KR100829005B1 - 칼라필터 흑화장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빔 형성수단을 이용하여 레이저 빔의 조사면적을 조절함으로써, 유기물 필름의 흑화처리 속도를 향상시킬 수 있고, 제품의 양산라인에 적용할 수 있는 유기물 흑화필름, 흑화장치 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 유기물 필름 흑화장치는 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기의 출력단에 위치하여 상기 레이저의 빔 프로파일을 변환하기 위한 빔 형성수단; 및 상기 레이저를 액정패널을 구성하는 복수의 유기물 필름 중 어느 하나에 조사하기 위한 광학수단을 포함한다.
액정, 디스플레이, 유기물, 필름, 흑화

Description

칼라필터 흑화장치 및 그 방법{Apparatus for blacking color filter and method the same}
도 1은 불순물이 흡착된 액정패널의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 흑화장치 구성도,
도 3는 본 발명에 따른 레이저의 빔 프로파일,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 흑화처리된 액정패널의 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 흑화처리된 액정패널의 단면도,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 흑화처리방법의 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
210: 레이저 발진기 220: 빔 조절 장치
230: 빔 형성수단 240: 광학수단
241: 반사경 242: 렌즈
243: 슬릿 244: 하프미러
245: 포커스 센서 246: CCD 카메라
247: 광원 250: 패널
260: 제어수단
본 발명은 흑화필름, 흑화처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 액정 디스플레이를 구성하는 복수의 필름 중 어느 한 필름을 흑화시키는 장치와 방법 그리고 이에 의하여 흑화된 필름에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호하여 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다. 이러한 액정표시장치 중에서도, 각 화소(pixel)별로 인가되는 전압을 스위칭할 수 있는 스위칭 소자가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
이러한 액정표시장치 검사 과정에서는, 액정패널의 화면에 테스트 패턴을 띄우고 불량 화소의 유무를 탐지하여 불량 화소가 발견되었을 때 이에 대한 리페어 작업을 수행하게 된다. 액정패널의 불량에는 점결함, 선결함과 표시불균일로 나눌 수 있다. 점결함은 TFT 소자, 화소전극, 컬러필터 배선의 불량 등에 의해 발생되며, 선결함은 배선간의 단선(Open), 쇼트(Short), 정전기에 의한 TFT들의 파괴, 구동회로와 접속불량에 기인한다. 표시불균일은 셀 두께 불균일, 액정배향의 불균일, TFT 특성 장소 산포 및 상대적으로 큰 배선의 시정수에 의해 발생될 수 있다.
이 중, 점결함 및 선결함은 일반적으로 배선의 불량이 그 원인으로 종래에는 단선(open)된 배선이 발견되면, 단선된 부분을 연결해 주고, 쇼트(short)의 경우 해당 배선들을 단선시키는 정도에 불과하였다.
이러한 결함외에도 특정 픽셀이 매우 밝게 빛을 발하는 빛샘현상이 있다. 이러한 특정 화소의 빛샘현상은 인간의 시각 특성상 인식되기 쉬우며, 빛샘현상이 발견된 패널은 불량으로 분류된다. 그러나, 빛샘현상은 배선의 전기적 단선 및 쇼트와는 무관한 것이어서, 종래와 같이 배선을 가공처리하는 기술로는 해결할 수 없다.
도 1은 불순물이 흡착된 액정패널의 단면도이다. ITO(110)와 유기물 소재의 컬러필터(120), 블랙 매트릭스(130), 배향막(도시안됨), 편광필름(도시안됨), 보호필름(도시안됨), 반사방지필름(도시안됨)을 포함하는 제1기판(140), 액정층(150) 및 TFT(도시안됨)와 배향막(도시안됨) 및 편광필름(도시안됨) 등을 포함하는 제2기판(160)으로 구성되어 있다.
액정패널을 제조하는 과정에서 먼지, 유기물 및 금속을 포함하는 불순물(170)이 흡착되는데, 이러한 불순물(170)이 컬러필터(120) 부근에 흡착될 경우, 해당 픽셀은 패널구동시 다른 정상적인 픽셀의 밝기보다 매우 밝은 빛을 내는, 이른바 빛샘현상을 유발하는 휘도 불량 화소로 형성되기 때문에, 패널 검사과정에서 불량패널로 분류된다. 그러나, 이러한 패널의 불순물이 흡착된 화소를 흑화처리하여, 사람의 눈에 인식되지 않도록 하여 출하를 하게 된다.
일 예로서, 일본공개특허공보 2006-72229에서는 배향막에 레이저를 조사하여 손상을 가함으로써, 액정의 배열특성을 저해시키고, 이로 인하여 액정의 빛에 대한 투과율을 낮추어 빛샘현상을 제거하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 액정의 배열특성을 완전히 제거할 수 없을뿐만 아니라, 공정 시간이 길어 양산을 하는 공정라인에는 적합하지 않다는 단점이 있다.
다른 예로서, 대한민국공개특허 2006-0065134에는 액정패널의 상부기판에 Nd:YAG 레이저, 다이오드레이저 및 CO2 를이용하여 생성되는 레이저 중 적어도 어느 하나를 조사하여, 불투명하게 헤이징시켜 리페어하는 기술을 개시하고 있다. Nd:YAG 레이저 및 다이오드레이저 중 적어도 어느 하나의 파장은 355~532nm이며, CO2 레이저의 경우, 100~120nm 파장을 사용한다. 그러나, 헤이징처리를 위한 각각의 유기물 층은 흡수되는 레이저의 파장이 서로 다르기 때문에, 각각의 유기물층의 흡수 파장대역에 대응하는 레이저를 사용해야 한다는 단점이 있다.
앞서 기술한 종래기술의 레이저는 통상적으로 사용되는 나노초의 펄스 폭을 갖는 레이저로서, 리페어하고자 하는 기판에 조사할 경우, 열적 확산에 의하여 기판의 다른 영역에 손상을 가함으로써, 액정기판 자체를 불량화시키는 문제점이 있다. 특히, 유기물층을 헤이징처리하는데 있어서, 유기물층의 면적에 비하여 헤이징처리를 위하여 조사되는 레이저의 면적이 작기 때문에, 제품을 양산하는 산업체의 공정 라인에 적용이 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 빔 형성수단을 이용하여 레이저 빔의 조사면적을 조절함으로써, 유기물 필름의 흑화처리 속도를 향상시킬 수 있고, 제품의 양산라인에 적용할 수 있는 유기물 흑화필름, 흑화장치 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 유기물 필름 흑화장치는 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기의 출력단에 위치하여 상기 레이저의 빔 프로파일을 변환하기 위한 빔 형성수단; 및 상기 레이저를 액정패널을 구성하는 복수의 유기물 필름 중 어느 하나에 조사하기 위한 광학수단을 포함한다.
본 발명의 유기물 필름 흑화방법은 레이저가 출력되는 단계; 상기 레이저의 빔 프로파일이 변환되는 단계; 및 상기 레이저를 액정패널을 구성하는 복수의 유기물 필름 중 어느 하나에 조사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 유기물 흑화필름은 액정패널을 구성하는 복수의 유기물 필름 중, 상기 복수의 유기물 필름 중 어느 하나는 빔 형성수단에 빔 프로파일이 변환된 레이저에 의하여 흑화처리된 필름을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한 다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 흑화장치의 구성도로서, 레이저 발진기, 빔 형성수단, 광학수단 및 제어수단으로 이루어져 있다.
검사장비를 통하여 액정패널(250)에 빛샘현상을 유발하는 휘도 불량 화소가 발견되면, 해당 액정패널(250)은 이송장치를 포함한 제어수단(260)에 의하여 흑화장치로 이동한다.
본 발명에 따른 제어수단(260)은 액정패널(250)을 x,y,z축으로 이동하거나 회전시켜, 액정패널(250)을 로딩 및 언로딩할 수 있고 불량화소 위치를 레이저 조사 위치로 이동할 수 있는 패널 스테이지(도시안됨)와 패널 로딩 후 불량화소 위치에 레이저를 x,y,z축으로 이동하면서 조사할 수 있도록 하는 갠트리 스테이지(도시안됨), 갠트리 스테이지와 패널 스테이지의 동작을 제어하기 위한 제어기(도시안됨)를 포함한다. 제어수단(260)에 의하여 흑화장치로 이동된 패널(250)은 광학수단(240)에 의하여 휘도 불량 화소의 위치가 판별된다.
본 발명에 따른 광학수단(240)은 레이저 발진기(210)에서 출력된 레이저를 흑화처리할 액정패널(250)로 유도하기 위한 반사경(241), 복수의 유기물 필름 중 흑화처리를 원하는 유기물 필름에 레이저의 초점을 자동으로 맞추기 위한 포커스 센서(245)와 포커스 렌즈(242), 레이저 빔의 크기를 조절하기 위한 슬릿(243) 및 휘도 불량 화소를 확인하기 위한 2개의 하프미러(244), CCD 카메라(246), 광원(247)을 포함한다.
휘도 불량 화소의 위치가 확인되면, 포커스 센서와 포커스 렌즈를 이용하여 복수의 유기물 필름 중 특정 필름을 흑화하기 위한 레이저의 초점을 맞춘다. 포커스 센서(245)는 광원(247)에서 복수의 유기물 필름 중 특정 필름에 조사된 후, 다시 반사되어 스플리터(244)를 통해 들어온 빛을 감지한다. 영상의 초점이 맞지 않을 경우, 포커스 센서(245)는 포커스 렌즈(242)를 상하로 제어하며, 이를 통하여 얻은 선명한 영상을 실시간으로 CCD 카메라(246)로 전송한다. CCD 카메라(246)를 통해 휘도 불량 화소의 위치 및 흑화시킬 유기물 필름이 결정되면, 레이저 발진기(210)를 작동시킨다. 출력된 레이저는 빔 조절 장치(220)에 의하여 흑화처리에 적절한 상태로 조절된다. 예를 들어, 빔 조절 장치(220)에 의하여 조절할 수 있는 레이저의 상태로는 레이저 빔의 세기, 각도 및 편광일 수 있다. 출력되는 레이저의 세기가 너무 크면, 흑화처리할 유기물 필름외에 다른 구성에도 손상을 주게 되어 액정패널 자체가 완전불량으로 폐기처리될 수 있다. 적절한 상태로 조절된 레이저는 빔 형성수단(230)를 통과한 후, 슬릿(243)을 거쳐 빔의 크기가 조절되고, 포커스 렌즈(242)를 거쳐 액정패널(250)에 조사된다. 액정패널(250)을 구성하는 유기물 필름이 흑화되는 과정은 CCD를 통하여 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 흑화처리를 위하여 사용하는 레이저는 200nm 내지 1550nm 파장대역 중 특정 파장의 펨토초레이저를 사용할 수 있다. 펨토초레이 저는 펄스의 폭이 펨토초에 달하는 극초단 레이저로서, 흑화처리할 유기물 필름에 조사할 경우, 조사된 영역에서 발생한 열이 그 주위로 확산하는 시간보다 레이저의 에너지 펄스폭의 시간이 더욱 짧기 때문에 레이저의 에너지는 조사영역에 국소 존재하여 그 영역에서만 유기물의 상태 변화를 일으킨다. 따라서, 열 영향부(Heat Affected Zone, HAZ)의 면적을 매우 좁게 유지하면서 흑화처리가 가능하여, 액정패널의 다른 구성에 열적인 손상을 주지 않고, 원하는 유기물 필름만을 흑화처리 할 수 있다.
펨토초레이저가 유기물 필름에 조사되면 필름을 구성하는 유기물은 분자간의 결합이 끊어져 중성원자, 분자, 양·음 이온을 포함한 플라즈마를 포함하여 래디컬, 클러스터, 전자 및 포톤을 방출하면서 비산되는 어브레이전(abrasion)이 발생하게 되면서 흑화가 진행된다.
어브레이전은 유기물이 그 유기물을 구성하는 분자간의 결합이 해리되면서 분자, 이온 등으로 되는 현상이지만, 이러한 해리를 위해서는 유기물의 에너지 준위 이상의 에너지를 흡수할 필요가 있다. 펨토초레이저는 광의 세기가 극단적으로 높아 유기물들이 다수의 광을 흡수할 확률이 높다. 즉, n개의 광자를 동시에 흡수하면 n배의 에너지를 갖는 광자를 흡수하게 되는데, 이것은 1/n의 파장(에너지가 n배)의 레이저에 의한 처리와 같은 현상을 일으키게 된다. 일 예로, λ= 1045nm의 펨토초레이저를 사용할 경우, 컬러필터를 구성하는 R,G 및 B 색상을 발하는 유기물의 고유 파장 대역에 따른 다광자 흡수의 정도 차이에 의해 λ/2 및 λ/3의 파장을 갖는 파가 발생하며, 각 색상의 유기물을 흑화시킬 수 있다. 즉, R, G 및 B 고유 파장에 대응하는 레이저를 사용할 필요없이, 펨토초레이저의 다광자 흡수 효과를 이용하면, 컬러필터를 구성하는 R, G 및 B 색상의 유기물 필름 모두를 단일 파장대의 펨토초레이저로 흑화처리할 수 있다. 특히, 앞서 설명한 바와 같이 종래의 레이저에 비하여 넓은 스펙트럼을 갖고 있어 R,G 및 B 색상의 컬러필터를 보다 효과적으로 흑화처리할 수 있다. 또한, 렌즈에 의한 펨토초레이저의 집광점에서 다광자 흡수가 발생하므로 복수의 유기물 필름 중 특정 유기물 필름에만 펨토초레이저의 초점을 맞추어 표면처리 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저의 빔 프로파일을 도시한 것이다.
가우시안 빔 프로파일의 레이저가 빔 형성기(230;Beam shaper 또는 Homogenizer)를 통과하면서 소정의 범위에서 레이저 빔의 세기가 균일화되면서, 크기가 확장된 형태(플랫탑;Flat Top)의 프로파일로 변환되는데, 이 때, 빔 프로파일과 함께 조사되는 레이저의 면적도 동시에 변환된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 빔 형성기를 이용하여 조사되는 레이저 빔의 크기와 세기를 변환할 수 있다. 조사되는 레이저 빔의 면적이 작을수록, 복수의 화소 전체를 흑화처리 하는데 매우 많은 시간이 소요된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 빔 형성수단를 이용하여 레이저 출력의 세기와 조사되는 레이저 빔의 크기를 균일하게 변환시켜, 흑화처리 속도를 높임으로써, 제품을 양산하는 생산라인에 적용할 수 있다. 적절한 세기의 플랫탑 프로파일(510)로 변환된 레이저는 액정패널을 구성하는 복수의 유기물 필름 중 컬러필터를 원하는 두께만큼 흑화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 흑화처리된 액정패널의 단면도이다.
일 예로 액정 디스플레이에 사용되는 컬러필터(120)의 경우, 흑화처리된 두께는 액정패널의 시야각 범위에서 빛샘현상이 발생하지 않는, 컬러필터 두께의 20% 내지 90%에 대응하는 두께가 바람직하다. 그리고, 적절한 두께로 유기물 필름을 흑화시키기 위하여 레이저 펄스의 폭, 에너지가 중요한 역할을 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 흑화처리된 액정패널의 단면도이다. 레이저를 컬러필터(120)에 인접한 블랙 매트릭스(130)의 일부 영역을 포함하여 조사하여 흑화시킬 경우, 블랙 매트릭스(130)를 구성하는 성분 중 흑색안료(610)가 컬러필터(120)로 번지면서, 보다 효과적으로 컬러필터(120)를 흑화시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 흑화처리 기판으로는 액정패널(TFT 기판 + 컬러필터 기판), 액정 모듈(TFT 기판 + 컬러필터 기판 + 편광필름 + 보호필름) 모두가 적용될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 흑화처리방법을 도시한 것이다.
빔형성 수단을 이용하여 빔의 크기를 조절한 레이저를 이용하여 빛샘현상이 발생한 화소의 유기물 필름을 흑화처리하는데 있어서, 스캔(도 6a), 멀티 블럭샷(도 6b) 또는 블럭샷(도 6c)방식을 사용할 수 있다.
일 예로, 컴퓨터 모니터 정도의 크기를 갖는 액정패널에서 하나의 화소 면적은 수만 ㎛2 이상이다. 레이저를 빔형성 수단에 의하여 화소 크기로 변환하여 액정패널의 화소면적과 대응되는 경우, 한번의 레이저 조사(블럿샷)로 한개 화소의 전 면적을 흑화처리할 수 있다(도 6c). 다른 예로, 30인치 대형 TV용 액정패널의 경우 하나의 화소 면적은 수십만 ㎛2 이므로 한번의 레이저 조사로는 화소의 면적에 대응하는 유기물 필름 전면적을 흑화시킬 수 없다. 따라서, 이런 경우 유기물 필름의 표면 전체를 지그재그로 지나가면서 레이저를 조사하는 스캔방식(도 6a) 또는 멀티 블럭샷(도 6b)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 레이저 빔의 넓이를 조절하여, 유기물 필름의 흑화처리 속도를 향상시킴으로써, 액정패널의 빛샘현상을 제거함과 동시에 생산라인에서 출하되는 제품의 양산을 획기적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 펨토초레이저를 출력하는 레이저 발진기;
    상기 레이저 발진기의 출력단에 위치하여 상기 레이저의 빔 프로파일을 변환하기 위한 빔 형성수단; 및
    상기 레이저를 칼라필터의 불량화소에 조사하는 광학수단;을 포함하며,
    상기 광학수단은,
    상기 펨토초레이저 빔의 세기와 각도, 편광 상태를 조절하는 레이저 빔 조절 장치;
    상기 펨토초레이저 빔의 크기를 조절하기 위한 슬릿;
    상기 펨토초레이저 빔의 조사 위치를 조절하기 위한 포커스 센서와 포커스 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라필터 흑화장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펨토초레이저의 파장은 200nm 내지 1550nm 인 것을 특징으로 하는 칼라필터 흑화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학수단은 상기 칼라필터에 조사된 상기 펨토초레이저의 초점상태와 흑화상태를 확인하기 위한 CCD 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라필터 흑화장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 칼라필터를 로딩 및 언로딩과 x, y 및 z 축으로 이동하거나 회전시킬 수 있는 패널 스테이지;
    상기 칼라필터의 불량화소에 레이저 빔을 x, y 및 z 축으로 이동하면서 조사할 수 있는 갠트리 스테이지; 및
    상기 갠트리 스테이지와 패널 스테이지의 동작을 제어하기 위한 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라필터 흑화장치.
  6. 1) 펨토초레이저를 출력하는 단계;
    2) 상기 레이저의 빔 프로파일을 가우시안에서 플랫 탑으로 변환하는 단계; 및
    3) 상기 레이저를 칼라필터의 불량화소에 조사하는 단계;를 포함하는 칼라필터 흑화방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 3)단계는,
    상기 레이저를 상기 불량화소에 인접한 블랙 매트릭스의 적어도 일부 영역에 조사하는 것을 특징으로 하는 칼라필터 흑화방법.
  10. 삭제
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