KR970002978B1 - 액정디스플레이(lcd)용 칼라필터 제조방법 - Google Patents

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Description

액정디스플레이(LCD)용 칼라필터 제조방법

제1(a)도 내지 제1(d)도는 본 발명의 전착 인쇄법에 의한 LCD용 칼라필터의 제조방법에 대한 제1실시예를 나타내는 단면도로서,

제1(a)도 및 제1(b)도는 기판상에 블랙 매트릭스와 ITO막이 증착되는 공정도,

제1(c)도 및 제1(d)도는 언이온형 잉크를 이용하여 전착 인쇄를 실시하는 칼라필터 형성 공정도이고,

제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명의 전착 인쇄법에 의한 LCD용 칼라필터 제조방법에 대한 제2실시예를 나타내는 공정도로서,

제2(a)도 및 제2(b)도는 캣이온형 잉크를 이용하여 전착 인쇄를 실시하는 칼라필터 형성 공정도이고,

제3도는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 제조공정에 의해 완성된 LCD용 칼라필터의 단면도,

제4도는 종래 인쇄법에 따른 LCD용 칼라필터의 제조방법을 도시한 단면도,

제5도는 종래 전착법에 따른 LCD용 칼라필터의 제조방법을 도시한 단면도이다.

본 발명은 LCD(LIQUID CRYSTAL DISPLAY)용 칼라필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 인쇄법에서의 안료와 기판과의 접착성을 개선하여 해상도와 균일성을 향상시키고, 전착법에서의 사진공정을 생략할 수 있는 새로운 전착 인쇄법에 의하여 형성된 LCD용 칼라필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 OA기기나 휴대용 소형 TV 등의 보급에 따라 이제까지의 전자 디스플레이 장치로 브라운관(CRT)대신에 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로일루미너 센서(EL)소자, 플라즈마 디스플레이(PDP), 발광 다이오드(LED), 형광 표시관(VFD) 등의 연구가 활발히 추진되고 일부는 실용화되고 있다.

그중에서도 액정 디스플레이는 극도로 경량으로 박형, 저가 저소비 전력구동으로 집적회로와의 정합성이 좋은 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터(LAP TOP COMPUTER)나 포켓 컴퓨터(POCKET COMPUTER)의 표시외에 차량 적재용, 칼라TV 화상용으로서 그 용도를 급속하게 확대하고 있다.

또한 LCD에 사용되고 있는 칼라필터는 3-5인치가 실용화되어 있고, 10-14인치가 개발중이며 대형화를 향해 급속히 진행되고 있다.

CRT와 마찬가지로 칼라필터 또한 빛의 삼원색(R,G,B)을 화소의 기본 단위로 하고 동3색의 세기조절, 즉 통과하는 빛의 강도를 제어함으로써 칼라를 실현하는 기술이다.

칼라특성은 액정의 콘트라스트(CONTRAST)비가 40:1 정도의 액티브 매트릭스 방식 액정패널이 가장 유리하나 칼라액정의 제조는 모노크로(MONOCHRO) 액정의 제조와 비교할 때, 화소수의 증가(3배화소), 그로 인한 주변 IC(DRIVER)의 증가 코스트 상승, 일드(YIELD) 저하 등의 단점을 가지고 있다.

칼라필터를 형성시키는 종래 방법으로는 인쇄법, 증착법, 전착법, 안료분산법 등이 있는데 일반적으로 염색법이 사용되고 있다.

본 발명과 관련해서, 전착법은 ITO가 부착된 글라스를 전착조에 놓고 전기영동법을 이용하여 착색투광층을 형성하는 수법으로서 평활성 측면에서는 열세인 기술에 속하나 염색법 다음으로 많이 실용화되고 있으며 주요 문제점으로는 공정의 복잡성 및 양산시 프로세스(PROCESS)의 고정도 관리가 어려운점 등을 들수 있다.

다음으로 인쇄법은 유기 비어클(VEHICLE)에 안료를 분산시킨 잉크를 글라스기판 위에 축차인쇄하여, 블랙 매트릭스 및 R,G,B 패턴을 형성하는 수법으로서 막형성과 패터닝(PATTERING)이 동시에 행하여지므로 코스트 절감을 얻을 수 있고 대형기판인쇄가 가능한 오프셋(OFF-SET) 인쇄기를 사용할 수 있고, OA기기 및 자동차 탑재용 LCD제조에는 사용이 가능하나 TV 등의 고품위 그래픽에는 부적당한 기술이다.

여기서 상기 포토리소그라피 공정 즉, 감광막 및 식각공정이 반도체 분야에서 하는 역할은 각종 단위 능동 및 수동 반도체 소자를 축소, 집적화시켜 전기적 기능을 갖게 한는 것으로서, 반도체 기판상에 회로의 구조적 형상화를 재현시키는 것을 주목적으로 하고 있음은 이미 인지된 바 있다.

일반적으로 상기 기술들을 이용하여 제조된 액정 표시판은 개별 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(THIN FILM TRANSISTOR:TET)가 형성된 하부기판 즉, TFT기판과, 액정층과, R,G,B의 3가지 색 필터층이 반복 배열되어 칼라화를 시키는 상부기판 및 상기 상부기판 위에 형성된 오버 코트층(OVER COAT LAYER)과 ITO(INDUIM TIN OXIDE) 투명 전극막으로 구성되어 있다.

색 필터층이 형성되어 있는 상부기판의 제조와 관련된 종래의 칼라필터 제조방법을 제4도 내지 제5도를 참조로 하여 설명하면 아래와 같다.

다음으로 제4도는 종래 인쇄법에 따른 LCD용 칼라필터의 제조방법을 도시한 단면도로서, 상기 인쇄법은 제시된 도면에서 알 수 있듯이 다른 방법에 비해 공정이 비교적 간단하고 내면성에서는 안료를 이용함으로써 내광성 내열성에 우수한 특성을 가지고 있으나 일반적인 인쇄 방식에서는 인쇄 정도(精度)및 패턴 정도, 막두께의 점에서 어려운 바가 있어 통상 포토(PHOTO) 인쇄가 이용되고 있다.

상기 인쇄법에 따른 제조방법은 글라스기판(21) 상에 인쇄용 롤을 이용하여 먼저 R패턴(22)을 형성하고 난후, 동일한 방식으로 상기 R패턴(22)과 분리되게 G패턴(23)을 인쇄하고 다시 상기 G패턴(23)과 분리되게 B패턴(24)을 인쇄한다.

그후, 상기 색 필터 패턴(22),(23),(24)이 형성된 기판(21)상에 평탄화 목적의 오버코트층(25)을 도포하고 상기 오버코트층(25) 상부에 ITO 투명 전극막(26)을 도포함으로써 상기 상부기판의 제조를 완료시킨다.

상기한 방식으로 제조된 칼라필터는 공정이 적어 코스트(COST)가 절감된다는 점과 내열성, 내광성이 좋은 재료를 선택할 수 있고 대형화가 가능하여 양산성이 높은 장점을 가지고는 있으나, 글라스기판과 안료잉크와의 접착성 문제로 인하여 잉크 속의 먼지 제거가 어렵고 또한 기포가 들어가기 쉬워 수치정도가 나쁘며 막두께가 두껍고 균일하지 못하여 표면 평활성이 나쁠 뿐 아니라 패턴 에지(PATTERN EDGE)가 지저분하여 세밀한 패턴이 나오지 않으므로 색상과 해상도가 떨어지는 단점을 가지고 있었다.

계속해서 제5도는 종래 전착법에 따른 LCD용 칼라필터의 제조방법을 도시한 단면도를 나타낸 것으로, 상기 도면에서 알 수 있듯이 상기 전착법은 다른 방법과 비교하여 기판상에 도전막을 증착후 패터닝(PATTERNING)하여, 이 도전막 위에 전기영동적으로 착색층을 설치하는 점에 특징이 있는 것으로, 그 주요공정을 설명하면 글라스(27) 기판상에 ITO막(31)을 증착시키고 상기 ITO막(31) 상에 다시 포토 레지스트(28)를 도포한다. 그후 패턴이 형성된 포토마스크(29)를 이용하여 레지스트 패턴(30)을 형성하고, 상기 레지스트 패턴(30) 하부에 형성된 ITO막(31) 또한 자외선으로 노광을 실시하여 상기 레지스트 패턴(30)과 동일형상의 ITO막(31')을 형성한 뒤 상기 ITO막(31') 상부에 형성된 레지스트 패턴(30)을 현상액으로 에치시킨다. 그다음 상기 ITO막(31') 상에 전기영동적으로 착색층을 순차적으로 설치하게 되는데 이는 전하를 갖고 있는 가용성 수지에 안료(또는 염료)를 분산한 전착용액중에서 대향전극과의 사이에 전압을 가하여 막두께1∼2μm의 착색층(32)을 붙이는 방법이다. 그후 상기 착색층 또는 전착층(32) 상에 오버코트층(33)과 ITO전극막(34)을 도포함으로써 상기 공정을 완료시킨다.

이러한 공정에 의해 제작된 칼라필터는 대형화는 가능하지만 전착시의 자동화가 어려워 대량생산에는 약간의 문제가 있으며, 또한 포토리소그라피 공정이 반드시 요구됨으로써 공정자체가 번거로운 단점을 가지고 있어 원가절감 측면에서도 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 인쇄법의 단점인 글라스기판과 인쇄용 안료 잉크 사이의 접착력 문제는 전착법의 원리를 이용하여 보완하고 또한 전착법에서의 포토리소그라피 공정은 인쇄법의 공정을 적용시킴으로써 스킵할 수 있도록 한 전착 인쇄법에 의한 LCD용 칼라필터의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전착 인쇄법에 의한 LCD용 칼라필터 제조방법은 블랙 매트릭스가 형성된 기판위에 ITO 투명전극막을 형성시키고, 잉크가 인쇄되는 면에 잉크와 반대극성의 전원을 연결하므로써 전기적인 힘에 의하여 잉크가 전착 인쇄되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 공정에 의해 글라스기판과 인쇄용 안료 잉크 사이의 접착력 문제를 전착법을 이용하여 보완하고 상기 전착법 적용시 반드시 필요로 되었던 포토리소그라피 공정은 인쇄법으로 대체시킴으로써 상기 공정의 스킵이 가능해져 공정상의 번거로움을 해결할 수 있을 뿐 아니라 막두께의 불균일성, 패턴 에지와 표면 평활성의 저하 및 해상도 저하 등과 같은 문제점을 개선할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

제1도 내지 제3도는 본 발명에 따른 LCD용 칼라필터의 제조방법을 도시한 것으로, 제1(a)도 내지 제1(d)도는 전착 인쇄법에 의한 LCD용 칼라필터 제조방법에 대한 제1실시예를 나타내는 단면도로서, 제1(a)도 및 제1(b)도는 기판상에 블랙 매트릭스와 ITO막이 증착되는 공정도를 나타내며, 제1(c)도 및 제1(d)도는 언이온(ANION)형 잉크를 이용하여 전착 인쇄를 실시하는 칼라필터 형성 공정도이고, 제2(a)도 및 제2(b)도는 캣이온(CATION)형 잉크를 이용하여 전착 인쇄를 실시하는 칼라필터 형성 공정도이고, 제3도는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 제조공정에 의한 완성된 LCD용 칼라필터의 단면도를 나타낸다.

상기 도면에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 칼라필터 제조방법은 유리기판(1)상에 박막 트랜지스터의 열화를 방지하기 위해 블랙 매트릭스(2)를 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스(2)가 형성된 기판(1) 상에 전착 인쇄법을 적용하기 위한 투명 전도막(3)을 형성하는 단계와, 상기 투명 전도막(3) 상에 제1 내지 제3색 칼라필터 패턴(4),(6),(7)을 블랭킷 롤(BLANKET ROLL)을 이용하여 전착 인쇄 잉크로 인쇄하여 형성하는 단계와, 상기 제1 내지 제3색 필터 패턴(4),(6),(7)이 형성된 투명 전도막(3) 상에 상기 각 착색층(4),(6),(7)을 평탄화하기 위한 보호막(8)을 형성하는 단계와, 상기 보호막(8) 상에 ITO 투명 전극막(9)을 형성하는 단계를 포함하는 공정으로 이루어진다.

이때, 경우에 따라서는 상기 공정중 보호막 형성 공정은 생략될 수 있으며 또한 보호막 상에 ITO 투명전극막을 형성하는 공정도 전착 인쇄를 위해 형성된 ITO 투명 전도막으로 그 기능을 대신할 수 있으므로 생략이 가능함에 유의한다.

본 발명의 핵심원리는 기존의 인쇄법이 잉크 자체의 문제 혹은 인쇄할 기판의 대상면 상태에 따라서 잉크가 표면장력에 의해 응집되므로 두께의 불균일성과 패턴의 가장자리 부분이 둥글게 되는 현상이 발생하게 되어 색의 균일성 저해와 원하는 패턴형상을 정밀하게 인쇄하기 어려운 점이 있었으므로 상기 문제점을 개선하는 방법으로 잉크와 인쇄할 대상면의 접착성을 개선하기 위하여 잉크에 양성(+) 혹은 음성(-)의 특성을 부여하고 인쇄할 대상면에 반대 극성의 전원을 연결함으로써 전기적 힘에 잉크가 전착 인쇄되도록 한 것이다.

이의 구체적인 방법으로 인쇄법중의 하나인 오프-셋(OFF-SET) 인쇄에 적용된 전착 인쇄법을 상기 제1 및 제2실시예를 참조로 하여 설명하면 아래와 같다.

유리기판(1) 상에 크롬을 1000∼2000Å의 두께로 증착한 후, 이들 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 크롬 에쳔트로 습식 식각하여 20∼50μm의 폭을 가지는 다수의 블랙 매트릭스(2)를 형성한다.

여기서 상기 블랙 매트릭스(2) 형성공정을 이외에 R,G,B패턴을 패터닝한 후, 카본 블랙 감광성 수지의 도포후 셀프-얼라인(SELF-ALIGN) 방식으로도 형성 가능함에 유의한다.

그후 상기 블랙 매트릭스(2)가 형성된 기판(1) 상에 투명 전도막(3)을 코팅한 뒤, 상기 투명 전도막(3)면이 인쇄할 면이 되도록 설치하고 상기 투명 전도막(3) 위에 도선을 연결한다.

그 다음 블랭킷 롤(BLANKET ROLL)(5)을 인쇄할 패턴이 형성된 인쇄판(1')상에 굴려 블랭킷 롤(5) 상에 전착 인쇄용 잉크가 묻어나게 한 뒤, 글라스(1) 기판에 전달하여 제1색 내지 제3색 필터 패턴(4),(6),(7)을 전착 인쇄한다.

이때 전착 인쇄에 사용가능한 잉크는 크게 2가지로 구분할 수 있으며, 그 하나는 언이온형 잉크로 이것은 언이온형 수지에 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 안료를 주성분으로 하여 각각 혼합하므로써 R,G,B를 인쇄하는 각각의 잉크로 사용되며, 다른 하나는 캣이온형 잉크로 이것은 캣이온형 수지에 레드, 그린 및 블루안료를 주성분으로 하여 각각 혼합함으로써 R,G,B를 인쇄하는 각각의 잉크로 사용된다.

여기서 주의할 것은 언이온의 경우 잉크에 음성(-)의 특성을 부여하고 인쇄할 대상면에 반대극성의 전원을 연결함으로써 전기적 힘에 의하여 잉크가 전착 인쇄되도록 하고, 캣이온의 경우 잉크에 양성(+)의 특성을 부여하고 인쇄할 대상면에 반대극성의 전원을 연결함으로써 전기적 힘에 의하여 잉크가 전착 인쇄되도록 한다는 점이다.

전술한 사항을 기초로 하여 상기 제1 내지 제3 칼라필터 패턴(4),(6),(7)의 제조공정을 보다 상세하게 설명하면, 상기 공정은 인쇄할 대상면인 상기 투명 전도막(3) 상에 연결하는 단계와, 상기 전원이 연결된 투명 전도막(3) 상에 상기 투명 전도막과 반대의 극성 특성을 부여한 레드 잉크가 부착된 인쇄판에 굴려 레드패턴(4)이 묻어난 블랭킷 롤(5)을 하부에 블랙 매트릭스(2)가 형성되지 않은 상가 투명 전도막(3) 상에 이동시켜 굴림으로써 레드잉크를 전착 인쇄하고 핫 플레이트(HOT PLATE) 혹은 오븐(OVEN)에서 경화시켜 제1패턴(4)을 형성하는 단계와, 상기한 방식과 동일한 방법으로 상기 제1필터 패턴(4)과 분리되게 상기 그린패턴이 형성된 블랭킷 롤(5)을 하부에 블랙 매트릭스(2)가 형성되지 않은 상기 투명 전도막(3) 상에 이동시켜 굴림으로써 그린잉크패턴을 전착 인쇄하고 핫 플레이트 혹은 오븐에서 경화시켜 제2패턴(6)을 형성하는 단계와, 상기 제2색 필터 패턴(6)과 분리되게 블루 패턴이 형성된 블랭킷 롤(5)을 하부에 블랙 매트릭스가 형성되지 않은 상기 투명 전도막(3) 상에 이동시켜 굴림으로써 블루잉크패턴을 전착 인쇄하고 핫 플레이트 혹은 오븐에서 경화시켜 제3패턴(7)을 형성하는 단계로 구분되어진다.

계속해서 상기 제1 내지 제3색 필터 패턴(4),(6),(7)이 형성된 투명 전도막(3) 상에 상기 각 착색층(4),(6),(7)을 평탄화시키기 위한 보호막(8)을 형성시킨 후, 보호막(8)상에 ITO 투명 전극막(9)을 형성시키므로써 제3도에 도시된 바와 같은 완성된 칼라필터를 얻을 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 블랙 매트릭스가 형성된 기판상에 ITO 투명 전극막을 형성시키고 난후, 잉크에 양성(+)(캣이온형 잉크일 경우) 혹은 음성(-)(언이온형 잉크일 경우)의 특성을 부여하고, 인쇄할 대상면에는 이와 반대 극성의 전원을 연결하므로써, 글라스기판과 인쇄용 안료 잉크 사이의 접착력문제를 전착법으로 보완할 수 있게 되어 1) 잉크 자체의 문제 혹은 글라스기판의 상태에 따라 잉크의 표면장력과 응집력에 차이가 생겨 발생되던 잉크 두께의 불균일성을 개선시킬 수 있게 되고, 2) 코너 에지(CORNER EDGE) 부분에서 잉크의 응집에 의해 패턴이 둥글게 되어 해상도가 떨어지는 부분을 해결하여 원하는 패턴을 정확하게 재현할 수 있게 되므로 결과적으로 기존의 인쇄법에 비해 색의 균일성과 패턴의 정밀도를 개선시킬 수 있으며, 3) 전착법에서 요구되는 ITO 패터닝을 위한 사진식각공정(PHOTOLITHOGRAPHY-ETCHING)을 생략하고 인쇄공정으로 대체함으로써 전착법에서의 복잡한 설비를 간소화하고 원재료인 잉크의 사용량을 감소시킴은 물론 사진식각공정과 전착에 필요한 각종 부재료를 필요로 하지 않으므로 상당한 원가절감 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 블랙 매트릭스가 형성된 기판위에 ITO 투명전극막을 형성시키고, 잉크가 인쇄되는 면에 잉크와 반대극성의 전원을 연결하므로써 전기적인 힘에 의하여 잉크가 전착 인쇄되도록 함을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 인쇄용 잉크는 언이온형 잉크 또는 캣이온형 잉크중 선택된 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 언이온형 잉크의 경우는 인쇄할 대상면에 반대극성인 양극전원을 연결함을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 캣이온형 잉크의 경우는 인쇄할 대상면에 반대의 극성인 음극전원을 연결함을 특징으로 하는 LCD용 칼라필터 제조방법.