KR100825316B1 - 액정표시소자 제조를 위한 인쇄 장비 및 인쇄 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 제조 공정에 이용되는 인쇄 장비 및 인쇄 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 인쇄 장비는 기판에 형성하고자 하는 패턴 모양과 동일한 홈(groove)이 형성된 클리체와; 기판을 로딩하고 고정시킬 수 있는 기판 로딩 플레이트로 이루어 있으며, 상기 기판 로딩 플레이트에는 온도를 올릴 수 있는 히터와 기판을 안정적으로 고정시킬 수 있는 진공 척이 형성되어 있다. 또한 상기 인쇄 장비를 이용한 인쇄 방법은 홈이 형성된 클리체에 닥터 블레이드를 이용하여 상기 홈에 레지스트(또는 잉크)를 채운 후, 패턴을 형성할 기판을 클리체에 부착시킨 다음 기판에 열을 가하여 상기 클리체 홈에 채워진 레지스트(또는 잉크)를 기판에 전사시키는 단계로 이루어진다.

Description

액정표시소자 제조를 위한 인쇄 장비 및 인쇄 방법{PRINTING SYSTEM AND PRINTING METHOD FOR FABRICATING OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 일반적인 액정 표시 소자의 개략도.

도 2a내지 도 2d는 인쇄 공정 단계를 나타내는 공정 순서도.

도 3은 종래 인쇄 장비의 개략도.

도 4는 도 2에 있어서 A-A`를 따라 절단한 면을 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 인쇄 장비를 나타내는 도면.

도 6a내지 도 6g는 본 발명에 따른 인쇄 방법을 도시한 수순도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 유리 기판 11: 컬러 필터

12: 블랙 매트릭스 13: 공통 전극

14: 배향막 15: 게이트 전극

16: 액티브층 17: 게이트 절연막

18: 소오스 전극 19: 드레인 전극

20: 보호막 21: 화소 전극

23: 홈 24: 클리체

30: 기판 31: 레지스트

32: 닥터 블레이드 42: 기판 로딩 플레이트

43: 진공 척

본 발명은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터나 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 제조시 사용되는 인쇄 장비에 관한 것으로, 특히 기판의 얼라인(align) 기능이 추가되거나 또는 기판의 로딩/언로딩의 자동화로 인해 작업성을 향상시킬 수 있는 인쇄 장비에 관한 것이다.

TV와 컴퓨터의 정보를 디스플레이 하기 위해 지금까지 주로 CRT 모니터가 사용되어 왔다. CRT는 화질이 우수하고 화면 밝기가 좋아 그 동안 디스플레이의 주종을 이루어왔다. 그러나 화면이 커짐에 따라 CRT 모니터의 크기가 너무 커져 공간을 많이 차지하는 문제점이 발생하기도 하였으며, 휴대용 기기가 보편화되면서 디스플레이의 무게 또한 문제가 되었다.

이러한 문제점들을 해결한 것이 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(Plazma Display Panel), 유기 EL(Electro Luminescence), LED(Light Emitting Diode), FED(Field Emission Display) 등의 평판형 디스플레이 소자들이다. 이러한 평판형 디스플레이 중 노우트 북 PC나 컴퓨터 모니터 등으로 이미 널리 사용되고 있으며 소비전격 소모가 적은 장점을 가지고 있는 액정 표시 장치(LCD)가 각광을 받고 있다.

도 1을 참조하여 상기와 같은 액정 표시 장치를 구성하고 있는 하부 기판 및 상부 기판의 구조와 기능에 관하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상부 기판은 유리 기판(10)위에 적색, 녹색, 청색의 세 가지 기본색깔의 염료나 혹은 안료를 포함하는 수지막의 컬러 필터(11)와, 상기 컬러 필터(11)의 픽셀 사이에 형성된 광 차단막의 블랙 매트릭스(12)와, 상기컬러 필터(11)의 평탄화를 위하여 또는 ITO와의 접착력을 향상시키기 위해 상기 블랙 매트릭스(12) 및 컬러 필터(11) 위에 형성된 오버 코우트(over coat)막(미도시)과, 액정셀에 전압을 인가하기 위해 형성된 투명한 전기 전도체인 ITO(Indium Tin Oxide)로 만들어진 공통전극(13)과, 액정 분자들의 배향을 위해 형성된 배향막(14)으로 구성되어 있다.

또한, 하부 기판은 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판(10) 상부에 형성되어 주사신호가 인가되는 게이트 전극(15)과, 주사 신호에 대응하여 데이터 신호를 전송하도록 마련된 액티브층(16)과, 액티브층(16)과 게이트 전극(15)을 전기적으로 격리시켜주는 게이트 절연막(17)과, 액티브층(16)의 상부에 형성되어 데이터 신호를 인가하는 소오스 전극(18)과, 데이터 신호를 화소 전극에 인가하는 드레인 전극(19)과, 소오스 전극(18) 및 드레인 전극(19)을 보호하는 보호막(20)으로 이루어져 있다. 그리고 드레인 전극(19)은 컨택홀(contact hole)을 통하여 화소 전극(21)과 연결되어 있으며, 화소 전극(21)은 광빔이 투과 되도록 ITO로 이루어진 투명 전극으로 형성되어 있다. 그리고, 액정 분자들의 배향을 위해 형성된 배향막(14)이 구성되어 있다.

상기 액티브층(16)은 비정질 실리콘(a-Si)을 증착하여 형성된 반도체층(16a)과, 반도체층(16a)의 양측 상부에 n+ 도핑된 오믹 접촉층(ohmic contact layer)(16b)으로 구성되어 있다.

상기 액정 표시 장치를 제작하기 위해서는 여러 번의 박막 증착 공정(thin film deposition process)과, 포토리소그래피 공정(photolithography process)과, 식각 공정(etching process)을 거쳐야 한다. 특히, 박막 트랜지스터와 컬러 필터(11) 및 블랙 매트랙스(12)를 제작하기 위해서는 포토레지스트나 마스크를 이용하여 노광 공정에 의해 포토레지스트의 패턴을 형성한 후, 식각 공정을 거쳐야 하지만, 이러한 포토레지트스 패턴 형성 공정은 제조 공정이 복잡하고, 기판이 대형화됨에 따라 마스크(mask)의 제작비용이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 근래에는 노광 공정 없이도 패터닝된 포토레지스트를 간단하게 형성할 수 있는 인쇄법이 제시되고 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 상기의 인쇄 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a내지 도 2d는 인쇄 공정 방법을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 인쇄 패턴이 직각의 형태의 홈(23)이 형성된 클리체(24) 위에 레지스트를 도포한 후, 닥터 블레이드(doctor blade)(32)을 사용하여 레지스트가 도포된 클리체 위를 평평하게 밀어준다. 이때, 움푹 패인 곳(23)에만 레지스트(31)가 남게 하고 그 이외의 곳은 레지스트가 제거된다.

그리고, 도 2b에 도시한 바와 같이, 로울러(33)를 클리체(24) 위에 굴리면서 클리체(24)의 홈(23)에 형성되어 있던 레지스트(31)를 로울러(33)에 묻힌다. 상기 로울러(33)에 묻은 레지스트(31)는 클리체(24)에 형성된 인쇄 패턴의 모양을 그대 로 따라간다.

그리고, 도 2c에 도시한 바와 같이, 패턴이 형성된 레지스트(31)가 묻어있는 로울러(33)를 기판(10)으로 가져가 상기 레지스트 패턴(31)을 기판(10) 위에 그대로 전사시키는 단계로 이루어진다. 상기 기판(10)은 유리 기판이나 혹은 플라스틱 기판을 주로 이용한다.

도 2d는 상기 인쇄 공정 작업을 마친 후, 기판(10) 상에 형성된 레지스트 패턴(31)을 나타낸 것이다. 기판(10) 상에 형성되는 레지스트의 인쇄 패턴(31)은 클리체(24)에 형성된 홈(23)의 형태와 동일하다.

상기와 같은 방법으로 포토레지스트의 패턴을 형성하는 인쇄 장비는 도 3에 도시한 바와 같이 인쇄 패턴(23)이 형성된 클리체(cliche)(24)와 패턴을 형성할 기판(10)이 놓이게 되는 스테이지(stage)(25)와, 클리체(24)로부터 레지스트(resist)의 인쇄 패턴을 스테이지(25) 상의 기판(10)으로 옮기기 위한 로울러(roller)(33)로 구성되어 있으며, 인쇄법에 의한 제조 공정은 레지스트를 패턴 모양이 형성된 홈에 묻히는 단계와, 패터닝된 레지스트를 로울러(33)에 묻히는 단계와, 패턴닝된 레지스트가 묻은 로울러(33)를 기판(10) 위에 굴림으로써 기판 위에 패턴을 형성하는 단계로 이루어진다.

도 4는 도 3에 있어서 A-A`를 따라 절단한 단면을 보여 주고 있다.

오목한 홈(23)이 형성된 클리체(24)와, 기판(10)이 올려진 스테이지(25)가 연결되어 있으며, 상기 스테이지 위에는 로울러(33)가 위치하고 있다.

즉, 상기 로울러(33)는 스테이지(25)와 클리체(24) 사이를 이동하면서 클리 체(24)의 오목한 홈(23)에 채워지는 레지스트 패턴을 기판(10) 위로 옮겨 붙이는 역할을 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 인쇄 장비는 로울러(33)가 차지하는 부피로 인하여 인쇄 장비가 차지하는 공간이 넓어지고, 또한 클리체(24)로부터 레지스트(resist)의 인쇄 패턴을 기판(10)으로 옮겨 붙이는 도중 로울러(33)와 기판(10)의 얼라인 문제로 인하여 미세한 선폭의 패턴을 형성하는데 어려움이 있었으며, 상기 로울러(33)를 주기적으로 클리닝해야하는 번거로움이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 패턴을 형성할 기판을 클리체에 부착시킨 다음 기판에 열을 가하여 상기 클리체 홈에 채워진 레지스트(또는 잉크)를 기판에 전사시킴으로써, 인쇄 장비를 단순화시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 진공 척이 형성된 기판 로딩 플레이트를 사용함으로써, 기판의 대면적화에 따라 발생하는 패턴의 불량을 방지하는데 있다.

기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치 제조용 인쇄 장비는 기판에 형성하고자 하는 패턴 모양과 동일한 홈(groove)이 형성된 클리체(cliche)와; 기판을 로딩하고 고정시킬 수 있는 기판 로딩 플레이트(roading plate)로 이루어 있으며, 상기 기판 로딩 플레이트에는 온도를 올릴 수 있는 히터(heater)와 기판을 안정적으로 고정시킬 수 있는 진공 척이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같이 구성된 인쇄 장비를 통한 인쇄 방법은 홈이 형성된 클리체에 닥터 블레이드를 이용하여 상기 홈에 레지스트(또는 잉크)를 채우는 단계와, 패턴을 형성할 기판을 진공 척과 히터가 형성된 기판 로딩 플레이트 위에 고정시키는 단계와, 상기 기판을 레지스트(또는 잉크)가 채워진 클리체 위에 얼라인 한 후, 기판을 클리체에 부착시킨 다음 기판에 열을 가하여 상기 클리체 홈에 채워진 레지스트(또는 잉크)를 기판에 전사시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 인쇄 장비 부피의 대부분을 차지하는 로울러를 제거하고, 클리체 위에 기판을 직접 부착하여 패턴을 전사시킴으로써, 장비가 차지하는 부피의 감소뿐만 아니라, 주기적인 로울러 클리닝 작업이 필요 없으므로 양산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인쇄 장비 및 인쇄 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 인쇄 장비를 도시화한 도면이다.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 인쇄 장비는 기판에 형성할 패턴과 동일한 홈(groove)(23)이 형성된 클리체(cliche)(24)와, 클리체(24) 상에 기판을 평평하게 부착시키기 위한 기판 로딩 플레이트(roading plate)(42)로 구성되어 있다.

상기 기판 로딩 플레이트(42)에는 진공 척(vacuum chuck)(43)과 히터(미도 시)가 구비되어 있다. 상기 진공 척(43)은 기판의 평탄화를 위하여 형성된 것으로, 기판이 기판 로딩 플레이트(42) 상에 놓이게 되면 진공 척(43)이 기판 전체에 걸쳐서 균일하게 작동하여 기판(30)이 기판 로딩 플레이트(42)와 부착되는 정도를 균일하게 해준다.

기판(도 6a의 30 참조)이 대형화됨에 기판이 쉽게 휘게 되는데, 기판이 휘어진 상태에서 클리체(24)에 부착되면 클리체(24)와 기판이 맞닿는 부위의 압력이 부분적으로 달라져서 기판에 전사되는 패턴의 불량을 초래하게 된다. 따라서, 상기 진공 척(vacuum chuck)(43)은 기판이 떨어지지 않도록 고정시켜주는 기능과 함께 기판(30)이 기판 로딩 플레이트(42)에 평평하게 로딩될 수 있도록 하여 기판의 대형화에 따라 기판이 휨으로 발생하는 패턴의 불량을 막을 수 있다.

상기 히터(미도시)는 클리체(24)의 홈(23)에 채워진 레지스트(또는 잉크)(도 6a의 31 참조)가 클리체(24)로부터 쉽게 탈착되어 기판(30)에 잘 옮겨 붙도록 하기 위해서 구비된 것이다.

클리체(24)의 인쇄 패턴 홈(23)에 채워진 레지스트(또는 잉크)를 기판으로 옮겨 붙이는데는 레지스트(또는 잉크)의 접착력의 차이를 이용해야 한다. 상기 레지스트(또는 잉크)의 접착 특성은 온도에 따라서 결정되기 때문에 온도차이를 이용하여 클리체(24)로부터 레지스트(또는 잉크)를 쉽게 탈착시켜 기판에 잘 옮겨 붙일 수가 있다.

상기 클리체(24)에 있는 레지스트(또는 잉크)를 기판에 그대로 전사시키는데 있어서 레지스트(또는 잉크)가 클리체(24)로부터 쉽게 탈착되기 위해서는 클리체(24)보다 기판에 대해서 레지스트(또는 잉크)의 접착성이 좋아야 한다.

일반적으로 레지스트(또는 잉크)는 온도가 높은 쪽으로 잘 붙는 경향이 있으므로, 클리체(24)와 기판에 대해서 온도의 차이를 두면 클리체(24)로부터 레지스트(또는 잉크)를 쉽게 탈착시켜 기판에 옮겨 붙일 수가 있다.

즉, 온도가 높은 쪽으로 접착성이 향상되는 특성을 가지는 레지스트(또는 잉크)를 이용할 경우, 기판의 온도를 클리체(24)의 온도보다 상대적으로 가장 높게 하면 클리체(24)의 홈(23)에 채워진 레지스트(또는 잉크)는 클리체(24)에 비해서 상대적으로 온도가 높은 기판에 더욱 쉽게 달라 붙게된다.

상기와 같이 기판의 온도를 클리체(24)보다 높이기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 장비는 기판을 로딩하는 기판 로딩 플레이트의 내부에 히터가 구비된다. 상기 히터를 통하여 플레이트의 온도를 올려줌으로써, 상기 플레이트에 부착되어 있는 기판의 온도를 간접적으로 올려줄 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 장비를 이용한 인쇄 방법에 대하여 도 6a내지 도 6g를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 직각의 형태의 홈(23)이 형성된 클리체(24) 위에 레지스트(또는 잉크)를 도포한 후, 닥터 블레이드(doctor blade)(32)를 이용하여 레지스트가 도포된 클리체(24) 위를 평평하게 밀어주면서 클리체의 홈(23)에만 레지스트(또는 잉크)(31)를 남게 하고 그 이외의 곳은 제거한다.

다음으로, 도 6b에 도시한 바와 같이, 진공 척(도 5의 43 참조)이 형성된 기판 로딩 플레이트(42)위에 패턴을 형성할 기판(30)을 올려놓는다. 기판(30)이 올려지게 되면 기판 로딩 플레이트(42)에 형성된 진공 척(43)이 작용하여 기판(30)을 기판 로딩 플레이트(42)에 평탄하게 고정시키게 된다. 또한, 상기 기판 로딩 플레이트(42)에는 히터가 구비되어 있어서 기판 로딩 플레이트(42)에 안착된 기판(30)의 온도를 올려주는 역할을 한다.

다음으로, 도 6c에 도시한 바와 같이, 패턴을 형성할 기판이 아래로 향하게 하기 위하여 기판(30)이 올려진 기판 로딩 플레이트(42)를 거꾸로 뒤집어 기판(30)과 기판 로딩 플레이트(42)의 위치를 바꾼다. 기판(30)과 기판 로딩 플레이트(42)의 위치가 바뀌어도 기판 로딩 플레이트(42)에 형성된 진공 척(43)에 의하여 기판은(30) 기판 로딩 플레이트(42)에 평탄하게 부착되어 있다.

다음으로, 도 6d에 도시한 바와 같이, 준비된 클리체(24)와 기판 로딩 플레이트(42)에 부착된 기판(30)을 서로 접촉시킨다. 이때, 클리체(24)의 홈에 채워진 레지스트(또는 잉크)가 쉽게 탈착되어 기판(30)에 붙을 수 있도록 클리체(24)와 기판(30)간의 온도 차이를 두기 위하여 기판(30)과 접착된 기판 로딩 플레이트(42) 내부에 형성된 히터를 통하여 기판(30)의 온도를 클리체(24) 보다 상대적으로 높게 해준다.

이때, 기판 로딩 플레이트(42) 내부에 히터를 구비하는 대신, 클리체(24)와 기판(30)이 부착된 기판 로딩 플레이트(42)를 접착시킨 후에 외부에서 기판 로딩 플레이트(42)에 열을 가하는 방법도 가능하다.

다음으로, 도 6e에 도시한 바와 같이, 클리체(24)에 접착된 기판(30)과 기판 로딩 플레이트(42)를 분리시키게 되면, 클리체(24)의 홈(23)에 채워져 있던 레지스트(또는 잉크)가 클리체(24)로부터 쉽게 탈착되어 기판(30)으로 옮겨 붙게 된다. 이때, 기판 로딩 플레이트(42) 내부에 형성되어 있는 히터를 이용하거나 또는 외부에서 열을 인가하여 기판(30)의 온도를 클리체(24)의 온도 보다 상대적으로 높게 설정하여 레지스트(또는 잉크)가 클리체(24)보다 기판(30)에 대하여 접착 특성이 좋도록 할 수 있다.

그리고, 도 6f와 같이 기판 로딩 플레이트(42)에 부착된 기판(30)을 도 6g와 같이 분리함으로써, 원하는 레지스트(또는 잉크) 패턴(31)이 형성된 기판(30)을 얻을 수 있다.

상기와 같은 인쇄 방식은 로울러를 사용하는 인쇄 방식에 비하여 패턴의 정밀도를 향상시킬 수 있는 잇점을 가진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄 장비 및 인쇄 방법은 홈이 형성된 클리체와 기판을 평탄하게 해주는 기판 로딩 플레이트만으로 구성되어 장비가 차지하는 공간이 매우 적으며, 패턴 형성 공정이 매우 간단하여 공정시간의 단축 및 비용을 절감할 수 있으며, 대면적의 패널제작에도 유리할 뿐만아니라 기존의 로울러를 사용한 방식에 비하여 패턴을 보다 정밀하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 홈이 형성된 클리체;

   상기 홈에 레지스트 또는 잉크를 채우기 위한 닥터 블레이드; 및

   기판의 온도를 상기 클리체의 온도보다 상대적으로 높게 설정하는 히터가 구비되어 있으며, 기판을 평탄하게 고정시키는 기판 로딩 플레이트;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 인쇄 장비.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 로딩 플레이트에 진공 척이 형성되어 있는 것을 특징으로 액정표시소자의 인쇄 장비.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 진공 척은 기판 로딩 플레이트 전체에 걸쳐서 균일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 인쇄 장비.
4. 홈이 형성된 클리체에 닥터 블레이드를 이용하여 상기 홈에 레지스트(또는 잉크)를 채우는 단계;

   상기 기판을 기판 로딩 플레이트에 부착하는 단계;

   상기 클리체와 기판을 서로 접착시키는 단계;

   상기 기판의 온도를 클리체보다 상대적으로 높게 해주는 단계;

   상기 클리체로부터 기판을 분리시키는 단계; 및

   상기 기판 로딩 플레이트로부터 기판을 분리시키는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 인쇄 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 기판 로딩 플레이트에 히터를 형성함으로써, 기판의 온도를 올려주는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 인쇄 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 기판 로딩 플레이트에 외부로부터 열을 가하여 기판의 온도를 올려주는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 인쇄 방법.

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