KR100300363B1 - 칼라필터의제조방법및액정표시장치 - Google Patents

Abstract

제조 프로세스를 간략화하여 비용을 저감시킬 수 있고, 웨트처리에 수반되는 설비를 필요없게 하는 칼라 필터의 제조방법을 제공한다.

열용융성 칼라 잉크층 (12), 광열변환층 (11), 베이스 필름 (10) 으로 이루어지는 칼라 필름 시이트 (13) 를 유리기판 (14) 에 밀착시킨 상태에서 칼라 필름 시이트 (13) 에 레이저광 (L) 을 조사하여 칼라 잉크층 (12) 을 용융시키고, 레이저광 (L) 을 조사한 개소(個所)의 칼라 잉크층 (12) 을 유리기판 (14) 에 전사한다.

Description

칼라 필터의 제조방법 및 액정표시장치{A PROCESS FOR MANUFACTURING A COLOR FILTER AND A LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 칼라 액정표시장치의 구성요소를 이루는 칼라 필터의 제조방법과 그 칼라 필터를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

도 5 (a) 는 일반적인 칼라 필터의 단면구조의 일례를 나타내는 도면이다. 이런 종류의 칼라 필터를 제조할 때에는 먼저, 유리기판 (1) 위에 색과 색의 극간을 차광하기 위한 블랙 매트릭스 (2) 를 형성시킨다. 이어서, R (적), G (녹), B (청) 의 각 색의 칼라 잉크층 (3) 을 차례로 형성시킨다. 또한, 칼라 잉크층 (3) 의 배열은 표시방식에 따라 다르고, 도 5 (b) 에 나타낸 예는 트라이 앵글 배열이라 불리는 것이다. 그 후, 칼라 잉크층 (3) 위에 보호막 (4) 을 형성시킨다.

더 구체적으로는 유리기판 (1) 위에 블랙 매트릭스용으로서 예컨대 크롬박막을 형성시키고, 포토리소그래피 기술을 사용하여 패터닝함으로써 블랙 매트릭스 (2) 로 한다. 이어서, 칼라 잉크층 (3) 을 형성시키는데, 종래부터 그 형성방법에는 염색법, 안료분산법 등이 많이 이용되고 있다. 예컨대, 염색법이란 ① 염색기재가 되는 레지스트의 도포, ② 포토 마스크를 사용한 레지스트의 노광·현상, ③ 염색액으로의 침지, 이 ①∼③ 의 공정을 각 색마다 3 회 반복하여 실시하는 것이다. 또한, 안료분산법이란 착색 (안료) 레지스트를 사용하여 노광·현상을 실시하는 방법이다.

이와 같이, 종래의 칼라 필터의 제조방법에 있어서는 블랙 매트릭스의 형성에 더하여 칼라 잉크층의 형성으로 3 회의 포토리소그래피 공정이 필요하였다. 이 방법에서는 고가인 포토 마스크가 필요할 뿐 아니라 레지스트 도포, 노광, 현상 등의 각종 처리장치가 필요하다. 따라서, 제조 프로세스가 복잡화되어 공정수가 많이 걸림과 함께 칼라 필터 나아가서는 액정표시장치가 고비용으로 되는 문제을 안고 있었다.

또한, 제조 프로세스 중에 웨트 처리가 포함되어 있기 때문에 세정, 건조공정 등에 필요한 설비나 배수처리 설비 등의 많은 부대설비도 필요하였다. 그래서, 제조 라인에서 이들 설비의 점유 스페이스가 크다는 문제도 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로써, 제조 프로세스를 간략화하여 코스트를 저감시킬 수 있고, 웨트 처리에 수반되는 설비를 필요없게 하는 칼라 필터의 제조방법과 그 칼라 필터를 구비한 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 한 실시형태인 칼라 필터의 제조방법의 (a) 개념을 나타내는 도면, (b) 레이저광의 조사 에너지 분포를 나타내는 도면이다.

도 2 는 동 방법에 사용하는 레이저 가공장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3 은 동 방법에 있어서 칼라 필름 시이트와 유리기판을 밀착시키는 3 가지 방식을 나타내는 도면이다.

도 4 는 (a), (b) 모두 칼라 필름 시이트의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 5 는 일반 칼라 필터의 구조의 일례를 나타내는 (a) 단면도, (b) 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 10a, 10b : 베이스 필름 11 : 광열변환층

12 : 칼라 잉크층 13, 13a, 13b : 칼라 필름 시이트

14 : 유리기판 15 : 레이저 가공장치

16 : 레이저광원 17 : XY 테이블

25 : 진공실 26 : 로울러

27 : 초음파장치 L : 레이저광

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 칼라 필터의 제조방법은 열용융성 칼라 잉크층을 가지는 칼라 필름 시이트를 유리기판에 밀착시킨 상태에서 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사하여 칼라 잉크층을 용융시키고, 레이저광을 조사한 개소의 칼라 잉크층을 유리기판에 전사 (轉寫) 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 방법은 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사함으로써 칼라 잉크층을 국소적으로 가열하여 용융시키고, 유리기판에 전사하는 것이다.

즉, 종래의 포토리소그래피 기술을 이용하는 것이 아니라 레이저광을 칼라 필름 시이트에 직접 조사하는 것만으로 유리기판 위에 칼라 잉크층을 형성할 수 있다. 따라서 포토 마스크나 포토리소그래피 공정의 각종 처리장치가 일절 불필요하여 진다. 또한, 제조 프로세스 중에 웨트 처리를 포함하지 않기 때문에 세정, 건조설비, 배수처리설비 등도 필요없게 된다.

또한, 상기 칼라 필름 시이트의 베이스 필름과 칼라 잉크층 사이에 광열변환층을 개재시켜도 된다. 칼라 잉크층의 흡광계수에 따라서는 레이저 조사만으로 일정 수준의 가열을 하기 어려운 경우가 있다. 이 경우, 레이저광의 흡수와 열변환을 하기 위한 광열변환층을 새로 형성시키면 광열변환층에 집광된 레이저광에 대하여 고효율로 칼라 잉크층에 의존하지 않는 안정된 광열변환이 이루어진다. 그리고, 이에 따라 발생된 열이 열전도에 의해 확산전달되고 칼라 잉크층이 가열되어 용융된다.

또한, 상기 칼라 필름 시이트의 베이스 필름의 일면에 광열변환층을 형성하고, 타면에 칼라 잉크층을 형성하여도 된다. 이 경우, 레이저광으로 광열변환층을 조사하여 열변환하고, 그 열로써 베이스 필름을 통하여 칼라 잉크층을 전사시킬 수 있고, 전사시에 칼라 잉크층이 베이스 필름에서 깨끗하게 박리된다.

그리고, 레이저광 조사시에 칼라 필름 시이트를 유리기판에 밀착시키는 수단으로서는, 칼라 필름 시이트를 올려 놓은 유리기판을 진공실내 또는 정수압실내로 장입하는 방법, 유리기판위에 올려 놓은 칼라 필름 시이트를 투명재료로 이루어지는 로울러로 압압하는 방법을 택할 수 있다. 특히, 후자의 경우, 로울러을 통하여 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사하면 된다.

또한, 칼라 필름 시이트에 조사하는 레이저광의 조사 에너지 분포를 칼라 잉크층의 폭에 따른 톱 햇 (top hat) 형상으로 하는 것이 바람직하다. 그 경우, 조사 에너지 분포가 통상의 가우스 분포인 경우에 비하여 형성해야 하는 칼라 잉크층의 폭에 걸쳐 일정하게 가열할 수 있다.

그리고, 칼라 필름 시이트를 올려 놓은 유리기판과 레이저광원을 직교하는 2 방향으로 상대적으로 이동시키면서 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사하도록 하여도 된다. 이 구성에 의해 칼라 필터에서 각 색의 칼라 잉크층의 배열을 자유롭게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 액정표시장치는 상기 칼라 필름의 제조방법을 이용하여 제조되는 칼라 필름 위에 전극을 설치한 유리기판을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다. 이에 따라 저렴한 액정표시장치를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 한 실시형태를 도 1 내지 도 4 를 참조하여 설명한다.

본 실시형태의 칼라 필터의 제조방법은 도 1 (a) 에 나타내는 바와 같이 칼라 필름 시이트 (13) 를 유리기판 (14) 에 밀착시킨 상태에서 칼라 필름 시이트 (13) 에 레이저광 (L) 을 조사하여 칼라 잉크층 (12) 을 용융시키고, 레이저광 (L) 을 조사한 개소의 칼라 잉크층 (12) 을 유리기판 (14) 에 전사하는 것이다.

칼라 필름 시이트 (13) 는 폴리에스테르 등의 수지제의 베이스 필름 (10) 위에 광열변환층 (11) 을 형성하고, 그 위에 열용융성 칼라 잉크층 (12) 을 형성한것이다. 광열변환층 (11) 은 레이저광 (L) 을 흡수하여 빛에서 열로의 변환을 행하는 기능을 가지는 층으로서 예컨대 카본 블랙층으로 이루어지는 것이다. 그리고, 칼라 필름 시이트로서 상기 구성외, 도 4a 에 나타내는 바와 같이 광열변환층 (11) 을 형성한 베이스 필름 (10a) 과 칼라 잉크층 (12) 을 형성한 베이스 필름 (10b) 에 칼라 필름 시이트 (13a) 를 붙여 사용하여도 된다. 또한, 도 4b 에 나타내는 바와 같이 베이스 필름 (10) 의 상면에 광열변환층 (11) 을 형성하고 하면에 칼라 잉크층 (12) 을 형성하여도 된다. 이 칼라 필름 시이트 (13b) 에 의하면 전사할 때에 칼라 잉크층 (12) 의 표면에 광열변환층 (11) 의 일부가 잔류하는 경우 없이 칼라 잉크층 (12) 을 깨끗하게 박리할 수 있다.

이어서, 상기 칼라 필름 시이트 (13) 를 유리기판 (14) 에 밀착시켜서 레이저광 (L) 을 조사하는 구체적인 방법에 대하여 설명한다.

도 2 는 본 방법에 사용하는 레이저 가공장치 (15) 의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공장치 (15) 는 레이저 발진기에서 공급되는 레이저 비임을 렌즈군이나 비임 스플릿터 등으로 이루어지는 광학계로 유도하여 피가공물 (M) (유리기판) 에 조사시키는 레이저광원 (16) 과, 피가공물 (M) 을 서로 직교하는 2 방향으로 이송하는 XY 테이블 (17) 과 이들을 지지하는 정반 (定般) (18) 등으로 개략 구성되어 있다.

또한, XY 테이블 (17) 은 피가공물 (M) 을 흡착고정하는 흡착 테이블 (19) 과, 흡착 테이블 (19) 을 회전운동할 수 있도록 지지하는 X 테이블 (20) 과, X 테이블 (20) 을 슬라이딩할 수 있도록 지지하는 X 축 레일부 (21) 와, X 테이블 (20)을 왕복직선이동시키는 X 축 리니어 모터 (도시생략) 와, X 축 레일부 (21) 를 지지하는 Y 테이블 (22) 과, X 축 레일부 (21) 와 직교하는 방향으로 연장되어 Y 테이블 (22) 을 슬라이딩할 수 있도록 지지하는 Y 축 레일부 (23) 와, Y 테이블 (22) 을 왕복직선이동시키는 Y 축 리니어 모터 (24) 등으로 개략 구성되어 있다. 기타, 흡착 테이블 (19) 의 위치를 정밀하게 제어하기 위한 제어부 (도시생략) 등을 구비하고 있다.

그리고, 흡착 테이블 (19) 위에는 단지 칼라 필름 시이트와 유리기판을 올리는 것이 아니라 이들을 밀착시키는 수단을 강구하고 있다. 그 수단으로서는 도 3 에 나타내는 3 종류의 방식을 채용할 수 있다.

도 3a 에 나타내는 방식은, 칼라 필름 시이트 (13) 를 올려 놓은 유리기판 (14) 을 진공실 (25) 내로 장입하여 진공배기를 실시하고, 칼라 필름 시이트 (13) 와 유리기판 (14) 을 밀착시키는 방법이다. 이 경우, 진공실 (25) 의 상면은 레이저광 (L) 이 투과될 수 있도록 투명재로 구성한다. 또한, 진공실 (25) 에 대신하여 정수압실을 사용하여도 된다. 도 3b 에 나타내는 방식은 유리기판 (14) 위에 칼라 필름 시이트 (13) 위로부터 로울러 (26) 로 압압하여 압력을 가하여 칼라 필름 시이트 (13) 와 유리기판 (14) 을 밀착시키는 방법이다. 이 경우, 로울러 (26) 를 투명재로 형성하여 로울러 (26) 를 통하여 레이저광 (L) 을 조사할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 도 3c 에 나타내는 방식은 유리기판 (14) 위의 칼라 필름 시이트 (13) 위에 초음파장치 (27) 를 적용하여 초음파진동으로 칼라 필름 시이트 (13) 에 압력을 가하여 칼라 필름 시이트 (13) 와 유리기판 (14) 을 밀착시키는 방법이다.

상기 구성의 레이저 가공장치 (15) 를 사용하여 칼라 잉크층 (12) 을 형성하는 경우에는 우선 준비단계로서 유리기판 (14) 에 블랙 매트릭스를 형성함과 동시에, 예컨대 R (적) 의 칼라 잉크층 (12) 을 가지는 칼라 필름 시이트 (13) 를 준비한다. 그리고, 그 칼라 필름 시이트 (13) 를 유리기판 (14) 위에 놓고, 예컨대 도 3a 의 방식을 사용하는 경우, XY 테이블 (17) 위의 진공실 (25) 내로 장입시켜 진공배기를 실시하고, 칼라 필름 시이트 (13) 와 유리기판 (14) 을 밀착시킨다. 이어서, XY 테이블 (17) 을 구동제어하여 유리기판 (14) 이 레이저광원 (16) 의 하방에 위치하도록 하여 레이저광 (L) 을 출사시킨다.

이 때, 도 1b 에 나타내는 바와 같이, 칼라 필름 시이트 (13) 에 조사하는 레이저광 (L) 의 조사 에너지 분포가 가우스 분포형상 (2점쇄선 b 로 나타냄) 이 아니라 칼라 잉크층 (12) 의 폭에 따른 톱 해트형상 (실선 a 로 표시) 이 되도록 하여 둔다. 이는 구체적으로는 레이저광원 (16) 의 광학계에 예컨대 다수의 작은 평면 밀러로 구성되는 에너지 분포정형형 집광기를 설치함으로써, 가우스 분포를 가지는 레이저광을 톱 햇형의 평탄한 분포로 정형하여 집속할 수 있다.

이어서, 1 개소의 칼라 잉크층 (12) 에서의 레이저 조사가 끝나면 트라이 앵글 배열 등의 색의 배열에 따라 XY 테이블 (17) 을 다음 개소에 차례로 이동시켜 레이저 조사를 실시한다. 그리고, R 의 칼라 잉크층 (12) 을 형성해야 하는 모든 개소에서의 조사가 종료한 후, 유리기판 (14) 위에서 칼라 필름 시이트 (13) 를 떼어낸다. 그렇게 하면, 칼라 필름 시이트 (13) 위에 칼라 잉크층 (12) 이 유리기판 (14) 측에 전사되고, 유리기판 (14) 위에 R 의 칼라 잉크층 (12) 이 형성된다. 이하, 상기 수단의 반복에 따라 G (녹), B (청) 의 칼라 잉크층 (12) 을 형성한다. 마지막으로, 칼라 잉크층 (12) 에 블랙 (흑) 을 사용하여 각 R, G, B 사이에 흑색을 전사함으로써 블랙 매트릭스를 형성한다.

본 실시형태의 칼라 필터의 제조방법은 각 색의 칼라 필름 시이트 (13) 를 사용하여 이에 레이저광 (L) 을 조사함으로써 칼라 잉크층 (12) 을 국소적으로 가열하여 용융시키고, 유리기판 (14) 에 전사하는 것이다. 따라서 종래의 포토리소그래피 기술을 사용하지 않고 레이저광 (L) 을 직접 조사하는 것 만으로 유리기판 (14) 위에 칼라 잉크층 (12) 을 형성할 수 있다. 즉, 레지스트 도포, 노광, 현상 등의 공정 자체가 필요없게 되어 포토 마스크나 각종 처리장치도 일절 필요없게 되므로 제조 프로세스를 간략화할 수 있음과 동시에 칼라 필터의 비용을 저감할 수 있다. 그리고, 제조공정에 웨트처리를 포함시키지 않으므로 세정, 건조공정이 필요없게 되고, 배수처리설비 등도 필요없게 된다. 따라서, 제조 라인의 스페이스를 줄일 수도 있다.

또한, 본 실시형태에서 사용한 칼라 필름 시이트 (13) 의 경우, 광열변환층 (11) 이 형성되어 있으므로 집광된 레이저광 (L) 에 대하여 고효율로 칼라 잉크층(12) 에 의존하지 않는 안정된 광열변환이 이루어진다. 따라서, 레이저광 (L) 의 조사 에너지에 대하여 유리기판 (14) 에 대한 칼라 잉크층 (12) 의 전사가 효율적으로 이루어진다. 그리고, 조사 에너지 분포를 칼라 잉크층의 폭에 따라 톱 햇형상으로 하였으므로 형성해야 하는 칼라 잉크층 (12) 의 폭에 걸쳐 일정하게 가열할 수 있고, 칼라 잉크층 (12) 의 가장자리부까지 선명하게 전사할 수 있다.

또한, 상기와 같은 XY 테이블 (17) 을 구비한 레이저 가공장치 (15) 를 사용함으로써 각 색의 칼라 잉크층 (12) 을 높은 위치 정밀도로 형성할 수 있음과 동시에 여러 가지 색의 배열을 가지는 칼라 필터를 용이하게 제조할 수 있다.

그리고, 본 발명을 사용하여 제조된 칼라 필터 위에 전극을 가지는 유리기판을 설치함으로써 액정표시장치를 작성할 수 있다. 이에 따라 저렴한 액정표시장치를 실현시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 기술범위는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 더할 수 있다. 예컨대 본 실시형태에서 사용한 레이저 가공장치는 피가공물측이 XY2 방향으로 이동하는 것인데, 피가공물과 레이저광원이 상대적으로 직교하는 2 방향으로 이동하기만 하면 되므로, 예컨대 피가공물이 X 방향으로 이동함과 동시에 레이저광원이 Y 방향으로 이동하는, 피가공물이 고정되어 레이저광원이 XY 방향으로 이동하는, 등의 구성을 적절히 채용할 수 있다. 또한 각 색마다 칼라 필름 시이트를 사용하는 방법에 대신하여 RGB 의 3 색을 구비한 칼라 필름 시이트를 사용하면 레이저 조사의 공정수가 1/3 로 되어 제조 프로세스를 보다 간략화할 수 있다.

이상, 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 칼라 필터의 제조방법에 의하면 종래의 포토리소그래피 기술을 사용하지 않고, 레이저광을 직접 조사하는 것 만으로 유리기판 위에 칼라 잉크층을 형성할 수 있다. 따라서, 레지스트 도포, 노광, 형상 등의 공정 자체가 필요없게 되고, 포토 마스크나 각종 처리장치도 필요없게 되므로 제조 프로세스를 간략화할 수 있고, 칼라 필터의 비용을 저감할 수 있다. 그리고, 제조공정 중에 웨트 처리를 포함하지 않으므로, 세정, 건조공정이 필요없게 되고, 배수처리설비 등도 필요없게 되므로 제조 라인의 스페이스를 줄일 수도 있다. 또한, 본 발명의 액정표시장치에 의하면 비용의 저감을 도모할 수 있다.

Claims (8)

1. 열용융성 칼라 잉크층을 가지는 칼라 필름 시이트를 유리기판에 밀착시킨 상태에서 상기 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사하여 상기 칼라 잉크층을 용융시키고, 이 레이저광을 조사한 개소의 칼라 잉크층을 상기 유리기판에 전사하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 칼라 필름 시이트로서, 베이스 필름과 칼라 잉크층 사이에 광열변환층을 개재시킨 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 칼라 필름 시이트로서, 베이스 필름의 일면에 광열변환층을 형성하고, 타면에 칼라 잉크층을 형성한 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 칼라 필름 시이트를 올여 놓은 상기 유리기판을 진공실내 또는 정수압실내로 장입함으로써 상기 칼라 필름 시이트를 상기 유리기판에 밀착시키고, 그 상태에서 상기 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유리기판 위에 올려 놓은 상기 칼라 필름 시이트를 투명재로 이루어지는 로울러로 압압함으로써 상기 칼라 필름 시이트를 상기 유리기판에 밀착시키고, 상기 로울러를 통하여 상기 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 칼라 필름 시이트에 조사하는 레이저광의 조사 에너지 분포를 상기 칼라 잉크층의 폭에 따른 톱 햇형상으로 한 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 제조방법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 칼라 필름 시이트를 올려 놓은 상기 유리기판과 레이저광원을 직교하는 2 방향으로 상대적으로 이동시키면서 상기 칼라 필름 시이트에 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터의 제조방법.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 칼라 필터의 제조방법을 이용하여 제조되는 칼라 필름 위에 전극을 설치한 유리기판을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.