KR100806803B1 - 액정표시소자의 배향막 러빙방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분할 러빙 공정을 적용하여 1회 러빙 대응면적을 줄임으로써, 대면적에서의 러빙 세기 불균일로 인한 러빙불량을 해소하고자 하는 액정표시소자의 배향막 러빙방법에 관한 것으로서, 특히 대면적 기판 상면에 배향막을 도포하는 공정과, 상기 배향막을 적어도 두 영역 이상으로 분할한 후, 각 영역에 대해 분할 러빙하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

분할 러빙, 러빙포, 균일성

Description

액정표시소자의 배향막 러빙방법{Method For Rubbing Alignment layer Of Liquid Crystal Display Device}

도 1은 종래 기술의 제 1 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도.

도 2는 일반적인 액정표시소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도.

도 3은 종래 기술의 제 2 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명

20 : 기판 22 : 배향막

23 : 지지대 24 : 러빙롤

25 : 러빙포 26 : 테이블

27 : 구동롤러

본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)의 배향막 러빙방법에 관한 것으로, 특히 대면적 기판에 대한 배향막 러빙의 균일성을 확보하는 액정표시소자의 배향막 러빙방법에 관한 것이다.

최근, 계속해서 주목받고 있는 평판표시소자 중 하나인 액정표시소자는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 소자로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용하고 있다.

상기 액정표시소자는 컬러필터층 및 공통전극이 형성된 컬러필터기판과, 박막트랜지스터와 화소전극이 형성된 박막트랜지스터 기판과, 상기 두 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되는데, 이를 광학소자로 활용하기 위해서는 액정층의 액정분자들을 특정 방향으로 배향시켜야 한다.

따라서, 액정분자들을 특정방향으로 배향시키기 위하여 배향막으로 불리는 유기고분자막을 기판 위에 인위적으로 형성하고 러빙처리하여 이방성을 부여한다.

즉, 기판 상면에 폴리아믹산, 가용성 폴리이미드 등을 도포하고, 60℃~80℃ 정도의 온도와 80℃~200℃ 정도의 온도에서 차례로 경화하여 폴리이미드화한 후, 러빙장치를 이용한 러빙공정으로 폴리이미드막 표면의 다수 영역에 다양한 배향패턴들을 형성한다.

여기서, 러빙 공정은 레이온, 나일론과 같은 러빙포로 감겨진 원통 형태의 러빙롤을 회전시켜, 상기 폴리이미드막 표면에 물리적인 마찰을 가하여 문질러 주는 방식으로 진행된다.

다만, 모니터, TV관련 제품의 생산효율을 증가시키기 위해서 기판 사이즈는 점차로 커지고 그에 따라서 러빙포, 러빙롤, 스테이지의 사이즈도 계속 커지게 된다. 러빙포는 러빙 각도에 대응되게 하기 위해서 기판보다 그 사이즈가 더욱 커야 하는데, 이와 같이 러빙장치 구성요소의 사이즈가 커지게 되면 러빙롤의 회전압력이 국부적으로 상이해져 러빙이 불균일해지고 결국, 소자의 신뢰성이 저하된다.

특히, 러빙포의 경우 양면 테이프를 이용하여 러빙롤의 외주면에 부착되므로, 러빙포의 사이즈가 커질수록 부착균일도와 러빙포 포결의 각도 균일성 역시 불리하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 액정표시소자의 배향막 러빙방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술의 제 1 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 일반적인 액정표시소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도이다.

그리고, 도 3은 종래 기술의 제 2 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도이다.

도 1에서와 같이, 통상의 배향막 러빙방법은 원통 형태의 러빙롤(14)과, 상기 러빙롤(14)의 외주면에 양면 테이프를 이용하여 부착된 러빙포(15)와, 상기 러빙롤(14)의 중심축과 연결되어 러빙롤을 지지해주는 지지대(13)로 구성된 러빙장치 를 이용하여 진행된다.

도 2를 참고로 상기 러빙장치를 이용한 액정표시소자의 제조방법을 구체적으로 살펴보면, 먼저 여러 패턴들이 형성된 기판 상의 이물질을 제거하기 위해 세정공정(S100)을 행하고, 배향막 인쇄장치를 이용하여 기판 상면에 배향막 원료액을 인쇄하는 배향막 인쇄공정(S101)을 행한 뒤, 상기 배향막 원료액에 열을 가하여 경화시키는 배향막 경화공정(S102)을 행한다.

다음, 러빙장치를 이용하여 경화처리된 배향막 표면을 일정한 방향으로 문질러 홈을 만들어주는 배향막 러빙공정(S103)을 행한다.

즉, 도 1에서와 같이 배향막(12)이 형성된 기판(10)을 스테이지(16) 상면에 탑재시키고, 구동모터(미도시)의 동력으로 구동롤러(17)를 회전시켜 스테이지(16)를 전진시킴으로써 기판(10)을 움직인다. 이 때, 지지대(13)에 연결된 러빙롤(14)은 그 저부에서 전진하는 기판(10)의 배향막(12)과 접촉된 후, 제자리 회전하면서 상기 배향막(12)의 표면에 홈을 남긴다.

균일한 디스플레이 특성을 갖도록 하기 위해서는 넓은 면적에 균일하게 홈을 형성시켜 주는 것이 중요한데, 이는 배향막 표면을 러빙포로 균일한 압력과 속도로 마찰시켜 배향막 표면의 고분자 사슬을 일정방향으로 정렬시킴으로써 가능하다.

상기의 배향막 형성공정이 끝난 후에는, 상부기판의 가장자리에 접착제 역할을 하는 씰 패턴(seal pattern)을 액정주입구를 제외한 나머지 영역에 형성하고, 하부기판에 스페이서(spacer)를 산포한다.(S104)

다음, 상기 두 기판을 대향 합착시키는데, 주어진 마진을 벗어나면 화상표시영역으로 빛이 새어나오게 되므로 보통 수 마이크로미터(㎛) 정도의 정밀도가 요구된다.(S105)

이 때, 상기 기판 중 상부기판은 컬러필터층과 공통전극이 형성된 컬러필터 기판이고, 하부기판은 수직교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소 영역에 박막트랜지스터와 화소전극이 형성된 박막트랜지스터 기판이다.

계속하여, 대향합착된 기판을 단위셀로 절단하는 셀 절단 공정(S106)을 행한다. 셀 절단 공정은 완전히 접착된 두 기판을 필요한 크기로 절단하기 위해서 상,하부 기판 표면에 라인을 형성하는 스크라이브 공정과 스크라이브된 라인에 충격을 주어 기판을 분리해내는 브레이크 공정으로 이루어진다.

마지막으로, 단위셀로 절단된 두 기판 사이에 액정으로 주입하고 액정이 흘러나오지 않도록 액정주입구를 봉지하면 원하는 액정표시소자가 완성된다.(S107)

한편, 도 3은 배향패턴을 형성하기 위한 다른 실시예를 보여주는 도면으로서, 러빙롤(14)의 중심축 방향이 기판(10)의 대각선 방향과 일치하도록 고정시킨 뒤, 러빙공정을 진행하는 것이다.

이 때, 화면이 대면적화되는 종래 추세에 따라 러빙롤의 크기도 커져야 하며, 제 2 실시예에서의 러빙롤은 대면적 기판의 대각선 크기만큼 더 커져야 한다.

상기와 같은 액정표시소자의 배향막 러빙방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 화면이 대면적화됨에 따라 러빙롤의 크기가 커져야 하고 길이가 길어져야 하는데, 그에 따라 러빙세기의 불균일로 인해 불량이 초래된다.

둘째, 러빙포는 양면테이프를 이용하여 러빙롤의 외주면에 부착되는데, 러빙롤의 사이즈가 커짐에 따라 러빙포의 사이즈도 커지게 된다. 따라서, 러빙포와 러빙롤의 부착균일도가 떨어지고, 러빙포 결의 각도도 불균일해진다.

셋째, 러빙 균일성이 취약한 IPS 액정표시소자의 경우 기판 사이즈가 커짐에 따라 화면상에 세로선이 생기는 불량이 발생한다. 즉, IPS 액정표시소자의 경우 다수개의 공통전극과 화소전극이 세로방향으로 교번하여 형성되는데, 상기 공통전극 및 화소전극이 형성되는 부분과 형성되지 않는 부분 사이에 단락차가 발생하여 공통전극 및 화소전극 모서리에 러빙이 잘 이루어지지 않게 된다. 이와 같이, 러빙이 수행되지 않는 영역은 액정이 원하는 방향으로 구동되지 않아 화상불량이 생기게 되는데, IPS 액정표시소자의 세로선은 이러한 이유에서 발생하는 것이다.
이를 방지하기 위해 기판이 탑재된 스테이지 속도를 반으로 줄이는 등 공정적으로 대응하고 있으나 기판 사이즈가 커질 경우 이와 같은 공정 대응이 힘들게 된다.

넷째, 기판의 사이즈가 대형화되는 추세에 따라 러빙롤과 스테이지의 사이즈가 커지는 등 러빙 공정과 관련된 장비가 커져야 하고 그에 따라 장비관리도 어려워진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 분할 러빙 공정을 적용하여 1회 러빙 대응면적을 줄임으로써 대면적에서의 러빙 세기 불균일로 인한 러빙불량을 해소하고자 하는 액정표시소자의 배향막 러빙방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 배향막 러빙방법은 대면적 기판 상면에 배향막을 도포하는 공정과, 상기 배향막을 적어도 두 영역 이상으로 분할한 후, 각 영역에 대해 분할 러빙하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에서와 같이 분할 러빙 공정을 적용하면, 기판 사이즈가 증가하더라도 1회 러빙 대응면적을 줄일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자의 배향막 러빙 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 배향막 러빙공정을 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 의한 배향막 러빙방법은 도 4에서와 같이, 그 중심축이 지지대(23)에 연결된 원통 형태의 러빙롤(24)과, 상기 러빙롤(24)의 외주면에 양면 테이프를 매개로 부착된 러빙포(25)로 구성된 러빙장치를 이용하여 진행된다.

이 때, 기판 사이즈가 커질 경우 본 발명에 의해 분할 러빙하면 되므로 러빙롤(24)이 기판 사이즈만큼 커질 필요가 없다. 그리고, 상기 러빙롤을 감싸는 러빙포(25)는 레이온, 나일론과 같은 부드러운 천으로 하여 그 포결이 일정하도록 한다.

이와 같은 러빙장치의 저부에는 배향막(22)이 도포된 대면적 기판(20)이 스테이지(26) 상면에 탑재되어 있다. 이 때, 상기 기판(20)은 도면에서와 같이 2회의 분할 러빙을 실시하기 위해 두 영역으로 나뉘어져 있다.

러빙공정이 시작되면, 구동모터(미도시)에 연결된 구동롤러(27)에 의해 상기 스테이지(26)는 일방향으로 전진하며 기판의 "1회 러빙 대응면적"의 시작점 상부에 있었던 러빙장치는 기판(20)의 배향막(22)과 접촉되어 회전한다.

상기 러빙롤(24)은 제자리에서 회전하고 기판(20)은 전진하는 스테이지(26)에 의해 일방향으로 움직임으로써 배향막(22) 표면에 배향패턴을 형성하여 이방성을 부여한다.

이 때, 1회 러빙 텍트를 2배 이상으로 증가시켜 총 러빙텍트에 있어서는 기 존과 동일한 수준을 확보할 수 있도록 한다.

이와 같이 제 1 영역에 대한 러빙공정이 끝난 다음에는 동일한 공정으로 제 2 영역에 대해서 러빙공정을 행한다. 이로써, 러빙롤의 사이즈를 크게 하지 않고, 대면적 기판의 배향막을 균일하게 러빙처리할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 러빙공정을 도시한 것으로 러빙롤(24)의 중심축방향을 일정 각도 기울어지도록 한 뒤, 배향막(22)의 제 1 영역에 대해서 러빙공정을 행하고, 나머지 영역에 대해서 러빙공정을 행하여 대면적 기판 상의 배향막 표면에 홈이 생기도록 한다.

이 때, 상기 기판(20)은 컬러필터층 및 공통전극이 형성된 컬러필터 기판 또는 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성된 박막트랜지스터 기판 중 어느 하나이다.

특히, 대면적 기판에 대해 분할 러빙을 하는 본 발명의 기술은 프리틸트각 보다는 액정의 일축 배향성이 중요시되는 모드의 액정표시장치, 예컨대, IPS 모드의 액정표시소자에서 좀더 탁월한 효과를 나타낸다.

다시 말해, 러빙에 의해 IPS 모드의 액정표시소자에서 발생했던 세로선 불량을 감소하기 위해 종래에는 스테이지 속도를 반으로 줄이는 등의 공정을 취했지만, 본 발명에서는 러빙 균일도 향상으로 인해 스테이지 속도를 반으로 줄이지 않아도 된다.

본 발명에 의한 배향막 러빙방법을 액정표시소자 제조공정에 적용하면 다음과 같다.

먼저, 컬러필터 기판에 빛샘방지를 위한 블랙 매트릭스를 형성하고, 상기 블 랙 매트릭스 사이에 염색법, 전착법, 안료분산법, 도포법 등을 사용하여 R,G,B(red, green, blue)의 컬러필터층을 형성한 다음, 상기 컬러필터층을 포함한 전면에 ITO 재질의 공통전극을 형성한다.

다음, 박막트랜지스터 기판에 복수의 게이트 배선과 데이터 배선을 교차 형성하고, 상기 두 배선의 교차 부위에 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 형성한 후, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 ITO 재질의 화소전극을 형성한다.

이어서, 상기 공통전극 및 화소전극 상에 폴리이믹산을 떨어뜨리고 회전도포법으로 전면에 고루 도포한 뒤, 고온에서 경화하고 건조하여 폴리이미드화시킨 뒤, 상기 폴리이미드막 표면의 제 1 영역을 러빙롤로 문질러 주고 다시 제 2 영역을 문질러 주는 분할 러빙 공정을 실시함으로써, 액정에 대해 일정 배향 특성을 갖는 배향막을 형성한다.

마지막으로, 각각의 화소전극에 R,G,B의 색이 각각 대응되도록 상기 컬러필터 기판과 박막트랜지스터 기판을 대향 합착하고, 그 사이의 수 μm의 공간에 액정을 봉입하여 액정표시소자를 완성한다.

참고로, 전술한 바와 같이 기판을 전진시키고 러빙롤을 제자리 회전시키면서 러빙공정을 진행하여도 되지만, 기판을 고정시킨 뒤 러빙롤을 회전시킴과 동시에 전진시키면서 러빙공정을 진행하여도 무방하다.

또한, 상기한 방법은 기판에 공통전극과 화소전극을 형성하여 평행한 전계를 유도하는 횡전계(IPS;In-plane switching) 모드 외에 TN(Twisted Nematic)모드, 강유전성(FLC) 모드, 폴리실리콘(poly-silicon) 모드, 수직배향(VA:Vertical Alignment) 모드 등에 이용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시소자의 배향막 러빙방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 분할 러빙 공정을 적용하여 1회 러빙 대응면적을 줄임으로써, 기판 사이즈가 증가하더라도 러빙의 균일도를 확보할 수 있다. 이때, 1회 러빙 대응면적이 줄어듦으로 러빙롤, 스테이지 등 러빙공정 관련 장치의 사이즈를 크게 하지 않아도 된다.

둘째, 1회 러빙 대응면적이 줄어듦으로써 러빙포의 사이즈도 감소하므로 러빙포의 포결이 균일해진다.

셋째, IPS액정표시소자의 경우, 러빙 세로선 불량을 감소시키기 위해 스테이지 속도를 감소시키던 종래와 달리, 러빙 균일도 향상으로 인해 스테이지 전진속도를 증가시킬 수 있으며 또한, 1회 러빙 텍트(tact)를 2배 이상 증가시켜 기존과 동일한 수준의 텍트를 확보할 수 있다.

Claims (3)

1. 기판 상면에 배향막을 도포하는 단계;

   상기 도포된 배향막을 경화하는 단계; 및

   상기 경화된 배향막을 적어도 두 영역 이상으로 분할하고, 액정이 동일 방향의 배향 특성을 갖도록 분할된 각 영역의 배향막들을 순차적으로 러빙하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막 러빙방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 러빙 공정은 러빙포가 부착된 러빙롤을 배향막 표면에 접촉시킨 후, 회전시키는 것에 의해 진행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막 러빙방법.

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