KR100652211B1

KR100652211B1 - 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치

Info

Publication number: KR100652211B1
Application number: KR1020010073601A
Authority: KR
Inventors: 박천옥; 김성열
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2001-11-24
Filing date: 2001-11-24
Publication date: 2006-11-30
Also published as: US7692758B2; US20060121817A1; KR20030042813A; US7018262B2; US20030098943A1

Abstract

본 발명은 액정표시장치를 제조하기 위해 사용되는 액정용 스페이서 산포장치에 관한 것으로, 챔버와, 상기 챔버 내부에 배치된 스테이지와, 스페이서를 제공하는 스페이서 공급부와, 상기 챔버의 상부에 설치된 노즐부와, 상기 노즐부와 스페이서 공급부를 연결해주는 서스관으로 구성되며, 상기 노즐부는 노즐, 노즐 지지대, 및 이중 절곡 구조로 이루어진 커버가 부착되어 있다.

Description

액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치 {SPACER DISTRIBUTING APPARATUS FOR FABRICATING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 일반적인 액정표시장치 구조를 나타내는 개략도.

도 2는 일반적인 액정표시장치의 단면도.

도 3은 종래 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 도 3에 도시된 스페이서 산포장치의 노즐부를 확대하여 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 액정표시조사 제조용 스페이서의 산포장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 6은 도 5에 도시된 스페이서 산포장치의 노즐부를 확대하여 나타낸 도면.

도 7은 노즐부의 주사 궤적을 나타내는 도면.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 하부 기판 30: 상부 기판

11,31: 편광판 32: 칼라 필터

33: 공통 전극 16: 화소 전극

36: 배향막 38: 시일재

39: 스페이서 40: 챔버

41: 스테이지 43: 스페이서 공급부

42: 노즐부 44: 서스관

49: 커버 50: 이중 절곡부

본 발명은 액정표시장치를 제조하는데 있어서 사용되는 스페이서 산포장치에 관한 것으로, 특히 스페이서 산포시 스페이서가 뭉치는 것을 방지 할 수 있는 스페이서 산포장치에 관한 것이다.

최근, 액정표시장치의 급격한 발달로 인해서 그 응용 범위가 확대되고, 이러한 액정표시장치는 무게가 가벼운 장점 때문에 거의 대부분이 휴대용 전자 장치에 장착되어 사용되고 있다. 이에 따라, 보다 저렴하고, 생산성이 우수한 제조 공정기술의 개발이 요청되고 있다.

일반적으로 액정표시장치는 도 1에 도시한 바와 같이 칼라 필터가 형성되어 있는 상부 기판(30)과 TFT 어레이가 형성되어 있는 하부 기판(10) 그리고, 상기 두 기판(10, 30) 사이에 형성된 액정층(22)으로 구성되어 있다.

상기 두 기판(10, 30)의 외면에는 가시광선을 선편광 시켜주는 편광판(11, 31)이 각각 부착되어 있다. 즉, 상부 기판(30)의 한쪽 면에 편광판(31)이 부착되어 있고, 편광판이 부착되지 않은 반대 면에는 칼라 필터(32)와 공통 전극(33)이 형성된다. 또한 상기 하부 기판(10)의 한쪽 면에 편광판(11)이 부착되어 있고, 편광판이 부착되지 않은 반대 면에는 다수의 게이트 버스 라인(12)과 다수의 데이터 버스 라인(13), 스위칭 소자(A) 그리고, 화소 전극(16) 등을 포함하는 TFT 어레이가 형성된다.

그리고, 상기 TFT(Thin Film Transistor)는 게이트, 소오스 그리고, 드레인을 포함하는 세 개의 전극과, 상기 게이트 전극에 양의 전압이 인가 될 때 전계에 의해서 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 전류가 흐르도록 하는 전도성 채널(conductive channel)을 형성하는 비정질 실리콘 채널 영역과, 소자를 보호하기 위한 보호막으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 액정표시장치는 박막 트랜지스터와 화소 전극으로 구성된 하부 기판과 컬러 필터 기판인 상부 기판이 액정을 사이에 두고 합착하여 이루어진다. 또한, 상부 기판 및 하부 기판은 서로 마주보는 대향면 상에 각각 배향막이 형성되고, 상부 기판에는 시일재가, 하부 기판에는 스페이서가 각각 형성된 후, 두 기판이 합착된다.

도 2는 상기와 같이 상부 기판과 하부 기판이 합착된 액정표시장치의 단면을 도시한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 컬러 필터가 형성된 상부 기판(30)과 TFT 어레이가 형성된 하부 기판(10)은 대향면 상에 배향막(36)이 형성되어 있다. 액티브 영역 이외의 부분에 인쇄된 시일재(seal)(38)는 두 기판 사이의 갭(gap)을 형성하며 두 기판 사이에 주입되는 액정(미도시)의 누출을 방지한다. 또한, 두 기판이 일정한 간격을 유지하도록 구형의 스페이서(40)가 두 기판 사이에 균일하게 산포되어 있다.

상기 스페이서(40)는 두 기판(10,30) 사이의 간격(gap)을 규제하고 적당한 액정층의 두께를 유지하여 액정층 두께의 불균일로 인하여 발생하는 표시얼룩과 시인성 저하를 방지하기 위한 것이다.

최근 액정표시장치는 높은 콘트라스트비와 시야각의 확대 등의 고성능화 및 소자 전체에 걸쳐 표시 불량이 없는 균일한 표시가 가능한 고정세화가 요구되고 있다. 액정표시장치의 고성능화를 도모하기 위해서는 기판간의 간격을 소정의 값으로 제어하는 것이 필요하며, 고정세화를 도모하기 위해서는 기판간의 간격을 전체적으로 균일하게 하는 것이 필요하게 된다. 따라서, 표시 성능의 향상을 위하여 기판의 전체 면적에 대하여 스페이서를 균일하게 산포 되도록 하는 것이 매우 중요하다.

액정표시장치에서는, 액정기판으로 사용되는 유리기판과 유리기판들 사이 또는, 플라스틱계(유기 유리계 등) 기판 사이, 혹은 이 플라스틱 기판과 유리기판과의 사이에 액정층이 형성될 수 있도록 일정한 셀갭(cell gab)을 형성하기 위해, 스페이서로서 입자지름이 수 마이크론 ~ 수십 마이크론인 균일한 지름의 입자를 1mm²당 10 ~ 2000개 정도 산포 혹은 도포하고 있다. 이러한 액정용 스페이서로서는 각종 플라스틱제의 입자나 실리카입자가 사용되고 있다.

일반적으로, 스페이서 산포방법에는 습식 산포방법과 건식 산포방법이 있는데, 습식 산포방법은 액정용 스페이서를 프론과 같은 용매에 콜로이드상태로 현탁시켜, 액체상태로 기판 상에 균일하게 산포하고, 용매를 기화시킴으로써 스페이서를 기판 상에 단층으로 균일하게 또한 소정량만 산포하는 것이다. 그러나 환경 문제 등으로 프론 등의 액체의 사용이 제한되었기 때문에, 후술하는 바와 같은 건식 산포방법이 주로 사용되고 있다.

건식 산포방법은 스페이서를 양 또는 음으로 대전시켜 스페이서의 뭉침이 없도록 하여 산포하는 것이다. 일례로서, 노즐 끝의 전극에서 높은 음 전압을 발생시켜서 그 주변의 공기를 이온화시키면, 공기에 의해 운반된 스페이서는 공기중에 있는 음이온과 충돌하여 음으로 이온화된다. 음이온화된 스페이서들은 서로 반발한 상태에서 접지된 지지대 위의 기판으로 향한다. 기판 위에 음으로 이온화된 스페이서들이 서로간의 반발력에 의해 균일하게 일정한 간격을 유지하게 된다.

도 3에 일반적인 스페이서의 산포장치의 일례를 도시한 것이다.

도면에 도시한 바와 같이, 액정용 스페이서 산포장치는 밀폐된 챔버(40) 내의 하부에 접지된 스테이지(41)가 배치되어 있으며, 이 스테이지(41) 위에 로딩된 피산포체인 기판(51)도 함께 접지시킴으로써, 대전된 미세 분말체인 액정용 스페이서를 접지된 기판(51)에 확실히 부착시키도록 하는 역할을 한다.

그리고, 챔버(40) 상부에는 평면상에서 좌우 방향과 전후 방향으로 흔들림이 자유로운 노즐부(42)가 설치되어 있으며, 이 노즐부(42)는 서스관(SUS Pipe)(44)을 통해 스페이서 공급부(43)와 연결되어 스페이서 공급부(43)로 부터 공기나 질소 등의 가스체의 기류와 함께 반송되어 오는 액정용 스페이서를 기판(51) 상에 산포한다.

도 4는 도 3에 도시된 노즐부(42)를 확대하여 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 노즐부(42)는 중공(中空)의 관으로 이루어진 노즐(46)과, 이 노즐(46)을 지지해 주는 지지대(45)와, 상기 노즐(46)이 전후, 좌우 방향으로 자유롭게 움직일 수 있도록 하기 위해서 노즐(46)과 지지대(45) 사이에 끼워진 볼 베어링(47)과, 상기 노즐(46)을 전후, 좌우 방향으로 구동시키는 구동부(예를들면, 모터)(48)와, 노즐(46)을 싸고 있는 커버(49)로 구성되어 있다.

상기 커버(49)는 노즐(46)이 전후, 좌우방향으로 구동하면서 기판(51)에 스페이서가 산포 될때 노즐(46)과 지지대(45) 사이로 이물질이나 먼지등이 챔버(40) 내부로 유입되는 것을 막기 위해서 구성된 것이다.

그러나, 상기 커버(49)를 장기간 사용하게 되면 노즐(46)의 잦은 이동으로 인하여 노즐(46)과 커버(49)의 접속부에서 커버(49)의 찢어짐이 발생하게 된다. 이때, 상기 커버(49)가 찢어진 부위로 이물질이 유입되어 챔버(40) 내부를 오염시키게 된다.

또한, 커버(49)가 찢어진 상태에서 노즐(46)이 계속 회전하게 되면, 찢어진 부위에 산포되어 뭉쳐 있던 스페이서가 기판 위로 떨어지면서 스페이서가 불균일하게 산포되며, 이에 따라, 액정표시소자의 화질이 저하되는 대형물랴을 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 스페이서의 산포가 이루어지는 노즐부에 이물질의 유입을 막기 위해서 형성된 더스터 커버의 구조를 이중 절곡 구조로 변형시킴으로써, 커버의 찢어짐을 막아 스페이서의뭉침이 없이 균일하게 산포되도록 하는 스페이서 산포장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스페이서 산포장치는 챔버와, 챔버 내부에 배치된 스테이지와, 스페이서를 제공하는 스페이서 공급부와, 상기 챔버의 상부에 설치된 노즐부와, 상기 노즐부와 스페이서 공급부를 연결해주는 서스관으로 구성되며, 상기 노즐부는 노즐, 노즐 지지대, 및 이중 절곡 형상으로 된 커버로 이루어진다.

상기 스테이지는 접지되어 스테이지 위에 올려지는 기판을 접지하고, 대전된 미세 분말체인 액정용 스페이서를 접지된 기판에 확실히 부착시키도록 하는 역할을 한다.

그리고, 상기 스페이서 공급부는 챔버의 외부에 설치되어 상기 노즐부로 스페이서를 공급하는 역할을 한다.

이때, 상기 노즐부로의 스페이서의 공급 방법은 공기나 질소 등의 가스체가 외부로부터 스페이서 공급부로 공급되어 스페이서 공급부 내부의 압을 증가시킴으로써, 이 가스체의 기류와 함께 반송되어 오는 액정용 스페이서를 서스관을 통하여 노즐부로 공급한다. 노즐부에 공급되는 스페이서는 노즐부의 노즐을 통하여 기판 위에 산포하게 된다.

그리고, 노즐 지지대와, 노즐과, 베어링과, 이중 절곡된 커버로 이루어져 있는 노즐부에 있어서, 상기 지지대는 노즐을 지지해주는 역할을 하며, 노즐과 노즐 지지대 사이에 설치된 베어링은 노즐이 X방향과, Y방향으로 자유롭게 요동할 수 있도록 한다. 또한, 노즐의 요동은 지지대 상에 설치된 구동부에 의해서 이루어진다.

상기 커버는 노즐의 회전 중심부에 부착되어 이물질이 챔버 내부로 유입되는 것을 막아줄 뿐 아니라, 노즐의 회전에 유연하게 대응할 수 있도록 이중 절곡 구조를 가지고 있다.

본 발명의 스페이서 산포장치는 건식 산포방법에 적용하는 것이 바람직하지만, 습식 산포방법에 적용할 수도 있다.

이하, 첨부한 도면을 통하여 상기와 같은 본 발명의 액정용 스페이서 산포장치에 대해서 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 스페이서 산포장치를 나타낸 것이다.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액정용 스페이서 산포장치는 챔버(40)와, 챔버(40) 내부에 배치되며, 피산포체인 기판(51)을 로딩하기 위한 스테이지(41)와, 상기 기판(51)의 상부 즉, 챔버(40) 상부에 설치되어 상기 기판(51) 사에 스페이서를 산포하는 노즐부(42)와, 상기 노즐부(42)에 스페이서를 공급하는 스페이서 공급부(43)와, 상기 노즐부(42)와 스페이서 공급부(43)를 기구적으로 연결하는 서스관(44)으로 구성된다.
상기 스테이지(41)는 전기적으로 접지되어 있으며, 챔버(41) 내부의 하부에 배치된다. 그리고, 상기 스테이지(41) 상에 로딩된 기판(51)도 스테이지(41)를 통해 전기적으로 접지된다. 이와 같이, 전기적으로 접지된 기판(51)은 상기 기판(51)의 상부에 설치된 노즐(42)로부터 산포되는 스페이서가 기판(51) 상에 확실하게 부착되도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 스페이서가 전기적으로 전하를 띄고 있기 때문에 기판이 접지되어 있는 경우, 더욱 확실하게 기판 상에 부착시킬 수가 있다.
상기 노즐부(42)는 좌우방향과 전후방향으로 구동이 자유로우며, 스페이서가 분사되는 노즐(46)과, 상기 노즐(46)을 지지하는 노즐 지지대(45) 및 이중 절곡 형상으로 형성되어 노즐(46)과 노즐 지지대(45) 사이에 먼지나 이물질이 유입되는 것을 방지하는 커버(49)로 구성된다.

상기 스페이서 공급부(43)는 공기나 질소 등의 가스체의 기류와 함께 반송되어 나오는 스페이서를 서스관(44)을 통해 노즐(46)에 공급하고, 상기 노즐(46)은 좌우 및 전후방향으로 자유롭게 구동하며, 기판(51) 상에 스페이서를 산포하게 된다.

삭제

즉, 상기 스페이서 공급부(43)는 챔버(40)의 외부에 설치되어 상기 노즐부(42)에 스페이서를 공급하는데, 이때, 스페이서의 공급 방법은 외부로부터 공기나 질소 등의 가스체를 스페이서 공급부(43) 내로 주입시켜 스페이서 공급부(43) 내부의 압이 증가하면 이 가스체의 기류와 함께 액정용 스페이서가 노즐부(42)로 반송되어 나오도록 한다. 그리고, 상기 노즐부(42)는 좌우방향과 전후방향으로의 구동이 자유로운 노즐(46)을 통해서 기판(51) 상에 스페이서를 산포하게 된다.
도 6은 도 5에서 노즐부(42)를 확대하여 나타낸 것으로, 도면에 도시한 바와 같이, 노즐부(42)는 노즐 지지대(45), 노즐(46), 그리고 커버(49)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 노즐(46)을 자유롭게 이동시키기 위한 구동부(48)가 별도로 구비되어 있다.

삭제

상기 노즐 지지대(45)는 노즐(46)을 챔버에 지지, 고정시켜주는 역할을 하며, 노즐(46)과 노즐 지지대(45) 사이에는 베어링(47)이 설치되어 노즐(46)이 전후, 좌우 방향으로 자유롭게 요동할 수 있도록 한다. 이때, 노즐(46)의 움직임은 챔버(40) 위에 설치된 구동부(48)에 의해서 이루어진다.

그리고, 상기 노즐(46)에 부착된 커버(49)는 노즐(46)의 움직임에 의한 외형 변형을 최소화하기 위해서 이물 포집부의 곡률을 줄이고, 노즐(46)의 자유로운 구동에 유연한 대응을 할 수 있도록 이중 절곡부(50)로 형성되어 있다.

종래 기술의 문제점에서도 언급한 바와 같이, 스페이서를 기판에 산포할때, 노즐(46)의 잦은 움직임으로 인해서 커버(49)의 이물 포집부에 찢어짐이 발생하게 되는데(도 4참조), 본 발명은 이를 방지하기 위해서 커버(49)의 형상을 노즐과 노즐 지지대의 형상을 따라 이중 절곡 구조(50)로 한 것이다.

이와 같이 형성된 커버(49)는 챔버(40) 내부로 이물질이 유입되는 것을 막아주는 역할을 하며 고무 또는 우레탄 재질로 이루어져 있기 때문에 노즐(46)의 자유로운 움직임에도 유연하게 대응할 수 있다. 그리고, 이중 절곡부(50)를 가지고 있기 때문에 노즐(46)의 요동에도 외형의 변형이 거의 없다.

따라서, 노즐(46)을 장시간 사용하더라도, 커버(49)가 찢어지는 현상이 발생하지 않기 때문에 찢어진 커버 사이로 이물질의 유입되는 현상이나 또는 찢어진 커버 주위에 뭉쳐져 있던 스페이서가 기판 위로 떨어짐으로써 발생하는 불량을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 스페이서 산포장치를 이용한 스페이서의 산포방법은, 상기 노즐부(42)의 노즐(46)에 스페이서를 공급하는 단계와, 상기 노즐(46)의 구동에 따른 스페이서의 산포단계로 이루어진다.
즉, 상기 스페이서 공급부(43)에 저장된 스페이서가 노즐(46)과 연결된 서스관(44)을 거쳐 노즐(46)로 공급되면, 이 노즐(46)은 챔버(40) 상부에 설치된 구동부(48)의 제어에 의해서 전후/ 좌우 즉, X 방향과 Y 방향으로 움직여 기판(51)에 스페이서를 산포하게 된다.

삭제

기판(51) 위에 스페이서를 산포하는 방법은 기판(51)이 놓인 스테이지(41)를 일정한 위치에 고정시키고 노즐(46)을 이동시키거나, 상기 노즐(46)을 고정시킨 채 스테이지(41)를 이동시키거나, 또는 노즐(46)과 스테이지(41)를 동시에 움직이면서 스페이서를 산포할 수도 있다.

도 7 은 노즐(46) 또는 스테이지(41)의 좌우/전후 운동에 의해 기판(51) 위에 산포되는 스페이서의 주사궤적을 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 스페이서를 산포하는 노즐(46)의 중심 축선의 연장선과 기판 표면의 교점의 궤적인 주사궤적이 톱니바퀴 모양과 같은 지그재그 형태를 나타낸다. 이와 같은 주사궤적은 구동부(48)의 제어를 통하여 노즐(46)이 기판(51) 상에 스페이서를 산포함으로써 가능하게 된다.

삭제

이와 같이, 노즐(46)이 각각 X축 방향 및 Y축 방향으로 움직이고, 이 X축 방향 및 Y축 방향의 노즐(46) 이동이 합성됨으로써, 지그재그 형태의 궤적으로 기판(51) 상에 스페이서를 산포하게 되는데, 이때, 노즐(46)의 회전 중심부에 있는 베어링(47)에서 이물질이 챔버(40) 내부로 유입되는 것을 막는 이중 절곡 구조의 커버(49)가 부착되어, 노즐(46)의 자유로운 이동에도 커버(49)의 외형의 변형이 전혀 없다.

삭제

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 액정용 스페이서 산포장치의 노즐 중심부에 부착되는 커버의 구조를 종래보다 이물 포집부의 반경을 줄이고 이중 절곡 구조로 형성함으로써, 노즐의 자유로운 움직임에 유연하게 대응할 수 있도록 하여 노즐의 움직임에 의해 커버가 찢어지는 것을 막아 챔버 내부로 이물질이 유입되는 것을 막을 수 있다.

또한, 찢어진 커버 주위에 뭉쳐있던 스페이서가 노즐이 움직이면서 기판 위로 떨어지는 것을 막음으로써, 기판 위에 스페이서의 산포 불량을 막을 수 있다.

Claims

챔버;

상기 챔버 내부에 배치되어 기판이 놓이는 스테이지;

상기 챔버의 외부에 설치되어 스페이서를 제공하는 스페이서 공급부;

상기 챔버의 상부에 설치되며, 상기 스페이서 공급부로부터 제공된 스페이서를 산포하는 이동가능한 노즐;

상기 노즐을 지지하는 노즐지지대; 및

상기 노즐과 상기 노즐지지대 사이에 설치되며, 상기 노즐의 이동에 유연하게 대응되도록 이중 절곡부를 갖는 커버를 포함하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제1항에 있어서, 상기 커버는 고무 또는 우레탄 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐은 전후 및 좌우 방향으로 자유롭게 이동하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제1항에 있어서, 상기 스테이지는 상기 챔버의 하부에 배치되어 전후 및 좌우 방향으로 자유롭게 움직이는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제1항에 있어서, 상기 스테이지 및 기판은 전기적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐 지지대와 상기 노즐 사이에 설치된 베어링을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제1항에 있어서, 상기 스페이서 공급부와 상기 노즐부를 연결하는 서스관을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제3항에 있어서, 상기 노즐을 구동시키기 위한 구동부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.
제1항에 있어서, 상기 커버는 상기 노즐 및 노즐 지지대의 형상을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 스페이서 산포장치.