KR20110064053A - 박막 패턴의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기액에 대한 블랭킷의 웨팅 특성을 향상시킬 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, 폴리 실록산과, 그 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 같은 극성을 가지는 그룹으로 치환된 블랭킷과; 상기 블랭킷이 외주면에 부착되며, 상기 인쇄판과 상기 기판 상에서 회전하는 인쇄 롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.
웨팅 특성, 친수성, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드

Description

박막 패턴의 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THIN FILM PATTERN}
본 발명은 유기액에 대한 블랭킷의 웨팅 특성을 향상시킬 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.
여기서, 블랭킷의 표면은 소수성을 가지는 반면에 블랭킷에 도포되는 유기액은 친수성을 가진다. 이 경우, 소수성의 블랭킷과 친수성의 유기액 사이에 반발력이 발생하여 둘 간의 습윤성(wet-ability)이 좋지 않아 유기액과 블랭킷의 접착성 불량이 발생된다. 즉, 유기액에 대한 블랭킷의 웨팅 특성이 좋지 않아 블랭킷에 유기액 도포시 핀홀(pin-hole) 불량이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유기액에 대한 블랭킷의 웨팅 특성을 향상시킬 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, 폴리 실록산과, 그 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 같은 극성을 가지는 그룹으로 치환된 블랭킷과; 상기 블랭킷이 외주면에 부착되며, 상기 인쇄판과 상기 기판 상에서 회전하는 인쇄 롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랭킷은 상기 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 동일한 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 그룹 또는 프로필렌 옥사이드 그룹으로 치환된 인쇄 몰드와; 상기 인쇄 몰드 배면에 형성되는 베이스 필름과; 상기 베이스 필름과 상기 인쇄 롤러 사이에 형성되는 완충부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 친수성 그룹은 상기 인쇄 몰드 전체 함량에 5~50wt% 이하로 함유되는 것을 특징으로 한다.
상기 블랭킷은 상기 유기액과 동일한 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 그룹 또는 프로필렌 옥사이드 그룹을 가지는 폴리실록산이 포함된 배리어층과; 상기 배리어층의 배면에 형성된 인쇄 몰드와; 상기 인쇄 몰드 배면에 형성되는 베이스 필름과; 상기 베이스 필름과 상기 인쇄 롤러 사이에 형성되는 완충부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 인쇄 몰드와 상기 배리어층의 두께의 합은 150~200㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리 실록산은 고분자 골격에 소수성의 바이닐기를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 폴리 실록산과, 그 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 같은 극성을 가지는 그룹으로 치환된 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.
본 발명에 따른 박막 패턴 제조 장치 및 방법은 인쇄 롤러용 블랭킷이 소수성의 바이닐기를 가지는 폴리실록산의 사이드 체인을 친수성 그룹으로 치환함으로써 블랭킷의 자체 표면 에너지는 상대적으로 낮아진다. 이에 따라, 유기액에 대한 블랭킷의 웨팅 특성이 향상됨으로써 유기액의 핀홀 불량을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 패턴 형성용 인쇄 장치를 나타내는 사시도이다.
도 1에 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 재질이다.
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 패턴(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 전사된 다. 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 도 2에 도시된 제1 실시 예 또는 도 3에 도시된 제2 실시 예 중 어느 한 구조로 형성된다.
도 2에 도시된 블랭킷(110)은 완충부(104), 베이스 필름(106) 및 인쇄 몰드(108)를 포함한다.
완충부(104)는 베이스 필름(106) 배면에 형성되며 폴리디메틸실록산( Polydimethylsiloxane: PDMS)와 발포 입자로 이루어진다. 이러한 완충부(104)는 인쇄 몰드(108)에 충진된 유기액을 기판(111) 및 인쇄판(130) 상에 전사시 인쇄 롤러(120)로부터 기판(111) 및 인쇄판(130) 중 적어도 어느 하나에 가해지는 충격을 완충시킨다.
베이스필름(106)은 블랭킷(110)에 가해지는 장력을 유지하여 인쇄공정시 인쇄 몰드(108)가 변형되지 않도록 지지하는 역할을 한다. 이러한 베이스 필름(106) 은 플라스틱 수지로, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene therephthalate) 또는 폴리프로필렌(PP: Polypropylene)로 형성된다.
인쇄 몰드(108)에는 기판(111) 및 인쇄판(130) 상에 전사될 유기액이 충진되는 인쇄홈을 가지도록 형성된다.
이러한 인쇄 몰드(108)는 화학식 1과 같이 소수성의 바이닐기를 가지는 폴리 실록산의 고분자 골격에 에틸렌 옥사이드(Ethylene oxide : EO)를 이용하여 친수성의 사이드 체인을 형성하거나 화학식 2와 같이 소수성의 바이닐기를 가지는 폴리 실록산의 고분자 골격에 프로필렌 옥사이드(Propylene oxide : PO)를 이용하여 친수성의 사이드 체인을 형성한다.
Figure 112009075378395-PAT00001
Figure 112009075378395-PAT00002
여기서, 인쇄 몰드(108)에 포함되는 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드는 인쇄 몰드(108)의 전체 함량에 5%~50이하로 형성된다. 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드의 함량이 50%를 초과하게 되면, 인쇄 몰드(108)와 접촉하는 친수성의 유기액과 친수성 그룹 간의 인력이 강해져 유기액이 인쇄 몰드로 흡수되어 인쇄 몰드(108)가 부풀러올라 패턴 선폭이 원하는 선폭보다 증가하게 된다.
이와 같이, 인쇄 몰드(108)의 표면은 유기액과 동일한 극성을 가지는 친수성의 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 그룹으로 형성된다.
인쇄 몰드(108) 표면의 친수성 그룹은 유기액과 인쇄 몰드(108) 사이의 인력을 발생하여 인쇄 몰드(108) 표면에 공급되는 유기액과의 접착력을 형성한다.
인쇄 몰드(108) 표면의 소수성 그룹인 메틸 그룹(CH3)은 유기액과 인쇄 몰드(108) 사이의 척력을 발생시켜 인쇄 몰드(108) 표면에 공급되는 유기액과의 반발 력을 형성한다. 이 때, 인쇄 몰드(108)와 유기액과의 반발력은 인쇄 몰드(108)와 유기액과의 접착력보다 작거나 같게 형성된다.
도 3에 도시된 블랭킷(110)은 완충부(104), 베이스 필름(106), 인쇄 몰드(108) 및 배리어층(102)을 포함한다. 여기서, 완충부(104) 및 베이스 필름(106)은 도 3에 도시된 그것들과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
인쇄 몰드(108)에는 기판(111) 및 인쇄판(130) 상에 전사될 유기액이 충진되는 인쇄홈을 가지도록 형성된다.
이러한 인쇄 몰드(108)의 표면은 소수성의 메틸기와 비닐기로 이루어진 폴리디메틸실록산으로 형성된다.
배리어층(102)과 인쇄 몰드(108)와의 두께의 합은 도 3에 도시된 인쇄 몰드 두께와 동일해지도록 150~200㎛로 형성된다.
이 배리어층(102)는 화학식 1 또는 화학식 2와 같이 고분자 골격에 친수성 그룹기를 가지는 폴리실록산으로 형성된다.
이와 같이, 배리어층(102)의 표면은 유기액과 동일한 극성을 가지는 친수성 그룹과, 유기액과 반대 극성을 가지는 메틸 그룹(CH3)으로 형성된다.
배리어층(102) 표면의 소수성의 메틸 그룹(CH3)은 유기액과 배리어층(102) 사이의 척력을 발생시켜 배리어층(102)으로 침투하는 유기액과의 반발력을 형성한다. 이 때, 배리어층(102)과 유기액과의 반발력은 배리어층(102)와 유기액과의 접착력보다 작거나 같게 형성된다.
배리어층(102) 표면의 친수성 그룹은 유기액과 배리어층(102) 사이의 인력을 발생하여 배리어층(102)으로 침투하는 유기액과의 접착력을 형성한다.
도 4는 종래와 본 발명에 따른 블랭킷에 도포된 유기액의 표면 에너지를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 친수성 그룹을 가지는 폴리 실록산이 포함된 블랭킷(110)의 자체 표면 에너지(Surface Energy)는 종래 블랭킷의 표면 에너지보다 낮다. 블랭킷(110)의 자체 표면 에너지가 낮을수록 블랭킷의 웨팅 특성이 향상되어 핀홀과 같은 불량을 방지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 블랭킷이 부착된 인쇄 롤러를 이용한 박막 패터닝 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a에 도시된 바와 같이 블랭킷(110)이 부착된 인쇄 롤러(120)를 마련한다. 여기서, 블랭킷(110)에는 유기액에 대한 웨팅 특성을 향상시키기 위해 자체 표면 에너지를 낮출 수 있는 친수성의 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드가 함유된 폴리디메틸 실록산이 포함된다. 이 인쇄 몰드 내에는 유기액 공급부(122)를 통해 유기액(124)이 충진된다.
그런 다음, 도 5b에 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 5c에 도시된 바와 같이 기 판(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 6에 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 1은 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 블랭킷의 제1 실시 예를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 블랭킷의 제2 실시 예를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 4는 종래와 본 발명에 따른 블랭킷 자체 표면 에너지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 인쇄 장치를 위한 박막 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 5a 내지 도 5c의 제조 방법에 의해 형성된 박막 패턴을 가지는 액정 표시 패널을 나타내는 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
104 : 완충부 106 : 베이스 필름
108 : 인쇄 몰드 110 : 블랭킷
111,152: 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 (10)

  1. 유기액을 공급하는 유기액 공급부와;
    상기 유기액을 패터닝하기 위한 홈과 돌출부가 형성된 인쇄판과;
    상기 유기액 공급부를 통해 공급되는 유기액이 충진되며, 폴리 실록산과, 그 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 같은 극성을 가지는 그룹으로 치환된 블랭킷과;
    상기 블랭킷이 외주면에 부착되며, 상기 인쇄판과 상기 기판 상에서 회전하는 인쇄 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랭킷은
    상기 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 동일한 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 그룹 또는 프로필렌 옥사이드 그룹으로 치환된 인쇄 몰드와;
    상기 인쇄 몰드 배면에 형성되는 베이스 필름과;
    상기 베이스 필름과 상기 인쇄 롤러 사이에 형성되는 완충부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 친수성 그룹은 상기 인쇄 몰드 전체 함량에 5~50wt% 이하로 함유되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랭킷은
    상기 유기액과 동일한 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 그룹 또는 프로필렌 옥사이드 그룹을 가지는 폴리실록산이 포함된 배리어층과;
    상기 배리어층의 배면에 형성된 인쇄 몰드와;
    상기 인쇄 몰드 배면에 형성되는 베이스 필름과;
    상기 베이스 필름과 상기 인쇄 롤러 사이에 형성되는 완충부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 인쇄 몰드와 상기 배리어층의 두께의 합은 150~200㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 폴리 실록산은 고분자 골격에 소수성의 바이닐기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  7. 폴리 실록산과, 그 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 같은 극성을 가지는 그룹으로 치환된 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.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 블랭킷은
    상기 폴리 실록산의 사이드 체인이 상기 유기액과 동일한 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 그룹 또는 프로필렌 옥사이드 그룹으로 치환된 인쇄 몰드와;
    상기 인쇄 몰드 배면에 형성되는 베이스 필름과;
    상기 베이스 필름과 상기 인쇄 롤러 사이에 형성되는 완충부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 친수성 그룹은 상기 인쇄 몰드 전체 함량에 5~50wt% 이하로 함유되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 블랭킷은
    상기 유기액과 동일한 친수성 그룹인 에틸렌 옥사이드 그룹 또는 프로필렌 옥사이드 그룹을 가지는 폴리실록산이 포함된 배리어층과;
    상기 배리어층의 배면에 형성된 인쇄 몰드와;
    상기 인쇄 몰드 배면에 형성되는 베이스 필름과;
    상기 베이스 필름과 상기 인쇄 롤러 사이에 형성되는 완충부를 구비하며,
    상기 인쇄 몰드와 상기 배리어층의 두께의 합은 150~200㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102566260A (zh) * 2011-12-30 2012-07-11 西安交通大学 超长光栅尺辊压模具表面图形化的快速加工方法
KR101507582B1 (ko) * 2013-08-20 2015-04-07 주식회사 펨스 와이어리스 바코팅 장치 및 이를 이용한 유기태양전지 모듈 제조방법

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