KR20050096426A - 컬러필터 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랙 매트릭스의 꺽어지는 부분이 현상액을 분사하는 장비를 통과하는 방향과 평행하도록 하여 현상에 의한 레지스트의 잔사불량을 방지하는 컬러필터 어레이 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 기판 상에 꺽이는 구조를 가지는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스를 포함한 전면에 컬러 레지스트를 도포하는 단계와, 상기 컬러 레지스트를 노광하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스의 꺽이는 부분이 현상장비를 통과하는 방향과 평행하도록 상기 기판을 배치한 후, 상기 컬러 레지스트를 현상하여 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

컬러필터 어레이 기판의 제조방법{Method For Fabricating Color Filter Array Substrate}

본 발명은 액정표시소자(LCD: Liquid Crystal Display Device)의 제조방법에 관한 것으로 특히, 레지스트 잔사 개선을 위한 컬러필터 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.

근래 고품위 TV(high definition TV) 등의 새로운 첨단 영상기기가 개발됨에 따라 브라운관(CRT) 대신에 액정표시소자(LCD :Liquid Crystal Display), ELD(electro luminescence display), VFD(vacuum fluorescence display), PDP(plasma display panel) 등과 같은 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그 중에서도 액정표시소자는 평판 표시기의 대표적인 기술로써 박형, 저가, 저소비 전력 구동 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터(lap top computer)나 포켓 컴퓨터(pocket computer) 외에 차량 적재용, 칼라 TV의 화상용으로도 그 용도가 급속하게 확대되고 있다.

이러한 특성을 갖는 액정표시소자는 상부기판인 컬러필터(color filter) 기판과 하부기판인 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정이 형성되는 구조를 가지는 것으로, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동되게 된다.

이때, 상기 컬러필터 기판은 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층과, R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스와, 액정 셀에 전압을 인가하기 위한 공통 전극으로 구성된다.

상기 컬러필터층을 구성하는 세가지 색은 각각 독립적으로 구동되고 이들의 조합에 의해 한 화소(pixel)의 색이 표시된다.

한편, 상기 컬러필터층을 제조하는 방법은, 기판 상에 감광 물질인 컬러 레지스트를 도포하는 단계와, 도포된 상기 컬러 레지스트를 약간 높은 온도에서 가경화(soft-baking)하는 단계와, 가경화된 상기 컬러 레지스트 상에 포토 마스크를 씌운 후 포토 마스크에 형성된 패턴대로 컬러 레지스트를 노광하는 단계와, 노광된 컬러 레지스트를 현상하여 패터닝한 후 좀 더 높은 온도에서 완전 경화(hard-baking)하는 단계로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 의한 컬러필터 어레이 기판의 현상공정 방향을 나타낸 공정평면도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 레지스트 현상과정을 나타낸 공정측면도이다.

그리고, 도 3 및 도 4는 종래 기술의 현상공정에 의한 문제점을 나타낸 레지스트 잔사의 사진도이고, 도 5a 내지 도 5f는 컬러필터 어레이 기판의 제조 방법을 나타낸 공정단면도이다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 절연 기판(11) 상에 사진식각기술(photolithograpy)을 적용하여 블랙 매트릭스(13)를 형성한다. 상기 블랙 매트릭스(13)는 화소 가장자리 또는 박막트랜지스터 상부에 상응되도록 형성하여 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광하는데, 전극층이 꺽어지는 구조를 가지는 횡전계방식의 경우 그 상부에 형성되는 블랙 매트릭스도 꺽어지는 구조를 가지게 된다.

상기 블랙 매트릭스(13)를 형성한 후에는, 상기 블랙 매트릭스(13) 사이의 단위 화소 내부에 색상을 구현하는 안료가 함유된 컬러 레지스트(color resist)를 R,G,B의 순서로 도포한다.

상기 컬러 레지스트의 주요 성분은 일반적인 포토 레지스트와 같이 감광 조성물인 광중합 개시제와, 모노머(monomer)와, 바인더(binder)와, 분산제와, R,G,B의 색상을 구현하는 유기 안료 등으로 구성되는데, 일반적으로 레지스트 역할과 막질 역할을 동시에 수행하는 네가티브(negative) 특성의 레지스트를 사용한다.

구체적으로, 상기 블랙 매트릭스(13)를 포함한 전면에 제 1 컬러 레지스트(R)를 도포하고, 60∼80℃ 정도의 온도에서 가경화시킨 후, 상기 제 1 컬러 레지스트(R)를 남겨둘 영역에만 광이 투사되도록 절연기판(11) 배면에 포토마스크(30)를 배치하여 배면노광시킨다.

이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 노광되어 광화학 구조가 변경된 제 1 컬러 레지스트(R)를 현상하고 완전경화하여 R색상의 제 1 컬러필터층(15a)을 완성한다.

이 때, 노광되어 가교된 컬러 레지스트는 그대로 남아 있고 노광되지 않은 부분은 현상액에 씻겨져 제거된다.

한편, 상기 현상(develop)공정은 딥핑(dipping), 퍼들(puddle), 샤워 스프레이(shower spray)법 중 어느 하나의 방법으로 하는데, 도 2에서는 샤워 스프레이 방법을 나타낸 것이다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전하는 반송롤러(24)에 의해 절연기판(11)을 일방향으로 전진시면서 현상장비(20)의 분사노즐(21)을 통해 현상액을 분사하여 레지스트를 현상한다. 이 때, 종래는 블랙 매트릭스(13)의 꺽어지는 부분이 현상장비(20)를 통과하는 방향과 수직이 되도록 절연기판(11)을 배치하였다.

다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 컬러필터층(15a)을 포함한 전면에 제 2 컬러 레지스트(G)를 도포하고 포토마스크(30)를 배치하여 배면노광시킨 후, 도 2의 샤워 스프레이 방법으로 현상하여 제 2 컬러필터층(15b)을 형성한다.

다음, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 컬러 레지스트(G)를 포함한 전면에 B(Blue) 색상의 제 3 컬러 레지스트(B)를 도포하고 가경화시킨후, 포토마스크(30)를 절연기판(11) 배면에 배치하여 제 3 컬러 레지스트(B)를 노광시킨다. 이어서, 상기 제 3 컬러 레지스트(B)를 현상하여 제 3 컬러피터층(15c)을 형성한다.

이로써, R색상의 제 1 컬러필터층(15a)과 G색상의 제 2 컬러필터층(15b)과, B색상의 제 3 컬러필터층(15c)으로 이루어지는 컬러필터층(15)이 완성된다.

그러나, 상기와 같이 블랙 매트릭스(13)의 꺽어지는 부분이 현상장비를 통과하는 방향과 수직인 상태에서 현상공정이 이루어지는 경우, 현상액에 씻겨나가야 하는 레지스트가 완전히 제거되지 못하고 잔류하게 되는 문제점이 발생하였다. 잔류하는 잔사는 도 3과 같은 모습을 나타내었다.

즉, 블랙 매트릭스(13)의 꺽어지는 부분에서 현상액이 블랙 매트릭스(13)의 턱을 넘지 못하고 꺽어지는 부분에서 고이게 되어, 도 4에 도시된 바와 같은, 물결 무늬의 얼룩을 형성하게 되었다.

즉, 종래기술에 의한 컬러필터 어레이 기판의 제조방법은, 블랙 매트릭스가 꺽어지는 부분이 현상존을 통과하는 방향과 수직일 경우, 현상공정시 레지스트 잔사가 완전제거되지 못하고 블랙 매트릭스의 꺽어지는 부분에 고여 물결무늬의 얼룩을 형성하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 블랙 매트릭스의 꺽어지는 부분이 현상존을 통과하는 방향과 평행하도록 하여, 레지스트 잔사가 완전제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 컬러필터 어레이 기판의 제조방법은 기판 상에 꺽이는 구조를 가지는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스를 포함한 전면에 컬러 레지스트를 도포하는 단계와, 상기 컬러 레지스트를 노광하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스의 꺽이는 부분이 현상장비를 통과하는 방향과 평행하도록 상기 기판을 배치한 후, 상기 컬러 레지스트를 현상하여 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 블랙 매트릭스가 꺽이는 구조를 가지는 경우, 꺽이는 부분에서 레지스트 잔사에 의한 불량이 발생하였는데, 본 발명은 블랙 매트릭스의 꺽이는 부분이 현상장비를 통과하는 방향과 평행하였을 때 현상에 의한 레지스트 잔사에 의한 문제가 해결된 것에 착안한 것이다.

이 때, 상기 블랙 매트릭스는 화소의 가장자리에 형성되어 빛샘을 방지하거나 또는 화소의 중간에 형성되어 화소의 도메인을 분할하는 전계왜곡수단으로 사용하는데, 횡전계방식 액정표시소자일 경우 배선층이 꺽이는 구조를 가지게 되므로 그 상부에 형성되는 블랙 매트릭스도 꺽이는 구조를 가지게 된다. 그리고, 전계왜곡수단으로서의 블랙 매트릭스도 꺽이는 구조를 가질 수 있는데, 이 경우에도 본발명의 기술적 사상을 적용할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 현상장비는 샤워 스프레이법에 의한 현상을 수행할 수 있는 장비로써, 기판이 통과하는 전단부에 설치되어 기판의 통과함에 따라 현상공정이 이루지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 의한 컬러 레지스트 기판의 현상공정 방향을 나타낸 공정평면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 레지스트 현상과정을 나타낸 공정측면도이다.

도 6을 참고로 하여 본 발명에 의한 컬러필터 어레이 기판의 제조방법을 살펴보면, 먼저, 표면이 연마된 투명한 기판(111) 상에 광밀도(optical density) 3.5이상의 크롬산화물(CrOx) 또는 크롬(Cr) 등의 금속을 스퍼터링 방법으로 증착하거나 또는 유기물질을 도포한 후, 이를 사진식각기술로 패터닝하여 블랙 매트릭스(113)를 형성한다.

여기서, 상기 블랙 매트릭스(113)는 박막 어레이 기판의 단위 화소 가장자리와 박막트랜지스터가 형성되는 영역에 상응되도록 형성되어, 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광하는 역할을 한다.

따라서, 횡전계방식 액정표시소자에서 데이터 배선이 꺽어지는 구조로 형성되는 경우, 상기 데이터 배선 상부에 오버랩되는 블랙 매트릭스도 꺽어지는 구조를 가지게 된다.

또한, 멀티도메인 액정표시소자의 경우, 단위 화소 내의 도메인을 분할하기 위해 립과 같은 전계왜곡수단이 요구되는데, 블랙 매트릭스를 활용하여 전계왜곡수단으로 사용가능하므로 꺽어지는 구조를 가질 수 있다.

상기와 같이 블랙 매트릭스(113)를 형성한 후에는 R,G,B의 컬러필터층을 형성한다.

상기 컬러필터층(115)은 R,G,B의 순서대로 형성하는 것이 일반적인데, 적(R), 녹(G), 및 청(B)의 3가지 색상의 안료가 착색된 컬러필터층(115a,115b,115c)을 순차적으로 형성함으로써 풀 칼라 소자를 위한 액정표시소자의 컬러필터 어레이 기판을 완성한다.

이때, 본 발명의 R색상을 구현하는 컬러필터층(115a)과, G색상을 구현하는 컬러필터층(115b)과, B색상을 구현하는 컬러필터층(115c)은 동일한 과정으로 형성하는데, 그 과정은 다음과 같다.

구체적으로, 상기 블랙 매트릭스(113)를 포함한 전면에 색상을 구현하는 안료가 함유된 네가티브 컬러 레지스트를 스핀(spin)법과 롤 코트(roll coat)법 등을 적용하여 일정 두께로 도포한 후, 저온에서 소프트-베이킹(soft baking)시킨다.

계속하여, 상기 컬러 레지스트의 특정 영역(패턴을 남기고자 하는 영역)을 제외한 나머지 영역을 마스크의 차광부로 마스킹한 후, 광을 조사하여 컬러 레지스트를 노광한다.

이 때, 컬러필터용 컬러 레지스트는 일반적으로, 노광되지 않는 부분이 제거되는 네가티브(negative) 특성을 가지므로, 패턴이 형성되는 특정영역을 마스크의 투광부로 노출시켜 노광한다.

다음, 노광에 의해 광화학적 구조가 변경된 컬러 레지스트를 현상하여, 노광되지 않은 부분을 제거한다.

이 때, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스(113)의 꺽어지는 부분이 현상장비(120)를 통과하는 방향과 평행하도록 기판(111)을 배치한다. 따라서, 현상액이 블랙 매트릭스(113)의 꺽어지는 부분에 고이지 않고 기판(111)이 전진하는 방향으로 외부로 흐르게 되므로 현상에 의한 잔사불량이 방지된다.

여기서, 기판(111)은 반송롤러(124)에 의해 일측으로 전진하는 플레이트(123) 상면에 탑재되어 일방향으로 전진하게 된다.

이후, 상기 컬러 레지스트를 230℃의 고온에서 하드-베이킹(hard baking)시켜 컬러필터층을 완성한다.

참고로, 상기 컬러 레지스트는 바인더 수지(binder monomer)와, 다기능 단량체(multi-functional monomer)와, 광경화성 수지와, 안료(pigment)와, 용매(solvent)와, 첨가제(additives)를 포함하여 구성되는데, 상기 바인더 수지는 상용성, 피막형성성, 현상성, 접착성 등의 개선을 위한 것이고, 안료는 컬러 레지스트의 색상 재현을 위해 사용되는 것이며, 광경화성 수지는 감광 특성을 갖도록 하기 위해 사용되는 것이다. 한편, 상기 컬러 레지스트에는 필요에 따라 열중합방지제, 가소제, 보존안정제, 표면보호제, 평활제, 도포제, 그 외의 첨가제들이 추가로 포함될 수 있다.

상기와 같이, 컬러필터층을 형성한 후에는 표면 평탄화를 위해 오버코트층(도시하지 않음)을 도포하는 후공정을 수행할 수 있다. 상기 오버코트층(overcoat layer)은 컬러필터층(115)을 포함한 전면에 아크릴(Acryl)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 스핀 코팅 방법으로 도포하여 형성한다.

마지막으로, 상기 오버코트층 상에 투과성과 도전성이 좋으며 화학적, 열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링에 의해 증착하여 공통 전극(도시하지 않음)을 형성한다.

이로써, 블랙 매트릭스(113), 컬러필터층(115), 공통전극 또는 배향막을 포함하여 구성되는 컬러필터 어레이 기판을 완성한다.

다만, 횡전계방식 액정표시소자는 공통전극을 컬러필터 어레이 기판에 형성하지 않고 박막 어레이 기판에 형성하여 박막 어레이 기판의 화소전극과의 사이에서 횡전계를 발생시켜 액정의 배향을 제어하므로, 횡전계방식의 컬러필터 어레이 기판에는 공통전극을 형성하지 않는다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

즉, 이상의 실시예에서는 적(R), 녹(G), 및 청(B)의 3색으로 구성된 컬러필터층에 대해 한정하여 설명하였으나, 이는 어디까지나 일례이고, 어떤 식으로도 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 블랙 매트릭스가 꺽어지는 구조에 대해서만 한정하여 설명하였으나, 박막 어레이 기판의 배선층이 꺽어지는 구조를 가지는 경우에도 본 발명의 적용이 가능할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 컬러필터 어레이 기판의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 블랙 매트릭스가 꺽어지는 구조를 가지는 경우, 블랙 매트릭스의 꺽어지는 부분이 현상장비를 통과하는 방향과 평행하도록 기판을 배치하여 현상공정을 수행함으로써, 현상에 의한 레지스트 잔사가 완전제거 되도록 한다.

따라서, 레지스트 잔사에 의한 물결무늬 얼룩을 제거하여 소자의 품질 향상에 기여할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 컬러필터 어레이 기판의 현상공정 방향을 나타낸 공정평면도.

도 2는 종래 기술에 의한 레지스트 현상과정을 나타낸 공정측면도.

도 3 및 도 4는 종래 기술의 현상공정에 의한 문제점을 나타낸 레지스트 잔사의 사진도.

도 5a 내지 도 5f는 컬러필터 어레이 기판의 제조 방법을 나타낸 공정단면도.

도 6은 본 발명에 의한 컬러 레지스트 기판의 현상공정 방향을 나타낸 공정평면도.

도 7은 본 발명에 의한 레지스트 현상과정을 나타낸 공정측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명

111 : 기판 113 : 블랙 매트릭스

115 : 컬러 레지스트 120 : 현상장비

121 : 분사 노즐

Claims (5)

1. 기판 상에 꺽어지는 구조를 가지는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;

   상기 블랙 매트릭스를 포함한 전면에 컬러 레지스트를 도포하는 단계;

   상기 컬러 레지스트를 노광하는 단계;

   상기 블랙 매트릭스의 꺽어지는 부분이 현상장비를 통과하는 방향과 평행하도록 상기 기판을 배치한 후, 상기 컬러 레지스트를 현상하여 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터 어레이 기판의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 화소의 가장자리에 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 어레이 기판의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 화소의 중간에 형성되어 화소의 도메인을 분할하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 어레이 기판의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트는 네가티브 타입인 것을 특징으로 하는 컬러필터 어레이 기판의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트의 현상은 샤워 스프레이 방법에 의하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 어레이 기판의 제조방법.