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KR101255285B1 - 평판 표시 소자의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

평판 표시 소자의 제조 장치 및 방법 Download PDF

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KR101255285B1
KR101255285B1 KR1020090127030A KR20090127030A KR101255285B1 KR 101255285 B1 KR101255285 B1 KR 101255285B1 KR 1020090127030 A KR1020090127030 A KR 1020090127030A KR 20090127030 A KR20090127030 A KR 20090127030A KR 101255285 B1 KR101255285 B1 KR 101255285B1
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김진욱
조성필
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 임프린트용 몰드의 처짐 현상을 최소화할 수 있는 평판 표시 소자의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 장치는 기판이 안착되는 스테이지와; 돌출부와 홈을 가지는 몰드부를 구비하며, 상기 기판과 합착되어 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 임프린트용 몰드와; 상기 임프린트용 몰드를 지지하는 거치대와; 상기 거치대와 반대방향에서 상기 임프린트용 몰드를 가압하여 상기 임프린트용 몰드의 처짐을 보상하는 수평 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
임프린트용 몰드, 수평 보정부

Description

평판 표시 소자의 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING FLAT DISPLAY DEVICE}
본 발명은 임프린트용 몰드의 처짐 현상을 최소화할 수 있는 평판 표시 소자의 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 임프린트용 몰드를 이용한 패터닝 공정을 통해 박막을 형성할 수 있는 연구가 진행되고 있다.
이러한 패터닝 공정은 기판 상에 액상 수지를 도포한 후, 홈과 돌출부를 가 지는 임프린트용 몰드와 액상 고분자 전구체가 접촉하게 되면, 임프린트용 몰드의 홈과 돌출부가 액상 고분자 전구체에 반전전사된 다음, 경화 공정을 통해 반전전사된 액상 고분자 전구체를 경화시킴으로써 기판 상에 원하는 박막 패턴이 형성되는 공정이다.
여기서, 종래 임프린트용 몰드(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 거치대(20)에 의해 지지된다. 그러나, 거치대(20)는 임프린트용 몰드(10)의 가장 자리만을 지지하므로 임프린트용 몰드(10)의 백플레인은 하부쪽으로 휘어지면서 최대 1mm이상으로 처지게 된다.
이 경우, 임프린트용 몰드(10)와 기판의 분리시 임프린트용 몰드(10)의 백프레인이 휘어진 상태에서 펴지면서 발생되는 탄력으로 인해 임프린트용 몰드(10)가 손상되는 문제점이 있다. 또한, 임프린트용 몰드(10)의 처짐량이 크면, 임프린트 몰드(10)와 기판 간의 얼라인 공정시 임프린트용 몰드(10)와 기판은 처짐량 이상의 갭을 유지해야 한다. 따라서, 얼라인 공정 후 임프린트용 몰드(10)와 기판의 합착 공정까지 기판이 안착된 스테이지의 상하이동 폭이 커지게 되므로 오차의 크기도 커지게 되는 문제점이 있다.
또한, 임프린트용 몰드(10)가 휘어진 상태에서 임프린트용 몰드(10)와 기판이 얼라인된 후, 휘어진 임프린트용 몰드(10)와 기판이 합착되면서 임프린트용 몰드(10)는 펴지기 때문에 얼라인 정확성의 오차가 발생하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 임프린트용 몰드의 처짐 현상을 최소화할 수 있는 평판 표시 소자의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 장치는 기판이 안착되는 스테이지와; 돌출부와 홈을 가지는 몰드부를 구비하며, 상기 기판과 합착되어 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 임프린트용 몰드와; 상기 임프린트용 몰드를 지지하는 거치대와; 상기 거치대와 반대방향에서 상기 임프린트용 몰드를 가압하여 상기 임프린트용 몰드의 처짐을 보상하는 수평 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 임프린트용 몰드의 크기는 상기 기판의 크기보다 크며, 상기 거치대 및 상기 수평 보정부는 상기 기판과 비중첩되는 상기 임프린트용 몰드의 가장자리에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 수평 보정부는 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 합착시 상기 임프린트용 몰드와 비접촉되며, 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 분리시 상기 임프린트용 몰드와 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기 평판 표시 소자의 제조 장치는 상기 수평 보정부 및 상기 거치대를 지지하는 지지프레임을 추가로 구비하며, 상기 수평보정부는 상기 지지프레임의 이동 경로를 따라 상하 이동하는 것을 특징으로 한다.
상기 수평 보정부는 서스나 알루미늄계 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 방법은 스테이지 상에 액상 고분자 전구체가 형성된 기판이 안착되는 단계와; 상기 스테이지를 상승시켜 상기 액상 고분자 전구체를 홈과 돌출부를 가지는 몰드부를 구비하는 임프린트용 몰드로 가압하도록 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판을 합착하는 단계와; 상기 임프린트용 몰드를 거치대에 지지하고, 상기 거치대와 반대방향에서 수평보정부를 통해 상기 임프린트용 몰드를 가압함과 동시에 상기 스테이지를 하강시켜 상기 기판과 상기 임프린트용 몰드를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 합착시 상기 수평 보정부는 상기 수평 보정부를 지지하는 지지프레임의 이동 경로를 따라 상기 임프린트용 몰드의 반대 방향으로 이동하며, 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 분리시 상기 수평 보정부는 상기 지지프레임의 이동 경로를 따라 상기 임프린트용 몰드쪽으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 장치 및 방법은 임프린트용 몰드의 하중을 보상할 수 있는 수평 보정부를 통해 임프린트용 몰드의 백플레인의 하중에 따른 처짐을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 장치 및 방법은 임프린트용 몰드와 기판 분리시 임프린트용 몰드의 처짐없이 임프린트용 몰드를 고정할 수 있으므로 임프린트용 몰드 및 박막 패턴의 파손을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 임프린트용 제조 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 임프린트용 제조 장치는 기판(101)과, 임프린트용 몰드(110)와, 광원부(112)와, 비젼부(124)와, 임프린트용 몰드 지지부(120)를 구비한다.
기판(101)은 스테이지(102)에 진공 흡착되어 스테이지(102) 상에 안착된다. 이러한 기판(101)에는 임프린트용 몰드(110)에 의해 가압/접촉됨으로써 패터닝되는 액상 고분자 전구체로 이루어진 박막 패턴(104)이 형성된다. 박막 패턴(104)은 임프린트용 몰드(110)의 홈과 돌출부 각각과 반전전사된 형태로 형성된다.
임프린트용 몰드(110)는 백플레인(108)과, 백플레인(108) 상에 형성되는 몰드부(106)로 이루어진다. 백플레인(108)은 도 3에 도시된 바와 같이 기판(101)보다 큰 사이즈로 형성된다. 몰드부(106)는 기판(101)과 유사한 사이즈로 형성되며 박막 패턴(104)을 형성하기 위한 홈과 돌출부를 구비한다.
광원부(112)는 임프린트용 몰드(110)에 자외선 또는 적외선 등의 광을 조사시켜 기판(101) 상에 형성된 박막 패턴(104)을 경화한다.
비젼부(124)는 임프린트용 몰드(110)와 기판(101)의 위치 편차를 확인하고 보정한다.
임프린트용 몰드 지지부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 지지프레임(114)과, 거치대(116)와, 수평 보정부(118)를 구비한다.
지지프레임(114)은 거치대(116)와 수평 보정부(118)를 지지하며, 수평 보정 부(118)의 수직 이동 경로를 마련하도록 형성된다.
거치대(116)는 임프린트용 몰드(110)의 백플레인(108)의 배면의 가장 자리가 안착되도록 형성된다. 즉, 거치대(116)는 기판(101)과 중첩되지 않는 임프린트용 몰드(110)의 백플레인(108)의 배면의 가장 자리와 접촉한다. 이에 따라, 거치대(116)은 광원부(112)를 이용한 액상 고분자 전구체의 경화 공정시 적외선 또는 자외선의 이동 경로에 영향을 주지 않는다.
수평 보정부(118)는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(101)과 중첩되지 않는 임프린트용 몰드(110)의 백플레인(108)의 상면의 가장 자리와 접촉한다. 또한, 수평 보정부(118)는 서스(Sus) 또는 알루미늄(Al) 등의 하드(Hard)한 중량체로 형성되므로 수평 보정부(118)의 면적을 최소화할 수 있어 수평 보정부(118)와 임프린트용 몰드(110)와 접촉 면적을 최소화할 수 있다. 따라서, 수평 보정부(118)는 광원부(112)를 이용한 액상 고분자 전구체의 경화공정시 적외선 또는 자외선의 이동 경로에 영향을 주지 않게 된다.
수평 보정부(118)는 임프린트용 몰드(110)와 기판(101)의 합착시 지지프레임(114)의 수직 이동경로를 따라 상승하게 된다. 이에 따라, 수평보정부(118)는 임프린트용 몰드(110)와 기판(101)의 합착시 임프린트용 몰드(110)의 상면과 접촉하지 않게 되므로 임프린트용 몰드(110)와 기판(101)의 합착시 수평 보정부(118)의 자중에 의한 압력이 기판(101) 상에 형성된 액상 고분자 전구체에 가해지지 않는다.
또한, 수평 보정부(118)는 거치대(116)와 엇갈리게 배치된다. 예를 들어, 수평 보정부(118)는 거치대(116)보다 임프린트용 몰드(110)의 몰드부(106)와 멀게 형성된다.
이러한 수평 보정부(118)는 거치대(116)에 안착된 임프린트용 몰드(110)의 백플레인(108)의 하중에 따른 처짐 방지하기 위해 백플레인(108)의 하중을 보상한다. 즉, 수평 보정부(118)는 백플레인(108)의 처짐 방향과 나란한 방향으로 백플레인(108)의 상면의 외곽부에 압력을 가한다.
도 5는 종래와 본 발명에 따른 임프린트용 몰드의 기판 처짐량을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 종래 임프린트용 몰드는 외곽부에서 중앙부로 갈수록 기판 쪽으로 휘어지게 된다. 특히, 종래 임프린트용 몰드는 도 4 및 표 1에 도시된 바와 같이 최대 처짐량이 기판 방향으로 약 847㎛까지 휘어지게 된다.
반면에 본 발명에 따른 임프린트용 몰드(110)는 수평 보정부(118)에 의해 임프린트용 몰드(110)의 처짐량을 최소화할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 임프린트용 몰드(110)는 표 1에 도시된 바와 같이 최대 처짐량이 기판(101) 방향으로 약 120㎛로, 종래보다 임프린트 몰드(110)의 처짐량이 최소화된다.
임프린트용 몰드의 위치 종래([㎛]) 본 발명([㎛])
25 1 0
70 -175 -32
115 -528 -71
160 -641 -94
205 -789 -102
250 -847 -120
295 -796 -105
340 -800 -98
385 -530 -87
430 -194 -45
475 -15 -20
이와 같이, 본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 장치는 임프린트용 몰드(110)의 하중을 보상할 수 있는 수평 보정부(118)를 통해 임프린트용 몰드(110)의 백플레인(108)의 하중에 따른 처짐을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 장치는 임프린트용 몰드(110)와 기판(101) 분리시 임프린트용 몰드(110)의 처짐없이 임프린트용 몰드(110)를 고정할 수 있으므로 임프린트용 몰드(110) 및 박막 패턴의 파손을 방지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 2에 도시된 평판 표시 소자의 제조 장치를 이용한 박막 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 기판(101) 상에 액상 고분자 전구체(126)가 스핀 코팅 또는 스핀리스 코팅 등의 방식 통해 도포된다. 액상 고분자 전구체(126)가 형성된 기판(101)은 도 6a에 도시된 바와 같이 스테이지(102) 상에 안착된다. 기판(101)이 안착된 스테이지(102)는 임프린트용 몰드(110)와 접촉하지 않는 최대한의 높이까지 상승하게 된다. 그런 다음, 비젼부(124)를 통해 임프린트용 몰드(110)와 기판(101) 각각에 형성된 얼라인키(도시하지 않음)가 일치하도록 임프린트용 몰드(110)와 기판(101)을 얼라인한다.
임프린트용 몰드(110)와 얼라인된 기판(101)이 안착된 스테이지(102)는 도 6b에 도시된 바와 같이 거치대(116)의 높이 이상까지 상승하게 된다. 동시에 임프린트용 몰드(110)와 수평 보정부(118)가 접촉하지 않도록 수평 보정부(118)는 지지프레임(114)의 이동 경로를 따라 비젼부(124)쪽으로 상승하게 된다.
여기서, 스테이지(102)가 거치대(116)의 높이 이상까지 상승하게 되면, 임프린트용 몰드(110)와 기판(101)이 합착되게 된다. 그러면, 액상 고분자 전구체 내의 용매가 임프린트용 몰드(110) 표면으로 흡수되면서 액상 고분자 전구체가 임프린트용 몰드(110)의 홈내로 이동하게 되며, 그 액상 고분자 전구체는 광원부(112)를 통해 경화됨으로써 박막 패턴(104)이 형성된다. 박막 패턴(104)은 임프린트용 몰드(110)의 홈과 반전 전사된 형태를 가진다.
그런 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이 박막 패턴(104)이 형성된 기판(101)이 안착된 스테이지(102)는 하강함과 동시에 수평 보정부(118)는 임프린트용 몰드(110)쪽으로 하강하게 된다. 이에 따라, 임프린트용 몰드(110)는 수평 보정부(118) 및 거치대(116)에 의해 수평 고정되고, 박막 패턴(104)이 형성된 기판(101)은 임프린트용 몰드(110)로부터 분리된다.
한편, 본 발명에 따른 임프린트용 몰드(110)로 형성된 박막 패턴(104)은 도 7에 도시된 액정 표시 패널에 적용된다. 구체적으로, 도 7에 도시된 본 발명에 따른 액정 표시 패널은 액정층(160)을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판(150) 및 컬러 필터 기판(140)을 구비한다.
컬러 필터 기판(140)은 상부기판(142) 상에 빛샘 방지를 위해 형성된 블랙매트릭스(144), 컬러 구현을 위한 컬러필터(166), 화소 전극과 전계를 형성하는 공통 전극(148), 평탄화를 위한 오버 코트층과, 오버 코트층 상에 형성되며 셀갭 유지를 위한 컬럼 스페이서와, 컬럼 스페이서와 이들을 덮는 상부 배향막(도시하지 않음)을 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(168)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 형성된 화소 전극(170) 및 이들을 덮는 하부 배향막(도시하지 않음)을 구비한다.
이러한 액정 표시 패널의 컬러필터(166), 블랙 매트릭스(154) 및 컬럼 스페이서, 박막트랜지스터(168), 게이트 라인(156), 데이터 라인(164) 및 화소 전극(170) 등은 각각의 패턴과 대응하는 홈을 가지는 상술한 임프린트용 몰드를 이용한 패터닝 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 종래 임프린트용 몰드를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 평판 표시 소자의 제조 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 몰드 지지부를 상세히 나타내는 단면도이다.
도 5는 종래와 본 발명에 따른 임프린트용 몰드의 처짐량을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 도시된 제조 장치를 이용한 본 발명에 따른 평판 표시 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 도 6a 내지 도 6c의 제조 방법에 의해 형성된 박막 패턴을 가지는 액정 표시 패널을 나타내는 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 임프린트용 몰드 116 : 거치대
118 : 수평보정부

Claims (10)

  1. 기판이 안착되는 스테이지와;
    돌출부와 홈을 가지는 몰드부를 구비하며, 상기 기판과 합착되어 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 임프린트용 몰드와;
    상기 임프린트용 몰드를 지지하는 거치대와;
    상기 거치대와 반대방향에서 상기 임프린트용 몰드를 가압하여 상기 임프린트용 몰드의 처짐을 보상하는 수평 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임프린트용 몰드의 크기는 상기 기판의 크기보다 크며,
    상기 거치대 및 상기 수평 보정부는 상기 기판과 비중첩되는 상기 임프린트용 몰드의 가장자리에 설치되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평 보정부는 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 합착시 상기 임프린트용 몰드와 비접촉되며, 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 분리시 상기 임프린트용 몰드와 접촉하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수평 보정부 및 상기 거치대를 지지하는 지지프레임을 추가로 구비하며,
    상기 수평보정부는 상기 지지프레임의 이동 경로를 따라 상하 이동하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평 보정부는 서스나 알루미늄계 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 장치.
  6. 스테이지 상에 액상 고분자 전구체가 형성된 기판이 안착되는 단계와;
    상기 스테이지를 상승시켜 홈과 돌출부를 가지는 몰드부를 구비하는 임프린트용 몰드로 상기 액상 고분자 전구체를 가압하도록 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판을 합착하는 단계와;
    상기 임프린트용 몰드를 거치대에 지지하고, 상기 거치대와 반대방향에서 수평보정부를 통해 상기 임프린트용 몰드를 가압함과 동시에 상기 스테이지를 하강시켜 상기 기판과 상기 임프린트용 몰드를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 임프린트용 몰드의 크기는 상기 기판의 크기보다 크며,
    상기 거치대 및 상기 수평 보정부는 상기 기판과 비중첩되는 상기 임프린트용 몰드의 가장자리에 설치되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 수평 보정부는 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 합착시 상기 임프린트용 몰드와 비접촉되며, 상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 분리시 상기 임프린트용 몰드와 접촉하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 합착시 상기 수평 보정부는 상기 수평 보정부를 지지하는 지지프레임의 이동 경로를 따라 상기 임프린트용 몰드의 반대 방향으로 이동하며,
    상기 임프린트용 몰드와 상기 기판 분리시 상기 수평 보정부는 상기 지지프레임의 이동 경로를 따라 상기 임프린트용 몰드쪽으로 이동하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 수평 보정부는 서스나 알루미늄계 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 평판 표시 소자의 제조 방법.
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