KR0138025B1

KR0138025B1 - Manufacturing method of color filter for liquid crystal display

Info

Publication number: KR0138025B1
Application number: KR1019940018169A
Authority: KR
Inventors: 임대우; 김순식; 조영제
Original assignee: 박홍기; 제일합섬 주식회사
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1998-05-15

Abstract

본 발명은 텔레비젼, 사무 자동화 기기, 컴퓨터 등의 디스플레이로 폭넓은 분야에서 이용되고 있는 액정 디스플레이용 컬러 필터의 제조방법에 관한 것으로, 안료분산 포토레지스트가 도포된 유리 기판 아래에 고반사율을 갖는 광학용 거울을 장착함으로써 거울면의 전반사를 이용하여 기존의 노광방법보다 포토레지스트의 광경화 시간을 단축시킬 수 있고 안정된 화소 패턴을 형성시킬 수 있는 노광방법을 제공하는 한편, 유리 기판 위에 먼저 적, 녹, 청 삼색의 컬러 화소를 형성시키고 나서, 그 위에 흑색 안료분산 포토레지스트를 스핀 코팅하여 얇게 도포한 것을 블랙 매트릭스 패턴 마스크 없이 유리 기판 방향에서 노광을 하고, 리소그래피 공정을 거치는 컬러 필터의 제조방법을 제공함으로써 블랙 매트릭스로 인해 컬러 화소의 개구율이 저하되는 것을 최소화하고 기존의 블랙 매트릭스 형성 공정에 비해 공정을 단순화하여 제조 원가의 절감 등 또 다른 잇점을 제공하는 유용한 발명인 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for manufacturing color filters for liquid crystal displays used in a wide range of fields for displays such as televisions, office automation devices, computers, and the like. By attaching the mirror, the total reflection of the mirror surface can be used to shorten the photocuring time of the photoresist and to form a stable pixel pattern than the conventional exposure method. By forming a blue three-color pixel, by spin-coating a black pigment dispersion photoresist thereon, and applying a thin coating on the glass substrate direction without a black matrix pattern mask, by providing a method for producing a color filter subjected to the lithography process The black matrix reduces the aperture ratio of color pixels. And to minimize useful inventions to provide further advantages such as reduction of manufacturing cost by simplifying the process as compared to conventional black matrix forming process that.

Description

Manufacturing method of color filter for liquid crystal display

제 1 도는 컬러 필터의 단면도1 is a cross-sectional view of the color filter

제 2 도는 일반적인 노광방법을 나타낸 개요도2 is a schematic diagram showing a general exposure method

제 3 도는 본 발명의 노광방법을 나타낸 개요도3 is a schematic diagram showing an exposure method of the present invention.

제 4 도는 본 발명의 블랙 매트릭스 제조를 위한 노광방법과 컬러필터의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an exposure method and a color filter for producing a black matrix of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1 : 유리 기판, 2 : 블랙 매트릭스,1: glass substrate, 2: black matrix,

2A : 흑색 안료분산 포토레지스트, 3 : 안료분산 포토레지스트,2A: black pigment dispersed photoresist, 3: pigment dispersed photoresist,

3R : 적색화소, 3G : 녹색 화소,3R: red pixel, 3G: green pixel,

3B : 청색 화소, 4 : 투명 보호막,3B: blue pixel, 4: transparent protective film,

5 : 아이티오 투명전극, 6 : 마스크,5: ithio transparent electrode, 6: mask,

7 : 광학용 거울.7: optical mirror.

본 발명은 텔레비젼, 사무 자동화 기기, 컴퓨터 등의 디스플레이로 폭 넓은 분야에서 이용되고 있는 액정 디스플레이용 컬러 필터의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a color filter for liquid crystal displays, which is used in a wide range of fields for displays such as televisions, office automation devices, computers, and the like.

일반적으로 액정 디스플레이용 컬러 필터를 제조하는 방법에는 젤라틴 염색법, 전착법, 인쇄법, 안료분산법 등이 있다. 젤라틴 염색법으로 제조한 컬러 필터는 고투과도와 좋은 색 순도를 제공하나, 내열성과 내광성이 약해 컬러 필터의 신뢰성이 떨어지며, 제조 공정이 복잡한데다가 각 공정의 조건이 엄격하게 관리되어야 하고, 또 젤라틴이 금속이온을 함유하고 있어 이 금속 이온이 확산되면 트랜지스터의 특성이 변화되기 때문에 금속 이온의 확산을 방지하기 위해서는 젤라틴 위에 보호막을 입혀야만 하는 문제점이 있다.Generally, the method of manufacturing the color filter for liquid crystal displays includes gelatin dyeing, electrodeposition, printing, pigment dispersion, and the like. The color filter manufactured by gelatin dyeing method provides high transparency and good color purity, but the heat resistance and light resistance are poor, which makes the color filter less reliable, the manufacturing process is complicated, and the conditions of each process must be strictly controlled. Since the ions are contained and the metal ions are diffused, the characteristics of the transistor are changed. Therefore, a protective film must be coated on the gelatin to prevent the diffusion of metal ions.

전착법은 제조 공정이 간단하나, 수율이 낮은 문제점이 있고 전착을 위해서는 전극을 화소 크기로 패턴화해야 하기 때문에 색 배열에 문제점이 따른다.The electrodeposition method is simple in the manufacturing process, but there is a problem in low yield, and the electrode has to be patterned to a pixel size for electrodeposition, which causes a problem in color arrangement.

인쇄법도 제조 공정은 간단하지만, 표면의 평활도를 높이기 위해서는 연마공정이 필요하다. 그리고 균일도가 떨어지고 미세한 패넌을 얻기가 힘들며, 인쇄 잉크가 고점도이기 때문에 외부 입자를 제거하기 위한 잉크의 여과가 어렵다는 단점들이 있다.The printing method also has a simple manufacturing process, but a polishing process is required to increase the smoothness of the surface. In addition, the uniformity is poor and it is difficult to obtain a fine panan, and since the printing ink is high viscosity, it is difficult to filter the ink for removing external particles.

한편, 안료분산법으로 제조한 컬러 필터는 높은 신뢰성과 색 순도를 가지며, 미세한 패턴이 가능해 해상도가 좋고 제조 공정이 간단하다는 등의 장점들이 있어, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 사용되는 컬러 필터의 제조에는 안료분산법이 많이 ㅣ이용되고 있다.On the other hand, the color filter manufactured by the pigment dispersion method has the advantages of high reliability and color purity, fine pattern is possible, high resolution and simple manufacturing process, pigments for the production of color filters used in thin film transistor liquid crystal display Many dispersion methods are used.

안료분산법을 이용한 컬러 필터의 제조방법은 다음과 같다. 먼저 투명한 유리 기판에 크롬 또는 산화크롬을 진공중착시킨다. 그위에 포토레지스트로 감광 패턴을 형성하고 이를 예칭함으로써 블랙 매트릭스를 만든다. 이렇게 블랙 매트릭스가 형성된 유리 기판 위에 안료(적색, 녹색, 청색)를 분산시킨 감광성 수지 조성물(포토레지스트)을 도포하고, 이것을 건조시킨 후 마스크를 대고 자외선을 조사를 한다. 이때 안료분산 포토레지스트 중에서 노광을 받는 부분은 경화가 일어나고 비노광 부분은 경화되지 않는데, 경화되지 않은 포토레지스트는 알칼리 수용액에 녹기 쉽다. 따라서 알칼리 현상액으로 현상한 뒤에 순수로 수세하면 경화된 안료분산 포토레지스트만 남아 패턴이 형성된다. 이와같은 방법을 포토리소그래피 공정이라고 하며, 3회의 반복 작업으로 삼색(적, 녹, 청)의 컬러 화소를 가진 패턴을 만들 수 있다. 패턴형성 공정이 끝나면 표면을 평활하게 하고 화소를 보호하기 위해서 투명 보호층을 도포하고, 그 위에 아이티오(ITO: indium tin oxide)를 중착시켜 전극을 형성시키면 제 1 도에 나타낸 바와 같은 컬러 필터가 완성된다. 이와같이 안료분산법에 의해 제조된 컬러 필터는 염색법에 비해 내열성, 내광성 등의 신뢰성이 우수하고, 인쇄법에 비해 높은 해상도와 평활도를 가지므로 현재 가장 많이 이용되는 방법 중의 하나로 알려져 있다.The manufacturing method of the color filter using the pigment dispersion method is as follows. First, chromium or chromium oxide is vacuum deposited on a transparent glass substrate. A black matrix is formed by forming a photosensitive pattern with photoresist and depositing it thereon. Thus, the photosensitive resin composition (photoresist) which disperse | distributed the pigment (red, green, blue) is apply | coated on the glass substrate in which the black matrix was formed, it is dried, and a ultraviolet-ray is irradiated on a mask. In this case, the exposed portion of the pigment-dispersed photoresist is cured and the unexposed portion is not cured. The uncured photoresist is easily soluble in an aqueous alkali solution. Therefore, after developing with an alkaline developer and washed with pure water, only the hardened pigment dispersion photoresist remains to form a pattern. This method is called a photolithography process, and a pattern having three color (red, green, blue) color pixels can be produced by three iterations. After the pattern forming process is completed, a transparent protective layer is applied to smooth the surface and protect the pixels, and then, by indium tin oxide (ITO) is neutralized thereon to form an electrode, the color filter as shown in FIG. Is completed. Thus, the color filter manufactured by the pigment dispersion method is known as one of the most widely used method because it has excellent reliability of heat resistance, light resistance and the like compared to the dyeing method, and has a high resolution and smoothness compared to the printing method.

본 발명의 목적은 기존의 포토리소그래피 공정 중 노광방법을 개선하여 노광 시간을 짧게 하여도 안정된 화소 패턴을 얻을 수 있게 하는 것이며, 본 발명의 또 다른 목적은 블랙 매트릭스 형성 공정을 개선하여 공정을 간소화하고 블랙 매트릭스로 인해 화소의 개구율(빛이 투과되는 면적 비율)이 저하되는 것을 해결하는 데 있다.An object of the present invention is to improve the exposure method of the existing photolithography process to obtain a stable pixel pattern even with a short exposure time, another object of the present invention is to improve the black matrix forming process to simplify the process This is to solve the problem that the aperture ratio (area ratio through which light is transmitted) of the pixel is lowered due to the black matrix.

종래의 노광 방법은 제 2 도에 나타낸 것과 같이 유리 기판(1)위에 2 마이크로미터 정도의 두께로 도포된 포토레지스트 층(3)위에 마스크(6)를 대고 크세논스은 램프나 고압 수은 등과 같은 광원으로 자외선광을 조사하는 방법을 사용하나, 본 발명에서는 제 3 도에 나타낸 것과 같이 고반사율을 갖는 광학용 거울(7)위에 포토레지스트(3)가 도포된 유리 기판(1)을 올려 놓고 노광하는 방법을 사용하는데, 이 방법은 포토레지스트츠층과 유리 기판을 통과한 자외선광이 광학용 거울면에서 전반사되어 다시 포토레지스트로 조사되도록 하여 광경화를 촉진시키는 것이다. 따라서 기존의 노광방법보다 노광시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 유리 기판에 대한 접착력이 좋은 안정된 화소 패턴을 얻을 수 있다.The conventional exposure method is to place a mask 6 on a photoresist layer 3 coated on the glass substrate 1 with a thickness of about 2 micrometers, as shown in FIG. 2, and xenon is a light source such as a lamp or high pressure mercury. Although a method of irradiating ultraviolet light is used, in the present invention, as shown in FIG. 3, a glass substrate 1 coated with a photoresist 3 is placed on an optical mirror 7 having a high reflectance and exposed. In this method, ultraviolet light passing through the photoresist layer and the glass substrate is totally reflected on the optical mirror surface and irradiated back to the photoresist to promote photocuring. Therefore, not only the exposure time can be shorter than the conventional exposure method, but also a stable pixel pattern having good adhesion to a glass substrate can be obtained.

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하며, 이것이 본 발며을 제한하지는 않는다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which do not limit the present invention.

[실시예 1]Example 1

바인더 수지(벤질메타크릴레이트/메타크릴 산 - 70/30 몰비의 공중합체, 중량 평균 분자량 28,000) 1중량부에 대하여 가교제로 다관능성 아크릴레이트 모노머를 0.5중량부, 광개시제(IRGACURE-907, 시바-가이기사 제품)를 0.5중량부의 조성비를 갖는 포토레지스트를 에틸셀로솔브 아세테이트를 용매로 하여 30% 농도가 되게 제조하였다. 여기에 유기안료와 분산제를 혼합하고, 이를 비드 밀로 고속 분산하여 0.05-0.15 마이크로미터 정도의 입자 크기를 갖는 안료분산 포토레지스트를 제조하였다. 깨끗하고 투명한 유리 기판 위에 안료 분산 포토레지스트를 스핀 코팅하여 2 마이크로미터 정도의 두께로 도포하였다. 이를 80℃에서 5분간 건조하고 나서 광학용 거울 위에 얹고, 그 위에 패턴 마스크를 대고 크세논-수은 램프로 노광을 하였다.0.5 weight part of polyfunctional acrylate monomers and a photoinitiator (IRGACURE-907, Ciba-) with a crosslinking agent with respect to 1 weight part of binder resins (benzyl methacrylate / methacrylic acid-copolymer of 70/30 molar ratio, weight average molecular weight 28,000). Gaigi Co., Ltd.) was prepared in a photoresist having a composition ratio of 0.5 parts by weight to 30% concentration using ethyl cellosolve acetate as a solvent. An organic pigment and a dispersant were mixed therein, and the pigment was dispersed in a bead mill at high speed to prepare a pigment dispersion photoresist having a particle size of about 0.05-0.15 micrometers. The pigment dispersion photoresist was spin-coated on a clear transparent glass substrate and applied to a thickness of about 2 micrometers. It was dried at 80 DEG C for 5 minutes and then placed on an optical mirror, and a pattern mask was placed thereon and exposed with a xenon-mercury lamp.

위의 실시예와 같은 안료분산 포토레지스트를 사용하고 기존의 노광방법대로 광학용 거울 없이 노광을 하여 그 결과를 실시예와 비교하였다(표 1).The pigment dispersion photoresist was used as in the above example, and the exposure was performed without the optical mirror according to the conventional exposure method, and the results were compared with the example (Table 1).

한편, 기존의 블랙 매트릭스 제조 공정은 유리 기판에 크롬 또는 산화크롬을 진공중착한 후, 그 위에 포토레지스트로 감광 패턴을 뜨고 이를 애칭하는 방법을 택하고 있는데, 이 방법은 차광율 및 해상도는 양호한 반면에 고가의 중착 설비가 필요하며 공정이 복잡하고 제조 단가가 비싸다는 단점이 있다. 또다른 방법으로는 고감도의 감광성 수지에 흑색 안료를 분산한 포토레지스트를 유리 기판 위에 도포한 뒤, 포토리소그래피 공정으로 블랙 매트릭스를 제조하는 방법이 있으나, 이러한 방법들은 먼저 블랙 매트릭스를 형성시키고 난 뒤 컬러 화소를 적층하기 때문에 화소의 가장자리가 블랙 매트릭스와 겹치게 되고, 따라서 백라이트의 빛이 이 부분에서는 차단되기 때문에 화소의 개구율이 떨어지는 문제점이 있다.On the other hand, the conventional black matrix manufacturing process is a method of vacuum-depositing chromium or chromium oxide on a glass substrate, and then floating a photosensitive pattern with a photoresist thereon and nicking it. Expensive heavy-duty installation is required, and the process is complicated and the manufacturing cost is high. Another method is to apply a photoresist in which a black pigment is dispersed in a highly sensitive photosensitive resin onto a glass substrate, and then prepare a black matrix by a photolithography process. Since the pixels are stacked, the edges of the pixels overlap with the black matrix, and thus the aperture ratio of the pixels is lowered because the light of the backlight is blocked at this portion.

현재 액정 모듈의 상대적으로 낮은 광투과율의 증가를 위해서는 개구율의 증가, 편광판의 반사율 감소, 컬러 필터의 투과도 개선, 저전압 액정 구동 등의 기술이 요구되는데, 개구율의 증가는 블랙 매트릭스 배열의 개선으로도 도모할 수 있다.In order to increase the relatively low light transmittance of the liquid crystal module, it is necessary to increase the aperture ratio, decrease the reflectance of the polarizer, improve the transmittance of the color filter, and drive the low voltage liquid crystal. can do.

본 발명에서는 제 4 도에 도시되어 있는 바와 같이, 이미 형성된 적, 녹, 청 삼색의 화소 사이에 블랙 매트릭스를 채우는 방법을 사용하는 바, 즉, 유리 기판(1)위에 먼저 적, 녹, 청의 화소 패턴(3R, 3G, 3B)을 각각 형성시키고 난 뒤, 흑색 안료를 분산한 감광성 수지(2A)를 스핀 코팅하여 얇게 도포한다. 이를 건조하여 흑색 감광성 수지에 포함된 유기용제를 제거하고 나서 제 4 도(가)에 나타낸 방법대로 유리 기판 방향에서 노광을 하게 되는 것이다.In the present invention, as shown in FIG. 4, the method of filling the black matrix between the red, green, and blue three-colored pixels already formed, that is, the red, green, and blue pixels on the glass substrate 1 first. After the patterns 3R, 3G, and 3B are formed, the photosensitive resin 2A in which the black pigment is dispersed is spin-coated to apply a thin layer. After drying, the organic solvent contained in the black photosensitive resin is removed, and then exposure is performed in the glass substrate direction as shown in FIG.

이때, 블랙 매트릭스의 패턴 마스크가 필요없으며, 적, 녹, 청의 컬러 화소 위에도 얇게 덮여 있을 흑색 포토레지스트는 경화되지 않고 화소 사이의 흑색 포토레지스트만 경화될 정도의 광량을 조사하여야 한다.In this case, the black matrix pattern mask is not required, and the black photoresist that is to be covered evenly on the red, green, and blue color pixels should not be cured, but should be irradiated with an amount of light such that only the black photoresist between the pixels is cured.

노광을 한 뒤 리소그래피 공정을 거치면 제 4 도(나)와 같은 컬러 필터가 만들어지는데, 이러한 블랙 매트릭스 제조방법으로 제작한 컬러 필터는 도면에 나타나 있는 것과 같이 블랙 매트릭스로 인해 컬러 화소가 가려지는 부분이 전혀 없기 때문에 개구율의 향상을 기대할 수 있으며, 또한 기존의 방법보다 제조 공정이 간단하며, 제조 단가를 낮출 수 있는 잇점이 있다.After the exposure, the lithography process produces a color filter as shown in FIG. 4 (b). As shown in the drawing, the color filter is blocked by the black matrix as shown in the drawing. Since there is no at all, improvement of an aperture ratio can be expected, and also a manufacturing process is simpler than the existing method, and there exists an advantage that manufacturing cost can be reduced.

Claims

The pigment dispersion photoresist 3 is applied onto the glass substrate 1 having the black matrix 2 formed thereon, dried, and then exposed to ultraviolet irradiation with a mask 6, followed by development with an alkaline developer and washing with pure water. After forming a pattern through a photolithography process, a transparent protective film 4 is applied and an Ithio transparent electrode 5 is formed thereon to produce a color filter for a liquid crystal display. ) Is applied to a glass substrate (1) coated with an optical mirror (7) having a high reflectance, to perform exposure.