KR100738810B1 - 광 배향막 형성 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 광 배향막 형성 장치는, 광 배향제가 코팅된 기판의 로딩(loading) 및 얼라인(align)을 수행하는 제 1버퍼부와; 상기 제 1버퍼부에서 이동되는 기판에 대해 적외선(IR)을 조사하여 기판을 가열하는 기판 가열부와; 상기 기판 가열부에 의해 전면 가열된 기판 상에 자외선(UV)를 조사하여 상기 기판 상에 코팅된 광 배향제를 경화시켜 배향막을 형성하는 UV 광원부와; 상기 UV 조사에 의해 형성된 배향막 기판을 언로딩하는 제 2버퍼부가 포함됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 광 배향막 형성 장치에 있어서, UV 광원 조사에 앞서 적외선(IR) 광원을 이용하여 기판을 가열하도록 함으로써, 인-라인(in-line) 공정을 통해 광 배향막을 형성하여 시간 단축 및 장비 사이즈를 최소화하고, 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있다는 장점이 있다.

Description

광 배향막 형성 장치 및 방법{apparatus for forming photo alignment film and method thereof}
도 1은 종래의 UV 광 배향막 형성 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 종래의 UV 광 배향막 형성 장치 내에 구비된 핫 플레이트의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 광 배향막 형성장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 광 배향막 형성장치를 나타낸는 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : 제 1버퍼부 302 : 기판
304 : 콘베어 310 : 기판 가열부
312 : 적외선 소스 320 : UV 광원부
330 : 제 2버퍼부
본 발명은 배향막 형성 장치에 관한 것으로, 특히 광 배향막 형성시 기판을 예열하는 광 배향막 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기존의 음극선관(CRT, cathode ray tube) 방식의 디스플레이 소자는 우수한 특성에도 불구하고, 화면이 커짐에 따라서 그 부피와 무게가 급속히 증가하는 단점 때문에 고화질, 대화면 및 평판형을 요구하는 최근의 멀티미디어 시스템에 사용되기에는 부적절하며, 이를 개선하기 위해 액정 디스플레이 방식(Liquid Crystal Device)이 개발되었다.
액정 디스플레이 방식은 두 투명 전극 기판 사이에 액정을 주입하고, 전계에 의해 액정을 움직이는 방식으로, 현재까지 개발된 여러 종류의 평판 디스플레이 기술 중 가장 응용 제품이 많이 존재하며, 가장 넓은 시장 점유율을 보이고 있다. 이 액정 디스플레이 방식에서는 상기 기판 위에 액정 배향막을 형성하고 이를 이용하여 액정을 일정한 방향과 특정 선경사각을 가지도록 배열하는데, 이 방법은 SiO x 와 같은 무기 배향막을 사방증착법으로 증착하여 액정을 배향하는 방법으로부터 폴리이미드와 같은 유기 액정배향막을 형성한 후 러빙법 등을 이용하여 액정을 배향시키는 방법 등이 있다.
가장 대표적인 액정 배향법인 러빙법은 러빙천을 이용하여 폴 리이미드막 표면을 일정 방향으로 문질러서 액정을 배향시키는 방법으로써, 간단한 공정으로 인하여 현재 대부분의 생산라인에서 적용되고 있다.
그러나, 상기 러빙법은 러빙천을 이용하여 폴리이미드막을 직접 문질러서 액정배향막을 형성하는 접촉식 액정 배향법이므로, 러빙천에서 발생되는 먼지와 이를 제거하기 위한 다단계 세정 공정이 불가피하게 요구되고, 인-라인(in-line) 공정이 불가능한 단점을 갖는다.
아울러, 러빙법의 액정배향막으로 가장 널리 사용되고 있는 폴리이미드막은 비교적 균일한 배향막을 얻기 쉽고, 200도 정도의 고온에서도 안정한 장점을 지니고 있으나, 폴리이미드막 형성 공정시 산무수화물과 디아민(diamine) 화합물을 합성하여 폴리아미드 산을 형성한 후, 가열 경화하여 이미드화해서 폴리이미드막을 형성하는 다단계공정을 거쳐야 하고 열처리 공정으로 인하여 주변 소자에 영향을 미치는 단점을 갖는다.
또한, 상기 러빙법의 단점을 극복하기 위한 비접촉식 액정 배향법으로, UV 등의 광을 이용하여 폴리이미드를 표면 개질하는 광배향법이 개발되고 있다.
상기와 같은 UV 광 배향막 형성의 경우 UV 광 배향제가 코팅된 기판에 대해 편광 UV를 조사 시, 상기 기판의 온도를 상기 배향제의 유리전이 온도 부근인 150 ~ 200도로 가열하면, 기판 상에 코팅된 배향제의 메인 체인(main chain) 운동의 증가와, 광 분해 또는 중합 반응율이 증가된다.
즉, 상기와 같은 광 배향막 형성 시에는 기판을 소정의 온도로 가열함으로써, 상기 배향막에 유도되는 액정의 이방성을 증가시켜서 액정의 배향력을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
도 1은 종래의 UV 광 배향막 형성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 광 배향막 형성장치(100)로 로버트 암(robot arm)(110)에 의해 광 배향제가 코팅된 기판(102)가 이송되면, 상기 기판(102) 상에 UV광을 조사하는램프(104)가 위치하여 상기 기판 상에 코팅된 광 배향제가 경화됨 으로써 광 배향막이 형성된다.
이 경우 앞서 설명한 바와 같이 상기 램프에 의한 UV 광 조사 시, 상기 기판의 온도를 상기 기판 상에 코팅된 배향제의 유리전이 온도 부근인 150 ~ 200도로 가열하기 위해 상기 광 배향막 형성장치(100) 내에는 기판을 지지하면서 상기 기판의 하면에 접하도록 구성된 핫 플레이트(hot plate)가 구비되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 종래의 UV 광 배향막 형성 장치 내에 구비된 핫 플레이트의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2a는 기판이 핫 플레이트에 안착되기 전 상태를 나타내고, 도 2b는 기판이 핫 플레이트에 안착되어 가열되는 상태를 나타낸다.
도 2a에 도시된 바와 같이 상기 핫 플레이트(106)에는 다수의 홀(120)이 형성되고, 상기 홀(120)을 통해 기판(102)을 up/down 시키는 기판 지지 핀(122)이 구비된다.
또한, 상기 핫 플레이트(106)의 전면에는 안착되는 기판(102)을 가열하기 위한 히터가 구비되어 있다.
즉, 광 배향제가 코팅된 기판(102)이 로버트 암(도 1의 110)에 의해 광 배향장치 내로 이송되면, 상기 기판(102)은 핫 플레이트(106)에 구비된 다수의 홀(120)을 통해 인출된 다수의 기판 지지 핀(122)에 의해 지지 고정된다.
이에 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 기판 지지 핀(122)이 상기 홀(120) 하부로 내려가면 기판(102)은 핫 플레이트(106) 전면에 형성된 히터(107) 상에 안착되어 가열이 진행되는 것이다.
그러나, 이와 같이 기판 가열을 위해 핫 플레이트(106)를 사용하게 되면, 기판(102)이 상기 핫 플레이트(106)에 접촉 후, 설정 온도까지 상승하기 위해 일정기간의 가열시간이 필요하게 되어 단위 기판에 대한 처리시간이 증가된다는 문제가 있다.
또한, 종래의 광 배향막 형성 장치의 경우 로버트 암(110)에 의해 기판(102)을 이송해야 하기 때문에 장비 사이즈가 증가되고, 핫 플레이트(106)의 히터(107)에 기판(102)을 안착시키도록 하는 기판 지지 핀(122)이 반드시 구비되어야 하며, 핫 플레이트에 다수 구비된 홀(120)에 의해 기판(102) 전면이 균일하게 가열되지 못한다는 단점이 있다.
본 발명은 광 배향막 형성 장치에 있어서, UV 광원 조사에 앞서 적외선(IR) 광원을 이용하여 기판을 가열하도록 함으로써, 인-라인(in-line) 공정을 통해 광 배향막을 형성하여 시간 단축 및 장비 사이즈를 최소화하고, 기판 전체를 균일하게 가열하도록 하는 광 배향막 형성 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 광 배향막 형성 장치는, 광 배향제가 코팅된 기판의 로딩(loading) 및 얼라인(align)을 수행하는 제 1버퍼부와; 상기 제 1버퍼부에서 이동되는 기판에 대해 적외선(IR)을 조사하여 기판을 가열하는 기판 가열부와; 상기 기판 가열부에 의해 전면 가열된 기판 상에 자외선(UV)를 조사하여 상기 기판 상에 코팅된 광 배향제를 경화시켜 배향막을 형성하 는 UV 광원부와; 상기 UV 조사에 의해 형성된 배향막 기판을 언로딩하는 제 2버퍼부가 포함됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1버퍼부, 기판 가열부, UV 광원부 및 제 2버퍼부는 콘베어 장치에 의해 연결되어 인 라인 공정을 수행하고, 상기 기판 가열부는 기판을 가열하도록 하는 적외선(IR) 소스(source)가 구비되며, 상기 적외선 소스로는 수은(Hg) 램프 또는 금속 할로겐화물(Metal halide) 램프 또는 할로겐 램프가 사용됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 UV 광원부는 UV 배향용 광원이 조사되는 UV 램프와, 상기 UV 램프에서 조사되는 UV를 편광시키는 편광 광학계가 포함되어 구성되며, 상기 제 2버퍼부에는 상기 가열된 기판을 냉각시키는 쿨러가 구비됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 광 배향막 형성 방법은, 광 배향제가 코팅된 기판의 로딩(loading) 및 얼라인(align)이 수행되는 단계와; 상기 로딩된 기판이 인 라인 상으로 이동되면서 상기 기판의 전면에 적외선(IR)이 조사되어 전면 가열되는 단계와; 상기 전면 가열된 기판 상에 자외선(UV)이 조사되어 상기 기판 상에 코팅된 광 배향제가 경화되는 단계와; 상기 UV 조사에 의해 형성된 배향막 기판이 언로딩되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 단계는 인 라인 공정에 의해 순차적으로 수행되며, 상기 적외선을 조사하는 적외선 소스로는 수은(Hg) 램프 또는 금속 할로겐화물(Metal halide) 램프 또는 할로겐 램프가 사용됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 배향막이 형성된 기판이 언로딩 되기 전에 기판이 냉각되는 단계 가 더 포함됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 광 배향막 형성장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 광 배향막 형성장치를 나타낸는 평면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 광 배향막 형성장치는 인 라인 공정을 통해 광 배향막을 형성할 수 있도록 구성되고, 광 배향제가 코팅된 기판을 가열하기 위해 핫 플레이트가 아닌 적외선(IR) 램프가 구비됨으로써, 시간 단축 및 장비 사이즈를 최소화하고, 기판에 접촉하지 않으면서도 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있음을 특징으로 한다.
즉, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 광 배향막 형성장치는, 광 배향제가 코팅된 기판의 로딩(loading) 및 얼라인(align)을 수행하는 제 1버퍼부(300)와, 상기 제 1버퍼부(300)에서 이동되는 기판(302)에 대해 적외선(IR)을 조사하여 기판을 가열하는 기판 가열부(310)와, 상기 기판 가열부에 의해 전면 가열된 기판 상에 자외선(UV)를 조사하여 상기 기판 상에 코팅된 광 배향제를 경화시켜 배향막을 형성하는 UV 광원부(320)와, 상기 UV 조사에 의해 형성된 배향막 기판을 언로딩하는 제 2버퍼부(330)로 구성된다.
여기서, 상기 각 구성요소 즉, 제 1버퍼부(300), 기판 가열부(310), UV 광원부(320) 및 제 2버퍼부(330)는 콘베어(304) 장치에 의해 연결되어 인 라인 공정을 통해 상기 광 배향막 형성이 수행됨을 특징으로 한다.
상기 구성을 갖는 광 배향막 형성장치는 종래의 핫 플레이트 방식에 의해 기판을 가열함에 의해 발생되는 단점을 극복할 수 있는 것으로, 즉, 종래 핫 플레이트 방식의 온도 균일도 저하 및 장비 사이즈 증가 문제를 해결할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 이는 상기 기판의 가열을 위해 종래의 핫 플레이트와 같이 열 전달을 위한 접촉이 필요 없으므로 가열과 조사가 연속 공정으로 처리 가능하여 결과적으로 인 라인 장비 구성이 용이하게 되며,
또한, 종래의 핫 플레이트 방식에 비해 대면적 기판에서의 기판을 균일하게 가열하기가 훨씬 수월해 진다. 즉, 본 발명은 비접촉 방식으로 기판을 가열하기 때문에 종래의 기판 지지 핀 및 홀이 구비되지 않으므로, 기판 전면을 균일하게 가열할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기 기판 가열부(310)는 기판을 가열하도록 하는 적외선(IR) 소스(source)(312)가 구비되는데, 상기 적외선 소스(312)로는 수은(Hg) 램프 또는 금속 할로겐화물(Metal halide) 램프 또는 할로겐 램프가 사용될 있다.
상기 적외선은 햇빛이나 백열된 물체로부터 방출되는 빛의 스펙트럼에서 가시광선의 적색스펙트럼의 끝보다 더 바깥쪽에 있는 광선을 의미하는 것으로, 파장 0.75-3μm의 적외선을 근적외선, 3-25μm의 것을 단순히 적외선이라 하며, 25μm 이상의 것을 원적외선이라 한다.
이와 같은 적외선은 가시광선 또는 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징이므로, 상기 적외선을 이용하여 기판을 가열할 수 있는 것이다.
본 발명의 경우 상기 적외선 소스(312)를 기판 가열부(310)로 활용함으로써 비 접촉 방식 기판 가열이 가능하며, 이와 같이 열 전달을 위한 접촉이 필요 없으므로 가열과 조사가 연속 공정으로 처리 가능하여 결과적으로 인 라인 장비 구성이 용이하게 되는 것이다.
또한, 상기 기판 가열부(310)는 인라인 장비 구성에 있어 상기 UV 광원부(320) 전단에 위치함이 바람직하며, 상기 기판 가열부(310)가 UV 광원부(320) 전단에 구비되는 경우 기판(302)이 소정의 온도로 가열된 후 상기 기판 상에 UV가 조사됨으로써 보다 수월하게 광 배향막이 형성될 수 있게 된다.
여기서, 상기 소정의 온도는 상기 기판 상에 코팅된 배향제의 유리전이 온도 부근인 150 ~ 200도로 함이 바람직하며, 이 경우 기판 상에 코팅된 배향제의 메인 체인(main chain) 운동의 증가와, 광 분해 또는 중합 반응율이 증가되므로, 상기 UV 조사에 의해 배향제가 경화되어 형성되는 배향막 액정의 이방성을 증가시켜서 액정의 배향력을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 UV 광원부(320)는 도 3에 도시된 바와 같이 UV 배향용 광원이 조사되는 UV 램프(322)와, 상기 UV 램프에서 조사되는 UV를 편광시키는 편광 광학계(324)로 구성되어, 최종적으로 상기 기판(302) 상에 코팅된 배향제에 조사되는 광은 편광 UV가 된다.
또한, 본 발명의 경우 상기 기판 가열부(310) 및 UV 광원부(320)를 거쳐 배향막이 형성된 기판은 상기 제 2버퍼부(330)에서 언로딩되는데, 상기 제 2버퍼부(330)에는 쿨러(미도시)가 구비되어 상기 가열된 기판을 냉각시키는 역할을 수행한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 광 배향막 형성 방법을 설명하면다음과 같다.
먼저 광 배향제가 코팅된 기판(302) 준비되어 제 1버퍼부(300) 상에 로딩되고, 상기 제 1버퍼부에서 상기 기판에 대한 얼라인이 수행된다.
이후 상기 기판(302)은 콘베어(304) 장치에 의해 상기 제 1버퍼부(300)에서 기판 가열부(310)로 이동하여 상기 기판의 전면이 가열된다.
여기서, 상기 기판 가열부(310)는 적외선 소스(312)를 구비하며, 상기 적외선 소스를 통해 적외선을 상기 기판 상에 조사함으로써 기판 전면을 균일하게 가열하는 역할을 수행한다.
이 때, 상기 기판은 콘베어 장치에 의해 이동하면서 적외선이 순차적으로 조사될 수 있다. 즉, 인라인 공정 상에서 연속적으로 가열이 수행되는 것이다.
본 발명의 경우 상기 기판의 가열을 위해 적외선 소스(312)를 이용함으로써, 종래의 핫 플레이트와 같이 열 전달을 위한 접촉이 필요 없으므로 가열과 조사가 연속 공정으로 처리 가능하여 결과적으로 인 라인 장비 구성이 용이하게 된다.
또한, 종래의 핫 플레이트 방식에 비해 대면적 기판에서의 기판을 균일하게 가열하기가 훨씬 수월해 진다. 즉, 본 발명은 비접촉 방식으로 기판을 가열하기 때문에 종래의 기판 지지 핀 및 홀이 구비되지 않으므로, 기판 전면을 균일하게 가열할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기 기판 가열부(310)는 기판을 가열하도록 하는 적외선(IR) 소스(source)(312)가 구비되는데, 상기 적외선 소스로는 수은(Hg) 램프 또는 금속 할로 겐화물(Metal halide) 램프 또는 할로겐 램프가 사용될 있다.
이와 같이 상기 기판 가열부(310)에 의해 전면 가열된 기판은 UV 광원부(320)에 의해 조사되는 자외선에 의해 상기 기판 상에 코팅된 광 배향제가 경화되어 배향막이 형성된다.
이 때, 상기 UV 광원부(320)는 도 3에 도시된 바와 같이 UV 배향용 광원이 조사되는 UV 램프(322)와, 상기 UV 램프에서 조사되는 UV를 편광시키는 편광 광학계(324)로 구성되어, 최종적으로 상기 기판상에 코팅된 배향제에 조사되는 광은 편광 UV가 된다.
마지막으로 상기 기판 가열부(310) 및 UV 광원부(320)를 거쳐 배향막이 형성된 기판은 상기 제 2버퍼부(330)에서 언로딩되는데, 상기 제 2버퍼부에는 쿨러(미도시)가 구비되어 상기 가열된 기판을 냉각시키는 역할을 수행할 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 광 배향막 형성 장치에 있어서, UV 광원 조사에 앞서 적외선(IR) 광원을 이용하여 기판을 가열하도록 함으로써, 인-라인(in-line) 공정을 통해 광 배향막을 형성하여 시간 단축 및 장비 사이즈를 최소화하고, 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 광 배향제가 코팅된 기판의 로딩(loading) 및 얼라인(align)을 수행하는 제 1버퍼부와;
    상기 제 1버퍼부에서 이동되는 기판에 적외선(IR)을 조사하여 상기 광 배향제를 유리전이온도 부근인 150℃ 내지 200℃ 까지 가열하여 광 분해율 또는 광중합 반응율을 증가시키는 기판 가열부와;
    상기 기판 가열부에 의해 가열된 기판 상에 자외선(UV)를 조사하여 상기 유리전이상태인 광 배향제를 경화시켜 배향막을 형성하는 UV 광원부와;
    상기 UV 조사에 의해 형성된 배향막 기판을 언로딩하는 제 2버퍼부가 포함됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1버퍼부, 기판 가열부, UV 광원부 및 제 2버퍼부는 콘베어 장치에 의해 연결되어 인 라인 공정을 수행함을 특징으로 하는 광 배향막 형성 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 가열부는 기판을 가열하도록 하는 적외선(IR) 소스(source)가 구비됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 적외선 소스로는 수은(Hg) 램프 또는 금속 할로겐화물(Metal halide) 램프 또는 할로겐 램프가 사용됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 UV 광원부는 UV 배향용 광원이 조사되는 UV 램프와, 상기 UV 램프에서 조사되는 UV를 편광시키는 편광 광학계가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2버퍼부에는 상기 가열된 기판을 냉각시키는 쿨러가 구비됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 장치.
  7. 광 배향제가 코팅된 기판의 로딩(loading) 및 얼라인(align)이 수행되는 단계와;
    상기 로딩된 기판이 인 라인 상으로 이동되면서 상기 기판상의 광 배향제 코팅면에 적외선(IR)을 조사하여 상기 광 배향제의 광 분해율 또는 광중합 반응율이 증가되는 유리전이온도 부근인 150℃ 내지 200℃ 까지 가열하는 단계와;
    상기 유리전이온도까지 가열된 광 배향제 코팅면에 자외선(UV)을 조사하어 상기 광 배향제를 경화시키는 단계와;
    상기 UV 조사에 의해 형성된 배향막 기판을 언로딩하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 광 배향막 형성 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 각 단계는 인 라인 공정에 의해 순차적으로 수행됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 적외선을 조사하는 적외선 소스로는 수은(Hg) 램프 또는 금속 할로겐화물(Metal halide) 램프 또는 할로겐 램프가 사용됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 배향막이 형성된 기판이 언로딩 되기 전에 기판이 냉각되는 단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 광 배향막 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 광 배향제의 유리 전이 온도 부분까지 가열되며, 상기 유리 전이 온도 부분의 온도는 150℃ 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 광 배향막 형성 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 기판은 상기 광 배향제의 유리 전이 온도 부분까지 가열되며, 상기 유리 전이 온도 부분의 온도는 150℃ 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 광 배향막 형성 방법.
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