KR0163927B1 - 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분무를 이용한 박막 도포 방법에 관한 것이다. 기판위에 상기 박막의 패턴이 형성되어 있는 마스크를 설치한 다음, 기판위에 형성될 박막의 용액, 전구체 또는 그 혼합물을 용매와 함께 분무하여 기판 위에 박막을 형성한다. 이렇게 함으로써, 크고 무거운 고가의 도포 장치를 사용하지 않고 단순한 도장용 분무기를 사용함으로써 액정 표시 장치의 제작 가격을 줄일 수 있다.

Description

액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법

제1도는 종래의 액정 셀의 구조를 나타낸 단면도이고,

제2도는 종래의 배향막 도포 장치 및 도포 방법을 나타낸 도면이고,

제3도는 종래의 배향막 패턴을 도시한 평면도이며,

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 배향막 도포 장치 및 도포 방법을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 편광판 2 : 기판

3 : 투명 전극 4 : 배향막

5 : 봉인재 6 : 격리재

7 : 액정 물질 8 : 애닐록스 롤러

9 : 닥터 롤러 10 : 배향막 용액

11 : 판동 12 : 인쇄 마스크

13 : 분무기 14 : 마스크

본 발명은 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분무를 이용한 박막 도포 방법에 관한 것이다.

액정 셀은 전극이 형성되어 있는 두 기판을 포함하고 있으며, 이 두 기판의 사이에는 셀 간격을 주기 위한 격리재(spacer)가 형성되어 있고, 두 기판의 대향면의 가장자리에는 두 기판을 결합하며 봉입된 액정 물질이 외부로 흘러 나가는 것을 방지하기 위한 봉인재가 형성되어 있다.

그러면, 종래의 일반적인 액정 셀의 구조를 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.

제1도는 종래의 일반적인 액정 표시 장치의 기판을 측면에서 본 단면도이다.

제1도는 도시한 바와 같이, 두 유리 기판(2)의 표면에는 각각 화소 전극 또는 공통 전극 따위의 투명 전극(3)이 형성되어 있고, 투명전극(3)의 표면에는 액정 물질(7)을 배향시키는 배향막(4)이 형성되어 있다. 두 유리 기판(2)의 사이에는 액정 물질(7)이 봉입되어 있고, 두 기판(2)의 간격인 셀 간격(cell gap)을 유지해 주는 격리재(6)가 산포되어 있으며, 두 기판(2)의 대향면 안에는 가장자리를 따라서 봉인재(5)가 형성되어 있다. 그리고 일반적으로 두 기판(2)의 바깥 면에 편광판(1)이 각각 부착되어 있다.

배향막(4)의 재료로는 일반적으로 폴리이미드(polyimide)라는 고분자 물질을 사용한다. 배향막(4)을 형성할 때에는 이 물질의 용액 또는 그 전구체(前驅體)를 포함하는 용액을 액정 표시 장치용 기판에 도포해야 하는데, 종래의 배향막 형성 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.

제2도는 종래의 배향막 도포기를 이용하여 배향막을 도포하는 방법을 나타낸 도면이고, 제3도는 유리 기판에 도포된 배향막 패턴을 도시한예이다.

종래의 배향막 도포기는 두 개의 롤러(roller)(8,9)와 판동(版胴)(11)으로 구성되어 있다. 원통형의 애닐록스(anilox) 롤러(8)와 원통형의 닥터(docotr) 롤러(9)는 서로 맞물려 회전한다. 두 롤러(8,9)의 사이에 디스펜서(dispensor) 등을 이용하여 배향막 용액(10)을 떨어뜨리면, 배향막 용액(10)은 애닐록스 롤러(8)에 박막의 형태로 유지된다.

다음, 원통형의 판동(11)의 표면에 설치되어 있는 탄력성을 가진 인쇄마스크(12)를 애닐록스 롤러(8)에 접촉시켜, 애닐록스 롤러(8) 표면의 배향막 용액(10)을 인쇄 마스크(12)로 이동시킨다. 다시, 인쇄 마스크(12)를 기판(2)에 접촉시켜 배향막 용액을 유리 기판(2)에 도포한다.

제3도는 유리 기판에 도포된 배향막 패턴을 도시한 예로서 하나의 유리 기판에 네 개의 액정 패널(panel)이 형성되는 경우이다.

한편, 배향막(4) 외에도 앞에서 설명한 바와 같은 방법으로 투명전극(3)과 배향막의 사이에 절연막, 도전막, 평활막 따위를 도포하기도 한다.

그러나, 이러한 종래 기술에서는 배향막의 인쇄 면적 또는 거리가 커지면 애닐록스 롤러(8)의 지름이 커질 수 밖에 없다. 이는, 애닐록스 롤러(8)의 표면에 도포되어 있는 배향막 용액이 인쇄 마스크(12)의 표면에 옮겨지므로 인쇄되는 면적의 길이보다 애닐록스 롤러(8)의 둘레가 길어지지 않을 수 없기 때문이다.

또한, 인쇄 마스크(12)와 기판(2) 사이의 거리가 일정해야 하고, 판동(11)의 표면에 설치된 인쇄 마스크(12)가 변형되어 인쇄 위치가 어긋나는 일이 없도록 해야 한다. 이 때문에 인쇄 마스크(12)가 설치되는 판동(11) 또한 더욱 크고 정밀해질 필요가 있다.

더욱이, 현재와 같이 액정 표시 장치가 대형화가 진행되고 있는 상황에서는, 커다란 유리 기판에 박막을 형성하려면, 배향막 도포기 따위의 장치가 대형화되고, 장치의 중량이 크게 증가되고, 고정밀도를 필요로 하게 되는 등 실용화에 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 대형 기판에도 박막 형성을 용이하게 하는 데에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 위에 형성될 박막의 용액, 전구체 또는 그 혼합물을 용매와 함께 분부하여 기판 위에 박막을 형성한다.

분무를 하기 전에 기판 위에 상기 박막의 패턴이 형성되어 있는 마스크를 설치한 다음 분무하여 기판 위에 일정 패턴의 박막이 형성되도록 할 수도 있다.

이 경우, 마스크의 재료로는 스테인리스 스틸, 크롬, 알루미늄 따위를 쓸 수 있다. 그리고, 마스크의 두께는 1mm 내지 10mm인 것이 바람직하며, 마스크는 기판의 위 1mm 내지 20mm 지점에 설치하는 것이 좋다.

이 방법은 배향막을 형성할 때에 특히 좋다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 박막 도포 방법의 한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 박막 도포 방법의 한 실시예를 도시한 것이다.

사용하는 유리 기판(2)의 크기는 450×550mm이고, 표면에는 ITO(indium tin oxide) 따위의 물질로 투명 전극이 형성되어 있다.

기판(2)을 초음파층 안에 20분 동안 2회 세정하고, 순수 플로(flow)층에 담근다. 그 후, 공기 제트로 표면의 물을 날려 제거하고, 120℃의 클린 오븐(clean oven) 안에서 30분 동안 건조한 후, 방치하여 냉각한다.

기판(2)의 위 3mm 지점에, 배향막(4) 패턴이 형성되어 있는 마스크(mask)(14), 이를테면 음영 마스크(shadow mask)를 기판(2)에 닿지 않도록 설치한다. 마스크(14)의 두께는 2mm 정도이고, 재질은 스테인리스 스틸(stainless steel)을 사용한다. 마스크(14)로는 일정 크기, 예를 들면, 세로 250mm, 가로 330mm의 스테인리스 스틸판 두 개를 이용한다.

배향막 용액(10)은, 日産化學(株)의 제품으로서 점도가 낮아 22.5cp(centi-

poise) 정도인 사네바(サンエバ)RN-1067을 사용한다. 이 배향막 용액(10)을 용매를 이용하여 700배로 희석한 후에, 유리 기판(2) 및 마스크(14)의 상부에 설치된 분무기(spray)(13) 넣는다. 분무기(13)의 분산용 공기를 높게 조정한 후, 45cm 정도의 높이에서 분출한다. 본 실시예에 사용되는 분무기는 이른바 도장용(塗裝用) 분무기로서, 기판(2) 위에 배향막 용액을 균일하게 도포해 준다.

다음, 이 기판(2)을 50℃의 열판(hot plate) 위에서 데워 용매를 증발시킨 후, 200℃의 클린 오븐 안에서 30분 동안 가열 소성하고, 폴리이미드 배향막을 가열 중합한다.

이렇게 하여 형성한 폴리이미드 배향막의 두께를 측정한 결과, 약 1,000Å 정도가 되었으며, 기판(2) 전면에 걸쳐 막 두께가 균일하여 오차가 ±100Å 이내이었다. 특히, 종래의 도포 방법에서는 수백 μm 폭으로 막 두께가 파도치는 현상이 있으나, 본 실시예에서는 이러한 현상이 나타나지 않았다.

또, 종래의 도포 방법에서는 인쇄 마스크를 기판에 눌러 배향막을 형성하기 때문에, 인쇄 마스크 표면의 형상이나 변형 따위에 배향막 패턴에 남아 있는 데 비하여, 본 실시예에서는 배향막 용액이 분무의 형태로 기판의 표면에 도포되므로 자연스럽게 기판과 결합된다.

그런 후, 이 기판(2)을 액정 분자를 한 방향으로 배열하기 위하여 한 방향으로 마찰하는 이른바 러빙 처리를 행한다.

러빙은 벨벳 섬유를 이용하므로 섬유에서 빠진 털이 기판(2)의 표면에 부착할 수 있으며, 이것을 제거하기 위하여 러빙 후 세정을 행한다. 러빙 후 세정에서는 먼저 순수의 초음파층 가운데에서 20분 동안 세정을 2회 행한 후에 순수 플로층에 담근다. 그 후, 공기 제트로 기판(2) 표면의 물을 날려 제거하고, 60℃의 클린 오븐 중에서 30분 동안 건조한 후, 이 기판(2)을 방치하여 냉각한다.

다음에, 유리 기판을 중합하기 위하여 봉인제를 인쇄한 후, 격리재(spacer)를 산포한다. 격리재로는 적수 파인케미컬(積水ファインケミカル)사의 제품인 미크로파르(ミクロペル)(상표명)를 사용하되 그 직경이 약 5.0μm의 것을 사용한다. 격리재(6)를 산포할 때에는, 아크릴 가스가 들어 있는 산포조 속에 한 기판(2)을 넣고, 산포조의 흡기구와 연결되어 있는 격리재(6)가 들어 있는 용기에 기체를 흘려 기체의 흐름을 따라 흡기구에 도달한 격리재(6)를 기판(2) 위에 흩뿌린다.

그런 다음, 두 기판을 결합하고 양 기판을 가압하면서 120℃, 클린 오븐에서 가열하여 봉인재를 경화하고, 냉각한 후에 패널(panel)을 절단한다.

이 패널에 액정 물질을 주입할 때에는, 진공 속에서 액정 주입구가 형성되어 있는 빈 액정 셀의 한 끝을 액정 물질에 담그고 대기를 도입함으로써, 압력차를 이용하여 행한다. 이용하는 액정 물질은 머크(MERCK)사의 ZLI-4792로서, 불소계의 액정이다.

다음, 균일한 셀 간격을 얻기 위하여 액정 셀의 양면을 0.6kg/cm²정도의 압력으로 약 30분 동안 가압하여, 셀 사이에 들어 있는 액정 물질을 압출함과 동시에 유리 기판(2,2`)의 요철, 또는 비틀림 따위를 제거한다. 이 상태에서 액정 주입구에 스리본드사의 접착제 TB-3051을 발라 주입구를 막고 자외선을 조사하여 경화한다.

액정 물질이 봉입되어 있는 액정 셀을 중성 세제로 세정하고 순수(純水)로 씻은 다음, 공기 제트로 표면의 물을 날려 제거하고 60℃의 클린 오븐 속에서 30분 동안 건조한 후, 방치하여 냉각한다.

마지막으로, 액정 셀의 양면에 편광판(1)을 부착하면 액정 셀이 완성된다.

본 실시예에서 언급한 바와 같이 단순한 분무기를 이용하여도 큰 면적의 기판에 대면적의 배향막을 형성할 수 있다. 이 때, 얻은 배향막은 기판 전면을 통하여 박막 두께의 편차가 적어 100±Å 이내가 된다. 특히, 종래의 도포 방식에서는 수백 μm 폭으로 박막 두께의 높낮이가 있으나, 본 실시예에서는 그러한 현상이 나타나지 않았다. 또, 종래의 도포 방식에서는 인쇄 마스크를 기판에 눌러 형성하기 때문에, 인쇄 마스크 표면의 형상이나 변형된 모양이 배향막 패턴에 남아 있는데 비하여, 본 실시에에서는 배향막 용액이 분무의 형태로 기판의 표면에 도포되므로 자연스럽게 기판과 결합된다.

본 실시예에서는 배향막의 재료로서 폴리이미드계의 재료를 사용하지만, 다른 재료를 사용할 수도 있고, 용매에 용해된 것이나 혼합된 것을 분무의 형태로 나오는 물질을 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 박막 형성의 예로서 배향막을 들고 있으나, 절연막, 도전막, 평활막 따위를 본 실시예와 같이 분무의 형태로 도포할 수도 있다.

실시예에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법에서는 박막을 기판에 형성할 때, 그 박막 재료의 용액, 전구체 또는 혼합물을 용매와 함께 분무 따위의 형태로 기판 위에 도포한다.

이렇게 함으로써, 종래의 박막 도포 장치에서처럼 크로 무겁고 정밀한 금속제의 장치가 필요하지 않으며, 고정밀도로 설계 및 제어하지 않고 단순한 장치와 방법으로 박막을 형성할 수 있다. 이 때문에 설비에 투여되는 가격이 대폭 줄어든다.

또, 박막의 형성 면적이 넓은 경우엔은, 분무기를 이동시키고, 커버(cover) 면적을 넓히는 등을 통하여, 넓은 면적의 액정 표시 장치용 기판의 박막을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명에서는, 기판 면에 인쇄 마스크를 접촉시켜 박막 용액을 전사하는 종래의 도포 방법과는 달리, 기판에 도포 장치를 접촉하지 않고 박막을 형성하므로, 종래의 도포 방식에서 생기는 인쇄 마스크 표면의 모양으로 인하여 생기는 폭 수백 μm의 박막 두께의 편차를 줄이고, 균일한 평탄막을 형성할 수 있다.

또한, 도포 장치와 기판이 접촉하지 않으므로 박막의 오염이 종래의 기술에서보다 작아져 신뢰성이 향상될 뿐 아니라, 박막의 두께를 균일하게 할 수 있어 표시를 균일하게 할 수 있으므로, 더욱 고품위, 고성능의 액정 표시 장치를 만들 수 있다.

Claims (6)

1. 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법으로서, 상기 기판 위에 형성될 박막의 용액, 전구체 또는 그 혼합물을 용매와 함께 분무하여 상기 기판 위에 상기 박막을 형성하는 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법.
2. 제 1항에서, 상기 박막은 배향막인 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에서, 상기 기판 위에 상기 박막의 패턴이 형성되어 있는 마스크를 설치한 다음 상기 마스크를 통하여 분무하여 상기 기판 위에 일정 패턴의 상기 박막이 형성되도록 하는 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법.
4. 제 3항에서, 상기 마스크의 재료는 스테인리스 스틸, 크롬, 알루미늄 중 하나인 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법.
5. 제 3항에서, 상기 마스크의 두께는 1mm 내지 10mm인 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법.
6. 제 3항에서, 상기 마스크는 상기 기판의 위 1mm 내지 20mm 지점에 설치하는 액정 표시 장치용 기판의 박막 도포 방법.