KR100571430B1 - 잉크 경화식 인쇄 방법 및 이를 이용하여 제작된 컬러 필터 - Google Patents

잉크 경화식 인쇄 방법 및 이를 이용하여 제작된 컬러 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잉크 경화식 인쇄 방법 및 이를 이용하여 제작된 컬러 필터에 관한 것으로서, 기판에 컬러 필터의 R, G, B컬러 패턴 등을 정밀하게 인쇄할 수 있는 인쇄 방법 및 이를 이용한 컬러 필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 전술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 인쇄 방법은, 소정의 오목면을 갖는 광 투과성 주형을 마련하는 단계, 광 투과성 주형의 오목면에 잉크를 도포하는 단계, 잉크가 도포된 광 투과성 주형과 기판을 합착하는 단계, 잉크를 상기 기판에 전사 및 경화시키며, 잉크를 광 또는 열을 통하여 경화시키는 단계 및 광 투과성 주형을 기판에서 제거하는 단계를 포함한다.
경화, 잉크, 인쇄, 컬러 필터, 주형, 표시장치

Description

잉크 경화식 인쇄 방법 및 이를 이용하여 제작된 컬러 필터{Printing Process with Ink Cured and Color-Filter Fabricated by Using the Same}
도1a 및 도1b는 본 발명에 따라 주형을 제작하는 방법을 나타내는 개략 단면도 및 사시도.
도2a 및 도2b는 본 발명에 따라 기판 위에 잉크를 전사 및 경화시켜 기판 상에 소정의 패턴을 인쇄하는 인쇄 방법을 나타내는 개략 단면도 및 사시도.
도3은 종래 기술에 따라 기판 상에 소정의 패턴을 인쇄하는 인쇄 방법을 나타내는 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 마스터
110: 주형틀
120: 주형
120a: 실록산계 주형
125: 실록산계 수지
130: 잉크
130a: 광경화용 잉크
130b: 잔류 잉크
135: 잉크 찌꺼기
140: 기판
150: 닥터 블레이드
본 발명은 잉크 경화식 인쇄 방법 및 이를 이용하여 제작된 컬러 필터에 관한 것으로서, 특히 초박막 액정 디스플레이(TFT-LCD)용 컬러 필터를 제조하기 위하여 광경화가 가능한 고분자 잉크를 사용하여 기판 상에 소정의 패턴을 정밀하게 인쇄할 수 있는 인쇄 방법 및 그 인쇄 방법을 이용하여 제작된 컬러 필터에 관한 것이다.
최근 들어 고선명, 고화질 및 대화면의 동영상을 구현할 수 있는 디스플레이에 대한 요구가 증대되고, 그에 따라 많은 연구 개발이 진행 중에 있다. 이러한 디스플레이의 종류 중에서 가장 폭 넓게 연구되고 상용화된 것이 바로 TFT LCD라고 할 수 있다. TFT LCD의 컬러 구현 방식은 백라이트(backlight)에서 나온 백색광을 액정 셀에 통과시켜 투과율을 조절한 후, 인접하게 배치된 적(red, R), 녹(green, G), 청(blue, B)의 컬러 필터를 투과시켜 나오는 광들의 혼색을 통하여 이루어진다. 컬러 필터 기판은 색상을 구현하는 컬러 필터와, R, G, B 셀들 사이를 구분하고 광차단 역할을 하는 흑격막(black matrix)과, 그리고 액정 셀에 전압을 인가하기 위한 투명 전극(ITO, indium tin oxide)으로 구성된다. 컬러 필터는 제조 시 사용되는 유기 필터의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식으로 나뉘며, 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법 등으로 분류될 수 있다.
현재 TFT LCD의 컬러 필터 제조에 사용되는 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다. 컬러 필터에 필요한 RGB 패턴은 안료 분산법 중의 하나인 광식각(photolithography) 기술을 이용하며, R, G, B 순서로 동일한 마스크(mask)를 사용하여 이들을 화소 피치(pitch)만큼 이동시켜 노광하여 형성한다. 일반적으로 컬러 포토레지스터는 네가티브형(negative) 포토레지스터를 이용하므로 노광되지 않는 부분이 현상 과정에서 제거되어 패턴이 완성된다. RGB 패턴의 보호와 공통 화소전극 형성 시, 컬러 필터 표면의 평탄화를 위하여 중합체 계열의 수지를 스핀 코팅하는 방법으로 평탄화하는 경우도 있다. 이와 같이 광식각법(Photolithography)을 사용하면, 인쇄된 잉크의 형상 및 두께를 균일하게 제조할 수 있지만, 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 드는 문제가 있다.
이러한 기존에 알려진 컬러 필터의 복잡한 제조 방식에서 탈피하여 간단한 제조 공정으로 저가의 패턴을 형성하기 위하여, 투명 기판에 소정의 컬러 패턴을 인쇄법으로 인쇄하여 디스플레이용 컬러 필터를 제조하는 방법이 주목받고 있다.
통상의 액정 디스플레이용 컬러 필터, 또는 플라즈마 디스플레이용 컬러 필터에 필요한 인쇄 패턴은 매우 정밀하고, 인쇄 형상 및 두께의 균일성이 요구된다. 종래의 인쇄법을 이러한 필터용 기판에 사용하는 경우, 인쇄 대상물인 통상의 기판은 투명한 유리 및 투명한 수지이기 때문에 기판에 잉크가 정착하기 쉽지 않다. 즉, 종래의 인쇄법을 이용하여 컬러 필터를 제조하면, 인쇄되는 패턴의 형상 및 두 께에 큰 변동이 발생하게 된다. 따라서, 종래의 인쇄법에 의해 컬러 필터용 기판에 정밀한 패턴을 안정적으로 인쇄하는 것이 곤란하기 때문에, 상기 액정 디스플레이용 컬러 필터, 또는 플라즈마 디스플레이용 컬러 필터의 제작이 용이하지 않다.
일례로서, 도3은 기판 위에 종래의 인쇄법으로 기판(140)에 패턴을 인쇄하는 방법을 개략 단면도로 도시하고 있다. 주형(120)에 잉크(130)를 도포하고, 닥터 블레이드(150) 등으로 볼록면의 잉크(130)를 제거한 후, 그 위에 기판(140)을 압착시켜 주형(120)의 오목면에 충전된 소정 패턴의 잉크(130)를 전사한다. 그러나 이러한 인쇄 방법으로는, 주형(120)의 오목면에 충전된 잉크(130)가 모두 기판(140)에 전사되는 것이 아니라 오목면의 코너에 잔류 잉크(130b)가 남게 된다. 뿐만 아니라 기판(140)에 전사된 잉크(130)는 잉크(130)의 표면 장력에 의해 인쇄된 잉크의 평활성이 나빠지게 된다. 액정 디스플레이용 컬러 필터, 또는 플라즈마 디스플레이용 컬러 필터에서 인쇄된 잉크의 평활성이 나빠지면, 이는 광의 투과 방향을 변화시키고, 광의 투과율을 저하시켜 상품 가치를 떨어뜨리게 된다.
본 발명의 목적은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판에 컬러 필터의 R, G, B컬러 패턴 등을 정밀하게 인쇄할 수 있는 인쇄 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 기존에 알려진 컬러 필터의 복잡한 제조 방식에서 탈피하여 간단한 제조 공정에 의하여 저가로 패턴의 형성을 가능하게 하는 방식을 제공하고, 이 방식을 이용하여 제조한 컬러 필터를 제공하는 것이다.
전술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 태양은, 소정의 오목면을 갖는 광 투과성 주형을 마련하는 단계, 상기 광 투과성 주형의 오목면에 잉크를 도포하는 단계, 상기 잉크가 도포된 광 투과성 주형과 기판을 합착하는 단계, 상기 잉크를 상기 기판에 전사 및 경화시키며, 상기 잉크를 광 또는 열을 통하여 경화시키는 단계 및 상기 광 투과성 주형을 상기 기판에서 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄방법이 제공된다.
상기 광 투과성 주형을 마련하는 단계는 소정의 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계, 상기 마스터 상에 광 투과성 수지를 충전하는 단계, 상기 광 투과성 수지를 경화시키는 단계 및 상기 광 투과성 수지를 마스터에서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크를 상기 기판에 전사 및 경화시키는 단계에서, 상기 기판을 상기 광 투과성 주형에 가압 밀착시킨 상태에서 경화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크는 광 경화성 잉크를 포함하고, 상기 잉크를 경화시키는 단계에서, 광을 조사하여 잉크를 경화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크는 열경화성 잉크를 포함하고, 상기 잉크를 경화시키는 단계에서, 열을 가하여 잉크를 경화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크는 도전성 잉크를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 광 투과성 주형의 오목면에 잉크를 도포하는 단계는 닥터 블레이드 기법을 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 광 투과성 수지는 실록산계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 실록산계 수지는 폴리다이메틸 실록산 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스터는 광 식각법으로 제조한 것을 특징으로 하며, 상기 기판은 투명 기판을 포함하고, 상기 투명 기판에 인쇄되는 패턴은 디스플레이용 블랙 매트릭스 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 투명 기판을 포함하고, 상기 투명 기판에 인쇄되는 패턴을 R컬러, G컬러 및 B컬러 패턴으로 하여, 상기 단계들을 반복하는 것을 특징으로 하며, 상기 R, G, B 패턴은 델타 배열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 R, G, B 패턴은 모자이크 배열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 태양은 이러한 인쇄 방법에 따라 제조된 기판에 관한 것이다.
전술된 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 태양은 R, G, B 패턴을 이용하여 전술된 인쇄 방법에 따라 제조된 컬러 필터에 관한 것이다.
다음은 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도1a 및 도1b는 본 발명에 따라 주형을 제작하는 방법을 나타내는 개략 단면도 및 시사도이다.
도1a 및 도1b를 상세하게 설명하자면, 광식각법 등에 의해 소정의 패턴이 새겨진 마스터(100)를 주형틀(110) 내에 설치한다. 그 후, 주형틀(110) 내에 실록산계 수지(125), 예를 들면 폴리 다이메틸 실록산 수지를 충전한다. 상기 주형틀(110)을 수평이 잘 유지된 상태에서 5시간 내지 7시간 동안 상온에서 방치하여 기포를 제거한 후, 섭씨 30 내지 100도에서 2시간 내지 10시간 동안 상기 실록산계 수지(125)를 경화시킨다. 경화된 실록산계 수지(125)를 마스터(110)로부터 분리하면 실록산계 주형(120a)이 완성된다. 상기 실록산계 수지(125)로 만든 실록산계 주형(120a)은 투명한 재질의 고분자 수지 주형으로, 이를 이용하여 기판에 잉크를 인쇄하는 방법이 다음의 도2a 및 도2b를 참조로 설명된다.
도2a 및 도2b는 기판 위에 본 발명에 따라 잉크를 전사 및 경화시켜 기판 상에 소정의 패턴을 인쇄하는 인쇄 방법을 나타내는 개략 단면도 및 사시도이다.
실록산계 주형(120a)에 고분자 수지로 만들어진 광경화용 잉크(130a)를 도포한다. 이 때 실록산계 주형(120a)의 볼록면에 도포된 잉크는 닥터 블레이드(150)에 의해 제거된다. 잉크 도포는 이와 같은 닥터 블레이드 기법 이외에도 스핀 코팅 등 여러 가지 방법을 이용할 수 있다. 상기 광경화용 잉크(130a)가 도포된 실록산계 주형(120a)위에 기판(140)을 덮고, 실록산계 주형(120a) 위에 광을 조사한다. 상기 실록산계 주형(120a)은 투명하기 때문에 광경화용 잉크(130a)가 상기 광에 의해 경화된다. 기판(140)이 투명한 경우, 광을 기판 쪽에서 조사할 수도 있다. 광경화용 잉크(130a)의 경화가 완료된 후, 실록산계 주형(120a)을 기판(140)에서 떼어내면 기판(140)에 광경화용 잉크(130a)는 마스터(110)와 동일한 패턴으로 인쇄된다. 광경화성 잉크(130a)의 경화시, 기판(140)은 실록산계 주형(120a)에 대해 가압 밀착하면 실록산계 주형(120a)의 볼록면에 남아 있을 수 있는 잉크를 실록산계 주형(120a)의 오목면이나 외부로 방출시킬 수 있어 바람직하다.
이 과정에서 가장 중요한 단계는 실록산계 주형(120a) 위에 고분자 수지로 만들어진 광경화용 잉크(130a)를 도포하고, 기판(140)을 덮은 채로 광을 가하는 단계이다. 또한, 광경화용 잉크(130a)로서 네가티브형 포토레지스터 등의 광경화가 가능한 고분자 수지에 컬러 필터용 색소를 적절한 비율로 섞은 고분자 물질이 사용될 수도 있다. 그 외에도 열경화용 잉크 등 여러 잉크들이 본 발명의 다른 실시예로서 사용될 수 있다.
여기서 상기 기판(140)은 광차단 역할을 하는 흑격막이 입혀진 유리 기판을 사용하고, R패턴 G패턴 B패턴을 상기 인쇄 방법으로 각각 인쇄함으로써 디스플레이 용 컬러 필터를 제조할 수도 있다. 상기 R패턴 G패턴 B패턴은 스트립 배열 패턴이나 델타 배열 패턴, 모자이크 배열 패턴 등을 사용할 수 있고, 상기 흑격막 또한 상기 인쇄 방법으로 인쇄할 수 있다.
이러한 인쇄 기법은 도전성 잉크를 사용함으로써 회로 기판에 적용될 수 있으며, 이 경우 종래보다 미세한 배선 패턴을 인쇄할 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명의 인쇄 방법을 칼라 필터에 적용하는 경우, 인쇄된 패턴이 균일하게 되어 광의 투과 방향과 광의 투과율을 균일하게 함으로써, 색번짐이나 얼룩을 방지하여 디스플레이를 깨끗하고 밝게 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명을 이용하면 제조 공정이 복잡하고 값비싼 컬러 필터를 손쉽게 높은 정밀도로 대량 생산 할 수 있기 때문에, 현재 가장 각광받고 있는 디지털 디스플레이인 TFT LCD의 제조 단가를 혁신적으로 낮출 수 있다.
이러한 인쇄 방법은, 일단 실록산계 주형이 제조되면 빠른 시간 내에 아주 간단한 공정으로 컬러 필터를 연속적으로 제작할 수 있고, 마스터에 따라 나노 사이즈의 크기부터 수백 마이크로의 크기까지도 패턴을 형성할 수 있으며, 컬러 패턴의 균일성과 평활성 또한 뛰어나다.
또한 이와 같은 인쇄 방법에 따라 도전성 잉크를 사용하면 반도체의 미세 회로 공정 등 여러 분야에도 적절히 적용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 소정의 오목면을 갖는 광 투과성 주형을 마련하는 단계,
    상기 광 투과성 주형의 오목면에 잉크를 도포하는 단계,
    상기 잉크가 도포된 광 투과성 주형과 기판을 합착하는 단계,
    상기 잉크를 상기 기판에 전사 및 경화시키며, 상기 잉크를 광 또는 열을 통하여 경화시키는 단계 및 상기 광 투과성 주형을 상기 기판에서 제거하는 단계를 포함하며, 상기 광 투과성 주형을 마련하는 단계는,
    소정의 패턴이 형성된 마스터를 준비하는 단계;
    상기 마스터 상에 광 투과성 수지를 충전하는 단계;
    상온에서 방치하여 기포를 제거하는 단계;
    상기 광 투과성 수지를 소정 온도에서 경화시키는 단계 및
    상기 광 투과성 수지를 마스터에서 분리하는 단계를 포함하되, 상기 광 투과성 수지는 실록산계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 잉크를 상기 기판에 전사 및 경화시키는 단계에서, 상기 기판을 상기 광 투과성 주형에 가압 밀착시킨 상태에서 경화시키는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 광 경화성 잉크를 포함하고, 상기 잉크를 경화시키는 단계에서, 광을 조사하여 잉크를 경화시키는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 열경화성 잉크를 포함하고, 상기 잉크를 경화시키는 단계에서, 열을 가하여 잉크를 경화시키는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 도전성 잉크를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 투과성 주형의 오목면에 잉크를 도포하는 단계는 닥터 블레이드 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  8. 제1항의 인쇄 방법에 따라 인쇄된 기판.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 실록산계 수지는 폴리다이메틸 실록산 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 마스터는 광 식각법으로 제조한 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기판은 투명 기판을 포함하고,
    상기 투명 기판에 인쇄되는 패턴은 디스플레이용 블랙 매트릭스 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기판은 투명 기판을 포함하고,
    상기 투명 기판에 인쇄되는 패턴을 R컬러, G컬러 및 B컬러 패턴으로 하여, 상기 단계들을 반복하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 R, G, B 패턴은 델타 배열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 R, G, B 패턴은 모자이크 배열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  16. 제13항의 인쇄 방법에 따라 인쇄된 컬러 필터.
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