KR100769192B1 - 액정표시소자용 배향막 형성방법 및 형성장치, 및 그를이용한 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

액정표시소자용 배향막 형성방법 및 형성장치, 및 그를이용한 액정표시소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 수용할 수 있는 홈이 구비된 기판 스테이지를 준비하는 공정; 배향막이 도포된 기판을 준비하는 공정; 상기 기판 스테이지의 홈에 상기 배향막이 도포된 기판을 안착하는 공정; 러빙포가 부착된 러빙롤을 회전시켜 상기 배향막의 배향방향을 결정하는 러빙공정을 포함하여 이루어진 액정표시소자의 배향막 형성방법에 관한 것으로서,
기판 스테이지에 기판을 수용할 수 있는 홈을 형성하고 홈 내에 기판을 안착한 후에 러빙공정을 수행함으로써 기판 스테이지와 기판 사이의 단차를 제거하여 러빙포의 배열이 흐트러지는 것을 방지함으로써 균일한 배향막 형성이 가능하다.
배향막, 단차, 기판 스테이지

Description

액정표시소자용 배향막 형성방법 및 형성장치, 및 그를 이용한 액정표시소자의 제조방법{Method and Apparatus of forming an alignment layer for a liquid crystal display device, and Method of manufacturing a liquid crystal display device using the same}
도 1은 일반적인 액정표시소자의 분해사시도이다.
도 2는 종래 러빙배향법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자의 배향막 형성방법에 대한 개략적인 공정도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시소자의 배향막 형성방법에 대한 개략적인 공정도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 형성 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배향막 형성 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100 : 기판 300 : 배향막
400 : 러빙롤 420 : 러빙포
500 : 기판 스테이지 510 : 기판 수용용 홈
600 : UV 조사장비
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액정표시소자에서 액정의 초기배향을 위한 배향막에 관한 것이다.
표시화면의 두께가 수 센치미터(cm)에 불과한 초박형의 평판표시소자(Flat Panel Display) 중에서 액정표시소자는 동작 전압이 낮아 소비 전력이 적고 휴대용으로 쓰일 수 있는 등의 이점으로 노트북 컴퓨터, 모니터, 우주선, 항공기 등에 이르기까지 응용분야가 넓고 다양하다.
액정표시소자는 일반적으로 컬러필터층이 형성된 컬러필터기판, 상기 컬러필터 기판과 대향되며 박막트랜지스터가 형성된 박막트랜지스터 기판, 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.
이와 같은 액정표시소자는 상기 액정층의 배향방향이 전압인가에 의해 변경되어 빛의 투과도가 조절됨으로써 화상이 재현되게 된다. 따라서, 전압인가를 위해서 상기 박막트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판에 전극이 형성되게 되는데, 박막트랜지스터 기판에 화소전극이 배치되고 컬러필터기판에 공통전극이 배치되어 양 기판 사이에 수직의 전계가 형성되는 경우(예로, TN(Twisted nematic)모드)도 있고, 박막트랜지스터 기판에 화소전극과 공통전극이 평행하게 배치되어 수평의 전계가 형성되는 경우(예로, IPS(In-plane Switching) 모드)도 있다.
도 1은 일반적인 TN 모드 액정표시소자의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 박막트랜지스터 기판(10)에는 게이트 라인(12) 및 데이터 라인(14)이 교차 형성되어 있고, 그 교차영역에 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 화소전극(16)이 형성되어 있다. 또한 컬러필터기판(20)에는 빛의 누설을 방지하기 위한 차광층(22)이 형성되어 있고, 차광층(22) 사이에 R, G, B의 컬러필터층(24)이 형성되어 있으며, 그 위에 공통전극(25)이 형성되어 있다. 이 경우, 박막트랜지스터 기판(10)에 형성된 화소전극(16)과 컬러필터기판(20)에 형성된 공통전극(25) 사이에서 수직의 전계가 형성되고, 그에 따라 액정의 배향 방향이 조절되게 된다.
상기와 같은 구조의 양 기판(10, 20)은 그 후 합착 되어 하나의 액정패널을 형성하며, 이때, 양 기판(10, 20) 사이에는 액정층이 형성되게 된다.
한편, 상기 액정층이 양 기판(10, 20) 사이에서 임의로 배열되어 있으면 액정층의 일관된 분자배열을 얻기가 어려우므로, 도시하지는 않았지만, 박막트랜지스터기판(10) 및 컬러필터기판(20)에 액정의 초기 배향을 위한 배향막이 형성된다.
이와 같은 액정의 초기 배향을 위한 배향막은 주로 러빙배향법을 이용하여 형성한다.
도 2는 종래 러빙배향법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 러빙배향법은 기판(10, 20) 상에 폴리이미드와 같은 유기 고분자를 박막(30)의 형태로 도포한 후, 러빙포(42)가 감겨진 러빙롤(40)을 회전시켜 상기 박막(30) 형태의 유기 고분자를 문지름으로써 유기 고분자를 일정방향으로 정렬시켜 배향막을 형성하는 방법이다.
상기 러빙롤(40)에 의해 유기 고분자가 정렬된 방향으로 액정이 배향되게 되며, 따라서, 러빙롤(40)의 이동방향이 액정의 배향방향이 되는 것이다.
그러나, 이와 같은 러빙배향법은 기판(10, 20)이 안착되는 기판 스테이지(50)와 기판(10, 20) 사이의 단차에 의해 러빙공정이 시작되는 시점에 러빙포(42)의 배열이 흐트러지는 경우가 발생할 수 있다.
이와 같이 러빙포(42)의 배열이 흐트러질 경우 균일하지 못한 배향막이 형성되어 빛샘이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 고안된 것으로서,
본 발명의 제1목적은 러빙공정이 시작되는 시점에 러빙포의 배열이 흐트러지지 않도록 하여 균일한 배향막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 상기 균일한 배향막을 형성하는 방법을 이용하여 빛샘문제를 방지할 수 있는 액정표시소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은 러빙공정이 시작되는 시점에 러빙포의 배열이 흐트러지지 않도록 하여 균일한 배향막을 형성하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 제1목적을 달성하기 위해서, 기판을 수용할 수 있는 홈이 구비된 기판 스테이지를 준비하는 공정; 배향막이 도포된 기판을 준비하는 공정; 상 기 기판 스테이지의 홈에 상기 배향막이 도포된 기판을 안착하는 공정; 러빙포가 부착된 러빙롤을 회전시켜 상기 배향막의 배향방향을 결정하는 러빙공정을 포함하여 이루어진 액정표시소자의 배향막 형성방법을 제공한다.
즉, 본 발명은 기판 스테이지에 기판을 수용할 수 있는 홈을 형성하고 홈 내에 기판을 안착한 후에 러빙공정을 수행함으로써 기판 스테이지와 기판 사이의 단차를 제거하여 러빙포의 배열이 흐트러지는 것을 방지함으로써 균일한 배향막을 형성하도록 한 것이다.
여기서, 상기 배향막이 도포된 기판에 편광된 UV를 조사하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 편광된 UV를 조사할 경우 배향막의 배향성을 보다 균일하게 형성할 수 있다. 편광된 UV를 조사하는 공정은 상기 러빙공정 이전 또는 이후에 수행할 수도 있고, 러빙공정과 동시에 수행할 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 제2목적을 달성하기 위해서, 제1기판 및 제2기판을 준비하는 공정; 상기 양 기판 중 어느 하나의 기판 상에 배향막을 도포하는 공정; 기판을 수용할 수 있는 홈이 구비된 기판 스테이지를 준비하는 공정; 상기 기판 스테이지의 홈에 상기 배향막이 도포된 기판을 안착하는 공정; 러빙포가 부착된 러빙롤을 회전시켜 상기 배향막의 배향방향을 결정하는 러빙공정; 및 상기 양 기판 사이에 액정층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 액정표시소자의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 배향막이 도포된 기판에 편광된 UV를 조사하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제3목적을 달성하기 위해서, 기판을 수용할 수 있는 홈이 구비된 기판 스테이지; 및 상기 기판 스테이지에 수용되는 기판에 러빙공정을 수행하기 위한, 러빙포가 부착된 러빙롤을 포함하여 이루어진 액정표시소자의 배향막 형성 장치를 제공한다.
여기서, 상기 기판 스테이지에 수용되는 기판에 편광된 UV를 조사하기 위한, UV조사 장비를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 보다 상세히 설명한다.
1. 배향막 형성 방법
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자의 배향막 형성방법에 대한 개략적인 공정도이다.
우선, 도 3a와 같이, 기판 스테이지(500)를 준비한다.
상기 기판 스테이지(500)에는 홈(510)이 형성되어 있어, 상기 홈(510)에 배향막이 도포된 기판이 수용되게 된다.
상기 홈(510)의 높이는 배향막이 도포된 기판의 높이와 동일한 것이 바람직하다.
상기 기판 스테이지(500)는 이동이 가능하도록 형성하는 것이 후 공정인 러빙공정의 원활한 진행을 위해 바람직하다.
그 후, 도 3b와 같이, 배향막(300)이 도포된 기판(100)을 준비한다.
상기 기판(100)은 박막트랜지스터 기판일 수도 있고, 컬러필터 기판일 수도 있다.
상기 기판(100)이 박막트랜지스터 기판일 경우에는, 도시하지는 않았지만 투명기판 상에 서로 교차 형성되어 화소영역을 정의하도록 게이트 배선 및 데이터 배선이 형성되어 있고, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차영역에 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하여 구성된 박막트랜지스터가 형성되어 있고, 그리고 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되도록 상기 화소영역에 화소전극이 형성되어 있다.
또한, 상기 기판(100)이 컬러필터 기판일 경우에는, 투명기판 상에 빛의 누설을 방지하는 차광층이 형성되어 있고, 상기 차광층 위에 녹색, 적색, 청색의 컬러필터층이 형성되어 있고, 그리고 상기 컬러필터층 상부에 공통전극이 형성되어 있다.
다만, 소위 IPS(In-plane switching) 모드 액정표시소자의 경우에는 상기 공통전극이 컬러필터 기판 상에 형성되지 않고 박막트랜지스터 기판 상에서 상기 화소전극과 평행하게 형성되게 된다.
상기 기판(100)에 도포되는 배향막은 폴리이미드(Polyimide), 폴리아믹 에시드(Polyamic acid), 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate), 폴리아조벤젠(polyazobenzene), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리스틸렌(Polystylene), 폴리페닐렌프탈아미드(Polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 및 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate)로 구성된 군에서 선택된 고분자물질이 적용될 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그 후, 도 3c와 같이, 상기 기판 스테이지(500)의 홈(510)에 상기 배향막(300)이 도포된 기판(100)을 안착한다.
이와 같이, 배향막(300)이 도포된 기판(100)이 기판 스테이지(500)의 홈(510)에 안착되기 때문에 기판(100)과 기판 스테이지(500) 사이의 단차가 형성되지 않게 되어, 후 공정인 러빙공정시 러빙포가 흐트러지는 것이 방지된다.
그 후, 도 3d와 같이, 러빙포(420)가 부착된 러빙롤(400)을 회전시켜 러빙공정을 수행함으로써, 상기 배향막(300)의 배향방향을 결정하여 배향막 형성을 완료한다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시소자의 배향막 형성방법에 대한 개략적인 공정도이다.
도 4a 내지 도 4e에 따른 액정표시소자의 배향막 형성방법은 배향막이 도포된 기판에 편광된 UV를 조사하는 공정을 추가로 포함하여 배향막의 배향성을 보다 균일하게 하는 것으로서, 편광된 UV를 조사하는 공정을 추가한 것을 제외하고 전술한 도 3a 내지 도 3d에 따른 배향막 형성방법과 동일하다.
즉, 도 4a와 같이, 기판을 수용할 수 있는 홈(510)이 구비된 기판 스테이지(500)를 준비하고, 도 4b와 같이, 배향막(300)이 도포된 기판(100)을 준비하고, 도 4c와 같이, 상기 기판 스테이지(500)의 홈(510)에 상기 배향막(300)이 도포된 기판(100)을 안착한 후, 도 4d와 같이, 러빙포(420)가 부착된 러빙롤(400)을 회전시켜 러빙공정을 수행한다.
각각의 공정에 대한 구체적인 설명은 전술한 실시예와 동일하므로 생략한다.
그리고, 도 4e와 같이 UV조사장비(600)를 이용하여 배향막(300)이 도포된 기판(100)에 편광된 UV를 조사한다.
이와 같이 편광된 UV를 조사하게 되면 배향막(300)의 종류에 따라 편광방향에 수직한 방향 또는 편광방향에 수평한 방향으로 정렬된 고분자 사슬이 제거되어 배향막의 배향성이 향상된다. 따라서, 상기 러빙공정에 의한 배향막의 배향방향과 상기 편광된 UV조사공정에 의한 배향막의 배향방향이 서로 일치하도록 상기 편광방향을 결정하여 UV를 조사함으로써, 배향막의 배향성이 향상되게 된다.
이와 같이 편광된 UV를 조사하는 공정은 상기 러빙공정 이후에 수행할 수도 있고, 러빙공정 이전에 수행할 수도 있으며, 러빙공정과 동시에 수행하는 것도 가능하다.
상기 편광된 UV는 부분편광된 UV를 이용할 수도 있고 선편광된 UV를 이용할 수도 있다.
2. 액정표시소자의 제조방법
도시하지는 않았지만, 본 발명은 제1기판 및 제2기판을 준비하는 공정, 상기 양 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 배향막을 형성하는 공정, 상기 양 기판 사이에 액정층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 액정표시소자의 제조방법을 제공한다.
상기 제1기판 및 제2기판을 준비하는 공정은 각각 박막트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판을 준비하는 공정이다.
박막트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판은 전술한 바와 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 배향막을 형성하는 공정은 전술한 도 3a 내지 도 3d에 따른 방법 또는 도 4a 내지 도 4e에 따른 방법으로 수행된다.
즉, 도 3a와 같이 기판을 수용할 수 있는 홈(510)이 구비된 기판 스테이지(500)를 준비하고, 도 3b와 같이, 배향막(300)이 도포된 기판(100)을 준비하고, 도 3c와 같이, 상기 기판 스테이지(500)의 홈(510)에 상기 배향막(300)이 도포된 기판(100)을 안착한 후, 도 3d와 같이, 러빙포(420)가 부착된 러빙롤(400)을 회전시켜 러빙공정을 수행하여 배향막의 배향방향을 결정하는 공정으로 이루어 질 수 있다.
또한, 도 4a 내지 도 4e와 같이, 러빙공정과 더불어 편광된 UV조사 공정을 추가로 수행할 수도 있다.
각각의 공정에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략한다.
상기 액정층을 형성하는 공정은 소위 진공주입법 또는 액정적하법에 의해 수행될 수 있다.
상기 진공주입법은 양 기판 중 어느 하나의 기판에 주입구가 있는 씨일재를 형성한 후 양 기판을 합착하고, 그 후에 상기 주입구를 통해 액정을 양 기판 사이에 주입하는 방법이다.
상기 액정적하법은 양 기판 중 어느 하나의 기판에 주입구 없는 씨일재를 형성하고 양 기판 중 어느 하나의 기판에 액정을 적하한 후 양 기판을 합착하는 방법 이다.
3. 배향막 형성 장치
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 형성 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 배향막 형성 장치는 기판 스테이지(500) 및 러빙롤(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판 스테이지(500)에는 기판을 수용할 수 있는 홈(510)이 구비되어 있다. 상기 홈(510)에 기판이 안착되어 기판과 기판 스테이지(500)간의 단차가 제거되는 것이며, 따라서 홈(510)의 높이는 안차되는 기판의 높이와 동일한 것이 바람직하다.
상기 기판 스테이지(500)는 이동가능한 것이 바람직하다.
상기 러빙롤(400)은 그 외면에 일정한 방향으로 배열된 러빙포(420)가 부착되어 있어 회전에 의해 기판에 도포된 배향막의 배향방향을 결정하게 된다.
상기 기판 스테이지(500)가 이동할 경우 상기 러빙롤(400)은 이동가능하게 형성할 필요는 없지만 이동가능하게 형성하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배향막 형성 장치를 개략적으로 도시한 단면도로서, 전술한 도 5에 따른 배향막 형성 장치에 편광된 UV를 조사하기 위한 UV조사 장비(600)를 추가로 포함한 것이다.
상기 UV조사 장비(600)는 당업계에 공지된 다양한 UV조사 장비가 적용될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 당업자에게 자명한 범위내에서 변경실시할 수 있는 범위내이다.
상기 본 발명에 의하면, 기판 스테이지에 기판을 수용할 수 있는 홈을 형성하고 홈 내에 기판을 안착한 후에 러빙공정을 수행함으로써 기판 스테이지와 기판 사이의 단차를 제거하여 러빙포의 배열이 흐트러지는 것을 방지함으로써 균일한 배향막 형성이 가능하다.
또한, 러빙공정과 더불어 편광된 UV조사 공정을 추가로 수행함으로써 배향막의 배향성이 보다 향상되게 된다.

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  8. 제1기판 및 제2기판을 준비하는 공정;
    상기 양 기판 중 적어도 하나의 기판 상에 배향막을 도포하는 공정;
    기판을 수용할 수 있는 홈이 구비된 기판 스테이지를 준비하는 공정;
    상기 기판 스테이지의 홈에 상기 배향막이 도포된 기판을 안착하는 공정;
    러빙포가 부착된 러빙롤을 회전시켜 상기 배향막의 배향방향을 결정하는 러빙공정; 및
    상기 양 기판 사이에 액정층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며,
    상기 기판 스테이지에 구비된 홈의 높이는 상기 배향막이 도포된 기판의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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  10. 제8항에 있어서,
    상기 기판 스테이지는 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 배향막을 도포하는 공정은 기판 상에 폴리이미드(Polyimide), 폴리아믹 에시드(Polyamic acid), 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate), 폴리아조벤젠(polyazobenzene), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리스틸렌(Polystylene), 폴리페닐렌프탈아미드(Polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 및 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate)로 구성된 군에서 선택된 고분자물질을 도포하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 배향막이 도포된 기판에 편광된 UV를 조사하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 편광된 UV를 조사하는 공정은 상기 러빙공정 이후 또는 이전에 수행하거나, 또는 상기 러빙공정과 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 러빙공정에 의해 배향막의 배향방향과 상기 편광된 UV조사공정에 의한 배향막의 배향방향은 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막 형 성방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 양 기판 사이에 액정층을 형성하는 공정은
    상기 양 기판 중 어느 하나의 기판 상에 액정을 적하하는 공정; 및
    상기 양 기판을 합착하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  16. 배향막이 도포된 기판을 수용할 수 있는 홈이 구비된 기판 스테이지; 및
    상기 기판 스테이지에 수용되는 기판에 러빙공정을 수행하기 위한, 러빙포가 부착된 러빙롤을 포함하여 이루어지며,
    상기 기판 스테이지에 구비된 홈의 높이는 상기 배향막이 도포된 기판의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막 형성 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기판 스테이지는 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막 형성 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 기판 스테이지에 수용되는 기판에 편광된 UV를 조사하기 위한, UV조사 장비를 포함하여 이루어진 액정표시소자의 배향막 형성 장치.
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