3-30) LCD, 제조 공정, 컬러 필터 기판

BM, 파랑 패터닝

초록 패터닝

빨강 패터닝

오버 코팅과 투명 전극 증착

 

컬러 필터

 

컬러 필터 기판에는 단위 부화소들 사이에서 부화소간의 색을 간섭을 방지하기 위하여 빛을 흡수하는 블랙 매트릭스(Black Matrix, BM), 빛의 3원색인 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)들을 개별 부화소에서 구현하기 위한 컬러 필터(Color Filter, CF), 그리고 액정 셀의 상판에 전압을 인가하기 위하여 필요한 투명 전극, 즉 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 공통 전극 패턴들이 제조됩니다.

 

제조 공정

 

먼저 블랙 매트릭스가 만들어지는데, 재료로는 주로 광학 밀도(optical density)가 3.5 이상인 금속 박막이나 탄소 계열의 유기 재료가 사용됩니다. 흔히 사용되는 크롬의 경우에는 크롬 산화막을 먼저 형성하고 그 위에 크롬을 올리는데, 이 때 크롬 산화막은 기판과 크롬 사이에서 4분지 1 파장의 박막 코팅재 역할을 합니다. 즉, 외부로부터 입사되는 빛들이 막의 위와 아래 부분에서 각각 반사되면서 상쇄 간섭이 일어나도록 하여 외광 시인성을 향상시키죠. 이 구조의 경우, TFT 기판과 동일한 유리 기판 위에 초기 세정을 한 후, 스퍼터링으로 크롬 산화막과 크롬 박막을 연이어서 각각 50nm와 150nm 정도의 두께로 증착한 후 사진 식각 공정을 거쳐 패터닝하여 제조됩니다.

 

제조 공정, 블랙 매트릭스, RGB 패터닝

 

소재와 RGB 패터닝 공정의 분류

 

다음으로 컬러 필터가 형성되는데, 재료는 안료(pigment)와 염료(dye), 두 가지로 구분되며 제조 방식은 사진 식각법(photolithography), 인쇄법(printing), 전착법(electro-deposition) 등이 있습니다. 일반적으로는 안료를 함유하며 감광성이 있는 컬러 레지스트를 이용한 사진 식각법이 사용되죠. 이 때 컬러 레지스트의 도포는 스핀 코팅이나 슬롯 코팅을 이용하며, RGB 각각은 색좌표와 투과도를 고려하여 서로 다른 코팅 두께를 가집니다. 그리고 패턴의 정밀도가 상대적으로 높지 않으므로 생산성이 높고 가격이 낮은 근접 노광기를 이용하며, 통상적으로는 RGB 패턴 모양이 같아서 하나의 마스크를 화소 피치만큼 이동하면서 사용할 수 있으나, 패턴이 다르면 별도의 마스크를 제작하여야 합니다. 이와 함께 보다 공정이 단순하고 재료 소비가 적은 잉크 젯 프린팅법도 적용이 되고 있습니다.

 

제조 공정, 오버 코팅

 

컬러 필터 위에는 일반적으로 OV(OverCoat)막을 코팅하는데, 이는 RGB 패턴을 보호하고 공통 화소 전극 공정에서 양호한 단차(step coverage)를 위한 평탄화 역할을 합니다. 이는 주로 아크릴 수지 등을 스핀 코팅하여 만들어지나, 제조 가격 절감을 위하여 컬러 필터 패턴에 경사각을 주어 오버코트 공정을 생략하기도 하죠. 끝으로 화소의 공통 전극인 ITO 박막이 전 영역에 걸쳐 스퍼터링으로 증착되며, 이 때 면저항은 최저가 되고 광 투과율의 최대가 되는 최적화 설계와 공정이 매우 중요합니다. 예를 들어 ITO 막의 두께에 따라 광 투과율은 주기적으로 변화하는데, 첫 번째 피크에 해당하는 150nm의 두께를 일반적으로 적용하고 있습니다. 물론 PVA 모드와 같이 전극에 패턴이 필요한 경우에는 패턴 공정을 추가로 도입하기도 합니다.

 

제조 공정, ITO

 

 

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# 더! 생각해보기

a. 일본의 수출규제대상품목인 컬러 포토레지스트와 컬러 필터는 어떤 연관성이 있을까

b. 사진식각의 문제점은 버려지는 재료가 많고, 따라서 환경 오염에 있다. 이 문제를 해결할 다른 제조 방법들은 무얼까

 

 

3-30. LCD, 제조 공정, 컬러 필터 기판-복사.pdf

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