KR20060107672A - 표시장치용 기판의 제조방법 - Google Patents

표시장치용 기판의 제조방법 Download PDF

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KR20060107672A
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Abstract

본 발명은 표시장치용 기판의 제조방법에 관한 것으로, 판면으로부터 소정의 깊이로 함몰된 안착부가 형성되어 있는 더미 글래스판을 마련하는 단계와; 안착부 내에 기판을 수용시키고 기판에 소정의 패턴을 형성하는 단계; 및 안착부로부터 기판을 탈착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 노광 시간을 줄일 수 있으며, 감광막의 잔류로 인한 불량을 방지할 수 있는 표시장치용 기판의 제조방법이 제공된다.

Description

표시장치용 기판의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명에 의하여 제조된 액정패널의 단면도,
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 표시장치용 기판의 제조방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
1 : 액정패널 100 : 제 1 기판
110 : 제 1 기판소재 200 : 제 2 기판
210 : 제 2 기판소재 300 : 액정층
400 : 실런트 500 : 더미 글래스판
510 : 안착부 610 : 연마기
620 : 압연롤러 700 : 접착수단
본 발명은, 표시장치용 기판의 제조방법에 관한 것으로, 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible) 기판을 이용하여 표시장치용 기판을 제조할 때, 노광시간을 줄일 수 있으며, 감광막의 잔류로 인한 불량을 방지할 수 있는 표시장치용 기판의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 박막트랜지스터 기판과 컬러필터 기판의 사이에 액정이 주입되어 있는 액정패널을 포함한다. 액정패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에는 빛을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 위치하고 있다. 백라이트 유닛에서 조사된 빛은 액정의 배열상태에 따라 투과량이 조정된다.
최근에는 핸드폰이나 PDA 등 이동통신용 단말기에 적합한 액정패널이 개발되고 있다. 이동통신용 단말기에 적용되는 액정패널은 유연하며, 내구성이 좋고, 경량이면서 이동성이 용이해야 하고, 탄력성이 있어서 잘 깨어지지 않아야 한다.
그러나, 박막트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판과 같은 표시장치용 기판으로 주로 사용되는 유리나 석영 기판소재로는 이러한 요구를 만족시킬 수 없다. 그래서, 플라스틱과 같은 가볍고, 플렉서블(flexible)한 기판이 기판소재로 사용되고 있다.
플라스틱 기판을 적용한 액정패널의 제조시 더미 글래스판 상에 플라스틱 기판을 놓아두고 여러 공정을 통하여 플라스틱 기판에 소정의 패턴을 형성한다. 그리고, 더미 글래스판을 제거하여 표시장치용 기판을 완성한다. 감광막(Photo Resist ; PR) 코팅 및 노광은 더미 글래스판과 플라스틱 기판 모두에 적용되는데, 이는 노광정렬에 사용되는 포커싱 기준점 등이 더미 글래스판 사이즈에 맞게 설정된 코팅 및 노광 장치 등을 그대로 사용하기 위함이다.
여기서, 더미 글래스판 상에 플라스틱 기판이 얹혀지기 때문에, 플라스틱 기 판의 표면은 더미 글래스판 표면에 비하여 높다. 즉, 표면에 단차가 발생되어 더미 글래스판 상에 감광막이 균일하게 코팅되지 못한다. 불균일한 감광막은 깨끗하게 제거되지 못하고 잔존하여, 불량을 유발시키거나 노광 정렬키(align key)를 부정확하게 하여 패턴이 제대로 형성되지 않는다.
또한, 플라스틱 기판 표면은 단차로 인하여 노광거리가 상대적으로 짧아져 노광시 노광 초점이 맞춰지지 않는 포커싱 에러가 발생한다. 포커싱 에러를 개선하기 위해 노광영역을 좁게 하고 노광시간을 늘리는 방식으로 진행하였으나, 이런 방식은 장시간이 소요되어 양산성을 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 노광시간을 줄이고, 감광막 코팅을 균일하게 하여 감광막 잔존으로 인한 불량을 방지할 수 있는 표시장치용 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 판면으로부터 소정의 깊이로 함몰된 안착부가 형성되어 있는 더미 글래스판을 마련하는 단계와; 안착부 내에 기판을 수용시키고 기판에 소정의 패턴을 형성하는 단계; 및 안착부로부터 기판을 탈착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법에 의하여 달성된다.
여기서, 기판을 고정시키기 위하여 안착부와 기판 사이에 접착수단이 개재되어 있을 수 있다.
그리고, 접착수단은 소정의 저온에서 접착력이 상실되는 내고열성 접착제인 것이 바람직하다.
또한, 안착부는 0.2 내지 0.5mm 깊이로 함몰되어 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 안착부는 글래스 연마기 및 압연 롤러 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다.
그리고, 가열공정 진행시 기판의 팽창을 고려하여 안착부의 연부와 상기 기판의 연부는 10 내지 1000㎛의 갭을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 노광시 포커싱 에러를 방지하기 위하여 더미 글래스판의 상부면과 안착부에 안착된 기판의 상부면이 동등 평면상에 있는 것이 바람직하다.
여기서, 기판은 플라스틱 기판일 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 표시장치용 기판의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 표시장치용 기판의 제조방법은 액정패널 또는 유기전기발광장치(organic light emitting diode)에 적용되는 패널 등에 사용될 수 있다. 이하에서는 액정패널을 예로 들어 본 발명에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 의하여 제조된 액정패널의 단면도이다.
본 발명에 따른 액정패널(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자인 다수의 박막트랜지스터(T)와 다수의 박막트랜지스터(T)를 덮고 있는 보호막(160)을 포함하는 제 1 기판(100)과, 제 1 기판(100)에 대향 배치되며 블랙 매트릭스(220)와 컬러필터(230)를 포함하는 제 2 기판(200)과, 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 위치하고 있는 액정층(300)을 포함한다.
제 1 기판(100)은 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible)한 기판으로 만들어진 제 1 기판소재(110) 상에 매트릭스 형태로 형성된 복수의 게이트 라인(미도시) 및 복수의 데이터 라인(미도시)과, 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차점에 형성된 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(T)와, 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소전극(180)을 포함한다. 이 박막트랜지스터(T)를 통해 화소전극(180)과 후술할 제 2기판(200)의 공통전극(250) 사이의 액정층(300)에 신호전압이 인가되며, 액정층(300)은 이 신호전압에 따라 정렬되어 광 투과율을 정하게 된다. 여기서 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)에는 저온증착법이 적용될 수 있다.
박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(120), 게이트 절연막(130), 반도체층(135), 저항성 접촉층(142, 144), 소스전극(152) 및 드레인 전극(154)을 포함한다. 이 게이트 전극(120)은 게이트 라인(미도시)으로부터 분기되어 형성되어 있다.
또한, 제 1 기판(100)의 비표시영역에는 게이트 라인(미도시)과 데이터 라인(미도시)의 끝부분에 연결되어 구동신호를 전달 받기 위해 형성된 게이트 패드(122)와 데이터 패드(미도시)를 포함한다.
게이트 절연막(130)은 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등의 절연물질로 이루어지며 게이트 라인(미도시) 및 게이트 전극(120)이 형성된 제 1 기판소재(110)의 전면에 적층되어 있다. 그리고, 게이트 전극(120)이 위치한 게이트 절연막(130) 상에는 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(135)과 n 형 불순물이 고농도 도핑된 n+ 수소화 비정질 실리콘으로 이루어진 저항성 접촉층(142, 144)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서, 저항성 접촉층(142, 144)은 게이트 전극(120)을 중심으로 양쪽이 분리되어 있다. 또한, 전술한 실시예와 달리, 반도체 층(135)은 폴리 실리콘으로 형성할 수도 있음은 물론이다.
데이터 라인(미도시)과 데이터 라인(미도시)에서 분기된 소스 전극(152) 및 드레인 전극(154)은 게이트 절연막(130) 및 저항성 접촉층(142, 144) 상에 형성된다.
여기서, 게이트 라인(미도시), 게이트 전극(220), 데이터 라인(미도시), 소스전극(152) 및 드레인 전극(154) 등을 포함하는 각 배선은 금속 또는 합금의 단일층 또는 다중층으로 이루어져 있다.
보호막(160)은 질화규소(SiNx), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:C:F 막(저유전율 CVD 막) 및 아크릴계 유기막 등으로 이루어진다. 보호막(160)에는 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(154)을 노출시키기 위한 접촉구(170)가 형성되어 있다.
보호막(160) 및 접촉구(170) 상에는 화소전극(180)이 형성된다. 화소전극(180)은 접촉구(170)을 통해 드레인 전극(154)에 접속되며, 이에 의해 박막 트랜지스터(T)와 화소전극(180)이 전기적으로 연결된다. 화소전극(180)은 반사형 액정패널의 경우에는 알루미늄(Al)이나 은(Ag)과 같은 고반사율을 갖는 반사 도전막으로 형성되며, 투과형 액정패널의 경우에는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 도전막으로 형성된다. 반사-투과형 액정 표시 패널의 경우에는 화소전극(180)이 상기한 투명 도전막 및 반사 도전막이 적층된 구조로 형성된다.
다음, 제 2 기판(200)에 대해 상세히 설명하면, 제 1 기판(100)과 마찬가지로, 제 2 기판(200)은 플라스틱과 같은 플렉서블(flexible)한 기판으로 만들어진 제 2 기판소재(210) 상에 개구영역을 가지도록 스트라이프 또는 격자형상으로 형성된 블랙 매트릭스(220)와, 블랙 매트릭스(220)의 개구영역에 각각 형성된 적색, 녹색 및 청색 또는 청록색, 자홍색 및 노란색의 3원색을 갖는 컬러필터(230)와, 블랙 매트릭스(220) 및 컬러필터(230) 상에 형성된 공통전극(250)을 포함한다. 그리고, 블랙 매트릭스(220) 및 컬러 필터(230)와 공통 전극(250) 사이에 오버코트층(240)이 포함되어 있다.
블랙 매트릭스(220)는 적색, 녹색 및 청색(RGB)의 3원색 또는 청록색, 자홍색 및 노랑색의 3원색을 갖는 컬러필터(130)의 색 사이를 구분하여 인접한 화소 사이의 빛샘 현상을 막고, 박막 트랜지스터(T)에 빛이 입사되는 것을 막아 화질의 불량을 방지한다. 이러한 블랙 매트릭스(220)는 크롬, 크롬 옥사이드 및 크롬 나이트라이드 등의 단일 또는 이들이 조합된 다중의 금속층으로 만들어 지거나, 빛을 차단하기 위해 검은색 계통의 안료가 첨가된 감광성 유기물질로 만들 수 있다. 여기서, 검은색 계통의 안료로는 카본블랙이나 티타늄 옥사이드 등을 사용할 수 있다.
컬러필터(230)는 블랙 매트릭스(220)의 개구영역에 각각 적색, 녹색 및 청색 또는 청록색, 자홍색 및 노랑색이 반복되어 형성되며, 액정층(300)을 통과한 빛에 색을 부여하는 역할을 한다. 이러한 컬러 필터(230)는 착색 감광성 유기물질로 공지의 안료분산법을 이용하여 만들어진다.
오버코트층(240)은 컬러필터(230)를 보호하고, 제 2 기판(200)을 평탄화 하며, 주로 아크릴계 에폭시 재료를 이용하여 만들어진다.
공통전극(250)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 이러한 공통전극(250)은 제 1 기판(100)의 화소전극(180)과 함께 액정층(300)에 직접 신호전압을 인가하게 된다.
본 발명에 의하여 마련된 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)은 실런트(400)를 이용하여 상호 결합되며, 양 기판(100, 200) 사이의 공간에 진공주입 방법으로 액정이 주입되어 액정층(300)을 형성할 수도 있고, 액정 적하 방식을 통해 액정층(300)을 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따라 표시장치용 기판의 제조방법에 대하여 도2 내지 도6을 참조하여 상세히 설명한다. 액정패널의 박막트랜지스터 기판을 예로 들어 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 더미 글래스판(500)을 마련한다. 더미 글래스판(500)은 감광막 코팅 및 노광 장치 등에 적용될 수 있는 크기로 마련되며, 형상이나 크기는 장치와 생산될 제품의 사이즈에 따라서 변경될 수 있다. 일반적으로 더미 글래스판(500)은 사각 플레이트 형상이다.
그 후, 도3a및 도 3b에 도시된 바와 같이, 더미 글래스판(500)에 연마기(610) 및 압연롤러(620) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 제 1 기판소재(110)가 수용될 안착부(510)를 마련한다. 여기서, 제 1 기판소재(110)는 플라스틱과 같은 가볍고, 플렉서블(flexible)한 기판으로 이동통신용 단말기에 적합한 액정패널을 제조하는데 주로 사용된다.
안착부(510)의 형상은 제 1 기판소재(110)의 형상과 유사한 형상으로 마련 되는 것이 바람직하다. 그러나, 안착부(510)의 크기와 깊이는 제 1 기판소재(110)보다 약간 크게 형성됨이 바람직하다. 그 이유는 제 1 기판소재(110) 상에 소정의 패턴을 형성하는 공정 중 가열공정 진행시 제 1 기판소재(110, 210)가 더미 글래스판(500) 보다 더 팽창하는 점을 고려한 것이다.
또한, 더미 글래스판(500)에 제 1 기판소재(110)를 고정시키기 위하여 도포된 접착수단의 높이를 고려하여 안착부(510)의 깊이는 플라스틱 기판(110, 210)의 두께보다 더 크게 형성하는 것이 바람직하다. 안착부(510)의 크기 및 깊이는 연마기(610) 및 압연롤러(620)에 가해지는 압력 및 공정진행 시간 등을 조절하여 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 더미 글래스판(500)은0.6 내지 1.2mm 두께(d1)를 갖는 사각 플레이트 형상이며, 안착부(510)는 판면으로부터 0.2 내지 0.5mm 깊이(d2)로 함몰되어 형성된다. 일반적으로 박막트랜지스터를 포함하는 제 1 기판과 같은 표시장치용 기판은 사각 플레이트 형상이므로, 안착부(510) 역시 사각 플레이트 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 기판소재(110)의 가장자리와 안착부(510)의 외측면 사이의 길이(d3)가 10 내지 1000㎛이 되도록 안착부(510)의 폭과 길이를 크게 형성하여야 한다. 즉, 전체적으로 안착부(510)의 폭과 크기는 제 1 기판소재(110)보다 20 내지 2000㎛ 정도 크게 형성되어야 한다. 또한, 안착부(510)의 깊이도 플라스틱 판의 깊이보다 좀더 깊게 형성됨이 바람직하다. 이는 상술한 바와 같이 가열공정 진행시 제 1 기판소재(110)가 더미 글래스판(500)보다 더 팽창되는 것과 도포될 접착수단의 높이를 고려한 것이 다.
그 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 안착부(510)에 접착수단(700)을 도포한다. 접착수단(700)은 더미 글래스판(500)에 제 1 기판소재(110)를 고정하여 패턴형성시 제 1 기판소재(110)가 움직이는 것을 방지하기 위함이다. 접착수단(700)은 내고열성 접착제인 것이 바람직하다. 내고열성 접착제는 플라스틱과 같은 재질로 이루어진 제 1 기판소재(110)가 열에 의하여 변형되지 않는 온도, 즉 공정이 진행되는 온도에서는 접착력을 유지하고 소정의 온도 이하에서는 접착력이 저하되는 특징을 가지는 것이 바람직하다. 이는 더미 글래스판(500)이 기준이 되어 패턴 형성과 같은 공정이 진행되고, 공정이 완료된 후에는 더미 글래스판(500)을 제 1 기판소재(110)로부터 탈착시켜 액정패널을 제작하기 때문이다. 예를 들어, 저온증착법에이 적용되므로 상온 및 약 150℃ 까지 접착력을 유하는 것이 바람직하고, 영하 5 내지 10℃에서는 일정시간이 지나면 접착력이 저하되는 것이 바람직하다. 이와 같은 접착수단(700)의 특성은 공정조건과 접착수단(700)의 성질개선에 의하여 달라질 수 있음은 물론이다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 안착부(510) 내에 제 1 기판소재(110)를 수용시킨다. 상술한 바와 같이, 제 1 기판소재(110)의 가장자리와 안착부(510)의 외측면 사이의 길이(d3)는 10 내지 1000㎛이 되도록 제 1 기판소재(110)를 수용시키는 것이 바람직하다. 여기서, 더미 글래스판(500)의 상부면과 안착부(510)에 수용된 제 1 기판소재(110)의 상부면이 동일 평면상에 있는 것이 바람직하다. 즉, 도포된 접착수단(700)은 얇으므로 안착부(510)의 깊이는 제 1 기판소재(110)의 두께 와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 이에 의해, 더미 글래스판(500) 상에 제 1 기판소재(110)이 얹혀짐으로 인하여 발생했던 단차가 없어진다.
그 후, 금속물질 등의 증착, 감광막 도포, 노광, 현상, 애싱 및 식각 등 일련의 공정을 거쳐서 박막트랜지스터와 같은 소자들이 형성되게 된다. 여기서,제 1 기판소재(110)를 사용함으로 약 150℃ 이하의 저온으로 증착하는 저온증착법을 행하는 것이 바람직하다. 기타 다른 공정은 종래의 공정과 동일하게 진행된다. 이에 의해, 박막트랜지스터가 형성된 박막트랜지스터 기판과 같은 표시장치용 기판 완성된다.
본 발명에 따르면, 더미 글래스판(500) 면과 제 1 기판소재(110) 면이 동일 면상에 존재하므로, 감광막 도포시 더미 글래스판(500) 상에 감광막이 균일하게 도포될 수 있다. 그러므로 감광막이 깨끗이 제거될 수 있어, 제거되지 않은 감광막으로 인한 불량 및 노광 정렬키가 부정확하여 패턴이 제대로 형성되지 못하는 문제는 발생하지 않게 된다.
또한, 단차가 제거되어 노광거리가 종래의 장치에 맞도록 환원됨으로써, 더 커진 노광영역을 유지하면서 원하는 위치에 노광할 수 있다. 그러므로 노광시간이 짧아져 양산성이 향상되며 노광 포커싱 에러 발생을 방지할 수 있다.
이에 의하여, 노광시간이 짧아지고, 노광시 포커싱 에러 및 감광막의 잔존으로 인한 불량을 방지할 수 있다. 또한 제품의 양산성이 향상된다.
소정의 공정을 거쳐서 박막트랜지스터 기판(100)이 제작되면 영하 5 내지 10℃와 같은 소정의 온도에서 일정시간을 방치시켜 제 1 기판소재(110)로부터 더미 글래스판(500)을 탈착시킨다. 그리고, 본 발명에 의하여 제작된 박막트랜지스터 기판(100)과 컬러필터 기판(200)을 접착하고 액정층을 양 기판(100, 200) 사이에 위치시킴으로써 액정패널(1)이 완성된다.
본 발명에 따른 표시장치용 기판의 제조방법은 액정패널 또는 유기전기발광장치(organic light emitting diode)에 적용되는 패널등에 사용될 수 있다.
유기전기발광장치는 전기적인 신호를 받아 발광하는 유기물을 이용한 자발광형 소자이다. 유기전기발광장치에는 음극층(화소전극), 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 양극층(대향전극)이 적층되어 있다. 본발명에 따른 박막트랜지스터 기판의 드레인 전극은 음극층과 전기적으로 연결되어 데이터 신호를 인가할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 노광시간을 줄일 수 있으며, 감광막 코팅을 균일하게 하여 감광막 잔류로 인한 불량을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 판면으로부터 소정의 깊이로 함몰된 안착부가 형성되어 있는 더미 글래스판을 마련하는 단계와;
    상기 안착부 내에 상기 기판을 수용시키고 상기 기판에 소정의 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 안착부로부터 상기 기판을 탈착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착부와 상기 기판 사이에 접착수단이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접착수단은 소정의 저온에서 접착력이 상실되는 내고열성 접착제인 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착부는 0.2 내지 0.5mm 깊이로 함몰되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착부는 글래스 연마기 및 압연 롤러 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착부의 연부와 상기 기판의 연부는 10 내지 1000㎛의 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 더미 글래스판의 상부면과 상기 안착부에 안착된 상기 기판의 상부면이 동등 평면상에 있는 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 표시장치용 기판의 제조방법.
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