KR20050105571A - 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 액정표시장치용 컬러필터 기판은 기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 다수의 개구부에 순차적으로 반복되는 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극 위로 적정두께의 스페이서층을 포함하는 전사필름을 위치시키고, 상기 스페이서층과 공통전극이 마주보도록 하여 부착시키는 단계와; 상기 공통전극 상에 부착된 전사필름에 일정간격으로 레이저를 조사하여, 상기 레이저에 조사된 전사필름 영역에 대응되는 스페이서층을 기판에 전사 고정시키는 단계와; 상기 전사필름을 기판으로부터 제거함으로써 상기 레이저 조사에 의해 상기 전사필름으로부터 전사 고정된 스페이서층으로 이루어진 적정 높이를 갖는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계로 제조함으로써 마스크 수를 저감하여 제조비용을 저하시킬 수 있으며, 제조 시간을 단축할 수 있다.
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 패턴드 스페이서(patterned spacer)를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on)/오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해, 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성된다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도로서, 액정이 구동되는 영역으로 정의되는 액티브 영역을 중심으로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(1)는 서로 일정간격 이격되어 상부 및 하부기판(60, 10)이 대향하고 있고, 이 상부 및 하부기판(60, 10) 사이에는 액정층(80)이 개재되어 있다.
상기 하부기판(10) 상부에는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선(8, 20)이 서로 교차되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선(8, 20)이 교차되는 지점에 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있으며, 게이트 및 데이터 배선(8, 20)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소영역(P)에는 박막 트랜지스터(Tr)와 연결된 화소전극(30)이 형성되어 있다.
그리고, 상부기판(60)내에는 컬러필터층(65), 공통전극(70)이 차례대로 형성되어 있다. 도면에 도시하지 않았지만, 컬러필터층(65)은 특정한 파장대의 빛만을 투과시키는 컬러필터와, 컬러필터의 경계부에 위치하여 액정의 배열이 제어되지 않는 영역상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스(미도시)로 구성된다.
도 2는 종래의 패턴드 스페이서가 구비된 액정표시장치의 평면도 일부를 도시한 것이며, 도 3은 도 2를 A-A를 따라 절단한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 어레이 기판의 가로방향으로 게이트 배선(8)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(8)과 교차하며 세로방향으로 데이터 배선(35)이 형성되어 있다. 상기 두 배선(8, 20)이 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 상부의 컬러필터 기판 상에 구비된 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴과 대응하여, 순차적으로 적, 녹, 청색 화소를 형성하고 있다. 상기 각 화소영역(P)내에 상기 게이트 배선(8)과 연결된 게이트 전극(9)과 상기 데이터 배선(20)에서 분기한 소스 전극(23)과 상기 소스 전극(23)과 일정간격 이격하여 형성되는 드레인 전극(25)이 형성되어 있다. 또한, 상기 드레인 전극(25)은 상부의 화소전극(65)과 드레인 콘택홀(47)을 통해 연결되어 있다. 상기 게이트 전극(9)과 소스 및 드레인 전극(23, 25)은 하부의 반도체층(24)과 더불어 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Tr)를 형성하고 있다.
또한, 상기 적, 녹, 청색 화소로 구성되는 액티브 영역(AA)에는 액정패널(미도시) 형성 시, 상부의 컬러필터 기판과의 일정한 갭(gap) 형성을 위한 패턴드 스페이서(patterned spacer)(85)가 일정 간격의 각 화소에 대응하여 형성되어 있다.
스페이서(spacer)는 통상적으로 어레이 기판의 제조 후, 일정한 크기를 갖는 구형의 물질을 산포 공정을 통해 어레이 기판 또는 컬러필터 기판 전면에 형성시키는 것이 일반적이나, 산포공정 진행시 기판 전면에 고루 산포되지 않아 발생하는 스페이서 뭉침에 의한 불량 및 화소영역(P) 내에 도포되어 빛샘 불량 등을 발생시키는 등의 문제가 발생하고 있다.
따라서, 최근에는 어레이 기판 또는 컬러필터 기판의 제조 공정 진행시 상기 어레이 기판 또는 컬러필터 기판 상에 일정한 배열을 갖는 패턴드 스페이서(85)를 형성시키는 것이 최근의 추세이다.
도면을 참조하면, 다수의 게이트 배선(15)과 다수의 데이터 배선(20)이 교차하여 형성되는 다수의 화소영역(P)이 구비된 액티브 영역(AA)에 있어서, 일정간격으로 이격하며, 패턴드 스페이서(85)가 주기적으로 형성되어 있다. 이때, 상기 패턴드 스페이서(85)는 빛샘불량 등의 발생을 방지하기 위해 화상을 표시하는 화소영역(P)이 아닌 게이트 배선(15) 상에 일정간격을 가지며 이격되어 형성되어 있음을 알 수 있다.
다음, 도 3을 참조하여 단면 구조에 대해 간단히 설명한다. 어레이 기판(10) 상에 게이트 전극(13)과 게이트 배선(15)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(15) 위로 전면에 게이트 절연막(17)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 절연막(17) 위로 액티브층(19a)과 오믹콘택층(19b)으로 구성된 반도체층(19)이 상기 게이트 전극(13)에 대응하여 형성되어 있으며, 상기 반도체층(19) 위로 상기 오믹콘택층(19b)과 각각 접촉하며 게이트 전극(13)을 사이에 두고 일정간격 이격하여 소스 및 드레인 전극(23, 25)이 형성되어 있다. 또한, 상기 소스 및 드레인 전극(23, 25)과 노출된 게이트 절연막(17) 위로 보호층(27)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(27) 위로 투명 도전성물질이 증착되어 화소전극(30)이 상기 드레인 전극(25)과 접촉하며 형성되어 있다.
다음, 전술한 어레이 기판(10)에 대향하여 위치한 컬러필터 기판(60)에 있어서, 개구부(63)를 갖는 블랙매트릭스(62)가 형성되어 있으며, 상기 개구부(63)에는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(65a, 65b, 65c)이 순차적으로 배열하며 형성되어 있으며, 상기 컬러필터패턴(65a, 65b, 65c) 하부에 투명도전성 물질로 이루어진 공통전극(70)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(70)과 하부 어레이 기판(10)상의 보호층(27)과 동시에 접촉하며, 일정간격을 가지며 배열된 다수의 패턴드 스페이서(85)가 형성되어 있다.
이때 도시하지 않았지만, 상기 어레이 기판(10)의 보호층(27) 상부 및 컬러필터 기판(60)의 공통전극(70) 하부에는 액정의 초기배향을 위한 배향막(미도시)이 각각 형성되어 있으며, 상기 두 기판(10, 60)의 배향막(미도시) 사이의 영역에는 액정이 개재되어 액정층(80)을 형성하고 있다.
전술한 바와 같은 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치에 있어서, 상기 패턴드 스페이서는 어레이 기판 또는 컬러필터 기판 중 어느 기판에 형성되어도 무방하나, 공정의 편의상 통상적으로 컬러필터 기판에 형성되고 있다.
이후에는 도면을 참조하여 패턴드 스페이서를 구비한 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4g는 종래의 패턴드 스페이서를 포함하는 컬러필터 기판의 제조 공정에 따른 단계별 공정 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(10)상에 크롬(Cr) 등을 포함하는 금속물질 또는 카본(Carbon)계 유기물질을 전면에 증착(도포)한 후, 마스크(미도시)를 이용한 사진식각법(photolithography)을 통하여 개구부(63a, 63b, 63c)를 갖는 블랙매트릭스(Black Matrx)(62)를 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스(62)는 액정표시장치를 구성하는 하나의 요소인 어레이 기판(미도시) 상의 화소전극(미도시)이 형성된 영역 이외의 부분에서 액정 분자의 비정상적 작용에 의해 발생하는 빛샘현상을 방지하기 위함이다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(62)가 형성된 기판(10)에 적, 녹, 청색 중의 한 가지, 예를들면 적색 레지스트(resist)를 스핀코팅(spin coating), 바 코팅(bar coatinhg)등의 방법을 통하여 전면에 도포하여 적색 컬러필터층(64)을 형성한다. 이후, 빛을 통과시키는 투과영역(TA)과 빛을 차단하는 차단영역(BA)을 갖는 마스크(90)를 상기 기판(60) 상의 적색 컬러필터층(64) 위에 위치시킨 후, 상기 마스크를 통한 노광(exposure)을 실시한다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 노광된 상기 컬러 레지스트층(도 4b의 64)을 현상하면, 상기 적색 레지스트층(도 4b의 64)은 네가티브(negative) 성질을 갖고 있으므로, UV광이 조사된 영역은 기판(60) 상에 남게되고, UV광이 마스크(도 4b의 90)의 차단영역에 의해 차단되어 조사되지 않은 부분은 제거되어 적색 컬러필터 패턴(65a)이 형성된다. 이후, 경화(curing)공정을 진행하여 상기 적색 컬러필터 패턴(65a)을 완성한다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 적색 컬러필터 패턴(65a) 형성한 방법과 동일하게 진행하여 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(65b, 65c)을 기판(60) 상의 블랙매트릭스(62) 개구부(63a, 63b, 63c)내에 순차적으로 형성한다.
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(65a, 65b, 65c) 위로 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 전면에 공통전극(70)을 형성한다. 이때, 상기 공통전극(70)은 액정표시장치의 특성에 따라 생략될 수도 있으며, 상기 컬러필터 패턴(65a, 65b, 65c)과 공통전극(70) 사이에 상기 컬러필터 패턴(65a, 65b, 65c)의 보호와 단차 보상을 위해 오버코트층(미도시)을 형성하기도 한다. 이 경우, 상기 오버코트층(미도시)은 유기물질로 이루어진 블랙매트릭스로 형성 시 주로 형성되는 것이 일반적이다.
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 공통전극(또는 오버코트층)(70) 위로 무색 투명한 감광성의 유기물질을 전면에 도포하여 유기물질층(84)을 형성하고, 상기 유기물질층(84) 상부에 기판(60) 상에 패턴드 스페이서를 형성해야 하는 영역에 대응되는 영역이 투과영역(TA), 그 외 영역은 차단영역(BA)으로 이루어진 마스크(93)를 위치시키고, 상기 마스크(93)를 통한 노광을 실시한다.
다음, 도 4g에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(도 4f의 93)를 이용하여 노광공정을 진행한 유기물질층(도 4f의 84)을 현상액에 노출시키는 현상공정을 진행하면, 기판(60)에 있어 마스크(도 4f의 93)의 투과영역(도 4f의 TA)에 대응되어 UV광에 노출된 유기물질층 부분(85)만 남아있고, 그 외 마스크(도 4f의 93)의 차단영역(도 4f의 BA)에 의해 UV광이 조사되지 않은 영역의 유기물질층은 현상액에 현상되어 제거됨으로써, 상기 기판 상에 남아있는 유기물질층(85)이 패턴드 스페이서(85)를 형성한다.
하지만, 전술한 바와 같은 방법에 의한 패턴드 스페이스를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조에는 블랙매트릭스와 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴과 패턴드 스페이서를 형성하기 위해 총 5번 내지 6번(오버코트층 포함시)의 마스크를 이용한 사진식각법에 의한 패터닝 공정이 진행되며, 이러한 각각의 패터닝 공정에 5개 또는 6개의 마스크가 필요하게 된다.
상기 패터닝에 이용되는 마스크는 그 가격이 고가이므로 컬러필터 기판에 제조에 마스크를 많이 사용하게 되면 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 열전사법을 이용하여 마스크 없이 패턴드 스페이서를 형성함으로써 제조 비용을 절감할 수 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법을 제안하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은 기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 다수의 개구부에 순차적으로 반복되는 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극 위로 적정두께의 스페이서층을 포함하는 전사필름을 위치시키고, 상기 스페이서층과 공통전극이 마주보도록 하여 부착시키는 단계와; 상기 공통전극 상에 부착된 전사필름에 일정간격으로 레이저를 조사하여, 상기 레이저에 조사된 전사필름 영역에 대응되는 스페이서층을 기판에 전사 고정시키는 단계와; 상기 전사필름을 기판으로부터 제거함으로써 상기 레이저 조사에 의해 상기 전사필름으로부터 전사 고정된 스페이서층으로 이루어진 적정 높이를 갖는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 컬러필터층을 형성하는 단계 이후에 상기 컬러필터층 상부에 오버코트층을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은 기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 다수의 개구부에 순차적으로 반복되는 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층 위로 오버코트층을 형성하는 단계와; 상기 오버코트층 위로 적정두께의 스페이서층을 포함하는 전사필름을 위치시키고, 상기 스페이서층과 오버코트층이 마주보도록 하여 부착시키는 단계와; 상기 기판 상에 부착된 전사필름에 일정간격으로 레이저를 조사하여, 상기 레이저에 조사된 전사필름 영역에 대응되는 스페이서층을 기판에 전사 고정시키는 단계와; 상기 전사필름을 기판으로부터 제거함으로써 상기 레이저 조사에 의해 상기 전사필름으로부터 전사 고정된 스페이서층으로 이루어진 적정 높이를 갖는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 블랙매트릭스는 크롬(Cr)을 포함하는 금속물질 또는 카본(carbon)계의 유기물질로서 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 스페이서층을 포함하는 전사필름은 지지필름과, 상기 지지필름 상부에 광열변환층과, 상기 광열변환층 상부에 스페이서층으로 구성되며, 이때, 상기 스페이서층은 무색 투명한 유기물질인 벤조사이클로부텐(BCB), 포토 아크릴 (photo acryl), 사이토프(cytop), 퍼플루로사이클로부텐(perfluorocyclobutene ; PFCB) 중에 하나로 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 스페이서층은 두께가 2㎛ 내지 8㎛인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 실시예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정 단면도이다.
우선, 도 5a와 5b에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(110) 전면에 카본(Carbon)을 포함하는 유기물질 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속물질을 도포 또는 증착하고, 마스크(170)를 이용한 사진식각공정을 진행하여 개구부(113a, 113b, 113c)를 갖는 블랙매트릭스(115)를 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스(115)를 이루는 물질이 유기물질인 경우, 상기 유기물질은 통상적으로 감광 특성을 갖고 있으므로, 유기물질을 기판(110) 상에 도포한 후, 상기 유기물질이 도포된 기판(110) 위로 차단패턴(BA)과 투과패턴(TA)을 구비한 마스크(170)를 이용하여 상기 유기물질을 노광함으로써 일정한 패턴의 블랙매트릭스(115)를 형성하고, 금속물질인 경우, 상기 금속물질을 증착하여 금속물질층을 형성한 후, 상기 금속물질층 위로 포토레지스층을 형성한 후, 상기 포토레지스트층을 패터닝한 후, 상기 패터닝된 포토레지스트층 외부로 노출된 금속물질층을 에칭하고, 남아있는 포토레지스트층을 제거함으로써 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성한다.
본 발명의 실시예에서는 카본(carbon)계의 유기물질을 이용한 블랙매트릭스 형성을 도시하였다.
조금 더 상세히 설명하면, 도 5a에 도시한 바와 같이, 차단영역(BA)과 투과영역(TA)을 갖는 마스크(170)를 빛을 받은 부분이 현상 시 제거되는 포지티브 타입(positive)의 감광 특성을 갖는 카본(carbon)계의 유기물질층(112)이 형성된 기판(110) 위로 일정간격 이격하여 위치시킨 후, 상기 마스크(170)를 통해 상기 유기물질층(112)에 노광을 실시한다. 이때, 상기 마스크(170)에 대응하여 상기 마스크(170) 상에 서로 일정한 폭을 가지며 교차하며 형성된 차단영역(BA)에 대응하는 유기물질층 영역(112b)에는 노광장치(미도시)에서 조사된 UV광이 차단되어, UV광과 반응하지 않고, 투과영역(TA)에 대응되는 유기물질층(112a)에는 UV광이 조사되어 UV광과 반응하게 된다.
다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 노광이 실시된 유기물질층(5a의 112a)을 갖는 기판(110)에 현상 공정을 진행하면, UV광이 조사된 유기물질층(5a의 112a)은 상기 현상 공정 진행 시 현상액에 녹아 제거되며, UV광이 차단된 유기물질층(5a의 112b)은 기판(110) 상에 남아있게 된다.
따라서, 기판(110) 상에 노광 마스크(5a의 170)의 차단패턴(BA) 형상대로, 유기물질층(5a의 112b)이 남게 되어 일정간격의 개구부(113a, 113b, 113c)를 갖는 블랙매트릭스(115)가 형성된다.
도면에서는 포지티브 타입(positive type)의 카본(carbon)계 유기물질을 블랙매트릭스로 형성한 것을 보이고 있으나, 이에 한정되지 않고, 카본(carbon)계 유기물질이 네가티브 타입(negative type)인 경우도 차단패턴과 투과패턴을 달리하는 마스크를 이용하여 전쑬한 바와 동일한 형태의 블랙매트릭스 형성이 가능하다.
다음, 도 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, 통상적으로 컬러필터층 형성에는 상기 적색 레지스트를 포함하여 추후 형성될 녹, 청색 레지스트는 네가티브 타입(negative type)이 주로 이용되고 있으므로 본 발명의 실시예에서도 네가티브 타입(negative type)의 적색(및 녹, 청색) 레지스트를 이용한 것을 예로 나타내었다.
따라서, 적색 컬러필터 패턴이 형성되어야 할 개구부(113a)를 포함하며, 상기 개구부(113a) 양측에 위치한 블랙매트릭스(115)와 일부 오버랩하는 영역에 마스크(173)의 투과영역(TA)이 대응되도록 마스크(173)를 위치시키고 노광을 실시한다.
다음, 5d에 도시한 바와 같이, 상기 노광된 적색 컬러 레지스트층(도 5c의 117)을 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 도면에는 나타나지 않았으나, 일정한 간격을 가지며 반복적으로 기판(110) 전면에 형성되는 것이 특징이다.
다음, 5e에 도시한 바와 같이, 상기 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성한 방법과 동일하게 녹색 및 청색 레지스트를 순차적으로 도포하고, 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 순차적으로 각각 진행하여 블랙매트릭스(115) 사이의 각각의 개구부(113b, 113c)에 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(120b, 120c)을 형성함으로써, 최종적으로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 블랙매트릭스(115) 내의 개구부(113a, 113b, 113c)에 순차적으로 반복하며, 상기 개구부(113a, 113b, 113c)를 둘러싼 블랙매트릭스(115)와 일부 중첩하며 배열되는 적, 녹, 청색패턴의 컬러필터층(120(120a, 120b, 120c))을 형성한다.
다음, 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 레진(resin)을 전면에 도포하여 오버코트층(125)을 형성한다. 이때, 상기 오버코트층(125)은 컬러필터층(120(120a, 120b, 120c))을 보호하고, 표면을 평탄화하기 위해 형성하는 것으로써, 주로 블랙매트릭스(115)를 카본(carbon)계의 유기물질로써 형성한 경우에 컬러필터층(120(120a, 120b, 120c)) 상부에 형성한다. 크롬(Cr)을 포함하는 금속물질로써 블랙매트릭스를 형성한 경우, 형성하지 않고 생략될 수 있다.
다음, 도 5g에 도시한 바와 같이, 상기 오버코트층(125) 위로 패턴드 스페이서(patterned spacer) 형성을 위한 전사필름(150)을 위치시킨 후, 상기 기판(110)상의 오버코트층(125)에 상기 전사필름(150)을 부착시킨다.
여기서, 상기 패턴드 스페이서(patterned spacer) 형성을 위한 전사필름에 대해 그 단층구조를 도시한 도 6을 참조하여 설명한다.
상기 패턴드 스페이서 형성용 전사필름(150)은 3가지 층으로 구성된다.
최하층에 광투과성이 우수한 재질로 이루어진 지지필름(150a)이 형성되어 있으며, 상기 지지필름(150a) 위에 광에너지를 열에너지로 바꾸는 광열변환층(LTHC ; light to heat convert)(150b)과 전사층인 스페이서층(150c)이 형성되어 있다.
상기 지지필름(150a)은 스페이서층(150c)과 광열변환층(150b)을 지지함은 물론 레이저 광이 광열변환층(150b)으로 잘 통과할 수 있도록 무색 투명한 재질인 폴리에스테르, 폴리에틸렌 등의 고분자 필름으로 이루어져 있다.
또한, 광열변환층(150b)은 입사된 레이저 광을 열에너지로 바꾸는 역할을 하므로 열변환 능력이 큰 물질인 예를들면, 카본블랙(carbon black), IR-안료 등의 유기화합물과 알루미늄(Al) 등의 금속물질 또는 상기 금속물질의 산화물 또는 상기한 물질의 혼합물로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 전사층인 스페이서층(150c)은 벤조사이클로부텐(BCB), 포토 아크릴(photo acryl), 사이토프(cytop), 퍼플루로사이클로부텐(perfluorocyclobutene ; PFCB) 등의 무색 투명한 유기물질 등으로 이루어지며, 상기 스페이서층(150c)은 광열변환층(150b)으로부터의 광변환 열에 의해 기판 상에 전사 고정되는 특성을 갖는다. 또한, 상기 스페이서층(150c)은 그 두께가 2㎛ 내지 8㎛인 것이 특징이다.
패턴드 스페이서(patterned spacer)는 액정표시장치에 있어, 컬러필터 기판과 어레이 기판간의 일정한 갭(셀갭)을 유지하는 것이 목적이고, 상기 갭(셀갭)은 액정표시장치의 특성에 따라 2㎛ 내지 8㎛내에서 형성되므로, 이러한 조건에 부합하기 위함이다.
다시, 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
다음, 도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 패턴드 스페이서 형성용 전사필름(150) 상에 일정간격 이격하여 레이저 광을 조사하는 레이저 헤드(180)를 위치시킨 후, 상기 레이저 헤드(180) 또는 기판(110)이 위치한 스테이지(미도시)를 직선왕복 운동시키며 패턴드 스페이서를 형성시키고자 하는 영역(SA)에 레이저 광을 조사한다. 이때, 상기 레이저 광이 조사된 기판(110)상의 전사필름(150) 영역(SA)은 상기 전사필름(150)내의 광열변환층(150b)이 상기 레이저 광을 흡수하여 빛 에너지를 열 에너지로 바꾸어 상기 스페이서층(150c)으로 방출하고, 상기 방출된 열에 의해 레이저 광이 조사된 영역(SA)과 대응되는 스페이서층 영역(155a)이 기판(110)상에 더욱 정확히는 오버코트층(125)에 고정 경화된다.
이때, 레이저 광의 조사는 상기 레이저 헤드(180)과 연결된 컴퓨터에 의해 상기 헤드(180)의 이동속도 및 조사 위치와 레이저 광의 점멸 등이 고려되어 자동적으로 컨트롤 되어지는 것이 특징이다.
다음, 5i에 도시한 바와 같이, 상기 레이저 광이 조사된 전사필름(150)을 기판(110)으로부터 제거하면, 레이저 광에 조사된 영역(SA)의 스페이서층(도 5h의 155a)만이 기판(110) 상에 남아있고, 레이저 광이 조사되지 않은 영역의 스페이서층(155b)은 여전히 전사필름(150) 상에 부착된 상태로 제거됨으로써, 최종적으로 상기 남아있는 스페이서층(도 5h의 155a)이 기판(110) 상에 2㎛ 내지 8㎛ 두께의 패턴드 스페이스(160)를 형성하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조에 있어 블랙매트릭스와 적, 녹, 청색의 컬러필터층을 형성하는 공정에 4개의 마스크만을 필요로 하고, 패턴드 스페이서의 형성은 적정 두께의 스페이서층을 구비한 전사필름을 이용한 전사방법을 이용하여 4개의 마스크만을 이용하여 제조함으로써 마스크 수를 절감하고, 나아가 제조 비용을 절감하는 효과를 갖는다.
도 7a와 도 7b는 컬러필터 기판 상에 패턴드 스페이서를 형성하는 종래와 본발명에 의한 방법을 각각 간단한 흐름도로써 표시한 것이다.
종래에 있어서는 도 7a에 도시한 바와 같이, 패턴드 스페이서를 형성함에 있어, 기판 상에 스페이서 물질을 도포, 마스크를 이용한 노광, 스페이서 물질 현상의 단계를 거쳐 패턴드 스페이서를 형성하였다.
하지만, 본 발명에 있어서는 도 7b 도시한 바와 같이, 기판 상에 스페이서층을 포함하는 전사필름의 부착, 레이저 조사, 전사필름 제거의 비교적 간단한 공정을 진행함으로써 패턴드 스페이서를 형성함을 알 수 있다.
본 발명에 의한 전사필름의 부착, 레이저 조사, 전사필름 제거의 단계를 갖는 패턴드 스페이서의 형성은 종래의 도포, 노광, 현상의 공정대비 제조 시간에 있어, 대략 1/3정도의 시간만을 필요로 하므로, 제조시간을 단축하여 생산성을 증대시키는 효과를 갖는 것이 특징이다.
도 8a와 8b는 본 발명의 변형예로써 전사필름을 이용한 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 변형예를 도시한 것이다.
액정표시장치의 모델 특성에 따라 컬러필터 기판에 공통전극이 형성되는 것도 있고, 공통전극이 형성되지 않는 것도 있는데, 본 발명에서는 화소전극 및 공통전극이 모두 어레이 기판에 형성되는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 따른 것으로 오버코트층 상부에 전사방법에 의한 패턴트 스페이서에서 형성한 것을 보이고 있으나, 도 8a에 도시한 바와 같이, 액정표시장치의 특성에 따라 상기 오버코트층(225)과 패턴드 스페이서(260) 사이에 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)가 전면에 증착되어 투명한 공통전극(240)이 형성될 수 도 있으며, 도 8b에 도시한 바와 같이, 오버코트층이 생략되고, 적, 녹, 청색의 컬러필터층(320(320a, 320b, 320c)) 위로 공통전극(340)이 형성되고, 상기 공통전극(340) 위로 패턴드 스페이서(360)가 형성될 수 도 있다.
이때, 각각의 변형예에 대한 컬러필터 기판의 제조방법에 대해서는 전술한 실시예에 의한 방법에서 오버코트층 상부에 공통전극을 형성한다거나, 또는 오버코트층을 형성하지 않고, 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하고, 상기 공통전극 상부에 전사필름을 이용한 패턴드 스페이서를 형성하므로 이는 전술한 실시예에서 크게 벗어나지 않으므로 그 설명은 생략한다.
본 발명은 전술한 실시예 및 변형예에 한정되지 않고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 다양한 변화가 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조에 있어, 스페이서층을 구비한 전사필름과 레이저 조사를 이용하여 패턴드 스페이서를 형성함으로써, 이용되는 마스크 수를 절감 및 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도.
도 2는 종래의 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치의 평면도.
도 3은 도 2를 A-A를 따라 절단한 단면도.
도 4a 내지 4g는 종래의 패턴트 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도.
도 5a 내지 5i는 본 발명의 실시예에 의한 패턴트 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도.
도 6은 스페이서층을 구비한 전사필름의 단면도.
도 7a와 도 7b는 종래와 본 발명에 의한 패턴드 스페이서를 형성하는 공정을 각각 도시한 공정 흐름도.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 변형예에 따른 패턴드 스페이서를 구비한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 기판 113a, 113b, 113c : 개구부
115 : 블랙매트릭스 120a, 120b, 120c : 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴
150 : 전사필름 150a : 지지필름
150b : 광열변환층 150c : 스페이서층
155a : 레이저 광이 조사되는 영역에 대응되는 스페이서층
155b : 레이저 광이 조사되지 않는 영역에 대응되는 스페이서층
180 : 레이저 헤드
SA : 레이저 광이 조사되는 영역
Claims (7)
- 기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;상기 다수의 개구부에 순차적으로 반복되는 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와;상기 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층 위로 공통전극을 형성하는 단계와;상기 공통전극 위로 적정두께의 스페이서층을 포함하는 전사필름을 위치시키고, 상기 스페이서층과 공통전극이 마주보도록 하여 부착시키는 단계와;상기 공통전극 상에 부착된 전사필름에 일정간격으로 레이저를 조사하여, 상기 레이저에 조사된 전사필름 영역에 대응되는 스페이서층을 기판에 전사 고정시키는 단계와;상기 전사필름을 기판으로부터 제거함으로써 상기 레이저 조사에 의해 상기 전사필름으로부터 전사 고정된 스페이서층으로 이루어진 적정 높이를 갖는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
- 기판 상에 다수의 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;상기 다수의 개구부에 순차적으로 반복되는 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와;상기 적, 녹, 청색의 패턴을 갖는 컬러필터층 위로 오버코트층을 형성하는 단계와;상기 오버코트층 위로 적정두께의 스페이서층을 포함하는 전사필름을 위치시키고, 상기 스페이서층과 오버코트층이 마주보도록 하여 부착시키는 단계와;상기 기판 상에 부착된 전사필름에 일정간격으로 레이저를 조사하여, 상기 레이저에 조사된 전사필름 영역에 대응되는 스페이서층을 기판에 전사 고정시키는 단계와;상기 전사필름을 기판으로부터 제거함으로써 상기 레이저 조사에 의해 상기 전사필름으로부터 전사 고정된 스페이서층으로 이루어진 적정 높이를 갖는 패턴드 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 블랙매트릭스는 크롬(Cr)을 포함하는 금속물질 또는 카본(carbon)계의 유기물질로서 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 스페이서층을 포함하는 전사필름은 지지필름과, 상기 지지필름 상부에 광열변환층과, 상기 광열변환층 상부에 스페이서층으로 구성되는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 스페이서층은 무색 투명한 유기물질인 벤조사이클로부텐(BCB), 포토 아크릴(photo acryl), 사이토프(cytop), 퍼플루로사이클로부텐(perfluorocyclobutene ; PFCB) 중에 하나로 형성된 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 스페이서층은 두께가 2㎛ 내지 8㎛인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 컬러필터층을 형성하는 단계 이후에 상기 컬러필터층 상부에 오버코트층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
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