KR101622646B1

KR101622646B1 - 박막 패턴의 제조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101622646B1
Application number: KR1020090123261A
Authority: KR
Inventors: 김성희; 김진욱
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2016-05-20
Also published as: KR20110066558A

Abstract

본 발명은 블랭킷 형성시 발생되는 기포를 제거할 수 있는 박막 패턴의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 유기액을 공급하는 유기액 공급부와; 상기 유기액을 패터닝하기 위한 홈과 돌출부가 형성된 인쇄판과; 상기 유기액 공급부를 통해 공급되는 유기액이 충진되며, 표면과 내부에 발생되는 기포를 제거하는 소포제가 첨가된 블랭킷과; 상기 블랭킷이 외주면에 부착되며, 상기 유기액을 패터닝하도록 상기 인쇄판 상에서 회전하고, 상기 패터닝된 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 인쇄 롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

블랭킷, 기포, 소포제

Description

박막 패턴의 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THIN FILM PATTERN}

본 발명은 블랭킷 형성시 발생되는 기포를 제거할 수 있는 박막 패턴의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치들이 대두되고 있다. 평판 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel) 및 일렉트로-루미네센스(Electro-Luminescence : EL) 표시 장치 등이 있다.

이러한 평판 표시 장치는 증착(코팅) 공정, 노광 공정, 현상 공정 및 식각 공정 등을 포함하는 마스크 공정에 의해 형성되는 다수의 박막으로 이루어진다. 그러나, 마스크 공정은 제조 공정이 복잡하여 제조 단가를 상승시키는 문제점이 있다. 이에 따라, 최근에는 인쇄 롤러를 이용한 인쇄 공정을 통해 박막을 형성할 수 있는 연구가 진행되고 있다.

이러한 인쇄 공정은 인쇄 롤러의 블랭킷에 유기액을 코팅한 후, 인쇄판을 이 용하여 인쇄 롤러에 유기 패턴을 형성한 다음, 그 유기 패턴을 기판 상에 전사함으로써 원하는 박막을 형성하는 공정이다.

종래 블랭킷은 블랭킷의 재료들이 혼합된 후 고온에서 경화됨으로써 완성된다. 혼합공정시 공정 속도를 향상시키기 위해 블랭킷의 재료들의 혼합 속도를 증가시키거나 경화공정시 용제가 증발하게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이 블랭킷(10)의 표면과 내부에 다수의 기포(20)가 발생되는 문제점이 있다. 이 기포(20)는 경화 공정시 경화 온도를 높히거나, 다층 구조로 이루어진 블랭킷(10)의 하부막의 건조가 제대로 이루어지지 않은 상태에서 상부막이 경화가 이어지거나, 급격한 강제 건조 공정시에 많이 발생하는 문제점이 있다.

이와 같은 블랭킷(10) 표면의 기포(20)는 인쇄 롤러에 부착된 블랭킷(10)에 도포된 유기액을 인쇄판과 기판에 순차적으로 전사시 박막 패턴에 핀홀이 발생되는 문제점이 있다. 특히, 박막 패턴이 색을 구현하는 액정 표시 패널의 컬러 필터 또는 블랙매트릭스인 경우 색빠짐 현상이 발생되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 블랭킷 형성시 발생되는 기포를 제거할 수 있는 박막 패턴의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 유기액을 공급하는 유기액 공급부와; 상기 유기액을 패터닝하기 위한 홈과 돌출부가 형성된 인쇄판과; 상기 유기액 공급부를 통해 공급되는 유기액이 충진되며, 표면과 내부에 발생되는 기포를 제거하는 소포제가 첨가된 블랭킷과; 상기 블랭킷이 외주면에 부착되며, 상기 유기액을 패터닝하도록 상기 인쇄판 상에서 회전하고, 상기 패터닝된 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 인쇄 롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 표면과 내부에 발생되는 기포를 제거하는 소포제가 첨가된 블랭킷을 마련하는 단계와; 상기 블랭킷이 외주면에 부착된 인쇄 롤러에 유기액을 코팅하는 단계와; 상기 인쇄 롤러를 홈과 돌출부를 가지는 인쇄판 상에서 회전시킴으로써 상기 유기액을 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝되어 형성되는 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 블랭킷은 상기 소포제와 실리콘계 재질이 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 소포제는 상기 블랭킷의 전체 함량의 약 0.01~0.1wt%를 차지하는 것을 특징으로 한다.

상기 소포제는 상기 실리콘계 재질과 비상용성인 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 소포제는 고급지방산 아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 지반산 저급알콜에테르, 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르 아미드(Ester amide), 유기인산에스테르, 고급지방산의 금속석검, 톨유(Tall oil), 디메틸폴리실록산(di-methyl polysiloxane), 플루로닉(Pluronic)형 비 이온 활성제 또는 수성실리카로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 박막 패턴 제조 장치 및 방법은 블랭킷 형성시 소포제를 첨가하여 블랭킷 형성시 발생하는 기포를 제거한다. 이에 따라, 본원 발명은 기포에 의한 버블성 불량을 방지할 수 있어 유기액 전사시 발생되는 색빠짐 불량을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 박막 패턴 형성용 인쇄 장치를 나타내는 사시도이다.

도 2에 도시된 인쇄 장치는 유기액 공급부(122)와, 인쇄 롤러(120)와, 블랭킷(110)과, 인쇄판(130)을 포함한다.

유기액 공급부(122)는 유기액을 저장하며, 저장된 유기액을 인쇄 롤러(120)의 블랭킷(110)에 공급한다. 여기서, 유기액은 액정 표시 패널의 박막트랜지스터 기판에 위치하는 박막 패턴 형성용 패터닝시 이용되는 유기 패턴 또는 컬러 필터 기판에 위치하는 박막 패턴의 재질로 이용된다.

인쇄판(130)은 인쇄 롤러(120)의 블랭킷(110)에 충진된 유기액이 원하는 영역에만 남도록 인쇄 롤러(120)와 접촉한다. 이를 위해, 인쇄판(130)은 홈 형태로 형성된 오목 패턴(134)과, 돌출되게 형성된 볼록 패턴(132)을 포함한다. 볼록 패 턴(132)은 인쇄 롤러(120)가 인쇄판(130) 상에서 회전하는 경우, 인쇄 롤러(120)에 도포된 유기액과 접촉하는 영역이다. 이에 따라, 볼록 패턴(132) 상에는 인쇄 롤러(120)가 인쇄판(130) 상에서 회전하는 경우, 인쇄 롤러(120)의 유기액이 전사된다. 오목 패턴(134)은 인쇄 롤러(120)가 인쇄판(130) 상에서 회전하는 경우, 인쇄 롤러(120)에 도포된 유기액과 접촉하지 않는 영역이다. 이에 따라, 오목 패턴(134)과 대응하는 인쇄 롤러(120)의 유기액은 인쇄 롤러(120)에 남아 유기 패턴으로 형성된다.

인쇄 롤러(120)는 이송부(138)를 통해 이동하는 인쇄판(130) 및 기판(111)과 순차적으로 접촉되도록 그들(111,130) 상에서 회전하게 된다. 이외에도 인쇄판(130) 및 기판(111)이 고정된 상태에서 인쇄 롤러(120)가 이동하여 인쇄판(130) 및 기판(111)과 순차적으로 접촉될 수도 있다.

이러한 인쇄 롤러(120)는 유기액 공급부(122)로부터의 유기액을 그 인쇄 롤러(120)의 외주면에 부착된 블랭킷(110)에 충진한다.

블랭킷(110)은 실리콘계 재질이 주재료로 이루어진 블랭킷(110)의 제조 공정시 기포의 혼입을 적게하고 미세 기포가 블랭킷(110) 내에 들어가지 않도록 소포제가 첨가된다. 소포제는 도 3에 도시된 바와 같이 액상의 실리콘계 박막(104)의 표면으로 상승한 기포(102)와, 도 4에 도시된 바와 같이 액상의 실리콘계 박막(104) 내부에 위치하는 기포(102)를 제거한다.

도 3에 도시된 바와 같이 실리콘계 재질과 소포제의 혼합 공정시 또는 경화 공정시 발생되는 액상의 실리콘계 박막(104) 내부의 기포(102)는 소포제(108)의 표 면 장력이 액상의 실리콘계 박막(104)의 표면 장력보다 낮기 때문에 액상의 실리콘계 박막(104)의 표면으로 상승하게 된다. 액상의 실리콘계 박막(104)의 표면으로 상승한 기포(102)는 기포(102)를 둘러싸고 있는 액상의 실리콘으로 이루어진 기포막(106) 내의 소포제(108)에 의해 둘러싸이게 된다. 이 경우, 소포제(108)로 인한 부분적인 표면 장력의 저하가 일어나 기포막(106) 내의 액상의 실리콘계 박막(104)이 그 액상의 실리콘계 박막(104)의 표면, 즉 지면쪽으로 흘러 내리면서 기포막(106)의 두께가 점점 얇아지게 된다. 기포막(106)의 두께가 10nm이하가 되면 기포막(106)은 그 자체 성질을 잃게 되면서 기포(102)는 파괴된다.

이에 따라, 경화 공정시 액상의 실리콘계 박막(104)의 표면은 표면 장력의 불균일현상이 생겨 기포를 제거하는 파포효과가 촉진된다. 또한, 기포 제거 후 소포제는 균일하게 블랭킷(110)의 표면으로 나오게 되므로 블랭킷(110)의 표면장력이 균일해져 평탄한 표면을 가지게 된다. 이와 같이, 블랭킷(110)의 표면 평탄화시키는 소포제는 블랭킷(110)의 표면에서 확장하여 표면장력이 균일해지므로 대류를 방지하는 역할을 한다.

도 4에 도시된 바와 같이 실리콘 재질과 소포제의 혼합 공정시 또는 경화 공정시 발생되는 액상의 실리콘계 박막(104) 내부의 기포(102)에 소포제(108)가 흡착된다. 흡착된 소포제(108)에 의해 기포(102)의 표면 장력은 점차 줄어들게 된다. 소포제(108)는 기포(102)의 표면을 따라 확장 이동하면서 기포(102) 표면은 점차 얇아지게 됨으로써 기포(102)의 얇은 막은 액상의 실리콘계 박막(104)에 흡수되고 기포(102)는 파괴된다.

이와 같이 기포 발생을 방지할 수 있는 블랭킷(110)의 제조 방법을 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 액상의 실리콘계 재질과 소포제가 혼합된다(S1단계).

액상의 실리콘계 재질은 폴리디메틸실록산(Polydimethysiloxane; PDMS)가 주로 이용된다.

소포제는 액상의 실리콘계 재질과 비상용성인 재료로 형성된다. 이는 액상의 실리콘과 상용성이 좋은 소포제는 첨가 직후 파포(破泡)효과가 일시적으로 나타나지만 시간이 경과할수록 기포막으로 이동하지 않고 액상의 실리콘계 재질과 혼합되어 파포 효과가 약해지기 때문이다. 따라서, 소포제로는 고급지방산 아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 지반산 저급알콜에테르, 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르 아미드(Ester amide), 유기인산에스테르, 고급지방산의 금속석검, 톨유(Tall oil), 디메틸폴리실록산(di-methyl polysiloxane), 플루로닉(Pluronic)형 비 이온 활성제, 수성실리카 등이 이용된다.

또한, 소포제의 함량은 기포만 선택적으로 제거하고 블랭킷의 특성에 영향을 주지 않을 정도로 전체 함량의 약 0.01~0.1wt%를 차지한다.

혼합된 액상의 실리콘계 재질과 소포제는 약 170~200℃의 고온 경화공정을 통해 경화됨으로써 블랭킷이 완성된다(S2단계). 완성된 블랭킷에는 인쇄롤러에 감겨 부착된다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 블랭킷이 부착된 인쇄 롤러를 이용한 박 막 패터닝 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 6a에 도시된 바와 같이 블랭킷(110)이 부착된 인쇄 롤러(120)를 마련한다. 여기서, 블랭킷(110) 형성시 소포제를 첨가하여 블랭킷(110) 표면의 기포에 의한 버블성 불량을 제거한다. 이 블랭킷(110) 내에는 유기액 공급부(122)를 통해 유기액(124)이 충진된다.

그런 다음, 도 6b에 도시된 바와 같이 오목 패턴(134) 및 볼록 패턴(132)을 가지는 인쇄판(130)에 유기액(124)이 도포된 인쇄 롤러(120)를 회전시킨다. 볼록 패턴(132)과 접촉하는 영역의 유기액(124)은 볼록 패턴(132) 상에 전사되며, 오목 패턴(134)과 접촉하지 않는 영역의 유기액(124)은 블랭킷(110)의 표면에 남아 유기 패턴(136)으로 형성된다.

이 유기 패턴(136)이 형성된 인쇄 롤러(120)는 도 6c에 도시된 바와 같이 기판(111) 상에서 회전하게 된다. 이에 따라, 기판(111) 상에는 유기 패턴(136)이 전사된 후 건조 및 경화되어 박막으로 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 인쇄 장치로는 액정 표시 패널 뿐만 아니라 플라즈마 디스플레이 패널, 전계 발광 표시 패널 및 전계 방출 소자 등의 평판 표시 소자의 박막 또는 후막을 형성할 수 있다.

구체적으로, 도 7에 도시된 본 발명에 따른 액정 표시 패널은 액정층(160)을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판(150) 및 칼라 필터 기판(140)을 구비한다.

칼라 필터 기판(140)은 상부기판(142) 상에 순차적으로 형성된 블랙매트릭 스(144), 칼라필터(146), 공통 전극(148), 컬럼 스페이서(도시하지 않음)를 구비한다.

박막 트랜지스터 기판(150)은 하부 기판(152) 위에 서로 교차하게 형성된 게이트 라인(156) 및 데이터 라인(154)과, 그 교차부에 인접한 박막 트랜지스터(158)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 형성된 화소 전극(170)을 구비한다.

이러한 액정 표시 패널의 컬러필터(146), 블랙 매트릭스(144) 및 컬럼 스페이서와, 유기 전계 발광 소자의 발광층을 포함하는 유기박막층 등과 같은 유기물질로 형성되는 박막 패턴과, 액정 표시 패널의 박막트랜지스터(158), 게이트 라인(156), 데이터 라인(154) 및 화소 전극(170) 등과 같은 무기물질로 형성되는 박막을 패터닝하기 위한 마스크로 이용되는 유기 패턴은 본원 발명에 따른 인쇄 공정을 통해 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래 블랭킷을 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 나타내는 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 블랭킷 제조공정시 발생되는 기포의 제거 과정의 제1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 도 1에 도시된 블랭킷 제조공정시 발생되는 기포의 제거 과정의 제2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 1에 도시된 블랭킷의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 인쇄 장치를 위한 박막 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 7은 도 6a 내지 도 6c의 제조 방법에 의해 형성된 박막 패턴을 가지는 액정 표시 패널을 나타내는 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

108 : 소포제 110 : 블랭킷

111 : 기판 120 : 인쇄 롤러

122: 유기액 공급부 124: 유기액

130 : 인쇄판 132 : 오목 패턴

134 : 볼록 패턴 136 : 유기 패턴

138 : 이송부 140 : 컬러필터 기판

144 : 블랙매트릭스 146 : 컬러 필터

148 : 공통 전극 150 : 박막트랜지스터 기판

154 : 데이터 라인 156 : 게이트 라인

158 : 박막트랜지스터 160 : 액정층

170 : 화소전극

Claims

유기액을 공급하는 유기액 공급부와;

상기 유기액을 패터닝하기 위한 홈과 돌출부가 형성된 인쇄판과;

상기 유기액 공급부를 통해 공급되는 유기액이 충진되며, 표면과 내부에 발생되는 기포를 제거하는 소포제가 첨가된 블랭킷과;

상기 블랭킷이 외주면에 부착되며, 상기 유기액을 패터닝하도록 상기 인쇄판 상에서 회전하고, 상기 패터닝된 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 인쇄 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 블랭킷은

상기 소포제와 실리콘계 재질이 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 소포제는 상기 블랭킷의 전체 함량의 0.01~0.1wt%를 차지하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 소포제는 상기 실리콘계 재질과 비상용성인 재질로 형성되는 것을 특징 으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 소포제는 고급지방산 아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 지반산 저급알콜에테르, 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르 아미드(Ester amide), 유기인산에스테르, 고급지방산의 금속석검, 톨유(Tall oil), 디메틸폴리실록산(di-methyl polysiloxane), 플루로닉(Pluronic)형 비 이온 활성제 또는 수성실리카로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
표면과 내부에 발생되는 기포를 제거하는 소포제가 첨가된 블랭킷을 마련하는 단계와;

상기 블랭킷이 외주면에 부착된 인쇄 롤러에 유기액을 코팅하는 단계와;

상기 인쇄 롤러를 홈과 돌출부를 가지는 인쇄판 상에서 회전시킴으로써 상기 유기액을 패터닝하는 단계와;

상기 패터닝되어 형성되는 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 블랭킷을 마련하는 단계는 상기 소포제와 실리콘계 재질을 혼합한 후 경화함으로써 상기 블랭킷을 마련하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 소포제는 상기 블랭킷의 전체 함량의 0.01~0.1wt%를 차지하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 소포제는 상기 실리콘계 재질과 비상용성인 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 소포제는 고급지방산 아마이드, 고분자량의 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 지반산 저급알콜에테르, 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol), 고급지방산의 에스테르 아미드(Ester amide), 유기인산에스테르, 고급지방산의 금속석검, 톨유(Tall oil), 디메틸폴리실록산(di-methyl polysiloxane), 플루로닉(Pluronic)형 비 이온 활성제 또는 수성실리카로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.