KR101799528B1

KR101799528B1 - 오프 셋 인쇄용 블랙매트릭스용 잉크 및 이용한 컬러필터 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR101799528B1
Application number: KR1020100048539A
Authority: KR
Inventors: 김병걸; 김진욱
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2017-11-20
Also published as: KR20110129103A; US8763530B2; CN102260437B; CN102260437A; US20110290138A1

Abstract

본 발명은, 기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치를 이용하여 기판상에 블랙매트릭스를 형성하기 위해 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크에 있어서, 유기안료와; 바인더와; 열가교성 모노머; 100℃이상의 고비점을 갖는 프린팅 솔벤트와; 100℃미만의 저비점을 갖는 캐리어 솔벤트와; 첨가제를 포함하는 블랙매트릭스 형성용 잉크 및 이를 이용하여 오프(off)-셋(set) 인쇄법에 의해 블랙매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법을 제공한다.

Description

오프 셋 인쇄용 블랙매트릭스용 잉크 및 이용한 컬러필터 기판의 제조 방법{Black matrix material for off-set printing apparatus and method of fabricating color filter substrate using the same}

본 발명은 블랙매트릭스에 관한 것으로, 더욱 상세히는 오프(off)-셋(set) 인쇄장치 장치를 통한 프린팅이 가능한 블랙매트릭스 형성용 잉크 및 이를 이용한 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 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 전극이 형성되어 있는 면을 마주보도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정을 주입한 후, 합착함으로써 각 기판에 형성된 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 구성에 대해 설명하면, 도시한 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 제 1 투명기판(12) 및 이의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막 트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.

또한 이와 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 제 2 투명기판(22) 및 이의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 둘러싸는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자형태의 블랙매트릭스(25) 내측으로 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 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 마련되어 있다.

그리고 도면상에 명확하게 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제 등으로 봉함된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 부착된다.

더불어 액정패널 배면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(Tr)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, 전술한 구성을 갖는 액정표시장치는 수회의 마스크 공정을 진행하여 제조되고 있다.

즉, 어레이 기판에는 박막트랜지스터와 게이트 및 데이터 배선 및 화소전극을 형성해야 하며, 컬러필터 기판에는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴과 블랙매트릭스를 형성해야 한다.

이러한 구성요소들은 특정 형태를 가지므로 패터닝이 되어야 한다. 이때, 특정 형태를 갖도록 패터닝을 하기 위해서 마스크 공정을 진행하고 있다.

마스크 공정이라 함을 포토리소그래피 공정을 의미하며 패터닝하기 위한 물질층을 기판 상에 형성한 후, 그 상부에 감광성 특성을 갖는 포토레지스트층의 형성, 빛의 투과영역과 차단영역을 갖는 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트층의 현상, 현상되고 남은 포토레지스트 패턴을 이용한 상기 물질층의 식각, 포토레지스트 패턴의 스트립 등 일련의 복잡한 단위공정을 포함한다.

1회의 마스크 공정을 진행하기 위해서는 각 단위 공정 진행을 위한 단위 공정 장비와 각 단위 공정 진행을 위한 재료를 필요로 하며 나아가 각 단위 공정 장비를 통한 각 공정 진행 시간이 필요로 되고 있다.

그러므로 마스크 공정은 전술한 바와 같이 다수의 단위공정을 진행해야 하므로 마스크 공정을 많이 진행할수록 액정표시장치의 제조 비용을 상승시키며, 단위 시간당 제조 시간을 상승시키는 요인이 되고 있다.

통상적으로 어레이 기판은 5마스크 또는 4마스크 공정에 의해 제조되고 있으며, 컬러필터 기판의 경우 4마스크 공정에 의해 제조되고 있다.

따라서, 액정표시장치의 각 제조사들은 액정표시장치의 제조 비용 저감 및 생산성 향상을 위해 많은 노력을 하고 있으며, 특히 액정표시장치의 마스크 공정수 저감을 위해 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.

하지만, 액정표시장치를 구성하는 구성요소 중 하나인 블랙매트릭스의 경우, 여전히 마스크 공정을 통해 형성되고 있으므로 종래의 액정표시장치는 여전히 제조 공정에 있어서 단위 시간당 생산성 향상 및 비용저감을 위해 추가적인 마스크 공정 저감이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치에 있어 빛샘방지 역할을 하는 주요 구성요소인 블랙매트릭스를 마스크 공정없이 인쇄장치를 이용한 인쇄법에 의해 기판 상에 형성하는 것을 제안함으로써 마스크 저감에 의한 제조 비용 저감 및 생산성을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.

나아가 오프(off)-셋(set) 인쇄법에 따른 형성에 적합한 블랙매트릭스를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크는, 기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치를 이용하여 기판상에 블랙매트릭스를 형성하기 위해 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크에 있어서, 유기안료와; 바인더와; 열가교성 모노머; 100℃이상의 고비점을 갖는 프린팅 솔벤트와; 100℃미만의 저비점을 갖는 캐리어 솔벤트와; 첨가제를 포함한다.

상기 블랙매트릭스 형성용 잉크는 상기 블랭킷에 코팅시에는 액체 상태를 유지하고, 상기 블랭킷에서 상기 클리체 또는 상기 기판에 전사시키는 오프(off)-셋(set) 인쇄 시에는 겔(gel) 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기안료는 45중량% ~ 55중량%, 상기 바인더는 5중량% 내지 10중량%, 상기 열가교성 모노머는 2중량% 내지 5중량%, 상기 캐리어 솔벤트는 30중량% 내지 44중량%, 상기 프린팅 솔벤트는 2중량% 내지 10중량%, 상기 첨가제는 2중량% 내지 5중량%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프린팅 솔벤트는 분산성(dispersion term)이 극성(polar term)보다 큰 값을 갖는 물질이며, 이때 상기 분산성(dispersion term)이 극성(polar term)보다 큰 값을 갖는 물질은 Propylene Carbonate, Ethylene glycol, Tetraethylene glycol, Tripropylene glycol, glycerol 중 어느 하나인 것이 특징이다.

또한, 상기 캐리어 솔벤트는, 용해성은 높으면서 흡수율은 낮은 물질인 MEK(Methyl Ethyl Ketone), Methanol 및 Ethanol 중 어느 하나인 것이 특징이다.

또한, 상기 유기안료는 카본블랙이며, 상기 바인더는 Acrylate 계열의 물질로서 10,000 내지 25,000 정도의 중량 평균분자량을 갖는 고분자 물질이며, 상기 열가교성 모노머는 vinyl group을 포함하고 있는 Pentaerythritol triacrylate이며, 상기 첨가제는 Si계열의 계면활성제와 분산향상제로서 폴리에스터 수지를 포함하는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 액정표시장치용 기판의 제조 방법은, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항 기재에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용하여 블랙매트릭스를 형성하는 것을 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법에 있어서, 기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치의 상기 스테이지 상에 상기 기판을 안착시키는 단계와; 상기 블랭킷 전면에 액체 상태의 상기 블랙매트릭스 형성용 잉크를 코팅하여 겔(gel) 상태의 블랙 잉크층을 형성하는 단계와; 오프(off) 인쇄를 진행하여 상기 겔(gel) 상태를 이룬 상기 블랙 잉크층과 상기 클리체와 접촉하도록 하여 일부를 전사시킴으로써 상기 블랭킷 상에 특정 형태를 갖는 블랙 잉크패턴만이 남도록 하는 단계와; 셋(set) 인쇄를 진행하여 상기 블랭킷 상에 남아있는 블랙 잉크패턴을 상기 기판에 전사시키는 단계와; 상기 블랙 잉크패턴이 인쇄된 상기 기판에 소성공정을 진행하여 상기 블랙 잉크패턴을 경화시킴으로써 다수의 개구를 갖는 격자형태의 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 블랙매트릭스 상부로 상기 블랙매트릭스와 가장자리가 중첩하며 순차 반복되는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 구비한 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 컬러필터층 상부로 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하거나 또는 투명 도전성 물질로서 투명전극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크는 특정 성분이 포함되어 인쇄 장치의 롤 상의 블랭킷에 코팅 시 상태와 오프(off)-셋(set) 인쇄 시의 상태가 이원화됨으로서 코팅성과 전사성이 향상되어 인쇄 불량을 억제하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용하여 인쇄 장치를 이용한 오프(off)-셋(set) 인쇄법에 의해 블랙매트릭스를 형성하는 것을 포함하여 액정표시장치를 제조함으로써 종래 대비 1회의 마스크 공정을 저감시킴으로서 공정 단순화를 통한 단위 시간당 생산성을 향상시키고, 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2는 종래 및 본 발명에 따른 전도성 잉크의 프린팅 진행 시간별 상태를 나타낸 그래프.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 프린팅 단계를 포함하는 어레이 기판의 제조 단계별 공정도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 블랙매트릭스를 인쇄장치를 이용한 오프-셋 인쇄법에 의해 형성하는 것을 제공하여 다수의 단위공정을 포함하는 마스크 공정 진행없이 기판 상에 원하는 패턴형태를 갖도록 블랙매트릭스를 형성함으로써 제조 비용을 저감시키고 단위시간당 생산성을 향상시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 오프(off)-셋(set) 인쇄법을 이용하여 블랙매트릭스를 형성하기 위해서는 전사성 및 코팅성의 문제로 특성 성분을 포함하는 블랙매트릭스 형성용 잉크의 개발이 선행되어야 하며, 따라서 본 발명에 있어서는 오프-셋 인쇄법을 통한 블랙매트릭스를 형성할 수 있는 블랙매트릭스 형성용 잉크를 제안한다.

우선, 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크는 유기안료와 바인더와 열가교성 모노머와 100℃이상의 고비점을 갖는 프린팅 용제와, 100℃미만의 저비점을 갖는 캐리어 용제 및 소량의 첨가제로 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 성분 구성을 갖는 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크는 오프-셋 인쇄법에 이용되는 인쇄장치 내에서 인쇄 롤을 최외측을 감싸고 있는 블랭킷에 코팅시에는 점성을 갖는 액체 상태를 유지하고, 상기 블랭킷 상에서 소정의 시간이 지난 후부터 클리체 또는 기판 상에 인쇄를 진행하는 시간을 포함하여 경화공정을 진행하기 전(통상 30초 내지 60초)까지는 겔(gel) 상태를 유지하는 특성을 갖는 것이 특징이다.

이때, 상기 전도성 잉크는 그 표면 에너지가 인쇄롤에 구비된 블랭킷의 표면 에너지 보다는 크고, 클리체 또는 기판의 표면 에너지 보다는 작은 범위를 갖는 것이 특징이다.

통상적으로 블랭킷은 실리콘 러버 재질 일례로 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어짐으로써 그 표면에너지가 20mJ/㎡ 보다 작은 값을 가지며, 상기 클리체 또는 기판은 통상 금속재질, 유리, 플라스틱 재질로 이루어짐으로서 그 표면에너지는 50mJ/㎡보다는 큰 값을 가지므로, 상기 블랙매트릭스 형성용 잉크는 그 표면 에너지가 20mJ/㎡ 내지 50mJ/㎡의 범위를 가지며, 가장 바람직하게는 25mJ/㎡ 내지 40mJ/㎡의 범위를 갖는 것이 특징이다.

상기 블랙매트릭스 형성용 잉크의 표면 에너지가 블랭킷의 표면에너지 보다 작게 되거나, 또는 클리체 또는 기판의 표면에너지보다 크게 되면 전사 특성이 현격히 줄어들게 되어 블랭킷에서 클리체로 또는 블랭킷에서 기판 표면으로 전사가 이루어지지 않게 되거나 또는 균일하게 이루어지지 않는 문제가 발생하며, 이러한 문제를 해결하고자 전술한 바와 같은 표면 에너지를 갖도록 전도성 잉크를 설계한 것이다.

조금 더 상세히 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크의 성분비에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크는 45중량% ~ 55중량% 유기안료와 5중량% 내지 10중량%의 바인더와 2중량% 내지 5중량%의 열가교성 모노머와 30중량% 내지 44중량%의 캐리어 솔벤트와 2중량% 내지 10중량%의 프린팅 솔벤트와 2중량% 내지 5중량%의 첨가제로 구성되고 있는 것이 특징이다.

이때, 상기 유기안료는 블랙계열의 물질로 광학밀도(optical density) 4이상이 되도록하여 빛이 투과를 차단하기 위한 것이다. 일례로 카본블랙으로 이루어질 수 있다.

상기 바인더는 Acrylate 계열의 물질로서 10,000 내지 25,000 정도의 중량 평균분자량을 갖는 고분자 물질로 이루어지는 것이 특징이며, 기판 상에 막을 형성시켜 주는 역할을 하는 것이 특징이다.

또한, 상기 열가교성 모노머는 vinyl group을 포함하고 있는 Pentaerythritol triacrylate로 이루어진 것이 특징이다. 이는 기판과의 접착특성을 향상시키고 가열에 의해 경화됨으로서 특정 형태를 유지시키는 역할을 한다.

상기 캐리어 솔벤트는 휘발점(Flash Point: F.P) 및 비점(Boiling Point: B.P)이 100℃미만으로 낮으며, 용해성은 높으면서 흡수율은 낮은 용매 예를들면 MEK(Methyl Ethyl Ketone), Methanol 및 Ethanol 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 프린팅 솔벤트는 휘발점(Flash Point: F.P) 및 비점(Boiling Point: B.P)이 높으며, 용해성에 관련된 매개변수(Solubility Parameter) 중 분산성(dispersion term)이 극성(polar term)보다 큰 값을 갖는 물질 예를들면 Propylene Carbonate, Ethylene glycol, Tetraethylene glycol, Tripropylene glycol, glycerol 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이때 프린팅 솔벤트에 있어 분산성이 극성보다 큰 특성을 갖도록 하는 것은 유기안료의 분산안정성을 확보하기 위함이다.

또한, 상기 첨가제는 Si계열의 계면활성제와 분산향상제로서 폴리에스터 수지로 이루어진다.

한편, 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이루는 구성요소 중 캐리어 솔벤트는 30중량% 내지 44중량%가 되도록 하는 반면 프린팅 솔벤트는 전체 함량비의 5% 이하로 구성하는 것은 프린팅 솔벤트의 함량비가 5중량%보다 크게 되는 경우, 인쇄장치의 블랭킷의 흡수성을 증가시켜 상기 프린팅 솔벤트가 모두 블랭킷으로 흡수되어 인쇄성이 저하되므로 이를 방지하기 위해 전체 용제의 함량비 중 5중량% 이하가 되도록 한 것이다.

이때, 전술한 바와 같은 성분으로 이루어진 블랙매트릭스 형성용 잉크는 기판 상에 특정 패턴 형태로 인쇄된 후, 경화공정을 진행한 후에는 상기 프린팅 및 캐리어 솔벤트는 대부분이 휘발되어 제거되게 되며, 최종적으로 기판 상에는 유기안료와 열가교성 모노머 및 바인더가 주요 물질로 남게되어 블랙매트릭스를 이루게 되는 것이다.

한편, 비교예로서 통상적인 마스크 공정을 진행하여 기판상에 패터닝되는 블랙매트릭스용 물질은 유기안료와 바인더와 광가교성 모노머와 광가교 개시제와 솔벤트 및 첨가제로 구성되고 있다. 이러한 구성성분을 갖는 통상의 블랙매트릭스 물질을 이용하여 인쇄장치를 이용한 오프(off)-셋(set) 인쇄법을 적용하여 기판상에 형성하는 경우 인쇄롤 표면에 구비된 블랭킷에 흡수되는 등의 문제가 발생하여 코팅성이 매우 저하되며 상기 인쇄롤로부터 클리체로서 전사성이 저하되여 원하는 패턴형태를 블랭킷에 남겨두지 못함으로써 최종적으로 기판상에 원하는 패턴 형태의 블랙매트릭스를 형성하지 못한다.

오프(off)-셋(set) 인쇄를 실시하기 위해서는 인쇄롤 상의 블랭킷에 전면에 고른 두께를 갖도록 코팅이 되어야 하는데, 마스크 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 물질의 경우 기판 상에 코팅성은 우수할지 모르지만 PDMA로 이루어진 블랭킷 상의 코팅성은 광경화용 바인더가 포함되며 상대적으로 저감됨을 실험적으로 알 수 있었다.

또한, 블랭킷에 코팅 된 후에는 상기 블랭킷 상에서는 겔 상태를 유지해야 클리체와 접촉 시 고르게 압력 등이 전가되어 클리체의 오목부에 대해서는 전사되지 않고 클리체의 볼록부에는 전사가 이루어져 특정 패턴 형상을 갖는 형태로 블랭킷에 남게되는데, 상기 일반적인 블랙매트릭스의 경우 겔 상태를 이루지 못하거나 도는 겔 상태를 이루는 시간이 매우 짧아 오프 공정 진행 시 원하는 패턴 형상이 블랭킷 상에 남아있지 않는 문제가 발생되었다.

하지만 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용하는 경우, 이원화된 캐리어 솔벤트 및 프린팅 솔벤트의 작용에 의해 상기 블랭킷에 코팅시에는 용액상태를 잘 유지함으로써 코팅이 원활하게 이루어졌다. 또한, 상기 블랭킷에 코팅된 후에는 상기 블랭킷 상에서 겔 상태를 이루게 되며, 이렇게 겔 상태를 갖는 블랙매트릭스층을 클리체와 접촉하도록 오프 공정을 진행하며 원하는 패턴 형태로 상기 블랭킷 상에 겔 상태를 갖는 블랙매트릭스 패턴이 형성되었다.

또한, 상기 블랭킷 상에 겔상태를 갖는 블랙매트릭스 패턴을 셋 공정을 진행하여 기판 상에 전사시키는 경우 원하는 패턴 형태의 블랙매트릭스 패턴이 상기 기판 상에 잘 전사됨으로서 이후 열처리 공정을 진행함으로서 최종적으로 불량없이 원하는 패턴 형태의 블랙매트릭스가 형성되었다.

도 2는 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크의 오프-셋 프린팅 진행 시간별 상태를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 전도성 잉크는 액체 상태에서 인쇄롤상의 블랭킷에 코팅이 이루어지는 시간까지 상대적으로 서서히 휘발이 발생하며 코팅이 완료되는 시점에서 겔(gel) 상태를 이루며, 이러한 겔(gel) 상태가 경화공정을 진행하는 시간까지 유지되는 특성을 가짐을 알 수 있다.

따라서, 전술한 겔(gel) 상태를 유지하는 시간이 길어짐에 따라 인쇄 장치의 롤을 통해 클리체에 접촉함으로써 패터닝 되는 단계와, 기판과 접촉하여 기판에 패터닝된 전도성 잉크를 전사시키는 단계가 모두 겔(gel) 상태에서 진행이 이루어짐으로서 안정적으로 기판 상에 패터닝 된 형태의 블랙매트릭스를 형성할 수 있는 것이 특징이다.

이후에는 전술한 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용하여 프린트를 통해 배선을 형성하는 것을 포함하는 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용한 프린팅 단계를 포함하는 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정도이다.

우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(도 3c의 101)이 안착되는 스테이지(도 3c의 110)와, 블랭킷(105)으로 덮인 인쇄롤(103)과, 인쇄롤(103) 상의 블랭킷(105)에 블랙매트릭스 형성용 잉크를 공급하여 코팅하는 잉크 공급 슬릿(104)과, 클리체(107)로 구성된 인쇄 장치(102)의 상기 스테이지(도 3c의 110) 상에 투명한 절연기판(101)을 안착시킨다.

이후, 상기 잉크 공급 슬릿(104)을 통해 상기 인쇄롤(103)의 최외각에 구성된 블랭킷(105)에 전술한 성분 및 특성을 갖는 본 발명에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 적정량 드롭하며 상기 인쇄롤(103)을 일방향으로 회전시킴으로써 상기 블랭킷(105) 전면에 전도성 잉크를 일정 두께로 코팅하여 블랙 잉크층(106)을 형성한다.

다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 블랭킷(105) 전면에 블랙 잉크층이 형성된 상기 인쇄롤(103)을 상기 클리체(107)의 일끝단과 접촉한 상태에서 일방향으로 상기 클리체(107)를 이동하는 동시에 상기 인쇄롤(103)을 상기 클리체(107)의 이동속도에 맞게 회전함으로써 상기 블랭킷(105) 상의 블랙 잉크층(106) 중 일부를 제거하여 패터닝된 형태를 이루도록 한다. 이렇게 클리체(107)와 인쇄롤(103)이 접촉하도록 하여 블랭킷(105) 상의 전면에 코팅된 블랙 잉크층(106)을 특정 형태로 패터닝하는 하는 것을 오프(off) 인쇄이라 한다.

한편, 상기 클리체(107)는 그 표면이 볼록부(107a)와 오목부(107b)로 나뉘며, 볼록부(107a)에 대응하여 상기 블랭킷(105) 상에 코팅된 도전성 잉크층(106)이 접촉함으로써 상기 블랭킷(105)에서 상기 클리체(107)의 볼록부(107a)로 상기 블랙 잉크층(106)이 전사되게 되며, 이러한 오프(off) 인쇄에 의해 상기 클리체(107)의 오목부(107b)에 대응하는 부분만이 상기 인쇄롤(103)의 블랭킷(105) 상에 남게 됨으로써 특정 형태로 패터닝된 상태의 제 1 블랙 패턴(108)을 이루게 된다.

본 발명에 이용되는 클리체(107)의 경우, 추후 기판(도 3c의 101) 상에 형성되어야 할 격자형태의 블랙매트릭스가 형성되어야 할 형태대로 상기 오목부(107b)가 패터닝된 형태를 이루는 것이 특징이다.

한편, 본 발명에 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크는 이미 설명한 바와 같이, 특정 중량% 비로 혼합된 프린팅 솔벤트 및 캐리어 솔벤트와 유기안료와 바인더와 열가교성 모노머와 첨가제로 구성됨으로써 그 표면에너지가 상기 블랭킷(105)의 표면 에너지보다 크고, 클리체(107) 및 기판(101)의 표면에너지 보다 작은 25mJ/㎡ 내지 40mJ/㎡의 범위를 갖는다.

따라서 블랭킷(105) 상의 전면에 코팅된 후에는 겔(gel) 상태를 유지하는 특성에 의해 상기 블랙 잉크층(106)이 클리체(107)의 볼록부(107a)와 접촉이 이루지게 되면 상기 블랭킷(105)에서 상기 클리체(107)로 전사가 거의 불량없이 이루어지게 되는 것이 특징이다.

다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 오프(off) 인쇄를을 진행하여 상기 블랭킷(105) 표면에 패터닝 된 상태로 남아있는 상기 제 1 블랙패턴(108)이 구비된 상기 인쇄롤(103)을 상기 스테이지(110) 상에 안착된 기판(101)의 일끝단과 접촉시킨 상태에서 상기 스테이지(110)를 일방향으로 이동시킴과 동시에 상기 인쇄롤(103)을 일방향으로 회전시킴으로써 상기 블랭킷(105) 상에 남아있는 상기 제 1 블랙패턴(108)을 상기 기판(101) 상에 전사시킨다. 이때, 상기 블랭킷(105) 상의 제 1 블랙패턴(108)은 여전히 겔(gel) 상태를 유지함으로써 상기 기판(101) 표면으로의 전사가 불량없이 이루어지게 되는 것이 특징이다. 이렇게 오프(off) 인쇄 공정을 통해 블랭킷(105) 상에 형성된 제 1 블랙패턴(108)을 기판(101)상으로 전사시키는 단계를 셋(set) 인쇄라 한다.

한편, 상기 셋(set) 인쇄 공정 진행에 의해 상기 기판(101) 상에는 상기 인쇄롤(103) 상의 블랭킷(105)에 형성된 상기 제 1 블랙패턴(108)이 전사됨으로써 일방향으로 연장하며 일정간격 이격하는 형태로 겔(gel) 상태의 제 2 블랙패턴(111)이 형성된다.

다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 겔(gel) 상태의 제 2 블랙패턴(도 3c의 111)이 형성된 기판(111)을 퍼나스(furnace) 또는 오븐(oven) 등의 소성장치(191)의 내부에 위치시킨 후, 300℃ 내지 370℃ 정도의 온도 분위기에서 1분 내지 20분간 노출시킴으로써 상기 겔(gel) 상태의 제 2 블랙패턴(도 3c의 111)을 경화시킴으로서 블랙안료와 바인더과 열가교성 모노머 및 첨가제를 주요 성분으로 하며 각 화소영역에 대응하여 개구를 가지며 화소영역의 경계에 위치하는 격자형태의 블랙매트릭스를 형성한다.

한편, 이러한 일련의 단계는 용액 상태의 블랙매트릭스 물질을 코팅장치를 통해 기판 전면에 도포하는 단계와, 전 열처리 단계와, 노광 마스크를 이용한 노광 단계, 현상 단계 및 후 열처리 단계를 포함하는 마스크 공정을 진행하지 않고, 오프(off) 및 셋(set) 인쇄 공정을 통해 형성함으로써 종래의 액정표시장치 제조 공정대비 대비 1회의 마스크 공정을 줄일 수 있는 것이 특징이다.

다음, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(115)가 형성된 기판(101) 전면에 적색 레지스트를 도포하여 적색 레지스트층(114)을 형성하고, 상기 적색 레지스트층(114) 위로 차단영역(BA)과 투과영역(TA)의 일정한 패턴을 갖는 노광 마스크(173)를 위치시킨 후 노광 공정을 실시한다.

다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 노광된 적색 컬러 레지스트층을 현상함으로써, 상기 블랙매트릭스(115)와 그 가장자리부가 중첩하며 상기 개구부(113a)에 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성한다. 이때, 상기 적색 컬러필터 패턴(120a)은 일정한 간격을 가지며 기판(101) 전면에 형성되는 것이 특징이다.

다음, 도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 적색 컬러필터 패턴(120a)을 형성한 방법과 동일하게 녹색 및 청색 레지스트에 대해서도 진행하여 즉, 녹색 또는 청색 레지스트 도포, 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 교차하는 격자형태의 블랙매트릭스(115) 사이의 개구에 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(120b, 120c)을 형성한다.

따라서, 최종적으로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)이 각각 상기 격자형태의 블랙매트릭스(115) 내측에 구비된 개구에 순차적으로 반복하며, 상기 개구를 둘러싼 블랙매트릭스(115)와 그 가장자리부가 중첩하는 형태의 컬러필터층(120(120a, 120b, 120c))을 형성한다.

다음, 도 3h에 도시한 바와 같이, 상기 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)을 갖는 상기 컬러필터층(120) 위로 무색 투명한 레진을 전면에 도포하여 오버코트층(123)을 형성함으로써 컬러필터 기판을 완성한다.

상기 오버코트층(123)은 컬러필터층(120)을 보호하고, 표면을 평탄화하기 위해 형성하는 것이다.

이때, 변형예로서 상기 컬러필터 기판(101)은 상기 컬러필터층(120) 위로 상기 오버코트층(123)을 형성하는 것 대신에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 증착하여 투명전극(미도시)을 형성함으로써 완성할 수도 있다.

오버코트층(123)을 형성하는 것은 공통전극과 화소전극이 모두 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 어레이 기판(미도시)에 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정표시장치용 컬러필터 기판(101)을 제조하기 위함이며, 상기 오버코트층(123) 대신에 상기 컬러필터층(120) 위로 투명전극(미도시)을 형성하는 것은 화소전극(미도시) 만이 어레이 기판(미도시)에 구비된 일반적인 TN모드 액정표시장치용 컬러필터 기판(미도시)을 이루기 위함이다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조에는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(120a, 120b, 120c)을 포함하는 컬러필터층(120)이 3회의 마스크 공정을 진행하여 형성됨을 일례로 보이고 있지만, 잉크젯 장치(미도시)를 이용하여 적, 녹, 청색 잉크를 잉크제팅하여 형성할 수도 있다.

이렇게 잉크 제팅법을 적용하여 컬러필터층을 형성하는 경우, 오프(off)-셋(set) 인쇄법에 의해 블랙매트릭스를 형성하는 본 발명에 따른 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 특성상 마스크 공정을 전혀 필요로 하지 않게 됨으로서 공정 단순화에 의한 제조 비용 절감 및 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.

한편, 본 발명에 있어서는 상기 블랙매트릭스를 기판 상에 형성하여 컬러필터 기판을 제조하는 것을 일례로 보이고 있지만, 본 발명에 제시된 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용한 오프(off)-셋(set) 인쇄법은 블랙매트릭스가 어레이 기판에 형성되는 액정표시장치의 제조에도 적용될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

본 발명은 전술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

101 : 기판 103 : 인쇄롤
105 : 블랭킷 108 : 제 1 블랙패턴
110 : 스테이지 111 : 제 2 블랙패턴

Claims

기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치를 이용하여 기판상에 블랙매트릭스를 형성하기 위해 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크에 있어서,
유기안료와;
바인더와;
열가교성 모노머;
100℃이상의 고비점을 갖는 프린팅 솔벤트와;
100℃미만의 저비점을 갖는 캐리어 솔벤트와;
첨가제를 포함하고,
상기 프린팅 솔벤트는 분산성(dispersion term)이 극성(polar term)보다 큰 값을 갖는 물질인 Propylene Carbonate인 블랙매트릭스 형성용 잉크.
제 1 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스 형성용 잉크는 상기 블랭킷에 코팅시에는 액체 상태를 유지하고, 상기 블랭킷에서 상기 클리체 또는 상기 기판에 전사시키는 오프(off)-셋(set) 인쇄 시에는 겔(gel) 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 형성용 잉크.
기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치를 이용하여 기판상에 블랙매트릭스를 형성하기 위해 이용되는 블랙매트릭스 형성용 잉크에 있어서,
45중량% ~ 55중량%의 유기안료와;
5중량% 내지 10중량%의 바인더와;
2중량% 내지 5중량%의 열가교성 모노머;
100미만의 저비점을 갖는 30중량% 내지 44중량%의 캐리어 솔벤트와;
100이상의 고비점을 갖는 2중량% 내지 10중량%의 프린팅 솔벤트와;
2중량% 내지 5중량%의 첨가제를 포함하고,
상기 블랙매트릭스 형성용 잉크는 상기 블랭킷에 코팅시에는 액체 상태를 유지하고, 상기 블랭킷에서 상기 클리체 또는 상기 기판에 전사시키는 오프(off)-셋(set) 인쇄 시에는 겔(gel) 상태를 유지하는 블랙매트릭스 형성용 잉크.
제 3 항에 있어서,
상기 프린팅 솔벤트는 분산성(dispersion term)이 극성(polar term)보다 큰 값을 갖는 물질인 것이 특징인 블랙매트릭스 형성용 잉크.
제 4 항에 있어서,
상기 분산성(dispersion term)이 극성(polar term)보다 큰 값을 갖는 물질은 Propylene Carbonate, Ethylene glycol, Tetraethylene glycol, Tripropylene glycol, glycerol 중 어느 하나인 것이 특징인 블랙매트릭스 형성용 잉크.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 캐리어 솔벤트는, 용해성은 높으면서 흡수율은 낮은 물질인 MEK(Methyl Ethyl Ketone), Methanol 및 Ethanol 중 어느 하나인 것이 특징인 블랙매트릭스 형성용 잉크.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 유기안료는 카본블랙이며,
상기 바인더는 Acrylate 계열의 물질로서 10,000 내지 25,000 정도의 중량 평균분자량을 갖는 고분자 물질이며,
상기 열가교성 모노머는 vinyl group을 포함하고 있는 Pentaerythritol triacrylate이며,
상기 첨가제는 Si계열의 계면활성제와 분산향상제로서 폴리에스터 수지를 포함하는 것이 특징인 블랙매트릭스 형성용 잉크.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항 기재에 따른 블랙매트릭스 형성용 잉크를 이용하여 블랙매트릭스를 형성하는 것을 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법에 있어서,
기판이 안착되는 스테이지와, 그 표면에 블랭킷이 구비된 인쇄롤과, 볼록부와 오목부로 이루어진 클리체로 구성된 오프(off)-셋(set) 인쇄장치의 상기 스테이지 상에 상기 기판을 안착시키는 단계와;
상기 블랭킷 전면에 액체 상태의 상기 블랙매트릭스 형성용 잉크를 코팅하여 겔(gel) 상태의 블랙 잉크층을 형성하는 단계와;
오프(off) 인쇄를 진행하여 상기 겔(gel) 상태를 이룬 상기 블랙 잉크층과 상기 클리체와 접촉하도록 하여 일부를 전사시킴으로써 상기 블랭킷 상에 특정 형태를 갖는 블랙 잉크패턴만이 남도록 하는 단계와;
셋(set) 인쇄를 진행하여 상기 블랭킷 상에 남아있는 블랙 잉크패턴을 상기 기판에 전사시키는 단계와;
상기 블랙 잉크패턴이 인쇄된 상기 기판에 소성공정을 진행하여 상기 블랙 잉크패턴을 경화시킴으로써 다수의 개구를 갖는 격자형태의 블랙매트릭스를 형성하는 단계
를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 블랙매트릭스 상부로 상기 블랙매트릭스와 가장자리가 중첩하며 순차 반복되는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 구비한 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 컬러필터층 상부로 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하거나 또는 투명 도전성 물질로서 투명전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 기판의 제조 방법.