KR20070077677A - 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법 및 컬러필터기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉크젯 프린팅법에 의해 액정표시장치의 컬러필터 구현 시에 상기 컬러필터 간에 단차를 조절하면서 평탄화하는 방법에 관한 것으로서, 잉크젯 프린팅법에 의해 분사되어 형성된 컬러필터를 압축롤러를 이용하여 각각 일정한 단차를 가지도록 평탄화하여 제조함을 특징으로 한다. 이를 위하여 본 발명은, 상기 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 기판위에 블랙매트릭스 격벽을 형성하는 과정과, 상기 블랙매트릭스 격벽 사이의 화소 영역 상에 컬러 잉크를 분사하여 다수의 컬러필터를 형성하는 과정과, 상기 다수의 컬러필터 상호간에 일정한 높이 차이가 발생하는 평탄화를 수행하는 과정을 포함한다. 또한 본 발명은, 기판위에 일정 간격 이격되어 형성된 블랙매트릭스 격벽과, 상기 블랙매트릭스 격벽 사이에 형성된 다수의 컬러필터를 포함하고 상기 다수의 컬러필터는 색깔별로 높이가 다르며 동일 색깔의 컬러 필터는 높이가 동일하게 평탄화된 것을 특징으로 한다.

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Description

액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법 및 컬러필터기판{Flatness Method with height gap of color filter in TFT-LCD and color filter board}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 단차 평탄화에 의해 컬러필터기판이 형성되는 모습을 도시한 그림.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 단차 평탄화가 이루어지는 과정을 도시한 그림.

도 3은 단차를 가지면서 평탄화 된 모습을 도시한 그림.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압축롤러의 외관을 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압축판의 외관을 도시한 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

21: 유리기판　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 22: 블랙매트릭스 격벽

23: 컬러필터　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 24: 압축롤러

25: 압축바

본 발명은 잉크젯 프린팅법에 의해 액정표시장치의 컬러필터 구현 시에 상기 컬러필터 간에 단차를 조절하면서 평탄화하는 방법에 관한 것으로서, 잉크젯 프린팅법에 의해 분사되어 형성된 컬러필터를 압축롤러를 이용하여 각각 일정한 단차를 가지도록 평탄화하여 제조함을 특징으로 한다.

TFT-LCD와 같은 액정표시장치에서 구현되는 컬러 화면은, Back Light(B/L)의 백색광의 투과율을 조절하는 TFT와, 액정 셀(cell)의 동작과, Red/Green/Blue의 컬러필터(C/F; Color Filter)기판을 투과해 나오는 3원색의 가법 혼색을 통하여 이루어진다. 상기 컬러필터기판을 형성시키는 종래 방법으로는 전착법, 인쇄법, 염색법, 분산법, 잉크젯 프린팅법 등이 있는데, 상기 전착법은 ITO가 부착된 유리기판을 전착조에 놓고 전기영동법을 이용하여 착색투광층을 형성하는 수법으로서 평활성 측면에서는 열세인 기술에 속하나 염색법 다음으로 많이 실용화되고 있으며 주요 문제점으로는 공정의 복잡성 및 양산시 프로세스(process)의 관리가 어려운 단점이 있다. 상기 인쇄법은 유기 비어클(vehicle)에 안료를 분산시킨 잉크를 글라스기판 위에 축차 인쇄하여 블랙 매트릭스 및 R,G,B 패턴을 형성하는 수법으로서 막형성과 패터닝(PATTERING)이 동시에 행하여지므로 비용 절감을 얻을 수 있으나, 대형 TV 등의 고품위 그래픽에는 부적당한 제조 기법인 단점이 있다.

반면에, 상기 잉크젯 프린팅법은 사진식각(photolithography) 제작된 블랙매트릭스 격벽 내에 잉크를 채워 넣는 방식으로서, 잉크젯 프린팅법을 이용한 컬러필 터기판 제작 기술은 컬러필터 제작 공정을 단순화시켜 제조비용(cost)을 낮출 수 있으며, 아울러 고품위 그래픽 구현이 용이한 특징을 가져 차세데 혁신기술로 각광받고 있다.

그런데, 상기 유기 블랙매트릭스(BM; Black Matrix) 격벽 내에 잉크를 채워 넣는 잉크젯 프린팅법은, 화소(pixel) 내부 균일도 불량, 유기 BM위에 RGB 잉크의 오버플로우, 혼색 등의 문제를 가지고 있었다. 특히, 상기 화소 내부의 균일도 불량 문제는 결국 컬러필터(C/F) 평탄화 불량으로 배향막 인쇄 불량, 액정 구동 이상 등의 문제를 일으킬 수 있게 된다.

상기와 같은 평탄화 문제를 해결하기 위하여 제안되는 방법 중의 하나가 전면 연마를 통해 전체 표면을 평탄화 시키는 것이나, 이러한 경우 R,G,B 컬러필터가 모두 동일 높이를 가지게 되어 감마 커브에 근접한 시인성 최적화를 위한 B>G>R 두께 단차를 유지하는 것이 어렵게 되고, 또한 연마 전/후의 분광 특성 관리, Glass 얼룩 발생 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 종래에는 컬러필터 전체를 일괄되게 연마하여 단차없는 평탄화 작업이 이루어지도록 하였으나, 본 발명에서는 각 컬러필터마다 단차를 가지면서 평탄화가 이루어지도록 함을 목적으로 한다. 또한 상기와 같이 각 컬러필터마다 단차를 갖는 평탄화가 이루어지도록 하기 위하여 소정의 압축롤러를 이용하여 구현함을 특징으로 한다.　

상기 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 기판위에 블랙매트릭스 격벽을 형성하는 과정과, 상기 블랙매트릭스 격벽 사이의 화소 영역 상에 컬러 잉크를 분사하여 다수의 컬러필터를 형성하는 과정과, 상기 다수의 컬러필터 상호간에 일정한 높이 차이가 발생하는 평탄화를 수행하는 과정을 포함한다. 또한 본 발명은, 기판위에 일정 간격 이격되어 형성된 블랙매트릭스 격벽과, 상기 블랙매트릭스 격벽 사이에 형성된 다수의 컬러필터를 포함하고 상기 다수의 컬러필터는 색깔별로 높이가 다르며 동일 색깔의 컬러 필터는 높이가 동일하게 평탄화된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 보다 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 잉크젯 프린팅기법의 컬러필터기판 전체 제조 공정을 차례로 나타낸 그림이다.

액정표시장치 용도의 유리기판(11)상에 차광용 블랙매트릭스 격벽(12)을 2000~4000옹스트롬 정도 두께의 유기물을 사진식각(photolithography) 공정에 따라 패터닝하여 형성한다. 그 후 블랙매트릭스 격벽 사이의 화소 영역에 R컬러, G컬러, B컬러 잉크를 각각 분사하여 각각의 컬러필터(13)를 도 1(a)와 같이 형성한다. 상 기 블랙매트릭스 격벽(12) 사이에 형성되는 컬러필터는, 80~110도의 핫 플렛트에서 90초동안 베이크(Bake)를 거쳐 표면을 경화시킨다. 상기 표면 경화 과정을 진행하는 이유는, RGB 평탄화를 위해 압축롤러로 컬러필터의 표면을 누르는 작업이 진행될 시에, 잉크가 상기 압축롤러에 전이되는 것을 막지 위해 적당한 온도와 시간(예컨대, 80~110?에서 90초 동안)으로 베이킹(baking)하여 컬러필터 표면을 경화시키는 것이다. 이때 후속 압축 공정에 문제가 없는 경우 표면 경화 공정은 생략될 수 있다.

상기와 같이 R, G, B 컬러필터에 대한 표면 경화 작업이 완료된 후에는, 상기 컬러필터가 단차를 갖도록 압축롤러를 이용한 평탄화 작업을 진행한다. 종래에는 컬러필터 전체를 일괄되게 연마하여 단차없는 평탄화 작업이 이루어졌으나, 본 발명에서는 압축롤러에 의해 각 컬러필터마다 높이가 다른 단차를 갖도록 도 1(b)와 같이 평탄화 작업이 이루어지는 것이다.

상기와 같이 단차를 갖는 평탄화 작업이 완료된 후에는 블랙매트릭스 격벽(12;BM)과 컬러필터(13)를 외부 충격에서 보호하기 위해 표면 경도가 높고 광 투과성이 우수한, 예를 들어 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 등의 투명수지를 0.5~3㎛ 정도의 두께로 형성한 후 핫 플레트 150~120도에서 5분 동안 가열하여 도 2(c)와 같이 보호막(14;Over Coat Layer)을 형성한다. 그 후 상기 보호막(14)의 전표면상에 액정 구동을 위한 전압이 인가되는 ITO의 투명 전극막(15)을 500~1300옹스트롬 정도의 두께로 형성하여 컬러필터기판을 완성한다.

결국, 본 발명은 상기 도 1과 같은 과정을 거쳐 잉크젯 프린팅 기법의 컬러필 터기판이 완성되는데, 특히, 본 발명은 전체 연마에 의해 평탄화 작업이 이루어지는 종래기술과 달리, 특히, 도 1(b)와 같이 R,G,B 색깔별로 각 컬러 필터의 높이가 다른 단차를 가지면서 평탄화 작업이 이루어진다. 즉, 본 발명은 잉크젯 프린팅법으로 RGB 각 컬러 필터의 단차를 조절하면서 컬러필터 표면을 평탄화할 수 있다. 이에 의해 포토리소그래픽법으로 제조한 컬러필터기판 이상의 시인성을 확보함과 동시에 컬러필터 이후에 진행되는 공정에서 공정 마진을 충분히 확보할 수 있다.

본 발명의 상기와 같은 기술적 특징이 명확히 나타나도록 컬러필터 간에 단차를 가지면서 평탄화가 이루어지는 작업 과정을 도 2와 함께 좀 더 상세히 설명한다.　

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 컬러필터가 압축롤러에 의해 단차를 갖도록 평탄화가 이루어지는 과정을 자세히 도시한 흐름도이다.

우선, 화소가 형성되는 화소영역 이외의 경계 역할을 하도록 유리기판(21) 위에 사진식각(photolithography) 등으로 패터닝한 블랙매트릭스 격벽을 형성(S21)한다. 즉, Cr 등의 금속막 또는 흑색수지(black resin)막 등의 소정의 재료를 유리기판 위에 일정 두께로 도포한 후, 포토마스크를 이용하여 자외선(UV)에 노광시켜 도 2(a)와 같이 블랙매트릭스 격벽(22)을 형성한다. 상기 블랙매트릭스 격벽(22)은 액정표시장치의 박막트랜지스터, 게이트배선, 및 데이터배선 영역으로 빛이 새지 않게 하여 콘트라스트 비를 높이는 블랙메트릭스 역할을 수행한다.

상기 블랙매트릭스 격벽(22)에 형성에 사용되는 재질로는, 블랙매트릭스 격벽 사이의 화소 영역에 분사되는 잉크에 대해서 반발력이 높은 재질을 사용한다. 상기와 같이 블랙매트릭스 격벽 재질을 잉크에 대해 반발력이 높은 재질로 사용하는 이유는, 잉크가 분사되어 형성되는 컬러필터를 블랙매트릭스와의 반발력을 원인으로 하여 오목형태를 갖도록 하기 위함이다. 따라서 본 실시 예에서는 유기물의 블랙매트릭스(BM)를 사용한다.

상기 도 2(a)와 같이 블랙매트릭스 격벽을 형성한 후에는 소정의 잉크를 블랙매트릭스 격벽(22) 사이의 화소 영역에 분사하여 도 2(b)와 같은 RGB 컬러필터(23)를 형성한다. 즉, 블랙 매트릭스 격벽 사이의 투명한 개구부로 정의되는 화소영역에 잉크젯 프린팅법에 의해 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 잉크를 주입하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터(23)를 형성하는 것이다.

상기 컬러필터(23)는, RGB 각각의 컬러 잉크를 소정의 배열(예컨대, stripe 배열, mosaic 배열, delta 배열)에 따라 블랙매트릭스 사이의 화소 영역에 분사하여 형성하는 것이다. 상기 잉크젯 분사 방식은 서멀(Thermal) 방식과 피에조(Piezoelectric) 방식의 분사 방식이 있다. 상기 피에조 방식의 경우 잉크젯 분사장치에 의해 이루어지는데, 상기 잉크젯 분사장치는 분사시키고자하는 잉크가 담긴 용기와, 이 용기로부터 잉크를 외부로 분사시키기 위한 잉크젯 헤드로 구성된다.

상기 도 2(b)와 같이 컬러필터(23)가 형성된 후에는, 도 2(c)와 같이 핫 플렛트(hot plate)에서 일정 시간 동안 베이크(Bake)시켜 표면 경화를 진행시키는 과정을 가진다. 상기 표면 경화 과정을 진행하는 이유는, RGB 평탄화를 위해 압축롤러로 컬러필터(23)를 누를 시에 잉크가 상기 압축롤러에 전이되는 것을 방지하기 위 하여 베이크(bake) 과정을 갖는 것이다.

상기 표면 경화 과정을 완료한 후에는, 도 2(d)와 같이 상기 컬러필터(23)들 간에 단차를 가진 채로 평탄화가 이루어지도록 압축롤러(24)를 이용한 평탄화 작업을 진행한다. 상기 단차를 갖는 평탄화 작업은 압축롤러(24)에 의해 이루어지는데, 상기 압축롤러의 표면은 상기 컬러필터에 접착하여 압축시키는 높이가 각각 다르도록 패터닝되어 설계된 압축바(25)를 구비한다. 즉, 각 컬러필터(23) 간에 단차가 발생하도록 압축롤러의 각 압축바(25; R압축바,G압축바,B압축바)의 높이를 각각 다르게 패터닝하는 것이다. 예를 들어, 컬러필터(23)의 높이를 R<G<B 단차가 나도록 구현하기 위해서는, 압축롤러의 압축바(25) 높이를 R>G>B 순서대로 구현하는 것이다. 또한, 이때 유리기판 위에 형성된 각각의 컬러필터(23)와 이에 대응하는 압축바(25)를 정밀하게 정렬하여 RGB 색깔 별로 원하는 높이의 컬러필터(23)를 얻는다. 상기와 같이 압축롤러에 의해 단차를 갖는 평탄화가 이루어진 컬러필터의 단면도 그림을 도 2(e)에 도시하였다. 결국, 상기 도 2의 과정을 거쳐서, 컬러필터기판은 R,G,B 컬러필터를 포함하는 각 단위 화소 내에서 R,G,B 색깔별로 원하는 높이를 가지는 컬러필터가 제조되며, 컬러필터기판의 표시 영역 전체에 걸쳐서 이러한 높이가 다른 컬러필터가 도 3과 같이 반복적으로 균일하게 분포하게 되어 단차가 조절된 평탄화가 이루어지게 된다. 이때 컬러필터기판에서 각각의 R컬러필터 간에는 동일한 높이를 가지는 것이 바람직하다. 마찬가지로 컬러필터기판에서 각각의 G컬러필터 간에는 동일한 높이를 가지는 것이 바람직하며, 각각의 B컬러필터 간에는 동일한 높이를 가지는 것이 바람직하다.

상기 도 3과 같이 각 컬러필터의 높이가 R<G<B 순서대로 높이 차가 발생하게 됨으로써, 액정표시장치의 시인성이 향상될 수 있다. 일반적으로 RGB 컬러필터로 구현되는 디스플레이 장치의 경우, R<G<B 높이 차가 발생할수록 시인성이 향상되기 때문에 본 발명에 따라 R,G,B 컬러필터의 높이에 차이를 두면서 평탄화를 수행함으써, 시인성 향상을 도모할 수 있다.　　

한편, 상기 도 2d에서 상기 압축롤러(24)의 모습을 단순 평면화하여 도시하였는데, 압축롤러의 실제 구현 모습은 도 4와 같이 원통형의 모습을 가진다. 원통형으로 된 압축롤러(24)의 표면을 따라, 블랙매트릭스 격벽 사이에 형성된 컬러필터를 누르는 압축바(25a,25b,25c)가 각각 높이를 다르게 하여 패터닝 형성된다. 즉, 상기 압축바는 R컬러필터 누르는 R압축바(25a), G컬러필터를 누르는 G압축바(25b), B컬러필터를 누르는 B압축바(25c)가 높이를 달리하여 압축롤러(24)의 표면 상에 반복 형성된다. 상기 R압축바(25a), G압축바(25b), B압축바(25c) 사이의 각 간격(41,42,43)은 유리기판위의 블랙매트릭스 격벽 사이에 형성된 컬러필터를 각각 정확히 누를 수 있도록 유리기판 위에 형성된 컬러필터간의 간격과 동일한 간격으로 형성되어야 한다.

또한, 상기와 같이 압축롤러로 컬러필터의 평탄화를 진행할 수 있는데, 본 발명의 다른 실시 예로서 도 5에 도시한 압축판(51)을 이용하여 본 발명을 구현할 수 있다. 압축롤러 표면에 형성되는 압축바의 간격이 컬러필터간의 간격과 동일하게 하도록 하기 위하여 마이크로 미터 단위의 간격을 가지도록 해야 하는데, 압축롤러 에 압축바를 구현할 시에 그 제조에 어려움이 있을 수 있다. 따라서 도 5에 도시한 압축판(51)을 이용하여 컬러필터의 평탄화를 수행한다. 상기 압축판에는 길이를 달리하는 R,G,B 압축바가 반복적으로 형성되어 있다.

한편, 상기 압축롤러(24)나 압축판(51)의 표면에 패터닝되는 압축바의 내부는 압축힘이 전달될 수 있도록 금속 등의 강성 물질로 구현되며, 압축바의 표면 재질로는 RGB 잉크와의 관계를 고려하여 표면장력이 낮은 재질(예컨대, silicon 고무)이 사용된다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 잉크젯 프린팅법에 의해 액정표시장치의 컬러필터를 구현함에 있어서 각 색깔별 컬러필터의 높이가 다른 단차를 가지면서 평탄화가 이루어지는 방법을 제시함으로서, 종래의 전면 연마에 의한 평탄화 시에 발생되는 시인성 부적합, 유리기판의 얼룩 발생 문제 등을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 기판위에 블랙매트릭스 격벽을 형성하는 과정과,

   상기 블랙매트릭스 격벽 사이의 화소 영역 상에 컬러 잉크를 분사하여 다수의 컬러필터를 형성하는 과정과,

   상기 다수의 컬러필터 상호간에 일정한 높이 차이가 발생하는 평탄화를 수행하는 과정

   을 포함하는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 압축작업을 수행하기 전에 상기 컬러필터를 일정 온도에서 베이킹(baking)하여 컬러필터의 표면 경화를 수행하는 과정을 포함하는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 다수의 컬러필터 상호간에 일정한 높이 차이가 발생하도록 하는 것은, 각 컬러필터마다 압축작업이 수행되어 각 컬러필터 사이에 단차를 발생시키는 과정을 포함하는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 격벽은 블랙매트릭스 격벽 사이에 분사되는 잉크와 반발력이 높은 재료를 포함하는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 압축작업은 각 컬러필터의 표면을 압축할 수 있는 압축롤러 및 압축판에 의해 이루어지는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 압축롤러 및 압축판은 각 컬러필터 간에 높이 단차가 발생하도록 길이를 달리하는 압축바를 상기 압축롤러 및 압축판의 표면에 다수개 포함하는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 압축바는 상기 컬러필터를 밀착 압착하기 위하여 표면장력이 낮은 재질을 포함하는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 압축바는 단차 평탄화시에 해당 상응하는 컬러필터의 높이와 반비례하는 길이를 가지는 액정표시장치의 컬러필터를 제조하는 방법.
9. 액정표시장치의 컬러필터기판으로서,

   기판위에 일정 간격 이격되어 형성된 블랙매트릭스 격벽과,

   상기 블랙매트릭스 격벽 사이에 형성된 다수의 컬러필터를 포함하고 상기 다수의 컬러필터는 색깔별로 높이가 다르며 동일 색깔의 컬러 필터는 높이가 동일하게 평탄화된 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
10. 제9항에 있어서, 상기 블랙매트릭스 격벽은 블랙매트릭스 격벽 사이에 분사되는 잉크와 반발력이 높은 재료를 특징으로 하는 컬러필터기판.
11. 제9항에 있어서, 상기 컬러필터는 R<G<B 순서로 높이 차이가 나도록 평탄화 됨을 특징으로 하는 컬러필터기판.

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