KR20140060146A - 경량 박형의 액정표시장치 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 경량 박형의 액정표시장치 제조방법은 컬러필터층 형성을 위한 포토리소그래피(photolithography)공정에 있어, 프리 베이킹(pre-baking)공정에서 핫 플레이트의 기능을 저하시키거나 현상공정에서 사이드 브러시(side brush)를 추가하여 현상(develop) 시 기판 에지부에 잔류하는 포토레지스트의 잔막을 제거하거나, 또는 포스트 베이킹(post-baking) 후에 레이저를 이용하여 포토레지스트의 잔막을 제거함으로써 상기 포토레지스트의 잔막에 의한 불량을 방지하기 위한 것으로, 제 1, 제 2 보조기판 및 박형의 제 1, 제 2 모기판을 제공하는 단계; 상기 박형의 제 1, 제 2 모기판 각각에 상기 제 1, 제 2 보조기판을 부착하는 단계; 상기 제 1 보조기판이 부착된 제 1 모기판에 어레이공정을 진행하는 단계; 상기 제 2 보조기판이 부착된 제 2 모기판에 포토리소그래피공정을 통해 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터공정을 진행하는 단계; 상기 어레이공정이 진행된 제 1 모기판과 상기 컬러필터공정이 진행된 제 2 모기판을 합착하는 단계; 및 상기 합착된 제 1, 제 2 모기판으로부터 상기 제 1, 제 2 보조기판을 분리하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 모기판에 서브컬러필터를 형성한 후에 상기 제 2 보조기판의 에지부에 레이저를 조사하여 잔류하는 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 한다.

Description

경량 박형의 액정표시장치 제조방법{METHOD OF FABRICATING LIGHTWEIGHT AND THIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법에 관한 것이다.

근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 경량화, 박형화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하고 있다.

상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.

상기 컬러필터 기판은 적(Red; R), 녹(Green; G), 청(Blue; B)색의 서브컬러필터로 구성되는 컬러필터와 상기 서브컬러필터 사이를 구분하고 상기 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix), 그리고 상기 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어져 있다.

상기 어레이 기판에는 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인과 데이터라인이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 각 화소영역에는 화소전극이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판의 합착은 상기 컬러필터 기판 또는 어레이 기판에 형성된 합착키를 통해 이루어진다.

이러한 액정표시장치는 휴대용 전자기기에 특히 많이 사용되기 때문에, 그 크기와 무게를 감소시켜야만 전자기기의 휴대성을 향상시킬 수 있게 된다. 더욱이, 근래에는 대면적의 액정표시장치가 제작됨에 따라 이러한 경량 및 박형의 요구는 더욱 거세 지고 있다.

액정표시장치의 두께나 무게를 감소시키는 방법은 여러 가지가 있을 수 있지만, 그 구조나 현재 기술상 액정표시장치의 필수 구성요소를 줄이는 것은 한계가 있다. 더욱이, 이러한 필수 구성요소는 중량이 작기 때문에 이들 필수 구성요소의 중량을 감소시켜 전체 액정표시장치의 두께나 무게를 줄이는 것은 대단히 어려운 실정이다.

이에 액정패널을 구성하는 컬러필터 기판과 어레이 기판의 두께를 줄여 액정표시장치의 두께와 무게를 감소시키는 방법이 활발히 연구되고 있으나, 박형의 기판을 이용하여야 하기 때문에 다수의 단위공정간 이동 시 또는 단위공정 진행 시 기판이 휘거나 깨지는 현상이 발생하고 있다.

한편, 이를 해결하기 위해 박형 유리기판에 보조기판을 부착하여 공정을 진행 후 공정이 완료된 후에 박형 유리기판과 보조기판을 분리하는 방법이 시도되고 있으나, 컬러필터층을 형성하기 위한 포토리소그래피(photolithography)공정 중에 상기 박형 유리기판과 보조기판 사이에 포토레지스트의 잔막(residual layer)이 남아 공정불량을 야기하고 있다.

도 1a는 기판 위에 포토레지스트가 코팅된 상태를 예시적으로 보여주는 단면도이며, 도 1b는 EBR(edge bead remove) 후에도 기판 에지부에 포토레지스트의 잔막이 제거되지 않은 상태를 예시적으로 보여주는 단면도이다.

또한, 도 2a 및 도 2b는 기판 에지부에 포토레지스트의 잔막이 제거되지 않은 상태를 예시적으로 보여주는 사진이다.

상기 도면들을 참조하면, 스핀코팅을 이용한 포토레지스트(photoresist; PR)(즉, 컬러 레지스트)(20)의 코팅 과정에서 원심력에 의해 에지부의 포토레지스트(20')가 두꺼워지면서 EBR 처리나 노광 및 현상공정에서 두꺼워진 에지부의 포토레지스트(20')를 완전히 제거하지 못하기 때문이다.

특히, EBR 처리 장치에 의한 에지부의 포토레지스트(20') 제거 시 EBR 영역이 부족하거나 포토레지스트(20)의 밀림 현상이 발생하여 에지부의 포토레지스트(20')를 전부 제거할 수 없게 된다.

이러한 포토레지스트의 잔막은 EBR 처리 라인을 따라 선 형태로 남으며, 러빙 시 러빙 포 손상(damage)과 셀(cell) 공정에서 진공 합착 시 갭(gap) 불량을 일으킨다. 즉, 상기 포토레지스트의 잔막(~ 6㎛)은 기판(10) 내부의 컬러필터층(미도시)보다 두께가 두꺼워 러빙 포의 회전 시 러빙 포의 손상을 유발하여 러빙선 불량이 발생하게 된다. 또한, 셀 합착 시 두꺼워진 포토레지스트의 잔막에 의해 액정패널 에지부에서 실이 덜 눌리게 되어 액정이 누출되는 등 불량이 발생하게 된다.

이때, 상기 도 1a 및 도 1b는 일반적인 단일의 유리기판의 에지부에 포토레지스트의 잔막이 발생한 경우를 나타내고 있으며, 상기 도 2b는 보조기판이 부착된 박형 유리기판의 에지부에 포토레지스트의 잔막이 발생한 경우를 나타내고 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 박형의 유리기판에 보조기판을 부착하여 공정을 진행함으로써 공정 중에 박형의 유리기판의 파손을 방지하도록 한 경량 박형의 액정표시장치 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 포토리소그래피공정 중에 발생한 포토레지스트의 잔막을 제거하도록 한 경량 박형의 액정표시장치 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 경량 박형의 액정표시장치 제조방법은 제 1, 제 2 보조기판 및 박형의 제 1, 제 2 모기판을 제공하는 단계; 상기 박형의 제 1, 제 2 모기판 각각에 상기 제 1, 제 2 보조기판을 부착하는 단계; 상기 제 1 보조기판이 부착된 제 1 모기판에 어레이공정을 진행하는 단계; 상기 제 2 보조기판이 부착된 제 2 모기판에 포토리소그래피공정을 통해 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터공정을 진행하는 단계; 상기 어레이공정이 진행된 제 1 모기판과 상기 컬러필터공정이 진행된 제 2 모기판을 합착하는 단계; 및 상기 합착된 제 1, 제 2 모기판으로부터 상기 제 1, 제 2 보조기판을 분리하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 모기판에 서브컬러필터를 형성한 후에 상기 제 2 보조기판의 에지부에 레이저를 조사하여 잔류하는 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제 2 보조기판이 부착된 제 2 모기판에 서브컬러필터를 형성하는 단계는 제 2 모기판을 세정하는 단계; 상기 세정된 제 2 모기판 표면에 컬러 레지스트를 코팅하는 단계; 상기 컬러 레지스트가 코팅된 제 2 모기판을 건조하는 단계; 상기 건조된 제 2 모기판에 EBR(edge bead remove) 공정을 진행하는 단계; 상기 제 2 모기판을 프리 베이킹(pre baking)하는 단계; 상기 프리 베이킹이 진행된 제 2 모기판을 노광하는 단계; 상기 노광된 제 2 모기판을 현상하는 단계; 상기 현상된 제 2 모기판을 세정 및 건조하는 단계; 및 상기 건조된 제 2 모기판을 포스트 베이킹(post baking)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 컬러 레지스트의 코팅 전에 O₂ 플라즈마를 이용하여 제 2 보조기판의 에지부에 친수성 처리를 하는 것을 특징으로 한다.

스핀코팅을 이용하여 컬러 레지스트 코팅 시 스핀척의 측면부 높이를 상기 제 2 보조기판의 두께만큼 증가시켜 컬러 레지스트가 스핀 아웃(spin-out) 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

핫 플레이트나 오븐을 이용하여 70 ~ 120℃의 온도에서 50 ~ 120sec 동안 프리 베이킹을 진행하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 핫 플레이트는 현상 시 현상액에 의해 제 2 보조기판 에지부에 잔류하는 컬러 레지스트의 잔막을 쉽게 제거할 수 있도록 외곽부의 열선이 제거되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 모기판을 현상하는 단계는 다수의 노즐을 통해 현상액을 상기 제 2 보조기판이 부착된 제 2 모기판에 분사하는 한편, 사이드 브러시(side brush)로 제 2 보조기판 측면을 문질러서 상기 제 2 보조기판 측면에 잔류하는 컬러 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 한다.

200 ~ 300℃의 온도에서 20min ~ 40min 동안 포스트 베이킹을 진행하는 것을 특징으로 한다.

상기 포스트 베이킹이 이루어진 상기 제 2 보조기판의 하부에서 레이저를 조사하여 상기 제 2 보조기판 에지부에 남아있는 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 레이저는 Nd: YAG를 소스로 532nm나 1064nm의 파장이나 또는 두 가지가 혼합된 파장을 이용할 수 있으며, 5 ~ 20Hz, 5 ~ 10W의 파워에서 10 ~ 50mm/s의 속도로 조사하는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저의 조사와 함께 진공 배기 장치를 이용하여 상기 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 경량 박형의 액정표시장치 제조방법은 박형의 유리기판을 이용한 경량 박형의 액정표시장치를 구현할 수 있게 되어 텔레비전이나 모니터 모델 및 휴대용 전자기기의 두께나 무게를 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.

특히, 본 발명에 따른 경량 박형의 액정표시장치 제조방법은 컬러필터층 형성을 위한 포토리소그래피공정에 있어, 프리 베이킹(pre-baking)공정에서 핫 플레이트의 기능을 저하시키거나 현상공정에서 사이드 브러시(side brush)를 추가하여 현상 시 기판 에지부에 잔류하는 포토레지스트의 잔막을 제거하거나, 또는 포스트 베이킹(post-baking) 후에 레이저를 이용하여 포토레지스트의 잔막을 제거함으로써 상기 포토레지스트의 잔막에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다. 그 결과 공정의 안정화를 가져와 제품의 가격 경쟁력을 향상시키는 효과를 제공한다.

도 1a는 기판 위에 포토레지스트가 코팅된 상태를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 1b는 EBR(edge bead remove) 후에도 기판 에지부에 포토레지스트의 잔막이 제거되지 않은 상태를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 2a 및 도 2b는 기판 에지부에 포토레지스트의 잔막이 제거되지 않은 상태를 보여주는 사진.
도 3a 및 도 3b는 모서리 컷(corner cut)이 형성된 보조기판 및 박형의 유리기판을 개략적으로 나타내는 평면도.
도 4는 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 보조기판과 박형의 유리기판이 합착된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 5는 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 보조기판과 박형의 유리기판이 합착된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 컬러필터층을 형성하기 위한 포토리소그래피공정을 순차적으로 나타내는 흐름도.
도 8은 스핀코팅 시 기판 에지부에 컬러 레지스트가 잔류하는 현상을 예시적으로 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 포토리소그래피공정에 사용되는 스핀코팅 장치를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 포토리소그래피공정에 사용되는 핫 플레이트의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 포토리소그래피공정에 사용되는 현상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 레이저를 이용하여 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 방법을 예시적으로 나타내는 사시도 및 단면도.
도 13a 및 도 13b는 레이저 세정 전 및 세정 후의 기판 표면을 나타내는 현미경 사진.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 배기 장치를 이용하여 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 방법을 예시적으로 나타내는 단면도.

최근 액정표시장치의 용도가 다양해짐에 따라 경량 박형의 액정표시장치에 대한 관심도 많아지고 있으며, 액정패널의 두께에서 가장 큰 부분을 차지하는 기판의 박형화에도 관심이 많아지고 있다. 또한, 3D나 터치(touch) 패널에서는 액정패널에 리타더(retarder)나 터치 기능의 보호 기판을 추가하므로 더욱 박형화에 대한 요구가 증가된다. 하지만 박형 기판의 경우 휨, 강성 등 물리적 특성의 약화로 공정 진행에 한계가 있다.

이를 해결하기 위해 박형의 유리기판에 보조기판을 부착하여 공정을 진행 후 공정이 완료된 후에 박형의 유리기판과 보조기판을 분리하는 방법이 시도되고 있으며, 이때 본 발명의 실시예에서는 상기 박형의 유리기판을 보조기판보다 작은 크기로 설정하여 공정 진행 시 외부 충격으로부터 보호하는 한편, 그 차이를 적어도 EBR(edge bead remove) 영역보다 작은 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 포토리소그래피(photolithography)공정 중 프리 베이킹공정에서 핫 플레이트의 기능을 저하시키거나 현상공정에서 사이드 브러시를 추가하여 현상(develop) 시 보조기판이 부착된 박형 유리기판의 에지부에 잔류하는 포토레지스트의 잔막을 제거하거나, 또는 포스트 베이킹 후에 레이저를 이용하여 상기 포토레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 경량 박형의 액정표시장치 제조방법의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 3a 및 도 3b는 모서리 컷(corner cut)이 형성된 보조기판 및 박형의 유리기판을 개략적으로 나타내는 평면도이다.

또한, 도 4는 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 보조기판과 박형의 유리기판이 합착된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 5는 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 보조기판과 박형의 유리기판이 합착된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

전술한 바와 같이 액정표시장치의 두께나 무게를 좌우하는 요소에는 여러 가지가 있지만, 그 중에서도 유리로 이루어진 상기 컬러필터 기판이나 어레이 기판이 액정표시장치의 다른 구성요소 중에서 가장 무거운 구성요소이다. 따라서, 액정표시장치의 두께나 무게를 감소시키기 위해서는 이 유리기판의 두께나 무게를 감소시키는 것이 가장 효율적이다.

이러한 유리기판의 두께나 무게를 감소시키는 방법으로 유리기판을 식각하여 그 두께를 감소시키거나 박형의 유리기판을 이용하는 방법이 있다. 이중 첫 번째 방법은 셀 완성 후에 글라스 식각 공정을 추가로 진행하여 그 두께를 감소시키는 것인데, 식각 진행 시 발생하는 불량과 비용 증가의 단점이 있다.

이에 본 발명의 실시예에서는 0.1t ~ 0.4t 정도의 두께를 갖는 박형의 유리기판을 이용하여 어레이공정과 컬러필터공정 및 셀 공정을 진행하는데, 이때 박형의 유리기판을 0.3t ~ 0.7t의 두께를 갖는 보조기판에 부착하여 공정을 진행함으로써 박형의 유리기판의 휨의 영향을 최소화하고 이동 중 박형의 유리기판의 파손이 없도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 t는 mm를 의미하는 것으로 0.1t는 0.1mm의 두께를 의미하고 0.4t는 0.4mm의 두께를 의미한다.

즉, 0.1t ~ 0.4t 정도의 두께를 갖는 박형의 유리기판은 일반적인 액정표시장치제조라인에 투입될 때 휨 발생이 크게되어 기판의 처짐이 심하게 발생하기 때문에, 카세트 등의 이동수단을 이용하여 이동하는데 문제가 있으며, 단위 공정장비에 로딩 및 언로딩시 작은 충격에 의해서도 휨 발생이 급격히 발생하게 되어 위치오차가 빈번하게 발생하며, 그 결과 부딪침 등에 의해 파손불량이 증가하여 공정 진행이 실질적으로 불가능하였다.

이에 본 발명의 실시예에서는 0.1t ~ 0.4t의 박형의 유리기판을 제조라인에 투입하기 전에 0.3t ~ 0.7t의 두께를 갖는 보조기판을 부착함으로써, 일반적인 액정표시장치에 이용되는 0.7t 정도의 두께를 갖는 유리기판과 동일하거나 더 향상된 휨 발생특성을 갖도록 하여 이동 또는 단위공정 진행 중 기판 처짐 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 박형의 유리기판과 보조기판을 동일한 크기(size)로 제작하는 경우에는 얼라인(align)을 하더라도 이들을 합착할 때 ±0.015mm 정도의 합착 마진(margin)이 발생하게 된다. 이러한 합착 마진에 의해 돌출된 기판은 공정 진행 시 가이드 롤러(guide roller)와 가이드 핀(guide pin) 등과의 충돌에 의해 파손이 될 수 있다.

이에 따라 본 발명의 실시예에서는 상기 도면들에 도시된 바와 같이, 박형의 유리기판(100)과 보조기판(110)의 크기를 서로 다르게 설정하게 된다.

이때, 복수의 액정패널(103)이 할당되어 있는 합착된 상태의 박형의 유리기판(100)과 보조기판(110)의 모서리는 소정의 기울어진 각도로 커팅(cutting)이 되어 있으며, 이를 모서리 컷이라 한다.

특히, 상기 박형의 유리기판(100)의 적어도 1개의 모서리는 방향 구별과 후공정을 위해 상기 보조기판(110)에 비해 더 안쪽 방향으로 커팅이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 상기 보조기판(110)의 모서리 부분이 노출되게 되는데, 이 영역은 보조기판(110)의 분리 공정을 시작하기 위해 푸시 핀(push pin)이 적용되는 푸시 핀 영역(E)으로 사용될 수 있다.

이때, 상기 본 발명의 실시예에 따른 박형의 유리기판(100)은 하부의 보조기판(110)에 비해 더 작은 크기로 제작되어야 외부 충격에 보호될 수 있을 것이다. 즉, 상기 박형의 유리기판(100)은 두께가 얇기 때문에 외부 충격에 약하므로 상기 보조기판(110)보다 작은 크기로 형성되어야 한다. 이때, 상기 박형의 유리기판(100)과 보조기판(110) 사이의 크기 차이(즉, 상기 박형의 유리기판(100)과 보조기판(110)과의 편측 거리)(d)는 전술한 합착 마진을 고려하여 적어도 0.015mm보다는 커야 한다.

또한, 그 크기 차이(d)는 적어도 EBR 영역보다 작은 값으로 설정하여야 박형의 유리기판(100)의 가장자리 측면에 증착 막이 잔류되는 현상을 방지할 수 있을 것이다.

참고로, 상기 EBR 영역은 상기 박형의 유리기판(100)에 증착된 증착 막을 패터닝하기 위해 코팅된 포토레지스트가 제거되는 가장자리 영역으로 보조기판(110)의 가장자리로부터 3mm ~ 5mm 정도로 설정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

또한, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 컬러필터층을 형성하기 위한 포토리소그래피공정을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.

이때, 상기 도 6은 액정적하방식으로 액정층을 형성하는 경우의 액정표시장치의 제조방법을 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 액정주입방식으로 액정층을 형성하는 경우의 액정표시장치의 제조방법에도 적용 가능하다.

액정표시장치의 제조공정은 크게 하부 어레이 기판에 구동소자를 형성하는 구동소자 어레이공정과 상부 컬러필터 기판에 컬러필터를 형성하는 컬러필터공정 및 셀 공정으로 구분될 수 있다.

우선, 0.1t ~ 0.4t의 박형의 유리기판을 어레이공정 및 컬러필터공정의 제조라인에 투입하기 전에 상기 0.1t ~ 0.4t의 박형의 유리기판에 0.3t ~ 0.7t 정도의 보조기판을 부착한다(S101). 다만, 본 발명이 상기 박형의 유리기판 및 보조기판의 두께에 한정되는 것은 아니다.

상기 박형의 유리기판과 보조기판의 합착은 두 기판을 접촉시킴으로써 가능한데, 이때 두 기판간 합착력은 진공력, 반데르발스의 힘, 정전기력, 또는 분자결합 등으로 추정할 수 있다.

이와 같이 박형의 유리기판에 보조기판이 부착된 후, 전술한 보조기판이 부착된 어레이 기판용 박형의 유리기판(이하, 설명의 편의를 위해 어레이 기판이라 함)은 어레이공정에 의해 어레이 기판에 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인과 데이터라인을 형성하고 상기 화소영역 각각에 상기 게이트라인과 데이터라인에 접속되는 구동소자인 박막 트랜지스터를 형성한다(S102). 또한, 상기 어레이공정을 통해 상기 박막 트랜지스터에 접속되어 박막 트랜지스터를 통해 신호가 인가됨에 따라 액정층을 구동하는 화소전극을 형성한다.

또한, 전술한 보조기판이 부착된 컬러필터 기판용 박형의 유리기판(이하, 설명의 편의를 위해 컬러필터 기판이라 함)에는 컬러필터공정에 의해 컬러를 구현하는 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터로 구성되는 컬러필터층과 공통전극을 형성한다(S103). 이때, 횡전계(In Plane Switching; IPS)방식의 액정표시장치를 제작하는 경우에는 상기 어레이공정을 통해 상기 화소전극이 형성된 어레이 기판에 상기 공통전극을 형성하게 된다.

이때, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 포토리소그래피공정, 특히 상기 컬러필터층을 형성하는 포토리소그래피공정 중 프리 베이킹공정에서 핫 플레이트의 기능을 저하시키거나 현상공정에서 사이드 브러시를 추가하여 현상 시 보조기판이 부착된 박형 유리기판의 에지부에 잔류하는 포토레지스트의 잔막을 제거하거나, 또는 포스트 베이킹 후에 레이저를 이용하여 상기 포토레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 하며, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 상기 컬러필터 기판 위에 불필요한 빛을 차단하기 위해 수지 또는 금속물질로 이루어진 블랙매트릭스를 형성한다.

이후, 상기 블랙매트릭스 사이의 화상표시 영역에 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터로 이루어진 컬러필터층을 형성한다.

이때, 상기 컬러필터를 형성하는 방법은 상기 컬러필터 제조 시 사용되는 유기 필터의 재료에 따라 염료 방식과 안료 방식이 있으며, 제작 방법에 따라 염색법, 전착법, 인쇄법 등이 있으나, 현재 액정표시장치의 컬러필터 제조 시 사용되는 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다.

상기 안료 분산법은 미리 준비된 안료에 의해 조색(調色)되어 감광된 레지스트를 기판에 코팅, 노광, 현상하는 공정을 반복함으로써 컬러필터를 형성하는 방법이다.

상기 컬러 레지스트는 자외선에 의해 감광되는 서브컬러 안료로 구성되며, 본 실시예에서는 적, 녹 및 청색의 컬러 레지스트 중 적색(여기서는 적색, 녹색, 청색 순서로 서브컬러필터를 형성하는 것을 기준으로 설명)을 띄는 컬러 레지스트를 기판의 전면에 코팅한 후 선택적으로 노광하여 원하는 영역에 적색의 서브컬러필터를 형성할 수 있다.

이때, 상기 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터는 포토리소그래피공정을 이용하여 형성하며, 다른 점은 포토레지스트로 컬러 레지스트를 사용한다는 점이다.

먼저, 이를 위해 샤워(shower) 방식이나 브러시(brush)를 이용하여 컬러필터 기판을 세정한다(S201).

다음으로, 세정된 상기 컬러필터 기판 위에 적색의 컬러 레지스트를 코팅한다(S202).

이때, 상기 컬러 레지스트의 코팅 전에 O₂ 플라즈마를 이용하여 컬러필터 기판의 에지부에 친수성 처리를 할 수 있으며, 이는 상기 컬러 레지스트의 코팅 시 컬러필터 기판과의 접착력을 저하시키기 위한 것이다. 즉, O₂ 플라즈마를 통해 친수기가 형성된 컬러필터 기판 표면은 컬러 레지스트 약액의 코팅성이 저하되어 현상공정에서 쉽게 제거될 수 있는 것이다.

일반적으로 컬러 레지스트는 네거티브(negative) 포토레지스트의 성격을 가지므로 노광되지 않은 부분이 제거된다.

참고로, 안료 분산법에 사용되는 컬러 레지스트는 주요 성분으로 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있다.

상기 광중합형 감광 조성물에서 광중합 개시제는 빛을 받아 라디칼(radical)을 발생시키는 고감도이고 안정성이 우수한 트라이아진(triazine)계 화합물이 쓰이며, 모노머는 상기 라디칼에 의하여 중합 반응 개시 후 폴리머 형태로 변하여 용재에 녹지 않게 된다. 바인더는 상온에서 액체 상태의 모노머를 막의 형태로 유지시켜 현상액에 견디게 하고 안료 분산의 안정화 및 컬러필터 패턴의 내열성, 내광성, 내약품성 등의 신뢰성을 유지하는 역할을 한다.

이때, 상기 컬러 레지스트의 코팅에는 스핀코팅과 슬릿코팅을 이용할 수 있으며, 스핀코팅을 이용하는 경우 컬러 레지스트 코팅 시 컬러 레지스트가 스핀 아웃(spin-out) 되도록 스핀척(spin chuck)의 측면부 높이를 보조기판의 두께만큼 증가시킬 수 있다.

도 8은 스핀코팅 시 기판 에지부에 컬러 레지스트가 잔류하는 현상을 예시적으로 나타내는 단면도이다.

또한, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 포토리소그래피공정에 사용되는 스핀코팅 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

상기 도 8을 참조하면, 스핀코팅을 통해 컬러필터 기판, 즉 보조기판(110)이 부착된 컬러필터 기판용 박형의 유리기판(100)에 컬러 레지스트(120)를 코팅하는 경우 기존에는 상기 컬러 레지스트(120)의 스핀 아웃 길이가 짧아 보조기판(110) 에지부에 컬러 레지스트의 잔막(120")이 남아있게 된다.

이에 본 발명의 실시예의 스핀코팅 장치는 상기 도 9에 도시된 바와 같이, 컬러 레지스트 코팅 시 컬러 레지스트가 스핀 아웃 되도록 스핀척(135)의 측면부(135') 높이를 보조기판(110)의 두께만큼 증가시키는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 본 발명의 실시예의 스핀코팅 장치(130)는 회전축(136)에 연결되어 있는 스핀척(135)과 상기 스핀척(135)을 외부에서 감싸고 있을 뿐만 아니라 개폐(開閉)가 가능한 커버(137) 및 상기 스핀척(135)의 상부에 위치하여 커버(137) 개방(開放)시 상기 커버(137)의 내부로 이동하는 노즐(134)로 구성될 수 있다.

상기 스핀척(135)에는 컬러 레지스트가 도포되는 컬러필터 기판, 즉 보조기판(110)이 부착된 컬러필터 기판용 박형의 유리기판(100)이 안착되고, 상기 커버(137)의 하부에는 하부로 낙하되는 컬러 레지스트를 외부로 배출시키는 드레인 밸브(미도시)가 설치될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예의 스핀코팅 장치(130)는 컬러필터 기판에 코팅막을 형성하기 위해, 먼저 노즐(134)이 하강하여 스핀척(135)에 안착되어 있는 컬러필터 기판 표면에 컬러 레지스트를 분사하게 된다.

컬러필터 기판에 컬러 레지스트가 분사되면, 커버(137)가 밀폐됨과 아울러 모터(M)가 회전하게 되고 이와 연결되어 있는 회전축(136)이 회전하여 컬러필터 기판이 안착되어 있는 스핀척(135)을 소정 회전수로 회전시키게 된다.

스핀척(135)이 회전하면 컬러필터 기판의 상면에 분사되어 있는 컬러 레지스트가 원심력에 의해 외측으로 퍼지게 됨으로써 컬러필터 기판 전면에 컬러 레지스트가 코팅되게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 스핀척(135)의 측면부(135') 높이를 보조기판(110)의 두께만큼 증가시킴에 따라 외측으로 퍼지는 컬러 레지스트가 스핀 아웃되면서 보조기판(110) 에지부에 컬러 레지스트의 잔막(120")이 남는 현상이 개선될 수 있다.

이후, 컬러필터 기판 전면에 코팅된 컬러 레지스트를 건조하게 된다(S203).

그리고, 컬러필터 기판 끝단에 코팅된 컬러 레지스트를 제거하기 위해 EBR 공정을 진행하게 된다(S204).

이때, 상기 EBR 공정은 EBR 린스(rinse)액이 토출되는 노즐을 구비한 EBR 헤드를 이용하게 되며, 4개의 노즐에 의한 스프레이(spray) 방식이나 EBR 액의 디핑(dipping)에 의한 디핑 방식으로 진행할 수 있다.

이후, 핫 플레이트(hot plate)나 오븐(oven)을 이용하여 70 ~ 120℃의 온도에서 약 50 ~ 120sec 동안 프리 베이킹을 진행하게 된다(S205).

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 포토리소그래피공정에 사용되는 핫 플레이트의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

상기 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 핫 플레이트(140)는 후술할 현상 시 현상액에 의해 보조기판(110) 에지부에 잔류하는 컬러 레지스트의 잔막(120")을 쉽게 제거할 수 있도록 외곽부의 열선(heat wire)(145)이 제거되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 보조기판(110)의 에지부 하부에는 열선(145)이 위치하지 않도록 함으로써 핫 플레이트(140)의 기능을 저하시켜 프리 베이킹의 저하로 컬러 레지스트의 잔막(120")이 현상액에 의해 쉽게 제거되도록 하는 것이다.

이때, 오븐을 이용하는 경우에는 보조기판(110)의 에지부로 열이 전달이 되지 않도록 열 차단벽을 설치하게 된다.

이와 같이 프리 베이킹이 이루어진 컬러필터 기판은 소정의 노광장치를 통해 노광이 이루어지게 된다(S206).

이후, 노광된 컬러필터 기판은 현상액에 의한 현상이 이루어져, 일 예로 적색 서브컬러필터가 패터닝되게 되며, 이때 스프레이 방식을 이용할 수 있다(S207).

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 포토리소그래피공정에 사용되는 현상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

상기 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 현상 장치(150)는 현상액이 분사되는 다수의 노즐(151)을 구비하고 있으며, 상기 다수의 노즐(151)을 통해 현상액이 컬러필터 기판에 분사되게 된다.

이때, 상기 본 발명의 실시예에 따른 현상 장치(150)는 사이드 브러시(155)를 구비하여 현상공정이 취약한 컬러필터 기판의 측면에까지 현상액이 침투하도록 함으로써 상기 컬러필터 기판의 측면에 잔류하는 컬러 레지스트를 물리적 및 화학적으로 제거하게 된다.

이후, 초순수(ultra pure water)를 이용한 세정 및 스핀 드라이(spin dry), 에어 나이프(air knife) 또는 에어 블로우(air blow)를 통한 건조를 진행한다(S208).

이후, 200 ~ 300℃의 온도에서 약 20min ~ 40min 동안 포스트 베이킹을 진행한다(S209).

이후, 아직도 제거되지 않은 컬러 레지스트의 잔막은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 세정을 통해 최종적으로 제거될 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 레이저를 이용하여 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 방법을 예시적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도 13a 및 도 13b는 레이저 세정 전 및 세정 후의 기판 표면을 나타내는 현미경 사진이다.

그리고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 경량 박형의 액정표시장치의 제조방법에 있어, 배기 장치를 이용하여 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 방법을 예시적으로 나타내는 단면도이다.

상기 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 포스트 베이킹이 이루어진 컬러필터 기판의 하부에서 레이저 장치(160)를 통해 레이저를 조사하여 보조기판(110) 에지부에 남아있는 컬러 레지스트의 잔막(120")을 완전히 제거하게 된다.

이때, 일 예로 상기 레이저는 Nd: YAG를 소스로 약 532nm나 1064nm의 파장이나 또는 두 가지가 혼합된 파장을 이용할 수 있으며, 5 ~ 20Hz, 5 ~ 10W의 파워에서 10 ~ 50mm/s의 속도로 조사할 수 있다.

이때, 상기 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 레이저의 조사와 함께 잔류 컬러 레지스트의 잔막(120")을 완전히 제거하기 위해 진공 배기 장치(165)를 이용할 수 있다.

이렇게 포토리소그래피공정 중에 컬러 레지스트의 잔막을 제거함으로써 상기 포토레지스트의 잔막에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다. 그 결과 공정의 안정화를 가져와 제품의 가격 경쟁력을 향상시키는 효과를 가져온다.

한편, 이와 같이 적색 서브컬러필터가 형성된 컬러필터 기판 위에 전술한 방식과 동일한 방식으로 녹색 서브컬러필터 및 청색 서브컬러필터를 형성하게 된다.

다음으로, 상기 컬러필터 기판 전면에 투명한 절연물질로 이루어진 오버코트층(overcoat layer)을 형성한다.

이때, 상기 오버코트층은 컬러필터층이 형성된 컬러필터 기판을 평탄화하고 안료 이온의 용출을 막기 위해 절연특성을 가지는 투명한 수지로 형성할 수 있으며, 일 예로 아크릴(Acryl)계 수지 또는 에폭시(epoxy)계 수지로 형성할 수 있다.

이어서, 상기 도 6을 참조하면, 상기 컬러필터 기판 및 어레이 기판에 각각 배향막을 인쇄한 후, 컬러필터 기판 및 어레이 기판 사이에 형성되는 액정층의 액정분자에 배향규제력 또는 표면고정력(즉, 프리틸트 각(pretilt angle)과 배향방향)을 제공하기 위해 상기 배향막을 러빙 처리한다(S104, S105).

이와 같이 러빙 처리된 상기 컬러필터 기판에는 실링재를 도포하여 소정의 실패턴을 형성하는 동시에 상기 어레이 기판에는 액정을 적하하여 액정층을 형성하게 된다(S106, S107).

한편, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판은 각각 대면적의 모기판에 형성되어져 있다. 다시 말해서, 대면적의 모기판 각각에 복수의 패널영역이 형성되고, 상기 패널영역 각각에 구동소자인 박막 트랜지스터 또는 컬러필터층이 형성되게 된다.

이때, 상기 적하방식은 디스펜서를 이용하여 복수의 어레이 기판이 배치된 대면적의 제 1 모기판이나 복수의 컬러필터 기판이 배치된 제 2 모기판의 화상표시 영역에 액정을 적하 및 분배(dispensing)하고, 상기 제 1, 제 2 모기판을 합착하는 압력에 의해 액정을 화상표시 영역 전체에 균일하게 분포되도록 함으로써, 액정층을 형성하는 방식이다.

따라서, 상기 액정패널에 적하방식을 통해 액정층을 형성하는 경우에는 액정이 화상표시 영역 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있도록 실패턴이 화소부 영역 외곽을 감싸는 폐쇄된 패턴으로 형성되어야 한다.

상기 적하방식은 진공주입 방식에 비해 짧은 시간에 액정을 적하할 수 있으며, 액정패널이 대형화될 경우에도 액정층을 매우 신속하게 형성할 수 있다. 또한, 기판 위에 액정을 필요한 양만 적하하기 때문에 진공주입 방식과 같이 고가의 액정을 폐기함에 따른 액정패널의 단가 상승을 방지하여 제품의 가격경쟁력을 강화시키게 된다.

이후, 상기와 같이 액정이 적하되고 실링재가 도포된 상기 제 1 모기판과 제 2 모기판을 정렬한 상태에서 압력을 가하여 상기 실링재에 의해 상기 제 1 모기판과 제 2 모기판을 합착 함과 동시에 압력의 인가에 의해 적하된 액정을 액정패널 전체에 걸쳐 균일하게 퍼지게 한다(S108). 이와 같은 공정에 의해 대면적의 제 1, 제 2 모기판에는 액정층이 형성된 복수의 액정패널이 형성되며, 이러한 복수의 액정패널이 형성된 대면적의 제 1, 제 2 모기판으로부터 보조기판을 분리한 후, 가공, 절단하여 복수의 액정패널로 분리하고 각각의 액정패널을 검사함으로써 액정표시장치를 제작하게 된다(S109, S110).

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.

100 : 박형의 유리기판 110 : 보조기판
120 : 컬러 레지스트 120" : 컬러 레지스트의 잔막
130 : 스핀코팅 장치 140 : 핫 플레이트
150 : 현상 장치 160 : 레이저 장치
165 : 배기 장치

Claims (11)

1. 제 1, 제 2 보조기판 및 박형의 제 1, 제 2 모기판을 제공하는 단계;
   상기 박형의 제 1, 제 2 모기판 각각에 상기 제 1, 제 2 보조기판을 부착하는 단계;
   상기 제 1 보조기판이 부착된 제 1 모기판에 어레이공정을 진행하는 단계;
   상기 제 2 보조기판이 부착된 제 2 모기판에 포토리소그래피공정을 통해 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터를 형성하는 단계를 포함하는 컬러필터공정을 진행하는 단계;
   상기 어레이공정이 진행된 제 1 모기판과 상기 컬러필터공정이 진행된 제 2 모기판을 합착하는 단계; 및
   상기 합착된 제 1, 제 2 모기판으로부터 상기 제 1, 제 2 보조기판을 분리하는 단계를 포함하며,
   상기 제 2 모기판에 서브컬러필터를 형성한 후에 상기 제 2 보조기판의 에지부에 레이저를 조사하여 잔류하는 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 보조기판이 부착된 제 2 모기판에 서브컬러필터를 형성하는 단계는
   제 2 모기판을 세정하는 단계;
   상기 세정된 제 2 모기판 표면에 컬러 레지스트를 코팅하는 단계;
   상기 컬러 레지스트가 코팅된 제 2 모기판을 건조하는 단계;
   상기 건조된 제 2 모기판에 EBR(edge bead remove) 공정을 진행하는 단계;
   상기 제 2 모기판을 프리 베이킹(pre baking)하는 단계;
   상기 프리 베이킹이 진행된 제 2 모기판을 노광하는 단계;
   상기 노광된 제 2 모기판을 현상하는 단계;
   상기 현상된 제 2 모기판을 세정 및 건조하는 단계; 및
   상기 건조된 제 2 모기판을 포스트 베이킹(post baking)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 컬러 레지스트의 코팅 전에 O₂ 플라즈마를 이용하여 제 2 보조기판의 에지부에 친수성 처리를 하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 스핀코팅을 이용하여 컬러 레지스트 코팅 시 스핀척의 측면부 높이를 상기 제 2 보조기판의 두께만큼 증가시켜 컬러 레지스트가 스핀 아웃(spin-out) 되도록 하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
5. 제 2 항에 있어서, 핫 플레이트나 오븐을 이용하여 70 ~ 120℃의 온도에서 50 ~ 120sec 동안 프리 베이킹을 진행하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 핫 플레이트는 현상 시 현상액에 의해 제 2 보조기판 에지부에 잔류하는 컬러 레지스트의 잔막을 쉽게 제거할 수 있도록 외곽부의 열선이 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 모기판을 현상하는 단계는 다수의 노즐을 통해 현상액을 상기 제 2 보조기판이 부착된 제 2 모기판에 분사하는 한편, 사이드 브러시(side brush)로 제 2 보조기판 측면을 문질러서 상기 제 2 보조기판 측면에 잔류하는 컬러 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
8. 제 2 항에 있어서, 200 ~ 300℃의 온도에서 20min ~ 40min 동안 포스트 베이킹을 진행하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 포스트 베이킹이 이루어진 상기 제 2 보조기판의 하부에서 레이저를 조사하여 상기 제 2 보조기판 에지부에 남아있는 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 레이저는 Nd: YAG를 소스로 532nm나 1064nm의 파장이나 또는 두 가지가 혼합된 파장을 이용할 수 있으며, 5 ~ 20Hz, 5 ~ 10W의 파워에서 10 ~ 50mm/s의 속도로 조사하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 레이저의 조사와 함께 진공 배기 장치를 이용하여 상기 컬러 레지스트의 잔막을 제거하는 것을 특징으로 하는 경량 박형의 액정표시장치 제조방법.

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