KR20050105570A - 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판및 그 제조방법 - Google Patents

패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판및 그 제조방법 Download PDF

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KR20050105570A
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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 컬러필터 기판에 관한 것으로 더욱 상세하게는 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판은 블랙매트릭스 및 적, 녹, 청색의 컬러필터층을 형성하는데 4개의 마스크와 패턴드 스페이서를 형성하는데 1개의 마스크를 필요로 하고 있다. 또한, 오버코트층과 투명전극을 더욱 포함할 경우는 1-2개의 마스크를 더욱 필요로 하고 있다. 상기 마스크는 그 가격이 고가이므로 마스크 공정을 많이 진행하여 컬러필터 기판을 제작할수록 제조 비용이 상승하게 된다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 블랙매트릭스에 투과홀을 형성하고, 특정 파장대의 광만을 선택 통과시키는 간섭필터를 이용하여 마스크 없이 노광하여 패턴드 스페이서를 형성하는 컬러필터 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판 및 그 제조방법{Color filter substrate with patterned spacer for liquid crystal display and method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조방법에 관한 것이며, 특히 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조방법에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 좋고, 기술집약적이며, 부가가치가 높은 첨단 디스플레이 소자로서 각광받고 있다
이러한 액정표시장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 전극이 마주 대하도록 배치하고, 상기 두 기판의 전극 사이에 액정을 주입한 후, 상기 각 기판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 상기 액정의 위치 변화에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치에 대해 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(10)에 있어, 상기 액정표시장치(10)의 하부기판(20)은 다수의 게이트 배선(미도시)과 다수의 데이터 배선(미도시)이 교차하여 화소(P)를 정의하며, 상기 각각의 화소(P) 내부에는 스위칭 소자(Tr)가 구비되며, 상기 스위칭 소자(Tr)와 연결된 화소전극(35)으로 구성된 어레이 기판(20)으로 이루어지며, 상부기판(40)은 상기 하부기판(20)의 화소(P)에 각각 대응하여 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴을 갖는 컬러필터층(45a, 45b, 45c)과 상기 컬러필터층(45a, 45b, 45c)의 각 컬러패턴의 경계에 구비된 블랙매트릭스(42)와 상기 컬러필터층(45a, 45b, 45c) 상부에 형성된 공통전극(47)으로 구성되는 컬러필터 기판(40)으로 이루어진다.
상기 상부기판(40) 및 하부기판(20) 사이에는 상기 화소전극(35)과 공통전극(47)에 인가되는 전압의 크기에 따라 상변이하는 액정층(50)이 구비되어 있으며, 상기 두 기판(20, 40) 사이에 형성된 액정층(50)이 일정한 갭(gap)을 유지할 수 있도록 하기 위한 스페이서(52)가 구비되어 있다.
상기 두 기판(20, 40)간의 갭(gap) 유지를 위한 스페이서(52)는 통상적으로 구형의 볼 스페이서(52)가 이용되고 있는데, 상기 볼 스페이서(52)는 상기 두 기판(20, 40)을 합착하기 전에 상기 상부기판(40) 또는 하부기판(20)에 건식 또는 습식 산포장치를 이용하여 산포시킴으로써 형성하게 된다.
하지만, 상기 볼 스페이서(52)를 구비한 액정표시장치(10)는 상기 볼 스페이서(52)가 고르게 산포되지 않아, 스페이서 뭉침 등의 불량이 발생하고 있으며, 상기 볼 스페이서(52)와 인접한 액정분자간의 흡착력 등에 의해 상기 볼 스페이서(52) 주변에서 빛샘현상이 발생하는 문제가 있으며, 또한, 상기 볼 스페이서(52) 자체가 탄성력을 가지므로 화면 터치 시 리플(ripple)현상이 심하게 나타나는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 사진식각공정을 이용하여 일정위치에 스페이서를 패터닝하여 형성하는 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치가 제안되었다.
전술한 패턴드 스페이서는 액정표시장치에 있어 통상적으로 컬러필터 기판에 형성되고 있다.
여기서 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 종래의 패턴드 스페이서를 구비한 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2a 내지 2d는 종래의 패턴드 스페이서를 구비한 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 단면을 도시한 것이다.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(60) 상에 카본(Carbon)을 포함하는 블랙레진(Black resin)을 전면에 도포하고, 투과영역과 차단영역을 갖는 마스크(미도시)를 상기 블랙레진(Black resin)이 도포된 기판(60) 위로 일정간격 이격하여 위치시킨 후, 상기 마스크(미도시)를 통해 기판(60) 상에 형성된 블랙레진층(미도시)에 UV광을 조사하는 노광공정을 실시하고, 상기 노광된 블랙레진층(미도시)을 현상함으로써 일정간격의 개구부(65a, 65b, 65c)를 갖는 블랙매트릭스(63)를 형성한다.
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(63)가 형성된 기판(60) 전면에 적색 레지스트를 도포하고, 전술한 블랙매트릭스(63)를 형성한 방법과 동일하게 상기 적색 레지스트 위로 차단영역과 투과영역의 일정한 패턴을 갖는 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 노광하고, 상기 노광된 적색 레지스트 현상하여 상기 블랙매트리스(63) 내의 일부 개구부(65a)에 상기 블랙매트릭스(63)와 일부 중첩하는 적색 컬러필터 패턴(66a)을 형성한다.
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 녹색 및 청색 레지스트에 대해서도 전술한 적색 레지스트를 이용하여 적색 컬러필터 패턴(66a)을 형성한 방법과 동일한 공정을 진행하여 즉, 녹색 및 청색 레지스트 도포, 노광, 현상 공정을 진행하여 블랙매트릭스(63) 사이에 형성된 개구부(65b, 65c)에 각각 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(66b, 66c)을 형성함으로써 최종적으로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(66a, 66b, 66c)이 상기 블랙매트릭스(63)와 일부 중첩하며 반복 배열되도록 컬러필터층(66a, 66b, 66c)을 형성한다.
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색의 컬러 패턴을 갖는 컬러필터층(66a, 66b, 66c) 위로 무색 투명한 레진을 전면에 도포하여 오버코트층(69)을 형성한다.
다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 오버코트층(69) 위로 패턴드 스페이서를 형성하기 위한 아크릴 또는 유기 물질을 전면에 도포하여 스페이서 물질층(미도시)을 형성하고, 상기 스페이서 물질층(미도시) 위로 패턴드 스페이서가 형성될 위치가 빛을 투과시키는 투과영역으로 이루어진 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 노광하고 현상함으로써 기판(60) 상에 일정한 간격으로 배열되는 패턴드 스페이서(72)를 형성한다.
이렇게 완성된 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판은 총 5번의 마스크 공정 즉, 블랙 매트릭스 형성 시 제 1 마스크, 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 형성 시 제 2 내지 제 4 마스크, 그리고 패턴드 스페이서 형성 시 제 5 마스크, 그리고, 전술하지 않았지만, 상기 오버코트층 형성시에도 모델에 따라 패터닝을 해야할 경우도 있으므로 이 경우 제 6 마스크 이렇게 총 5번 또는 6번의 마스크 공정을 실시함으로써 완성하였다.
하지만, 마스크 공정에 이용되는 특정 패턴의 차단영역과 투과영역을 갖는 노광 마스크는 매우 고가이므로 마스크 공정을 많이 진행할수록 그 패턴을 달리하는 마스크가 상기 마스크 공정 수만큼 필요로 하므로 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 비용을 상승시키게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판을 제조함에 있어, 특정한 파장대의 UV광을 선택적으로 투과시키는 간섭필터를 이용하여 배면노광을 실시함으로써 마스크 없이 패턴드 스페이서를 형성시킴으로써 마스크 수를 절감할 수 있는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은 기판 상에 일정간격으로 배치된 다수의 개구부를 가지며, 내부에 일정간격으로 배열된 특정모양의 투과홀을 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스 내의 개구부를 채우며 적, 녹, 청색이 순차 배열된 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층과 노출된 블랙매트릭스 위로 전면에 스페이서 물질층을 형성하는 단계와; 상기 스페이서 물질층이 형성된 기판의 배면으로 특정 파장대의 UV광만을 통과시키는 간섭필터를 통한 노광을 실시하는 단계와; 상기 스페이서 물질층을 현상하여 패턴드 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 스페이서 물질층은 특정 파장대의 UV광에 더욱 민감하게 감광반응이 일어나는 것이 특징이며, 상기 컬러필터층은 상기 간섭필터를 통과한 특정 파장대의 UV광을 흡수 차단하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 간섭필터를 통과한 특정 파장대의 UV광은 그 중심파장이 313nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 간섭필터는 다수개의 물질층으로 구성되며, 상기 다수의 물질층 각각이 서로 다른 파장대의 UV광을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 간섭필터를 이용한 노광은 노광 마스크 없이 진행되는 것이 특징이다.
또한, 상기 블랙매트릭스는 카본(carbon) 등의 안료가 포함된 감광성의 블랙레진 또는 에폭시 수지로써 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 블랙매트릭스는 배선형태의 가로방향 패턴과 세로방향 패턴으로 형성되며, 상기 가로방향 패턴과 세로방향 패턴이 교차하여 개구부를 형성하는 것이 특징이며, 이때, 상기 투과홀은 상기 가로방향 패턴 내에 일정한 면적을 갖는 특정모양으로 일정간격 이격하여 형성되거나 또는 상기 세로방향 패턴 내에 일정한 면적을 갖는 특정모양으로 일정간격 이격하여 형성되는 것이 특징이다.
이때, 상기 특정모양의 투과홀은 사각형 또는 원형 형태인 것이 바람직하다.
또한, 상기 컬러필터층을 형성하는 단계 이후에는 상기 컬러필터층 위로 전면에 오버코트층을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
또한, 상기 스페이서 물질층을 형성하는 단계 이전에는 상기 컬러필터층 위로 투명도전성 물질층을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
또한, 상기 스페이서 물질층은 블랙계역의 안료를 포함하는 것이 특징이다. 또한, 상기 스페이서 물질층은 그 두께가 2㎛ 내지 8㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 액정표시장치용 컬러필터 기판은 기판과; 상기 기판 상부에 일정간격으로 배치된 다수의 개구부를 가지며, 내부에 일정간격으로 배열된 특정모양의 투과홀을 갖는 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스 내의 개구부를 채우며 적, 녹, 청색이 순차 배열된 컬러필터층과; 기판의 배면으로 특정 파장대의 UV광만을 통과시키는 간섭필터와 상기 블랙매트릭스 내에 형성된 투과홀을 통해 노광함으로써 패터닝 된 것을 특징으로 하여 상기 컬러필터층 상부에 상기 투과홀에 대응하여 형성된 패턴드 스페이서를 포함한다.
이때, 상기 투과홀에 대응되는 패턴드 스페이서와 컬러필터층 사이에 오버코트층 또는 투명도전성 물질의 공통전극을 더욱 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정 단계별 평면도이며, 도 4a 내지 4h는 상기 도 3a 내지 3f의 평면도를 A-A를 따라 절단한 제조 공정 단계별 단면도이며, 도 5a 내지 5h는 상기 도 3a 내지 3f의 평면도를 B-B를 따라 절단한 제조 공정 단계별 단면도이다.
우선, 도 3a, 4a 및 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(110) 상에 카본(Carbon)을 포함하는 블랙레진 또는 블랙(black) 계열의 감광성 특성을 갖는 에폭시 수지를 전면에 도포하고, 도 6a 또는 6b에 도시한 바와 같은 패턴을 갖는 마스크(170)를 상기 기판(110)에 대응하여 일정간격 이격하여 위치시킨 후, 상기 마스크(170)를 통해 노광을 실시한다.
도 3a에 있어서는 기판 전면에 블랙레진이 도포된 상태이므로 내부적으로 아무런 패턴형상이 보이지 않지만, 마스크가 대응된 것을 도시하기 위해 상기 마스크의 패턴 형태를 점선으로 표시하였다.
여기서, 도 6a와 6b에 도시한 노광 마스크에 대해 설명한다.
도 6a는 본 발명에 의한 포지티브 타입(positive type)의 감광성 물질의 노광에 적용되는 마스크의 간략한 평면도이며, 도 6b는 네가티브 타입(negative type)의 감광성 물질의 노광에 적용되는 마스크에 대한 간략한 평면도이다.
우선 6a에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 포지티브 타입의 감광성 특성을 갖는 감광성 물질로 이루어진 블랙매트릭스를 형성하기 위한 노광 마스크(182)는 마치 바둑판의 선형태로서 가로방향으로 일정한 폭을 갖는 다수의 제 1 차단패턴(BA1)과, 세로방향으로 상기 제 1 차단패턴(BA1)과 교차하며, 일정한 폭을 갖는 다수의 제 2 차단패턴(BA2)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제 1 차단패턴(BA1)과 제 2 차단패턴(BA2)의 교차영역 또는 상기 두 차단패턴(BA1, BA2) 중 어느 하나의 패턴 상에 일정한 간격으로 적정면적을 갖는 사각형 또는 원모양으로 상기 차단패턴 일부 제거되어 투과패턴(BMH1)이 형성되어 있는 것이 특징이며, 상기 제 1, 2 차단패턴(BA1, BA2) 및 투과패턴(BMH1) 외의 영역은 빛을 투과시키는 투과부(TA)로 형성되어 있다.
반면, 도 6b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 네가티브 타입의 감광성 특성을 갖는 물질로 이루어진 블랙매트릭스를 형성하기 위한 노광 마스크(172)는 전술한 도 6a의 마스크와 동일한 패턴으로 형성되지만, 도 6a의 제 1, 2 차단패턴(BA1, BA2)을 제 1, 2 투과패턴(TA1, TA2)이 대신하고 있으며, 상기 투과패턴(TA1, TA2) 중 하나의 투과패턴 상에 일정한 간격을 가지며 상기 투과패턴 일부를 가리는 사각형 또는 원모양의 차단패턴(BMH2)이 형성되어 있으며, 상기 투과패턴(TA1, TA2)과 차단패턴(BMH2) 이외의 영역은 빛을 차단시키는 차단부(BA)로 형성된 것이 특징이다.
다시, 전술한 마스크를 이용하여 블랙매트릭스 형성을 포함하는 컬러필터 기판의 제조방법에 대해 설명한다. 이 경우 본 실시예에서는 포지티브 타입의 감광 특성을 갖는 블랙레진을 이용하여 블랙매트릭스를 형성하는 방법에 대해서 설명한다. 네가티브 타입의 감광성 특성을 블랙레진의 경우 노광 시 사용하는 마스크 상의 투과영역과 차단영역의 패턴만 달리 할 뿐 모든 전술할 포지티브 타입의 감광성 특성을 갖는 블랙레진을 이용한 블랙매트리스 형성 방법과 동일하기에 그 설명은 생략한다.
다시 도 3a, 4a및, 5a를 참조하면, 전술한 차단패턴(BA1, BA2)및 투과패턴(BMH1)과 투과부(TA)를 갖는 마스크(170)를 포지티브 타입의 감광 특성을 갖는 블랙레진 등이 도포된 기판(110) 상에 일정간격 이격하여 위치시킨 후, 상기 블랙레진층(112)에 노광을 실시하면, 상기 마스크(170)에 대응하여 상기 마스크(170) 상에 서로 일정한 폭을 가지며 교차하며 형성된 차단패턴(BA1, BA2)에 대응하는 영역은 노광장치에서 조사된 UV광이 차단되어 기판(110)상의 블랙레진층(112b)에 도달하지 못하고, 그 외의 상기 차단패턴(BA1) 상에 일정간격으로 일정면적의 형태로 구성된 투과패턴(BMH1)과 상기 차단패턴(BA1, BA2) 이외의 투과부(TA)에 대응되는 블랙레진층(112a)에는 UV광이 조사되어 상기 감광성의 블랙레진층(112a)이 조사된 UV광과 반응하게 된다.
다음, 도 3b와 4b및 5b에 도시한 바와 같이, 상기 노광이 실시된 블랙레진층(도 4a와 5a의 112a)을 갖는 기판(110)에 현상 공정을 진행하면, UV광이 조사된 블랙레진층(도 4a와 5a의 112a)은 상기 현상공정 진행시 현상액에 녹아 제거되며, UV광이 차단된 블랙레진층(도 4a와 5a의 112b)은 기판(110) 상에 남아있게 된다.
따라서, 기판(110) 상에 노광 마스크(도 4a와 5a의 170)의 차단패턴(BA1, BA2) 형상대로, 블랙레진층(도 4a와 5a의 112b)이 남게되어 가로방향과 세로방향으로 서로 교차하는 배선형태의 블랙매트릭스(115a, 115b)가 형성되며, 이때, 상기 배선형태의 블랙매트릭스(115a, 115b)에는 상기 노광 마스크(도 4a와 5a의 170)의 차단패턴(BA1, BA2) 상에 형성된 투과패턴(BMH1)에 의해 일정간격을 가지며 사각형 또는 원모양 등의 특정형태의 블랙레진이 제거된 투과홀(140)이 형성된다. 또한, 상기 배선형태의 블랙매트릭스(115)의 교차영역 내부는 개구부(113a, 113b, 113c)를 형성하게 된다.
다음, 도 3c와 4c및 5c에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(115)가 형성된 기판(110) 전면에 적색 레지스트를 도포하여 적색 레지스트층(117)을 형성하고, 상기 적색 레지스트층(117) 위로 차단영역(BA)과 투과영역(TA)의 일정한 패턴을 갖는 마스크(173)를 위치시킨 후, 노광 공정을 실시한다. 이때, 상기 적색 레지스트를 포함하는 컬러 레지스트는 네가티브 타입이 주로 이용되고 있으므로 본 발명의 실시예에서도 네가티브 타입의 적색(컬러) 레지스트를 이용한 것을 예로 보이고 있다. 따라서, 적색 컬러필터 패턴이 형성되어야 할 부분에 마스크(173)의 투과영역(TA)이 대응되도록 마스크(173)를 위치시키고 노광을 실시한다.
다음, 도 3d와 4d및 5d에 도시한 바와 같이, 상기 노광된 적색 컬러 레지스트층을 현상함으로써, 상기 블랙매트릭스(115) 내의 개구부(113a)에 상기 블랙매트릭스(115)와 일부 중첩하는 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성한다. 이때, 상기 적색 컬러필터 패턴(120a)은 일정한 간격을 가지며 기판(110) 전면에 형성되는 것이 특징이다.
다음, 도 3e와 4e및 5e에 도시한 바와 같이, 상기 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성한 방법과 동일하게 녹색 및 청색 레지스트에 대해서도 진행하여 즉, 녹색 또는 청색 레지스트 도포, 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 교차하는 배선형태의 블랙매트릭스(115) 사이의 개구부(113b, 113c)에 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(120b, 120c)을 형성한다.
따라서, 최종적으로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 각각 상기 배선형태의 블랙매트릭스(115) 사이의 개구부(113a, 113b, 113c)에 순차적으로 반복하며, 상기 개구부(113a, 113b, 113c)를 둘러싼 블랙매트릭스(115)와 일부 중첩하며, 배열되는 적, 녹, 청색의 컬러필터층(120(120a, 120b, 120c))을 형성한다. 이때, 교차하는 배선형태의 블랙매트릭스(115) 상에 일정간격을 가지며 형성된 특정 모양의 투과홀(140) 영역에 있어서는 상기 적, 녹, 청색 레지스트가 현상되어 제거됨으로써 기판(110)을 노출시키고 있다.
다음, 도 3e와 4f및 5f에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)을 갖는 컬러필터층(120(120a, 120b, 120c)) 및 노출된 블랙매트릭스(115) 위로 무색 투명한 레진을 전면에 도포하여 오버코트층(125)을 형성한다. 상기 오버코트층(125)은 컬러필터층(120(120a, 120b, 120c))을 보호하고, 표면을 평탄화하기 위해 형성하는 것이다.
다음, 도 3e와 4g및 5g에 도시한 바와 같이, 상기 오버코트층(125) 위로 패턴드 스페이서를 형성하기 위한 감광성의 물질을 전면에 도포하여 스페이서 물질층(127)을 형성한다. 이때, 상기 감광성 물질은 UV광이 조사된 후, 현상하게 되면 남아있게 되는 특성을 갖는 네가티브 타입의 감광성 물질인 것이 특징이며, 추후 공정을 진행하여 패턴드 스페이서로써 완성 시 빛이 새는 현상을 즉, 빛샘현상을 방지하기 위해 블랙계열의 안료를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 스페이서 형성을 위한 감광성 물질은 점도가 하부에 형성된 오버코트층(125)의 형성 물질보다 높은 것이 특징이다. 패턴드 스페이서는 통상적으로 2㎛ 내지 8㎛의 높이로 형성하여야 하므로, 도포 또는 코팅 방식에 의해 상기 2㎛ 내지 8㎛의 두께를 갖는 스페이서 물질층을 형성하기 위해서는 점도가 높아야 하기 때문이다.
액정표시장치의 모델 특성에 따라 컬러필터 기판에 공통전극이 형성되는 것도 있고, 공통전극이 형성되지 않는 것도 있는데, 본 발명에서는 화소전극 및 공통전극이 모두 어레이 기판에 형성되는 횡전계형 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 따른 것으로 오버코트층 상부에 패턴트 스페이서에서 형성을 위한 스페이서 물질층을 형성하는 것을 보이고 있으나, 상기 오버코트층과 투명 물질층 사이에는 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)가 전면에 증착되어 투명한 공통전극(미도시)이 형성될 수 도 있다. 이때, 상기 공통전극은 전면에 증착된 후, 패터닝이 필요하지 않으므로 마스크를 이용한 노광은 실시하지 않아도 된다. 또한, 상기 공통전극이 형성되는 경우 하부의 오버코트층을 생략할 수 도 있따.
다음, 상기 패턴드 스페이서 형성을 위한 스페이서 물질층(127)이 형성된 기판(110)의 배면으로 특정 파장대의 UV광을 선택적으로 투과시키는 간섭필터(180)를 이용한 노광을 실시한다.
여기서 배면 노광을 진행하는 노광 창치 및 간섭필터에 대해 설명한다.
통상적으로 컬러필터 제조에는 어레이 기판의 제조처럼 아주 미세한 정밀도를 요구하지 않으므로 정밀도 및 해상도는 약간 떨어지나 상대적으로 노광시간이 적게 소요되는 프록시미티(proximity) 노광 방법을 이용하고 있다. 이 프록시미티 노광법은 미러(mirror)를 사용하여 평행한 UV광이 마스크를 통해 감광성 물질층에 조사되는 방식이다.
도 7을 참조하여 본 발명에 의한 간섭필터를 이용한 노광 장치 및 이를 이용한 노광 방법에 대해 설명한다.
우선, 프록시미티 타입 노광장치(200)는 도시한 바와 같이, UV광을 발생시키는 광원(202, 본 발명에서는 10KW의 X1 머큐리 램프 이용)과 상기 광원(202)에서 나온 UV광을 특정 방향으로 반사시키는 제 1 평면경(210)과 상기 제 1 평면경(210)에 의해 반사되는 UV광 경로 상에 배치되는 렌즈(220) 등을 포함하는 인터그레이터(215, integrator) 및 셔터(230)와 상기 인터그레이터(215) 및 셔터(230)를 통과한 UV광을 특정방향으로 반사시키는 제 2 평면경(235) 및 구면경(240)과 상기 구면경(240)을 통해 특정 방향으로 반사된 UV광의 경로 상에 배치되는 간섭필터(245)로 구성된다. 상기 간섭필터를 통과한 UV광원은 스테이지 상에 위치한 기판의 배면으로 조사된다.
일반적으로 프록시미티 타입 노광장치는 마스크가 상기 간섭필터 대신 구비되지만, 본 발명에 있어서는 마스크를 대신하여 간섭필터가 구비된 것이 특징이다.
도 8은 일반적인 노광장치에 의해 조사된 UV광의 분광영역을 도시한 그래프이다.
일반적은 마스크를 구비한 프록시미티 타입 노광장치에 의해 기판에 조사되는 UV광은 도시한 바와 같이, 에너지 밀도에 따라 중심파장이 313nm인 j선, 365nm인 i선, 405nm인 h선, 346nm인 g선 등 여러 파장대의 분광영역을 갖는다.
그러나, 감광성 물질 즉, 본 발명에서는 패턴드 스페이서를 형성하기 위한 스페이서 물질층에 있어, 광개시에 필요한 파장대는 특정 파장대로 한정되고 있다. 통상적으로 감광성 물질은 크게 솔벤트(solvent), 폴리머(polymer), 센시타이저(sensitizer)로 구성되며, 상기 센시타이저(sensitizer)에 UV광원이 조사되면 상기 폴리머에 에너지를 전달하여 현상 시 현상액에 반응 또는 반응하지 않도록 하는 역할을 하는데, 이때, 상기 센시타이저(sensitizer)는 UV광 중 특정 파장대를 갖는 UV광에 특히 잘 반응하며, 이러한 특정 파장대의 UV광만이 상기 센시타이저(sensitizer)에 조사되면 타 파장대의 UV광에 의한 불필요한 반응이 줄어들게 되어 형상 왜곡을 저하시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 이러한 감광성 물질의 특성을 이용하여 특정 파장대의 UV광만을 투과시키는 특성을 갖는 간섭필터를 통한 노광을 실시함으로써 마스크 없이 특정 형상의 패턴드 스페이서를 형성하는 것이다.
다음, 본 발명에 의한 컬러필터 기판의 제조에 이용되는 간섭필터에 대해서 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 노광에 이용되는 간섭필터의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 간섭필터(260)는 특정 파장대의 UV광을 걸러내기 위한 즉, 불필요한 단파장을 제거하기 위한 다수의 물질층(263)이 형성되어 있으며, 상기 다수의 단파장 제거를 위한 물질층(263) 상부에는 장파장의 투과를 막기 위한 다수의 물질층(265)이 형성되어 있다.
따라서, 노광장치의 UV광원으로부터 여러 대역의 파장을 갖는 UV광이 상기 간섭필터를 통해 기판에 조사될 때, 상기 간섭필터에 의해 불필요한 파장대의 UV광은 거의 제거되고 최종적으로 기판에 도달하는 UV광원은 패턴드 스페이서 형성을 위한 투명 물질층 내의 센시타이저(sensitizer)와 반응을 잘 일으키는 파장대의 UV광원만 도달하게 된다.
도 10은 간섭필터를 통과한 후 기판에 도달한 UV광의 분광영역을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 도 8과 비교하여 365nm, 436nm 등 대부분의 파장대는 제거되고, 특정파장 즉, 중심파장이 313nm을 갖는 UV광만이 최종적으로 기판에 도달했음을 알 수 있다.
다시, 본 발명에 의한 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3e와 4g및 5g에 도시한 바와 같이, 최상부에 스페이서 물질층(127)이 형성된 기판(110)에 간섭필터(도 4f와 5f의 180)를 통한 배면노광을 실시하면, 간섭필터(도 4f와 5f의 180)에 의해 타 파장의 UV광은 차단되고, 특정 파장, 즉, 313nm의 중심파장을 갖는 UV광이 기판(110)의 배면에 조사된다. 이때, 기판(110) 상에 형성된 블랙매트릭스(115a, 115b)에 대응하는 영역은 상기 블랙매트릭스(115a, 115b)에 의해 상기 특정 파장대의 UV광이 차단되며, 블랙매트릭스(115a, 115b) 사이의 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 형성된 개구부(113a, 113b, 113c)에 있어서는 상기 UV광이 차단되지 않고 상부로 투과되어야 하지만, 상기 각 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하는 컬러 레지스트는 상기 특정 파장대의 UV광은 흡수하는 성질을 가지므로, 즉, 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 간섭필터(도 4f와 5f의 180) 내의 특정 파장대의 UV광을 차단하는 물질층(도 9의 263, 265)과 동일한 역할을 함으로써, 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 형성된 상기 블랙매트릭스(115) 사이 개구부(113a, 113b, 113c) 영역에 있어서도, UV광이 상부의 스페이서 물질층(도 4f와 5f의 127)에 거의 도달하지 않는다.
결론적으로, 기판(110) 배면에 조사된 313nm의 특정 파장을 갖는 UV광만이 상기 스페이서 물질층(127)에 최종적으로 도달하는 영역은 상기 배선형태의 블랙매트릭스(115) 영역 내에 형성된 블랙레진이 제거된 투과홀(140) 역역이 된다.
따라서, 상기 투과홀(140)을 통과한 UV광만이 상기 스페이서 물질층(127)에 조사됨으로써, UV광과 반응하게 된다. 이때, 상기 UV광은 상기 스페이서 물질층(127)을 이루는 구성 물질 중 센시타이저와 반응을 잘 하는 특정 파장만을 가지므로 상기 투과홀(140)에 대응되는 스페이서 물질층(127a) 영역은 형상 왜곡 없이 상기 투과홀 모양의 단면을 갖는 기둥형태의 패턴드 스페이서를 형성하게 된다.
다음, 도 3e와 4h및 5h에 도시한 바와 같이, 상기 스페이서 물질층(도 4g와 5g의 127)을 현상하면, 상기 투과홀에 대응되는 영역에만 스페이서 물질층(130)이 남아있고, 그 외 영역에서는 모두 제거됨으로써 상기 남아있는 스페이서 물질층(130)이 패턴드 스페이서(130)를 형성하게 된다. 상기 패턴드 스페이서는 도면에 있어서는 투명한 것처럼 표시되었으나, 그 내부에 블랙계열의 안료등을 포함하고 있으므로, 실질적으로는 투명하지 않으며, 블랙매트릭스와 동일하게 빛샘을 방지하는 역할도 한다.
이때, 상기 패턴드 스페이서(130)는 블랙매트릭스(115) 형성 시 그 위치 및 간격 조절이 가능하므로, 도시한 대로 블랙매트릭스(115)의 개구부(113a, 113b, 113c)마다 형성하지 않을 수 있다. 즉, 적색 컬러필터 패턴(120a)이 구비된 개구부(113a)를 형성하는 블랙매트릭스(115) 영역 내에만 형성할 수 도 있고, 또는 상기 개구부를 갖는 블랙매트릭스 중 배선형태의 가로패턴 내에 일정간격으로 형성될 수 도 있으며, 또는 세로패턴 내에 일정간격을 형성될 수 도 있다, 그 외 여러 가지 변형이 가능하다.
도 4g에 있어서, 상기 패턴드 스페이서는 도 3e를 A-A를 따라 절단한 단면도에는 표시되지 않는 것이 정확한 단면도이나, 컬러필터 패턴 사이의 블랙매트릭스 상에 위치하는 것을 보이기 위해 점선으로 도시하였다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 변형예로써, 오버코트층(325)과 패턴드 스페이서(330) 사이에 투명한 도전성 물질로 이루어진 공통전극(326)이 형성된 것을 보이고 있다.
상기 오버코트층(325) 형성 후, 상기 오버코트층 위로 전면에 투명 도전성 물질을 증착하는 단계(모델에 따라서 상기 투명도전성 물질층을 패터닝하는 단계 포함)가 추가되는 것 외에 전술한 실시예와 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
본 발명에서는 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판을 제조함에 있어서, 특히, 패턴드 스페이서 형성하는데 있어서, 패터닝 시 노광 마스크를 이용하지 않고, 간접필터를 이용한 노광을 실시하여 형성함으로써, 5개의 마스크를 사용하였던 것을 총 4개의 마스크만을 이용하여 제작함으로써 마스크 수를 절감할 수 있다.
따라서, 고가의 마스크 수를 줄임으로써 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 개략적인 단면도
도 2a 내지 도 2e는 종래의 일반적인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정 단면도.
도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정 단계별 평면도.
도 4a 내지 4h는 상기 도 3a 내지 3f의 평면도를 A-A를 따라 절단한 제조 공정 단계별 단면도.
도 5a 내지 5h는 상기 도 3a 내지 3f의 평면도를 B-B를 따라 절단한 제조 공정 단계별 단면도.
도 6a는 본 발명에 의한 포지티브 타입(positive type)의 감광성 물질의 노광에 적용되는 마스크의 간략한 평면도.
도 6b는 네가티브 타입(negative type)의 감광성 물질의 노광에 적용되는 마스크에 대한 간략한 평면도.
도 7은 본 발명에 의한 간섭필터를 이용한 노광 장치 및 이를 이용한 노광 방법을 간략히 도시한 도면.
도 8은 일반적인 노광장치에 의해 조사된 UV광의 분광영역을 도시한 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 노광에 이용되는 간섭필터의 단면도.
도 10은 본 발명에 의한 노광 시, 간섭필터를 통과한 후 기판에 도달한 UV광의 분광영역을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 변형예에 의한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 기판 113c : 청색 컬러필터패턴
115a : 블랙매트릭스 125 : 오버코트층
127 : 스페이서 물질층 140 : 투과홀
180 : 간섭필터

Claims (18)

  1. 기판 상에 일정간격으로 배치된 다수의 개구부를 가지며, 내부에 일정간격으로 배열된 특정모양의 투과홀을 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스 내의 개구부를 채우며 적, 녹, 청색이 순차 배열된 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터층과 노출된 블랙매트릭스 위로 전면에 스페이서 물질층을 형성하는 단계와;
    상기 스페이서 물질층이 형성된 기판의 배면으로 특정 파장대의 UV광만을 통과시키는 간섭필터를 통한 노광을 실시하는 단계와;
    상기 스페이서 물질층을 현상하여 패턴드 스페이서를 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 물질층은 특정 파장대의 UV광에 더욱 민감하게 감광반응이 일어나는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층은 상기 간섭필터를 통과한 특정 파장대의 UV광을 흡수 차단하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터 기판 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 간섭필터를 통과한 특정 파장대의 UV광은 그 중심파장이 313nm인 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭필터는 다수개의 물질층으로 구성되며, 상기 다수의 물질층 각각이 서로 다른 파장대의 UV광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭필터를 이용한 노광은 노광 마스크 없이 진행되는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 카본(carbon) 등의 안료가 포함된 감광성의 블랙레진 또는 에폭시 수지로써 형성되는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 배선형태의 가로방향 패턴과 세로방향 패턴으로 형성되며, 상기 가로방향 패턴과 세로방향 패턴이 교차하여 개구부를 형성하는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 투과홀은 상기 가로방향 패턴 내에 일정한 면적을 갖는 특정모양으로 일정간격 이격하여 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 투과홀은 상기 세로방향 패턴 내에 일정한 면적을 갖는 특정모양으로 일정간격 이격하여 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터기판의 제조 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 9 항 또는 제 10 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 특정모양의 투과홀은 사각형 또는 원형 형태인 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 형성하는 단계 이후에는 상기 컬러필터층 위로 전면에 오버코트층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 물질층을 형성하는 단계 이전에는 상기 컬러필터층 위로 투명도전성 물질층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 제조 방법.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 스페이서 물질층은 블랙계역의 안료를 포함하는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 제조 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 물질층은 그 두께가 2㎛ 내지 8㎛인 액정표시장치용 컬러필터 제조 방법.
  16. 기판과;
    상기 기판 상부에 일정간격으로 배치된 다수의 개구부를 가지며, 내부에 일정간격으로 배열된 특정모양의 투과홀을 갖는 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스 내의 개구부를 채우며 적, 녹, 청색이 순차 배열된 컬러필터층과;
    기판의 배면으로 특정 파장대의 UV광만을 통과시키는 간섭필터와 상기 블랙매트릭스 내에 형성된 투과홀을 통해 노광함으로써 패터닝 된 것을 특징으로 하여 상기 컬러필터층 상부에 상기 투과홀에 대응하여 형성된 패턴드 스페이서
    를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 투과홀에 대응되는 패턴드 스페이서와 컬러필터층 사이에 오버코트층이 더욱 구비된 액정표시장치용 컬러필터 기판.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 투과홀에 대응되는 패턴드 스페이서와 컬러필터층 사이에 투명도전성 물질의 공통전극이 더욱 구비된 액정표시장치용 컬러필터 기판.
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