KR20020032883A - 마킹용 레이저를 이용한 투명 아이티오 전극 패턴 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고출력 마킹용 레이저(이하 레이저라 칭하겠음.)를 이용하여 액정 광학 표시장치 등에 많이 쓰이는 투명 아이티오 박막의 전극 패턴을 만드는 방법에 관한 것으로서, 알루미늄과 같은 금속판의 특정한 위치에 고출력 레이저를 조사시켜 레이저가 조사된 부분의 금속 표면을 순간적으로 고온으로 만들고, 이러한 금속 표면에서 발생한 열을 이용하여 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱과 같은 전자재료 기판 위에 코팅한 아이티오 박막을 완전 산화시킴으로서 원래 전기 전도성을 가진 아이티오 박막을 전기 전도성이 없는 아이티오 박막으로 바꾸어 원하는 형태의 투명한 아이티오 전극 패턴을 손쉽고 간단하게 제작할 수 있다.

Description

마킹용 레이저를 이용한 투명 아이티오 전극 패턴 제작 방법 {Transparent ITO Pattern-Cutting Process Using Laser Marker}

본 발명은 레이저를 이용하여 액정 광학 장치, 투명 열선 장치 등에 쓰이는 투명 아이티오(ITO) 박막 전극 패턴을 만드는 방법에 관한 것으로 특히 금속판의 특정 위치에 고출력 레이저를 조사시켜 그 위치의 금속 표면을 순간적으로 고온으로 만들며 이러한 금속 표면에서 발생한 열을 이용하여 특정 부분의 전도성을 가진 아이티오를 전도성이 없는 아이티오로 바꾸어 원하는 전극 패턴을 제작하는 방법에 관한 것이다.

아이티오는 산화인듐(Indium Oxide)과 산화주석(Tin Oxide)이 혼합된 물질로 아이티오를 이용한 전극은 기존의 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 전극과는 달리 투명하기 때문에 최근 액정표시소자가 컴퓨터의 표시 장치, 휴대용 전화기의 표시 장치 등 각종 표시 장치에 사용됨에 따라 이러한 액정소자의 투명 전극으로서 많이 사용되고 있다.

일반적으로 투명 전극으로 사용하는 아이티오는 진공 증착 방식을 통해 유리 기판 위에 얇은 박막 형태로 제작하며, 원하는 형태의 전극 모양을 갖게 하기 위해서는 사진묘화공정(photo-lithography method)을 사용하여 특정한 부분의 아이티오 박막을 제거하거나 완전 산화시켜 전기 전도성을 없앤다.

아이티오 전극 패턴을 만들기 위해 현재까지 일반적으로 알려진 방법은 기존의 전자회로를 제조할 때 금속 전극 패턴을 만드는 공정과 마찬가지로 화학 용액을 사용하며 여러 단계의 복잡한 공정을 거치는 습식 식각 방법을 사용하는 것이다.

이 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

우선 투명 유리 기판에 코팅된 아이티오 박막 위에 자외선 빛에서만 화학 반응을 하는 포토레지스트(photo-resist)를 코팅한다. 그 다음 이렇게 포토레지스트가 코팅된 아이티오 박막 위에 전극 모양에 상응하는 모양을 갖는 마스크를 올려놓은 후 마스크가 열린 부분의 포토레지스트에 자외선 빛을 조사하는 노광 공정을 거친다.

그 다음 화학 용액을 사용하여 포토레지스트의 성질에 따라 빛과 접촉한 부분 또는 빛이 접촉하지 않은 부분의 포토레지스트 패턴을 제거한다. 그 후 전체 유리 기판을 또 다른 아이티오와 반응하는 화학 용액에 넣으면 포토레지스트가 남아있는 부분은 화학 반응이 일어나지 않아 아이티오가 남아있고 포토레지스트가 제거된 부분은 화학 반응에 의해 아이티오가 제거되어 결국 원하는 형태의 아이티오 전극 패턴을 얻을 수 있게 된다.

이러한 습식 식각 방법은 포토레지스트의 코팅, 노광, 현상 및 아이티오 박막의 식각 등 여러 단계의 화학 공정을 거쳐야 하며 또한 포토레지스트 및 아이티오 박막을 식각하기 위해서는 염산이나 질산과 같은 부식성이 강한 화학 물질을 사용하기 때문에 주의가 필요하며 또한 이러한 화학 물질을 완전히 세척하기 위한 장치들을 준비하여야 하는 등의 문제점이 있다.

이러한 습식 식각 방법의 문제점을 해소하기 위해 액체 형태의 화학 물질을사용하지 않고 할로겐과 같은 기체 화학 반응 물질을 사용하는 건식 식각 방법도 있으나 이 방법 역시 진공 장치가 필요로 하는 등의 제작상의 어려움을 가지고 있다.

또한 일반적인 반도체 공정에서 금속 전극을 제거하는 방법으로 레이저를 직접 아이티오 박막 면에 조사하여 강력한 레이저 빛의 에너지에 의해 아이티오 박막을 기화시켜 제거하는 방법도 있으나 아이티오 전극은 일반 금속 전극과는 달리 투명하기 때문에 레이저 에너지가 효과적으로 흡수되지 않아 제거하는데 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 레이저를 알루미늄 같은 특수한 금속 표면에 조사하였을 경우 순간적으로 발생하는 열을 이용하여 레이저가 조사된 부분의 아이티오 전극을 완전히 산화시켜 아이티오의 전기적 전도성을 없애는 방법을 제공하는 것이다. 또한 이러한 방법을 사용하면 부식성이 강한 화학적인 식각 방법을 사용하지 않기 때문에 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱 기판에 코팅된 아이티오의 전극 패턴을 효과적으로 만들 수 있다.

도1은 레이저를 사용하여 전기 전도성을 가진 아이티오를 전기 전도성이 없는 아이티오로 바꾸는 방법을 설명하는 도면.

도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저에 의해 아이티오 전극 패턴을 제작하는 장치의 개략적 구성도.

도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아이티오 전극 제작을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 레이저를 조사하였을 때 표면이 고온이 되어 열을 발생하는 금속판

12: 표면에 아이티오 박막이 코팅된 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱 기판

13: 아이티오 박막

14: 금속판 표면에 초점이 맞추어진 레이저

15: 전기 전도성을 갖는 아이티오 박막

16: 레이저의 조사에 의해 전기 전도성이 없어진 아이티오 박막

17: 레이저 발생 장치

18: 한 쌍의 거울을 사용하여 레이저의 방향을 조절하는 장치

19: 레이저 조사에 의해 발생한 전기 전도성이 없는 아이티오 박막 선

20: 전기 전도성이 없는 선에 의해 분리된 아이티오 전극 부분

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 이러한 방법의 원리를 설명하는 개략적인 도면이다. 도시한 바와 같이 알루미늄과 같은 금속판(11) 위에 아이티오 박막이 코팅된 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱 기판(12)을 아이티오 박막(13) 면이 금속 면과 접촉할 수 있도록 하여 올려놓는다.

여기에 아이티오 박막 면의 수직 방향에서 레이저(14)를 조사하고 레이저의 초점을 금속 면에 맞추면 레이저의 초점 면에서 단위 면적 당 갖는 높은 에너지에 의해 금속 표면이 순간적으로 고온이 된다. 이러한 열에 의해 원래 불완전한 형태로 산화되어 있어 전도성을 가지고 있던 아이티오 박막(15)이 완전히 산화하게 되며 이러한 산화 현상에 의해 아이티오는 전기적으로 완전한 부도체(16)로 변하여 전기 전도성을 잃게 된다.

금속 표면에 레이저를 조사하였을 경우 금속의 표면에서만 순간적으로 고온이 되기 때문에 금속판의 두께가 두껍지 않아도 되며 따라서 두꺼운 금속판 대신 얇은 두께의 금속 호일을 사용하여도 무방하다.

도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아이티오 전극 패턴을 제작하는 장치의 개략적인 구성도 이다. 도시한 바와 같이 레이저 발생 장치(17)를 이용하여 고출력 레이저를 발생시켰다. 고출력 레이저를 발생시키기 위해 네오디늄이 첨가된 야그(YAG) 결정을 이용하였으며 레이저는 1 미크론 부근의 근적외선 영역의 파장을 갖고 있으며 평균 출력은 5 ∼ 10 와트가 되게 하였다. 또한 큐스위칭(Q-switching) 방식을 사용하여 펄스 형태의 고출력 레이저를 발생시켰다. 레이저를 발생시키기 위해 야그 결정을 펌핑하는 방식으로 일반적으로 후레쉬 램프를 사용하는 방식과 반도체 레이저를 사용하는 방식 등이 있으며 이 중 반도체 레이저를 이용하는 방식이 레이저 시스템의 수명이 길어 시스템의 유지 보수가 편리하기 때문에 최근 많이 사용되는 방식이다.

다음 레이저 방향의 조절을 위해 전기적인 신호에 의해 거울의 각도가 변화하는 한 쌍의 거울로 구성된 레이저 진행 방향 조절 장치(18)를 사용하여 이차원적으로 레이저의 방향을 조절한다. 이러한 방향 조절 장치를 사용하여 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱 기판 위의 아이티오 박막에 특정한 형태의 전기전도성이 없는 선의 패턴(19)을 그릴 수 있으며 결국 원하는 형태의 전극 모양을 제작할 수 있다. 이와 같은 레이저 방향 조절 장치를 사용하면 기존의 마스크를 사용하는 식각 방법과는 달리 오토캐드 프로그램과 같은 도형을 쉽게 그릴 수 있는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 원하는 형태의 전극 패턴을 만들고 이러한 프로그램을 레이저 진행 방향 조절 장치에 연결 시켜 원하는 전극 패턴을 직접 제작 할 수 있기 때문에 아이티오 전극 제조의 생산성을 크게 높일 수 있다.

또한 레이저의 방향이 바뀌어도 항상 금속판 위에 레이저의 초점에 생기게 하는 특수 렌즈를 사용하면 레이저의 초점이 항상 금속판 표면에 생기게 하여 가장 효율적으로 고온의 열을 발생시킬 수 있다.

도3은 이러한 방법으로 제작된 아이티오 전극의 한 예를 나타낸다. 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱 기판(12) 위의 아이티오 박막에 전기 전도성이 없어지는 선(19)을 레이저를 이용해 폐회로 형태로 그리면 이로 인해 전기 전도성을 갖는 아이티오 전극 부분(20)을 완전히 분리시킬 수 있다.

전기 전도성이 없는 부분의 선 폭은 약 5 ∼ 10 미크론까지 가늘게 할 수 있으며, 이러한 전기 전도성이 없는 선의 폭은 레이저의 초점 크기, 빛의 세기, 레이저의 움직이는 속도, 선을 긋는 방법 등에 따라 달라지게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 아이티오 박막의 전극 패턴 제작 방법에 따르면 부식성이 강한 화학 약품을 사용하여야 하며 또한 여러 단계의 복잡한 공정이 필요한 화학적 식각 방법을 사용하지 않고 특정한 부분에 고출력 레이저를 조사하는 광학적 방법에 의해 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱 기판 위에 투명 아이티오 박막 전극 패턴을 제작할 수 있는 방법을 제공 할 수 있다.

이러한 방법을 사용하면 원하는 전극의 모양을 오토캐드와 같은 컴퓨터 프로그램을 이용하여 쉽게 제작 할 수 있어 아이티오 전극을 대량 생산 할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 마킹 및 절단을 위하여 레이저를 주도구로 사용하는 장치에서 피사체가 투명하거나 두께가 얇거나 강해서 직접적인 레이저 조사로서 원하는 가공이 되지 않을때 금속판 또는 금속호일위에 피사체와 근접시켜 레이저가 조사될때 발생한 열 또는 충격에너지로서 피사체를 가공하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 레이저를 금속판 혹은 금속 호일 위에 조사하여 고온의 열을 순간적으로 발생시키고 이 열을 이용하여 아이티오 전극 패턴을 만드는 아이티오가 코팅되는 전자 재료 기판의 소재로서 유리, 세라믹, 규소 또는 프라스틱을

   이용하는 방법.