KR100755810B1 - 애블레이션 보강층 - Google Patents

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람죠쓰스나
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Abstract

실질적으로 투명한 전극 조립체의 제조에 유용한 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체가 개시되어 있다. 박막 이미지 매체는 기판, 고굴절율 금속 산화층, 애블레이션 가능한 금속 도전층, 고굴절율 도전성 금속 산화층 및 애블레이션 보강층을 구비한다. 애블레이션 보강층은 고굴절율 도전성 금속 산화층에 비해 IR 흡수율은 높고 IR 반사율은 낮다. 박막 기록 매체에 애블레이션 보강층을 구비함으로써 매체의 노출 임계값을 낮추고 애블레이션 정확성을 높이게 되는데, 낮은 임계값과 높은 애블레이션 정확성에 의해 LCD 전극 패턴의 제조의 경우, 종합적으로 그리고 최종적으로 바람직하지 않은 전기적 "단락"이 생길 가능성을 없애고 더 신뢰성 있게 형성된 전기적 구조를 얻을 수 있다.

Description

애블레이션 보강층{ABLATION ENHANCEMENT LAYER}
본 발명은 일반적으로는 애블레이션이 가능한(ablatable) 박막 이미지 매체의 노출 임계값을 최적화하는 것에 관한 것이고, 더 구체적으로 말하면, 흡수값 및 반사값이 미리 정해진 애블레이션 보강층을 채택함으로써 애블레이션이 가능한 박막 이미지 매체의 최적화된 노출 임계값을 얻는 것에 관한 것이다.
액정 디스플레이는 거의 투명한 2개의 전극 조립체 사이에 액정 물질을 삽입한 것이다. 저항성 또는 용량성 타입의 터치 스크린 디스플레이는 거의 투명한 2개의 전극 조립체가 중첩되어 있는 디스플레이 스크린(예컨대, 음극선관)을 구비한다. 저항성 또는 용량성 타입의 디스플레이에 있어서, 전극 조립체는 각각 거의 투명할 정도로 얇은 도전층이 증착된 기판을 구비하는 것이 일반적이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "실질적으로 투명한"은 전극에서 가시광선이 충분하게 전달되도록 하여 2개의 중첩된 전극에 의해 이들 전극을 구비한 액정 디스플레이나 터치 스크린 디스플레이의 색이 흐리게 되거나 변형되지 않도록 한다는 것을 의미한다. 산업상 사양에 의하면 2개의 중첩된 전극은 그 투과율이 550nm 에서 적어도 80% 가 되어야 하는 것이 통상적이다.
액정 디스플레이에 있어서, 기판은 유리로 만드는 것이 통상적이지만, 터치 스크린 디스플레이에서는 적어도 하나의 전극을 위해 합성 수지(플라스틱) 기판을 채택하는 것이 일반적이다. 도전체는 인듐 주석 산화물이나 이와 유사한 금속 산화물로 형성되는 경우가 있다. 도전체는 산화물을 고온에서 스퍼터링 또는 화학 기상 증착하고, 고온에서 어닐링 처리함으로써 형성되는 것이 일반적이다. 유리 기판의 경우, 도전체를 증착 및 어닐링 처리하기 위해 300℃를 초과하는 온도가 요구될 수 있으며, 플라스틱 기판의 경우에는 더 낮은 온도에서 사용하여야 하기 때문에 도전체의 전기적 저항이 높아지는 결과를 가져온다.
이와 대체 가능한 방법으로, 액정 디스플레이와 터치 스크린 디스플레이는 굴절율이 높은 2개의 층 사이에 삽입된 금속 도전층을 구비하는 박막 전극을 이용할 수 있는데, 상기 2개의 층은 금속 산화물로 만들어지는 것이 일반적이다. 금속 도전층은 복수 개의 전극으로 분할되기 위해 패턴화되며, 도전체는 액정 재료에서의 소망하는 패턴을 형성하기 위해 복수 개의 전극들 각각에 부착된다.
전극 형성을 위한 통상적인 종래 기술(즉, 포토리소그래픽 기술)의 프로세스는 일반적으로 기판상에 광반응성(photoreactive) 및 광 비반응성(non-photoreactive) 박막(일반적으로, 금속 산화물)층의 증착, 바람직한 전극 패턴에 대응하는 마스크[또는 이와 유사한 포토툴(phototool)]를 통한 상기 박막층의 선택적 노출, 상기 박막층의 노출된 부분이나 노출되지 않은 부분의 제거(광반응 특성에 의존)를 포함한다.
종래 기술은, 전극에 대해 200℃ 이상의 고온을 사용하는 것을 필요로 하는 경우도 있는데, 실제로는 유리 기판이나 고가의 고온 플라스틱(유리 전이 온도가 225℃ 이상이고 이러한 전이 온도에서 처리 과정을 견딜 수 있는 것으로 공지된 중합체)을 사용하는 것을 필요로 한다. 박막 전극을 저가의 플라스틱 기판상에 형성될 수 있게 한다면 유리 전이 온도가 낮은 저가의 플라스틱 기판을 사용할 수 있는 이점을 가질 수 있는 액정 디스플레이(예컨대, 휴대 전화 및 다른 이동 전자 장치)에 대한 많은 응용이 있다.
상기 종래의 공정들에 대한 응용이 여전히 실용적이고 상업적인 가능성으로 머물고 있는 반면, 직접 레이저 이미지 프로세스(특히, 레이저 애블레이션 프로세스)에 의해 전극 패턴을 형성하는 것에 대한 관심이 꾸준히 증가하고 있는데, 이는 적어도 레이저 이미지 공정이 잠재적으로 더 높은 정확성을 가지고 있으며 그 생산이 빠르고, 비용이 많이 드는 사전 이미지 처리[예를 들어, 마스크 제조(mask preparation)]로부터 영향을 받지 않기 때문이다. 가볍고 저렴한 플라스틱 기판의 사용에 대한 가능성도 존재한다.
레이저 애블레이션 공정으로 액정 디스플레이(LCD) 전극 패턴을 형성하는데는, 전기 도전성 및 절연성 물질을 전체적으로 또는 부분적으로 분해하기에 충분한 강도와 성질(예컨대, 파장)을 갖는 레이저 광(laser light)에 전기 도전성 및 절연성 물질로 된 층의 부분들을 노출시킴으로써 상기 부분들을 직접 패턴형으로 제거하는 공정이 필수적으로 포함된다. 반응은 제거된 재료의 파편들로 이루어진 증기나 가스와 같은 흐름(stream)을 만들어내는 "폭발성"(즉, 미세 수준에서의 폭발성)인 특성을 가질 수 있다. 이러한 공정의 예는 1998년 1월 20일 최형철, 추이지(Yi-Zhi Chu), 린다(Linda S. Heath) 및 윌리엄(William K.Smyth)이 출원한 미국 특허출원 제09/009,391호에 개시되어 있다.
대부분의 레이저 애블레이션 전극 형성 공정은 전반적으로 양호한 결과를 낳지만, 그럼에도 불구하고 더 개선할 여지가 남아 있다.
예를 들어, 금속과 부분 도전체를 애블레이션하는 공정에 있어서 애블레이션된 금속이 부분 도전체의 바로 밑에서 폭발 작용을 함으로써 리지(ridge)[바람직하지 않은 물리적 이형(anomaly) 등]가 종종 형성된다는 것이 발견되고 있다. 이러한 리지는 애블레이션된 영역의 경계 형성을 방해하고, 이에 의하여 완성된 평판 디스플레이에서의 픽셀 해상도의 품질을 저하시킬 수 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 종래의 포스트 패터닝 클리닝 공정(post-patterning cleaning processes)을 채택할 수 있지만, 에칭 처리한 에지에 생기는 파편(debris)을 제거하는 것이 용이하지 않고 박막 구조에 손상을 줄 수 있는 격렬한 과정들을 거쳐야 하는 문제점이 있다.
종래의 레이저 애블레이션 공정의 수행에는 높은 임계 노출 에너지가 포함되는 것이 일반적이다. 상당히 높은 에너지 비용은 별도로 하더라도, 애블레이션 노출이 심하게 되면, 이에 따라 애블레이션이 수행되는 영역 부근에서의 온도가 상당히 상승하게 된다. 따라서, 애블레이션 매체를 위해 사용할 재료는 열 저항성이 높은 물질을 선택하여야 하는 제한이 따른다. 또한, 기판의 선택에 있어서, 비용이 더 저렴하고 유연성은 더 크며 중량은 더 가벼운 기판을 원하는 경우, 플라스틱 재료의 사용이 크게 제한된다.
결국, 레이저 애블레이션 처리에 의해 세척할 필요가 있는 잔류물이 생기게 된다. 최종적으로 완성되는 전극은 동일 재료로 구성되어야 하기 때문에, 이러한 잔류물이 전극 사이의 함몰부에 남아 있게 되면 전기적 단락(short)을 일으킬 수 있다. 이러한 전기적 단락은 2개의 인접한 전극을 사실상 단일 전극으로 만들어버려 전극 조립체를 사용하는 액정 스크린이나 터치 스크린의 품질에 악영향을 미치기 때문에 당연히 바람직하지 않다.
상기 언급한 문제점에 대해, 본 명세서에서는 애블레이션이 가능한 박막 이미지 매체가 개시되어 있으며, 이 애블레이션이 가능한 박막 이미지 매체의 특징은 레이저 애블레이션 처리에 원하는 효과를 얻기위해 필요한 임계 에너지를 효과적으로 감소시키도록 구성되고 형성되며 위치하게 되는 애블레이션 보강층을 사용한 것에 있다. 애블레이션 보강층을 사용하게 되면 레이저 애블레이션 효율을 크게 개선(즉, 스캔 속도를 더 빠르게 하고, 노출 에너지 임계값을 더 낮게 하며, 품질을 개선)시킬 수 있으며, 노출 영역에 있는 금속층의 "클리너(cleaner)" 애블레이션을 크게 향상(예컨대, "리지", 애블레이션 되지 않은 잔류물 및/또는 다른 이와 유사한 경계가 명확하게 되지 않은 에지들, 표면들, 경계들이 거의 없는 매우 양호하게 애블레이션 처리된 영역들)시키게 된다.
특히, 거의 투명한 전극 조립체의 제조시 매우 유용한 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체는 (a) 기판; (b) 고굴절율 금속 산화층; (c) 애블레이션 가능한 금속 도전층; (d) 고굴절율 전도성 금속 산화층; (e) 상기 고굴절율 전도성을 갖는 금속 산화층에 비해 IR 흡수율은 높고 IR 반사율은 낮은 애블레이션 보강층을 구비 하는 것으로 정의될 수 있다.
본 발명은, 애블레이션 처리 과정에서 생기게 되는 많은 응용물과 제품에 대해 바람직하지 않은 잔여물 및/또는 잔류물인 애블레이션 보강 재료를 처리("클리닝"과 비교)하기 위한 신규한 공정을 제공한다. 본 신규한 방법의 특징적 단계들에는 "패터닝" 공정과 밀접하게 관련하여 "클리닝" 공정의 수행이 포함되며, 이들 두개의 공정에는 동일한 장치(예컨대, 동일한 레이저)를 사용하는 것이 바람직하다. 이 신규한 공정은 순차적 방법(즉, 애블레이션 패터닝 후에 애블레이션 클리닝 처리) 또는 연속 방법(즉, 애블레이션 클리닝과 동시에 애블레이션 패터닝을 처리)에 의해 달성될 수 있다.
이상의 내용으로 보아, 본 발명의 제1의 목적은 노출 임계값이 낮으며 평판 디스플레이를 위한 전극 조립체의 제조에 유용한 애블레이션 가능한 박막 이미지를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제2의 목적은 이미지 매체의 노출 임계값에 특히 양호한 효과를 가져오도록 고안된 IR 반사율과 IR 흡수율을 갖는 애블레이션 박막 이미지 매체를 제공하는데 있다.
본 발명의 제3의 목적은 노출 에너지를 보다 적게 필요로 하며, 이에 의하여 발생되는 열이 적고, 따라서 유리보다 통상 열 저항성이 작은 비교적 저렴하며 열 반응성이 좋은 스택(stack)과 경량의 기판(플라스틱 기판 등)의 제조시에 사용하기 위한 전극 조립체를 제조하기 위한 광 애블레이션 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 제4의 목적은 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체를 패터닝하는 방법을 제공하는 것으로서, 여기서 패터닝 동작은 클리닝 동작과 밀접하게 연관되어 이루어지는데, 다시 말하면, 클리닝 동작이 패터닝 동작 후에 레이저 애블레이션에 의해 수행되는 것이다. 이러한 방법을 위해 동일 장치가 사용되는 것이 좋다.
본 발명의 제5의 목적은 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체를 패터닝하는 방법을 제공하는 것으로서, 패터닝 동작은 클리닝 동작과 밀접하게 관련하여 수행되는데, 다시 말하면, 클리닝 동작이 패터닝 동작과 동시에 레이저 애블레이션에 의해 수행되는 것이다. 이러한 방법을 위해 동일 장치가 사용되는 것이 좋다.
본 발명의 다른 목적들은 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명에 의해 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 5는 각각 본 발명의 실시예를 개략적으로 나타낸 예시 도면이다.
도 1은 본 발명에 따라 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)의 단면도.
도 2a 내지 2c는 도 1의 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)를 처리하는 방법을 나타내고 있는데, 이 방법에는 순차적(즉, "단계적") 레이저 이미지 처리와 레이저 클리닝 동작이 포함된다.
도 3a 내지 3b는 도 1의 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)를 처리하는 다른 방법을 나타내고 있는데, 이 방법에는 동시 수행("연속"과 비교) 레이저 이미지 처리와 레이저 클리닝 동작이 포함된다.
도 4는 도 1의 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체를 이미지화하기에 적합한 장치의 측면 개략도이다.
도 5는 도 4의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도이다.
상기 도면들에서의 대상의 상대적인 위치, 형태 및 크기는 본 명세서에서의 논의와 표현을 용이하게 하기 위해 크게 도시되어 있다.
본 발명은 종래의 레이저 애블레이션 공정에 따라 제조된 전극 조립체에서의 바람직하지 않은 구조적 결함이 발생하는 것을 방지, 감소 및/또는 다른 방법으로 경감시키는 수단을 제공한다. 바람직하지 않은 구조적 결함이란 본질적으로 불완전하고 비효율적이며 및/또는 포커싱되지 않은 애블레이션 패터닝 공정, 및/또는 적절하지 않은 포스트 패터닝 클리닝 공정에 의해 전극 조립체에 생기는 흔적 또는 잔류 금속이나 금속 산화물이다. 만일 잔류물의 발생률이 높으면 이러한 잔류물은 완전히 조립을 마친 평판 디스플레이 제품에 허용할 수 없는 정도의 전기적 단락(다크 픽셀과 비교)을 일으키게 된다.
본 명세서에 개시된 수단들은 애블레이션 패터닝 단계와 이에 후속하는 클리닝 단계 모두에서 일어나는 비효율성을 해소하기 위한 것이다.
먼저 초점을 둘 것으로서, 애블레이션 패터닝 단계에 있어서, 애블레이션 보강층(100)에 결합되는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)를 이용하는 경우, 애블레이션 처리는 낮은 에너지 임계값에서 더 많은 제어가 가능하게 효율적으로 수행될 수 있다는 것을 알게 되었다. 애블레이션 보강층(100)[통상 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)의 최상단층이 된다]의 주요 기능은 매체(10)의 표면에, 애블레이션 보강층이 없는 경우에 비해 애블레이션 처리에 더 효과적인 광학적 특성을 제공한다는 것이다.
발명자들이 자신들의 발명의 설명 내의 이론으로 제한되는 것을 바라지는 않을 것이지만, 전기적 기능성 면에서 전극으로서 사용하기에 가장 바람직한 구성요소들이 레이저 애블레이션에 대해 사용하기에 최상의 요소일 필요는 없다는 것으로 인식되었다. 이러한 문제점은 개별적인 애블레이션 보강층(100)을 사용함으로써 전기적 기능성을 손상시키지 않고 해결된다. 애블레이션 보강층(100)이 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)의 최상단면에 코팅되면, 하부 전극 형성층(213)은 많은 "클리너"를 애블레이션하게 되어, "리지"가 없게 되고 레이저 애블레이션 효율성이 크게 개선(예컨대, 노출 에너지 임계값이 낮아지고 스캔 속도가 더 빠르게 되는 등)된다.
도 1에 예시된 실시예에 있어서, 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)는 베이스(212)[즉, 코팅 등이 된 기판(120)], 고굴절율 금속 산화층(134), 애블레이션 가능한 금속 도전층(130), 고굴절율 전도성 금속 산화층(132) 및 고굴절율 전도성 금속 산화층(132)에 비해 IR 흡수율(즉, 적외선 방사의 흡수율)은 높고 IR 반사율(즉, 적외선 방사의 반사율)은 낮은 애블레이션 보강층(100)을 구비한다.
애블레이션 보강층(100)은 구성물들이 물리적으로 인접할 절대적인 필요는 없다고 하더라도 전극 형성층(213)에 인접하여 위치하여야 하는 것이 일반적이다. 다시 말해서, 애블레이션 보강층과 전극 형성층은 만일 그 사이에 기능성 층이나 코팅이 있는 경우에도 필요한 하나의 층에서 다른 층으로의 에너지 전달을 보장하여야 한다는 점에서 충분히 인접해서 위치할 필요가 있다.
애블레이션 보강층(100)의 특정 구성에 대해, 당업자는 상기 언급된 광학 특성을 유효하게 하도록 다수의 재료들과 배치 구성이 사용될 수 있음을 알고 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 애블레이션 보강층(100)에 사용하기 위해 현재 예상되는 재료에는 카본 블랙, IR 염료, Al, Au, Pt 또는 Cu 가 있다. 수용성 중합 매트릭스에 분산된 카본 블랙이 일반적으로 바람직하다.
본 공정에 사용되는 기판(120)은 그 기판위에 전극을 형성하기에 충분한 기계적 완결성(mechanical integrity)과 표면 편평도(surface smooth)를 가지고 있으면 어떠한 재료로도 형성할 수 있다. 기판은 전극 조립체의 다른 층들과 마찬가지로 액정 디스플레이에서 사용할 수 있을 정도로 충분히 투명해야 한다. 유리 기판이 사용될 수도 있지만, 합성 수지로 만드는 것이 일반적으로 더 좋다. 이러한 목적을 달성하기 위한 바람직한 수지로는, 스위스 바젤 CH-4002 뮌헨스테이네르스트라세 38 에 소재한 Lonza AG 에서 "TRANSPHAN"이란 상표로 판매되는 재료와 같은 폴리카보나이트와 폴리(bis(시클로펜타디엔)축합물)가 있다. 이 재료는 일본 도쿄 104 츠키지 2-11-24에 소재한 Japan Synthetic Rubber Co. Ltd. 에서 "ARTON"이란 상표로 판매하는 중합체 박막이다. 이 중합체는 다음 화학식으로 제조자가 표현하였다.
Figure 112001029506287-pct00001
[여기서 X는 극성 기(polar group)이다]. 본 발명에 유용한 다른 기판으로는 폴리에테르 설폰 및 폴리(알킬)아크릴레이트가 있다.
기판(120)은 가스와 수분 장벽으로서 작용하도록, 및/또는 기판의 경도 및 스크래치 저항성을 향상시키고, 및/또는 기판에 대한 고굴절율 층의 접착력을 향상시키기 위해 한면이나 양면상에 코팅하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판의 양표면상에 경질 중합체 코팅, 즉 코팅(122, 124)이 제공되는 것이 유용하였다. 이러한 경질 코팅(122, 124)은 그 두께가 대략 1㎛ 에서 15㎛ 범위를 가지며, 2㎛ 에서 4㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 더 바람직하고, 적절한 중합 재료의 자유 라디칼 중합[열(thermal)이나 자외선에 의해 개시된다]에 의해 제공될 수 있다. 특히 바람직한 경질 코팅으로는 위스콘신 53151 뉴 베를린 웨스트 링컨 애비뉴 6700에 소재한 테크라사(Tekra Corporation)가 상표명 "TERRAPIN" 으로 판매하는 아크릴 코팅이 있다.
기판상의 하나의 면[나중에 금속층(213)이 증착되는 면]상에 완성된 액정 디스플레이 조립체를 위한 가스 및 수분 장벽으로서 작용하도록, 그리고 고굴절율 층의 접착력을 향상시키기 위해 접착 촉진제로서 작용하도록 얇은(통상 10-30nm) 실리카(SiOx)층을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 도 1의 장벽층(140)을 참조하라.
경질 코팅과 실리카 층이 모두 기판상에 제공되는 경우에는 그 순서에 상관없이 제공될 수 있다. [용어 "실리카"는 본 명세서에서 이 기술분야에서의 통상의 의미에 따라 화학식 SiOx 인 재료(여기서 x는 정수로서 반드시 '2'일 필요는 없다)를 의미한다. 본 기술분야의 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 이러한 실리카 층은 산소 환경에서 실리콘을 스퍼터링 또는 화학 증착하여 증착하는 경우도 있어서, 증착된 재료는 순수 실리카의 화학양론적 화학식 SiO2 에 정확하게 부합하지는 않는다].
본 제조 공정에 따라, 기판상에는 고굴절율 금속 산화층(134), 애블레이션 가능한 금속 도전층(130), 고굴절율 도전성 금속층(132) 및 애블레이션 보강층(100)이 차례로 증착된다. 다른 기법들, 예컨대 전자빔(e-beam) 및 열 증발(thermal evaporation) 기법이 상기 층들을 증착하기 위해 채택될 수 있지만, 상기 층들은 dc 스퍼터링법이나 화학 기상 증착법에 의해 증착시키는 것이 바람직하며, RF, 마그네트론(magnetron) 및 반응성 스퍼터링법과 저압 플라즈마 강화 및 레이저 강화 화학 증착법이 사용될 수도 있다.
바람직한 플라스틱 기판이 사용되는 경우, 플라스틱 기판에 대한 손상을 방지하기 위해 170℃ 이하의 온도에서 3개의 층 각각에 대해 증착을 하는 것이 효율적이다. 물론, 온도 제한은 채용된 정확한 기판에 따라 변경되고, 상기 언급된 TRANSPHAN 기판의 경우 온도는 160-165℃ 이상이 되지 않도록 하여야 한다.
기판(120)에 인접한 고굴절율 금속 산화층(134)을 도전성으로 하는 것은 애블레이션 보강층(100)을 사용한다 하더라도 여전히 일반적으로는 바람직하지만, 절연성으로 하는 것도 가능하다. 왜냐하면, 절연성을 갖는 고굴절율 금속 산화층(134)의 사용은 패터닝 단계 이후 인접한 전극들 사이에 금속 산화층(134)의 전극들 사이의 전기적 단락을 일으키지 않을 부분이 남아 있어야 한다는 것을 더 보장할 수 있을 뿐이기 때문이다. 그러나 도전성을 갖는 고굴절율 금속 산화층(134)은 이러한 보호를 위한 요구가 보다 완화되는 응용에 사용될 수 있다.
고굴절율 층(134)은 절연성으로 되든 도전성으로 되든 금속 산화물로 형성되는 것이 일반적이며, 이러한 목적을 이루기 위한 바람직한 산화물로는 인듐 산화물(In2O3), 티타늄 이산화물(TiO2), 카드뮴 산화물(CdO), 갈륨 인듐 산화물, 니오븀 오산화물(Nb2O5), 인듐 주석 산화물 및 주석 이산화물(SnO2)이 있다. 액정 디스플레이 조립체를 형성하는 기술분야[예를 들어, 페이틀(Patel) 등에 의한 1996년 Society of Vacuum Coaters 39th Annual Technical Conference Proceedings의 441-445에 개시된 "Methods of Monitoring and Control of Reactive ITO Deposition Process on Flexible Substrates with DC Sputtering"와, 깁슨(Gibbons) 등에 의한 1997년 Society of Vacuum Coaters 40th Annual Technical Conference Proceedings의 216-220에 개시된 "ITO Coatings for Display Applications"를 참조하라]의 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 이러한 금속 산화층의 도전성은 산화층이 증착되는 조건을 변경함으로써 여러 개의 차수를 통해 제어가 가능하다. 바람직한 dc 스퍼터링 증착 공정에 대해, 이와 관련된 조건으로 온도, 반응 압력, 산소 부분압, dc 바이어스 및 증착율이 있다. 절연층의 도전성을 제어하기 위해 도핑이 사용될 수 있다. 통상적으로 절연층의 두께는 약 20nm 에서 80nm 의 범위를 가질 것이다.
기판(120)에 인접한 고굴절율 금속 산화층(134)[그리고 고굴절율 도전성 산화층(132)]에 필요한 굴절율은 본 발명의 전극 조립체가 결합되는 최종적인 평판 디스플레이 제품에 존재하는 다른 층들에 따라 다소 변경될 것이다. 대체적으로, 고굴절율을 갖는 층(134, 132)의 굴절율은 550nm에서 1.6을 초과할 것이며, 상기 언급된 문헌들에 개시된 바와 같이, 바람직한 금속 산화 고굴절율 층의 굴절율은 1.9를 초과하도록 용이하게 만들 수 있다.
애블레이션 금속 도전층(130)은 완성된 전극 조립체에서 요구되는 낮은 저항값을 제공하도록 채택된 증착 공정에 의해 증착 가능하고 충분한 도전성을 갖는 임의의 금속이나 금속 합금으로 형성할 수 있다. 층(130)의 조직 및 구성은 애블레이션 처리에 포함되는 폭발성 반응이 지정되고 소망하는 임계 에너지에서 일어나기에 충분한 레벨에서 패터닝에 사용되는 조사(照射)에 대해 흡수율을 제공하여야 한다. 바람직하게, 도전층은 적어도 하나의 금, 은 및 금/은 합금(예를 들어, 미국 특허 제4,234,654호에 개시된 합금)으로 이루어진다. 금(gold)은 도전층의 내식성(corrosion resistance)을 향상시키기 때문에, 층(130)은 더 얇은 금으로 된 층, 예를 들어 하나 이하의 단층으로, 한면 또는 양면상에 코팅된 은으로 된 층으로 이루어지는 것이 대체로 바람직하다. 예컨대, 2개의 두께가 1nm 인 금으로 된 층들 사이에 있는 10nm 두께의 은으로 된 층은 양호한 결과를 가져오는 것으로 알려져 있다. 애블레이션 가능한 금속 도전층(130)의 전체 두께는 대략 5nm 에서 20nm 범위를 갖는 것이 통상적일 것이다.
고굴절율 도전성 금속 산화층(132)을 형성하기 위한 바람직한 재료 및 공정은 고굴절율 산화층(134)을 형성하기 위한 재료와 공정과 동일하지만, 층(132)을 증착하기 위해 사용되는 조건이, 필요에 따라 적어도 부분적인 도전성을 층(132)에 제공하기 위해 변경될 수 있다는 것은 물론 다르다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 전극 조립체에 사용되는 층들의 저항력은 조립체의 표면 전체에 대해 측정하는 것이 일반적이며, 본 경우에 있어서는 도전성이 적어도 평방 약 400 옴(ohm), 바람직하게는 평방 약 200 옴(ohm)인 고굴절율 도전성 금속 산화층을 사용하는 것이 만족할만한 결과를 가져온다는 것을 알게 되었다. 층(132)의 두께는 20 ~ 100 ㎚ 정도의 범위가 바람직하다.
본 공정에서 양호한 결과를 가져오는 것으로 알려진 애블레이션 가능한 전극 형성층(213)의 결합의 예가 이하 표 1에 주어져 있다(여기서 "ITO"는 인듐 주석 산화물을 나타낸다).
층(134)(절연성) 애블레이션 가능한 도전층(130) 금속 산화 도전층(132)
ITO, 40nm Ag, 10nm ITO, 47nm
ITO, 40-42nm Ag, 9-10nm/Au, 1-1.5nm ITO, 47nm
ITO, 40-42nm Au, 1nm/Ag, 10nm/Au 1nm ITO, 47nm
SnO2, 42nm Ag, 10-12nm ITO, 47nm
SnO2, 42nm Ag, 9-10nm/Au, 1-1.5nm ITO, 47nm
SnO2, 42nm Au, 1nm/Ag, 10nm/Au 1nm ITO, 47nm
본 발명에 따라, 상기 언급된 층(213)의 증착에 이어, 애블레이션 보강층(100)이 고굴절율 도전층(132) 상부 위에 증착된다.
다시 강조하고자 하는 것으로서, 애블레이션 보강층(100)이 전극 형성층(213)에 인접하여야 하는 것은 절대적으로 요구되지는 않는다는 것이다. 애블레이션 보강층(100)에 대해, IR의 흡수력이 약한 중간 금속 산화층(101), 예를 들어 ITO 만 있는 유형의 구조로 된 두께가 2㎛-4㎛ 인 층과 같은 비도전성 층들을 애블레이션 처리하는 것이 가능하다. 애블레이션 보강층(100)에서의 에너지 흡수력은 도전성이 낮은 또는 비도전성인 금속 산화물의 수 마이크로미터를 제거하기에 적합하기 때문에, 비도전성 층의 아래에 금속 층을 구비할 것을 요구하지 않는다. 그러나, 애블레이션 보강층(100)의 목적이 샘플 표면으로부터 광반사율을 감소시키고 샘플내의 흡수력을 증가시키는 것인 한, 애블레이션 보강층(100)과 전극 형성층(213) 사이의 중간층의 개수가 너무 많거나 층의 두께가 너무 두꺼우면, 애블레이션 보강층(100)에 의한 에너지 집중의 효과가 떨어짐에 따라 중요성은 커지게 된다. 에너지가 상기 중간층을 통과하게 되는 경우, 그 경로상에서 분산 또는 소산될 수 있기 때문에 분해능이 약화된다. 그럼에도 불구하고, 당업자가 잘 알고 있는 바와 같이, 중간층들의 두께가 유사하기 때문에 상기한 사항은 무시할 수 있게 될 것이다.
또한 애블레이션 보강층(100)은 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)의 상단면상에 위치하는 것이 적절하다. 이 보강층은 반드시 매체(10)의 노출된 최상단면일 필요는 없지만, 그 기능성에 비추어 보아, 보강층이 상단면에 위치하지 않는다고 하더라도, 매체(10)의 예측된 이미지형 노출 동안, 노광이 애블레이션 가능한 전극 형성층(213)에 입사하기 전에 보강층(100)에 입사하는 위치에 보광층이 배 치되어 있어야 한다.
그 구성의 관점에 있어서, 애블레이션 보강층(100)의 상기 언급된 구성성분은 노광이 계속해서 통과하도록 조직화되어야 한다. 따라서, 카본 블랙이 바람직한 구성성분이지만, 카본 블랙은 모든 노출 에너지가 애블레이션 보강층(100)에 흡수될 수 있도록 높은 광학 밀도를 가지는 층을 생성하도록 조직화될 수 없다. 일반적으로, 예컨대 고굴절율 도전성 금속 산화층(132)의 예측된 구성의 사용으로 다른 이용 가능한 파라미터 보다 더욱 양호한 흡수율과 반사율을 생성하기위하여 카본 블랙의 미소량만이 필요할 것이다.
애블레이션 보강층(100)을 사용한 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체의 예와 이러한 박막 이미지 매체의 성능은 표 2에 요약되어 있다[전극 형성층(213)의 구성성분은 표 1에 개시된 것과 본질적으로 동일한 유형이다].
샘플 애블레이션 보강층(100) 두께 범위 바람직한 두께 에칭 결과(노광 임계값)*
종래 기술 없음 해당없음 해당없음 ∼10W
실시예 1 카본 블랙(수용액) 150nm-1㎛ 400-500nm ∼7W
실시예 2 카본 블랙(용매) 1.5㎛-6㎛ 2.5㎛ ∼7W
실시예 3 알루미늄** 25Å-300nm 100-250Å ∼4.5W
주의: * 레이저 사양:15W 열 레이저, 110nm 파장; **증기 증착으로 코팅
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 대한 노출 임계값은 종래 기술의 예에 비해 크게 개선된 것을 나타낸다.
애블레이션 보강층(100)의 유용성이 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)의 이미지형 패턴 동안에만 필요하면, 즉 완성된 전극 조립체에 중요한 기능성을 제공하지 않는 한, 그 구성에서의 다른 고려 사항은 애블레이션 패터닝 이후 제거(즉, "클리닝")를 용이하게 하기에 가장 적합한 재료의 선택이다.
"용이하게 제거 가능한" 구성의 형성은 본 기술분야의 당업자의 능력에 속한다. 예를 들어, 카본 블랙 형성은 용제를 기초로 또는 물을 기초로 할 수 있으며, 이러한 경우, 포스트 패터닝 클리닝법은 알콜 세정제(용제를 기초로 하는 경우) 또는 간단한 물 세정제(물을 기초로 하는 경우)에 의해 이루어질 수 있다. 탄성이 높은 보강층, 예컨대 알루미늄을 이용한 층들에 대하여는, 적절한 세정제, 분산제, 용해제 또는 기타 다른 분해제로 처리하여 상기 애블레이션 보강층(100)을 "약화시키는" 릴리스층(100)을 사용하는 것이 바람직하다.
바람직한 전극 구조를 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)에 패터닝함에 있어서, 중요한 것은 인접한 전극들 사이에 단락 회로가 없도록 보장하고 애블레이션 보강층(100)의 사용에 의해 용이하게 되는 결과를 얻기 위해, 패터닝이 고굴절율의 도전성 금속 산화층(132)과 애블레이션 가능한 금속 도전층(130) 모두를 통해 완전하게 확장한다는 것이다. 실제로, 패터닝은 기판에 인접한 고굴절율의 산화층(134)을 통해 완전하게 확장하는 것이 일반적일 것이다. 그러나 앞서 지시한 바와 같이, 고굴절율의 층은 인접한 전극들 사이에 바람직하지 않은 전류 누설이 생기는 것을 방지하기 충분한 저항을 갖고, 이 층의 일부는 패터닝 후 존재하여야 한다는 것이 여전히 필요하다.
패터닝을 위한 바람직한 기법은 약 700nm 내지 1200nm 범위에서 조사하는 적외선 레이저를 사용하는 것이다. 적외선 조사는 애블레이션 보강층(100)을 통과한 후 애블레이션 가능한 금속 도전층(130)에 일차적으로 흡수되고, 상기 금속 도전층(130)이 신속하고 신뢰성 있게 패터닝되도록 한다. 바람직하게, 레이저 애블레이션에 사용되는 레이저는 미국 특허 제4,815,079호, 제5,268,978호, 제5,373,576호 및 제5,418,880호의 예로서 개시된 바와 같이, 더블 클래드(double-clad) 광섬유를 채택하는 광섬유 레이저이다. 통상적으로, 전극 조립체를 패터닝하기 위해 필요한 에너지는 대략 800mJ cm-2 이어서, 출력이 6W 이고, 스폿 반경이 8.5㎛(1/e2 에 기초하여 측정되었다)인 광섬유 레이저를 이용함으로써, 대략 70m sec-1 에서 기판 전체에 스폿(spot)을 스캐닝할 수 있고 기판을 분당 대략 400cm2 패턴화할 수 있다.
통상적으로, 레이저 빔은 래스터 이미지 프로세서로부터 제공되는 디지털 신호의 제어하에서 변조되는 동안 기판 전체를 래스터(raster) 패턴으로 스캐닝한다. 이 기법의 이점은 의도한 전극 패턴의 디지털 이미지의 제공만을 요구하므로, 래스터 이미지 프로세서는 중단 시간 없이 패턴을 변경할 수 있다는 점이다.
패터닝 공정에 이어, 애블레이션 보강층(100)의 애블레이션 처리되지 않은 과도한 잔류물을 제거하여야 하며, 제거하지 않으면 잔류물이 조립된 평판 디스플레이 제품의 전기적 완결성에 영향을 미칠 수 있다. 통상적으로, 상기 언급한 바와 같이, 이러한 잔류물의 제거 단계는 전극 형성층(213)의 물리적 내구성뿐만 아니라 구성 재료의 내화학성(chemical resistance)에 영향을 받을 것이다.
더 바람직한 것으로서, 다른 개선된 대체 방안으로서 애블레이션 보강층(100)의 원치 않는 영역을 제거하는 동시에, 폭발에 의해 생긴 처리할 잔류물만을 남기는 방식으로 패터닝 공정을 수행하는 것이 있다. 이러한 2개의 공정은 "클리닝" 단계에서 개선된 애블레이션을 효율적으로 수행하기 위한 상기 언급된 수단들을 구비하고 도 2a-2c 및 도 3a-3b에 개략적으로 도시되어 있다.
제1 공정에 따라, 도 2a-2c에 도시된 바와 같이, 강한 방사 에너지(radiant energy)(hv1)가 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체(10)의 이미지 영역(즉, 전극이 없는 영역)에 집중된다. [용이하게 나타내기 위해, 이미지 매체(10)는 애블레이션 보강층(100), 전극 형성층(213) 및 기판(212)을 구비하는 것으로 도시되어 있으며, 이 구성요소들의 특정한 박막 구성을 상세히 도시하지는 않았다].
제1 방사 노출의 세기(hv1)는 전극 형성층(213)의 바람직하지 않은 플러그(plug)의 애블레이션 처리가 소정의 효과를 가져오기에 충분할 정도가 되어야 하며, 이에 의하여 애블레이션 반응의 폭발 특성의 결과로서 애블레이션 보강층(100)의 중첩 부분도 제거하게 될 것이다. 도 2a에 예시된 제1 단계는 단순히 상기 기술된 패터닝 공정인 것이 명백하다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 애블레이션 보강층(100)의 제거되지 않은 부분인 잔류물은 제2 노출 방사 에너지(hv2)로 노출시킴으로써 제거(즉, 클리닝)하거나 용이하게 제거될 수 있으며, 이러한 노광은 그 세기가 hv1 보다 실질적으로 더 낮다. 정의에 의하면, 애블레이션 보강층(100)은 전극 형성층(213)보다 낮은 임계값을 갖도록 구성될 것이기 때문에, 이러한 제2 노출 공정은, 적절하고 낮은 세기로 수행되었을 경우에, 전극 형성층(213)을 애블레이션하거나 이와 다르게 손상을 주는 일 없이 애블레이션 보강층(100)에 유효한 애블레이션 결과를 가져올 것이다.
도 2c에 도시된, 전극이 패턴화된 완성된 기판을 제조하기 위해, 애블레이션 보강층(100)의 잔류물만을 감소시키도록 제2 노출 처리가 수행되는 경우 애블레이션 보강층(100)을 마지막에 제거하기 위해서뿐만 아니라, 폭발에 의해 생긴 잔류물을 제거하기 위해 최종의 클리닝 단계(즉, "세정" 공정)가 필요하다.
순차적인 패터닝/클리닝 노출 기법이 양호한 결과를 가져오기는 하지만, 신속한 처리율을 요구하는 응용분야의 경우, 1 단계의 노출 기법이 더 바람직하다.
이러한 기법에 따라, 도 3a, 3b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 노출은 연속적이며 일정하다. 보강층(100)만 또는 전극 형성층(213)과 함께하는 효과적인 애블레이션 처리에 대한 차별화는 패터닝 공정을 통해 연속적인 활성 백그라운드 노출(active background exposure)을 유지함으로써 기본적으로 소정의 결과를 가져오게 된다.
이 백그라운드 노출은 애블레이션 보강층(100)만을 제거하기 위한 세기(제거능력)가 되어야 한다. 전극 형성층(213)의 제거할 부분이 도달되면, 노광의 세기는 제거할 부분의 애블레이션이 유효한 결과를 가져오기에 충분한 정도까지 상승하게 된다. 노광의 세기는 전극 형성층의 제거할 부분에 대한 애블레이션 처리가 완료되면, 백그라운드 수준으로 다시 낮아지게 된다. 당업자라면 잘 알 수 있듯이, 백그라운드 노출은 광헤드에서의 음향 광 변조기(acousto-optic modulator: AOM)의 콘트라스트비를 적절하게 동조시킴으로써 대부분의 IR 레이저식 노출 장치에서 구현이 가능하다. 특히, AOM 콘트라스트비는 클리닝 전력에 대한 패턴닝의 비율(hv1:hv2)과 같다.
레이저 애블레이션 처리 이후, 패턴화된 전극 조립체는 애블레이션 처리에 의해 재증착된 파편과 표면 잔류물로 오염되는 것이 일반적이다. 조립체의 표면은 물, 바람직하게는 표면 활성제를 함유한 물로 세척, 즉 완성된 전극 조립체에 손상을 주지 않고 클리닝 공정에서 표면 보조체를 서서히 세정함으로써 효과적으로 세정될 수 있다는 것을 알 수 있었다.
이러한 클리닝 공정 이후, 패터닝 단계 동안 형성된 개별 전극들의 위에 놓인 최상단 층의 부분들에 복수 개의 도전체가 부착되어, 이들 도전체에 의해 전극들과의 전기적 접속이 도전성 최상단 층을 통해 이루어지게 된다. 이렇게 형성된 전극 조립체는 패시브형(passive type) 액정 디스플레이, 터치 스크린 디스플레이 또는 기타 다른 평판 디스플레이에 사용할 수 있게 된다.
본 발명의 전극 조립체는 550nm 에서 80% 이상의 투과율을 가지며 1 평방 시트 저항당 10 옴(ohm) 이하가 되도록 용이하게 형성이 가능하다는 것이 알려졌다. 이러한 전극 조립체는 상업적으로 이용 가능한 액정 디스플레이 조립체에 용이하게 사용할 수 있다.
도 4 및 5는 패터닝 공정 단계를 수행하기 위한 바람직한 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4 및 5에 도시된 장치(105)는 내부 드럼 레이저 애블레이션 장치이지만, 외부 드럼 또는 평판형 장치(flat bed device)가 사용될 수도 있다.
장치(105)는 대향 단부에 2개의 직립한 단부 플레이트(12, 14)를 유지하는 베이스(11)를 구비한다. 2개의 단부 플레이트(12, 14) 사이에 원통형 드럼(16)이 고정 장착되어 있다. [장치(10)의 나머지 다른 부분을 나타내기 위해 도 4에는 드럼(16)의 일부가 깨어져 있다]. 2개의 단부 플레이트(12, 14) 사이에는 로드(18)가 고정되어 있으며, 이 로드(18)상에 광섬유 레이저 유닛(20)이 슬라이딩 가능하게 장착되어 있다. 광섬유 레이저 유닛(20)은 로드(18)에 대해 그 아래쪽으로 평행하게 연장하는 리드 스크류(22)와 맞물려 있다. 광섬유 레이저 유닛(20)은 레이저와 회전 미러를 구비하는데(도 4에는 레이저와 회전 미러가 개별 구성요소로서 도시되어 있지 않다), 레이저 및 회전 미러는 레이저 빔(24)을 로드(18)의 축에 대해 예각(통상적으로, 약 65°)으로 레이저 유닛으로부터 방사시키고, 로드의 축의 중심 주변으로 빠르게 회전할 수 있도록 하여, 레이저 빔이 드럼(16)의 내면 둘레를 조사하게 된다.
패터닝 공정 동안, 리드 스크류(22)는 레이저 유닛(20)의 회전 미러와 동시에 회전하게 되는데, 빔(24)이 회전하게 되면, 레이저 유닛(20)이 드럼(16)의 축을 따라 수평으로 이동함으로써, 빔(24)은 드럼(16)의 내면을 따라 나선 경로를 형성하게 된다. 코팅된 기판 시트(26)는 드럼(16)의 내면에 접한 진공 장치(도시되어 있지 않다)에 의해 유지됨으로써, 빔(24)은 시트(26)에 대해 래스터 패턴으로 통과하게 된다. 레이저 유닛(20)의 동작은 시트(26)상에 바람직한 패턴을 생성하기 위해 컴퓨터화된 제어 유닛(도시되어 있지 않다)에 의해 제어된다.
본 발명의 몇몇 예시적 실시예만을 개시하였지만, 당업자라면 본 명세서의 개시 내용 전체를 참조하여 다양한 변형이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 변형은 청구의 범위가 포함하는 본 발명의 기술적 사상 내에서 이루어지게 된다.

Claims (11)

  1. 실질적으로 투명한 전극 조립체의 제조시에 유용한 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체에 있어서,
    (a) 기판;
    (b) 고굴절율 금속 산화층;
    (c) 애블레이션 가능한 금속 도전층:
    (d) 고굴절율 도전성 금속 산화층; 및
    (e) 상기 고굴절율 도전성 금속 산화층에 비해 IR 흡수율은 높고 IR 반사율은 낮은 애블레이션 보강층
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 애블레이션 보강층은 수용성이거나 수분산성인 것을 특징으로 하는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 애블레이션 보강층은 수용성이거나 수분산성인 중합 매트릭스에 분산된 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 것을 특징으로 하는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 애블레이션 보강층은 IR 흡수 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 애블레이션 보강층과 상기 고굴절율 도전성 금속 산화층 사이에 수용성이거나 수분산성인 릴리스 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 애블레이션 보강층은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 릴리스 층은 폴리비닐알콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 애블레이션 가능한 박막 이미지 매체.
  8. 삭제
  9. 실질적으로 투명한 복수 개의 전극을 기판상에 형성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 기판, 고굴절율 금속 산화층, 애블레이션 가능한 금속 도전층, 고굴절율 도전성 금속 산화층 및 상기 고굴절율 도전성 금속 산화층에 비해 IR 흡수율은 높고 IR 반사율은 낮은 애블레이션 보강층을 순차적으로 구비하는 박막 이미지 매체를 제공하는 단계;
    (b) 상기 박막 이미지 매체의 미리 정해진 비전극 영역에서 상기 애블레이션 가능한 금속 도전층을 애블레이션 처리하기에 충분한 세기와 지속시간으로 상기 비전극 영역을 IR 방사에 노출시킴으로써, 상기 애블레이션 가능한 금속 도전층 및 상기 도전층 위에 놓이는 층의 상기 비전극 영역을 제거하는 단계;
    (c) 상기 박막 이미지 매체의 미리 정해진 전극 영역에서 상기 애블레이션 보강층 아래 놓이는 층을 제거하지 않고, 상기 애블레이션 보강층의 애블레이션에 의해 제거되기에 충분한 세기와 지속시간으로 상기 전극 영역을 IR 방사에 노출시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 단계 (b)와 (c)에서의 IR 노출은 순차적으로 수행되는 것인 전극 형성 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 단계 (b)와 (c)에서의 IR 노출은 동시에 수행되는 것인 전극 형성 방법.
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