KR101469471B1 - 유기 박막 패턴 형성 방법, 이를 이용한 액정 표시 장치 및이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 격벽을 이용하지 않고, 원하는 영역에 패터닝이 가능한 유기 박막 패턴 형성 방법, 이를 이용한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법은, 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 비화소 영역을 포함하는 기판을 준비하는 단계와, 평탄한 기준면과, 상기 기판의 적어도 화소 영역들에 대응되는 부위에 상기 기준면으로부터 돌출된 돌출면과, 상기 기준면 및 돌출면 위에 박막층을 포함하는 소프트 몰드를 마련하는 단계와, 상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계와, 상기 기판을, 상기 소프트 몰드의 돌출면과 대응되는 제 1 극성을 갖는 제 1 영역과, 상기 소프트 몰드의 나머지 부위와 대응되며 상기 제 1 영역과 극성이 다른 제 2 극성의 제 2 영역으로 구분하여 상기 소프트 몰드에 접촉시키는 단계 및 상기 소프트 몰드를 상기 기판으로부터 분리 후, 상기 제 1 영역에 액상의 유기 물질을 잉크젯 프린팅하여 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

소프트 몰드, 인플레인 프린팅(In-Plane Printing), 유기 박막, SAM(Self Assembled monolayer)

Description

유기 박막 패턴 형성 방법, 이를 이용한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{Method for Manufacturing Organic Thin Film Pattern and Liquid Crystal Display Device Using the Same and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 비노광 방식의 패턴 형성 방법에 관한 것으로 특히, 격벽을 이용하지 않고, 원하는 영역에 패터닝이 가능한 유기 박막 패턴 형성 방법, 이를 이용한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으 로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

한편, 표시 장치의 박막을 패터닝하기 위하여 노광 방식을 포함하여 여러가지 방식이 제안되고 있다. 이러한 제안 중 근래에는 감광성 물질의 도포와, 이의 노광 및 현상을 생략할 수 있는 비노광 방식이 있으며, 그 중 몰드 구조물의 요철 패턴을 통해 패터닝을 수행하는 인플레인 프린팅(in-plane printing) 방식이 부각되고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 유기 박막 패턴 형성 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 유기 격벽을 이용한 유기 박막 형성 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 1은, 유기 R, G, B 각 색상별 유기 발광층을 영역별로 구분하여 형성한 예를 나타낸 것으로, 이들 영역들을 구분하기 위해 유기 격벽을 이용하고 있다.

도 1은, 특히 유기 발광 소자에 있어서, 하나의 발광셀(EL)을 구체적으로 나타내는 단면도로, 여기서, 상기 발광셀(EL)은 기판(1) 상의 구동용 박막 트랜지스터(T)와 접속된 제1 전극(또는 "애노드 전극" 이라 한다)(4), 발광셀(EL)을 분리하기 위한 격벽(또는 "절연막," "뱅크"라고도 함)(6), 유기 발광층(10) 및 제 2 전 극(또는 "캐소드 전극" 이라 한다)(12)으로 구성된다. 이때, 유기 발광층(10)은 전자 관련층(10a), 발광층(10c) 및 정공 관련층(10e)으로 구성된다. 전자 관련층(10a)은 다시 전자 주입층 및 전자 수송층으로 구분되고 정공 관련층(10e)은 다시 정공 수송층 및 정공 주입층으로 구성된다. 발광층(10c)에 의해 적(R), 녹(G), 청(B) 중 어느 하나의 색을 구현하게 된다. 여기서, 전자 관련층(10a) 및 정공 관련층(10e)은 전면 증착 또는 프린팅 방식 등에 의해 전면 코팅됨에 따라 형성됨에 비하여, 발광층(10c)은 실질적으로 색을 구현함에 따라 격벽(6)에 의해 정의되는 발광영역(P1)에 형성된다.

도 1에서, 상기 전자 관련층(10a) 및 정공 관련층(10e)은 앞서 설명한 바와 같이, 비노광 방식으로 예를 들어, 프린팅 방식으로 형성이 가능하나, 상기 발광층(10c)을 분리하기 위한 격벽(6)은 포토리쏘그래피(photo-lithography) 공정에 의해 형성된다. 이때, 포토리쏘그래피 공정은 일반적으로 감광성 유기물 도포, 마스크 정렬, 노광, 현상 및 세정 공정 등을 포함함에 따라 공정이 길어지고 복잡해지며 고가의 장비를 요구하게 된다.

위에서 설명한 바에 따르면, 유기 박막 패턴의 형성 방법을 유기 발광 소자에 적용한 예를 살펴보았는데, 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 색상을 나타내는 컬러 필터층을 형성함에도 도 1에서 설명한 유기 격벽을 이용하여, 유기 격벽 사이의 영역에 해당 색상의 컬러 필터층을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 컬러 필터층을 유기 격벽이 구분하는 영역에 형성하는 이유는 도포초기 액상의 컬러 필터 물질에 있어서, 인접한 영역간의 컬러 필터 물질간의 혼합이 일어남을 방지하기 위함이다. 즉, 상대적으로 도포되는 컬러 필터 물질의 두께보다 높은 유기 격벽을 형성함으로써, 상기 유기 격벽을 넘어 인접한 영역으로 도포된 컬러 필터 물질이 넘어가는 현상을 방지할 수 있게 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 패터닝 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

유기 격벽으로 정의된 영역에 유기 박막 형성시에는 유기 박막 형성 물질의 혼합이 발생하는 위험이 적으나 상기 유기 격벽을 형성하기 위해 포토 리쏘그래피 공정이 요구되어 이로 인한 공정수의 증가 및 시간 등의 증가 문제가 우려된다.

만일 유기 격벽 없이, 도포 초기 상태에서 액상인 유기 박막 형성 물질을 도포시에는, 도포된 영역으로부터 인접한 영역으로까지 유기 박막 형성 물질이 흘러들어갈 위험이 있어, 색상 혼합의 문제가 우려될 수 있다.

이러한 두 가지 문제점은 각각 유기 격벽 이용시와 인플레인 방식 이용시의 문제점으로, 서로 대체적인 방식을 사용시 나타날 수 있는 문제점으로, 두 가지 문제점을 모두 개선한 패터닝 방식에 대한 요구가 제기되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 격벽을 이용하지 않고, 원하는 영역에 패터닝이 가능한 유기 박막 패턴 형성 방법, 이를 이용한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법은, 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 비화소 영역을 포함하는 기판을 준비하는 단계와, 평탄한 기준면과, 상기 기판의 적어도 화소 영역들에 대응되는 부위에 상기 기준면으로부터 돌출된 돌출면과, 상기 기준면 및 돌 출면 위에 박막층을 포함하는 소프트 몰드를 마련하는 단계와, 상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계와, 상기 기판을, 상기 소프트 몰드의 돌출면과 대응되는 제 1 극성을 갖는 제 1 영역과, 상기 소프트 몰드의 나머지 부위와 대응되며 상기 제 1 영역과 극성이 다른 제 2 극성의 제 2 영역으로 구분하여 상기 소프트 몰드에 접촉시키는 단계 및 상기 소프트 몰드를 상기 기판으로부터 분리 후, 상기 제 1 영역에 액상의 유기 물질을 잉크젯 프린팅하여 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 기판의 제 2 영역은 상기 비화소 영역의 일부분에 대응된다. 이 때, 상기 기판의 비화소 영역에 대응되어 차광층이 더 형성되며, 상기 소프트 몰드와 상기 기판의 접촉시, 상기 화소 영역을 포함하여 상기 차광층의 상부 일부에 상기 소프트 몰드의 돌출면이 대응될 수 있다.

상기 소프트 몰드의 기준면과 돌출면 사이의 수직면 위에는 상기 박막층이 위치하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계는, 상기 소프트 몰드를 제 1 극성 자가 조립 단분자 용액에 담그는 단계와, 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질이 상기 수직면을 통해 상기 소프트 몰드 내로 흡수되는 단계 및 상기 소프트 몰드를 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 용액에서 꺼내는 단계를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 기판을 상기 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하여, 상기 소프트 몰드를 상기 기판 위에 접촉시키는 단계는, 상기 소프트 몰드를 상기 기판 위에 접촉시키는 단계 및 상기 소프트 몰드 내로 흡수되었던 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질이 상기 기준면에 대응되는 상기 기판 상의 제 2 영역에 토출되어 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질로 이루어진 제 1 극성 자가 조립 단분자막을 형성하는 단계를 포함하는 것에 또 다른 특징이 있다.

상기 소프트 몰드를 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 용액에서 꺼낸 후 질소(N2) 가스를 분사시켜 상기 소프트 몰드의 돌출면 및 기준면을 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 소프트 몰드에서 토출된 상기 제 1 자가 조립 단분자 물질은, 상기 소프트 몰드의 자중 또는 별도의 압력을 가함에 따라 상기 소프트 몰드의 수직면을 통해 토출된다.

여기서, 상기 제 1 극성은 소수성일 수 있으며, 이 때, 상기 액상의 유기 물질은 친수성이다. 예를 들어, 상기 제 1 극성의 자가 조립 단분자 물질은 OTS(Octadecyl TetrachloroSilane: 옥타데실 테트라클로로실란)과 헥산(Haxane)을 포함하여 이루어지며, 이 경우, 상기 소프트 몰드 상의 상기 박막층은 티타늄(Ti)으로 이루어진 금속층 및 티타늄 옥사이드(TiOx)로 이루어진 금속 산화막을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제 1 극성은 친수성일 수 있으며, 이 때, 상기 액상의 유기 물질은 소수성이다. 예를 들어, 상기 친수성 자가 조립 단분자 물질은 ODP(Octedecanehiol: 옥타데카네티올)과 에탄올(ethanol)을 포함하여 이루어지며, 상기 박막층은 극소수성막 및 테프론 코팅층 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 제 1 영역에 액상의 유기 물질을 형성하는 단계는 상기 제 1 영역에 액상의 제 2 극성 유기 물질을 떨어뜨리는 단계 및 상기 액상의 유기 물질 내에 용매를 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는, 각각 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 비화소 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판 상의 비화소 영역에 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 블랙 매트릭스층 상부 일부에 형성되며, 각각 인접한 블랙 매트릭스층간 서로 다른 좌우 에지부에 형성된 자가 조립 단분자막과, 상기 자가 조립 단분자막 사이에 대응되어 형성된 컬러 필터층 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다.

여기서, 상기 컬러 필터층은 상기 인접한 블랙 매트릭스층의 좌우 에지부에 형성된 자가 조립 단분자막 사이에 대응되는 제 1 컬러 필터와, 상기 제 1 컬러 필터와 인접한 상기 화소 영역에만 대응되어 형성된 제 2 컬러 필터가 반복되어 배치된다. 이 때, 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터간 이격 간격은 0.2~2㎛이다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은, 각각 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 비화소 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 상의 비화소 영역에 블랙 매 트릭스층을 형성하는 단계와, 평탄한 기준면과, 상기 화소 영역들과 인접한 블랙 매트릭스층의 서로 다른 좌우 에지부에 대응되는 부위에 상기 기준면으로부터 돌출된 돌출면과, 상기 기준면 및 돌출면 위에 박막층을 포함하는 소프트 몰드를 마련하는 단계와, 상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계와, 상기 제 2 기판을 상기 돌출면에 대응되는 제 1 영역과, 나머지 영역에 대응되고 상기 제 1 영역과 극성이 다른 제 2 영역으로 구분시켜, 상기 소프트 몰드를 상기 제 2 기판에 접촉시켜, 상기 각각 인접한 블랙 매트릭스층간 서로 다른 좌우 에지부에 자가 조립 단분자막을 형성하는 단계 및 상기 소프트 몰드를 상기 제 2 기판으로부터 분리 후, 상기 자가 조립 단분자막 사이의 화소 영역에 액상의 컬러필터 형성 물질을 잉크젯 프린팅하여 컬러 필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것에 또 다른 특징을 갖는다.

상기 컬러 필터층을 형성하는 단계는 상기 인접한 블랙 매트릭스층의 좌우 에지부에 형성된 자가 조립 단분자막 사이에 대응되는 제 1 컬러 필터와, 상기 제 1 컬러 필터와 인접한 상기 화소 영역에만 대응되어 형성된 제 2 컬러 필터가 반복되어 배치시켜 형성할 수 있으며, 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터간 이격 간격은 0.2~2㎛이며, 상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터는 동시에 형성될 수 있다.

또한, 상기 소프트 몰드는 상기 돌출면 및 기준면이 형성되지 않는 평탄한 배면(背面)을 갖고, 상기 배면에 접착층을 개재하여 백플레이트 상에 부착시켜 상기 기판 상에 접촉하는 단계를 진행할 수 있다.

그리고, 상기 소프트 몰드의 기준면 및 돌출면에 형성되는 박막층은 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질의 극성과 다른 제 2 극성을 갖는다. 여기서, 상기 소프트 몰드의 기준면과 돌출면간의 높이차는 2㎛ 이상이며, 상기 기준면의 폭은 10㎛ 이하로 하여야 인플레인 공정에서, 소프트 몰드의 변형을 최소화할 수 있어, 인접한 화소 영역간에 형성되는 컬러 필터를 혼색없이 안정적으로 형성 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법, 이를 이용한 액정 표시 장치 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 유기 박막 패턴의 제조방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 유기 박막 패턴이 형성될 영역에 소프트 몰드의 기준면을 기준으로 돌출된 돌출면을 접촉시키고 소프트 몰드의 기준면과 대응되는 영역에 자가 조립 단분자막 (SAMs:Self Assembled Monolayers)을 형성시킨다. 이에 따라, SAMs의 선폭을 최소화할 수 있게 됨에 따라 제조공정을 단순화시킬 수 있는 장점을 유지하면서 유기 박막 패턴의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 액정 표시 장치의 컬러 필터의 형성시 격벽과 같은 포토 리쏘그래피로 형성되는 구조물 없이, 인접한 영역간 혼색을 방지하여 이격하는 컬러 필터층의 형성이 가능하여, 표시품질의 저하를 방지할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법, 이를 이용한 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법에 있어서는, 포토 리쏘그래피 공정 수를 최소화하고자 격벽 대신 마이크로 컨택트 프린팅(micro contacting printing) 공정을 이용하여 유기 박막 형성 영역을 분리하는 기술을 제안한다.

여기서, 마이크로 콘택트 프린팅이란 SAMs(Self-Assembled Monolayers: 자가 조립 단분자막) 물질을 소프트 몰드의 돌출면에 흡수시킨 후 돌출면을 기판에 접촉시켜 돌출면에 흡수된 SAMs 물질을 기판에 형성하는 방식이다.

도 2는 액정 표시 장치의 컬러 필터층을 형성하는, 일 예의 몰드 구조물을 나타낸 공정 단면도이다.

도 2와 같이, 먼저, 기판(20) 상에 소정 영역에 블랙 매트릭스층(21)을 형성한다.

이어, 상기 기판(20) 상부에, 평탄한 기준면에, 블랙 매트릭스층(21)에 대응되는 부분에 돌출 패턴(23a)을 구비하는 소프트 몰드(23)를 대응시킨다. 여기서, 상기 돌출 패턴(23a)은 상기 블랙 매트릭스층(21)의 상부, 특히 그 중앙에 대응되는 위치에 형성되어 있다.

여기서, 상기 소프트 몰드(23)의 돌출 패턴(23a)은 소수성 자가 조립 단분자 물질(SAM: Self Assembled Monolayer material)을 포함하는 자가 조립 단분자 용액(미도시)에 담궈, 자가 조립 단분자 용액에서의 자가 조립 단분자들이 소프트 몰드(23)의 돌출 패턴(23a) 내로 침투되어 있는 상태이다.

상기 자가 조립 단분자들이 그 내부로 침투된 상기 소프트 몰드(23)의 돌출 패턴(23a)이 상기 블랙 매트릭스층(21) 상부에 대응되도록 정렬시킨 후, 상기 기 판(20) 상의 블랙 매트릭스층(21)과 콘택하여, 상기 돌출 패턴(23a)에 접촉하는 상기 블랙 매트릭스층(21)에 소수성 자가 조립 단분자들을 전사시킨다. 이에 따라, 상기 블랙 매트릭스층(21) 상부 소정 부위에 소수성의 SAMs(미도시)이 형성된다.

이에 따라, 소수성의 SAMs가 형성되지 않은 부위에 친수성을 갖는 성분의 컬러필터층(미도시)이 형성될 화소 영역(P)을 정의할 수 있게 된다.

이후, 잉크 젯 프린팅 방식 등을 이용하여 액상의 컬러 필터 형성 물질을 화소 영역(P)에 떨어뜨린다. 여기서, 액상의 컬러 필터 형성 물질은 친수성 물질이고 SAMs는 소수성 물질이므로 액상의 컬러 필터 물질은 SAMs이 형성되지 않는 화소 영역(P)에만 위치할 수 있게 된다. 이후, 건조 공정이 실시되어 액상의 컬러 필터 물질의 용매가 제거되면 화소 영역(P)에만 컬러 필터층(미도시)이 형성될 수 있게 된다.

한편, 도 2의 소프트 몰드를 이용하여, SAMs(자가 조립 단분자막)를 형성함에 의해 컬러 필터층을 형성함에 따라, 포토리쏘그래피 방식으로 형성되는 격벽(6)을 제거할 수 있어 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있지만, SAMs 의 폭에 의해 컬러 필터 형성폭에 제약이 있는 것으로, 상기 SAMs 층의 정의를 위한 소프트 몰드의 해상도가 정밀하게 관리되어야 하는 주의점이 있다.

즉, 상기 SAMs의 폭은 상기 돌출 패턴(23a)의 폭보다 약간 큰 정도로, 상기 소수성의 SAMs이 형성된 부위를 제외하여, 이어 형성되는 컬러 필터 유기 박막이 형성될 수 있다. 즉, 상기 SAMs 는 소수성이고, 상기 컬러 필터 유기 박막은 친수성으로 각각 소수성의 SAMs 이 형성된 부위는 상기 컬러 필터 유기 박막을 밀어내 는 성질을 갖게 되어, 상기 컬러 필터 유기 박막은 상기 SAMs를 제외한 영역에 형성될 수 있어, 인접한 영역간 컬러 필터 유기 박막 물질이 혼합됨을 방지할 수 있다.

그러나, 여기서, SAMs의 폭을 좌우할 수 있는 것으로는 상기 블랙 매트릭스층(21)의 일부에 대응되는 소프트 몰드(23)의 돌출 패턴(23a)의 폭이 결정적인데, 상기 소프트 몰드의 돌출 패턴을 포함한 요철 형상을 패터닝함에는 미세한 폭으로 패터닝이 가능한 정렬 해상도를 갖는 기기를 이용하여야 한다.

그러나, 이러한 소프트 몰드 패터닝시 이용되는 기기의 정렬 해상도에는 제약이 따를 수 있으며, 또한, 상기 돌출 패턴과의 접촉 부위외로 SAMs 물질 확산에 의해 형성하고자 하는 박막 패턴의 CD(Critical Dimension)의 왜곡이 발생할 수 있으며, 돌출되어 나온 돌출 패턴(23a)의 폭이 작으면 작을수록 돌출 패턴(23a)의 휨이 발생하여 정확한 패턴 형성이 불가할 수 있고, 소프트 몰드의 제조 후 온도 등의 변화에 의해 팽창하는 성질에 의해 상기 돌출 패턴(23a)이 부풀어오르는 현상이나 비돌출부가 올라와 정확한 패턴을 나타내지 못하는 문제점이 있을 수 있다. 이러한 제약이 따를 경우, 돌출 패턴 영역외에 대응되는 부위에 형성되는 컬러 필터 형성 폭도 제한이 따를 수 있다. 따라서, 이에 대한 개선이 필요하다.

이하에서는, 소프트 몰드의 돌출 패턴과 패턴 물질 형성면간의 비접촉면이 SAMs(Self Assembled Monolayers) 처리되도록 하는 방법을 제안하여 도 2의 소프트 몰드를 이용하는 방식보다 공정의 안정화와 동반된 여러 문제점을 해결하고자 한다.

도 3은 본 발명의 유기 박막 패턴 형성시 이용되는 소프트 몰드를 나타낸 공정 단면도이다.

도 3의 소프트 몰드를 이용하여 컬러 필터층 형성은 다음의 순서로 이루어진다.

도 3의 소프트 몰드는 도 2에 설명한 소프트 몰드와 비교하여, 돌출면(230a)의 형성 부위에 대응하여, 기판 상에 SAM 처리가 이루어지지 않고, 돌출면(230a)이 형성되지 않은 부위(비접촉부위)에 대응하여, 기판 상에 SAM 처리가 이루어지게 된다.

여기서, 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a)은 형성하고자 하는 유기 박막, 예를 들어, 컬러 필터층과 동일 또는 유사한 면적을 가지게 된다.

본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 소프트 몰드(230)는 탄성이 큰 고무 재료, 예를 들어, 폴리디메틸실록센(Polydimethyl siloxane:PDMS), 폴리우레탄(Polyurethane), 크로스 링크트 노볼락 수지(Cross-Linked Novolak Resin) 등이 이용된다.

그리고, 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b) 위에는 적어도 한층의 박막층(미도시)이 적층될 수 있다. 예를 들어, 상기 소프트 몰드(230)가 소수성의 PDSM(폴리디메틸실록센)일 때, 상기 돌출면 및 기준면에 형성되는 박막층은 친수성 성분일 수 있으며, 도 3과 같은 구조에서는 소프트 몰드의 돌출면(230a) 및 기준면(230b) 위에 티타늄(Ti)으로 이루어진 금속층과 티타늄 옥사이드(TiOx)로 이루어진 금속 산화막이 형성된 경우를 고려할 수 있다. 상기 금속층과, 금속 산화막 은 스퍼터링 등의 증착 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이 경우, 침투된 소수성 자가 조립 단분자의 토출을 위해 상기 박막층은 상기 돌출면(230a)의 측벽에는 형성되지 않는다.

즉, 구체적으로 액정 표시 장치에 있어서, 컬러 필터층과 같은 유기 박막 패턴을 형성하는 예에 대하여 살펴본다.

먼저, 상기 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b)을 소수성 자가 조립 단분자 용액에 담그면, 소수성 자가 조립 단분자 용액에서의 소수성 자가 조립 단분자 물질들이 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a)과 기준면(230b) 사이의 수직한 측벽 사이로 침투하게 된다.

여기서, 소프트 몰드(230)는 소수성 물질이고 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b) 위에 형성된 금속층 및 금속 산화막은 친수성이므로 자가 조립 단분자 용액 내의 자가 조립 단분자 물질은 소프트 몰드의 수직면을 통해서만 소프트 몰드(230) 내로 흡수될 수 있게 된다. 한편, 소수성 자가 조립 단분자 물질은 OTS(Octadecyl Tetrachilorosilnae: 옥타데실 테트라 클로로실란)와 헥산(hexane)을 포함하여 이루어질 수 있다.

이후, 질소(N2) 가스를 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b) 주변에 분사시키고 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b)을 건조시킨다.

상기 소프트 몰드(230)에 대응되는 상기 기판(200)은 매트릭스 상으로 화소 영역들이 정의되며, 상기 화소 영역들 사이사이를 둘러싸며 비화소 영역들이 정의 된다. 여기서, 상기 비화소 영역들에 대응되어 블랙 매트릭스층(210)과 같은 차광층을 형성한다.

이후, 마이크로 콘택트 프린팅 방식으로 상기 소프트 몰드(230)를 유기 박막 패턴을 형성하고자 하는 상기 블랙 매트릭스층(21)을 포함한 기판(200) 위에 접촉시킨다. 여기서, 도 3과 같이 상기 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a)은 상기 기판(200) 상의 인접한 블랙 매트릭스층(210)들에 대응되어 서로 다른 좌우 에지부에 접촉된다.

이 때, 소프트 몰드(230) 자체에 의한 자중 또는 별도의 외부 압력을 더 가함에 따라 소프트 몰드(230)의 수직면을 통해 흡수되었던 자가 조립 단분자 물질이 상기 소프트 몰드(230)의 수직면을 통해 노출된 상기 블랙 매트릭스층(210)의 일측 에지부로 토출되게 된다. 즉, 도 3의 경우에는 좌측 블랙 매트릭스층에 대하여는 노출된 좌측 에지부에 SAMs(자가 조립 단분자막)이 형성되고, 우측 블랙 매트릭스층에 대하여는 노출된 우측 에지부에 SAMs가 형성된다.

이에 따라, 유기 박막 패턴을 형성하고자 하는 기판(200)의 표면은 소수성 및 친수성으로 구분될 수 있게 되고, 소수성의 SAMs가 이어 형성될 친수성의 컬러 필터 물질을 밀어내는 작용을 하여, 상기 SAMs 형성 부위를 제외한 영역이 유기 박막 형성 부위로 정의될 수 있다.

여기서, 상기 유기 박막 형성 부위는 적어도 화소 영역(P)을 포함하는 것으로, 이러한 유기 박막 형성부위는 상기 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a)에 상당한다.

이후, 잉크젯 프린팅 방식 등을 이용하여 액상의 컬러 필터 형성 물질(미도시)을 SAMs에 의해 정의되는 영역에 떨어뜨린다. 여기서, 액상의 컬러 필터 형성 물질은 친수성 물질이고 SAMs는 소수성 물질이므로 도 3의 SAMs을 제외한 영역에 컬러 필터층이 형성될 수 있다.

이후, 건조 공정이 실시되어 액상의 유기 물질에 용매가 제거되면 고정 형상을 갖는 컬러 필터층(미도시)이 형성된다.

앞서 설명한 도 2의 소프트 몰드와 비교하여 도 3의 소프트 몰드는 상대적으로 화소 영역 이상으로 돌출면이 정의되어, 돌출면의 휨이 발생하는 정도가 낮고, 기준면이 부풀어오는 문제점도 미약하다. 또한, 상기 소프트 몰드의 돌출면에 SAMs과 다른 극성의 박막층을 형성하였기에, 비접촉면에만 선택적으로 SAMs를 남길 수 있어, 형성하고자 하는 패턴층의 CD 관리가 용이할 수 있다.

이상에서 설명한 바에 따르면 상기 SAMs가 소수성을 가질 경우에 대하여만 설명하였는데, 경우에 따라 상기 SAMs가 친수성을 가질 경우도 있으면, 그 경우에는 앞서 설명한 바와 소프트 몰드의 표면의 박막층과 형성하는 유기 박막 패턴의 극성이 반대의 극성을 가지게 된다. 보다 구체적인 실시예에 대하여는 도 5a 이하에서 설명한다.

이하, 상기 도 3의 소프트 몰드를 이용한 유기 박막 패턴 형성 방법을 이용하여 형성된 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판을 나타낸 공정 단면도이며, 도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 박막 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 4와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 컬러 필터 어레이 기판은 각각 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 비화소 영역이 정의된 기판(200)과, 상기 상기 기판 상의 비화소 영역에 형성된 블랙 매트릭스층(210)과, 상기 블랙 매트릭스층(210) 상부 일부에 형성되며, 각각 인접한 블랙 매트릭스층(210)간 서로 다른 좌우 에지부에 형성된 자가 조립 단분자막(215)과, 상기 자가 조립 단분자막(215) 사이에 대응되어 형성된 컬러 필터층(221, 222, 223)을 포함하여 이루어진다.

이러한 상기 컬러 필터 어레이 기판과, 대향되어 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 대향 기판이 대향되며, 상기 컬러 필터 어레이 기판과 대향 기판 사이에 액정층이 형성되어 액정 표시 장치를 이룬다.

여기서, 상기 컬러 필터층(221, 222, 223)은 상기 인접한 블랙 매트릭스층(210)의 좌우 에지부에 형성된 자가 조립 단분자막(215) 사이에 대응되는 제 1 컬러 필터(221, 222)와, 상기 제 1 컬러 필터(221, 222)와 인접한 상기 화소 영역에만 대응되어 형성된 제 2 컬러 필터(223)가 반복되어 배치된다. 이 때, 상기 제 1 컬러 필터(221)와 상기 제 2 컬러 필터(223)간 이격 간격은 0.2~2㎛이다. 이 때, 상기 반복되는 제 1 컬러 필터(221)와 제 2 컬러 필터(222)에 차례로, R, G, B 색상의 컬러 필터가 순서대로 배치될 수 있다.

이 때, 상기 제 1 컬러 필터(221)는 상대적으로 블랙 매트릭스층(210)과 오 버랩되지 않고 화소 영역에만 형성되는 제 2 컬러 필터(222)에 비해 각각 좌우에서 블랙 매트릭스층(210)과 오버랩된 면적만큼 그 형성 면적이 상대적으로 크다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 기준면(230b) 및 기준면(230b)을 기준으로 돌출된 돌출면(230a)을 구비하는 소프트 몰드(230)를 마련한다.

본 발명에서의 소프트 몰드의 돌출면(230a)은 형성하고자 하는 유기 박막 패턴과 동일한 면적을 가지게 되고, 기준면(230b)은 SAMs가 형성될 영역과 대응된다.

소프트 몰드(230)는 탄성이 큰 고무 재료, 예를 들어 폴리디메틸실록세인(Poly dimethyl siloxane ; PDMS), 폴리 우레탄(Polyurethane), 크로스 링크드 노볼락 수지(Cross-linked Novolac Resin) 등이 이용된다.

그리고, 소프트 몰드의 돌출면(230a) 및 기준면(230b) 위에는 적어도 친수성을 갖는 한층의 박막층이 적층되어 있다.

이어, 상기 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b)을 소수성 자가 조립 단분자 용액(미도시)에 담그면, 소수성 자가 조립 단분자 용액(미도시)에서의 소수성 자가 조립 단분자 물질들이 친수성의 박막층이 형성되지 않은 소프트 몰드의 돌출면(230a)과 기준면(230b) 사이의 수직면 사이로 침투하게 된다.

여기서, 소프트 몰드(230)는 소수성 물질이고 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b) 사이의 수직면을 통해서 상기 소프트 몰드(230) 내로 흡수될 수 있게 된다. 한편, 소수성 자가 조립 단분자 물질은 OTS(Octadecyl tetrachlorosilane : 옥타데실 테트라클로로실란)와 헥산(hexane)을 포함한다.

이후, 질소(N2) 가스를 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b) 주변에 분사시키고 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a) 및 기준면(230b)을 건조시킨다.

이후, 도 5a와 같이, 마이크로 컨택트 프린팅 방식으로 상기 소프트 몰드(230)를 컬러 필터층을 형성하고자 하는 기판(200) 위에 접촉시킨다. 이때, 소프트 몰드(230) 자체에 의한 자중 또는 별도의 외부 압력을 더 가함에 따라 소프트 몰드(230)의 수직면을 통해 흡수되었던 자가 조립 단분자(SAM:Self Assembled Monolayer) 물질이 소프트몰드의 수직면을 통해 외부로 토출되게 된다. 그 결과, 도 5b와 같이 기판(200) 상의 상기 블랙 매트릭스층(210) 상의 일측 에지부에, 자가 조립 단분자막(SAMs:215)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 유기 박막 패턴을 형성하고자 하는 기판(200)의 표면은 소수성인 자가 조립 단분자막(215)이 형성되는 제 1 영역과 및 그 외의 상기 소프트 몰드의 친수성 돌출면(230a)이 대응되는 제 2 영역으로 구분될 수 있게 되고, 상기 자가 조립 단분자막(215)을 제외한 영역에 컬러 필터 물질이 프린팅될 수 있게 된다.

이후, 도 5c와 같이, 잉크 젯 프린팅(ink-jet printing) 방식 등을 이용하여 액상의 컬러 필터 형성물질을 자가 조립 단분자막(215) 사이에 영역에 떨어뜨린다. 여기서, 액상의 컬러 필터 형성 물질은 친수성 물질이고 상기 자가 조립 단분자막(215)는 소수성 물질이므로 도 5d와 같이 액상의 컬러 필터 형성 물질(220)은 상기 자가 조립 단분자막(215) 사이의 영역에만 위치할 수 있게 된다.

이후, 도 5e와 같이, 건조 공정이 실시되어 액상의 컬러 필터 형성 물질(220)의 성분 중 휘발성의 용매가 제거되어 고형화되면 제 1 컬러 필터(221, 222) 등과 같은 컬러 필터층이 형성된다.

상술한 도 4 및 도 5e와 같이 제 1 컬러 필터(221, 222)이나, 상기 제 2 컬러 필터(223)는 상기 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a)과 동일 또는 유사한 선폭으로 형성되며, 상기 제 1 컬러 필터(221, 222)는 해당 화소 영역을 포함하여 인접한 블랙 매트릭스층(210)과 오버랩되고, 상기 제 2 컬러 필터(223)는 해당 화소 영역에만 형성된다.

도 6a 내지 6e는 본 발명의 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 형성 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이 표면이 평탄한 기준면(350a) 및 기준면(350a)을 기준으로 돌출된 돌출면(350c)과, 상기 기준면(350a)과 돌출면(350c) 사이에 수직한 수직면(350b)을 구비하는 소프트 몰드(350)를 마련한다.

본 발명에서의 소프트 몰드의 돌출면(350c)은 형성하고자 하는 유기 박막 패턴과 동일한 면적을 가지게 되고, 기준면(350a)은 SAMs가 형성될 영역과 대응된다.

소프트 몰드(350)는 탄성이 큰 고무 재료, 예를 들어 폴리디메틸실록세인(Poly dimethyl siloxane ; PDMS), 폴리 우레탄(Polyurethane), 크로스 링크드 노볼락 수지(Cross-linked Novolac Resin) 등이 이용된다.

그리고, 소프트 몰드의 돌출면(350c) 및 기준면(350a) 위에는 친수성을 갖는 금속층(351) 및 금속 산화막(352)의 박막층이 차례로 적층되어 있다.

이어, 도 6b와 같이, 상기 소프트 몰드(350)의 돌출면(350c) 및 기준면(350a)을 소수성 자가 조립 단분자(355) 용액(360)이 담겨진 수조(370)에 담그 면, 소수성 자가 조립 단분자 용액(360)에서의 소수성 자가 조립 단분자(355) 물질들이 친수성의 박막층이 형성되지 않은 소프트 몰드의 돌출면(350c)과 기준면(350a) 사이의 수직면(350b) 사이로 침투하게 된다.

여기서, 소프트 몰드(350)는 소수성 물질이고 소프트 몰드(350)의 돌출면(350c) 및 기준면(350a) 사이의 수직면(350b)을 통해서 상기 소프트 몰드(350) 내로 흡수될 수 있게 된다. 한편, 소수성 자가 조립 단분자(355) 물질은 예를 들어, OTS(Octadecyl tetrachlorosilane : 옥타데실 테트라클로로실란)와 헥산(hexane)을 포함한다.

이후, 질소(N2) 가스를 소프트 몰드(350)의 돌출면(350c) 및 기준면(350a) 주변에 분사시키고 소프트 몰드(350)의 돌출면(350c) 및 기준면(350a)을 건조시킨다.

이어, 도 6c와 같이, 매트릭스상의 복수개의 화소 영역과 상기 화소 영역들 사이에 비화소 영역이 정의된 기판(200)을 준비하고, 상기 비화소 영역들에 대응하여 블랙 매트릭스층(210)을 형성한다.

이후, 도 6d와 같이, 마이크로 컨택트 프린팅(micro contact printing) 방식으로 상기 소프트 몰드(350)를 컬러 필터층을 형성하고자 하는 기판(200) 위에 접촉시킨다. 여기서, 상기 소프트 몰드(350)에 있어서, 상기 기판(200) 측과 비접촉되는 기준면(350a)의 폭은 약 0.2~2㎛에 상당한 것으로, 이후 형성될 컬러 필터들 중 인접한 부위의 혼합을 방지하기 위해 최소 필요한 폭과, 상기 소수성의 자가 조립 단분자 물질이 확산되기 위해 필요한 폭 정도이다.

이때, 소프트 몰드(350) 자체에 의한 자중 또는 별도의 외부 압력을 더 가함에 따라 소프트 몰드(350)의 수직면(350b)을 통해 흡수되었던 자가 조립 단분자(SAM:Self Assembled Monolayer) 물질이 상기 소프트 몰드(350)의 수직면(350b)을 통해 외부로 토출되게 된다. 그 결과, 도 6e와 같이, 상기 기판(200) 상의 상기 각각의 블랙 매트릭스층(210) 상의 일측 에지부에, 자가 조립 단분자막(SAMs:215)가 형성될 수 있다. 여기서, 자가 조립 단분자막(215)은 인접한 블랙 매트릭스층(210)의 서로 다른 좌우 에지 상부에 형성된다.

이어, 상기 자가 조립 단분자막(215)을 제외한 영역에 R(Red), G(Green), B(Blue) 컬러 필터층을 형성한다. 여기서, 도시된 바에 따르면, 상기 좌우 인접한 블랙 매트릭스층(210)의 좌우 자가 조립 단분자막(215) 사이에 형성된 제 1 컬러 필터(221, 222)가 R, B 컬러 필터층에 해당되며, 상기 제 1 컬러 필터(221, 222)들 사이에 형성되는 제 2 컬러 필터(223)이 G 컬러 필터층에 해당됨을 나타내고 있다. 이 경우 각각의 제 1 컬러 필터(221, 222)와 제 2 컬러 필터(223)는 서로 다른 폭으로 형성되며, 상대적으로 제 1 컬러 필터(221, 222)가 상대적으로 양측의 블랙 매트릭스층(210)과 오버랩되는 부위를 가져 그 면적이 상대적으로 크다.

여기서, 도 6e에서 도시된 바와 같이, 컬러 필터층은 상기 제 1 컬러 필터(221, 222)와 제 2 컬러 필터(223)이 도시된 바와 같이 소정의 색상의 컬러 필터만을 나타내는 것은 아니고, 각각 R, G, B 컬러 필터층이 차례로 반복되어 배치될 수 있다. 경우에 따라, 상기 컬러 필터층은 W(White) 색상이나 그 밖의 타 색상을 더 포함하는 컬러 필터를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 제 1, 제 2 컬러 필터(221, 222, 223)들은 동시에 서로 다른 색상의 컬러 필터물질을 제팅할 수 있는 헤드를 복수개 준비하여, 한번에 형성할 수도 있으며, 각 색상별로 구분하여 형성할 수도 있다.

여기서, 상기 소수성 자가 조립 단분자막 사이에 영역에 대응되어 프린팅되어 형성되는 컬러 필터 물질은 친수성 성분이다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 박막 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

이하의 도면에서 설명하는 예는, 형성하고자 하는 유기 박막 패턴이 소수성 재료일 경우에 적용하는 예이다.

먼저, 도 7a와 같이, 앞서 설명한 도 3과 돌출면(400a) 및 기준면(400b)이 동일한 형상의 소프트 몰드(400)를 준비한다.

상기 소프트 몰드(400)는 예를 들어, 탄성이 큰 고무 재료, 예를 들어 폴리디메틸실록세인(Poly dimethyl siloxane ; PDMS), 폴리 우레탄(Polyurethane), 크로스 링크드 노볼락 수지(Cross-linked Novolac Resin) 등이 이용된다. 주로 소프트 몰드(400)의 재료로 PDMS가 이용되는데, PDMS는 소수성으로, 자가 조립 단분자 물질을 친수성 재료로 이용하게 된다. 이 경우, 상기 SAM 물질이 소프트 몰드를 팽윤시키지는 않지만, 상기 소프트 몰드 내로 충분히 침투되지 못하기 때문에, 이후 마이크로 콘택 프린팅 공정시에 SAM(자가 조립 단분자) 재료가 충분히 퍼지지 않거나 에지 정의(edge define)가 불명확한 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 이 경우 이러한 소프트 몰드의 기판 접촉 전 다음과 같은 처리를 진행한다.

즉, 도 7a와 같이, 기상 증착 방식을 통해 PFDTS(1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodecyltrichlorosilane)와 같은 극소수성 처리막을 형성하거나 테플론(Teflon) 용액을 코팅해서 소수성의 박막(401)을 형성한다.

이때, 추가적인 소수성의 박막(401)을 형성하는 이유는 돌출면(400a) 부분이 기판과 접촉하면서 PDMS와 같은 소프트 몰드의 재료내에 미반응 저분자 PDMS 체인이 기판으로 전달될 수 있기 때문에, 친수성 자가 조립 단분자 물질(SAM)에 대응하면서 소수성 몰드 표면이 유지되도록 하기 위함이다.

이어, 도 7b와 같이, 친수성의 자리 조립 단분자 물질(SAM)이 포함된 용액에 상기 소프트 몰드(400)를 담그면, 돌출면(400a)을 제외한 음각 부분(기준면(400b)과 수직면(400c))에 모세관 현상에 의해 약한 공유 결합이 작용하여 친수성의 SAM 물질이 결합한다. 반면, 돌출면(400a)의 경우는 강한 소수성과 친수성의 반발 작용으로 친수성의 SAM 물질이 결합하지 못하여 상기 돌출면(400a)을 제외한 영역에만 친수성의 SAM 물질이 남아있게 된다. 여기서, 친수성의 SAM 용액으로는 예를 들어, ODT(Octadecanethoil)과 에탄올(ethanol)의 혼합용액을 들 수 있다.

이어, 상기 소프트 몰드(400)를 상기 친수성 자가 조립 단분자 물질 용액으로부터 꺼낸 후, N2 블로윙(blowing) 처리한 후, 약 1시간 정도 건조시켜 상기 기준면(400b)과 수직면(400c)에만 남아있는 상태로, 블랙 매트릭스층(210)을 포함한 기판(200)과 접촉하게 되면, 도 7c와 같이, 상기 블랙 매트릭스층(210)의 일측 에지부에 대응된 부위만 친수성의 자가 조립 단분자막(SAM)(245)이 남아있게 된다. 이 경우, 상기 소프트 몰드(400)의 경우 기준면(400b)에도 상기 친수성의 자가 조 립 단분자 물질이 남아있기는 하지만, 상기 기판(200)측과 직접 접촉하지 않는 부위이기 때문에, 상기 기준면(400b)에 남아있는 친수성 SAM 물질에 의해 친수성 자가 조립 단분자막(245)의 폭이 커지는 영향은 거의 없다.

도 7c의 친수성 자가 조립 단분자막(245)을 상기 블랙 매트릭스층(210) 상부 일측에 포함할 경우, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 친수성 자가 조립 단분자막(245) 사이에 소수성의 유기 박막 패턴이 형성될 영역이 정의된다. 경우에 따라 컬러 필터 물질 중 예외적인 일부가 소수성을 갖는 것으로, 이러한 소수성의 컬러 필터 물질을 형성시 상술한 도 7a 내지 도 7c 의 박막 패턴 형성 방법을 이용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법에 이용되는 몰드 구조물을 나타낸 단면도이다.

도 8과 같이, 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법에 이용되는 소프트 몰드(230)는 평탄한 배면(돌출면 및 기준면이 형성되지 않은 면)측에 접착층(232)을 개재하여 유리 또는 플라스틱 성분의 백 플레이트(back plate)(231)에 부착되어 있으며, 자가 조립 단분자 물질의 함유 후 수회 반복하여, 기판과의 마이크로 콘택 프린팅 공정에 적용하여 비접촉 부위에 자가 조립 단분자막을 형성할 수 있으며, 상기 자가 조립 단분자막이 형성된 부분을 경계로 그 사이에 컬러 필터층과 같은 유기 박막을 형성할 수 있다.

여기서, 소프트 몰드(230)의 함유되는 자가 조립 단분자 물질은 상기 소프트 몰드의 평평한 기준면(230b)과 돌출면(230a) 사이의 수직면을 통해 기판측과의 접 촉시 전사된다. 이 경우, 상기 수직면을 통해 SAM(자가 조립 단분자) 물질 처리 간격은 약 0.2~2㎛으로, 형성하고자 하는 인접한 컬러 필터층간 서로 섞이지 않은 정도의 경계에 해당하는 폭이다. 그리고, 상기 SAM 물질 처리 간격은 상기 기판과 비접촉되는 기준면(230b)의 폭으로 정할 수도 있고, 상기 기준면(230b)의 폭이 넓을 경우는 수직면으로부터 SAM 물질이 확산되는 폭 정도를 감안하여 결정할 수도 있다.

여기서, 상기 소프트 몰드(230)의 돌출면(230a)과 기준면(230b)간의 높이차는 2㎛이상인 것으로, 높이차가 일정 값 이상이어야 양음각간(돌출면과 기준면간)형상의 왜곡없이 상기 소프트 몰드(230)와 상기 기판과의 마이크로 콘택시 원하는 폭으로 자가 조립 단분자 물질의 전사가 가능하게 된다.

또한, 예를 들어, 상기 SAM 물질이 친수성일 경우, 기준면이 갖는 폭은 10㎛ 이하가 되어야 상기 SAM 물질이 상기 기준면과 수직면의 경계부에 소정 폭으로 확산되어 남아있게 된다. 비접촉되는 기준면의 폭이 10㎛ 이상일 경우, 전사되는 SAM 막 폭 관리가 힘들게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 컬러 필터 형성시, 대향되는 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 본 발명의 제조 방법으로 제조된 액정 표시 장치를 살펴본다.

도 9 는 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법을 적용한 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 10은 도 9의 I~I' 선상의 구조 단면도이다.

제 1 기판(200) 상에 화소영역을 제외한 부분(게이트 라인 및 데이타 라인 영역, 박막 트랜지스터 영역)의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(210)이 형성되고, 상기 각 화소영역에 대응되어 부분에 색상을 표현하기 위하여, 상술한 방식으로 프린팅하여 R, G, B 컬러필터층(220)이 형성되며, 상기 블랙 매트릭스층(210)과 컬러 필터층(220) 상부 전면에 공통전극(240)이 형성된다.

또한, 상기 제 1 기판(200)에 대향되는 제 2 기판(500) 상의 구조를 살펴보면, 서로 교차하는 게이트 라인(501) 및 데이터 라인(502))과, 상기 게이트 라인(501)으로부터 돌출되어 형성된 게이트 전극(501a)과, 상기 게이트 라인(501) 및 게이트 전극(501a)을 포함한 제 2 기판(500) 전면에 형성된 게이트 절연막(511)과, 상기 게이트 절연막(511) 상에 상기 게이트 전극(501a)의 상부를 덮도록 형성된 반도체층(504)과, 상기 반도체층(504)을 포함한 상기 게이트 절연막(511) 상에 상기 데이터 라인(502)과 동일층에 상기 반도체층(504) 양측에 형성된 소오스/드레인 전극(502a, 502b)과, 상기 드레인 전극(502b)의 상부에 대응되어 홀(512a)을 구비하여 상기 소오스 전극(502a)과 드레인 전극(502b)을 포함한 상기 게이트 절연막(511) 상에 형성된 보호막(512) 및 상기 홀(512a)을 통해 상기 드레인 전극(502b)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(503)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 반도체층(504)은 하부의 비정질 실리콘층(504a) 및 상부에 상기 비정질 실리콘층(504a) 양측에 형성된 불순물층(n+층)(504b)이 적층되어 이루어지며, 상기 불순물층(504b)은 상기 소오스/드레인 전극(502a/502b) 하부에 접한다.

도 9 및 도 10은 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 표시 장치에 대하여 설명하였으나, 상기 화소 영역에 대응되어 상기 제 2 기판측에 상기 화소 전극에 서로 교번하는 형상으로 공통 전극을 구비하고, 상기 제 1 기판측에 공통 전극을 생략하여 IPS(In-Plane Switching) 모드의 구조도 적용할 수 있을 것이다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래의 유기 격벽을 이용한 유기 박막 형성 방법을 나타낸 공정 단면도

도 2는 일 예의 몰드 구조물을 나타낸 공정 단면도

도 3은 본 발명의 유기 박막 패턴 형성시 이용되는 몰드를 나타낸 공정 단면도

도 4는 본 발명의 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판을 나타낸 공정 단면도

도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 박막 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도

도 6a 내지 6e는 본 발명의 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 형성 방법을 나타낸 공정 단면도

도 7a 내지 7c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 박막 패턴 형성 방법을 나타낸 공정 단면도

도 8은 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법에 이용되는 몰드 구조물을 나타낸 단면도

도 9 는 본 발명의 유기 박막 패턴 형성 방법을 적용한 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

도 10은 도 9의 I~I' 선상의 구조 단면도

*도면의 주요 부분을 나타내는 부호의 설명*

200 : 기판(제 1 기판) 210 : 블랙 매트릭스층

220 : 컬러 필터층 230, 350, 400 : 소프트 몰드

221, 222 : 제 1 컬러 필터 223 : 제 2 컬러 필터

230a, 350c : 돌출면 230b, 350a : 기준면

350b : 수직면 231 : 백플레이트

215, 245 : 자가 조립 단분자막 351 : 금속막

352 : 금속 산화막 232 : 접착층

500 : 제 2 기판(박막 트랜지스터 어레이 기판)

501 : 게이트 라인 502 : 데이터 라인

503 : 화소 전극

Claims (27)

1. 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 차광층이 형성된 비화소 영역을 포함하는 기판을 준비하는 단계;

   평탄한 기준면과, 상기 기판의 적어도 화소 영역들에 대응되는 부위에 상기 기준면으로부터 돌출된 돌출면과, 상기 기준면 및 돌출면 위에 박막층을 포함하는 소프트 몰드를 마련하는 단계;

   상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계;

   상기 소프트 몰드를 상기 기판에 접촉시켜, 상기 차광층의 에지부와 차광층 사이의 영역을 상기 소프트 몰드의 돌출면과 대응시켜 제 1 극성을 갖는 제 1 영역으로 정의하고, 상기 소프트 몰드의 나머지 부위와 상기 기판의 나머지 부위를 대응시켜 상기 제 1 영역과 극성이 다른 제 2 극성의 제 2 영역으로 구분하여 정의하는 단계; 및

   상기 소프트 몰드를 상기 기판으로부터 분리 후, 상기 제 1 영역에 액상의 유기 물질을 잉크젯 프린팅하여 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기판의 제 2 영역은 상기 차광층의 에지부를 제외한 차광층 상인 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 소프트 몰드와 상기 기판의 접촉시, 상기 차광층의 에지부 상부만 상기 소프트 몰드의 돌출면과 직접 접하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 소프트 몰드의 기준면과 돌출면 사이의 수직면 위에는 상기 박막층이 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계는,

   상기 소프트 몰드를 제 1 극성 자가 조립 단분자 용액에 담그는 단계;

   제 1 극성 자가 조립 단분자 물질이 상기 소프트 몰드의 기준면과 돌출면 사이의 수직면을 통해 상기 소프트 몰드 내로 흡수되는 단계; 및

   상기 소프트 몰드를 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 용액에서 꺼내는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 기판을 상기 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하여, 상기 소프트 몰드를 상기 기판 위에 접촉시키는 단계는,

   상기 소프트 몰드를 상기 기판 위에 마이크로 콘택 프린팅 방식으로 접촉시키는 단계; 및

   상기 소프트 몰드 내로 흡수되었던 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질이 상기 소프트 몰드와 비접촉면에 해당하는 상기 기판 상의 제 2 영역에 토출되어 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질로 이루어진 제 1 극성 자가 조립 단분자막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 소프트 몰드를 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 용액에서 꺼낸 후 질소(N2) 가스를 분사시켜 상기 소프트 몰드의 돌출면 및 기준면을 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 소프트 몰드에서 토출된 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질은, 상기 소프트 몰드의 자중 또는 별도의 압력을 가함에 따라 상기 소프트 몰드의 수직면을 통해 토출되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 극성은 소수성이며,

   상기 액상의 유기 물질은 친수성인 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 제 1 극성의 자가 조립 단분자 물질은 OTS(Octadecyl TetrachloroSilane: 옥타데실 테트라클로로실란)와 헥산(Haxane)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 박막층은 티타늄(Ti)으로 이루어진 금속층 및 티타늄 옥사이드(TiOx)로 이루어진 금속 산화막을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1 극성은 친수성이며,

    상기 액상의 유기 물질은 소수성인 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 친수성 자가 조립 단분자 물질은 ODT(Octedecanehiol: 옥타데카네티올) 과 에탄올(ethanol)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 박막층은 극소수성막 및 테프론 코팅층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
15. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1 영역에 액상의 유기 물질을 형성하는 단계는

    상기 제 1 영역에 액상의 제 2 극성 유기 물질을 떨어뜨리는 단계; 및

    상기 액상의 유기 물질 내에 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 패턴의 제조 방법.
16. 각각 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 비화소 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판;

    상기 제 1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이;

    상기 제 2 기판 상의 비화소 영역에 형성된 블랙 매트릭스층;

    인접한 블랙 매트릭스층 상부 일부의 서로 다른 좌우 에지부에 형성되어, 형성되지 않은 부분과 다른 극성을 갖는 자가 조립 단분자막;

    상기 자가 조립 단분자막 사이에, 상기 자가 조립 단분자막이 형성되지 않은 블랙 매트릭스층 상부와 블랙 매트릭스층이 없는 화소 영역에 형성된 컬러 필터층; 및

    상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 컬러 필터층은

    상기 인접한 블랙 매트릭스층의 좌우 에지부에 형성된 자가 조립 단분자막 사이에 대응되는 제 1 컬러 필터와, 상기 제 1 컬러 필터와 인접한 상기 화소 영역에만 대응되어 형성된 제 2 컬러 필터가 반복되어 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
18. 제 16항에 있어서,

    상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터간 이격 간격은 0.2~2㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
19. 각각 매트릭스 형상의 복수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 사이의 비화소 영역이 정의된 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계;

    상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 단계;

    상기 제 2 기판 상의 비화소 영역에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계;

    평탄한 기준면과, 상기 화소 영역들과 화소 영역 주변의 블랙 매트릭스층 일부 에지부에 대응되어 상기 기준면으로부터 돌출된 돌출면과, 상기 기준면 및 돌출면 위에 박막층을 포함하는 소프트 몰드를 마련하는 단계;

    상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계;

    상기 소프트 몰드의 돌출면이 상기 화소 영역들과 화소 영역 주변의 블랙 매트릭스층 일부 에지부에 대응되도록, 상기 소프트 몰드의 돌출면을 상기 제 2 기판에 접촉시키고, 상기 제 2 기판을 상기 소프트 몰드의 돌출면에 대응되는 제 1 영역과, 상기 소프트 몰드의 기준면에 대응되고 상기 제 1 영역과 극성이 다른 제 2 영역으로 구분시켜, 상기 제 2 영역 상에 자가 조립 단분자막을 형성하는 단계; 및

    상기 소프트 몰드를 상기 제 2 기판으로부터 분리 후, 상기 자가 조립 단분자막 사이의 화소 영역들과, 상기 돌출면과 접촉했던 상기 블랙 매트릭스층 일부 에지부 상에 액상의 컬러필터 형성 물질을 잉크젯 프린팅하여 컬러 필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 컬러 필터층을 형성하는 단계는

    인접한 블랙 매트릭스층 상의 자가 조립 단분자막 사이에 상기 블랙 매트릭스층 상부와 블랙 매트릭스층 사이의 화소 영역에 대응되는 제 1 컬러 필터와, 상기 제 1 컬러 필터와 인접한 상기 화소 영역에만 대응되어 형성된 제 2 컬러 필터가 반복되어 배치시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터간 이격 간격은 0.2~2㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
22. 제 20항에 있어서,

    상기 제 1 컬러 필터와 상기 제 2 컬러 필터는 동시에 형성되는 것을 특징으로 액정 표시 장치의 제조 방법.
23. 제 19항에 있어서,

    상기 소프트 몰드에 자가 조립 단분자(SAM: Self Assembled Monolayer) 물질을 흡수시키는 단계는,

    상기 소프트 몰드를 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질을 포함한 용액에 담그는 단계;

    상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질이 상기 소프트 몰드의 돌출면과 기준면 사이의 수직면을 통해 상기 소프트 몰드 내로 흡수되는 단계; 및

    상기 소프트 몰드를 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질을 포함한 용액에서 꺼내는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 제 2 기판을 상기 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하여, 상기 소프트 몰드를 상기 제 2 기판에 접촉시키는 단계는,

    상기 소프트 몰드를 상기 제 2 기판 위에 접촉시키는 단계; 및

    상기 소프트 몰드 내로 흡수되었던 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질이 상기 기준면에 대응되는 상기 제 2 기판 상의 제 2 영역에 토출되어 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질로 이루어진 제 1 극성 자가 조립 단분자막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
25. 제 19항에 있어서,

    상기 소프트 몰드는 상기 돌출면 및 기준면이 형성되지 않는 평탄한 배면(背面)을 갖고, 상기 배면에 접착층을 개재하여 백플레이트 상에 부착시켜 상기 제 2 기판 상에 접촉하는 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
26. 제 23항에 있어서,

    상기 소프트 몰드의 기준면 및 돌출면에 형성되는 박막층은 상기 제 1 극성 자가 조립 단분자 물질의 극성과 다른 제 2 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
27. 제 19 항에 있어서,

    상기 소프트 몰드의 기준면과 돌출면간의 높이차는 2㎛ 이상이며, 상기 기준면의 폭은 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.

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