KR100875185B1 - 액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정의 탈포를 효율적으로 할 수 있는 액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포 방법에 관한 것으로, 개폐 가능한 뚜껑을 구비한 챔버와, 상기 챔버 내에 구비되어 액정을 담고 있는 적어도 2 이상의 액정 시린지를 고정하는 제 1 수단과, 상기 챔버 내를 가열하는 제 2 수단과, 상기 챔버 내를 진공 배기시키는 제 3 수단과, 상기 챔버 내를 대기 상태로 형성하는 제 4 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포 방법{LIQUID CRYSTAL DEAERATION APPARATUS AND METHOD USING IT}
도 1은 종래의 진공주입방법을 이용한 액정 셀 제조공정도.
도 2는 종래의 단위 패널 내에 액정을 주입하는 방법을 설명하기 위한 개략도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 액정적하방법을 설명하기 위한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정탈포장치 및 탈포방법을 설명하기 위한 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10 : 챔버 11 : 뚜껑
14 : 제 1 수단 14a : 제 1 고정부
14b : 제 2 고정부 15, 16 : 홀
20 : 제 5 수단 25 : 제 2 수단
30 : 제 3 수단 40 : 제 4 수단
50 : 본체 60 : 액정 시린지
61 : 액정 62 : 용기
63 : 개폐부 64 : 노즐
100 : 액정탈포장치
본 발명은 액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가열 및 진동 방식을 적용한 액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Lipuid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 브라운관(Cathode Ray Tube)을 대체하면서 액정표시장치가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 텔레비전 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이러한 액정표시장치는 크게 어레이(Array) 공정, 칼라 필터(Color Filter) 공정, 액정 셀(Cell) 공정 등을 거쳐 제조된다.
상기 어레이 공정은 증착(Deposition) 및 사진 석판술(Photolithography), 식각(Etching) 공정을 반복하여 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT로 약칭) 및 화소전극을 형성하는 공정이다.
상기 칼라 필터 공정은 화소 전극이 형성된 영역을 제외한 영역에는 빛의 누설을 방지하기 위해 제 2 기판에 블랙 매트릭스(Black Matrix)를 형성하고, 염료나 안료를 사용하여 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 칼라 필터를 제작한 후, 공통전극용 ITO(Indium Tin Oxide)막을 형성하는 공정이다.
상기 액정 셀 공정은 스페이서를 이용하여 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 일정한 셀겝을 유지하고 씨일재를 이용하여 양 기판을 합착한 후, 단위 패널로 절단하고 액정을 주입하여 액정 셀을 완성하는 공정이다.
이하, 도면을 참조로 종래의 액정 셀 공정을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 진공주입방법을 이용한 액정 셀 공정을 도시한 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 우선, TFT 기판과 컬러필터 기판 상에 배향물질을 도포한 후 액정분자가 균일한 방향성을 갖도록 하는 배향 공정(1S)을 각각 진행한다. 상기 배향 공정(1S)은 배향막 도포 전 세정, 배향막 인쇄, 배향막 소성, 배향막 검사, 러빙 공정 순으로 진행된다.
상기 배향 공정(1S) 후 갭(Gap) 공정이 진행된다. 갭 공정은 TFT 기판 및 컬러필터 기판을 각각 세정(2S)한 다음, TFT 기판에 셀 갭(Cell Gap)을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(Spacer)를 산포(3S)하고, 컬러필터 기판의 외곽부에 씨일(Seal)재를 도포(4S)한 후, 상기 TFT 기판과 컬러필터기판에 압력을 가하여 합착(5S)하는 공정으로 이루어진다.
그후, 합착된 TFT 기판과 컬러필터기판을 각 단위 패널 별로 절단(6S)한 후, 단위 패널에 액정을 주입하고, 주입구를 봉지(7S)하여 액정층을 형성한다.
그후, 각 단위 패널의 절단된 면을 연마한 다음, 단위패널의 외관 및 전기적 불량 검사(8S)를 진행함으로써 액정표시소자를 제작하게 된다.
도 2는 이와 같은 종래의 셀 공정 중 단위 패널 내에 액정을 주입하는 방법을 보여주는 개략도이다.
도 2와 같이, 우선, 챔버(6) 내에 액정 물질(8)을 담은 용기(7)를 위치시킨 후, 챔버(6) 내부를 진공상태로 유지하여 액정 물질(8) 속이나 용기(7) 안벽에 붙어 있는 수분을 제거하고 기포를 제거한다.
그후, 여러 장의 단위 패널(4)을 용기(7)에 담그거나 접촉시킨 후, 챔버(6) 안에 질소(N2) 가스를 유입하여 챔버 내의 압력을 대기압 상태까지 높이면, 단위 패널(4) 안의 압력과 챔버(6) 내의 압력 사이의 차이에 의하여 액정 물질(8)이 단위 패널(4)의 내부로 주입되게 된다.
이때, 단위 패널(4)에는 기판 합착을 위해 도포되는 씨일재가 패터닝되어 액정주입구가 형성되어 있으므로, 상기 주입구를 통해 액정 물질(8)이 단위 패널(4) 내에 주입되는 것이다.
그후, 액정 물질(8)이 단위 패널(4)에 충진되면, 주입구를 밀봉하는 봉지 공정을 수행하여 액정셀을 완성하게 된다.
그러나, 이러한 진공 주입 방법은 압력차에 의해 단위 패널 내에 액정을 주입하게 되어 액정 주입에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 액정 셀에 전압을 인가하면 액정의 배열 상태가 변하면서 액정 셀의 광학적 성질이 변하여 소정의 상(Image)을 나타낸다. 따라서, 광학적 성질을 이용하는 액정표시장치는 액정 셀 사이에 채워지는 액정 분자가 균일하게 채워지고, 또한 소정의 방향으로 일정하게 배열되어야 광학적인 제 기능을 발휘할 수 있다. 이러한 이유로 액정을 주입하기 전에 액정에 함유된 기포를 제거하는 탈포 공정이 반드시 수반되게 된다.
따라서, 상기 탈포공정에 따라 액정표시소자의 제조공정시간이 증가될 수 있으며, 상기 탈포공정에서 액정 내의 기포가 완전히 제거되지 않으면 액정표시장치의 화상 재현에 악영향을 미치게 된다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 짧은 시간 내에 액정층을 형성시켜 생산성이 향상된 액정표시장치의 제조함에 있어서, 액정의 탈포공정을 효율적으로 할 수 있는 액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포방법을 제공하는 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명의 액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포방법은, 개폐 가능한 뚜껑을 구비한 챔버와, 상기 챔버 내에 구비되어 액정을 담고 있는 적어도 2 이상의 액정 시린지를 고정하는 제 1 수단과, 상기 챔버 내를 가열하는 제 2 수단과, 상기 챔버 내를 진공 배기시키는 제 3 수단과, 상기 챔버 내를 대기 상태로 형성하는 제 4 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 액정이 각각 담긴 복수 개의 액정 시린지를 액정탈포장치에 장착하는 단계; 상기 액정탈포장치의 내부를 가열하면서 내부 공기를 외부로 배기시켜 진공상태로 만드는 단계; 및 일정 시간 후, 상기 액정탈포장치 내를 대기 상태로 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정탈포장비 및 액정탈포방법은 종래의 진공주입방법에 적용되는 것이 아니라, 액정층 형성시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 액정적하방법에 적용되는 것으로서, 복수 개의 액정 시린지 내에 개재된 액정을 한꺼번에 동시에 탈포함으로써 공정 시간을 단축함과 동시에 액정내의 기포를 확실히 제거하여 화상 불량을 방지하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 액정탈포장비 및 액정탈포방법이 적용되는 액정적하방법에 따른 액정표시소자의 제조방법을 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, TFT 기판(1)에 액정주입구가 없는 프레임(Frame) 형상의 자외선 경화형 씨일재(3)를 소정의 두께로 도포하고, 상기 씨일재(3) 안쪽(박막트랜지스터 어레이 부분)에 적당량의 액정(2)을 고르게 적하한다. 이때, 상기 액정(2)은 시린지(Syringe, 9)를 이용하여 일정한 피치(Pitch)와 패턴(Pattern)으로 일정량만큼 균일하게 도팅(Dotting)되는 것으로서, 본 발명에 따라 탈포된 액정이 적하되게 되는 것이다.
다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(도시되지 않음) 내에서 컬러필터 기판(5)을 상기 씨일재(3)가 인쇄된 TFT 기판(1)위에 위치시킨 후 합착한다.
그런 다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 진공 챔버 내를 대기압으로 복원하면 상기 합착된 TFT 기판(1) 및 컬러필터 기판(5)이 챔버 내와 기판 사이의 압력차로 인하여 기판이 가압되면서 TFT 기판(1)과 컬러필터 기판(5) 사이에 액정(2)이 충진되어 액정층을 이룬다. 그런 다음, 상기 씨일재(3)의 도포 영역에 UV 광원을 이동시키면서 조사하여 씨일재(3)를 경화시킴으로써 액정표시장치를 제조한다.
또한, 상술한 액정(2) 및 씨일재(3)를 상기 TFT 기판(1)인 동일 기판상에 함께 형성하였지만, 이에 한정하지 않고 상기 TFT 기판(1) 및 컬러필터 기판(5) 상에 상기 액정(2)과 씨일재(3)를 교차하여 형성할 수도 있다.
이러한 액정적하방식은 짧은 시간 동안에 직접 기판상에 액정을 적하하기 때문에 대면적의 액정표시장치의 액정층 형성도 매우 신속하게 진행할 수 있게 될 뿐만 아니라 필요한 양의 액정만을 직접 기판상에 적하하기 때문에 액정의 소모를 최소화할 수 있게 되므로 액정표시소자의 제조비용을 대폭 절감할 수 있다는 장점을 가진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 액정 적하 방식을 적용한 액정표시장치에 있어서, 액정탈포장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도시된 바와 같이, 탈포시킬 액정을 담는 복수 개의 액정 시린지(60)[도면에는 하나의 액정 시린지(60)만 도시됨]를 챔버(Chamber, 10) 내에 장착한다. 상기 액정 시린지(60)는 조립 및 셋팅이 되어 액정 디스펜싱 장치에 장착되기 전의 상태 로서, 별도의 챔버(10)를 구비하는 액정탈포장치(100)에 장착하여 탈포공정을 수행한다.
상기 액정 시린지(60)는 액정(61)을 담는 용기(62)와, 상기 용기(62)와 연결된 액정토출의 개폐부(63)와, 상기 개폐부(63)와 연결되어 있고 액정 배출구를 구비한 노즐(64)로 구성되어 있다. 여기서, 액정(61)은 온도 전이형 액정 상을 갖는 것이 바람직하며, 상기 온도 전이형 액정 상의 온도 변화에 따른 순서를 살펴보면, 일반적으로 결정(Cr)에서 온도가 올라감에 따라 네마틱 상 →등방 상으로 액정은 전이한다.
다음, 상기 챔버(10) 내에는 액정 시린지(60)를 고정할 수 있는 제 1 수단(14)을 구비한다. 제 1 수단(14)은 상기 액정시린지(60)의 개폐부(63)를 고정하는 제 1 고정부(14a)와, 용기(62)를 고정하는 제 2 고정부(14b)로 구성된다. 그리고, 제 1 고정부(14a)는 상기 개폐부(63)의 직경과 대응하는 복수 개의 홀(15)을 구비하며, 제 2 고정부(14b)는 상기 용기(62)의 직경과 대응하는 복수 개의 홀(16)을 구비한다. 이러한 제 1, 제 2 고정부(14a, 14b)를 통하여 상기 액정 시린지(60)가 고정된다.
다음, 챔버(10) 내부를 가열할 수 있는 제 2 수단(25)을 구비한다. 상기 제 2 수단(25)은 탈포공정이 시작되면 용기(62)를 상온 이상, 바람직하게는 액정(61)의 등방상 전이 온도까지 가열하는 수단으로, 액정(61)내 공기방울의 용해도를 감소시킬 수 있고, 아울러 액정(61)의 점도를 저하시켜 탈포공정을 효율적으로 할 수 있게 한다. 이것은 일반적으로 온도를 증가시키면 액체 내에 용해되어 있는 기체의 용해도는 감소하는 원리에 바탕을 두고 있다. 즉, 액정 내 공기의 용해도가 감소되어 진공도가 낮은 조건에서도 효율적으로 탈포가 가능하며, 더불어 액정의 점도가 낮아져서, 하기에 논의될 진동 수단과 결합 시 탈포의 효율화가 극대화된다.
다음, 챔버(10) 내를 진공 배기시키는 제 3 수단(30)과, 챔버(10) 내를 대기 상태로 환원하는 제 4 수단(40)과, 상기 챔버(10) 및 제 2 수단(25)을 지지하는 본체(50)를 구비한다. 상기 제 3 수단(30)은 진공 펌프로서 챔버(10) 내의 압력을 낮추면서 챔버(10) 내의 공기를 대기로 배출하는 역할을 하며, 제 4 수단(40)은 질소(N2) 가스를 유입시키면서 챔버(10) 내를 대기압과 같은 압력으로 다시 환원하는 역할을 한다.
다음, 챔버(10)에 진동 및 회전력을 가하는 제 5 수단(20)을 구비한다. 상기 제 5 수단(20)은 상기 챔버(10)의 하측면에 구비되어 상기 챔버(10) 내의 액정 시린지(60)에 있는 액정이 순환(Circulation)되도록 상기 챔버(10)에 진동 및 회전력을 가하는 역할을 한다. 즉, 제 2 수단(25)과 제 5 수단(20)에 의해 액정의 점도를 저하시켜 진동탈포를 하는 경우에 유체 흐름에 대한 저항을 감소시킬 수 있어, 용기(62)에 담겨 있는 액정(61)내 미세한 공기방울 및 수분 등을 효과적이고 신속하게 제거할 수 있다.
이와 같이 구성되는 액정탈포장치(100)를 이용한 탈포 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 뚜껑(11)을 열고 조립 전의 액정 시린지(60)를 챔버(10) 내의 제 1, 제 2 고정부(14a, 14b)에 장착한다.
이어, 뚜껑(11)을 닫아 챔버(10) 내를 밀폐시킨 다음, 제 2 수단(25) 및 제 5 수단(20)을 작동시켜 액정 시린지(60) 내의 액정(61)의 온도를 증가시키고 점도를 저하시키면서, 액정(61)이 순환되도록 한다. 이때, 제 3 수단(30)을 작동시켜 챔버(10)의 내부 공기를 진공 라인(도시되지 않음)을 통하여 대기로 배출하게 되면, 액정 내 공기의 용해도가 낮아져 액정에 내재하고 있던 미세한 공기방울 및 수분 등이 챔버(10) 외부로 나와 대기중으로 펌핑된다. 이와 같은 탈포 공정은 액정(61)의 점도를 저하시키면서 상, 하, 좌, 우의 흐름을 유발시켜 탈포 공정이 진행되므로 효과적이고 신속하게 액정(61)을 탈포할 수 있다.
이렇게 탈포 공정이 완료되면, 이후에 제 4 수단(40)을 작동시켜 질소(N2) 가스를 질소 가스 라인(도시되지 않음)을 통해 챔버(10)로 유입시킴으로써 챔버(10) 내를 대기압과 같은 압력으로 되게 한다.
이와 같은 작업이 모두 완료된 다음, 액정 시린지(60)를 챔버(10)의 외부로 꺼내어 액정 적하 공정을 진행한다.
즉, 도면에는 도시하지 않았지만, 상술한 바와 같이 탈포 공정이 완료된 액정 시린지(60)를 조립 및 셋팅하여 액정 디스펜싱 장치에 장착한 다음, TFT 기판 또는 컬러필터 기판의 화소 영역 상에 액정을 적하한다.
이어서, 상기 TFT 기판과 컬러필터 기판을 진공 합착기 챔버에 로딩하여 상기 적하된 액정이 균일하게 각 단위 패널 영역에 채워지도록 TFT 기판과 컬러필터 기판을 합착하고 상기 씨일재를 경화시킨 다음, 상기 합착된 TFT 기판과 컬러필터 기판을 각 단위 패널 별로 절단하며, 절단된 각 단위 패널을 연마 가공하고 최종 검사하여 액정표시장치를 완성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명의 액정탈포장치 및 이를 이용한 탈포방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 액정탈포장치는 복수 개의 액정 시린지를 챔버 내에 장착하여 한꺼번에 액정 시린지 내의 액정을 탈포함으로써, 시간 손실을 최소화할 수 있다.
둘째, 본 발명의 탈포 공정은 액정을 등방상 전이 온도 부근까지 가열하여 점도를 저하시키면서 액정에 상, 하, 좌, 우의 흐름을 유발시켜 탈포 공정이 진행되므로 효과적이고 신속하게 액정 내의 미세한 공기방울 및 수분 등을 제거할 수 있다.
셋째, 탈포 공정을 효율적으로 할 수 있어 액정 내부의 기포 존재로 인한 액정표시장치의 불량을 억제할 수 있다.

Claims (12)

  1. 개폐 가능한 뚜껑을 구비한 챔버와,
    상기 챔버 내에 구비되어 액정을 담고 있는 적어도 2 이상의 액정 시린지를 고정하는 제 1 수단과,
    상기 챔버 내를 액정의 등방상 전이 온도까지 가열하는 제 2 수단과,
    상기 챔버 및 제 2 수단을 지지하는 본체;
    상기 챔버 내를 진공 배기시키는 제 3 수단;
    상기 챔버 내에 질소(N2)가스를 유입 시켜 대기 상태로 형성하는 제 4 수단; 및
    상기 챔버의 하측면에 구비되어 상기 챔버에 진동 및 회전력을 가하여 액정의 흐름을 상,하,좌,우로 유발시키는 제 5 수단을 포함하는 것으로,
    상기 액정 시린지는 액정을 담는 용기와,
    상기 용기와 연결된 액정토출의 개폐부와,
    상기 개폐부와 연결되어 있고, 액정 배출구를 구비한 노즐을 포함하고,
    상기 제 1 수단은 상기 개폐부를 고정하기 위해 상기 개폐부의 직경과 대응하는 복수 개의 홀을 포함하는 제 1 고정부와,
    상기 용기를 고정하기 위해 상기 용기의 직경과 대응하는 복수개의 홀을 포함하는 제 2 고정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정탈포장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 액정은 온도 전이형 액정 상을 갖는 것임을 특징으로 하는 액정탈포장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 수단은 상기 액정의 등방상 전이 온도까지 가열하는 수단인 것을 특징으로 하는 액정탈포장치.
  9. 액정이 각각 담긴 복수 개의 액정 시린지를 액정탈포장치에 장착하는 제 1 단계;
    상기 액정탈포장치의 내부를 가열하면서 내부 공기를 외부로 배기시켜 진공상태로 만드는 제 2 단계와;
    상기 액정탈포장치에 진동 및 회전력을 가하여 액정의 흐름을 상, 하, 좌, 우로 유발시켜 상기 액정을 탈포하는 제 3 단계; 및
    일정 시간 후, 상기 액정탈포장치 내에 질소(N2)가스를 질소 가스 라인을 통해 유입 시킴으로써 대기 상태로 환원하는 제 4 단계를 포함하고,
    상기 제 1 단계는 상기 액정 시린지의 개폐부를 제 1 고정부의 상기 개폐부의 직경과 대응하는 복수 개의 홀에 고정하는 단계와,
    상기 액정 시린지의 용기를 제 2 고정부의 상기 용기의 직경과 대응하는 복수개의 홀에 고정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정탈포방법.
  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 액정은 온도 전이형 액정 상을 갖는 것임을 특징으로 하는 액정탈포방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 액정탈포장치의 내부의 가열은 상기 액정의 등방상 전이 온도까지 가열상승 하는 것을 특징으로 하는 액정탈포방법.
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