KR101375849B1 - 잉크 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 잉크 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법은 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 및 롤 프린트(roll print)공정을 이용하여 액정표시장치의 패턴을 형성하는데 있어, 고온에도 견딜 수 있는 고분자 수지 및 첨가제를 포함하는 고내열성 잉크 조성물을 이용함으로써 패턴의 선폭 및 선 간격을 일정하게 유지시켜 정밀한 미세 패턴을 형성하기 위한 것으로, 노블락 수지 5 내지 45 중량부; 열적 안정성을 유지하기 위해 첨가하며, 말단이 -OH기로 이루어져 있는 메틸갈레이트 또는 프로필갈레이트의 저분자 첨가제 5 내지 45 중량부; 및 유기용매 50 내지 90 중량부를 포함하며, 상기 저분자 첨가제의 열정 안정성으로 인해 90 ~ 250℃의 고온에서 열처리 후에도 패턴의 선폭의 변화가 없는 것을 특징으로 한다.

잉크 조성물, 임프린트 리소그래피, 롤 프린트, 고분자 수지, 첨가제

Description

잉크 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법{INK COMPOSITION AND METHOD OF FABRICATING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 잉크 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정밀한 미세 패턴을 형성할 수 있는 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 및 롤 프린트(roll print)공정용 고내열성 잉크 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법에 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 액정표시장치는 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 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si 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.

상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제작에 다수의 포토리소그래피(photolithography)공정을 필요로 한다.

또한, 일반적으로 정보저장, 소형 센서, 광결정 및 광학 소자, 미세 전자기계 소자, 표시 소자, 디스플레이 및 반도체에 적용되는 미세 패턴(fine pattern)을 형성하기 위해서는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 상기의 포토리소그래피공정을 이용하게 된다.

상기 포토리소그래피공정은 일종의 사진식각공정의 하나로 마스크에 그려진 패턴을 박막이 증착된 기판 위에 전사시켜 원하는 패턴을 형성하는 일련의 공정으로, 다음과 같이 감광액 도포, 정렬 및 노광, 현상공정 등 복잡한 다수의 공정으로 이루어져 있다.

먼저, 소정의 패턴을 형성하려는 박막 상에 감광물질인 포토레지스트를 도포한 후, 패턴이 형성된 포토마스크를 정렬하고 노광공정을 진행한다. 이때, 사용하는 포토마스크는 소정의 투과영역과 차단영역으로 구성되며, 상기 투과영역을 통과한 빛은 상기 포토레지스트를 화학적으로 변화시킨다.

상기 포토레지스트의 화학적 변화는 포토레지스트의 종류에 따라 달라지는데, 포지티브 타입의 포토레지스트는 빛을 받은 부분이 현상액에 의하여 용해되는 성질로 변화되며, 네거티브 타입의 포토레지스트는 반대로 빛을 받은 부분이 현상액에 용해되지 않는 성질로 변화된다. 여기서는 상기 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용한 경우를 예를 들어 설명한다.

상기 노광공정에 이어서 포토레지스트의 노광된 부분을 현상액을 이용하여 제거하게 되면 박막 상에 소정의 포토레지스트패턴이 형성된다.

이후, 상기 포토레지스트패턴의 형태대로 상기 박막을 식각하고, 남은 포토레지스트패턴을 제거하면 소정 형태의 박막패턴이 형성되게 된다.

상기의 일반적인 포토리소그래피공정은 노광공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 회로의 선폭 또는 패턴의 선폭이 결정된다. 현재의 기술 수준을 고려할 때 상기 포토리소그래피공정은 빛의 간섭 때문에 70nm 이하의 미세 패턴을 기판상에 형성하는 것은 어려운 상황이다.

또한, 패턴의 초미세화가 진행됨에 따라 고가의 노광 장비로 인하여 초기 투자비용이 증가하고 고해상도의 마스크가 요구되는 등 공정비용이 과다해지는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 패턴을 형성할 때마다 노광, 노광 후 베이크, 현상, 현상 후 베이크, 식각공정, 세정공정 등 복잡한 공정을 수행해야만 하기 때문에 공정 시간이 오래 걸리고, 다수회의 포토공정을 반복해야만 하기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로 임프린트 리소그래피 및 롤 프린트 공법이 대두되고 있다. 임프린트 리소그래피는 나노 스케일을 각인하기 위해 미국 프린스턴 대학교의 스테판 쵸우(Stephen chou) 등에 의해 최초로 발명된 방법으로 상대적으로 강도가 강한 무기물 또는 고분자의 표면에 필요로 하는 형상을 미리 제작하여, 이를 다른 물질 위에 도장 찍듯이 하여 미세 패턴을 형성하는 것이다. 구체적으로, 원하는 미세 패턴을 미리 형성시킨 무기물 또는 고분자 몰드(mold)를 사용하여 금속막 또는 유기막 위에 코팅된 경화성 조성물에 합착하고 열 또는 광경화시켜 패턴을 형성하는 공법으로 기존 포토리소그래피 방법에 비해서 공정이 단순하고 미세 패턴 형성에 유리한 이점이 있다.

또한, 롤 프린트 공법은, 예를 들어 대한민국특허출원 제2006-0005482호(공개특허공보 제10-2007-76292호)에 롤 프린트 장치 및 이를 이용한 표시 장치의 제조방법으로 개시되어 있는데, 기존의 포토리소그래피공정에서 패턴을 형성시킬 때 사용되는 고해상도의 마스크 대신 실리콘 고분자와 클리체(cliche)를 사용하여 미세 패턴을 형성하고자 하는 기판에 직접적인 패턴 전사를 통해 미세 패턴을 형성하게 된다.

그러나, 미세 패턴 형성 후 저온의 베이크 공정에서는 형성하고자 하는 기판과 잉크 조성물간의 접착력 감소로 식각시 보호해야 할 메탈 기판이 없어지는 문제점이 발생하는 한편, 고온의 베이크 공정에서는 형성하고자 하는 기판과 잉크 조성물간의 접착력은 증대되나, 잉크 조성물에 의해서 형성된 패턴의 선폭 및 선 간격이 흘러서 변형이 일어남으로써 미세 패턴이 잘못 형성되는 등 불량이 과다하게 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 연속해서 미세 패턴을 전사시키는데 한계가 있으며, 미세 패턴의 정밀도를 증진시키는데 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 포토리소그래피 기술을 대체하는 임프린트 리소그래피 및 롤 프린트공정을 이용하여 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 고온에도 견딜 수 있는 고분자 수지 및 첨가제를 사용함으로써 패턴의 선폭 및 선 간격을 일정하게 유지시키는 한편, 패턴의 정밀도를 증진시키도록 한 임프린트 리소그래피 및 롤 프린트공정용 잉크 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.

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

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 잉크 조성물은 노블락 수지 5 내지 45 중량부; 열적 안정성을 유지하기 위해 첨가하며, 말단이 -OH기로 이루어져 있는 메틸갈레이트 또는 프로필갈레이트의 저분자 첨가제 5 내지 45 중량부; 및 유기용매 50 내지 90 중량부를 포함하며, 상기 저분자 첨가제의 열정 안정성으로 인해 90 ~ 250℃의 고온에서 열처리 후에도 패턴의 선폭의 변화가 없는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 다수개의 어레이 기판 또는 다수개의 컬러필터 기판이 배치된 모기판을 제공하는 단계; 상기 어레이 기판들에 어레이공정을 진행하며, 상기 컬러필터 기판들에 컬러필터공정을 진행하는 단계; 상기 어레이공정이나 컬러필터공정이 진행된 모기판 표면에 배향막을 형성하는 단계; 상기 배향막이 형성된 모기판에 러빙을 실시하는 단계; 상기 러빙공정이 끝난 한 쌍의 모기판을 합착하는 단계; 및 상기 합착된 모기판을 다수개의 단위 액정표시패널로 절단하는 단계를 포함하며, 상기 어레이공정 및 컬러필터공정을 진행할 때 노블락 수지 5 내지 45 중량부, 열적 안정성을 유지하기 위해 첨가하며, 말단이 -OH기로 이루어져 있는 메틸갈레이트 또는 프로필갈레이트의 저분자 첨가제 5 내지 45 중량부 및 유기용매 50 내지 90 중량부를 포함하며, 상기 저분자 첨가제의 열정 안정성으로 인해 90 ~ 250℃의 고온에서 열처리 후에도 패턴의 선폭의 변화가 없는 잉크 조성물을 사용한 임프린트 리소그래피나 롤 프린트공정을 통해 미세 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법은 고온에도 견딜 수 있는 고분자 수지 및 첨가제를 사용하여 패턴의 선폭 및 선 간격을 일정하게 유지시킴으로써 연속해서 미세 패턴을 전사시킬 수 있으며, 패턴의 정밀도를 증진시킴으로써 수율 개선 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 잉크 조성물은 고분자 수지 5 내지 45 중량부, 첨가제 5 내지 45 중량부 및 유기용매 50 내지 90 중량부를 포함하며, 특히 열적 안정성을 유지할 수 있는 첨가제를 첨가함으로써 우수한 내열성 및 패턴 형성능력을 가지며, 또한 패턴 전사율을 높여서 수율 개선 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 본 발명의 실시예에 따른 고분자 수지는 통상의 잉크 조성물에 사용되는 노블락 수지, 아크릴 수지 등을 사용할 수 있다.

이때, 상기 노블락 수지는 메타 크레졸, 파라 크레졸, 2,3,5-트리메킬페놀, 2,3-자일렌, 3,5-자일렌 등의 방향족 알코올과 포름알데히드 또는 파라포름알데히드를 반응시켜 합성한 고분자를 사용할 수 있다. 또한, 상기 아크릴 수지는 불포화 카르복실산, 방향족 단량체, 아크릴 단량체 등을 중합한 것을 사용할 수 있다.

상기 고분자 수지의 분자량은 2,000 내지 100,000인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 45,000일 수 있다.

상기 고분자 수지는 조성물 총 100 중량부에 대하여 5 내지 45 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 7 내지 12.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내인 경우 패턴 지지체의 역할과 패턴 전사율을 높여서 수율 개선 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 첨가제는 잉크 조성물의 열적 안정성을 조절 가능하게 하는 역할을 하며, 예를 들어 펜타에리트리톨, 메틸갈레이트, 프로필갈레이트, 라우릴갈레이트, 옥틸갈레이트, 메톨, 티라민 하이드로클로라이드, 1-(3-하이드록페닐)피페라진, 4-브로모-2-(5-이소사조릴)페놀, 4-(이미다졸-1-yl)페놀, 아피제닌, 2-(4,5-디하이드로-1H-이미다졸-2-yl)페놀, 3-(4,5-디하이드로-1H-이미다졸-2-yl)페놀, 4-(4,5-디하이드로-1H-이미다졸-2-yl)페놀, 4-니트로-2-(1H-피라졸-3-yl)페놀, 2-(2-하이드록시페닐)-1H-벤지미다졸, 4-(4-메틸-4,5-디하이드로-1H-이미다졸-2-yl)페놀, 1-아미노-2-나프톨 하이드로클로라이드, 2,4-디아미노 페놀 디하이드로클로라이드, 2-아세타미도페놀, 2-아미노-3-나이트로페놀, 2-아미노-4-클로로-5-나이트로페놀, 2-아미노-5-나이트로페놀, 3-아미노-2-나프톨, 3-메톡시티라민 하이드로클로라이드, 4,7-디메톡시-1,10-페난트롤린, 4-아미노-1-나프톨 하이드로클로라이드, 4-아미노-3-클로로페놀 하이드로클로라이드, 4-아미노페놀 하이드로클로라이드, 4-트리틸페놀, 8-아미노-2-나프톨, 비오차닌 A, 클로라닐, 펜타브로모페놀, 케르세틴 디하이드레이트, 피세틴, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠, 트리스(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시벤질)이소시아누레이트, 옥타데실-3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 2,5-비스(1,1-디메틸프로필)-1,4-벤젠디올, 1,1,3-트리스-(2-메틸-4-하이드록시-5-터트-부틸페닐)부탄, 트리에틸렌글리콜-비스(3-터트-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트, 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-(1-메틸시클로헥실)-페놀), 트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스파이트 등을 사용할 수 있다.

이때, 상기 첨가제는 본 발명의 잉크 조성물에 5 내지 45 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 7 내지 12.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내인 경우 패턴의 선폭 및 선 간격을 일정하게 유지시켜서 미세 패턴을 형성하고자 하는 기판에 패턴의 정밀도를 증진시켜서 수율 개선 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 본 발명의 실시예에 따른 유기용매는 상기 고분자 수지 및 첨가제에 필요에 따라 추가적으로 사용 가능한 시인성 화합물 등 용해가 용이한 것을 사용할 수 있다.

예를 들어, 상기 유기용매는 아크릴로니트릴, 아세토니트릴, 글리세롤, 디메틸설폭사이드, 나이트로메탄, 디메틸포르아마이드, 페놀, N-메틸피롤리돈, 피리딘 퍼플로오로트리부틸아민, 퍼플르오로데칼린, 2-부타논, 메틸렌카보네이트; 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 프로필렌에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 부탄디올, 벤질알코올, 헥실알코올, 알릴알코올 등의 알코올류; 프로필렌카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 메톡시벤젠, 1,4-디옥산, 1-메톡시-2-프로판올, 메톡시벤젠, 디부틸에테르, 디페놀에테르 등의 에테르류; 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 프로필아세테이트, 부틸아세테이트, 에틸프로피온, 에틸에스테르, 부틸에스테르, 메틸-2-하이드록시이소부티라트, 2-메톡시-1-메틸에틸에스테르, 2-메톡시에탄올아세테이트, 2-에톡시에탄올아세테이트 등의 에스테르류; 에틸렌글리콜메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 에틸렌글리콜메틸에테르프로피오네이트, 에틸렌글리콜에틸에테르프로피오네이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르프로피오네이트류; 에틸렌글리콜메틸에테르, 에틸렌글리콜에틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류; 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 등의 디에틸렌글리콜알킬에테르류; 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜프로필에테르아세테이트 등의 프로필렌글리콜알킬에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜메틸에테르프로피오네이트, 프로필렌글리콜에틸에테르프로피오네이트, 프로필렌글리콜프로필에테르프로피오네이트 등의 프로필 렌글리콜알킬에테르프로피오네이트류; 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜에틸에테르, 프로필렌글리콜프로필에테르, 프로필렌글리콜부틸에테르 등의 프로필렌글리콜모노알킬에테르류; 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디포로필렌글리콜디에틸에테르 등의 디프로필렌글리콜알킬에테르류; 부틸렌글리콜모노메틸에테르, 부틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 부틸렌글리콜모노메틸에테르류; 및 디부틸렌글리콜디메틸에테르, 디부틸렌글리콜디에틸에테르 등의 디부틸렌글리콜알킬에테르류 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 상기 유기용매는 실리콘 고분자에 코팅성능을 개선하기 위하여 단일 용매를 사용하는 것보다 2종 이상의 용매를 혼합해서 사용하는 것이 패턴 전사에 유리하다.

상기 유기용매는 잉크 조성물에 대하여 50 내지 90 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70 내지 80 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내인 경우 용해성 및 공정의 효율성을 동시에 기여할 수 있다.

상기와 같은 성분으로 이루어지는 본 발명의 임프린트 리소그래피 및 롤 프린트용 잉크 조성물은 계면활성제 또는 밀착성 증감제나 시인성 화합물을 추가로 포함할 수 있다.

이때, 상기 계면활성제는 실리콘 고분자에서 발생하는 잉크 재료의 얼룩 및 홀 자국을 예방하고, 원만한 코팅성능을 확보하는 작용을 한다.

상기 계면활성제는 실리콘 계열 계면활성제 또는 퍼플로오로알킬올리고머와 같은 불소 계열의 계면활성제를 사용할 수 있으며, 그 함량은 잉크 조성물 총 100 중량부에 대하여 0.01 내지 3 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 밀착성 증감제는 하부막에 대한 밀착 특성을 향상시키기 위해 사용되며, 일반적인 멜라닌계 가교제를 사용할 수 있다.

상기 멜라닌계 가교제로는 요소와 포름알데히드의 축합생성물, 멜라민과 포름알데히드의 축합생성물, 알코올로부터 얻어진 메틸올요소알킬에테르류나 메틸올멜라민알킬에테르류 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 요소와 포름알데히드의 축합생성물로는 모노메틸올요소, 디메틸올요소 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 멜라민과 포름알데히드의 축합생성물로는 헥사메틸올멜라민을 사용할 수 있으며, 그밖에 멜라민과 포름알데히드의 부분적인 축합 생성물도 사용할 수 있다. 또한, 상기 메틸올요소알킬에테르류로는 요소와 포름알데히드의 축합생성물에 메틸올기의 부분 또는 전부에 알코올류를 반응시켜 얻어지는 것으로, 그 구체적 예로는 모노메틸요소메틸에테르, 디메틸요소메틸에테르 등을 사용할 수 있다. 상기 메틸올멜라민알킬에테르류로는 멜라민과 포름알데히드의 축합생성물에 메틸올기의 부분 또는 전부에 알코올류를 반응시켜 얻어지는 것으로, 그 구체적 예로서는 헥사메틸올멜라민헥사메틸에테르, 헥사메틸올멜라민헥사부틸에테르 등을 사용할 수 있다. 또한, 멜라민의 아미노기의 수소원자가 히드록시 메틸기 및 메톡시 메틸기로 치환된 구조의 화합물, 멜라민의 아미노기의 수소원자가 부톡시 메틸기 및 메톡시 메틸기로 치환된 구조의 화합물 등도 사용할 수 있으며, 특히 메틸올멜라민알킬에테르류를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 밀착성 증감제를 사용할 경우 그 함량은 조성물 총 100 중량부에 대하 여 0.01 내지 5 중량부로 사용되는 것이 좋으며, 바람직하게는 0.5 내지 2.5 중량부로 사용될 수 있다. 상기 범위 내인 경우 본 발명의 실시예에 따른 잉크 조성물이 하부기판과의 우수한 밀착성을 가지게 하며, 추후에 식각공정에서 패턴 아래 부분의 메탈층을 보호하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 시인성 화합물은 염료 내지 안료 내지 감광성 화합물을 사용하여 잉크 조성물의 시인성을 확보할 수 있으며, 고분자 수지와 용해하여 패턴 전사능력을 우수하게 형성시키는 한편 원하고자 하는 기판과의 접착력 확보를 용이하게 하는 작용을 한다.

상기 시인성 화합물로는 디아지드계 화합물로 트리하이드록시 벤조페논과 2-디아조-1-나프톨-5-술폰산을 에스테르화 반응시켜 제조된 2,3,4-트리하이드록시벤조페논-1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포네이트, 테트라하이드록시 벤조페논과 2-디아조-1-나프톨-5-술폰산을 에스테르화 반응시켜 제조된 2,3,4,4-테트라하이드록시벤조페논-1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포네이트 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 시인성 화합물을 사용할 경우 그 함량은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 조성물 총 100 중량부에 대하여 0.001 내지 3.0 중량부로 사용되는 것이 좋으며, 바람직하게는 0.001 내지 2.0 중량부로 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 조성물은 임프린트 리소그래피 및 롤 프린트공정을 이용한 패턴 형성에 적용되어 기판에 정밀한 미세 패턴을 형성할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 잉크 조성물은 90 ~ 250℃ 정도의 고온에도 견딜 수 있는 고분자 수지 및 첨가제를 포함함으로써 미세 패턴의 전사율이 우수하며 미세 패턴의 형성이 정밀하게 이루어지게 되는데, 이를 비교예와 비교하여 상세히 설명한다.

도 2는 첨가제를 달리하여 제조한 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물을 비교하여 나타내는 표로써, 단위는 중량부이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물은 고분자 수지, 유기용매, 계면활성제 및 밀착성 증감제로 노블락수지, 에탄올, 실리콘계열 및 헥사메틸올멜라민헥사메틸에테르를 사용하였으며, 각각의 첨가제로는 메틸갈레이트, 프로필갈레이트, 2,4-디메틸페놀 및 로진류를 사용한 경우를 나타내고 있다.

이때, 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물은 모두 총 100 중량부에 대하여 고분자 수지, 첨가제, 유기용매, 계면활성제 및 밀착성 증감제를 각각 10.0, 10.0, 80.0, 1.0 및 3.0 중량부로 포함되도록 한 것이다.

상기와 같이 제조한 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물을 이용하여 다음과 같은 방법으로 물성을 평가하였다.

먼저, 패턴이 없는 실리콘 고분자 위에 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물을 코팅한 후, 10초 동안 자연 건조시킨다. 그리고, 실리콘 고분자가 클리체를 지나면서 형성하고자 하는 기판에 미세 패턴을 전사시킨 다음 패턴의 전사율을 측정하였다.

도 3은 상기 도 2에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물의 패턴 전사율을 비교하여 나타내는 표로써, 패턴의 전사율은 1×1㎜의 크기를 가진 셀 100개 내에서 패턴 형성의 유무에 따라 0 ~ 100%로 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1, 2의 패턴 전사율은 각각 98% 및 97%인 반면 비교예 1, 2의 패턴 전사율은 각각 85% 및 79%임을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 고내열성의 첨가제를 사용한 실시예 1, 2의 잉크 조성물은 패턴 전사율이 97% 이상으로 우수하게 나타남을 확인할 수 있다.

또한, 미세 패턴 형성의 정밀도를 측정하기 위해 패턴이 없는 실리콘 고분자 위에 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물을 코팅한 후, 일정 시간 동안 자연 건조시킨다. 그리고, 실리콘 고분자가 클리체를 지나면서 형성하고자 하는 기판 위에 미세 패턴을 전사시킨다. 그 다음, 미세 패턴이 전사된 기판을 200℃의 고온에서 3분 동안 열처리를 한 후 광학현미경을 통하여 패턴 형성의 정밀도를 확인하였으며, 그 결과를 각각 다음의 도 4 내지 도 7에 나타내고 있다.

도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하여 형성한 미세 패턴의 열처리 공정 후의 표면을 나타내는 광학현미경 사진들이며, 도 6 및 도 7은 각각 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하여 형성한 미세 패턴의 열처리 공정 후의 표면을 나타내는 광학현미경 사진들이다.

먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 잉크 조성물은 균일한 패턴을 형성하여 열처리 전후에 있어 패턴의 선폭 변화 가 없음을 알 수 있어 패턴 형성의 정밀도가 우수함을 알 수 있다.

반면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 비교예 1 및 비교예 2의 경우에는 열처리 전후 패턴의 선폭 변화가 심한 것을 확인할 수 있어 패턴 형성이 정밀하게 나타나지 않음을 알 수 있다.

이와 같은 특징을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 조성물은 임프린트 리소그래피 및 롤 프린트공정에 이용되어 정보저장, 소형 센서, 광결정 및 광학 소자, 미세 전자기계 소자, 표시 소자, 디스플레이 및 반도체에 적용되는 미세 패턴을 형성할 수 있게 되는데, 이를 다음의 액정표시장치의 제조방법을 예를 들어 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용한 액정표시장치의 제조방법을 순차적으로 나타내는 흐름도로써, 액정적하방식으로 액정층을 형성하는 경우의 액정표시장치의 제조방법을 나타내고 있다. 다만, 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 셀공정으로 구분될 수 있다.

우선, 어레이공정에 의해 하부기판에 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인과 데이터라인을 형성하고 상기 화소영역 각각에 상기 게이트라인과 데이터라인에 접속되는 구동소자인 박막 트랜지스터를 형성한다(S101). 또한, 상기 어레이공정을 통해 상기 박막 트랜지스터에 접속되어 박막 트랜지스터를 통해 신호가 인가됨에 따라 액정층을 구동하는 화소전극을 형성한다.

또한, 상부기판에는 컬러필터공정에 의해 컬러를 구현하는 적, 녹 및 청색의 서브컬러필터로 구성되는 컬러필터층과 공통전극을 형성한다(S103).

이때, 상기 어레이공정 및 컬러필터공정을 통해 다양한 미세 패턴이 형성되게 되는데, 여기서 본 발명의 실시예에 따른 잉크 조성물을 사용한 임프린트 리소그래피 및 롤 프린트공정을 이용할 수 있게 되며, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

한편, 상기 하부기판과 상부기판은 대면적의 모기판으로 이루어져 있다. 다시 말해서, 대면적의 모기판에 복수의 패널영역이 형성되고, 상기 패널영역 각각에 구동소자인 박막 트랜지스터 및 컬러필터층이 형성되게 된다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하여 잉크 패턴을 형성하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 롤 프린트공정을 예를 들어 설명하고 있다. 다만, 본 발명이 상기 롤 프린트공정에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 임프린트 리소그래피를 통해 잉크 패턴을 형성하는 경우에도 적용 가능하다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 우선 대상 잉크 패턴과 실질적으로 동일한 인쇄 홈(102) 패턴을 갖는 인쇄판(101)을 준비한다. 이어서, 잉크 공급장치(104)로부터 상기 인쇄판(101) 상에 용매(溶劑)를 포함하는 잉크(103)를 제공한다.

도면에는 자세히 도시하지 않았지만, 롤 프린트 장치는 대상 기판에 다양한 잉크 패턴을 인쇄하는데 사용되는 장치로써, 인쇄판(101), 상기 인쇄판(101)에 잉 크(103)를 제공하는 잉크 공급장치(104) 및 상기 인쇄판(101)에 충진된 잉크(103)를 대상 기판으로 전사하는 전사 시트를 구비하는 전사 롤러를 포함한다.

이때, 상기 인쇄판(101)은 그 상면에 목적으로 하는 대상 잉크 패턴을 형성하기 위한 다수개의 인쇄 홈(102) 패턴을 구비하며, 상기 인쇄 홈(102) 패턴은 대상 잉크 패턴과 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다.

상기 잉크 공급장치(104)는 예를 들어, 스핀 도포, 롤러 도포, 슬릿 도포 등의 적당한 방법을 사용하여 0.5 ~ 10㎛의 두께로 잉크(103)를 상기 인쇄판(101) 위에 도포하게 된다.

여기서, 상기 본 발명의 실시예에 따른 잉크(103)를 구성하는 잉크 조성물은 고분자 수지 5 내지 45 중량부, 첨가제 5 내지 45 중량부 및 유기용매 50 내지 90 중량부를 포함하며, 특히 열적 안정성을 유지할 수 있는 첨가제를 5 내지 45 중량부로 첨가함으로써 우수한 내열성 및 패턴 형성능력을 가지며, 또한 패턴 전사율을 높여서 수율 개선 및 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 인쇄판(101) 위에 도포된 잉크(103)는 블레이드(130)를 이용하여 인쇄 홈(102) 내로 충진될 수 있다. 즉, 잉크(103)가 제공된 인쇄판(101) 상에 블레이드(130)를 위치시키고, 인쇄판(101)의 상면에 접촉한 상태에서 일 방향으로 이동시키면, 인쇄판(101) 상면에 제공된 잉크(103)가 진행 방향으로 밀리면서 인쇄 홈(102) 내에 채워지게 된다. 또한, 인쇄 홈(102)을 제외한 인쇄판(101) 상면의 잉크(103)는 상기 블레이드(130)에 의해 제거된다. 이때, 인쇄판(101) 상면의 잔류 잉크(103)를 확실히 제거하기 위해 제거용 블레이드(미도시)가 더 구비될 수도 있다.

다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 전사 시트(155)가 구비된 전사 롤러(150)를 잉크(103)가 충진된 인쇄판(101) 상면에서 롤링(rolling)한다. 그 결과, 인쇄 홈(102)에 충진된 잉크(103)가 전사 롤러(150)의 전사 시트(155)에 전사된다.

상기 전사 롤러(150)는 예컨대 원통형으로 형성될 수 있으며, 외면을 전사 시트(155)가 덮고 있다. 상기 전사 시트(155)는 잉크(103)와의 부착성이 우수한 재질로 이루어지며, 예를 들어 친수성이 우수한 실리콘을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전사 시트(155)는 인쇄판(101)으로부터의 전사 및 대상 기판으로의 재전사가 용이하도록 탄성을 가질 수 있다.

이어서, 도 9d에 도시된 바와 같이, 전사 롤러(150)를 일 방향으로 롤링 이동하여 전사 시트(155)에 전사된 잉크를 대상 기판(110)으로 재전사 하여 소정의 잉크 패턴(120)을 형성한다.

이때, 상기 전사 롤러(150)가 회전하면서 전사 롤러(150)를 덮고 있는 전사 시트(155)가 대상 기판(110)의 상면과 접촉하도록 전사 롤러(150)와 하부 프레임(미도시)간의 간격을 조절할 수 있다. 여기서, 전사 롤러(150)의 전사 시트(155)가 대상 기판(110)의 상면에 반드시 접촉할 필요는 없지만, 적어도 인쇄판으로부터 전사 시트(150)에 전사된 잉크가 대상 기판(110)의 상면에 닿을 수 있을 정도의 거리는 유지되어야 한다.

이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 자외선을 이용하여 광경화 공정을 진행할 수 있으며, 또는 90 ~ 200℃의 온도로 열처리하는 열경화 공정을 진행하거나 광경화 공정과 열경화 공정을 병행하여 진행할 수 있다. 이때, 상기 열처리 공정은 잉크 조성물 중 고체 성분을 열분해시키지 않으면서 용매를 증발시키기 위하여 실시하는 것이다. 일반적으로, 열처리 공정을 통하여 용매의 농도를 최소화하는 것이 바람직하며, 두께 10㎛ 이하의 잉크 막이 기판에 남을 때까지 실시하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 공정은 잉크 막과 기판과의 접착성 및 내화학성을 증진시킨다. 상기와 같은 공정이 완료된 기판을 부식 용액 또는 기체 플라즈마로 처리하여 노출된 기판 부위를 처리하며, 이때 기판의 노출되지 않은 부위는 잉크 막에 의하여 보호된다. 이와 같이 기판을 처리한 후 적절한 스트리퍼로 잉크 막을 제거함으로써 기판에 미세 패턴을 형성시킬 수 있게 된다.

이어서, 상기 상부기판 및 하부기판에 각각 배향막을 인쇄한 후 상부기판과 하부기판 사이에 형성되는 액정층의 액정분자에 배향규제력 또는 표면고정력(즉, 프리틸트각(pretilt angle)과 배향방향)을 제공하기 위해 상기 배향막을 배향 처리한다(S102, S104).

이후, 적하방식을 이용한 경우에는 상기 컬러필터 기판에 실런트로 소정의 실 패턴을 형성하는 동시에 상기 어레이 기판에 액정층을 형성하게 된다(S105, S106).

상기 적하 방식은 디스펜서를 이용하여 복수의 어레이 기판이 배치된 대면적의 제 1 모기판이나 또는 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 액정표시패널에 적하 방식을 통해 액정층을 형성하는 경우에는 액정이 화상표시 영역 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있도록 실 패턴이 화소부 영역 외곽을 감싸는 폐쇄된 패턴으로 형성되어야 한다.

상기 적하 방식은 진공주입 방식에 비해 짧은 시간에 액정을 적하할 수 있으며, 액정표시패널이 대형화될 경우에도 액정층을 매우 신속하게 형성할 수 있다.

또한, 기판 위에 액정을 필요한 양만 적하하기 때문에 진공주입 방식과 같이 고가의 액정을 폐기함에 따른 액정표시패널의 단가 상승을 방지하여 제품의 가격경쟁력을 강화시키게 된다.

이후, 상기와 같이 액정이 적하되고 실링재가 도포된 상기 상부기판과 하부기판을 정렬한 상태에서 압력을 가하여 상기 실링재에 의해 상기 하부기판과 상부기판을 합착함과 동시에 압력의 인가에 의해 적하된 액정을 패널 전체에 걸쳐 균일하게 퍼지게 한다(S107). 이와 같은 공정에 의해 대면적의 모기판(하부기판 및 상부기판)에는 액정층이 형성된 복수의 액정표시패널이 형성되며, 이 유리기판을 가공, 절단하여 복수의 액정표시패널로 분리하고 각각의 액정표시패널을 검사함으로써 액정표시장치를 제작하게 된다(S108, S109).

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.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.

도 2는 첨가제를 달리하여 제조한 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물을 비교하여 나타내는 표.

도 3은 상기 도 2에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물의 패턴 전사율을 비교하여 나타내는 표.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하여 형성한 미세 패턴의 열처리 공정 후의 표면을 나타내는 광학현미경 사진.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하여 형성한 미세 패턴의 열처리 공정 후의 표면을 나타내는 광학현미경 사진.

도 6은 비교예 1에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하여 형성한 미세 패턴의 열처리 공정 후의 표면을 나타내는 광학현미경 사진.

도 7은 비교예 2에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하여 형성한 미세 패턴의 열처리 공정 후의 표면을 나타내는 광학현미경 사진.

도 8은 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용한 액정표시장치의 제조방법을 순차적으로 나타내는 흐름도.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하여 잉크 패턴을 형성하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

101 : 인쇄판 102 : 인쇄 홈

103 : 잉크 104 : 잉크 공급장치

110 : 기판 120 : 잉크 패턴

130 : 블레이드 150 : 전사 롤러

155 : 전사 시트

Claims (9)

1. 노블락 수지 5 내지 45 중량부;

   열적 안정성을 유지하기 위해 첨가하며, 말단이 -OH기로 이루어져 있는 메틸갈레이트 또는 프로필갈레이트의 저분자 첨가제 5 내지 45 중량부; 및

   유기용매 50 내지 90 중량부를 포함하며,

   상기 저분자 첨가제의 열정 안정성으로 인해 90 ~ 250℃의 고온에서 열처리 후에도 패턴의 선폭의 변화가 없는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 잉크 조성물은 임프린트 리소그래피 또는 롤 프린트를 이용한 패턴 형성에 사용되는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 실리콘 고분자에서 발생하는 잉크 재료의 얼룩 및 홀 자국을 예방하기 위해 상기 잉크 조성물 총 100 중량부에 대하여 0.01 내지 3 중량부의 계면활성제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
6. 제 1 항에 있어서, 하부막에 대한 밀착 특성을 향상시키기 위해 상기 잉크 조성물 총 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부의 밀착성 증감제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
7. 제 1 항에 있어서, 잉크 조성물의 시인성을 확보하며, 고분자 수지와 용해하여 패턴 전사능력을 우수하게 형성시키는 위해 상기 잉크 조성물 총 100 중량부에 대하여 0.001 내지 3.0 중량부의 시인성 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
8. 다수개의 어레이 기판 또는 다수개의 컬러필터 기판이 배치된 모기판을 제공하는 단계;

   상기 어레이 기판들에 어레이공정을 진행하며, 상기 컬러필터 기판들에 컬러필터공정을 진행하는 단계;

   상기 어레이공정이나 컬러필터공정이 진행된 모기판 표면에 배향막을 형성하는 단계;

   상기 배향막이 형성된 모기판에 러빙을 실시하는 단계;

   상기 러빙공정이 끝난 한 쌍의 모기판을 합착하는 단계; 및

   상기 합착된 모기판을 다수개의 단위 액정표시패널로 절단하는 단계를 포함하며,

   상기 어레이공정 및 컬러필터공정을 진행할 때 노블락 수지 5 내지 45 중량부, 열적 안정성을 유지하기 위해 첨가하며, 말단이 -OH기로 이루어져 있는 메틸갈레이트 또는 프로필갈레이트의 저분자 첨가제 5 내지 45 중량부 및 유기용매 50 내지 90 중량부를 포함하며, 상기 저분자 첨가제의 열정 안정성으로 인해 90 ~ 250℃의 고온에서 열처리 후에도 패턴의 선폭의 변화가 없는 잉크 조성물을 사용한 임프린트 리소그래피나 롤 프린트공정을 통해 미세 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
9. 삭제

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