JP4084290B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示素子の製造方法に係るもので、詳しくは、プリンティング方法による液晶表示素子の製作時、レジストパターンの不良を解決するためのクリシェ(cliche)の製造方法に関するものである。
一般に、テレビやコンピュータの情報をディスプレーするためには、主にCRTモニタが使用されてきた。前記CRTモニタは、画質が優秀であり、画面の明るさが良いという利点を有するが、画面の大型化によって大きな空間を占めるという問題点があり、携帯用機器の普遍化によってディスプレーの重さも問題となった。
このような問題点を解決したものが、液晶ディスプレー(LCD)、プラズマディスプレー(Plasma Display Panel)、有機EL(Electro Luminescence)、LED(Light Emitting Diode)、FED(Field Emission Display)などの平板型ディスプレー素子である。このような平板型ディスプレーのうち、ノートブックパソコンやコンピュータのモニタなどに広く使用され、消費電力の消耗が少ないというメリットを有している液晶表示装置が脚光を浴びている。
以下、このような液晶表示素子を構成する下部基板及び上部基板の構造及び機能について、図５に基づいて説明する。
図示されたように、前記液晶表示素子は、下部基板１０と、上部基板２０と、これらの間に形成された液晶層１５と、から構成されている。
図示されたように、前記液晶表示素子は、下部基板１０と、上部基板２０と、これらの間に形成された液晶層１５と、から構成されている。
前記下部基板１０には、薄膜トランジスタT及び画素電極７が形成されている。前記薄膜トランジスタTは、走査信号が印加されるゲート電極１と、走査信号に対応してデータ信号を伝送するように設けられた半導体層３と、それら半導体層３とゲート電極１とを電気的に隔離させるゲート絶縁膜２と、前記半導体層３の上部に形成され、データ信号を印加するソース電極４と、前記データ信号を前記画素電極７に印加するドレイン電極５と、から構成され、前記半導体層３は、非晶質シリコン(a-Si)を蒸着して形成されたアクティブ層３aと、該アクティブ層３aの両側上部にn+ドーピングされたオーム接触層(Ohmic Contact Layer)３bと、から構成されている。前記薄膜トランジスタT上には、保護膜６及び画素電極７が形成され、該画素電極７の上部には、液晶分子の配向のため形成された第１配向膜４aが形成されている。ここで、前記画素電極７は、光が透過できるように、透明な伝導体のITO(Indium Tin Oxide)またはIZO(Indium Zinc Oxide)からなる。
前記上部基板２０には、画素間の光の漏れを防止するためのブラックマトリックス１２が形成され、該ブラックマトリックス１２上には、実質的にカラーを具現するためのR、G、Bのカラーフィルタ１１が形成されている。該カラーフィルタ１１上には、該カラーフィルタの平坦化及びその上部に形成された共通電極１３との接着性を向上させるための平坦化膜(図示せず)が追加形成され、該平坦化膜の上部には、液晶層１５に電圧を印加するための共通電極１３、及び液晶分子の配向のための第２配向膜４bが形成されている。ここで、前記共通電極１３は、光が透過できるように、透明な伝導体のITOまたはIZOからなる。
前記液晶表示素子を製作するためには、数回の薄膜蒸着工程(thin film deposition process)及びフォトリソグラフィ工程(photolithography process)などを経る。特に、前記薄膜トランジスタT、カラーフィルタ１１及びブラックマトリックス１２を製作するためには、フォトレジスト(photoresist)を塗布し、マスクを利用して露光及びストリップ工程によりフォトレジストパターンを形成した後、該レジストパターンをマスクとしてエッチング工程を行う。このようなフォトレジストパターン形成工程は、その製造工程が複雑であり、大面積の表示素子には適合していないという問題点があった。
従って、このような問題点を解決するため、露光工程を経なくてもパターニングされたフォトレジストを簡単に形成できるプリンティング方法が提示された。
以下、このようなプリンティング方法について、図面に基づいて説明する。
図６Ａ乃至図６Ｃは、印刷方法を示した工程断面図である。
まず、図６Ａに示したように、印刷パターン２３が形成されたクリシェ２４上にレジスト３１を塗布した後、ドクターブレード(doctor blade)３２を使用して、レジスト３１が塗布されたクリシェ２４の上面を平坦に掻き取ることによって、印刷パターン２３が形成された領域にのみレジスト３１を残し、その他の領域のレジスト３１は完全に除去する。このとき、印刷パターン２３は、線幅に関係なく全て同じ深さを有する。
但し、クリシェ２４とは、一般的な凹版印刷法で使用される凹版に相当するものである。
図６Ａ乃至図６Ｃは、印刷方法を示した工程断面図である。
まず、図６Ａに示したように、印刷パターン２３が形成されたクリシェ２４上にレジスト３１を塗布した後、ドクターブレード(doctor blade)３２を使用して、レジスト３１が塗布されたクリシェ２４の上面を平坦に掻き取ることによって、印刷パターン２３が形成された領域にのみレジスト３１を残し、その他の領域のレジスト３１は完全に除去する。このとき、印刷パターン２３は、線幅に関係なく全て同じ深さを有する。
但し、クリシェ２４とは、一般的な凹版印刷法で使用される凹版に相当するものである。
このように、前記クリシェ２４の印刷パターン２３にレジスト３１を充填した後、図６Ｂに示したように、ローラ３３を前記クリシェ２４の上面に回転させることで、前記クリシェ２４に形成されているレジストパターン３１を前記ローラ３３に転写させる。ことのき、該ローラ３３に転写されたレジストパターン３１は、前記クリシェ２４に形成された印刷パターン２３の模様と同じである。
次いで、図６Ｃに示したように、前記レジストパターン３１が転写されているローラ３３を前記基板３０に移動させ、前記レジストパターン３１を前記基板３０上にそのまま転写させる。このとき、前記基板３０に転写されたレジストパターン３１は、その線幅によって様々な不良が発生するが、これは、線幅に関係なく前記クリシェ２４に形成された印刷パターン２３の深さが全て同一であるためである。
これをより詳細に説明すると、液晶表示素子を構成するパターンは、同一層にそのパターンの幅が多様に存在し、それらパターンに不良が発生しないように、最適の印刷パターンを得るためには、各パターン幅に適合したレジストを選択しなければならない。
然るに、このような従来のプリンティング方法においては、粘度などの特性の異なるレジストを一回に二種以上印刷できないため、特定の大きさのパターンに適当なレジストを選択しなければならず、その他のパターンに対しては不良が発生することになるという不都合な点があった。
例えば、パターン幅が相対的に狭い場合は、パターンが切断される現象が発生し、パターン幅が相対的に広い場合は、図７に示したように、基板３０ａ上に形成されたレジストパターン３１の端部にホール(hole)４０が発生したり、その中心部が縁部に比べて薄くなる現象が発生することになる。このとき、不良が発生したパターン幅の寸法は、パターンが基板に転写されるとき、ローラが基板に加える圧力やクリシェの材料によって異なる。
よって、このようなパターンの不良は、前記パターンをマスクとしてエッチングが行われる下部膜のライン間の短絡(short)及び断線(open)などを発生させて、画質を低下させることになる。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、クリシェに形成される印刷パターンを、その線幅によって深さが異なるように形成することによって、印刷パターンの不良を防止する液晶表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するため、本発明に係る液晶表示素子の製造方法においては、線幅によってパターンの深さが異なるように形成されたクリシェ上にレジストを塗布する段階と、前記クリシェの表面をドクターブレード(doctor blade)により平坦に掻き取ることによって、溝の内部にレジストを充填し、その他の領域のレジストを除去する段階と、前記クリシェに充填されたレジストをローラに転写させる段階と、該ローラに転写されたレジストを基板上に転写させる段階と、を順次行うことを特徴とする。
このとき、前記クリシェのパターンは、線幅によってその深さを異なるように形成しなければならないため、２回以上のフォトリソグラフィ工程を通して形成される。このとき、前記基板に最終印刷時、最適の印刷パターンが形成されるクリシェのパターンを基準に、これより狭い幅を有するパターンに対しては深さをより薄く形成し、これより広い幅を有するパターンに対しては深さをより深く形成する。
一方、基板にレジストパターンを転写させる手段として、ローラを使用せず、クリシェを直接基板と接触させ、圧力または熱を加えることによって、クリシェに充填されたレジストを基板上に転写させることもできる。
このように、クリシェのパターンの線幅によってその深さを異なるように形成することによって、基板にレジストパターンを印刷するとき、前記パターンが切断されたり、ホールが発生する不良を防止することができる。
以上説明したように、本発明に係る液晶表示素子の製造方法においては、プリンティング方法によりレジストパターンを形成するとき、クリシェの溝の線幅が広い場合、その深さを深く形成し、相対的に狭い溝に対しては薄く形成することによって、レジストパターンの不良によるエッチングの不良を防止することができ、よって、生産効率をより向上させることができるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１Ａ乃至図１Ｅは、本発明に係る液晶表示素子の製造方法を示した工程手順図で、プリンティング方法によるレジストパターンの形成過程を示したものである。
図１Ａ乃至図１Ｅは、本発明に係る液晶表示素子の製造方法を示した工程手順図で、プリンティング方法によるレジストパターンの形成過程を示したものである。
まず、図１Ａに示したように、クリシェ基板１０１を用意し、該基板１０１上に金属、有機膜またはシリコンのようなバッファ層１０３を塗布した後、フォトリソグラフィ工程(photolithography process)を通して、その深さの互いに異なる複数の溝１０５a〜１０５bを形成する。このとき、それら溝１０５a〜１０５bの深さは、その線幅によって異なり、線幅が相対的に広いほどその深さが深くなる。図面には、説明の便宜上、不良が発生する可能性がある、互いに異なる線幅を有する二つの溝１０５a〜１０５bのみを示したが、実質的に形成される層に応じて、線幅の互いに異なる二つ以上のパターンが存在することになる。
以下、前記クリシェの製造方法について、図２Ａ乃至図２Ｅに基づいて説明する。
まず、図２Ａに示したように、ガラスまたはプラスチックのような基板１０１を用意した後、その上部にポリマー(polymer)またはポリイミド(polyimide)のような有機物質や、Niのような金属物質を蒸着してバッファ層１０３を形成する。次いで、その上部に、スピンコーディング(spin coating)またはロールコーティング(roll coating)方法により、第１フォトレジスト(photoresist)４２０aを均一に塗布する。
まず、図２Ａに示したように、ガラスまたはプラスチックのような基板１０１を用意した後、その上部にポリマー(polymer)またはポリイミド(polyimide)のような有機物質や、Niのような金属物質を蒸着してバッファ層１０３を形成する。次いで、その上部に、スピンコーディング(spin coating)またはロールコーティング(roll coating)方法により、第１フォトレジスト(photoresist)４２０aを均一に塗布する。
その後、光に対する非透過領域が選択的に形成されたマスク(mask)５００で前記第１フォトレジスト膜４２０aをブロッキング(blocking)した後、紫外線(図面における矢印)を照射する。
その後、図２Ｂに示したように、前記第１フォトレジスト膜４２０aを現像して、前記バッファ層１０３上に選択的に残留する第１フォトレジストパターン４２０bを形成する。次いで、露出されたバッファ層１０３の乾式エッチング(dry etching)により深さh１を有する第１溝１０５ａを形成した後、残存する第１フォトレジストパターン４２０bを除去する。ここで、前記第１溝１０５ａは、線幅の広いものと狭いものとを全て含む。
その後、図２Ｃに示したように、前記第１溝１０５ａが形成されたバッファ層１０３の全面にわたって第２フォトレジスト膜４３０aを均一に塗布する。次いで、マスク５００で前記第２フォトレジスト膜４３０aをブロッキングして紫外線を照射する。
その後、図２Ｄに示したように、前記線幅が相対的に広い第１溝１０５ａが露出されるように第２フォトレジストパターン４３０bを形成した後、該第２フォトレジストパターン４３０bをマスクとして、露出されたバッファ層１０３をエッチングしてh２の深さを有する第２溝１０５ｂを形成する。
その後、図２Ｅに示したように、前記第２フォトレジストパターン４３０bを除去することによって、線幅によって深さの互いに異なる溝１０５ａ、１０５ｂを有するクリシェ１００を形成する。前記バッファ層１０３の役割については、次の工程で説明する。
このようにクリシェ１００が製作されると、図１Ｂに示したように、前記クリシェ１００上にレジストを塗布した後、ドクターブレード１３２によりその上面を平坦に掻き取りながら、溝１０５の内部にのみレジスト１３１を充填し、その他の領域に残存するレジストは全て除去する。
このように、前記クリシェ１００の溝１０５の内部にレジスト１３１の充填が終了すると、図１Ｃに示したように、前記クリシェ１００に充填されたレジスト１３１を脱着させてローラ１３３に移して転写する。このとき、前記ローラ１３３の表面には、レジスト１３１との接着力を向上させるためのブランケット(blanket)１３４が塗布されている。
前記バッファ層１０３は、前記クリシェ１００からレジスト１３１の脱着を容易にして、前記ローラ１３３に容易に転写されるようにすると共に、基板を前記ローラ１３３の衝撃から保護する。即ち、レジストとの接着力が、基板よりバッファ層がより弱いため、バッファ層でより容易に脱着される。また、基板上にバッファ層を形成せず、基板自体をエッチングして溝を形成することもできるが、このような場合、ローラの衝撃により基板の下部にクラックが発生する恐れがある。よって、バッファ層は、ローラの衝撃を吸収して、基板を安全に保護する役割をする。
または、温度によるレジストの接着特性の変化を利用して、クリシェからレジストの脱着をより容易にすることができる。即ち、温度が高いほど接着特性が向上する特徴を有するレジストを使用する場合、クリシェ及びローラの内部にヒーターを内蔵し、ローラの温度をクリシェより高く設定すると、レジストはローラとの接着力がより強くなって、クリシェからより容易に脱着することができ、反対の特性を有するレジストを使用する場合、ローラの温度をクリシェの温度より低く設定することによって、クリシェからレジストの脱着を容易にすることができる。
このようにクリシェ１００に充填されたレジスト１３１を全てローラ１３３に転写させた後、図１Ｄに示したように、前記ローラ１３３に転写されたレジストパターン１３１をステージ３００'に移動させ、該ステージ３００'上に配置された基板１３０上のエッチング対象層１３０aに転写させる。
このとき、前記ステージ３００'の内部にヒーターを設置して基板１３０の温度を調節することによって、ローラ１３３からレジストパターン１３１の脱着を容易にして、基板１３０により容易に転写されるようにすることもできる。
前記クリシェ１００、ローラ１３３及びステージ３００'に設置されたヒーター(図示せず)は、それらクリシェ１００、ローラ１３３及びステージ３００'に対し、それぞれ温度を異なるように設定できるべきであり、それらクリシェ１００、ローラ１３３及びステージ３００'の各全領域にわたってそれぞれ均一な温度を維持できるべきである。
図１Ｅは、このような工程を通して前記基板１３０に形成されたレジストパターンを示したもので、第１パターン１０６a及び第２パターン１０６bは、全てが切断やホールの形成のような不良のない、一定の深さを有する正常な印刷パターンを形成する。
図３Ａ乃至図３Ｄは、本発明の他の実施形態であって、ローラを使用せず、クリシェに形成されたパターンを直接基板上に転写させる圧力によるプリンティング方法を示したものである。
まず、図３Ａに示したように、線幅によってその深さが異なるように形成された溝２０５a、２０５bを有するクリシェ２００の内部にレジストを充填するため、該クリシェ２００上にレジスト２３１を塗布し、ドクターブレード２３２により前記レジスト２３１が塗布されたクリシェ２００の上面を平坦に掻き取ることによって、窪んだ溝２０５a、２０５bにのみレジスト２３１を残し、その他の領域は除去する。
次いで、図３Ｂに示したように、パターンを形成しようとする基板２３０ａを前記クリシェ２００に付着させた後、熱または圧力を加える。
その後、図３Ｃに示したように、前記基板２３０ａを前記クリシェ２００から外すことによって、レジストパターン２０６a、２０６bを形成する。
その後、図３Ｃに示したように、前記基板２３０ａを前記クリシェ２００から外すことによって、レジストパターン２０６a、２０６bを形成する。
図４は、線幅の広いパターンに対し、即ち、図７に示したレジストパターン３１と同様な線幅を有するレジストパターンに対し、クリシェの溝の深さを従来に比べてより深く形成した後、基板３００に印刷されたレジストパターン３１０を示したもので、ホールのような不良が発見されず、正確なバターンを形成することができた。
従来の場合は、相対的に広いパターンに対し、図７に示したように、基板３０a上に形成されたパターン３１の端部にホール４０が発生したり、その中心部が縁部に比べて薄くなる現象が発生することになる。このとき、不良の発生するパターン幅の寸法は、パターンが基板に転写されるときローラが基板に加える圧力や、クリシェの材料によって異なる。反面、本発明においては、不良が発生する恐れのあるパターン、即ち、相対的に広い幅を有するパターンに対し、その線幅によってクリシェに形成される溝の深さを異なるように形成することによって、パターンの不良の発生を防止して、図４に示したように、きれいなパターンを形成することができる。
１００、２００：クリシェ
１３２、２３２：ドクターブレード
１３３：ローラ
１０６a、１０６b、２０６a、２０６b：レジストパターン
５００：マスク
１３２、２３２：ドクターブレード
１３３：ローラ
１０６a、１０６b、２０６a、２０６b：レジストパターン
５００：マスク
Claims (11)
- 線幅及び深さの互いに異なる複数の溝を有するクリシェを用意する段階と、
前記複数の溝にレジストを充填する段階と、
前記クリシェに充填されたレジストをローラに転写させる段階と、
前記ローラに転写されたレジストパターンを基板上に転写させる段階と、
を順次行う液晶表示素子の製造方法において、
前記線幅及び深さの互いに異なる複数の溝を形成する工程は、基板上に積層した有機物質から成るバッファ層にフォトリソグラフィ工程を行って少なくとも２つの溝を形成した後、前記少なくとも２つの溝のうち一部の溝に対して少なくとも1回のフォトリソグラフィ工程を繰り返し行い、互いに深さの異なる少なくとも２つの溝を形成する工程であって、前記線幅及び深さの互いに異なる複数の溝は、その線幅の大きさに応じてその深さが相対的に深くなるように形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 前記クリシェを用意する段階は、
基板を用意した後、該基板上に前記バッファ層となる有機膜を積層する段階と、
前記有機膜上に第１フォトレジストを塗布した後、パターニングして第１フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第１フォトレジストパターンをマスクとして前記有機膜をエッチングすることによって、該有機膜に少なくとも一つの第１溝を形成する段階と、
前記第１フォトレジストパターンを除去する段階と、
前記第１溝を含む有機膜の全面に第２フォトレジストを塗布した後、パターニングして第２フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第２フォトレジストパターンをマスクとして前記有機膜をエッチングすることによって、該有機膜に少なくとも一つの第２溝を形成する段階と、
前記第２フォトレジストパターンを除去する段階とを含み、
前記第２フォトレジストパターンを形成する段階において、前記第１溝のうち相対的に線幅の広い溝が露出されるように前記第２フォトレジストパターンが形成され、前記第２溝を形成する段階において、該第２フォトレジストパターンをマスクとして露出された有機膜をエッチングし、前記第１溝の深さと異なる深さを有するように前記第２溝が形成されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。 - 前記有機膜は、ポリマーまたはポリイミドからなる一群より選択されることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記基板は、ガラスまたはプラスチック基板であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記クリシェに形成された複数の溝にレジストを充填する段階は、
前記クリシェの表面及び溝の内部にレジストを塗布する段階と、
ドクターブレードを使用して前記クリシェの表面に塗布されたレジストを除去する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。 - ガラスまたはプラスチック基板を用意する段階と、
前記基板上に線幅及び深さの互いに異なる複数の溝を形成する段階と、
前記複数の溝にレジストを充填する段階と、
前記複数の溝に充填されたレジストをローラに転写させる段階と、
前記ローラに転写されたレジストをエッチング対象層に転写させる段階と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記エッチング対象層をエッチングする段階と、
を順次行う液晶表示素子の製造方法において、
前記線幅及び深さの互いに異なる複数の溝を形成する段階は、前記基板上に有機物質から成るバッファ層を積層し、該バッファ層にフォトリソグラフィ工程を行って少なくとも２つの溝を形成した後、前記少なくとも２つの溝のうち一部の溝に対して少なくとも1回のフォトリソグラフィ工程を繰り返し行い、互いに深さの異なる少なくとも２つの溝を形成する工程であって、前記線幅及び深さの互いに異なる複数の溝は、その線幅の大きさに応じてその深さも相対的に深くなるように形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - ガラスまたはプラスチック基板を用意する段階と、
前記基板上に有機膜を積層する段階と、
前記有機膜に線幅及び深さの互いに異なる複数の溝を形成する段階と、
前記複数の溝を含む有機膜上にレジストを塗布する段階と、
前記有機膜の表面をドクターブレードにより平坦に掻き取ることによって、各溝の内部にレジストを充填し、その他の領域に塗布されたレジストを除去する段階と、
前記複数の溝に充填されたレジストをローラに転写させる段階と、
前記ローラに転写されたレジストをエッチング対象基板に転写させる段階と、
を順次行う液晶表示素子の製造方法において、
前記線幅及び深さの互いに異なる複数の溝を形成する段階は、前記基板上に積層した有機膜であるバッファ層にフォトリソグラフィ工程を行って少なくとも２つの溝を形成した後、前記少なくとも２つの溝のうち一部の溝に対して少なくとも1回のフォトリソグラフィ工程を繰り返し行い、互いに深さの異なる少なくとも２つの溝を形成する工程であって、前記線幅及び深さの互いに異なる複数の溝は、その線幅の大きさに応じてその深さも相対的に深くなるように形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 第１基板を用意する段階と、
前記第1基板に、第１深さ及び第１線幅を有する複数の第１溝を形成する段階と、
前記第1基板に、前記第１深さより深く、且つ前記第１線幅より広い、第２深さ及び第２線幅を有する複数の第２溝を形成する段階と、
それら第１溝及び第２溝にレジストを充填する段階と、
前記第１基板を、エッチング対象基板と合着する段階と、
前記エッチング対象基板に熱または圧力を印加する段階と、
前記エッチング対象基板から前記第１基板を分離させることによって、前記エッチング対象基板上に、複数の第１溝及び第２溝と対応する領域に複数の第１レジストパターン及び第２レジストパターンを形成し、前記第１レジストパターンの第１厚さは、前記第２レジストパターンの第２厚さより薄く形成する段階と、
を順次行う液晶表示素子の製造方法において、
前記複数の第１溝を形成する段階及び前記複数の第２溝を形成する段階は、前記第1基板上に有機物質から成るバッファ層を積層し、該バッファ層にフォトリソグラフィ工程を行って少なくとも２つの溝を形成した後、前記少なくとも２つの溝のうち一部の溝に対して少なくとも1回のフォトリソグラフィ工程を繰り返し行い、互いに深さの異なる少なくとも２つの溝を形成する工程であって、前記第１溝及び前記第２溝は、その線幅の大きさに応じてその深さも相対的に深くなるように形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 前記第１レジストパターンの第１線幅は、前記第２レジストパターンの第２線幅より狭いことを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記第１レジストパターンの第１厚さは、前記第１溝の深さと同じであり、前記第２レジストパターンの第２厚さは、前記第２溝の深さと同じであることを特徴とする請求項９記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記レジストを充填する段階は、
前記複数の第１及び第２溝が形成された第１基板にレジストを塗布する段階と、
ドクターブレードを使用して前記第１基板の表面に塗布されたレジストを除去する段階と、
を含むことを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子の製造方法。
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