KR970002981B1 - 액정 디스플레이용 컬러필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음

Description

액정 디스플레이용 컬러필터의 제조방법

제1도는 종래 컬러필터의 단면도.

제2도는 본 발명에 의한 컬러필터의 단면도.

제3도는 본 발명의 제조공정중 블랙 매트릭스 패턴처리 공정도.

제4도는 본 발명의 제조공정중 적, 녹, 청의 화소패턴처리 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 투명유리기판 10 : 블랙매트릭스

20 : 적색화소패턴 30 : 녹색화소패턴

40 : 청색화소패턴

본 발명은 투명유리기판 상에 흑색안료분산 수지조성물과 보호층으로 블랙 매트릭스를 먼저 형성하고 그위에 컬러화소를 투명보호층과 함께 순차적으로 패턴처리하여 제조되는 액정 디스플레이용 컬러필터의 제조방법에 관한 것이다.

각종 전자기기의 발달로 인해 이들의 복잡한 동작의 내용을 정리해서, 필요한 정보만을 한눈에 알아볼 수 있는 디스플레이의 개발이 한층 중요하게 되었다. 최근, 액정 디스플레이는 음극선관 등의 다른 표시장치에 비하여 박형, 저소비전력, 저중량 등의 우수한 장점에 의해 텔레비젼, 사무자동화기기, 컴퓨터의 디스플레이로서 폭넓은 분야에서 이용되고 있고 그러한 특징 때문에 수요 또한 급속히 확대되고 있다. 이같은 추세에서 액정 디스플레이는 디스플레이의 대형화 또는 고품질인 컬러 표시화 등이 요구되었고 이를 실현하기 위해서 액정 디스플레이용 컬러필터의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

액정 디스플레이용 컬러필터의 제작방법에는 염색법, 인쇄법, 전착법, 안료분산법 등 여러 가지가 있는데, 각기 장단점이 있으며 디스플레이의 용도에 따라 제작방법이 달라지기는 하지만, 요즈음은, 전착법과 안료분산법이 가장 많이 사용된다.

종래에는, 포토리소그래피 기술을 사용한 염색법으로 액정 디스플레이용 컬러밀터를 제조하있는데, 일반적으로 여기에 사용되어진 광경화성 수지로서 중크롬산 암모늄을 혼합한 젤라틴, 카제인 등의 천연 동물성 단백질이나, 디아지드 화합물을 혼합한 아민-변성폴리비닐알코올, 비닐피롤리돈-아크릴암모늄염, 글리시딜아크릴레이트-아크릴암모늄염 등의 합성수지 조성물에 염료를 포함시켜 만든 감광액을 사용하여 컬러필터를 제조하였으나, 이러한 염색법에서는 높은 감도와 해상도에 비해 내열성, 내광성 등의 신뢰성이 취약하며, 많은 수의 포토리소그래피 공정이 필요하여 제조단가가 매우 높은 단점이 나타났다.

한편, 저가격으로 양산이 가능한 인쇄법에 있어서는 인쇄법으로 형성된 컬러필터는 먼지 등의 이물질의 침입에 의한 것외에 제조방법에 따라 표면이 평활하지 못하며, 컬러필터상에 설치되는 투명전극과 배향막도 영향을 받아 배향이 흐트러져서 스레시홀드 전압이 국부적으로 변화하는 등 표시품위를 손상시키는 문제점이 있다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 기판위에 블랙 메트릭스를 소정의 간격으로 인쇄형성하는 공정과, 이 블랙 매트릭스 사이에 착색층을 인쇄하는 공정과, 이 착색층을 연마하여 평탄화하는 공정으로된 컬러필터의 제작방법이 제안되어 있다. 이에 따르면, 착색층 형성시에 착색층 표면이 울퉁불퉁 하더라도 연마에 의해 표면을 평활하게 할 수 있어서, 액정 디스플레이에 적합한 컬러필터가 얻어진다.

또한, 전착법은 유리기판에 투명전극박막을 형성시키고 투명전극박막을 소정의 패턴으로 패턴화한 다음 산화환원 반응성이 있는 계면활성제의 미셀 수용액에 유기안료를 분산시켜 만든 조성액에 투명전극기판을 침지시켜 전기분해시킴으로써 컬러화소 패턴을 형성시키는 방법이며, 안료분산법 감광성 수지조성물에 안료를 분산시킨 레지스트를 이용하여 컬러필터를 제조하는 방법으로서, 사용하는 감광성 수지조성물은 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드 등의 수지에 감광기를 도입시키거나, 감광성 화합물을 첨가한 혼합액에 적, 녹, 청의 안료를 각각 분산시켜서 만든다. 특히, 폴리이미드와 폴리아미드는 내열성, 내용제성, 안료분산성 등이 좋은 반면 자외선에 대한 감도가 낮으며, 폴리비닐알코올, 폴리스티렌, 폴리아크릴 등의 수지는 내열성은 다소 떨어지지만 대체로 감도가 우수한 것으로 알려져 있다.

한편, 안료분산법을 통하여 컬러필터를 제작하는 방법은 다음과 같다. 즉, 제1도에서처럼 광학유리기판(1)에 크롬(2)을 진공증착시키고 그위에 포토레지스트를 이용한 감광패턴을 형성하여 이를 에칭함으로써 블랙매트릭스를 완성한다. 다음에 적, 녹, 청의 안료를 각각 분산시킨 감광성 수지조성물을 블랙 매트릭스가 형성된 유리기판 위에 회전도포하여 컨조시킨 후 마스크를 대고 자외선 조사를 하여 노광을 받은 부분은 경화시키고 비노광부분은 알칼리 현상액으로 현상후 물에서 린스하면 패턴이 형성되는데, 이와 같은 방법을 포토리소그래피 공정이라고 하며, 세 번의 반복 작업에 의해 삼색의 컬러화소를 가진 패턴(3),(4),(5)을 제작할 수 있다. 패턴형성공정이 끝나면 표면을 평활하게 하고 화소를 보호하는 측면에서 투명보호층(6)을 형성시키고 그위에 ITO(Indium-Tin-Oxide)전극을 증착시켜 컬러필터를 제조한다.

이와 같이 안료분산법에 의해 제작되는 컬러필터는 염색법에 비해 내열성, 내광성 등의 신뢰성이 우수하고, 인쇄법에 비해 높은 해상도와 평활도를 가지므로 현재 가장 많이 사용되는 방법중의 하나로 알려져 있으나, 컬러화소의 형성을 위하여 포토리소그래피법으로 패턴을 형성할 때, 알칼리 현상액에 의해 컬러레지스트가 용해되면 아래층으로부터 유리기판이 드러나게 되는데 유리기판위에 컬러레지스트의 잔유물이 남게되면 후에 컬러레지스트를 적층할 때 포함되어져 표시품위를 손상시키는 문제가 발생하고, 안료가 분산된 수지 조성물이 리소그래피과정에서 자체로써 포토레지스트의 역할을 동시에 하므로 감광도가 염색법에 비해 다소 떨어지는 경향이 나타난다.

본 발명의 목적은 상기의 여러 가지의 컬러필터 제작방법중 특히 안료분산법에서 나타난 문제점들을 개선하여 높은 내열성, 내광성을 가지며 고해상도가 가능한 컬러필터를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

일반적으로 포토리소그래피 공정에서 패턴을 알칼리 현상함에 있어 유리기판위에 안료 및 수지조성물의 잔유물들이 남게되면 컬러필터의 표시품위가 손상되므로 이러한 잔유물들을 완전히 제거되어야 한다. 잔유물을 제거하는 방법으로는 현상액에 충분히 오래 침지시키거나 현상후에 가볍게 폴리싱하는 경우가 있다. 그러나 현상액에 오래동안 침지시키면 화소패턴이 유리기판에서 떨어지는 단점이 있기 때문에 보통은 현상후 잔유물을 폴리싱하여 제거하는데, 여기서의 문제는 폴리싱을 하게되면 화소패턴이 손상될 우려가 있다. 따라서 본 발명에서는 폴리싱하여 현상 잔유물을 제거함에 있어 패턴위에 보호층을 한 번더 적층함으로써 화소패턴의 손상을 방지하도록 하는 방법을 사용하였다.

한편, 일반적으로 안료분산법에서 사용하는 안료분산 수지조성물은 포토레지스트의 역할과 경화후 컬러화소의 역할을 동시에 하는데 비하여, 본 발명에서는 두가지 역할을 분리 시킴으로서 안료분산 수지조성물을 컬러화소의 역할만 부여하고 대신 보호층에 포토레지스트의 역할을 부여하고 컬러필터를 제작하는바, 이와 같이 보호층을 고투명의 포토레지스트로 채용하면 빛에 대한 감도가 컬러레지스트보다 좋으므로 해상도를 증가시키는 상승효과를 나타낸다.

즉, 본 발명에 사용되는 수지조성물에는 용도와 역할에 의해 크게 두가지로 나뉘는데, 첫째는 내열성이 좋은 열경화성 수지에 흑, 적, 녹, 청의 안료가 각각 분산되어 있고, 경화전에는 알칼리유용성의 올리고머로서 블랙 매트릭스와 컬러화소의 수지조성물에 해당되며, 둘째는 고투명의 자외선 감광성수지로서 포토리소그래피 공정에서 포토레지스트의 역할을 하고 패턴형성후에는 컬러화소의 보호층으로 작용하게 된다.

본 발명에 의한 컬러필터의 제작방법을 도면에 의거 자세히 설명하면 아래와 같다.

블랙 매트릭스의 제조방법은 제3도와 같이 흑색안료가 분산된 열경화성수지(11)를 투명유리기판(1)위에 회전도포하여 건조시킨 후 투명 레지스트(21)를 그위에 코팅한 후, 마스크를 대고 노광을 시켜 래지스트를 경화시켜 투명보호층(20)을 형성한 다음 알칼리현상액에 침지시켜 레지스트를 현상해내고 그 아래층인 안료분산 수지층까지 충분히 제거하여 매트릭스 패턴이 형성될때까지 현상하고 다시 물에서 깨끗이 세척하는데, 이때 유리표면에 안료 혹은 수지조성물의 잔유물이 남아 있을시에는 다음의 컬러화소 형성공정에서 그위에 적층되기 때문에 결점으로 나타나게 되므로 완전히 제거되어야 한다. 제거가 충분히 되지 않을때는 가볍게 폴리싱하여 제거한다. 다음에 보호막 아래의 안료분산 수지층을 경회시키기 위해서 고온에서 수십분 내지 수시간 열처리하면 블랙 매트릭스(10)가 완성된다.

컬러화소의 패턴형성을 위하여 제4도에서 보는 바와 같이 다음단계에서 블랙 매트릭스가 형성된 유리기판위에 적색안료가 분산된 열경화성수지(31)를 회전도포하여 건조시킨 후 그위에 투명 레지스트(21)를 코팅 및 건조한다. 여기에 적색필터 마스크를 대고 노광을 시켜 포토레지스트를 경화시켜 투명 보호층(20)을 형성한 다음 알칼리 현상액에 침지시켜서 투명 레지스트 및 적색 수지층까지 현상하여 다시 물로 세척하면 적색화소패턴이 형성된다. 이때도 마찬가지로 유리표면에 안료 혹은 수지조성물의 잔유물이 남아 있을시에는 다음의 컬러화소 형성공정에서 그위에 적층되기 때문에 결점으로 나타나므로 가볍게 폴리싱하여 완전히 제거한다. 형성된 보호층 아래의 적색화소패턴을 열경화시키기 위해서 고온에서 수십분 내지 수시간 열처리하면 적색화소패턴(30)이 완성된다.

또한, 녹색패턴형성과정은 블랙 매트릭스와 적색화소패턴이 형성된 유리기판상에, 위에서 설명한 적색화소팬턴 형성과정과 같은 방법으로 녹색화소패턴(40)을 형성하고, 청색패턴 형성과정은 블랙 매트릭스(10)와 적색화소패턴(30)과 녹색화소패턴(40)이 형성된 유리기판상에 위에서 설명한 적색화소패턴 형성과정과 같은 방법으로 청색화소패턴(50)을 형성하면 제2도와 같은 삼색의 컬러필터가 완성된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의해 제작된 컬러필터는 이미 화소제조과정에서 보호층(20)이 형성되므로 따로 보호막을 적층할 필요가 없으며 일반적인 리소그래피에 의한 안료분산법에서 발생할 수 있는 잔유물 발생문제를 화소의 손상이 없이 제거하여 불량을 최소화 할 수 있다.

Claims (1)

1. 유리기판(1)에 흑색안료가 분산된 열경화성 수지층(11)을 형성하고 그위에 투명 레지스트(21)를 적층, 노광, 현상하여 보호층(20)이 있는 블랙 매트릭스(10)를 형성하고 고온 열처리하는 블랙 매트릭스 처리공정과, 블랙 매트릭스가 형성된 기판에 적색수지층(31)과 투명 레지스트(21)를 순차적으로 적층, 노광, 현상하여 보호층이 있는 적색화소패턴(30)을 형성하고 이를 다시 고온 열처리하여 적색필터를 완성하는 적색팬턴 처리공정과, 적색화소가 형성된 기판에 녹색수지층(4l)과 투명 레지스트(21)를 순차적으로 적층, 노광, 현상하여 보호층(20)이 있는 녹색화소패턴(40)을 형성하고 이를 다시 고온 열처리하여 녹색필터를 완성하는 녹색패턴처리공정과, 적, 녹색화소가 현상하여 기판에 청색수지층(51)과 투명 레지스트(21)를 순차적으로 적층, 노광, 현상하여 보호층(20)이 있는 청색화소패턴(50)을 형성하고 이를 다시 고온 열처리하여 청색필터를 완성하는 청색패턴처리공정을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이용 컬러필터의 제조방법.