KR20110101000A - 액정표시장치의 레이저 리페어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시장치의 레이저 리페어방법은 회로의 일부에 단선되는 불량이 발생된 경우 전도성을 갖는 나노 크기의 금속분말을 단선된 배선 사이에 균일하게 분포시키고, 레이저를 조사하여 녹인 후 응고시켜 연결패턴을 형성함으로써 단선된 회로를 리페어하기 위한 것으로, 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 그 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 액정표시장치에 있어, 회로 배선이 단선되는 불량이 발생한 경우 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 중 불량이 발생한 기판을 스테이지에 로딩하는 단계; 상기 단선된 배선 사이에 전도성을 갖는 나노 크기의 금속분말을 균일하게 분포시키는 단계; 및 상기 기판의 상부로부터 상기 금속분말에 레이저를 조사하여 상기 금속분말을 녹인 후 응고시켜 상기 단선된 배선 사이를 연결시키는 연결패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

액정표시장치의 레이저 리페어방법{METHOD FOR LASER REPAIRING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치의 레이저 리페어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정표시장치의 단선된 회로의 배선을 리페어하기 위한 액정표시장치의 레이저 리페어방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.
한편, 이들 각각의 기판은 소정 물질의 박막증착 및 이의 패터닝(patterning)을 위한 식각공정을 수 차례 반복하여 제작된다.
그리고, 이 같은 액정표시장치용 기판의 제조 후에는 원치 않게 합선(short)된 배선을 끊거나 단선(open)된 배선을 연결시키는 등의 리페어 공정이 후속 진행되어 불량을 줄이고 수율을 증가시키는데, 이때 사용되는 리페어 장비 중 특히 레이저빔을 에너지원으로 하여 국소적인 화학기상증착 반응을 일으킴으로서 후자의 단선된 배선을 연결시키는 장치가 리페어용 레이저 박막증착장치이다.
이러한 리페어용 레이저 박막증착장치의 원리는 간단하게 레이저 국소증착법(Laser-assisted Chemical Vapour Deposition; LCVD)을 응용한 것으로, 증착 대상물질이 함유된 전구체(precursor) 가스 분위기 하에서 기판의 일부로 레이저빔을 조사하여 초점에서 국소적 화학기상증착을 일으키고, 이를 통해서 형성된 박막패턴으로 단선된 배선을 연결하게 된다.
도 2는 일반적인 리페어용 레이저 박막증착장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 리페어용 레이저 박막증착장치는 기판(10)이 안착되는 고정된 바닥 면의 스테이지(50) 및 이의 상부에 위치하여 상하좌우의 이동이 가능한 가스쉴드(20)를 포함하며, 이 같은 가스쉴드(20)와 함께 이동되도록 이의 상부에 레이저유닛(40)이 구비되어 있다.
이때, 상기 가스쉴드(20)는 레이저유닛(40)과 대응되는 대략의 중심에 상하로 관통된 개구부 형상의 리텐션(retention)영역(22)이 정의되어 있고 이러한 리텐션영역(22)의 상면은 석영(quartz) 등의 투명 절연물질 윈도우(24)로 밀폐되어 있는 바, 레이저유닛(40)으로부터 발생된 레이저빔은 윈도우(24) 및 리텐션영역(22)을 통해서 하단의 기판(10) 소정 지점에 초점을 맞출 수 있다.
그리고, 상기 가스쉴드(20)의 리텐션영역(22)으로는 증착 대상물질이 함유된 외부의 소스가스가 가스공급로(26)를 통해 공급되어 기판(10)의 레이저빔 초점 부위로 유입되는 반면, 기판(10)과 대면하는 가스쉴드(20)의 배면 리텐션영역(22) 외측으로는 다수의 흡입 홀(28)이 형성되어 기판(10) 상에 잔류되는 잉여의 소스가스가 가스배출로(23)를 통해 외부로 배출하도록 되어 있다.
따라서, 상술한 일반적인 리페어용 레이저 박막증착장치는 기판(10)이 스테이지(50) 상에 안착되면 가스쉴드(20) 및 레이저유닛(40)이 함께 이동하여 목적하는 리페어 위치로 정렬된 후 레이저빔이 조사되어 기판(10)에 초점을 맞춤과 동시에 소스가스의 공급 및 배출이 진행되며, 이 과정 중에 레이저빔의 에너지에 의해 소스가스가 열 분해되어 초점 위치로 국소적인 박막패턴이 증착되게 된다. 그리고, 이 같은 박막패턴은 가스쉴드(20) 및 레이저유닛(40)의 이동에 의해 미세하게 더하여져 단선된 배선을 연결시킨다.
다만, 상기의 일반적인 리페어용 레이저 박막증착장치를 이용한 리페어방법은 소스가스의 전구체가 고체상태인 경우 가스화하기 위한 가열장치 필요하며, 사용되는 소스가스가 유독하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치의 단선된 회로의 배선을 복잡한 장치의 사용이나 유독한 가스의 사용 없이 리페어하기 위한 액정표시장치의 레이저 리페어방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 ㎛수준 이내의 폭을 가진 단선된 회로의 배선을 리페어하기 위한 액정표시장치의 레이저 리페어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치의 레이저 리페어방법은 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 그 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 액정표시장치에 있어, 회로 배선이 단선되는 불량이 발생한 경우 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 중 불량이 발생한 기판을 스테이지에 로딩하는 단계; 상기 단선된 배선 사이에 전도성을 갖는 나노 크기의 금속분말을 균일하게 분포시키는 단계; 및 상기 기판의 상부로부터 상기 금속분말에 레이저를 조사하여 상기 금속분말을 녹인 후 응고시켜 상기 단선된 배선 사이를 연결시키는 연결패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법은 단선된 배선의 리페어를 통하여 액정표시장치의 제조수율이 향상되는 동시에 액정표시장치의 품질이 향상되는 효과를 제공한다. 특히, 단선 되었거나 필요상 절단한 액정표시장치의 회로 배선을 연결하는데 있어서 균일하고 고품질의 연결패턴을 쉽게 구현함으로써 불량 발생률을 줄이고 수율을 크게 증가시키는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법은 100nm이하의 크기를 가진 금속분말을 사용함에 따라 ㎛수준 이내의 폭을 가진 단선된 회로의 배선을 리페어 할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 일반적인 리페어용 레이저 박막증착장치를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법에 있어서, 나노 크기의 금속분말을 균일하게 분포시키는 방법을 예를 들어 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
최근 디스플레이 산업의 발전에 따라 박막형 평판표시장치 관련산업에 관심이 증가하고 있다. 특히, 디지털 TV, LCD 모니터, 휴대폰 등과 같은 디스플레이 산업의 급속한 성장에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치의 수요가 급증하고 있다.
일반 집적회로(Integration Circuit; IC)칩에 비하여 단가가 높은 액정표시장치의 경우, 많은 픽셀을 구성하는 미세 회로 중 일부에 결함이 발생했을 때 액정표시장치 기판을 폐기하는 대신 리페어공정을 통해 정상제품으로 복원함으로써 생산성을 향상시키는 것이 요구된다.
액정표시장치의 결함은 크게 개방되어야 할 회로가 단락된 경우와 연결되어야 할 회로가 개방된 경우로 나눌 수 있다. 먼저 단락된 회로의 경우 레이저 어블레이션(ablation)을 통해 단락된 위치의 회로를 제거함으로써 비교적 쉽게 수정이 가능하다. 그러나, 개방형 결함의 경우 전도성 재료를 공급하여 단선된 회로를 연결하여야 하므로 보다 복잡한 공정이 요구된다.
보통 액정표시장치 기판의 회로결함은 매우 작은 영역에 국소적으로 발생하므로 반도체 공정을 이용한 수정은 불가능하거나 매우 불합리하며, 다른 대안으로 마스크 없이 단선된 배선 사이에 전도성을 갖는 나노 크기의 금속분말을 주입하고, 레이저를 조사하여 녹인 후 응고시킴으로써 단선된 회로를 리페어 하게 된다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 단선 되었거나 필요상 절단한 액정표시장치의 회로 배선(111)이 노출되도록 그 상부의 절연층(115)의 일부를 제거한다.
이때, 상기 배선(111)은 주사신호를 전달하는 게이트라인 또는 게이트패드라인일 수 있으며, 상기 배선(111)은 화상신호를 전달하는 데이터라인 또는 데이터패드라인일 수 있다.
또한, 상기 절연층(115)은 게이트절연막, 보호막 또는 게이트절연막과 보호막을 포함할 수 있으며, 이들 사이에 다른 층이 개재될 수도 있다.
다음으로, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 전도성을 갖는 나노 크기의 금속분말(145)을 상기 단선된 배선(111) 사이에 균일하게 분포시킨다.
이때, 상기 배선(111)의 치수가 마이크로미터 이하이기 때문에 상기 금속분말(145)은 나노 크기이어야 하며, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 은(Ag) 등 나노 크기로 제조 가능한 전도성을 갖는 금속분말(145)을 사용할 수 있다.
이때, 상기 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법은 나노 크기의 금속분말(145)을 사용함에 따라 폭 5㎛ 내외, 높이 0.5㎛ 이내 수준의 회로 배선(111)의 리페어가 가능하며, 예를 들어 100nm이하의 크기를 가진 금속분말(145)을 사용할 때 ㎛수준 이내의 폭을 가진 단선된 회로의 배선(111)을 리페어 할 수 있게 된다.
여기서, 상기 금속분말(145)을 단선된 배선(111) 사이에 얇고 균일하게 분포시키는 것이 중요한데, 상기 금속분말(145)은 나노 크기의 가벼운 분말로 제어에 어려움에 있어 원하는 부분에만 얇고 균일하게 분포시키는 것이 쉽지 않다.
이에 본 발명에서는 상기 나노 크기의 금속분말을 얇고 균일하게 분포시키기 위한 방법으로 노즐을 통해 금속분말을 원하는 부분에 분사한 후 적절한 흡입력으로 금속분말을 흡입하여 일정량의 금속분말을 남기는 방법, 흡입 방법 대신 접착 테이프를 사용하여 배선 사이에 일정량의 금속분말을 남기는 방법, 그리고 자성을 띠는 금속분말을 사용하여 스테이지로부터 자기장을 발생시켜 일정량의 금속분말이 단선된 배선 사이에 흡착되도록 하는 방법을 사용하는 것을 특징으로 하며, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 레이저 리페어방법에 있어서, 나노 크기의 금속분말을 균일하게 분포시키는 방법을 예를 들어 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 노즐(미도시)을 통해 금속분말(145)을 원하는 부분에 분사한 후, 소정의 흡입장치(200)를 통해 적절한 흡입력으로 금속분말(145)을 흡입하여 단선된 배선(111) 사이에 일정량의 금속분말(145)을 균일하게 남길 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 노즐(미도시)을 통해 금속분말(145)을 원하는 부분에 분사한 후, 상기의 흡입방법 대신 접착 테이프(301)를 사용함으로써 단선된 배선(111) 사이에 일정량의 금속분말(145)을 균일하게 남길 수 있다. 이때, 상기 접착 테이프(301)는 소정의 회전롤러(300) 표면에 부착되어 상기 회전롤러(300)의 회전에 의해 상기 단선된 배선(111) 사이 이외 영역에 분사된 금속분말(145)을 제거하게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 노즐(400)을 통해 자성을 띠는 금속분말(145)을 원하는 부분에 분사할 때 기판(110) 하부에 위치한 스테이지(150)로부터 자기장을 발생시킴으로써 일정량의 금속분말(145)이 단선된 배선(111) 사이에 흡착되도록 할 수 있다.
이때, 상기 금속분말(145)은 철 또는 크롬(Cr) 등의 자성을 띠는 금속분말(145)을 사용할 수 있다.
이와 같이 단선된 배선(111) 사이에 균일하게 금속분말(145)이 분포된 후에, 상기 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 상부로부터 상기 금속분말(145)에 레이저를 조사하여 금속분말(145)을 녹인 후 응고시킴으로써 단선된 배선(111) 사이를 연결시키는 연결패턴(141)을 형성하게 된다.
이때, 사용되는 레이저로는 자외선(ultraviolet; UV) 영역에서 적외선(infrared; IR) 영역까지 사용 가능하나, 수um 정도의 폭을 고려할 때 자외선 레이저를 사용하는 것이 바람직하고, 레이저 에너지는 금속분말(145)을 녹일 수 있으면서 어블레이션이 일어나지 않는 범위에서 조절할 수 있다.
이때, 상기 레이저 조사는 상온 및 대기압 하에서 진행할 수 있으며, 기판(110)의 상부로부터 조사하기 때문에 장치 구성이 복잡하지 않은 이점이 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 잔류하는 금속분말(145) 및 레이저 반응 후 발생한 가스를 제거하기 위하여 흡입 방법에 의하여 배기(排氣)하는 배기장치를 포함할 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
110 : 기판 111 : 배선
141 : 연결패턴 145 : 금속분말
150 : 스테이지 200 : 흡입장치
300 : 회전롤러 301 : 접착 테이프
400 : 노즐

Claims (11)

  1. 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 그 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 액정표시장치에 있어,
    회로 배선이 단선되는 불량이 발생한 경우 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 중 불량이 발생한 기판을 스테이지에 로딩하는 단계;
    상기 단선된 배선 사이에 전도성을 갖는 나노 크기의 금속분말을 균일하게 분포시키는 단계; 및
    상기 기판의 상부로부터 상기 금속분말에 레이저를 조사하여 상기 금속분말을 녹인 후 응고시켜 상기 단선된 배선 사이를 연결시키는 연결패턴을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속분말은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 은(Ag) 등 나노 크기로 제조 가능한 전도성을 갖는 금속분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 노즐을 통해 금속분말을 리페어 할 부분에 분사하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속분말을 균일하게 분포시키는 단계는 상기 금속분말을 리페어 할 부분에 분사한 후, 소정의 흡입장치를 통해 상기 단선된 배선 사이에 일정량의 금속분말을 남기고 나머지는 흡입하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속분말을 균일하게 분포시키는 단계는 상기 금속분말을 리페어 할 부분에 분사한 후, 접착 테이프를 사용하여 상기 단선된 배선 사이에 일정량의 금속분말을 남기고 나머지는 제거하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 접착 테이프는 소정의 회전롤러 표면에 부착되어 상기 회전롤러의 회전에 의해 상기 단선된 배선 사이 이외 영역에 분사된 금속분말을 제거하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 금속분말을 균일하게 분포시키는 단계는 자성을 띠는 금속분말을 리페어 할 부분에 분사할 때 상기 스테이지로부터 자기장을 발생시켜 일정량의 금속분말이 상기 단선된 배선 사이에 흡착되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속분말은 철 또는 크롬(Cr) 등의 자성을 띠는 금속분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저로는 자외선 영역에서 적외선 영역까지 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 에너지는 상기 금속분말을 녹일 수 있으면서 어블레이션이 일어나지 않는 범위에서 조절하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 배기장치를 통해 잔류하는 금속분말 및 레이저 반응 후 발생한 가스를 흡입하여 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 레이저 리페어방법.
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