KR101641355B1 - 박막 패턴의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베이킹 공정 후 유기액의 두께 감소를 최소화할 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 인쇄판의 돌출부와 접촉하여 상기 유기액 공급부를 통해 공급된 유기액을 패터닝하여 유기 패턴을 형성하고, 그 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 인쇄 롤러를 구비하며, 상기 유기액은 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제, 베이스 폴리머, 캐리어 솔벤트, 가교제, 응집제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

트리아지난, 사이크로헥사놀, 녹는점, 분자량, 두께

Description

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

본 발명은 베이킹 공정 후 유기액의 두께 감소를 최소화할 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 유기 패턴을 형성하는 공정이다.

여기서, 기판(1) 상에 전사되는 유기 패턴(4)은 베이킹 공정시 그 유기 패턴에 포함된 프린팅 솔벤트가 제거되는 만큼 두께가 감소해 도 1a에 도시된 바와 같이 상대적으로 낮은 두께로 형성된다. 이 경우, 도 1b에 도시된 바와 같이 유기 패턴(4)을 이용해 유기 패턴(4) 하부에 위치하는 박막(2)의 식각 공정시 식각액에 의해 유기 패턴(4)이 손상(A)되는 문제점이 있다. 이와 같이, 손상된 유기 패턴(4)을 이용하여 박막(2)을 식각한 후 스트립하게 되면, 도 1c에 도시된 바와 같이 손상된 유기 패턴(4)을 따라서 박막 패턴(6)이 단선 또는 쇼트되는 불량이 발생되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 베이킹 공정 후 유기액의 두께 감소를 최소화할 수 있는 박막 패턴의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 패턴 제조 장치는 유기액을 공급하는 유기액 공급부와; 상기 유기액을 패터닝하기 위한 홈과 돌출부가 형성된 인쇄판과; 상기 인쇄판의 돌출부와 접촉하여 상기 유기액 공급부를 통해 공급된 유기액을 패터닝하여 유기 패턴을 형성하고, 그 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 인쇄 롤러를 구비하며, 상기 유기액은 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제, 베이스 폴리머, 캐리어 솔벤트, 가교제, 응집제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 점착 부여제는 상기 트리아지난 계열 물질과 뷰틸 하이드록시 아니솔이 혼합되어 형성되며, 상기 트리아지난 계열 물질과 상기 뷰틸 하이드록시 아니솔은 1:1의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

상기 트리아지난 계열 물질은

와 같은 화학식 1의 구조를 가지며, 상기 화학식 1에서 R은

와 같은 화학식 2의 사이클로헥산놀 계열 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 유기액은 약 20~30%의 베이스 폴리머와, 약 0~10%의 프린팅 솔벤트와, 약 40~50%의 캐리어 솔벤트와, 약 0.5~1%의 가교제와, 약 0.5~1%의 응집제와, 약 20~30%의 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프린팅 솔벤트는 카보네이트 계열 물질로 형성되며, 상기 캐리어 솔벤트는 메탄올 또는 알코올 계열 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 패턴 제조 방법은 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제, 베이스 폴리머, 캐리어 솔벤트, 가교제, 응집제를 포함하는 유기액을 마련하는 단계와; 상기 인쇄 롤러를 홈과 돌출부를 가지는 인쇄판에 상기 인쇄롤러를 회전시킴으로써 상기 유기액을 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝되어 형성되는 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치 및 방법은 인쇄 롤러에 도포되는 유기액이 약 20~30%의 베이스 폴리머와, 약 0~10%의 프린팅 솔벤트와, 약 40~50%의 캐리어 솔벤트와, 약 0.5~1%의 가교제와, 약 0.5~1%의 응집제와, 약 20~30%의 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제로 이루어진다. 본 발명에 따른 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제는 베이킹 공정시의 온도보다 높은 녹는점과 분자량이 큰 재료로 이루어지므로 베이킹 공정시 휘발되지 않으므로 베이킹 공정 후의 유기 패턴의 두께 감소를 최소화할 수 있다.

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

본 발명에 따른 인쇄 롤러에 도포되는 유기액은 약 20~30%의 베이스 폴리머와, 약 0~10%의 프린팅 솔벤트와, 약 40~50%의 캐리어 솔벤트와, 약 0.5~1%의 가교제와, 약 0.5~1%의 응집제와, 약 20~30%의 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여 제를 구비한다.

베이스 폴리머는 페놀(Phenol) 또는 크레졸(Cresol) 계열의 노볼락(Novolac)으로 형성된다.

캐리어 솔벤트는 70℃ 이하의 저비점 솔벤트로서, 메탄올(Methanol) 또는 알코올(Alcohol)이 이용된다. 캐리어 솔벤트는 유기액의 점도를 낮추어 유기액이 블랭킷 상에 고르게 코팅되도록 함과 아울러 유기액이 블랭킷에 코팅 직후 바로 제거된다.

프린팅 솔벤트는 약 150℃이상의 고비점 솔벤트로서, 탄산염(Carbonate) 계열이 이용된다. 바람직하게는, 프로필렌 탄산염(Propylene Carbonate)이 이용된다. 이러한 프린팅 솔벤트는 베이킹 공정 후 유기액의 두께 감소에 영향을 미치지 않도록 유기액에 포함되지 않거나 최소량이 포함된다. 즉, 프린팅 솔벤트는 유기액에 10%이하로 포함된다.

점착 부여제는 화학식 1의 뷰틸 이드록시 아니솔(Butylated Hydroxy Anisole; BHA)과 화학식 2의 트리아지난(Triazinane) 계열이 혼합(Mixing)되어 형성되거나, 화학식 2의 트리아지난 계열로 형성된다.

화학식 2에서 R은 사이클로헥사놀(Cyclohexanol)계열 물질로 이루어진다. 이 사이클로헥사노 계열 물질은 베이킹 공정시의 온도보다 높은 녹는점과 베이킹 공정시 휘발되지 않을 정도의 분자량이 큰 물질로 형성된다.

여기서, 베이킹 공정시의 온도보다 사이클로헥사놀 계열 물질의 녹는점이 낮으면, 베이킹 공정시 사이클로헥사놀 계열 물질이 휘발되어 유기액의 두께가 감소되기 때문에 사이클로헥사놀 계열 물질의 녹는점은 베이킹 공정시의 온도보다 높은 녹는점을 가지도록 형성된다.

예를 들어, 사이클로헥사놀 계열 물질의 녹는점은 약 150℃이상이며, 분자량(Mw)은 700~900이다.

이러한 사이크로헥사놀 계열 물질은 바람직하게는 하기 화학식 3과 같은 재질로 형성된다.

여기서, 화학식 3의 2,4,6-트라이메틸 사이클로헥사놀은 녹는점이 약 218℃이며, 분자량(Mw)은 784이다.

한편, 점착 부여제가 뷰틸 하이드록시 아니솔(Butylated Hydroxy Anisole; BHA)과 트리아지난(Triazinane) 계열이 혼합(Mixing)되어 형성되는 경우, 이들의 조성비는 1:1이다.

점착 부여제의 트리아지난 계열의 고분자에 포함된 솔벤트는 프린팅 솔벤트의 역할을 겸하므로 유기액의 프린팅 솔벤트의 함량을 줄일 수 있고, 점착 부여제에 포함된 사이크로헥사놀 계열 물질은 베이킹 공정시 휘발되지 않으므로 유기액의 두께 감소를 최소화할 수 있다.

구체적으로, 인쇄 롤러 상에 유기액 도포 공정, 인쇄판 패터닝 공정, 기판 전사 공정 후 기판 상에 형성된 유기 패턴을 표 1에 도시된 바와 같이 110℃ 또는 150℃에서 3분간 베이킹하게 된다.

베이킹 조건	종래	본 발명
110℃/3min	0.95㎛	1.45㎛
150℃/3min	0.86㎛	1.25㎛

110℃에서 3분간의 베이킹 공정 후 종래 유기 패턴의 두께는 0.95㎛인 반면에 본원 발명의 유기 패턴의 두께는 1.45㎛로 본원 발명의 유기 패턴의 두께가 종래 유기 패턴의 두께보다 약 52%증가되었음을 알 수 있다. 또한, 150℃에서 3분간 베이킹 공정 후 종래 유기 패턴의 두께는 0.86㎛인 반면에 본원 발명의 유기 패턴의 두께는 1.25㎛로 본원 발명의 유기 패턴의 두께가 종래 유기 패턴의 두께보다 약 45%증가되었음을 알 수 있다.

이와 같이, 종래 유기 패턴은 본 발명에 비해 두께가 작아 베이킹 공정 후 유기 패턴을 이용한 식각 공정과 스트립 공정을 통해 형성되는 박막 패턴이 단선 또는 단락과 같은 불량이 발생된다.

반면에 본원 발명에 따른 유기 패턴은 종래 유기 패턴에 비해 두께 감소가 최소화되므로 베이킹 공정 후 유기 패턴을 이용한 식각 공정과 스트립 공정을 통해 형성되는 박막 패턴이 원하는 패턴으로 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명은 종래에 비해 내산성이 향상되어 박막 패턴 불량을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 유기액이 도포되는 인쇄 롤러를 가지는 인쇄 장치를 나타내는 사시도이다.

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

유기액 공급부(122)는 전술한 유기액을 저장하며, 저장된 유기액을 인쇄 롤러(120)의 블랭킷(110)에 공급한다. 즉, 유기액은 약 20~30%의 베이스 폴리머와, 약 0~10%의 프린팅 솔벤트와, 약 40~50%의 캐리어 솔벤트와, 약 0.5~1%의 가교제와, 약 0.5~1%의 응집제와, 약 20~30%의 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제로 이루어진다.

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 홈(134)과, 돌출되게 형성된 돌출부(132)를 포함한다. 돌출부(132)는 인쇄 롤러(120)가 인쇄판(130) 상에서 회전하는 경우, 인쇄 롤러(120)에 도포된 유기액과 접촉하는 영역이다. 이에 따라, 돌출부(132) 상에는 인쇄 롤러(120)가 인쇄판(130) 상에서 회전하는 경우, 인쇄 롤러(120)의 유기액이 전사된다. 홈(134)은 인쇄 롤러(120)가 인쇄판(130) 상에서 회전하는 경우, 인쇄 롤러(120)에 도포된 유기액과 접촉하지 않는 영역이다. 이에 따라, 홈(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.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 블랭킷이 부착된 인쇄 롤러를 이용한 박막 패터닝 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 3a에 도시된 바와 같이 블랭킷(110)이 부착된 인쇄 롤러(120)를 마련한다. 이 인쇄 몰드 내에는 유기액 공급부(122)를 통해 유기액(124)이 충진된다. 여기서, 유기액은 약 20~30%의 베이스 폴리머와, 약 0~10%의 프린팅 솔벤트와, 약 40~50%의 캐리어 솔벤트와, 약 0.5~1%의 가교제와, 약 0.5~1%의 응집제와, 약 20~30%의 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제로 이루어진다.

그런 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이 홈(134) 및 돌출부(132)를 가지는 인쇄판(130)에 유기액(124)이 도포된 인쇄 롤러(120)를 회전시킨다. 돌출부(132)와 접촉하는 영역의 유기액(124)은 돌출부(132) 상에 전사되며, 홈(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 3c에 도시된 바와 같이 기판(111) 상에서 회전하게 된다. 이에 따라, 기판(111) 상에는 유기 패턴(136)이 전사된다. 전사된 유기 패턴은 베이킹 공정을 통해 경화되어 박막패턴으로 형성되거나 그 유기 패턴 하부에 위치하는 박막을 패터닝하기 위한 마스크로 이용된다.

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 4에 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 블랙매트릭스(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 1a 내지 도 1c은 종래 박막 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

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

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 제조 장치를 이용한 박막 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 도 3a 내지 도 3c의 제조 방법에 의해 형성된 박막 패턴을 가지는 액정 표시 패널을 나타내는 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 블랭킷 120 : 인쇄 롤러

122: 유기액 공급부 124: 유기액

130 : 인쇄판 132 : 홈

134 : 돌출부 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 : 액정

170 : 화소전극

Claims (10)

1. 유기액을 공급하는 유기액 공급부와;

   상기 유기액을 패터닝하기 위한 홈과 돌출부를 가지는 인쇄판과;

   상기 인쇄판의 돌출부와 접촉하여 상기 유기액 공급부를 통해 공급된 유기액을 패터닝하고, 상기 유기액이 패터닝되어 이루어진 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 인쇄 롤러를 구비하며,

   상기 유기액은 트리아지난 계열 물질을 포함하는 점착 부여제, 베이스 폴리머, 캐리어 솔벤트, 가교제, 응집제를 포함하며,

   상기 트리아지난 계열 물질은 하기 화학식 1의 구조를 가지며,

   <화학식 1>

   

   상기 화학식 1에서 R은 하기 화학식 2의 사이클로헥산놀 계열 물질로 이루어지는 박막 패턴의 제조 장치.

   <화학식 2>

   
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 점착 부여제는 상기 트리아지난 계열 물질과 뷰틸 하이드록시 아니솔이 혼합되며,

   상기 트리아지난 계열 물질과 상기 뷰틸 하이드록시 아니솔은 1:1의 비율로 혼합되는 박막 패턴의 제조 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기액은

   20~30%의 베이스 폴리머와, 5~10%의 프린팅 솔벤트와, 40~50%의 캐리어 솔벤트와, 0.5~1%의 가교제와, 0.5~1%의 응집제와, 20~30%의 상기 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제를 포함하는 박막 패턴의 제조 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 프린팅 솔벤트로는 프로필렌 탄산염이 이용되며,

   상기 캐리어 솔벤트로는 메탄올 또는 알코올이 이용되는 박막 패턴의 제조 장치.
6. 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제, 베이스 폴리머, 캐리어 솔벤트, 가교제, 응집제를 포함하는 유기액을 마련하는 단계와;

   상기 유기액을 인쇄 롤러에 도포하는 단계와;

   홈과 돌출부를 가지는 인쇄판에서 상기 인쇄롤러를 회전시켜 상기 인쇄판의 돌출부와 상기 유기액을 접촉시킴으로써 상기 유기액을 패터닝하는 단계와;

   상기 패터닝되어 형성되는 유기 패턴을 기판 상에 전사하는 단계를 포함하며,

   상기 트리아지난 계열 물질은 하기 화학식 1의 구조를 가지며,

   <화학식 1>

   

   상기 화학식 1에서 R은 하기 화학식 2의 사이클로헥산놀 계열 물질로 이루어지는 박막 패턴의 제조 방법.

   <화학식 2>

   
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 점착 부여제는 상기 트리아지난 계열 물질과 뷰틸 하이드록시 아니솔이 혼합되어 형성되며,

   상기 트리아지난 계열 물질과 상기 뷰틸 하이드록시 아니솔은 1:1의 비율로 혼합되는 박막 패턴의 제조 방법.
8. 삭제
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 유기액은

   20~30%의 베이스 폴리머와, 5~10%의 프린팅 솔벤트와, 40~50%의 캐리어 솔벤트와, 0.5~1%의 가교제와, 0.5~1%의 응집제와, 20~30%의 상기 트리아지난 계열을 포함하는 점착 부여제를 포함하는 박막 패턴의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 프린팅 솔벤트로는 프로필렌 탄산염이 이용되며,

    상기 캐리어 솔벤트로는 메탄올 또는 알코올이 이용되는 박막 패턴의 제조 방법.

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