KR20070037775A - 액정표시장치용 컬러필터 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시장치용 컬러필터 기판 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20070037775A
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Abstract

본 발명은 공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있는 컬러필터 기판 및 그 제조 방법이 개시된다. 개시된 본 발명의 컬러필터 기판은 기판 상에 소정 영역을 갖는 매트릭스 형태로 배치되고 제 1 전도성 물질을 갖는 블랙 매트릭스와, 상기 소정 영역에 배치되고 제 2 전도성 물질, 컬러필터 레진 및 용매의 혼합을 갖는 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전도성 컬러필터, 컬러필터 기판, 공통전극

Description

액정표시장치용 컬러필터 기판 및 그 제조방법{Color Filter substrate for Liquid Crystal Display Deviceand Method of Fabricating the same}
도 1 은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 일부 영역을 도시한 입체도.
도 2a는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판을 도시한 평면도.
도 2b는 도 2a의 종래 기술에 따른 컬러필터 기판의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 절단한 단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판을 도시한 일 실시예의 평면도.
도 3b는 도 3a의 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 절단한 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 컬러필터 기판을 제조하는 공정을 보여주는 공정 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판을 도시한 다른 실시예의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100, 200 : 컬러필터 기판 166, 266 : 전도성 컬러필터
166a, 266a : 전도성 적색 컬러필터 166b : 전도성 녹색 컬러필터
166c : 전도성 청색 컬러필터
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있는 액정표시장치용 컬러필터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에, 액정표시장치는 소비전력이 낮고 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 표시장치소자로 각광받고 있다.
상기 액정표시장치는 투명 전극이 형성된 두 기판 사이에 액정을 주입하여, 상기 액정의 이방성에 따른 빛의 굴절률 차이를 이용해 영상효과를 얻는 방식으로 구동된다.
현재에는 각 화소를 개폐하는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT: thin film transistor)가 화소마다 배치되는 능동행렬방식 액정표시장치(AM-LCD: active matrix liquid crystal display)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 일부 영역을 도시한 입체도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시장치는 서로 일정간격 이격되어 상부 및 하부 기판(10, 30)이 대향하고 있고, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.
상기 하부 기판(30) 상부에는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 서로 교차되어 있고, 상기 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 지점에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 상기 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역(P)에는 박막 트랜지스터(T)와 연결된 화소 전극(46)이 형성되어 있다.
도면으로 상세하게 도시하지는 않았지만, 박막 트랜지스터(T)는 게이트 전압을 인가받는 게이트 전극과, 데이터 전압을 인가받는 소스 및 드레인 전극과, 게이트 전압과. 데이터 전압 차에 의해 전압의 온/오프를 조절하는 채널(channel)로 구성된다.
도 2a는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판을 도시한 평면도 이고, 도 2b는 도 2a의 종래 기술에 따른 컬러필터 기판의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 절단한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 컬러필터 기판은 화소 영역(P)을 개구부(62)로 하는 블랙 매트릭스(64)가 형성되어 있고, 상기 블랙 매트릭스(64)를 컬러별 경계부로 하여 개구부(62)에는 적색 컬러필터(66a), 녹색 컬러필터(66b), 청색 컬러필터(66c)가 차례대로 반복 배열되어 컬러필터(66)가 형성되어 있다. 또한, 상기 컬러필터(66) 상에는 공통전극인 ITO(68) 및 배향막(70)이 차례대로 형성되어 있다. 여기서, 상기 ITO(68)는 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착될 수 있다.
그러나, 상기 ITO(68) 증착시에는 열에 의한 컬러필터(66)의 오염이 발생할 수도 있고, 유기 물질의 상기 컬러필터(66)와 무기 물질의 상기 ITO(68)간의 약한 부착력으로 증착 불량을 야기하는 문제가 있다.
본 발명은 본 발명은 컬러필터 기판에 전도성 컬러필터를 형성하여 공정수의 감소와, 공통전극의 증착 불량을 방지하는 액정표시장치용 컬러필터 기판 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 컬러필터 기판은,
기판 상에 소정 영역을 갖는 매트릭스 형태로 배치되고 제 1 전도성 물질을 갖는 블랙 매트릭스;
상기 소정 영역에 배치되고 제 2 전도성 물질, 컬러필터 레진 및 용매의 혼합을 갖는 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 컬러필터 기판 제조 방법은,
기판을 준비하는 단계;
상기 기판에 소정 영역을 갖는 매트릭스 형태로 제 1 도전성 물질을 갖는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
상기 소정 영역에 제 2 전도성 물질, 컬러필터 레진 및 용매의 혼합을 갖는 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 3a는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판을 도시한 일 실시예의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 본 발명에 따른 컬러필터 기판의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 컬러필터 기판(100)은 기판 상에 블랙 매트릭스(black matrix : B/M ; 164)가 위치하며, 상기 블랙 매트릭스(164) 사이에 블랙 매트릭스(164)와 겹치는 구조로 전도성 적색 컬러필터(166a), 전도성 녹색 컬러필터(166b), 전도성 청색 컬러필터(166c)를 포함하는 전도성 컬러필터(166)가 위치한다.
상기 컬러필터(166) 상에 액정의 일정한 배열을 위한 배향막(170)이 위치한다.
상기 블랙 매트릭스(164)는 일반적으로 컬러필터(166)의 적색, 녹색, 청색 컬러필터(166a. 166b, 166c)의 사이에 위치하며, 어레이 기판의 화소 전극이 형성되지 않은 부분과 화소전극 주변부에 형성되는 역 경사(reverse tilted domain)을 차폐시키는 목적으로 구비된다. 또한, 상기 어레이 기판의 스위칭 소자로 쓰이는 박막 트랜지스터에 직접적인 광조사를 차단하여 누설전류 증가를 방지하는 역할도 한다.
상기 전도성 컬러필터(166)는 색상을 구현하는 컬러필터 레진(resin)과, 점도를 조절하는 용매와, 전도성 물질의 혼합으로 형성될 수 있다.
상기 컬러필터 레진의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어있다.
상기 용매로는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 이소포론, 셀로솔브아 세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 아세트산이소아밀, 젖산 에테르, 메틸에틸케톤, 아세톤, 시클로핵산 등을 들 수 있으며, 적어도 하나 이상 혼합하여 사용된다.
상기 전도성 물질은 전기 전도성을 띄는 고분자 물질로서, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 등과 같은 물질을 안료로 전환하여 사용될 수 있다.
상기 전도성 컬러필터(166)는 컬러필터 레진, 용매 및 전도성 물질을 혼합하여 형성됨으로서, 어레이 기판의 화소전극과 대응되는 색상을 구현하면서 공통전극의 역할을 수행할 수 있다.
상기 컬러필터 기판의 블랙 매트릭스(164) 및 전도성 컬러필터(166)는 전기 전도성을 띄는 물질로서, 어레이 기판의 화소전극과 대응되어 별도의 공통전극층을 증착하지 않고 공통전극의 역할을 하게 된다.
따라서, 종래의 공통전극으로 사용되는 ITO(도 2b의 68)을 삭제하여 공정수의 감소와, 부품비를 절감할 수 있고, 상기 ITO(도 2b의 68)를 증착에 따른 컬러필터의 오염 또는 약한 부착력에 의한 증착의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 컬러필터 기판을 제조하는 공정을 보여주는 공정 순서도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판 상에 블랙 매트릭스(164) 재료로 사 용되는 Cr/CrOx를 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착된다.
그리고, 상기 Cr/CrOx를 패터닝하여 블랙 매트릭스(164)를 형성한다.
통상 상기 블랙 매트릭스(164)는 화소 경계부와 박막 트랜지스터에 대응되는 위치에 형성되며 빛샘 등을 방지하기 위하여 형성된다.
이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 블랙 매트릭스(164) 사이에 전도성 컬러필터(166)를 형성한다. 여기서, 전도성 적색 컬러필터(166a), 전도성 녹색 컬러필터(166b), 전도성 청색 컬러필터(166c)의 패턴은 동일 마스크를 사용하여 방향을 이동(shift)시켜 형성한다.
즉, 먼저 전도성 고분자 물질과 혼합된 컬러 레진을 증착하고 패터닝하여 전도성 적색의 컬러필터(166a)를 형성하고, 연속적으로 전도성 녹색 컬러필터(166b), 전도성 청색 컬러필터(166c)를 형성한다.
상기 전도성 컬러필터(166)는 제조시 사용되는 유기 필터(filter)의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며, 그 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 인쇄법 등으로 분류할 수 있다.
상기 인쇄법은 스크린(screen)인쇄, 옵셋(offset)인쇄 등의 방법으로 컬러필터를 제작하는 방법이고, 제조공정이 단순하여 대량생산이 가능하고, 내열성이나 내광성이 높은 소재를 선택할 수 있는 장점이 있다.
상기 전착법은 색소를 전극에 석출시켜 색소의 층으로 형성하는 방법으로, 고분자 수지와 착색 안료를 전해질 용매중에 용해 또는 분산하여 양측에 접속된 공통전극의 표면에 안료를 석출시켜 이것을 고온 건조시키는 방법이다.
상기 전도성 컬러필터(166)의 경우는 주로 안료 분산법이 쓰인다. 상기 안료 분산법으로 제조되는 컬러필터 레진(resin)의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판을 도시한 다른 실시예의 단면도이다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다른 실시예의 컬러필터 기판은 기판 상에 전도성 적색 컬러필터(266a), 전도성 녹색 컬러필터(266b), 전도성 청색 컬러필터(266c)가 위치하고, 각각의 상기 전도성 적색 컬러필터(266a), 전도성 녹색 컬러필터(266b), 전도성 청색 컬러필터(266c) 사이에 겹치는 구조로 블랙 매트릭스(black matrix ; B/M ; 264)이 위치한다.
그리고, 상기 전도성 적색 컬러필터(266a), 전도성 녹색 컬러필터(266b), 전도성 청색 컬러필터(266c) 및 블랙 매트릭스(264) 상에 액정의 일정한 배열을 위한 배향막(270)이 위치한다.
상기 전도성 컬러필터(266)와 블랙 매트릭스(264)는 전기 전도성을 띄는 물질로서, 어레이 기판의 화소전극과 대응되어 별도의 공통전극층을 증착하지 않고 공통전극의 역할을 하게 된다.
한편, 도시되지는 않았지만, 상기 컬러필터 기판과 대향하는 어레이 기판은 서로 종횡으로 교차하는 게이트 배선과 데이터 배선이 화소 영역을 매트릭스 형태로 정의하고, 상기 화소 영역에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성하고 있다.
상기 박막 트랜지스터는 기판 상에 상기 게이트 배선에서 상기 교차 지점으로 소정 돌출하여 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연막과 상기 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층과, 상기 데이터 배선에서 반도체층 상으로 소정 돌출하여 형성된 소스 전극 및 상기 소스 전극과 소정 이격하여 상기 반도체층과 전기적으로 접촉하는 드레인 전극으로 이루어진다.
그리고, 상기 화소 영역에 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된 화소 전극이 형성된다.
따라서, 본 발명의 컬러필터 기판은 어레이 기판의 화소전극과 대응하는 공통전극의 역할을 하고, 동시에 색을 구현하는 전도성 컬러필터를 형성하여 종래의 공통전극으로 사용되는 ITO(도 2b의 68)을 삭제하여 공정수의 감소와, 부품비를 절감할 수 있고, 상기 ITO(도 2b의 68)를 증착에 따른 컬러필터의 오염 또는 약한 부착력에 의한 증착의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 패널 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 컬러필터 기판에 전도성 컬러필터를 형성함으로써, 공통전극층을 삭제하여 공정수의 감소와, 부품비를 절감할 수 있고, 공통전극 형성시에 컬러필터의 오염 또는 약한 부착력에 의한 증착의 어려움 등의 문제를 개선하는 효과가 있 다.
이상 설명한 내용을 통해 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. 기판 상에 소정 영역을 갖는 매트릭스 형태로 배치되고 제 1 전도성 물질을 갖는 블랙 매트릭스;
    상기 소정 영역에 배치되고 제 2 전도성 물질, 컬러필터 레진 및 용매의 혼합을 갖는 컬러필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터는 상기 소정의 영역과 및 상기 블랙 매트릭스의 테두리 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 어느 하나 또는 그 이상의 혼합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매는 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 이소포론, 셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸셀로 솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 아세트산이소아밀, 젖산 에테르, 메틸에틸케톤, 아세톤, 시클로핵산 중 어느 하나 또는 그 이상의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판.
  5. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판에 소정 영역을 갖는 매트릭스 형태로 제 1 도전성 물질을 갖는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 소정 영역에 제 2 전도성 물질, 컬러필터 레진 및 용매의 혼합을 갖는 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컬러필터를 포함하는 상기 기판 상에 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컬러필터는 상기 소정 영역과 및 상기 블랙 매트릭스의 테두리 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 어느 하나 또는 그 이상의 혼합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 용매는 메탄올, 에탄올, 톨루엔, 이소포론, 셀로솔브아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 아세트산이소아밀, 젖산 에테르, 메틸에틸케톤, 아세톤, 시클로핵산 중 어느 하나 또는 그 이상의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
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