KR101112064B1 - 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제 1, 2, 3 화소영역이 정의(定義)된 절연 기판 상에 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계에 제 1 두께를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 제 1 두께를 갖는 블랙매트릭스에 의해 포획된 상기 제 1, 2, 3 화소영역 각각에 잉크젯 장치를 이용하여 제 2 두께를 갖는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스와 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 위로 유기절연물질로서 상기 기판 전면에 상기 제 1 두께보다 두꺼운 제 3 두께를 갖는 오버코트층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 두께는 상기 제 1 두께와 같거나 또는 상기 제 3 두께의 15% 보다 작은 범위내에서 상기 제 1 두께보다 두꺼운 두께를 가짐으로써 상기 오버코트층이 상기 블랙매트릭스와 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴간의 두께차를 극복하여 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법을 제공한다.
액정표시장치, 컬러필터기판, 단차, 러빙불량, 블랙매트릭스, 잉크젯

Description

액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조방법{Method of fabricating color filter substrate for liquid crystal display}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 잉크젯 장치를 이용하여 컬러필터 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정표시장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1을 참조하여 그 구조에 대해 설명하면, 도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 투명한 기판(12)의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)과 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 투명기판(22)의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 구비되어 있다.
그리고, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제(sealant) 등으로 봉함된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판(미도시)이 구비되어 있다.
또한, 어레이 기판(10)의 외측면으로는 백라이트(미도시)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터 배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다
한편, 이러한 구성을 갖는 액정표시장치에 있어 상기 컬러필터 기판에 구비된 상기 컬러필터층은 안료분산법, 염색법, 전착법 또는 열전사법 등의 방법으로 형성되는데, 일반적으로 안료분산법이 정교성이 뛰어나고 재현성이 좋아 널리 사용되고 있다.
이러한 안료분산법에 의한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 간단히 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 안료분산법을 이용한 액정표시장치용 컬러필터 기판을 제조 단계별 공정 단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(60)상에 금속물질 또는 수지를 기판 전면에 증착(도포)한 후 마스크 공정을 통하여 패터닝함으로써 각 화소영역에 대응하여 개구(op)를 갖는 블랙매트릭스(Black Matrix)(63)를 형성한다. 이때 상기 블랙매트릭스(63)는 화소영역(P)의 경계에 상기 화소영역(P)을 포획하는 형태로 구성됨으로써 어레이 기판 상에 화소전극이 형성되지 않아 비정상적인 동작을 하는 액정 분자에 의한 왜곡된 빛이 투과되는 빛샘현상을 방지하기 위해 형성하는 것이다. 이때 상기 블랙매트릭스(63)는 통상 0.9㎛ 내지 1.1㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성하고 하고 있다. 상기 블랙매트릭스(63)가 상기 0.9㎛ 내지 1.1㎛보다 작은 두 께를 가질 경우 OD(optical density)치가 낮아 왜곡된 빛을 투과시키게 됨으로써 표시품질을 저하시키게 되며, 이보다 두꺼운 두께를 가질 경우, 상기 컬러필터 기판(60)과 상기 블랙매트릭스(63) 간의 단차가 너무 커 이후 공정에서 상기 컬러필터 기판 전면에 형성되는 적, 녹, 청색 레지스트층(도 2b의 66)의 끊김 등이 발생하게 되므로 전술한 정도의 두께를 갖도록 상기 블랙매트릭스(63)를 형성하는 것이다.
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(63)가 형성된 기판(60)에 적, 녹, 청색 레지스트 중 어느 하나 예를 들면 적색 레지스트(resist)를 스핀코팅(spin coating) 장치(미도시) 또는 바(bar) 코팅 장치(미도시)를 이용하여 상기 기판(60) 전면에 도포하여 적색 레지스트층(66)을 형성한다.
이후, 빛을 통과시키는 투과영역(TA)과 빛의 투과를 차단하는 차단영역(BA)으로 구성된 노광 마스크(90)를 상기 적색 레지스트층(66) 위로 위치시킨 후, 상기 노광 마스크(90)를 통한 노광(exposure)을 실시한다.
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 노광된 상기 적색 레지스트층(도 2b의 66)을 현상하면, 상기 적색 레지스트층(도 2b의 66)은 네가티브(negative) 타입 감광성 특성을 가지고 있으므로, 빛을 받은 부분은 남게되고, 빛을 받지 않은 부분은 제거되어 상기 블랙매트릭스(63)로 둘러싸인 화소영역(P) 중 적색 컬러필터 패턴이 형성되어야 할 제 1 화소영역(P1)에 적색 컬러필터 패턴(67a)을 형성하게 된다. 이때 상기 적색 컬러필터 패턴(67a)은 상기 각 제 1 화소영역(P1)을 포획하는 상기 블랙매트릭스(63)와 그 가장자리가 중첩하며 형성되게 된다.
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 기판(60) 상의 제 1 화소영역(P1)에 적색 컬러필터 패턴(67a) 형성한 방법과 동일하게 진행하여 각 제 2 및 제 3 화소영역(P2, P3)에 각각 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(67b, 67c)을 그 가장자리가 상기 블랙매트릭스(63)와 중첩하도록 형성한다.
이후, 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(67a, 67b, 67c) 위로 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(67a, 67b, 67c)의 보호와 단차 보상을 위해 유기절연물질을 도포하여 상기 기판(60) 전면에 오버코트층(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 오버코트층(미도시) 위로 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 공통전극(미도시)을 형성함으로써 액정표시장치용 컬러필터 기판(60)을 완성하고 있다. 이때, 상기 공통전극(미도시)은 횡전계형 액정표시장치용 컬러필터 기판인 경우 생략될 수 있다.
그러나, 전술한 안료분산법에 의한 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조는 컬러 레지스트의 도포(coating), 노광 마스크를 이용한 노광(exposure), 현상(develope) 공정을 포함하는 패터닝 공정을 총 3 회 반복 진행하므로 제조공정 라인이 길고 복잡하며, 그 제조 시간 또한 오래 걸리므로 제조비용 저감 및 단위 시간당 생산성 향상을 위한 새로운 제조 방법을 필요로 하고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 패터닝 을 위한 마스크 공정의 진행없이 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴을 구비한 컬러필터층을 형성할 수 있는 액정표시장치용 컬러필터 기판 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은, 제 1, 2, 3 화소영역이 정의(定義)된 절연 기판 상에 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계에 제 1 두께를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 제 1 두께를 갖는 블랙매트릭스에 의해 포획된 상기 제 1, 2, 3 화소영역 각각에 잉크젯 장치를 이용하여 제 2 두께를 갖는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스와 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 위로 유기절연물질로서 상기 기판 전면에 상기 제 1 두께보다 두꺼운 제 3 두께를 갖는 오버코트층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 두께는 상기 제 1 두께와 같거나 또는 상기 제 3 두께의 15% 보다 작은 범위내에서 상기 제 1 두께보다 두꺼운 두께를 가짐으로써 상기 오버코트층이 상기 블랙매트릭스와 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴간의 두께차를 극복하여 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성되는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 두께는 1.8㎛ 내지 2.1㎛이며, 상기 제 3 두께는 2.7㎛ 내지 3.0㎛인 것이 특징이다.
또한, 상기 오버코트층 상부에 고분자 물질로 그 표면이 평탄한 상태의 배향막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 배향막을 형성하기 전에 상기 오버코트층 상 부에 투명 도전성 물질을 증착하여 그 표면이 평탄한 상태의 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴은, 상기 잉크젯 장치를 이용하여 적, 녹, 청색 레지스트를 순차적으로 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 도포하거나, 또는, 상기 잉크젯 장치를 이용하여 적, 녹, 청색 레지스트를 동시에 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 도포함으로서 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 잉크젯 장치를 이용하여 적, 녹, 청색 레지스트를 도포하는 단계 이후에는 상기 기판을 베이킹하여 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 도포된 상기 적, 녹, 청색 레지스트를 경화시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 잉크젯 장치를 이용하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층을 형성함으로써 패터닝을 위한 마스크 공정을 삭제하여 공정을 단순화하고 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 잉크젯 장치를 이용하여 컬러필터층을 형성하는 경우 발생하는 블랙매트릭스와의 단차에 의한 러빙 불량을 상기 블랙매트릭스의 두께를 최적화하여 방지함으로써 제품 수율을 향상시키는 효과가 있다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 장치를 이용한 액 정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(110)상에 금속물질 예를들면 크롬(Cr) 또는 크롬 산화물(CrOx)을 증착하거나 또는 블랙수지를 기판 전면에 도포한 후, 마스크 공정을 통하여 패터닝함으로써 각 화소영역(P)에 대응하여 개구(op)를 가지며 0.9㎛ 내지 1.1㎛ 정도의 두께를 갖는 블랙매트릭스(115)를 형성한다.
다음, 도 3b 내지 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(115)가 형성된 기판(110)을 잉크젯 장치(미도시)의 스테이지(미도시)에 위치시킨 후, 상기 잉크젯 장치(미도시)의 헤드(190)를 상기 기판(110) 상에 위치시킨다.
이후, 상기 잉크젯 장치(미도시)의 헤드(190)를 일방향으로 이동시키며 컬러 레지스트를 도포하여 상기 블랙매트릭스(115)로 둘러싸인 화소영역(P) 중 적색 컬러필터 패턴이 형성되어야 하는 제 1 화소영역(P1) 내부에 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성한다.
상기 잉크젯 장치(미도시)의 헤드(190)에는 각각 적, 녹 ,청색 레지스트가 구비된 카트리지(미도시)가 구비되거나, 또는 상기 적, 녹, 청색 레지스트가 내부에 구비된 배관을 통해 외부로부터 상기 헤드(190)에 지속적으로 공급되고 있는 것이 특징이다.
따라서, 상기 블랙매트릭스(115)가 형성된 기판(110) 상에서 상기 헤드(190) 가 일정한 속도를 갖고 직선 왕복운동과 좌우로 이동하며 컬러 레지스트를 도포함으로써 상기 제 1 화소영역(P1)에 대해서만 선택적으로 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성한 동일한 방법을 진행하여 녹색 컬러필터 패턴(120b)이 형성되어야 하는 제 2 화소영역(P2)에 녹색 컬러필터 패턴(120b)을 형성하고, 청색 컬러필터 패턴(120c)이 형성되어야 하는 제 3 화소영역(P3)에 청색 컬러필터 패턴(120c)을 형성한다.
이렇게 잉크젯 장치(미도시)를 이용하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하는 경우 적, 녹, 청색 레지스트를 각각 도포하는 헤드(190)를 각각 구비하여 선택적으로 각 화소영역(P)에 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성함으로써 별도의 마스크 공정을 진행하지 않아도 되는 것이 특징이다.
따라서, 컬러필터 기판(110)의 제조 라인이 매우 단순화되고, 마스크 공정을 진행하여 패터닝하는 종래의 안료분산법에 의한 제조 방법대비 공정시간이 줄어듦으로써 단위 시간당 생산성을 극대화할 수 있다.
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)에 각각 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 형성된 기판(110) 상에 투명한 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 전면에 도포하여 오버코트층(125)을 형성한다. 이러한 오버코트층(125)은 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)의 보호와 단차 보상을 위해 형성 하는 것이다.
이후 상기 오버코트층(125) 위로 고분자 물질 예를들면 폴리이미드(poly imide)를 도포하여 배향막(130)을 형성한다. 상기 배향막(130)은 상기 컬러필터 기판(110)과 어레이 기판(미도시) 사이에 개재되는 액정층(미도시) 내의 액정분자(미도시)의 일정한 초기 배열을 유도하기 위해 형성하는 것이다.
다음, 도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 배향막(130)이 형성된 기판(110)을 러빙 장치(미도시)의 스테이지(미도시) 상에 위치시키고 러빙 공정을 진행한다. 상기 러빙 공정은 상기 고분자 물질로 이루어진 배향막(130) 표면을 레이온 등의 특수 형태의 천(미도시)을 이용하여 마찰시켜 상기 고분자 물질의 작용기가 일방향으로 정렬되도록 하는 공정이다. 액정분자의 초기 배열은 상기 배향막(130) 표면을 이루는 상기 작용기의 배치에 의해 결정되며, 상기 작용기가 일방향으로 적정 각도를 가지고 정렬되도록 하기 위해 상기 러빙 공정을 진행하는 것이다.
이때, 상기 러빙 공정은 원통 형태의 러빙롤(180) 표면에 다수의 포털(185)이 그 표면에 구비된 레이온 등의 천을 부착시키고, 상기 러빙롤(180)을 고속으로 회전시키며 상기 포털(185)의 끝단이 상기 배향막(130) 표면과 접촉하도록 한 상태에서 상기 스테이지를 일방향으로 이동시킴으로서 상기 배향막(130)의 표면과 상기 포털(185)이 마찰을 하여 고분자물질의 작용기들이 일방향으로 배열되도록 하는 것이다.
이렇게 배향막(130) 표면에 대해 러빙 공정을 완료하게 됨으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판(110)을 완성하게 된다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 액정표시장치용 컬러필터 기판(110)을 살펴보면, 투명한 절연기판(110) 상에 0.9㎛ 내지 1.1㎛ 정도의 제 1 두께(t1)를 갖는 블랙매트릭스(115)가 형성되어 있고, 상기 블랙매트릭스(115)로 둘러싸인 각 화소영역(P)에는 그 중앙부가 1.8㎛ 내지 2.2㎛ 정도의 제 2 두께(t2)를 갖는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 구비되고 있으며, 이들 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)과 블랙매트릭스(115) 위로는 전면에 2.7㎛ 내지 3㎛ 정도의 제 3 두께(t3)를 갖는 오버코트층(125)이 형성되어 있다.
이때, 상기 오버코트층(150)을 살펴보면, 그 표면이 평탄한 상태가 아니라 상기 블랙매트릭스(115)와 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)간의 큰 단차로 인해 유기절연물질로 이루어졌음에도 불구하고 그 표면이 낮은 단차를 갖는 부분과 기판과 큰 단차를 갖는 부분으로 이루어져 요철 형태를 이루고 있음을 알 수 있다.
상기 유기절연물질을 바(bar) 코팅 장치(미도시) 또는 스핀 코팅장치(미도시)를 이용하여 도포하여 불량 없이 형성할 수 있는 두께의 최대치는 3㎛ 정도가 되고 있으며, 유기절연물질을 도포하여 형성하는 경우 그 하부에 위치하는 구성요소간 단차 차이가 상기 유기절연물질로 이루어진 물질층의 두께의 15% 이내인 경우 상기 유기물질층의 표면이 단차를 완전히 극복하여 평탄한 표면을 이룰 수 있지만, 그 하부에 상기 유기물질층 두께의 15%보다 더 큰 단차를 갖는 구성요소에 대해서 는 단차를 반영하게 됨으로써 전술한 바와같이 그 표면에 요철이 형성된 것이다.
한편, 이렇게 오버코트층(125)의 표면이 평탄한 상태를 이루지 않는 경우, 그 상부에 형성되는 배향막(130) 또한 그 표면이 요철형태를 이루게 된다. 이렇게 요철 형태의 표면을 갖는 배향막(130)에 대해 상기 러빙 공정을 진행하는 경우, 상기 배향막(130) 표면의 요부와 철부에서의 러빙포(185)와 접촉하는 부분의 마찰력 차이가 발생함으로써 상기 배향막(125) 표면이 적정한 엔커링 에너지를 갖지 못해 액정분자의 초기 배열 상태를 유지하지 못하게 되거나, 또는 빠른 속도로 회전하는 러빙롤(180)에 부착된 포털(185)이 상기 요부와 철부의 경계의 모서리 부분에 접촉하게 되어 손상됨으로써 손상된 포털(185)을 갖는 부분에 대해서는 마찰력의 차이를 유발하여 러빙 불량을 야기 할 수 있다.
따라서, 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판보다 한층 더 진보된 구성을 가져 러빙 불량을 억제할 수 있는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판 및 이의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(210)상에 금속물질 또는 블랙수지를 전면에 증착(도포)한 후, 마스크 공정을 통하여 패터닝함으로써 각 화소영역(P)에 대응하여 개구(op)를 가지며 1.8㎛ 내지 2.1㎛ 정도의 제 4 두께를 갖는 블랙매트릭스(215)를 형성한다. 이렇게 블랙매트릭스(215)의 제 4 두께를 1.8㎛ 내지 2.1㎛ 정도가 되도록 형성하는 이유는 추후 잉크 젯 장치(미도시)를 이용하여 형성될 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(도 4b의 220a, 220b, 220c)과 그 두께를 일치시키기 위함이다.
종래의 안료분산법에 의해 컬러필터 패턴을 형성하는 경우, 상기 블랙매트릭스의 두께를 1.8㎛ 내지 2.1㎛로 형성하게 되면 기판과의 단차가 상대적으로 매우 크게 된다. 따라서, 이러한 두께를 갖는 블랙매트릭스 위로 1.8㎛ 내지 2.1㎛ 정도의 두께를 갖도록 컬러 레지스트를 바(bar) 코팅장치 또는 스핀 코팅장치를 통해 t상기 기판 전면에 형성하게 되면 상기 기판과 블랙매트릭스 간의 높은 단차에 의해 상기 컬러 레지스트층의 끊김이 발생하는 등의 문제가 발생하므로, 이를 방지하기 위래서 상기 블랙매트릭스의 두께를 0.9㎛ 내지 1.1㎛ 정도의 두께가 되도록 하였다.
하지만, 본 발명의 실시예의 경우 잉크젯 장치(미도시)를 이용함으로써 블랙매트릭스(215)로 둘러싸인 개구(op)에 대응해서만 선택적으로 컬러 레지스트가 도포될 수 있으므로 전술한 종래의 문제는 전혀 발생하지 않는다. 따라서 블랙매트릭스(215)의 제 4 두께(t4)를 이후 형성될 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(도 4b의 220a, 220b, 220c)의 적정 두께인 1.8㎛ 내지 2.1㎛ 정도가 되도록 형성해도 아무런 문제가 되지 않는다.
다음, 도 4b와 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 1.8㎛ 내지 2.1㎛ 정도의 제 4 두께를 갖는 블랙매트릭스(215)가 형성된 기판(210)을 잉크젯 장치(미도시)의 스테이지(미도시)에 위치시킨 후, 상기 잉크젯 장치(미도시)의 헤드(290)를 상기 기판(210) 상에 위치시킨다.
이후, 상기 잉크젯 장치(미도시)의 헤드(290)를 일방향으로 이동시키며 컬러 레지스트를 도포하여 상기 블랙매트릭스(215)로 둘러싸인 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)에 각각 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)을 형성한다.
제 1 실시예의 경우, 각각 적색, 녹색 및 청색 레지스트를 각각 도포하는 헤드를 이용하여 제 1 화소영역에 적색 컬러필터 패턴을 형성하고, 이후 제 2 및 제 3 화소영역에 녹색 및 청색 컬러필터 패턴을 순차적으로 형성하는 것을 일례로 설명하였다.
하지만, 제 2 실시예의 경우 잉크젯 장치(미도시) 헤드(290)는 그 부분적으로 나뉘어 각 부분 별로 그 내부에 구비된 적, 녹, 청색 레지스트가 각각 담긴 카트리지(미도시)와 각각 연결됨으로서 상기 적, 녹, 청색 레지스트를 동시에 도포하여 제 1, 2, 및 제 3 화소영역(P1, P2, P3)에 동시에 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)을 형성하는 것이 특징이다. 이때, 제 2 실시예의 경우 반드시 전술한 바와 같이 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 동시에 형성할 필요는 없으며, 제 1 실시예에서와 같이 적색 레지스트 만을 도포하는 헤드를 이용하여 제 1 화소영역(P1)에 적색 컬러필터 패턴(220a)을 형성하고, 이후 연속하여 제 2 및 제 3 화소영역(P2, P3)에 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(220b, 220c)을 형성해도 무방하다.
한편, 어떠한 방법을 이용하더라도 잉크젯 장치(미도시)를 이용한 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)의 형성은 각 화소영역(P)별로 선택적인 도포가 가능하므로 패터닝을 위한 마스크 공정을 필요로 하지 않으며, 나아가 기판(210) 전면에 도포 후 이를 패터닝함으로서 발생하는 컬러 레지스트의 낭비를 방 지할 수 있다.
이때, 이러한 잉크젯 장치(미도시)를 이용하여 형성하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)의 최종적인 제 5 두께(t5)는 1.8㎛ 내지 2.1㎛이 됨으로써 상기 블랙매트리스(215)의 제 4 두께(t4)와 동일하거나 또는 0.3㎛ 이내의 범위에서 두께차를 갖는 것이 특징이다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 잉크젯 장치(미도시)를 이용하여 상기 컬러필터 기판(210) 상의 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)에 적, 녹, 청색 컬러 레지스트가 도포된 기판은 베이킹 공정을 진행함으로써 상기 적, 녹, 청색 컬러 레지스트에 포함된 수분을 제거하는 동시에 상기 적, 녹, 청색 컬러 레지스트가 경화되어 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)을 이루도록 한다. 이러한 베이킹 과정에서 수분이 제거되고 경화된 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)은 최초 잉크젯 장치를 통해 도포되었을 경우의 두께보다 그 두께가 줄어들 수 있다.
따라서, 이를 고려하여 상기 잉크젯 장치(미도시)를 이용한 컬러 레지스트의 도포 시는 2.1㎛ 내지 2.4㎛ 정도의 두께를 갖도록 도포하는 것이 바람직하며, 이 경우 베이킹 공정을 진행하면 1.8㎛ 내지 2.1㎛의 제 5 두께(t5)를 이루게 된다.
한편, 경화된 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)의 제 5 두께를 1.8㎛ 내지 2.1㎛ 정도가 되도록 하는 이유는 색순도 및 빛 투과량과 관계가 있다. 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)의 두께를 상기 제 5 두께보다 두껍게 형성하면 색순도는 향상되지만 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)을 통과하는 빛 의 투과도가 떨어지게 되며, 반대로 상기 제 5 두께 보다 얇게 형성하면 빛 투과량이 향상되어 휘도 특성을 좋아지게 되지만 색순도가 떨어지게 되어 표시품질에 영향을 끼치게 된다. 따라서 이들 두 가지 요소를 적절히 조절하여 그 두께를 최적화 한 것이 전술한 1.8㎛ 내지 2.1㎛의 범위를 갖는 제 5 두께(t5)인 것이다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)에 각각 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)이 1.8㎛ 내지 2.1㎛ 정도의 제 5 두께(t5)를 가지며 형성된 기판(210) 상에 투명한 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 전면에 도포하여 2.7㎛ 내지 3㎛ 정도의 제 6 두께(t6)를 갖는 오버코트층(225)을 형성한다. 이 경우, 상기 오버코트층(225)은 그 표면이 평탄한 상태를 이루게 되는 것이 특징이다.
본 발명의 제 2 실시예의 경우, 상기 블랙매트릭스(215)의 제 4 두께(t4)가 1.8㎛ 내지 2.1㎛가 되고 있으며, 상기 블랙매트릭스(215)로 둘러싸인 제 1, 2, 3 화소영역(P1, P2, P3)에는 1.8㎛ 내지 2.1㎛의 제 5 두께(t5)를 갖는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)이 형성됨으로써 상기 블랙매트릭스(215)와 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)은 거의 그 두께차가 발생하지 않거나 또는 발생하더라도 그 두께 차이는 0.3㎛ 이내가 된다. 이러한 블랙매트릭스(215)와 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)의 단차 크기는 2.7㎛ 내지 3㎛ 정도의 제 6 두께(t6)를 갖는 오버코트층(225)의 평탄화 능력 범위(오버코트층(225) 두께의 15% 이내) 내에 속하게 되므로 도면에서와 같이 블랙매트릭스(215)가 형성된 부분과 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(220a, 220b, 220c)의 형성된 부분에 관계없이 기 판(210) 전 영역에 있어 평탄한 표면을 가지며 오버코트층(225)이 형성될 수 있다.
이후, 상기 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(225)이 형성된 기판(210)상의 상기 오버코트층(225) 위로 고분자 물질 예를들면 폴리이미드를 도포하여 배향막(230)을 형성한다. 이 경우 상기 오버코트층(225)의 표면이 평탄한 상태를 이룸으로써 이의 상부에 형성되는 상기 배향막(230) 또한 그 표면이 단차에 의한 요철 발생없이 평탄한 상태를 이루게 되는 것이 특징이다.
이때, 상기 배향막(230)을 형성하기 전에 즉, 상기 오버코트층(225)과 상기 배향막(230) 사이에 투명 도전성 물질을 증착함으로써 공통전극(미도시)을 더욱 형성할 수 있다. TN(Twist nematic) 모드 액정표시장치용 컬러필터 기판인 경우 상기 공통전극(미도시)은 필수적으로 형성되며, IPS(In plane switching)모드 액정표시장치용 컬러필터 기판의 경우 생략된다. 투명 도전성 물질로써 상기 공통전극(미도시)이 형성되는 경우, 상기 공통전극(미도시) 또한 그 표면은 평탄한 상태를 이루게 된다. 증착의 경우 하부에 위치하는 구성요소의 단차를 반영하여 기판(210) 전면에 일정한 두께를 이루게 되며, 제 2 실시예의 경우, 상기 오버코트층(225)의 표면이 요철없이 평탄한 구조를 가지므로 상기 공통전극(미도시)의 표면 또한 평탄한 상태를 이루게 되며, 이러한 구성을 갖는 공통전극(미도시) 상부에 상기 배향막(230)이 형성되어도 그 표면은 평탄하게 됨은 자명하다.
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 그 표면이 평탄한 배향막(230)이 형성된 기판(210)을 러빙 장치(미도시)의 스테이지(미도시) 상에 위치시키고 러빙 공정을 진행한다. 이때, 본 발명의 제 2 실시예의 경우 상기 배향막(230)은 그 표면이 요 철 등이 발생하지 않고 평탄한 상태를 이루게 되므로 러빙포(285)가 회전하며 배향막(230)과 접촉하여 마찰을 하는 과정에서 제 1 실시예에서와 같은 요철을 이루는 모서리 등과 접촉 시 충격에 의해 상기 러빙포(285)가 손상되는 등의 문제는 발생하지 않으므로 러빙포(285) 손상에 의한 러빙 불량은 원천적으로 억제할 수 있으며, 상기 배향막(230) 표면에 요철 등이 없으므로 러빙 진행 시 마찰력이 기판(210) 전 영역에 대해 거의 동일한 수준이 되므로 러빙 밀도 차이 또는 러빙 압력차 등도 발생하지 않으므로 부분적인 러빙 차이에 의한 빛샘 불량 또한 방지할 수 있다.
한편, 전술한 바와같은 배향막(230) 표면에 대해 러빙 공정을 완료하게 됨으로써 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판(210)을 완성하게 된다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 안료분산법에 의한 컬러필터 기판의 제조 공정 단면도.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 기판 215 : 블랙매트릭스
220a, 220b, 220c: 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴
225 : 오버코트층 230 : 배향막
280 : 러빙 롤 285 : (러빙포의)포털

Claims (6)

  1. 제 1, 2, 3 화소영역이 정의(定義)된 절연 기판 상에 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계에 1.8㎛ 내지 2.1㎛의 제 1 두께를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 제 1 두께를 갖는 블랙매트릭스에 의해 포획된 상기 제 1, 2, 3 화소영역 각각에 잉크젯 장치를 이용하여 제 2 두께를 갖는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스와 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 위로 유기절연물질로서 상기 기판 전면에 상기 제 1 두께보다 두꺼운 2.7㎛ 내지 3.0㎛의 제 3 두께를 갖는 오버코트층을 형성하는 단계
    를 포함하며, 상기 제 2 두께는 상기 제 1 두께와 같거나 또는 상기 제 3 두께의 15% 보다 작은 범위내에서 상기 제 1 두께보다 두꺼운 두께를 가짐으로써 상기 오버코트층이 상기 블랙매트릭스와 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴간의 두께차를 극복하여 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버코트층 상부에 고분자 물질로 그 표면이 평탄한 상태의 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배향막을 형성하기 전에 상기 오버코트층 상부에 투명 도전성 물질을 증착하여 그 표면이 평탄한 상태의 공통전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴은,
    상기 잉크젯 장치를 이용하여 적, 녹, 청색 레지스트를 순차적으로 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 도포하거나,
    또는, 상기 잉크젯 장치를 이용하여 적, 녹, 청색 레지스트를 동시에 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 도포함으로서 형성되는 것이 특징인 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴은,
    상기 잉크젯 장치를 이용하여 적, 녹, 청색 레지스트를 도포하는 단계 이후에는 상기 기판을 베이킹하여 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 도포된 상기 적, 녹, 청색 레지스트를 경화시키는 단계를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
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