KR20010002347A - 컬러필터 기판 및 그 제조방법. - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시장치에 사용되는 컬러필터 제조방법에 관한 것으로, 기판과; 상기 기판 상에 형성되고 소정의 거리만큼 이격된 다수개의 블랙 매트릭스와; 상기 각 블랙 매트릭스 상에 형성된 감광성 벤조사이클로뷰틴층과; 상기 각 블랙 매트릭스 상부 감광성 벤조사이클로뷰틴층 사이에 형성되어 소정의 색을 띤 컬러층과; 상기 컬러층 및 상기 감광성 벤조사이클로뷰틴층을 덮는 투명 도전전극을 포함하는 컬러필터 기판에 관해 개시하고 있다.

Description

컬러필터 기판 및 그 제조방법.{A color filter and a method for fabricating the same}
본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더욱더 상세하게는 액정 표시장치에서 액정 패널을 투과한 백라이트 광에 색을 입히는 컬러필터에 관한 것이다.
일반적으로 스위칭 소자로 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시장치의 컬러구현은 백라이트(black light)로 부터 방출되는 백색광의 투과율을 조절하는 박막 트랜지스터 및 액정 셀(cell)의 동작과 적(red : R), 녹(green : G), 청(blue : B)으로 구성된 컬러필터(color filter : C/F)를 투과해 나오는 3원색의 가법 혼색을 통하여 이루어 진다.
컬러 필터는 보기에는 보통의 소자판이지만 유리기판에 평판 매트릭스를 형성하고, 그 사이에 광투과성이 우수한 적, 녹, 청으로된 필터층을 만든다.
또한, 그 형상, 칫수, 색 배열은 액정 표시장지의 용도에 따라 다르며 도 1a 내지 도 1c에 그 기본적인 구조를 도시하였다. 즉, 컬러필터의 배열은 도 1a, 도 1b, 도 1c 순으로 스트립 배열(strip), 모자이트 배열(mosaic), 델타 배열(delta)로 구성된다.
컬러필터는 실제로 액정패널 상에서 박막 트랜지스터와 연결된 적, 녹, 청의 화소가 일대일 대응하여 배치되어 있다. 상기 컬러필터가 구비해야 할 요건으로는
1. 착색농도가 높고 광투과율이 좋을 것.
2. 백라이트에 대한 변색 및 퇴색이 없을 것.
3. 화학적으로 안정하고 액정재료에 무해할 것.
등이 있다.
도 2는 컬러필터의 기본적인 구조에 대한 단면을 도시한 도면이다. 그 구성을 살펴보면, 기판(1) 상에 블랙 매트릭스(black matrix : B/M ; 2)가 위치하며, 상기 블랙 매트릭스(2) 사이에 상기 블랙 매트릭스(2)의 일부와 겹치는 구조로 적, 녹, 청의 컬러필터층(4)이 위치한다. 그리고 상기 컬러필터층(4)을 보호하기위한 보호막(6)이 형성되며, 투명전극으로 공통전극(8)이 형성된다.
블랙 매트릭스(2)는 일반적으로 상기한 바와 같이 컬러필터의 적, 녹, 청 패턴의 사이에 위치하며, 화소전극이 형성되지 않은 부분과 화소전극 주변부에 형성되는 역 경사영역(reverse tilted domain)을 차폐시키는 목적으로 설치한다. 또한, 스위칭 소자로 쓰이는 박막 트랜지스터에 직접적인 광조사를 차단하여 누설전류 증가를 방지하는 역할도 한다.
상기 컬러필터는 제조시 사용되는 유기 필터(filter)의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며, 그 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법 등으로 분류할 수 있다. 상기 컬러필터의 제작 방법에 따른 특징을 알아보면 다음과 같다.
인쇄법은 적, 녹, 청색 잉크를 여러가지 인쇄방법에 의해 기판 상에 인쇄하여 컬러필터를 제작하는 방법이다. 대표적인 인쇄방법으로는 스크린(screen)인쇄, 옵셋(offset)인쇄 등이 있으며, 제조공정이 단순하여 대량생산이 가능하고, 내열성이나 내광성이 높은 소재를 선택할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 기포에 의한 핀홀(pinhole)이나 색농도의 번짐, 변색이 발생하기 쉽고 인쇄중에 잉크의 유출에 의한 패턴 가장자리의 직각도가 악화되기 쉽다는 단점이 있다.
전착법은 색소를 전극에 석출시켜 색소의 층으로 형성하는 방법으로, 고분자 수지와 착색 안료를 전해질 용매중에 용해 또는 분산하여 양측에 접속된 투명전극의 표면에 안료를 석출시켜 이것을 고온 건조시키는 방법이다.
상기 전착방법에는 투명전극의 고유저항이 높으면 번착 번짐이 발생한다. 또한, 전해질 용매중에서 투명전극과 화학적인 반응을 일으키는 성분이 포함되어 투명전극이 손상받을 경우가 생길 수 있다. 특히 투명전극은 내약품성이 비교적 약하고 손상의 영향이 현저하게 나타나므로 전착후의 색농도, 광투과율이 저하되는 단점이 있다.
현재 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시장치의 경우 컬러필터는 주로 안료 분산법이 쓰인다. 상기 안료 분산법으로 제조되는 컬러필터 레지스트(resist)의 주요 성분은 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.
저반사 특성이 요구되는 컬러필터 기판의 제조공정은 일반적으로 크롬/크롬옥사이드(Cr/CrOx)를 이용한 블랙 매트릭스의 형성과 안료 분산법에 의한 컬러필터 형성, 공통전극의 형성으로 이루어 지며, 공정순서는 도 3a 내지 도 3c에 도시하였다.
먼저, 도 3a에 관해 설명하면 다음과 같다.
박막 트랜지스터 배열기판과 마찬가지로 기판(1)을 세정한 후, 블랙 매트릭스 재료로 사용되는 Cr/CrOx(12, 10)를 스퍼터링(suttering)에 의해 증착한다. 블랙 매트릭스(13)의 형성은 개구율과 직접적인 연관이 있으므로, 설계에 신중을 기해야한다. CrOx는 일반적인 Cr 식각액에 식각되므로 Cr/CrOx를 동시에 식각한다.
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이 컬러필터층(14)을 형성한다. 안료 분산법의 가장 큰 특징은 포토 레지스트(photo resist)로 컬러 레지스트(color resist)를 사용한다는 점이다. 통상적으로 적, 녹, 청의 패턴은 동일 마스크를 사용하여 방향을 이동(shift)시켜 형성한다. 즉, 먼저 적색의 컬러 레지스트를 증착하고 패터닝하여 적색의 컬러필터층(14)을 형성하고, 연속적으로 녹, 청의 컬러필터층을 형성한다.
도 3c는 공통전극(14)을 형성하는 단계를 도시한 도면으로, 하부의 박막 트랜지스터 배열기판에 형성된 화소전극과 함께 액정 셀을 동작시키기 위한 공통전극(16)의 형성은 상기 적, 녹, 청의 컬러필터층(14) 형성후에 이루어 진다.
상기 공통전극(16)은 투과성과 도전성이 좋으며 열적 안정성이 우수한 투명전극 재료인 ITO(indium tin oxide)가 주로 쓰인다.
그러나 상기와 같은 안료 분산법으로 컬러필터를 제작할 경우에, 안료의 낭비가 심하다. 즉, 적색의 컬러필터층을 형성하기 위해서는 기판 전면에 적색의 레지스트를 증착하고 필요한 부분만 남기고 그 이외의 부분은 제거해야 한다. 다시말해 기판 전체에서 필요한 부분인 1/3정도만 남기고 2/3는 제거해야 한다.
상기한 안료 분산법의 단점을 보완해서 필요한 부분에만 컬러필터층을 형성하는 잉크젯 프린팅방식이 제안되었다.
도 4a 내지 도 4d는 기존의 잉크젯 프린팅 방식의 컬러필터 제조방법의 공정을 도시한 도면이다.
도 4a에 도시된 도면은 기판(1) 상에 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 기초작업을 나타낸다. 기판(1) 상에 검은색 수지(black regin : 20) 및 극소수성(repellent) 물질(22)을 증착한다. 상기 검은색 수지(20)는 블랙 매트릭스의 역할을 하게되고, 극소수성 물질은 추후공정에서 잉크의 넘침을 방지하는 역할을 하게된다.
이후 도 4b에 도시된 도면에서와 같이 소정의 형상으로 패터닝하여 블랙 매트릭스(24)와 각 색의 격리를 위한 극소수성막(26)을 형성한다.
상기 블랙매트릭스(24)의 재료는 검은색 PR(photo resist)이 사용되며, 극소수성막(26)은 플로린(F)계의 테프론 내지는 ™사이톱(cytop) 등을 사용한다.
다음 공정은 프린팅공정으로 도 4c에 도시된 바와 같이 잉크젯 유닛(28)을 사용하여 상기 블랙 매트릭스(24)간의 이격된 부분(25)에 잉크(30)를 뿌려준다. 상기와 같이 잉크젯 유닛(28)을 사용하여 프린팅할 경우 잉크의 낭비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 도 4c의 공정을 적, 녹, 청이 3단계를 실시하여 도 4d에 도시된 컬러필터층(31)을 형성한다. 상기 컬러필터층(31) 형성후에 보호막(32)을 입히는 것으로 컬러필터는 형성 되는 것이다.
그런데, 상술한 종래의 잉크젯 유닛을 사용하는 컬러필터의 제조방법에 있어서는 극소수성을 갖는 물질을 추가로 사용하여 컬러필터의 추가비용이 들게된다.
또한, 상기 플로린계의 극소수성 물질은 감광성이 아니므로 패터닝시 포토 공정이 추가되는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 컬러필터의 제작에 있어서, 공정 단순화를 이루어 수율을 향상하는데 그 목적이 있다.
또한, 컬러필터의 제작시 제조비용을 절감하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 일반적인 컬러필터의 배열을 나타내는 평면도.
도 2는 일반적인 컬러필터의 단면을 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 종래 기술에 의한 컬러필터의 제작공정을 도시한 공정도.
도 4a 내지 도 4d는 종래의 잉크젯 방식으로 컬러필터를 제작하는 공정을 도시한 공정도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터의 제조공정을 도시한 공정도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터의 다른 제조공정을 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판 50 : 크롬 옥사이드
52 : 크롬 53 : 블랙 매트릭스
54 : 극소수성막 60 : 컬러필터층
θ : 젖음각도(wetting angle)
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 기판과; 상기 기판 상에 형성되고 소정의 거리만큼 이격된 다수개의 블랙 매트릭스와; 상기 각 블랙 매트릭스 상에 형성된 감광성 벤조사이클로뷰틴과; 상기 각 블랙 매트릭스 상부 감광성 벤조사이클로뷰틴 사이에 형성된 소정의 색을 띤 컬러층과; 상기 컬러층 및 상기 감광성 벤조사이클로뷰틴을 덮는 투명 도전전극을 포함하는 컬러필터 기판에 관해 개시하고 있다.
상기 각 블랙 매트릭스 상에 형성된 벤조사이클로뷰틴은 상기 블랙 매트릭스를 형성한 레지스트 패턴인 컬러필터 기판이다.
또한, 상기 블랙 매트릭스는 크롬 옥사이드와 크롬(Cr/CrO2)의 2층 구조인 컬러필터 기판이다.
또한, 상기 소정의 색을 띤 컬러필터층은 적, 녹, 청으로 구성된 집단에서 선택된 색인 컬러필터 기판이다.
그리고, 본 발명에서는 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상에 저반사 금속막을 증착하는 단계와; 상기 저반사 금속막 상에 소정의 두께로 감광성 벤조사이클로뷰틴을 증착하는 단계와; 상기 감광성 벤조사이클로뷰틴을 소정의 광원 및 소정의 마스크에 의해 감광시키는 단계와; 상기 감광된 벤조사이클로뷰틴을 제거하여 저반사 금속막의 일부를 노출시키는 단계와; 상기 노출된 저반사 금속막을 제거하여 상기 저반사 금속막을 각각 다수개의 블랙 매트릭스로 형성하는 단계와; 상기 각 블랙 매트릭스 사이에 소정의 색을 가진 잉크를 분사하는 단계를 포함하는 컬러필터 기판 제조방법에 관해 개시하고 있다.
또한, 본 발명에서는 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스 및 노출된 기판을 덮는 감광성 벤조사이클로뷰틴을 증착하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스를 마스크로 하여 상기 기판 하부에서 후면광을 조사하는 단계와; 상기 후면광에 의해 감광된 상기 감광성 벤조사이클로뷰틴을 제거하는 단계와; 상기 각 블랙 매트릭스 사이에 소정의 색을 가진 잉크를 분사하는 단계를 포함하는 컬러필터 기판 제조방법에 관해 개시하고 있다.
이하, 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 상세히 설명한다.
도 5a는 블랙 매트릭스(53) 및 극소수성막(54)을 형성하는 공정을 도시한 도면이다. 본 발명에서는 블랙 매트릭스(53)로 크롬(Cr : 52)과 크롬옥사이트(CrOx: 50)를 적층하여 형성한다. 상기 크롬/크롬옥사이드(52, 50)의 적층구조는 외부 빛에 대한 반사도가 상당히 낮기 때문에 화상의 표현에 있어서 명암비를 높일수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서는 극소수성막(54)으로 감광성 BCB(benzocyclobutene)를 사용한다. 상기 BCB는 평탄도가 뛰어나기 때문에 보호층으로 사용되는 물질이다.
본 발명에서는 상기 감광성 BCB를 사용하여 블랙 매트릭스(53) 패턴 및 극소수성막(54)를 동시에 패터닝할 수 있다. 이는 극소수성막(54)으로 사용되는 BCB가 감광성이기 때문에 포토 레지스트의 역할을 하기 때문이다.
그런데, 종래에는 테프론 재질의 극소수성막을 패터닝하기 위해서 별도의 포토 레지스트공정을 추가하였다.
도 5a에 도시된 공정은 기판(1) 상에 크롬 옥사이드와 크롬 및 BCB를 연속 증착하고 동시에 패터닝하여 블랙 매트릭스 및 극소수성막을 형성하였으나, 식각 도중에 오버행이 발생할 수 있으므로 도 6에 도시된 바와 같이 자기정렬 방식으로 패터닝해도 무방하다.
도 6의 자기정렬 방식을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저 기판(1) 상에 크롬옥사이드 및 크롬막을 연속증착한 후, 블랙 매트릭스(53)를 형성하고, 상기 블랙 매트릭스(53) 상부 및 노출된 기판(1) 전면에 감광 BCB를 증착한다. 이후, 상기 블랙 매트릭스(53)를 마스크로 하여 기판(1) 후면에서 빛을 조사하여 극소수성막(54)을 형성한다.
이후, 도 5b에 도시된 도면에서와 같이 잉크젯 유닛을 이용하여 상기 극소수성막(54) 사이에 잉크를 뿌려준다. 상기 프린팅 방법은 종래의 도 4c와 같기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
극소수성막으로 평가되기 위해서는 상기 젖음각도 θ가 60o이상 되어야 하는데, BCB는 젖음각도(wetling angle : θ)가 60o이상 되기때문에 극소수성막으로 사용할 수 있다.
극소수성이란 물과 친하지 않는 성질을 의미하며, 상기 극소수성막은 극소수성이 좋을수록 잉크젯 유닛을 이용한 컬러필터 제작의 재료로서 우수하다.
즉, 상기 극소수성이 좋아야 적색의 컬러필터층(56)의 잉크가 인접한 녹색의 컬러필터층(58)쪽으로 넘치지 않는다. 상기 극소수성은 매우 중요한 성질로서 컬러필터의 색 얼룩을 방지하는데 중요한 기술이다.
상기 극소수성으로 사용한 BCB는 도 5c에 도시한 도면에서와 같이 제거할 수 있다. 이는 컬러필터를 액정 표시장치의 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 형성할 경우 화소전극으로 사용되는 ITO와 상기 블랙 매트릭스의 크롬(52)과 접촉을 위해서이다.
상기 컬러필터층(60)의 두께 조절을 위해서는 상기 BCB의 두께를 조절함으로써 가능하다. 즉, 상기 극소수성막으로 사용되는 BCB의 두께를 조절함으로써, 컬러필터의 색도를 조절할 수 있다.
즉, 본 발명의 가장 큰 특징은 상기 블랙 매트릭스의 형성시 포토작업에 사용되는 포토레지스트 대신에 감광성 BCB를 사용하여 블랙 매트릭스를 형성하고, 식각 마스크로 사용된 감광성 BCB를 극소수성막으로 바로 사용한다는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예로 컬러필터를 제작할 경우 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 감광성 BCB를 극소수성 물질로 사용하여 별도의 포토 레지스트공정 없이 마스크 작업만으로 블랙 매트릭스와 극소수성막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 필요한 부분에만 적, 녹, 청의 잉크를 사용하고, 별도의 극소수성막을 플로린계 물질을 사용하지 않고 평탄화 막으로 사용되는 BCB를 사용함으로서 재료비를 절감할 수 있는 장점이 있다.
셋째, BCB의 두께를 조절함으로써, 컬러필터의 색도를 조절할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 기판과;
    상기 기판 상에 형성되고 소정의 거리만큼 이격된 다수개의 블랙 매트릭스와;
    상기 각 블랙 매트릭스 상에 형성된 감광성 벤조사이클로뷰틴층과;
    상기 각 블랙 매트릭스 상부 감광성 벤조사이클로뷰틴층 사이에 형성된 소정의 색을 띤 컬러층과;
    상기 컬러층 및 상기 감광성 벤조사이클로뷰틴층을 덮는 투명 도전전극
    을 포함하는 컬러필터 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 블랙 매트릭스 상에 형성된 벤조사이클로뷰틴층은 상기 블랙 매트릭스를 형성한 레지스트 패턴인 컬러필터 기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 크롬 옥사이드와 크롬(Cr/CrO2)의 2층 구조인 컬러필터 기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 색을 띤 컬러필터층은 적, 녹, 청으로 구성된 집단에서 선택된 색인 컬러필터 기판.
  5. 기판을 구비하는 단계와;
    상기 기판 상에 저반사 금속막을 증착하는 단계와;
    상기 저반사 금속막 상에 소정의 두께로 감광성 벤조사이클로뷰틴층을 증착하는 단계와;
    상기 감광성 벤조사이클로뷰틴층을 소정의 광원 및 소정의 마스크에 의해 감광시키는 단계와;
    상기 감광된 벤조사이클로뷰틴층을 제거하여 저반사 금속막의 일부를 노출시키는 단계와;
    상기 노출된 저반사 금속막을 제거하여 상기 저반사 금속막을 각각 다수개의 블랙 매트릭스로 형성하는 단계와;
    상기 각 블랙 매트릭스 사이에 소정의 색을 가진 잉크를 분사하는 단계
    를 포함하는 컬러필터 기판 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 잉크를 뿌리는 단계후 상기 BCB 패턴을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 컬러필터 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 저반사 금속막은 크롬 옥사이드와 크롬(Cr/CrO2)의 적층 구조인 컬러필터 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 잉크의 색은 적, 녹, 청으로 구성된 집단에서 선택된 색인 컬러필터 제조방법.
  9. 기판을 구비하는 단계와;
    상기 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙 매트릭스 및 노출된 기판을 덮는 감광성 벤조사이클로뷰틴층을 증착하는 단계와;
    상기 블랙 매트릭스를 마스크로 하여 상기 기판 하부에서 후면광을 조사하는 단계와;
    상기 후면광에 의해 감광된 상기 감광성 벤조사이클로뷰틴층을 제거하는 단계와;
    상기 각 블랙 매트릭스 사이에 소정의 색을 가진 잉크를 분사하는 단계
    를 포함하는 컬러필터 기판 제조방법.
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