할을 하게 한다.

전술한 바와 같이, BM패턴(115) 사이에 형성된 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)은 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c) 내에 포함된 염료의 색에 의해 적, 녹, 청색의 컬러필터의 역할을 하며, 동시에 한 방향으로의 쉬어력(shear force)에 의해 빛을 한 방향으로만 투과시키는 투과축을 갖는 편광판의 편광자의 역할을 하는 것이 특징이다.

다음, 도 7e에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정용액이 도포되어 바 코터기의 블레이드(도 7e의 189) 등에 의해 한 방향으로 밀어줌에 의해 그 표면이 평탄하게 된 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c)이 형성된 기판(110)을 30℃ 내지 90℃ 사이의 온도에서 적정시간 동안 유지시켜 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽(lyotropic) 액정 용액층(125a, 125b, 125c) 내부의 수분을 건조시킴으로서 고체 상태의 적, 녹, 청색 컬러필터층(125a, 125b, 125c)을 형성하고, 연속하여 챔버를 구비한 오븐 등의 베이킹(baking) 장비에 상기 기판(110)을 위치시킨 후, 150℃ 내지 250℃의 분위기에서 10 내지 60분간 유지시켜 상기 건조된 적, 녹, 청색 컬러필터층(125a, 125b, 125c)을 완전히 경화시킨다. 상기 경화공정을 통해 상기 적, 녹, 청색 컬러필터층(125a, 125b, 125c) 하부에 형성한 PA막(120) 내부의 아민(amine)기와 카르복시산(carboxylic acid)기가 반응하고, 그 일부는 상부의 컬러필터를 형성하는 리오트로픽(lyotropic) 액정의 치환기와 반응하여 그 계면의 접촉력이 강화된 안정된 막을 형성하게 된다.

상기 건조 및 경화 공정을 통해 상기 투과축을 갖는 편광자를 그 내부에 구비한 적, 녹, 청색 컬러필터층(125a, 125b, 125c)이 형성되는데 이때, 상기 건조 및 경화되어 수분이 제거됨으로써 형성되는 최종적인 각 컬러필터층(125a, 125b, 125c)의 두께는 0.3㎛ 내지 1.5㎛가 되는 것이 바람직하다.

다음, 경화된 상기 적, 녹, 청색 컬러필터층(125a, 125b, 125c)이 형성된 기판(110)에 상기 컬러필터층(125a, 125b, 125c)의 수분 안정성 향상을 위해 수분 침투 방지를 위한 바륨 염화물(barium chloride) 처리하여 수분 방지막(127)을 형성한다.

다음, 도 7f에 도시한 바와 같이, 상기 수분 침투 방지를 위한 바륨 염화물 처리에 의해 수분 방지막(127)이 형성된 한 기판(110) 상에 투명한 포토아크릴 계열의 물질을 전면에 도포하여 오버코트층(130)을 형성하고, 상기 오버코트층(130) 위에 투명도전성 물질을 증착하여 공통전극(135)을 형성한다.

이때, 상기 평탄화를 위한 오버코트층(130)은 생략될 수도 있다.

전술한 방법에 의해 제작된 컬러필터 기판(111)은 상기 기판(111)의 적, 녹, 청색의 컬러필터층(125a, 125b, 125c) 내부에 편광판 기능 즉, 빛을 일정한 투과축 방향으로만 투과시키는 편광자가 함께 구비되어 이를 이용한 액정패널에 있어 상기 컬러필터 기판의 상면에 따로 편광판을 부착하지 않아도 된다. 따라서, 경량, 박형의 액정패널을 제공할 수 있다.

<제 2 실시예>

본 발명에 의한 제 2 실시예에서는 편광판을 그 내부에 형성한 컬러필터 기판의 제조 방법에 있어서, 막 안정화 및 그 계면의 접촉성을 강화하기 위해 형성하는 안정화막에 있어, 제 1 실시예에서의 PA막 대신 실란(silane)막을 이용한 것이 특징이다.

PA막 대신 실란(silane)막을 이용하는 것 이외에는 제 1 실시예에 방법과 동일하므로 도면 없이 실란(silane)막을 형성 및 그 반응에 대해서만 간단히 설명한다.

우선, BM 패턴이 형성한 기판 상에 아미노(amino) 또는 에폭시(epoxy)가 치환된 메톡시실란(methoxysilane)을 3% 이하의 용액을 도포한다. 이때 상기 용액은 BM패턴 사이의 영역에 잉크 젯 프린터 또는 노즐 코팅 장치에 의해 드롭핑하는 것이 바람직하다.

다음, BM패턴 사이에 상기 용액을 도포한 기판을 80℃ 내지 150℃의 분위기에서 5 내지 10분 동안 유지하여 상기 용액을 건조 시켜 실란(silane)막을 형성한다. 이때 형성되는 실란(silane)막은 그 두께가 수백 내지 1,000℃정도인 것이 바람직하다.

다음 상기 실란(silane)막 위에 적, 녹 ,청색 염료가 베이스인 리오트로픽(lyotripic) 액정 용액을 잉크 젯 프린팅 또는 노즐 코팅을 실시하여 BM패턴 사이에 도포하여 적, 녹, 청색 컬러필터층을 형성한다.

다음, 상기 적, 녹, 청 컬러필터층에 쉬어력(shear force)을 가하여 분자들을 일정방향으로 배열시킴으로써 편광자를 형성한다. 이후, 상기 컬러필터층을 30℃내지 90℃의 분위기에서 적정시간 유지하여 건조시킨다.

다음, 건조된 컬러필터층이 형성된 기판을 150℃내지 250℃의 분위기에서 10분 내지 60분 동안 가열함으로서 경화시킨다. 이때, 실란(silane)층의 메톡시(methoxy)부분은 가수 분해되어 기판의 Si-O기와 반응하여 기판 상에 단단히 고정되며, 실란의 아미노(amino) 또는 에폭시(epoxy) 치환기는 컬러필터층 내부의 치환기와 반응하여 상기 컬러필터층과 실란(silane)층의 접착력을 강화시키게 된다.

이후 공정은 제 1 실시예와 동일하게 진행되므로 설명은 생략한다.

본 발명에서는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 컬러필터층은 그 내부에 일정방향의 투과축을 갖는 편광자를 구비함으로써, 상기 컬러필터 기판을 포함하는 액정패널은 어레이 기판 하부에만 편광판이 구비되므로 그 두께가 얇고 가벼운 액정표시장치를 제공할 수 있다.

또한, 편광 기능을 구비한 컬러필터 기판의 제작 시 잉크 젯 프린터 또는 노즐 코팅 장치를 이용하여 한번에 적, 녹, 청색의 컬러필터층을 형성함으로 재료비 절감의 효과가 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 3a 내지 3d는 종래의 안료분산법에 의한 컬러필터 기판의 제조 공정 단면도.

도 4는 전술한 도 3a 내지 도 3d에 서술한 방법에 의해 제조된 컬러필터 기판에 편광판이 구비된 것을 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 편광판이 구비된 액정패널의 단면을 개략적으로 도시한 도면.

도 6a 내지 6d는 본 발명에 의한 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 공정 평면도.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 의한 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 공정 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110, 150: 투명한 기판 111 : 컬러필터 기판

115 : BM패턴 120 : 안정화막

125a, 125b, 125c : 편광자가 구비된 적, 녹, 청색 컬러필터층

127 : 수분 방지막 130 : 오버코트층

135 : 공통전극 151 : 어레이 기판

155 : 화소전극 170 : 편광판

180 : 액정층 Tr : 박막 트랜지스터

Claims

기판 상에 다수의 개구부를 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;

상기 다수의 개구부에 대응하여 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(lyotropic LC) 컬러필터층을 순차적으로 형성하는 단계와;

상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(lyotropic LC) 컬러필터층에 쉬어력(shear force)을 가하여, 그 내부의 분자들을 일정방향 배열시킴으로써, 편광기능을 갖도록 하는 단계와;

상기 편광기능을 갖는 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(lyotropic LC) 컬러필터층을 건조하는 단계와;

상기 건조된 컬러필터층을 경화시키는 단계와;

상기 경화된 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계

를 포함하는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 컬러필터층 하부에 안정화막을 더욱 형성하는 단계

를 포함하는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 안정화막은 PA(Polyamic Acid)막 또는 메톡시실란(methoxysilane)막인 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 메톡시실란(methoxysilane)막은 그 농도가 3%이하의 용액을 도포하여 형성되는 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 안정화막은 그 두께가 100℃ 내지 1000℃인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 2 항에 있어서.

상기 안정화막을 형성하는 단계는 PA(Polyamic Acid) 또는 메톡시실란(methoxysilane) 용액을 블랙매트릭스의 개구부에 도포하는 단계와;

상기 도포된 용액을 건조시키는 단계

를 더욱 포함하는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 PA(Polyamic Acid) 또는 메톡시실란(methoxysilane) 용액의 도포는 잉크 젯 프린터에 의해 블랙매트릭스 개구부마다 디스펜싱(dispensing)되는 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 리오트로픽 액정은 아민(amine)과 카르복시산(carboxylic acid)이 적당한 성분비로 치환된 염료 베이스의 용액인 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

리오트로픽 액정의 컬러필터층은 잉크 젯 프린팅법 또는 노즐 코팅법에 의해 도포되어 형성되는 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 쉬어력(shear force)은 상기 리오트로픽 액정의 컬러필터층이 형성된 기판에 슬릿 다이(slit die)장치의 슬릿 또는 바 코터(bar coater)의 블레이드(blade)를 상기 기판에 접촉시켜 일정한 압력을 가하며 일정한 속도를 가지고 한 방향으로 이동시킴으로서 형성되는 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정의 컬러필터층을 건조하는 단계는 30℃ 내지 90℃의 분위기에서 1분 내지 10분 동안 유지하는 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 건조된 컬러필터층을 경화하는 단계는 150℃ 내지 250℃의 분위기에서 10분 내지 60분 동안 유지하는 것이 특징인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 경화된 컬러필터층은 그 두께가 0.3㎛ 내지 1.5㎛인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 건조된 컬러필터층을 경화시키는 단계 이후에는 상기 컬러필터층에 수분 침투 방지막 처리 단계를 더욱 포함하는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 수분 침투 방지막 처리는 바륨 염화물(barium chloride)막 코팅인 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 경화된 컬러필터층과 공통전극 사이에는 오버코트층이 더욱 포함되는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법.
기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와;

상기 다수의 개구부에 대응하여 순차적으로 형성되며, 가해진 쉬어력(shear force)에 의해 그 내부의 분자들을 일정방향 배열시킴으로써, 편광기능을 갖는 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층과;

상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 위에 형성된 공통전극

을 포함하는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판.
제 17 항에 있어서,

상기 기판 상의 다수의 개구부에는 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 하부에 안정화막을 더욱 구비한 편광기능을 갖는 컬러필터 기판.
제 17 항에 있어서,

상기 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층과 공통전극 사이에는 수분 방지막을 더욱 구비한 편광기능을 갖는 컬러필터 기판.
기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와, 상기 다수의 개구부에 대응하여 순차적으로 형성되며, 가해진 쉬어력(shear force)에 의해 그 내부의 분자들을 일정방향 배열시킴으로써, 편광기능을 갖는 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층과, 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 위에 형성된 공통전극을 포함하는 편광기능을 갖는 컬러필터 기판과;

상기 컬러필터 기판과 대향하여 게이트 배선과 데이트 배선과 스위칭 소자 및 화소전극을 포함하는 어레이 기판과;

상기 두 기판 사이에 개재된 액정층

을 포함하는 액정표시장치용 액정패널.
제 20 항에 있어서,

상기 기판 상의 다수의 개구부에는 상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층 하부에 안정화막을 더욱 구비한 액정표시장치용 액정패널.
제 20 항에 있어서,

상기 적, 녹, 청색의 리오트로픽 액정(Lyotropic LC) 컬러필터층과 공통전극 사이에는 수분 방지막을 더욱 구비한 액정표시장치용 액정패널.
제 20 항에 있어서,

상기 어레이 기판의 하면에는 편광판이 더욱 구비되는 액정표시장치용 액정패널.