KR20070003180A - 액정표시소자의 칼라필터기판 제조방법 - Google Patents

액정표시소자의 칼라필터기판 제조방법 Download PDF

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KR20070003180A
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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터기판 제조방법은 컬러필터기판상에 복수의 화소영역을 정의하는 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스를 포함한 컬러필터기판상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층을 포함한 컬러필터기판상에 유기막을 형성하는 단계; 및 역테이퍼 구조의 노광마스크를 이용하여 상기 유기막을 노광시킨후 이를 패터닝하여 오버코트층과 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

액정표시소자의 칼라필터기판 제조방법{METHOD FOR FABRICATING COLOR FILTER SUBSTRATE OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 액정표시장치의 단면도.
도 2a∼도 2f는 종래기술에 따른 액정표시소자의 컬라필터기판의 제조방법을 나타낸 공정단면도.
도 3은 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 있어서, 일반 노광마스크를 이용하여 오버코트층과 컬러스페이서를 패터닝시에 나타내는 테일(tail) 현상을 설명하기 위한 단면도.
도 4a∼도 4f는 본 발명에 따른 액정표시소자의 컬라필터기판의 제조방법을 나타낸 공정단면도.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 있어서, 역테이퍼진 마스크를 이용하여 오버코트층과 컬러스페이서의 패터닝공정시에 테일(tail)이 나타나지 않는 것을 설명하기 위한 단면도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 있어서, 오버코트층과 컬러스페이서의 패터닝공정을 수행하기 위해 적용되는 테이퍼진 마스크의 제조공정을 나타낸 공정단면도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
111 : 석영기판 113 : 감광물질층
113a : 감광막패턴 115 : 노광마스크
151a, 151b : 크롬막 153 : 리프트오프공정
141 : 컬러필터기판 143 : 블랙매트릭스
145 : 컬러필터층 145a : 적색 컬러필터층
145b : 초록색 컬러필터층 145c : 파란색 컬러필터층
147 : 노광마스크 149 : 유기막
149a : 오버코트층 149b : 스페이서
151 : 역테이퍼 구조의 마스크 160 : 광
160a : 직선광 160b : 경사광
본 발명은 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정표시장치 제조시에 나타나는 액정 뒤틀림 현상과 빛샘 불량을 방지할 수 있는 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 관한 것이다.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다.
이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시장치(LCD)가 각광을 받고 있다.
이러한 일반적인 액정표시장치에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 액정표시장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 일반적인 액정표시장치는, 하부기판(11)과 상부기판(41) 및 상기 하부기판(11)과 상부기판(41)사이에 형성된 액정층(70)으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 하부기판(11)은 구동소자 어레이(Array)기판으로써, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 하부기판(11)에는 복수의 화소가 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)와 같은 구동소자가 형성되고, 상부기판(41)은 칼라필터(Color Filter)기판으로써, 실제 칼라를 구현하기 위한 칼라필터층(45)이 형성되어 있다.
또한, 상기 하부기판(11) 및 상부기판(41)에는 각각 화소전극(31) 및 공통전극(47)이 형성되어 있으며, 상기 액정층(70)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막(미도시)이 도포되어 있다.
그리고, 상기 하부기판(11) 및 상부기판(41)은 기판의 외곽에 형성된 실런트(sealant;미도시)에 의해 합착되며, 이들(상부기판 및 하부기판) 사이에 형성된 스페이서(spacer;미도시)에 의해 일정한 셀갭을 유지한다.
더우기, 상기 하부 및 상부기판(11, 41)사이에 마련된 액정층(70)이 상기 하부기판(11)에 형성된 구동스위칭부(미도시)에 의해 액정분자를 구동하여 액정층을 투과하는 광량을 제어함으로써 정보를 표시하게 된다.
상기와 같이 구성된 액정표시장치의 하부기판(11)은 구동스위칭부(20)를 형성하는 구동소자 어레이기판 제조공정에 의해서 형성되고, 상기 상부기판(41)은 컬러필터를 형성하는 컬러필터기판 제조공정에 의해서 형성되며, 이후에 스페이서 및 실런트형성공정을 통해 액정표시장치가 제조된다.
구동스위칭부가 형성되는 어레이기판 제조공정은, 먼저 하부기판(11)상에 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인(Gate Line) 및 데이터라인(Date Line)을 형성하고, 상기 화소영역 각각에 상기 게이트라인과 데이터라인에 접속되는 구동소자인 박막트랜지스터(20)를 형성한 후, 박막트랜지스터에 접속되어 박막트랜지스터를 통해 신호가 인가됨에 따라 액정층을 구동하는 화소전극(31)을 형성함으로써 이루어진다.
또한, 상기 칼라필터기판 제조공정은 상부기판(41)에 블랙매트릭스(43)를 형성한 후, 그 상부에 R(red), G(green), B(blue) 색상의 칼라필터(45)를 형성한 다음, 그 위에 공통전극(47)을 형성한다.
그리고, 상기 스페이서(미도시)는 볼(ball) 또는 칼럼(colum)으로 형성할 수 있으며, 상기 볼스페이서는 산포방식에 의해 형성되고, 상기 칼럼스페이서(미도시)는 기판에 유기 고분자 물질을 증착 또는 코팅한 후, 이를 선택적으로 제거하는 사진식각공정에 의해 형성한다.
그러나, 산포방식은 빛이 투과하는 화소영역에도 스페이서가 존재하기 때문에 액정의 배향을 방해하고 개구율을 저하시키게 된다.
따라서, 이를 개선하기 위하여, 원하는 위치에 패터닝된 스페이서를 형성하는 칼럼스페이서가 제안되었다.
R,G,B,색상으로 이루어지는 칼라필터를 제조하는 방법으로는 안료분산법, 전착법등이 있으며, 안료분산법은 포토레지스트에 분산된 안료조성물을 코팅, 노광, 현상 및 소성함으로써 칼라필터기판을 형성하는 방법이 있다.
이러한 관점에서, 기존의 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 대해 도 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a∼도 2f는 종래기술에 따른 액정표시소자의 컬러필터기판의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판의 제조방법은, 도 2a를 참조하면, 상부기판(41)위에 크롬과 같은 불투명물질을 증착한 다음, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 블랙매트릭스 패턴(43)을 형성한다.
이어서, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 적색(R) 칼라필터층 형성용 조성물(45)을 코팅한 다음, 포토마스크(47)를 이용하여 소정영역만을 노광한 다음, 이를 현상하여, R 칼라필터층(45a)을 형성한다.
이후에, 도 2d를 참조하면, 상기 R 칼라필터층 형성용 조성물 대신, 녹색(G) 및 청색(B) 칼라필터층 형성용 조성물을 이용하여 상기 과정을 반복함으로써, G,B색상의 칼라필터층(45b,45c)을 각각 형성하여, R,G,B칼라필터층(45a, 45b, 45c)을 형성한다.
그다음, 도 2e 및 도 2f를 참조하면, 상기 칼라필터층(45a, 45b, 45c)의 평탄화 및 오버코트층과 컬러스페이서를 형성하기 위해, 상기 칼라필터층(45a, 45b, 45c) 전면에 네거티브타입의 감광성 유기물질층(49)을 두껍게 코팅한 후, 노광마스크(51)를 이용하여 상기 네거티브 타입의 감광성 유기물질층(49)에 노광 및 현상공정을 진행한다. 이때, 상기 노광 및 현상공정시에, 상기 유기물질층(49)은 네거티브 타입을 띄기 때문에 노광된 부분은 남고 노광되지 않은 부분은 현상시에 제거되어, 도 2f에서와 같이, 오버코트층(49a)과 스페이서(49b)가 동시에 형성된다.
그러나, 도 3을 참조하면, 상기 노광 및 현상공정시에 노광마스크(51)의 광투과부를 통해 직진하는 광(60a)은 상기 유기물질층(49)에 전부 조사되지만, 광투과부와 경계한 노광마스크(51)의 측면부를 산란되어 경사지게 조사되는 광(60b)은 상기 유기물질층(49)의 좌,우지역으로 조사된다. 이로 인해, 광 조사는 원하는 지역이외에 다른 부분에까지 이루어지기 때문에, 현상공정후, 도 2f에서와 같이, 스페이서(49b)의 아래쪽에 테일(tail)(53)이 형성되게 된다.
그러나, 상기 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 의하면, 기존의 노광마스크는 단면이 수직구조로 되어 있기 때문에, 컬러필터기판 제조시에 수직구조의 단면에 의해 광의 산란이 일어나고, 이로 인하여 스페이서하부에 테일(tail)이 증가하게 된다.
따라서, 액정표시장치 제조시에 액정 뒤틀림 현상 및 빛샘 불랴이 발생될 가능성이 있다.
이에, 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 빛의 산란 및 간섭을 최소화하여 스페이서의 하부 테일을 개선시키므로써 테일에 의한 액정 뒤틀림 현상 및 빛샘을 방지할 수 있는 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터기판 제조방법은 컬러필터기판상에 복수의 화소영역을 정의하는 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스를 포함한 컬러필터기판상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 컬러필터층을 포함한 컬러필터기판상에 유기막을 형성하는 단계; 및 역테이퍼 구조의 노광마스크를 이용하여 상기 유기막을 노광시킨후 이를 패터닝하여 오버코트층과 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.
이하, 본 발명에 따른 액정표시장치의 칼라필터 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a∼도 4f는 본 발명에 따른 액정표시소자의 컬러필터기판의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 있어서, 역테이퍼진 마스크를 이용하여 오버코트층과 컬러스페이서의 패터닝공정시에 테일(tail)이 나타나지 않는 것을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법은, 도 4a를 참조하면, 상부기판(141)위에 크롬과 같은 불투명물질을 증착한 다음, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 블랙매트릭스(143)를 형성한다.
이어서, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 적색(R) 칼라필터층 형성용 조성물(145)을 코팅한 다음, 포토마스크(147)를 이용하여 소정영역만을 노광한 다음, 이를 현상하여, R 칼라필터층(145a)을 형성한다.
이후에, 도 4d를 참조하면, 상기 R 칼라필터층 형성용 조성물 대신, 녹색(G) 및 청색(B) 칼라필터층 형성용 조성물을 이용하여 상기 과정을 반복함으로써, G,B색상의 칼라필터층(145b,145c)을 각각 형성하여, R,G,B칼라필터층(145a, 145b, 145c)을 형성한다.
그다음, 도 4e 및 도 4f를 참조하면, 상기 칼라필터층(145a, 145b, 145c)의 평탄화 및 오버코트층과 컬러스페이서를 형성하기 위해, 상기 칼라필터층(145a, 145b, 145c) 전면에 네거티브타입의 감광성 유기물질층(149)을 두껍게 코팅한 후, 역테이퍼 구조의 노광마스크(151)를 이용하여 상기 네거티브 타입의 감광성 유기물질층(149)에 노광 및 현상공정을 진행한다. 이때, 상기 노광 및 현상공정시에, 상기 유기물질층(149)은 네거티브 타입을 띄기 때문에 노광된 부분은 남고 노광되지 않은 부분은 현상시에 제거되어, 도 4f에서와 같이, 오버코트층(149a)과 스페이서(149b)가 동시에 형성된다. 또한, 상기 노광 및 현상공정시에, 상기 스페이서(149b)하부에는 기존과 같이 테일(tail)이 형성되지 않는다.
이는, 도 5에서와 같이, 상기 노광 및 현상공정시에 역테이퍼 구조의 노광 마스크(151)의 광투과부를 통해 직진하는 광(160a)은 상기 유기물질층(149)에 전부 조사되지만, 광투과부와 경계진 노광마스크(151)의 역 테이퍼진 측면부에서 굴절되어 나오는 빛(160b)이 스페이서가 형성될 부분으로 모이게 된다. 이로 인해, 광 조사는 원하는 지역(스페이서패턴 형성지역)이외의 다른 부분에 까지 이루어지지 않기 때문에, 기존과 같이 스페이서의 아래쪽에 테일(tail)(53)이 형성되지 않게 된다.
한편, 이러한 테일 발생을 근본적으로 방지해 주는 역할을 하는 상기 역 테이퍼 구조의 노광마스크를 제조하는 방법에 대해 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 있어서, 오버코트층과 컬러스페이서의 패터닝공정을 수행하기 위해 적용되는 테이퍼진 마스크의 제조공정을 나타낸 공정단면도이다.
도 6a를 참조하면, 석영(quartz)기판(111)상에 감광성 물질층(113)을 일정두께만큼 도포한다.
그다음, 도 6b 및 도 6c를 참조하면, 노광마스크(115)을 이용하여 상기 감광성 물질층(113)을 패터닝하여 감광막패턴(113a)을 형성한다.
이어서, 도 6d를 참조하면, 상기 감광막패턴(113a)을 포함한 석영기판(111)상에 광차단막으로 크롬막(151a)(151b)을 증착한후 리프트 오프(lift off)공정(153)을 진행하여 상기 감광막패턴(113a)과 그 위에 있던 크롬막(151a)부분을 제거하여, 역 테이퍼 구조의 마스크(151)를 형성한다. 이때, 상기 역 테이퍼 구조의 마 스크(151)는, 상기 리프트 오프 공정시에 감광막패턴(113a)이 제거되면서 측면쪽으로 식각이 진행되어 언더컷현상에 의해 크롬막(151b)의 측면부가 역 테이퍼진 구조를 이루게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법에 의하면, 오버코트층과 스페이서 형성시에 역 테이퍼진 마스크를 이용하므로써 빛의 산란 및 간섭을 최소화하여 스페이서의 하부 테일을 개선시키므로써 테일에 의한 액정 뒤틀림 현상 및 빛샘을 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 컬러필터기판상에 복수의 화소영역을 정의하는 블랙매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 블랙매트릭스를 포함한 컬러필터기판상에 컬러필터층을 형성하는 단계;
    상기 컬러필터층을 포함한 컬러필터기판상에 유기막을 형성하는 단계; 및
    역테이퍼 구조의 노광마스크를 이용하여 상기 유기막을 노광시킨후 이를 패터닝하여 오버코트층과 스페이서를 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 컬러필터기판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기막은 네거티브 타입의 감광성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터기판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오버코트층과 스페이서는 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 칼라필터기판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 역테이퍼 구조의 노광마스크를 형성하는 단계는,
    석영기판상에 감광성 물질층을 형성하는 단계;
    노광마스크를 이용하여 상기 감광성 물질층을 패터닝하여 감광막패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막패턴을 포함한 석영기판상에 광차단막을 형성하는 단계;
    리프트 오프공정을 진행하여 상기 감광막패턴과 상기 광차단막을 제거하여 역 테이퍼 구조의 마스크를 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 칼라필터기판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 칼라필터기판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 리프트오프공정 진행시에 상기 감광막패턴아래 측면으로 언더컷현상에 의해 역테이퍼 구조의 광차단막패턴으로 구성된 마스크가 형성되는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 칼라필터 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107015399A (zh) * 2017-05-11 2017-08-04 京东方科技集团股份有限公司 彩膜基板及其制作方法、显示装置及其制作方法
US9733569B2 (en) 2014-10-15 2017-08-15 Samsung Display Co., Ltd. Mask, method of manufacturing the same, and method of manufacturing a display panel using the same
KR102175093B1 (ko) * 2020-05-20 2020-11-05 (주) 태진테크 베루누이 구조를 갖는 공기정화용 필터 제작 방법과 그 방법에 의하여 제작된 필터

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