KR20030058162A - 잉크인쇄용 클리체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체는 기판 위에 유기층과 포토레지스트층을 적층하고, 포토레지스트층을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후 상기 포토레지스트 패턴으로 유기층을 블로킹한 상태에서 유기층을 에칭하여 홈을 형성함으로써 제작된다. 유기층은 미세 가공이 가능하기 때문에 이 클리체가 채용된 그라비아 오프셋 인쇄장치는 미세 잉크패턴을 형성할 수 있게 된다.

Description

잉크인쇄용 클리체 및 그 제조방법{A CLICHE FOR PRINTING INK AND A METHOD OF FABRICATING THEREOF}

본 발명은 패턴형성용 잉크인쇄장치에 관한 것으로, 특히 표시소자등의 패턴을 형성하기 사용되는 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체를 유기물 또는 유기물/금속으로 형성함으로써 미세패턴의 형성이 가능하고 인쇄장치의 수명을 연장시킬 수 있는 잉크인쇄용 클리체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

표시소자들, 특히 액정표시소자(Liquid Crystal Display Device)와 같은 평판표시장치(Flat Panel Display)에서는 각각의 화소에 박막트랜지스터와 같은 능동소자가 구비되어 표시소자를 구동하는데, 이러한 방식의 표시소자의 구동방식을 흔히 액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식이라 한다. 이러한 액티브 매트릭스방식에서는 상기한 능동소자가 매트릭스형식으로 배열된 각각의 화소에 배치되어 해당 화소를 구동하게 된다.

도 1은 액티브 매트릭스방식의 액정표시소자를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 구조의 액정표시소자는 능동소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)를 사용하는 TFT LCD이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종횡으로 N×M개의 화소가 배치된 TFT LCD의 각 화소에는 외부의 구동회로로부터 주사신호가 인가되는 게이트라인(4)과, 화상신호가 인가되는 데이터라인(6)과, 상기 게이트라인(4) 및 데이터라인(6)의 교차영역에 형성된 TFT를 포함하고 있다. TFT는 상기 게이트라인(4)과 연결된 게이트전극(3)과, 상기 게이트전극(3) 위에 형성되어게이트전극(3)에 주사신호가 인가됨에 따라 활성화되는 반도체층(8)과, 상기 반도체층(8) 위에 형성된 소스/드레인전극(5)으로 구성된다. 상기 화소(1)의 표시영역에는 상기 소스/드레인전극(5)과 연결되어 반도체층(8)이 활성화됨에 따라 상기 소스/드레인전극(5)을 통해 화상신호가 인가되어 액정(도면표시하지 않음)을 동작시키는 화소전극(10)이 형성되어 있다.

상기와 같은 TFT의 소스/드레인전극(5)은 화소내에 형성된 화소전극과 전기적으로 접속되어, 상기 소스/드레인전극(5)을 통해 화소전극에 신호가 인가됨에 따라 액정을 구동하여 화상을 표시하게 된다.

상기한 바와 같은 액정표시소자 등의 액티브 매트릭스형 표시소자에서는 각 화소의 크기가 수십㎛의 크기이며, 따라서 화소내에 배치되는 TFT와 같은 능동소자는 수㎛의 미세한 크기로 형성되어야만 한다. 더욱이, 근래에 고화질TV(HDTV)와 같은 고화질 표시소자의 욕구가 커짐에 따라 동일 면적의 화면에 더 많은 화소를 배치해야만 하기 때문에, 화소내에 배치되는 능동소자 패턴(게이트라인과 데이터라인 패턴을 포함) 역시 더욱 미세하게 형성되어야만 한다.

한편, 종래에 TFT와 같은 능동소자를 제작하기 위해서는 노광장치에 의한 포토리소그래피(photolithography)방법에 의해 능동소자의 패턴이나 라인 등을 형성하였다. 그런데, 이러한 포토리소그래피방법에서는 고가의 노광장치를 사용해야만 하기 때문에 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 제조공정도 복잡하게 되는 문제가 있었다. 더욱이, 표시소자의 포토공정시 노광장치의 노광영역이 한정되어 있기 때문에, 대면적의 표시소자를 제작하기 위해서는 화면을 분할하여 포토공정을 진행해야만 한다. 따라서, 분할된 영역의 공정시 정확한 위치의 정합이 어려울 뿐만 아니라 다수회의 포토공정을 반복해야만 하기 때문에 생산성이 저하된다는 문제도 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 근래에 제안된 방법이 그라비아 오프셋 인쇄방식에 의한 패턴형성방법이다. 그라비아인쇄는 오목판에 잉크를 묻혀 여분의 잉크를 긁어내고 인쇄를 하는 인쇄방식으로서, 출판용, 포장용, 셀로판용, 비닐용, 폴리에틸렌용 등의 각종 분야의 인쇄방법으로서 알려져 있다. 근래, 이러한 그라비아인쇄를 표시소자에 적용되는 능동소자나 회로패턴공정에 적용시키기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있다.

그라비아 오프셋인쇄는 전사롤을 이용하여 기판상에 잉크를 전사하기 때문에, 원하는 표시소자의 면적에 대응하는 전사롤을 이용함으로써 대면적의 표시소자의 경우에도 1회의 전사에 의해 패턴을 형성할 수 있게 된다. 이러한 그라비아 오프셋인쇄는 표시소자의 각종 패턴들, 예를 들어 액정표시소자의 경우 TFT 뿐만 아니라 상기 TFT와 접속되는 게이트라인 및 데이터라인, 화소전극, 캐패시터용 금속패턴을 패터닝하는데 사용될 수 있다. 이러한 그라비아 오프셋 인쇄방법에 의한 패턴형성방법이 도 2에 도시되어 있다.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 그라비아 오프셋인쇄방식에서는 우선 기판에 형성하고자 하는 패턴에 대응하는 오목판 또는 클리체(20)의 특정 위치에 홈(22)을 형성한 후 상기 홈(22) 내부에 잉크(24)를 충진한다. 홈(22) 내부로의 잉크(24) 충진은 클리체(20)의 상부에 패턴형성용 잉크(24)를 도포한 후 닥터블레이드(28)를 클리체(20)에 접촉한 상태에서 진행시킴으로써 이루어진다. 따라서,닥터블레이드(28)의 진행에 의해 홈(22) 내부에 잉크(24)가 충진됨과 동시에 클리체(20) 표면에 남아 있는 잉크(24)는 제거된다.

도 2(b)에 도시된 바와 같이, 상기 클리체(20)의 홈(22) 내부에 충진된 잉크(24)는 상기 클리체(20)의 표면에 접촉하여 회전하는 전사롤(30)의 표면에 전사된다. 전사롤(30)은 제작하고자 하는 표시소자의 패널의 폭과 동일한 폭으로 형성되며, 패널의 길이와 동일한 길이의 원주를 갖는다. 따라서, 1회의 회전에 의해 클리체(20)의 홈(22)에 충진된 잉크(24)가 모두 전사롤(30)의 원주 표면에 전사된다. 이후, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 상기 전사롤(30)을 기판(40) 위에 형성된 피가공층(41)의 표면과 접촉시킨 상태에서 회전시킴에 따라 상기 전사롤(30)에 전사된 잉크(24)가 피가공층(41)에 재전사되며, 이 재전사된 잉크(24)에 열을 가하여 건조시켜 잉크패턴(42)을 형성한다. 이때에도 상기 전사롤(30)의 1회전에 의해 표시소자의 기판(40) 전체에 걸쳐 원하는 패턴(42)을 형성할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 그라비아 오프셋인쇄방법에서는 클리체(20)와 전사롤(30)에 의한 기구적인 방법에 의해 잉크패턴(42)을 형성한 후 상기 잉크패턴(42)에 의해 피가공층(41)을 에칭하여 원하는 패턴을 형성하기 때문에, 종래의 노광공정에 비해 패턴형성공정이 간단하게 된다.

그러나, 이러한 그라비아 오프셋방법에도 단점이 존재한다. 일반적으로 클리체(20)는 철이나 니켈과 같은 금속으로 이루어져 있기 때문에 미세한 홈을 형성하기 힘들다는 것이다. 통상적으로 클리체(20)의 홈(22)은 주로 기계적인 가공에 의해 형성되는데, 수㎛ 이하의 홈을 기계적으로 가공한다는 것은 현실적으로 불가능한 일이다. 따라서, 미세한 잉크패턴을 형성하기 어렵게 되며, 결국 고정세의 표시소자 등에는 적용하기 힘들게 된다. 또한, 금속 클리체(20)는 닥터블레이드(28)와의 마찰에 의해 표면이 손상되고 부스러기(입자)들이 발생하게 되는데, 이러한 입자들은 잉크패턴형성시 패턴불량의 주요 요인이 된다. 더욱이, 금속은 그레인이 크기 때문에, 홈을 가공했을 때 홈의 에지영역이 거칠게 형성되며, 그 결과 잉크패턴을 형성했을 때 매끄러운 패턴형성이 불가능하게 된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 클리체를 유기물질로 형성함으로써 미세 잉크패턴 및 미세패턴을 형성할 수 있는 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 클리체를 유기물질/금속으로 형성함으로써 미세 패턴형성이 가능하고 수명이 연장된 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 잉크가 충진되는 홈이 형성된 클리체와, 상기 클리체로부터 전사된 잉크를 피가공층으로 재전사하는 전사롤로 구성된 그라비아 오프셋 인쇄장치에 있어서, 상기 클리체는 기판과, 상기 기판 위에 형성되며, 일부가 가공되어 홈이 형성된 유기층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 기판은 유리, 플라스틱 또는 웨이퍼로 이루어지며, 상기 유기층은 폴리이미드, 중합체, 포토아크릴 또는 BCB(Benzocyclobutene)로 이루어진다.

상기 유기층 위에는 금속층이 형성되어 클리체의 수명을 연장시킬 수도 있으며, 상기 유기층과 금속층 사이에 접합력을 향상시키기 위한 중간층이 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 클리체 제조방법은 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 위에 유기층과 포토레지스트층을 적층하는 단계와, 상기 포토레지스트층을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴으로 유기층을 블로킹한 상태에서 유기층을 에칭하여 홈을 형성하는 단계로 구성된다.

도 1은 일반적인 액정표시소자의 구조를 나타내는 평면도.

도 2는 그라비아 오프셋 인쇄방식을 이용하여 표시소자 등의 패턴을 형성하는 방법을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 클리체 제조방법을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클리체 제조방법을 나타내는 도면.

도 5는 금속층이 테이퍼진 클리체의 구조를 나타내는 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100,200 : 클리체 101,201 : 기판

103,203 : 유기층 105,205 : 홈

110,210 : 포토레지스트 204 : 금속층

본 발명에서는 미세패턴의 형성이 가능한 그라비아 오프셋인쇄장치를 제공한다. 특히, 본 발명에서는 그라비아 오프셋인쇄장치를 미세패턴에 사용 가능하게 하기 위해, 클리체를 유기물질로 형성한다. 통상적으로 유기물질은 드라이에칭(dry etching)에 의해 미세가공이 가능하게 되기 때문에 유기물질로 클리체를 형성하는 경우 미세한 홈의 형성이 가능하게 된다. 또한, 유기물질은 작은 그레인을 갖기 때문에, 홈 형성시 에지영역이 매끈하게 형성된다. 유기물질로는 주로 다양한 종류의 유기물질이 사용될 수 있지만, 중합체, 폴리이미드(polyimide), BCB(Benzocyclobutene), 포토아크릴 등을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 유기물질이 기판상에 도포됨으로써 클리체가 형성되는데, 기판으로는 유리기판, 플라스틱기판, 웨이퍼 등이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 클리체는 유기층과 금속층이루어진 이중의 층으로 구성될 수도 있다. 이러한 구조의 클리체는 금속층의 특성에 의해 긴 수명을 가질 뿐만 아니라 작은 그레인의 유기층에 의해 매끈한 잉크패턴의 형성이 가능하다는 장점을가질 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그라비아 오프셋인쇄장치의 클리체 제조방법을 나타내는 도면으로, 이를 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 유리나 플라스틱 또는 웨이퍼(wafer) 등과 같은 물질로 이루어진 기판(101) 상에 중합체, 폴리이미드, BCB 또는 포토아크릴과 같은 유기물질을 적층하여 유기층(103)을 형성한 후 상기 유기층(103) 위에 감광성 수지 등으로 이루어진 포토레지스트층(110)을 형성한다. 이후, 상기 포토레지스트층(110) 위에 형성하고자 하는 패턴에 대응하는 영역에 개구부가 형성된 마스크를 위치시킨 후 자외선과 같은 광을 조사하고 현상액을 작용시켜, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 포토레지스트층(110)을 패터닝(patterning)한다. 이어서, 상기 패터닝된 포토레지스트층(110)으로 유기층(103)을 블로킹한 상태에서 상기 유기층(103)을 에칭하여 도 3(c)에 도시된 바와 같이 유기막(103)에 홈(105)을 형성한 후, 도 3(d)에 도시된 바와 같이 상기 유기층(103) 위의 포토레지스트(110)를 제거하여 홈(105)이 형성된 클리체(100)를 완성한다.

이 완성된 클리체(100)의 홈(105)에 잉크를 충진한 후 전사롤을 이용하여 기판의 피가공층에 상기 잉크를 전사하고 에칭공정을 실행함으로써 원하는(클리체의 홈에 대응하는) 패턴을 얻을 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 일시예에 따른 클리체(100)는 기판(101)과 유기층(103)으로 구성되어 있으며, 노광공정에 의해 클리체(100)에 잉크충진용 홈(105)을 형성하였다. 통상적으로 그라비아 오프셋인쇄장치를 이용하여 형성된 패턴(예를 들면, 전극과 같은 금속패턴)은 통상적인 노광공정에 의해 형성되는 패턴에 비해 미세패턴을 형성하기 어렵다고 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 실시예와 같이, 클리체(100)를 기판(101)과 유기층(103)으로 구성하고 노광공정에 의해 홈(105)을 형성하는 경우 종래의 노광공정에 의해 형성되는 해상도와 동등한 해상도를 갖는 미세패턴을 형성할 수 있게 된다.

이와 같이 제작된 클리체는 그라비아 오프셋인쇄장치에 채용되어 종래의 패턴형성방법에 비해 매우 간단한 공정에 의해 미세패턴을 형성할 수 있게 된다. 다시 말해서, 그라비아 오프셋인쇄장치에 본 발명의 클리체가 채용됨으로써 미세한 패턴을 간단한 공정으로 형성할 수 있게 된다.

더욱이, 유기층(103)은 그레인이 작기 때문에 잉크패턴을 형성할 경우 매끈한 패턴이 형성되므로, 정밀한 패턴의 형성이 가능하게 되며, 이러한 클리체가 적용된 그라비아 인쇄장치를 사용하여 액정표시소자와 같은 표시소자를 제작하는 경우 고해상도의 표시소자 제작이 가능하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클리체 제작방법을 나타내는 도면이다. 우선, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 기판(201) 상에 중합체, 폴리이미드, BCB 또는 포토아크릴과 같은 유기물질을 적층하여 유기층(103)을 형성하고 그 위에 금속층(204)을 형성한 후 상기 금속층(204) 위에 포토레지스트층(110)을 적층한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 유기층(303)과 금속층(204) 사이에는 유기물질과 금속의 접합력을 향상시키기 위한 중간층(intermediate layer)이 형성될 수도 있다.

이어서, 상기 포토레지스트층(210) 위에 마스크를 위치시킨 후 자외선과 같은 광을 조사하고 현상액을 작용시켜, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 포토레지스트층(210)을 패터닝한다.

상기와 같이, 패터닝된 포토레지스트층(210)으로 금속층(204)의 일부 영역을 블로킹한 후 에칭공정에 의해 상기 금속층(204)을 에칭하여 유기층(203)의 일부 영역을 노출시키고 계속하여 도 4(c)에 도시된 바와 같이 노출된 유기층(203)을 에칭공정에 의해 에칭하여 홈(205)을 형성한다. 그후, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 금속층(204) 위의 포토레지스트층(210)을 제거하여 홈(205)이 형성된 클리체(200)를 완성한다.

이러한 금속층(204) 및 유기층(203)의 에칭은 일반적인 웨트에칭이나 드라이에칭이 모두 적용될 수 있다.

상기와 같이, 클리체(200)를 기판(201), 유기층(203) 및 금속층(204)으로 형성하는 경우, 유기층(203)의 특성에 기인하는 효과들, 즉 미세 잉크패턴의 형성과 매끈한 잉크패턴의 형성이라는 효과 이외에도 금속층(204)을 구비함으로써 생기는 수명연장효과를 동시에 얻을 수 있게 된다.

금속층(204)은 도 4(d)에 도시된 바와 같이 거의 수직으로 에칭될 수도 있지만 에칭에 사용되는 에천트의 에칭속도를 조절함으로써 도 5에 도시된 바와 같이 테이퍼(taper)지게 에칭될 수도 있다. 이와 같은 테이퍼진 클리체가 그라비아 오프셋 인쇄장치에 채용되어 패턴을 형성하는 경우, 테이퍼진 패턴을 형성할 수 있게 되어, 패턴의 단차 등에 의한 문제를 해결할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 기판과 유기층 또는 기판과 유기층/금속층으로 이루어진 클리체를 제작하여 유기층 또는 유기층/금속층을 가공하여 잉크충진용 홈을 형성한다. 상기 구조의 클리체는 그라비아 오프셋 인쇄장치에 채용되어 패턴을 형성하는데 사용된다. 상기 구조의 클리체에 의해 그라비아 오프셋 인쇄시 매세 잉크패턴의 형성이 가능하기 때문에, 상기 클리체를 그라비아 오프셋 인쇄장치에 채용하는 경우, 액정표시소자와 같은 표시소자 뿐만 아니라 반도체와 같이 미세패턴을 필요로 하는 다양한 소자에 그라비아 오프셋 인쇄방식을 적용할 수 있게 된다.

상기한 본 발명의 상세한 설명에서는 기판이나 유기층 등을 구성하는 물질이 예시되어 있지만, 이러한 물질들이 본 발명의 권리를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 기본적인 개념은 미세가공이 가능한 유기물질을 이용하여 클리체를 형성하는 것으로, 이러한 개념을 이용한 본 발명의 다른 예나 변형예는 비록 기판과 유기층을 구성하는 물질이 다르거나 구조상의 미세한 차이가 있는 경우에도 본 발명의 권리범위에 포함되어야만 할 것이다. 즉, 본 발명의 권리범위는 상술한 상세한 설명에 구체적으로 예시된 내용에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 패턴을 형성하기 위해 사용되는 그라비아오프셋 인쇄장치의 클리체를 미세가공이 가능한 유기물질로 구성하기 때문에, 인쇄시 미세한 잉크의 패턴형성이 가능하게 되며, 그 결과 미세패턴을 갖는 고해상도 소자의 제작이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에서는 유기물질과 금속을 이중의 층으로 형성하여 클리체를 제작하기 때문에, 미세패턴의 형성이 가능함과 동시에 수명을 반영구적으로 연장할 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 잉크가 충진되는 홈이 형성된 클리체, 상기 클리체로부터 전사된 잉크를 피가공층으로 재전사하는 전사롤로 구성된 그라비아 오프셋 인쇄장치에 있어서,

   상기 클리체는 기판과, 상기 기판 위에 위치하며, 일부가 가공되어 홈이 형성된 유기층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체.
2. 제1항에 있어서, 상기 유기층 위에 형성되고 유기층의 홈과 정렬된 홈이 형성된 금속층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 유리, 플라스틱 또는 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 클리체.
4. 제1항에 있어서, 상기 유기층은 폴리이미드, 중합체, 포토아크릴 및 BCB(Benzocyclobutene)로 구성된 일군으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 클리체.
5. 제2항에 있어서, 유기층과 금속층 사이에 형성되어 상기 유기층과 금속층의 접합력을 향상시키는 중간층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 클리체.
6. 제2항에 있어서, 상기 금속층은 테이퍼진 것을 특징으로 하는 클리체.
7. 기판을 준비하는 단계;

   상기 기판 위에 에칭대상층과 포토레지스트층을 적층하는 단계;

   상기 포토레지스트층을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴으로 에칭대상층을 블로킹한 상태에서 상기 에칭대상층을 에칭하여 홈을 형성하는 단계로 구성된 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 에칭대상층은 유기층을 포함하는 것을 특징으로 하는 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 에칭대상층은,

   유기층; 및

   상기 유기층위에 형성된 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 그라비아 오프셋 인쇄장치의 클리체 제조방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 유기층은 폴리이미드, 중합체, 포토아크릴 및 BCB(Benzocyclobutene)로 구성된 일군으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 유기층을 형성한 후 유기층과 금속층의 접합력을 향상시키는 중간층을 적층하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.