KR20060018576A - 표시 장치용 배선 및 이의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

금속과 절연 기판간의 접착력을 향상시키기 위한 표시 장치용 배선 및 이의 형성 방법장치를 개시한다. 현탁액 상태의 금속 나노 파티클 페이스트를 마련한다. 상기 페이스트를 기판 상에 도포한다. 이후, 도포된 금속 나노 파티클 페이스트를 건조 및 경화시킨다. 따라서, 금속 나노 파티클로 이루어진 박막으로 표시 장치용 배선을 형성함으로써, 배선의 비저항(resistivity)을 감소시킬 수 있고, 상기 금속 나노 파티클과 절연 기판간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
금속 나노 파티클 페이스트, 표시 장치, 배선

Description

표시 장치용 배선 및 이의 형성 방법{METAL WIRING FOR DISPLAY DEVICES, METHOD FOR FORMING THEREOF}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 배선의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 어레이 기판 105 : 절연 기판
110a: 게이트 전극 112 : 게이트 절연막
114 : 반도체층 116 : 오믹 콘택층
120a : 소스 전극 130a: 드레인 전극
140 : 패시베이션층 144 : 유기절연층
150 : 화소 전극층 160 : 배향막
본 발명은 표시 장치용 배선 및 이의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속과 절연 기판간의 접착력을 향상시키기 위한 표시 장치용 배선 및 이의 형성 방법장치에 관한 것이다.
오늘날과 같은 정보화 사회에 있어서 전자 디스플레이 장치(electronic display device)의 역할은 갈수록 중요해지며, 각종 전자 디스플레이 장치가 다양한 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다.
일반적으로 전자 디스플레이 장치란 다양한 정보를 시각을 통해 인간에게 전달하는 장치를 말한다. 즉, 전자 디스플레이 장치란 각종 전가 기기로부터 출력되는 전기적 정보 신호를 인간의 시각으로 인식 가능한 광 정보 신호로 변환하는 전자 장치라고 정의할 수 있으며, 인간과 전자 기기를 연결하는 가교적 역할을 담당하는 장치로 정의될 수도 있다.
이러한 전자 디스플레이 장치에 있어서, 광 정보 신호가 발광 현상에 의해 표시되는 경우에는 발광형 표시(emissive display) 장치로 불려지며, 반사, 산란, 간섭 현상 등에 의해 광 변조를 표시되는 경우에는 수광형 표시(non-emissive display) 장치로 일컬어진다. 능동형 표시 장치라고도 불리는 상기 발광형 표시 장치로는 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 및 유기전계발광 표시장치(organic light emitting display; OLED) 등을 들 수 있다. 또한, 수동형 표시 장치인 상기 수광형 표시 장치에는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD), 전기화학 표시장치(electrochemical display; ECD) 및 전기 영동 표시장치(electrophoretic image display; EPID) 등이 해당된다.
텔레비전이나 컴퓨터용 모니터 등과 같은 화상표시장치에 사용되는 음극선관 (CRT)은 표시 품질 및 경제성 등의 면에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있으나, 무거운 중량, 큰 용적 및 높은 소비 전력 등과 같은 많은 단점을 가지고 있다.
그러나, 반도체 기술의 급속한 진보에 의해 각종 전자 장치의 고체화, 저 전압 및 저 전력화와 함께 전자 기기의 소형 및 경량화에 따라 새로운 환경에 적합한 전자 디스플레이 장치, 즉 가벼우면서도 낮은 구동 전압 및 낮은 소비 전력의 특징을 갖춘 평판 패널(flat panel)형 디스플레이 장치에 대한 요구가 급격히 증대하고 있다.
현재 개발된 여러 가지 평판 디스플레이 장치 중에서 액정표시장치는 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 소비 전력 및 낮은 구동 전압을 갖추고 있을 뿐만 아니라, 음극선관에 가까운 화상 표시가 가능하기 때문에 다양한 전자 장치에 광범위하게 사용되고 있다.
액정표시장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 두 장의 기판에 각각 전극이 형성되어 있고 각 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 구비하는 장치이며, 상기 박막 트랜지스터는 두 장의 기판 중 하나에 형성되는 것이 일반적이다.
한편, 상기 박막 트랜지스터 액정표시장치가 대형화됨에 따라, 각 소자간의 전기적 신호를 연결하는 배선이 길어지게 된다. 따라서, 전달되는 신호 지연이 발생하게 된다. 종래의 소스/드레인 콘택으로 이용되었던 크롬(Cr)은 비저항(resistivity)이 높아 신호 지연의 심각한 문제를 가지게 되었다. 따라서, 낮은 비저항을 갖는 은(Ag)이 소스/드레인 콘택 물질로 고려되고 있다.
하지만, 은(Ag)은 높은 굳기(hardness)를 갖는다. 이로 인해, 은(Ag) 배선을 형성하기 위한 식각 공정 중 은(Ag)의 하부에 위치하는 트랜지스터 등이 손상될 수 있는 문제가 있다. 또한, 은(Ag)이 절연 기판 상에 증착될 때 절연 기판과의 흡착력이 낮아, 후속 공정에서 은(Ag)의 일부가 탈락하는 문제가 있다.
이에 본 발명의 기술과 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 절연 기판과의 흡착력을 향상시키기 위한 표시 장치용 금속 배선을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 배선 형성을 위한 에칭 공정을 생략하기 위한 표시 장치용 배선의 형성 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 표시 장치용 배선은 기판 상에 금속 나노 파티클로 이루어진 박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 다른 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치용 배선의 형성방법에서, 현탁액 상태의 금속 나노 파티클 페이스트를 마련한다. 상기 페이스트를 기판 상에 도포한다. 상기 도포된 페이스트를 건조 및 경화시켜 표시 장치용 배선의 형성한다.
이러한 표시 장치용 배선 및 이의 형성 방법에 의하면, 금속 나노 파티클로 이루어진 박막으로 표시 장치용 배선을 형성함으로써, 배선의 비저항(resistivity)을 감소시킬 수 있고, 상기 금속 나노 파티클과 절연 기판간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막) 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 관점에서 설명하였고, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 특히, 액정표시장치에 채용되는 어레이 기판의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 어레이 기판(100)은 절연 기판(105), 유기 절연막(144), ITO막(150), 배향막(160) 및 박막 트랜지스터를 포함한다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극(110a), 게이트 절연막(112), 아몰퍼스 실리콘층(114, 116), 소스/드레인 영역(120a, 130a)을 포함한다.
상기 게이트 전극(110a) 및 소스/드레인 영역(120a, 130a)은 금속 나노 파티클로 부터 형성된다. 바람직하게는, 비저항(resistivity)가 낮은 은(Ag)으로 구성 된다.
상기 게이트 절연막(112)은 게이트 전극(110a)의 상부에 위치하며, 질화 실리콘으로 구성된다.
상기 게이트 절연막(112) 위에 아몰퍼스 실리콘 막 및 n+ 아몰퍼스 실리콘 막을 패터닝하여 상기 게이트 절연막의 아래에 상기 게이트 전극(110a)이 위치하는 부분 상에 반도체층(114) 및 오믹 콘택층(116)이 구비된다..
도 2a 내지 도 2i는 도 1의 어레이 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a을 참조하면, 세라믹, 석용 등의 절연 물질로 이루어진 기판(105)을 마련한다. 이후, 은(Ag) 또는 은(Ag)을 주성분으로 하는 탄탈륨(Ta), 타타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 또는 이들의 조합에 의한 합금과 같은 금속 나노 파티클 페이스트를 마련한다.
상기 금속 나노 파티클 페이스트는 액체 상태의 용매에 녹아있는 현탁액 상태로 형성되어 있다. 또한, 각각의 금속 나노 파티클들은 얇은 고분자 층으로 코팅되어 있어 상호 분리되어 있는 상태이다. 상기 고분자 층은 금속 나노 파티클들의 상호 작용을 방지하여 현탁액 상태를 유지키는 기능을 한다.
상기 금속 나노 파티클 페이스트는 각 분자와 절연 기판의 분자간의 상호 작용하는 접촉 면적이 증가된다. 따라서, 절연 기판과의 접착력이 낮은 은(Ag) 등의 금속이 접착력이 증대되어 금속 물질이 절연 기판으로부터 탈락되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 금속 나노 파티클 페이스트를 잉크젯 프린팅(ink jet printing) 방식 또는 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 절연 기판에 도포할 수 있다. 이로써, 종래의 배선 형성 방법의 배선 패터닝을 위한 식각 공정을 생략할 수 있다.
상기 잉크젯 프린팅 방식은 금속 나노 파티클 페이스트를 잉크젯의 용기 내에 채운후, 잉크젯 노즐을 통해 배선 형성 패턴을 따라 금속 나노 파티클 페이스트를 분사한다.
상기 스크린 트린팅 방식은, 원하는 패턴 형상에 개구부를 갖는 마스크를 씌우고, 그 위에 금속 나노 파타클 페이스트를 공급하여, 스퀴즈(squeeze)해서 연장시키는 방법이다. 상기 인쇄 마스크로서는, 일반적으로 이용되고 있는 폴리에스테르의 메시에 에멀전에 의해 패턴을 형성한 것이나, 메탈 마스크 등 용도에 따라 여러 가지를 사용할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 금속 나노 파티클 페이스트가 도포된 절연 기판(105)을 적외선에 의해 가열 건조시키는 퍼니스나, 열풍에 의해 건조시키는 퍼니스 등에 반송하여 상기 금속 나노 파티클 페이스트를 건조 및 경화시킨다. 상기 건조 및 경화 공정은 액정 표시 장치의 다른 소자에 영향을 끼치지 않도록 하기 위해 약 220 ℃ 정도의 온도에서 행하여진다. 상기 건조 및 경화 공정을 통하여 금속 나노 파티클을 코팅하고 있는 고분자층은 제거되고, 금속 나노 파티클 입자들이 융합되게 된다.
이로써, 가로 방향으로 신장되고 세로 방향으로 배열되는 다수의 게이트 라 인(미도시)과 상기 게이트 라인으로부터 연장된 게이트 전극(110a)을 형성한다.
도 2c를 참조하면, 상기 게이트 전극(110a)을 형성할 때 스토리지 전극 라인(미도시)을 형성하고, 상기 게이트 전극(110a)을 포함하는 기판의 전면에 질화 실리콘을 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma Chemical Vapor Depostion)으로 적층하여 게이트 절연막(112)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 상기 게이트 절연막 위에 아몰퍼스 실리콘 막 및 인 시튜(insitu) 도핑된 n+ 아몰퍼스 실리콘 막을 패터닝하여 상기 게이트 절연막의 아래에 상기 게이트 전극(110a)이 위치하는 부분 상에 반도체층(114) 및 오믹 콘택층(116)을 순차적으로 형성한다.
도 2e를 참조하면, 탄탈륨(Ta), 타타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag) 또는 이들의 합금과 같은 금속 나노 파티클 페이스트를 마련한다. 비저항이 낮은 은(Ag)으로 이루어진 은(Ag)나노 파티클 페이스트가 바람직하다.
상기 금속 나노 파티클 페이스트는 액체 상태의 용매에 녹아있는 현탁액 상태로 형성되어 있다. 또한, 각각의 금속 나노 파티클들은 얇은 고분자 층으로 코팅되어 있어 상호 분리되어 있는 상태이다. 상기 고분자 층은 금속 나노 파티클들의 상호 작용을 방지하여 현탁액 상태를 유지키는 기능을 한다.
상기 금속 나노 파티클 페이스트는, 각 분자와 절연 기판의 분자간의 상호 작용하는 접촉 면적이 증가된다. 따라서, 절연 기판과의 접착력이 낮은 은(Ag) 등 의 금속이 접착력이 증대되어 금속 물질이 절연 기판으로부터 탈락되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 금속 나노 파티클 페이스트를 잉크젯 프린팅(ink jet printing) 방식 또는스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 절연 기판에 도포할 수 있다. 이로써, 종래의 배선 형성 방법의 배선 패터닝을 위한 식각 공정을 생략할 수 있다.
상기 잉크젯 프린팅 방식은 금속 나노 파티클 페이스트를 잉크젯의 용기 내에 채운후, 잉크젯 노즐을 통해 배선 형성 패턴을 따라 금속 나노 파티클 페이스트를 분사시켜 배선을 형성한다.
상기 스크린 트린팅 방식은 원하는 패턴 형상에 개구부를 갖는 마스크를 씌우고, 그 위에 금속 나노 파타클 페이스트를 공급하여, 스퀴즈(squeeze)해서 연장시키는 방법이다. 상기 인쇄 마스크로서는 일반적으로 이용되고 있는 폴리에스테르의 메시에 에멀전에 의해 패턴을 형성한 것이나, 메탈 마스크 등 용도에 따라 여러 가지를 사용할 수 있다.
도 2f를 참조하면, 적외선에 의해 또는 열풍에 의해 목적물을 건조시키는 퍼니스(furnace)에 상기 절연 기판을 반송하여 상기 금속 나노 파티클 페이스트를 건조 및 경화시키며 금속 나노 파티클을 코팅하고 있는 고분자층을 제거한다. 상기 건조 및 경화 공정은 액정 표시 장치의 다른 소자에 영향을 끼치지 않는 약 220 ℃ 의 비교적 낮은 온도에서 행하여진다. 상기 건조 및 경화 공정을 통하여 나노 파티클 입자들이 융합되게 된다.
이로써, 세로 방향으로 신장되고 가로 방향으로 배열되는 소오스 라인(미도 시)과 상기 소오스 라인으로부터 연장된 소오스 전극(120a) 및 상기 소오스 전극(120a)으로부터 일정 간격 이격된 드레인 전극(130b)을 형성한 후 전면적으로 패시베이션막(140)을 형성한다.
도 2g을 참조하면, 도 2f의 결과물이 형성된 기판 위에 레지스트를 스핀 코팅 방법으로 적층하여 유기 절연막(144)을 후박하게 형성한 후 드레인 전극(130)을 노출시키는 콘택홀(141)을 형성한다. 상기 유기 절연막(144)은 열경화성 아크릴계 수지로 이루어지며, 포지티브(Positive)형 포토레지스트의 일종으로 별도의 포토레지스트를 필요로 하지 않으며, 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 UV 광을 입사받은 부위가 현상 공정에서 제거되고, 상기 UV 광을 입사받지 않은 부위가 남게 되어 콘택홀(141)이 형성된다.
이어, 도 2h에 도시한 바와 같이, 도 2g의 결과물이 형성된 기판 위에 상기 게이트 라인과 상기 소오스 라인에 의해 정의되는 매 화소에 화소 전극을 정의하는 ITO층(150)을 형성하고, 상기 드레인 전극(130)과는 기형성된 콘택홀(141)을 통해 연결한다. 상기 ITO층(150)은 전면 도포한 후 상기 매 화소 영역에 대응하는 ITO층만 남겨지도록 패터닝(patterning)할 수도 있고, 상기 매 화소 영역에만 형성되도록 부분 도포할 수도 있다.
이어, 도 2i에 도시한 바와 같이, 도 2h에 의한 결과물이 형성된 기판 위에 액정 분자에 일정 선경사각을 유발하기 위한 배향막(160)을 형성한다.
이상에서 다른 공정에 의해 완성된 컬러 필터 기판(미도시)을 어레이 기판(100)과의 대향 결합하고, 컬러 필터 기판과 어레이 기판(200)과의 사이에 액정을 게재하므로써 액정 패널이 완성된다.
이상에서는 액정표시장치에 채용되는 액정 패널을 하나의 실시예로 설명하였으나, 유기전계발광 표시장치에 채용되는 기판에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 식각 공정이 필요없는 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅 방식으로 금속 나노 파티클 페이스트를 이용하여 표시장치의 배선을 형성함으로써, 식각 공정에 따라 어레이 기판의 소자의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 절연 기판과의 접착력은 낮은 은(Ag)과 같은 금속 나노 파티클 페이스트를 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅 방식으로 표시장치의 배선을 형성함으로써, 절연 기판 상에 안정된 금속 배선을 형성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 금속 나노 파티클로 이루어진 박막을 포함하는 표시 장치용 배선.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 나노 파티클은 은(Ag)으로 형성된 것을 특징으로 하는 표시 장치용 배선.
  3. (a) 현탁액 상태의 금속 나노 파티클 페이스트를 마련하는 단계;
    (b) 상기 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계; 및
    (c) 상기 단계(b)의 결과물을 건조 및 경화시키는 단계를 포함하는 표시 장치용 배선의 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 현탁액 상태의 금속 나노 파티클 페이스트의 각 파티클들은 고분자층에 의하여 코팅된 것을 특징으로 하는 표시 장치용 배선의 형성 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 단계(b)는 잉크젯 프린팅 방식 또는 스크린 프린팅 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 배선의 형성 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 단계(c)는 상기 단계(b)의 결과물에 적외선을 조사하 여 건조 및 경화시키는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 배선의 형성 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 단계(c)는 상기 단계(b)의 결과물에 열을 가하여 건조 및 경화시키는 것을 특징으로 하는 표시 장치용 배선의 형성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102184928A (zh) * 2010-12-29 2011-09-14 友达光电股份有限公司 显示元件及其制造方法

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