JP4140771B2 - 液晶表示素子のパターン形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示素子のパターン形成方法に係るもので、詳しくは、印刷方式による液晶表示素子のパターン形成方法に関するものである。
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CRTモニタも大型化され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パネル(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素子のうち、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素子が脚光を浴びている。
以下、一般の液晶表示素子及び前記液晶表示素子を構成するカラーフィルタの製造方法について、図面に基づいて説明する。
図３は、一般の液晶表示素子を示した概略断面図である。
図示されたように、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、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、画素電極７及び薄膜トランジスタTが形成され、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、それらゲート電極１と半導体層３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、から構成されている。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、前記アクティブ層３aの両側上部の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、前記画素電極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、及び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。前記カラーフィルタ１１上には、前記カラーフィルタ１１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)を追加形成することもできる。また、前記共通電極１３上には、第１配向膜４aと共に液晶分子の初期配列方向を決定する第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。
このように構成された液晶表示素子は、反復的な薄膜蒸着工程(thin film deposition process)及びフォトリソグラフィ工程(photolithography process)などにより製作される。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)の塗布、マスクを利用した露光及び現像などの一連の工程により進行されるフォトリソグラフィ工程が反復的に行われるため、製造工程が複雑であり、大面積の表示素子には適合しないという問題点があった。
従って、近来、露光工程を経ずに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印刷方法が提示されている。
従って、近来、露光工程を経ずに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印刷方法が提示されている。
図４Ａ乃至図４Ｃは、印刷方法によるパターン形成方法を示した工程手順図である。
まず、図４Ａに示したように、複数の溝２３が形成されたクリシェ２４を用意した後、前記クリシェ２４上にパターン形成用レジスト３１を塗布する。次いで、ドクターブレード(doctor blade)３２を使用して、前記クリシェ２４の表面を平坦に掻き取ることで、前記溝２３の内部にレジスト３１を充填する。
まず、図４Ａに示したように、複数の溝２３が形成されたクリシェ２４を用意した後、前記クリシェ２４上にパターン形成用レジスト３１を塗布する。次いで、ドクターブレード(doctor blade)３２を使用して、前記クリシェ２４の表面を平坦に掻き取ることで、前記溝２３の内部にレジスト３１を充填する。
その後、図４Ｂに示したように、前記溝２３の内部にレジスト３１が充填されたクリシェ２４上に印刷ロール３３を接触させた後、これを回転させることで、前記溝２３の内部に充填されたレジスト３１を前記印刷ロール３３の表面に転写させる。
次いで、図４Ｃに示したように、前記印刷ロール３３の表面に転写されたレジスト３１を、パターンを形成しようとする基板３０上に形成する。ことのき、前記印刷ロール３３を前記基板３０の表面に接触させて回転させることによって、前記基板３０にレジスト３１が転写される。
次いで、図４Ｃに示したように、前記印刷ロール３３の表面に転写されたレジスト３１を、パターンを形成しようとする基板３０上に形成する。ことのき、前記印刷ロール３３を前記基板３０の表面に接触させて回転させることによって、前記基板３０にレジスト３１が転写される。
このように形成されたレジストパターンは、以後、基板をエッチングするためのマスクとして使用される。即ち、前記レジストパターンをマスクとして基板をエッチングすることで、所望のパターンを形成することができる。
このような印刷方式は、工程が簡単であり、材料費(resist)の浪費を防ぐことができるという利点がある。然し、実際、液晶表示素子は、形成しようとする層(layer)によって形成すべきパターンのサイズが異なり、同一層に対してもパターンのサイズが多様である。このとき、パターンのサイズによってレジストの粘度を決定するが、パターンのサイズは多様であり、１回に粘度特性の異なるレジストを２種類以上印刷できないため、特定サイズのパターンに適合した粘度を有するレジストを選択しなければならない。
よって、このような従来の印刷方式においては、相対的に小さいサイズのパターンに適合したレジストを使用する場合、クリシェにレジストを充填し、ドクターブレードにより平坦に掻き取る過程で、縁領域より中央領域のレジストが更に多く除去されることによって、パターンの厚さが均一でない不良が発生するという不都合な点があった。
図５Ａ及び図５Ｂは、正常に印刷されたレジストパターン３５a、及び不良が発生したレジストパターン３５bをそれぞれ示したもので、図示されたように、正常に印刷されたパターン３５aは、厚さが均一に形成されるが、不良パターン３５bの場合、その中心部でレジストの厚さが薄くなり、パターンの厚さが不均一になる。このように、マスクとして使用されるレジストパターンの厚さが均一でないため、結果的に、液晶表示素子の不良パターンが発生する。
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、所望のパターンを正確に形成できる液晶表示素子のパターン形成方法を提供することを目的とする。
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、所望のパターンを正確に形成できる液晶表示素子のパターン形成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パターン形成方法においては、少なくとも、第１幅を有する第１溝と、二つ以上の第１溝の第１幅及びこれらの離隔間隔と同じ第２幅を有する第２溝とが形成されたクリシェを用意する段階と、前記第１溝及び第２溝の内部にレジストを充填する段階と、前記クリシェの溝の内部に充填されたレジストを基板のエッチング対象層上に転写させる段階と、を含んでなることを特徴とする液晶表示素子のパターン形成方法を提供する。
また、本発明は、基板上に有機物または金属物質を塗布してバッファ層を形成する段階と、前記バッファ層をパターニングすることで、複数の溝を有するクリシェを用意する段階と、前記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により平坦に掻き取ることで、溝の内部に均一な厚さを有するレジストを充填し、前記クリシェの表面に残っているレジストを除去する段階と、前記クリシェの溝の内部に充填されたレジストを印刷ロールに転写させる段階と、前記印刷ロールに転写されたレジストパターンをエッチング対象層に再転写させる段階と、を含んでなり、前記クリシェにおいて、最適のレジスト形成が可能な溝の幅をd１とし、これより広い幅をd２とするとき、前記d２は、少なくとも二つ以上のd１に分割して形成されることを特徴とする液晶表示素子のパターン形成方法を提供する。
また、本発明は、基板上に有機物または金属物質を塗布してバッファ層を形成する段階と、前記バッファ層をパターニングすることで、複数の溝を有するクリシェを用意する段階と、前記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により平坦に掻き取ることで、溝の内部に均一な厚さを有するレジストを充填し、前記クリシェの表面に残っているレジストを除去する段階と、エッチング対象層が形成された基板を前記クリシェ上に付着させた後、熱または圧力を加える段階と、前記基板を前記クリシェから外すことで、前記クリシェの溝の内部に充填されたレジストを前記エッチング対象層上に転写させる段階と、を含んでなり、前記クリシェにおいて、最適のレジスト形成が可能な溝の幅をd１とし、これより広い幅をd２とするとき、前記d２は、少なくとも二つ以上のd１が所定間隔離隔して形成されることを特徴とする液晶表示素子のパターン形成方法を提供する。
以上説明したように、本発明に係る液晶表示素子のパターン形成方法においては、クリシェに形成されるパターンの幅が広い場合、広い幅のパターンを狭い幅に分割してレジストパターンを均一に形成することで、レジストの厚さの不均一により発生するエッチング不良を防止することができ、よって、生産効率をより一層向上させることができるという効果がある。
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明に係る液晶表示素子のパターン形成方法に関するもので、印刷方式によるレジストパターンの形成方法を示した工程手順図である。
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明に係る液晶表示素子のパターン形成方法に関するもので、印刷方式によるレジストパターンの形成方法を示した工程手順図である。
まず、図１Ａに示したように、基板１０１を用意した後、前記基板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を塗布する。次いで、フォトリソグラフィ工程(photolithography process)により前記バッファ層１０３をパターニングすることで、複数の溝１０５a〜１０５cが形成されたクリシェ１００を製作する。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。
前記溝１０５a〜１０５cは、液晶表示素子のパターンを形成するためのマスクパターンで、液晶表示素子の製造において、同一層に対して設計されたパターンのサイズが多様であるため、前記溝１０５a〜１０５cのサイズも多様である。然し、ここでは、説明の便宜上、最適のパターン形成が可能な幅ｄ１を有する第１溝１０５a、前記幅d１より広い幅d２を有する第２溝１０５ｂ、及び前記第１溝１０５ａの幅ｄ１より狭い幅ｄ３を有する第３溝１０５ｃに分けて説明する。
前記第１溝１０５aは、均一な厚さを有するレジストパターンを形成する。前記第２溝１０５ｂは、幅d１を有する二つ以上の第１溝１０５aを所定の間隔Ｗをおいて連接させたもので、中央部が薄くなることのない均一な厚さのレジストパターンを形成する。前記間隔Ｗは、使用されるレジストの粘度及び表面エネルギーによって決定される。即ち、粘度が高く、表面エネルギーが高いレジストを使用する場合、隣接するレジストパターン間に干渉が発生する程度に間隔Ｗを狭めなければならない。また、粘度及び表面エネルギーが低いレジストを使用する場合は、間隔Ｗを相対的に広げなければならない。
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１３１を塗布した後、ドクターブレード１３２を使用して前記クリシェ１００の表面を平坦に掻き取ることで、前記溝１０５a〜１０５cの内部にのみレジスト１３１を充填すると共に、前記クリシェ１００の表面に残っているレジスト１３１を除去する。このとき使用されるレジストの粘度は、第１溝１０５aにより形成されるレジストパターンが最適、即ち、均一な厚さのパターンに形成されるように選択する。
このように前記溝１０５a〜１０５cの内部にレジスト１３１が充填されると、図１Ｃに示したように、前記クリシェ１００の溝１０５a〜１０５cの内部に充填されたレジスト１３１は、前記クリシェ１００の表面に接触して回転される印刷ロール１３３の表面に転写される。前記印刷ロール１３３は、製作しようとする基板の幅と同じ幅に形成され、パネルの長さと同じ長さの円周を有する。よって、１回の回転により、クリシェ１００の溝１０５a〜１０５cに充填されたレジスト１３１を全て印刷ロール１３３の円周表面に転写させることができる。このとき、前記印刷ロール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、レジスト１３１が印刷ロール１３３に容易に転写されるようにすると共に、基板１０１を印刷ロール１３３の衝撃から保護する。即ち、レジスト１３１との接着力が基板１０１よりバッファ層が更に弱いため、バッファ層１０３からの脱着がより容易である。また、基板１０１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、このような場合は、印刷ロール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、印刷ロール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、クリシェ及び印刷ロールの内部にヒーターを内蔵して、印刷ロールの温度をクリシェより高く設定すると、レジストは印刷ロールとの接着力がより強くなるため、クリシェからより容易に脱着させることができ、反対の特性を有するレジストを使用する場合、印刷ロールの温度をクリシェの温度より低く設定することで、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を印刷ロール１３３の表面に転写させた後、図１Ｄに示したように、レジストパターン１３１が転写された印刷ロール１３３を、パターンを形成しようとする基板１３０上に接触させて回転させることで、前記基板１３０上にレジストパターン１３１を形成する。このとき、パターンが形成される基板１３０は、ステージ１４０にローディングされている。このとき、前記ステージ１４０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で、印刷ロール１３３からレジストパターン１３１の脱着を容易にして、レジスト１３１が基板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、印刷ロール１３３及びステージ１４０に設置されたヒーター(図示せず)は、それらクリシェ１００、印刷ロール１３３及びステージ１４０に対し、それぞれ温度を異なるように設定できるようにすべきであり、それらクリシェ１００、印刷ロール１３３及びステージ１４０の全領域にわたって均一な温度を維持できるようにすべきである。
図１Ｅは、このような工程を通して基板１３０に形成されたレジストパターン１０６a〜１０６cを示したもので、図示されたように、パターンのサイズに関係なく、第１、第２及び第３レジストパターンが全て均一な厚さを有する。前記第１パターン１０６aは、第１溝１０５ａに充填されたレジストにより形成されたもので、前記第２レジストパターン１０６ｂ及び第３レジストパターン１０６cは、それぞれ前記第２溝１０５ｂ及び第３溝１０５cに充填されたレジストにより形成されたものである。
このとき、前記基板１３０には、パターンを形成するためのエッチング対象層が形成されており、前記エッチング対象層は、薄膜トランジスタのゲート電極、ソース/ドレイン電極、ゲートライン、データライン、画素電極及び蓄積電極のような金属パターンを形成するための金属層、またはケイ素酸化物（SiOx）及びケイ素窒化物（SiNx）のような絶縁層であることができる。
金属層または絶縁層上に前述したような工程により形成されたレジストパターンをマスクとして一般のエッチング工程により金属層または絶縁層をエッチングすることで、所望のパターンの金属層(即ち、電極構造)または絶縁層(例えば、コンタクトホールなど)を形成することができる。
図２Ａ乃至図２Ｄは、本発明の他の実施例であって、印刷ロールを使用せず、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印刷方式を示した工程手順図である。
まず、図２Ａに示したように、複数の溝２０５a〜２０５cが形成されたクリシェ２００を用意した後、前記クリシェ２００上にレジスト２３１を塗布する。次いで、ドクターブレード２３２により前記クリシェ２００の表面を平坦に掻き取ることで、第１溝２０５ａ〜３溝２０５a〜２０５cの内部にのみレジスト２３１を充填すると共に、前記クリシェ２００の表面に残っているレジストを除去する。
このとき使用されるレジストの粘度は、第１溝２０５aにより形成されるレジストパターンが最適、即ち、均一な厚さのパターンに形成されるように選択する。図面には詳細に図示されていないが、前記クリシェ２００は、基板及びバッファ層から構成され、前記第２溝２０５ｂの幅は、少なくとも二つの第１溝２０５aが所定間隔離隔して形成されたもので、以後、中央部が薄くなることのない均一な厚さのレジストパターンを形成するようになる。
次いで、前記溝２０５a〜２０５cの内部にレジスト２３１が充填されたクリシェ２００の表面にパターンを形成しようとする基板２３０を付着して、熱または圧力を印加した後、図２Ｃに示したように、前記基板２３０を前記クリシェ２００から外すことで、前記各溝２０５a〜２０５cに充填されていたレジストパターン２３１を前記基板２３０に転写させる。
図２Ｄは、このような印刷方式により基板に形成されたレジストパターンを示したもので、各レジストパターン２０６a〜２０６cは、それぞれ第１溝２０５ａ〜第３溝２０５cに充填されたレジスト２３１により形成されたものである。
前述したように、本発明は、同一層に対して互いに異なる幅を有するパターンを形成しなければならない場合、１回の印刷工程によりこれらマスクパターンを形成しなければならない。このとき、相対的に幅の狭いパターンに適合したレジストを選択する場合、相対的に幅の広いパターンはその厚さを均一に形成しにくい。従って、本発明は、相対的に幅の広いパターンを正常に形成されるパターンの幅に分割してクリシェの溝を形成することで、パターンのサイズに関係なく、全て１回の工程により均一な厚さを有するパターンを形成することができる。
Claims (12)
- 少なくとも、第１幅を有する第１溝と、各々前記第１幅と同じ幅を有する二つ以上の溝を、所定の同じ離隔間隔を置いて連接して成る第２幅を有する第２溝とが形成され、前記第２溝内のレジストが前記第２溝の離隔間隔に相当する領域内に流れ込むように、前記第１溝および第２溝に充填させるレジストの粘度および表面エネルギーが高い場合は前記離隔間隔を狭め、前記第１溝および第２溝に充填させるレジストの粘度および表面エネルギーが低い場合は前記離隔間隔を広げるように、前記第２溝の離隔間隔が設定されているクリシェを用意する段階と、
前記第１溝及び第２溝の内部にレジストを充填する段階と、
前記クリシェの溝の内部に充填されたレジストを基板のエッチング対象層上に転写させる段階と、を含んでなることを特徴とする液晶表示素子のパターン形成方法。 - 前記複数の溝が形成されたクリシェを用意する段階は、
クリシェ基板を用意する段階と、
前記基板上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層をパターニングして第１溝及び第２溝を形成する段階と、
からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子のパターン形成方法。 - 前記バッファ層は、金属層から形成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パターン形成方法。
- 前記バッファ層は、有機層から形成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パターン形成方法。
- 前記エッチング対象層にレジストを転写させる段階は、
前記クリシェ上に印刷ロールを接触させて回転させることで、前記第１溝及び第２溝の内部に充填されたレジストを前記印刷ロールの表面に転写させる段階と、
前記レジストが転写された印刷ロールを基板に接触させて回転させることで、エッチング対象層にレジストを再転写させる段階と、
からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子のパターン形成方法。 - 前記エッチング対象層にレジストを転写させる段階は、
前記クリシェ上にエッチング対象層が形成された基板を接着させる段階と、
前記基板上に熱または圧力を印加する段階と、
前記基板を前記クリシェから外すことで、前記第１溝及び第２溝の内部に充填されたレジストを前記エッチング対象層上に転写させる段階と、
からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子のパターン形成方法。 - 前記エッチング対象層は、金属層であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子のパターン形成方法。
- 前記エッチング対象層は、ケイ素窒化物（SiNx）またはケイ素酸化物（SiOx）のような無機層であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子のパターン形成方法。
- 前記エッチング対象層は、有機層であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子のパターン形成方法。
- 前記第１及び第２溝の内部にレジストを充填する段階は、
前記クリシェの上部全面にレジストを塗布する段階と、
前記クリシェの表面にドクターブレードを接触させた後、クリシェの表面を平坦に掻き取ることで、前記溝の内部にレジストを充填させ、前記クリシェの表面に残っているレジストを除去する段階と、
からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子のパターン形成方法。 - 基板上に有機物または金属物質を塗布してバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層をパターニングすることで、少なくとも、第１幅を有する第１溝と、各々前記第１幅と同じ幅を有する二つ以上の溝を、所定の同じ離隔間隔を置いて連接して成る第２幅を有する第２溝とが形成され、前記第２溝内のレジストが前記第２溝の離隔間隔に相当する領域内に流れ込むように、前記第１溝および第２溝に充填させるレジストの粘度および表面エネルギーが高い場合は前記離隔間隔を狭め、前記第１溝および第２溝に充填させるレジストの粘度および表面エネルギーが低い場合は前記離隔間隔を広げるように、前記第２溝の離隔間隔が設定されているクリシェを用意する段階と、
前記クリシェの表面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により平坦に掻き取ることで、前記第１溝及び第２溝の内部に均一な厚さを有するレジストを充填し、前記クリシェの表面に残っているレジストを除去する段階と、
前記クリシェの溝の内部に充填されたレジストを印刷ロールに転写させる段階と、
前記印刷ロールに転写されたレジストをエッチング対象層に再転写させることで、レジストパターンの幅に関係なく均一な厚さを有するレジストパターンを形成する段階と、
を含んでなることを特徴とする液晶表示素子のパターン形成方法。 - 基板を用意した後、前記基板上に有機物または金属物質を塗布してバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層をパターニングすることで、少なくとも、第１幅を有する第１溝と、各々前記第１幅と同じ幅を有する二つ以上の溝を、所定の同じ離隔間隔を置いて連接して成る第２幅を有する第２溝とが形成され、前記第２溝内のレジストが前記第２溝の離隔間隔に相当する領域内に流れ込むように、前記第１溝および第２溝に充填させるレジストの粘度および表面エネルギーが高い場合は前記離隔間隔を狭め、前記第１溝および第２溝に充填させるレジストの粘度および表面エネルギーが低い場合は前記離隔間隔を広げるように、前記第２溝の離隔間隔が設定されているクリシェを用意する段階と、
前記クリシェの表面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により平坦に掻き取ることで、前記第１溝及び第２溝の内部にレジストを充填し、前記クリシェの表面に残っているレジストを除去する段階と、
エッチング対象層が形成された基板を前記クリシェ上に付着させた後、熱または圧力を加える段階と、
前記基板を前記クリシェから外すことで、前記クリシェの溝の内部に充填されたレジストを前記エッチング対象層上に転写させてレジストパターンを形成する段階と、
を含んでなることを特徴とする液晶表示素子のパターン形成方法。
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