KR100881691B1 - 평판 디스플레이의 스페이서들을 잉크젯하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

평판 디스플레이의 스페이서들을 잉크젯하기 위한 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

기판상에 스페이서를 증착하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명은 접착제를 포함하는 제 1 잉크를 기판의 제 1 영역상에 증착하는 단계, 및 지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 기판의 제 2 영역상에 증착하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역보다 더 크고 상기 제 1 영역을 둘러싼다. 상기 제 2 잉크의 일부분은 상기 제 2 잉크내의 지지 엘리먼트들이 상기 제 1 영역으로 이동하고 상기 제 1 잉크의 접착제에 부착되어, 스페이서를 형성하도록 기화된다. 많은 다른 실시예들이 제공된다.

Description

평판 디스플레이의 스페이서들을 잉크젯하기 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR INKJETTING SPACERS IN A FLAT PANEL DISPLAY}
도 1은 예시적인 평판 디스플레이의 개념적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 볼 잉크를 포함하는 예시적인 볼 잉크 저장기의 개념적 사시도이다.
도 2a는 볼 잉크 저장기의 볼 잉크를 도시하는 도 2의 일부분의 확대도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 접착성 잉크의 증착을 나타내는 개념적 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판의 접착성 잉크 상부에 볼 잉크의 증착을 나타내는 개념적 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에서 스페이서들을 접착성 잉크에 접착 결합시키는 예시적인 프로세스의 일련의 단계들을 나타내는 개념도이다.
도 5는 스페이서들이 패널 내의 선택된 상호교차부들에 위치된 디스플레이 패널의 일부분의 개념적 확대도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 스페이서들을 증착시키는 방법의 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100: 디스플레이 패널 102, 104: 기판
106, 108: 편광층 110: 블랙 레진 매트릭스
112: 컬러 필터 114, 118: ITO 층
116, 122: PI 층들 124: 스페이서
136: 볼 잉크 138: 접착성 잉크
본 출원은 이하의 특허 출원들을 우선권으로 청구하며, 그 각각은 모든 목적들을 위해 그 전체가 참조로 본 발명에 포함된다:
"METHODS AND APPARATUS FOR INKJETTING SPACERS IN A FLAT PANEL DISPLAY"(Attorney Docket No. 11548/DISPLAY/INKJET/RKK)란 명칭으로 2007년 4월 19일자로 제출된 미국 특허출원 일련번호 제11/737,141호; 및
"METHODS AND APPARATUS FOR INKJETTING BALL SPACERS"(Attorney Docket No. 11548/L/DISPLAY/INKJET/RKK)란 명칭으로 2006년 12월 1일자로 제출된 미국 가특허출원 일련번호 제60/868,311호.
본 출원은 이하의 공동 출원된 동시-계류중인 미국 특허출원들에 관한 것으로서, 그 각각은 모든 목적들을 위해 그 전체가 참조로 본 발명에 포함된다:
"INKS FOR DISPLAY DEVICE MANUFACTURING AND METHODS OF MANUFACTURING AND USING THE SAME"(Attorney Docket No. 11335)란 명칭으로 2006년 7월 27일자로 제출된 미국 특허출원 일련번호 제11/494,286호; 및
"METHODS AND APPARATUS FOR MANUFACTURING A PIXEL MATRIX OF A COLOR FILTER FOR A FLAT PANEL DISPLAY"(Attorney Docket No. 10502)란 명칭으로 2006년 9월 13일자로 제출된 미국 특허출원 일련번호 제11/521,177호.
본 발명은 일반적으로 평판 디스플레이 형성에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 평판 디스플레이의 광활성(photoactive) 층들 내부에 또는 광활성 층들 사이에 스페이서들(spacers)을 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이들(LCDs)과 같은 평판 디스플레이들에서, 예를 들어 액정들과 같은 광활성 장치들은 단일 광활성 층내의 어레이에 통상적으로 위치된다. 액정들을 적절히 동작시키기 위해 광활성 층내에 충분한 공간을 제공하기 위해, '스페이서들'은 목표된 층 두께를 유지시키고 지지체들로서 작용하도록 광활성 층내에 증착된다.
스페이서들은 포토리소그래픽 프로세스들을 이용하여 형성되지만, 이러한 프로세스들은 시간-소모적이고 고비용이다. 따라서, 신뢰할 수 있고 정확하게 스페이서들을 증착시키는 비용-효율적인 방법들이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 신뢰할 수 있고 정확하게 스페이서들을 증착시키는 비용-효율적인 방법들을 제공하는 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 기판상에 스페이서를 증착시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 (1) 기판의 제 1 영역에 접착제를 포함하는 제 1 잉크를 증착하는 단계; 및 (2) 기판의 제 2 영역에 지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 증착하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역의 적어도 일부분과 중첩(overlapping)된다. 상기 제 2 잉크의 일부분은 상기 제 2 잉크 내의 지지 엘리먼트들이 상기 제 1 영역으로 이동하고 상기 제 1 잉크의 접착제와 결합되어, 스페이서를 형성하도록 기화(evaporate)된다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 기판상에 다수의 스페이서들을 증착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 (1) 기판의 다수의 제 1 영역들에 접착제를 포함하는 제 1 잉크를 증착하는 단계; 및 (2) 기판의 다수의 제 2 영역들에 지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 증착하는 단계를 포함하고, 각각의 상기 제 2 영역들은 상기 제 1 영역들 중 하나를 둘러싸고 상기 제 1 영역들 중 하나 보다 더 크다. 각각의 제 2 영역들에서 제 2 잉크의 일부분은 제 2 잉크내의 지지 엘리먼트들이 제 1 영역들로 이동하고 제 1 잉크의 접착제와 결합되어, 스페이서를 형성하도록 기화된다.
본 발명의 또 다른 실시예들에서, 기판상에 스페이서를 증착하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 (1) 기판의 제 1 영역에 접착제를 포함하는 제 1 잉크를 증착할 수 있는 제 1 잉크젯 프린트 헤드; 및 (2) 기판의 제 2 영역에 지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 증착할 수 있는 제 2 잉크젯 프린트 헤드를 포함하고, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역을 둘러싸고 상기 제 1 영역보다 더 크다. 상기 제 2 잉크의 일부분은 제 2 잉크내의 지지 엘리먼트들이 상기 제 1 영역으로 이동하고 상기 제 1 잉크의 접착제와 결합되어, 스페이서를 형성하도록 기화된다.
본 발명의 다른 특징들과 실시예들은 이하의 상세한 설명, 첨부된 청구범위 및 첨부된 도면들로부터 보다 명백해질 것이다.
스페이서들의 직접적인 증착은 평판 디스플레이에 스페이서들을 형성하기 위한 대안적인 보다 비용-효율적인 기술로서 시도되어 왔다. 직접 증착에서, 스페이서들은 잉크젯 프린터와 같은 프린팅 장치로부터 방울들(drops)로서 분배된다. 스페이서들은 작은 구(sphere) 또는 볼(ball)과 같은 팔레트들(pellets)을 포함할 수 있는 세스펜딩(suspended)된 지지 엘리먼트들을 포함하는 잉크의 방울들 형태로 기판에 증착될 수 있다. 개별 지지 엘리먼트들은 직경에 있어서 마이크론 크기일 수 있다. 지지 엘리먼트들(예, 볼들)을 포함하는 잉크는 볼 잉크로서 지칭된다. 기판에 증착되면, 볼 잉크는 경화 및 건조될 수 있고, 적절한 지지 세기와 탄성도를 가진 고체를 형성한다. 그 최종 경화 및 건조된 형태로, 스페이서는 실질적으로 구형 형상일 수 있지만, 볼 잉크의 표면 장력과 증착 동안 사용되는 다른 팩터들에 의존할 뿐만 아니라 다른 형상들을 형성할 수 있다.
본 발명의 발명자들은 스페이서들의 직접적인 증착이 몇몇 경우들에 있어서 신뢰할 수 없다는 것을 발견했고, 예를 들어 스페이서들이 기판에 직접 증착될 때, 스페이서들이 기판의 제자리에 유지되도록 충분한 접착을 제공하기 위해, 볼 잉크가 경화 또는 건조되지 않을 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 문제를 해결하는 한가지 시도는 볼 잉크에 접착성 용매들을 부가하는 것과 같은, 접착 특성들을 볼 잉크에 제공하는 것을 포함한다. 접착제가 이러한 방식으로 부가될 때, 결과적인 볼 잉크는 불안정해질 수 있고, 프린팅 장치의 노즐들을 방해할 수 있으며, 접착제의 부가에도 불구하고 증착 이후 충분한 접착을 제공하지 못할 수 있다는 것을 발견했다.
본 발명은 기판에 신뢰가능하게 접착되고 광활성 층을 위해 충분한 지지를 제공하는 광활성 층의 스페이서들을 제공하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 접착제('접착성 잉크')는 주어진 충분한 세팅 시간(time to set)에서 규정된 위치들에 증착되고; 그 다음, 볼들('볼 잉크')과 같은 지지 엘리먼트들을 포함하는 잉크가 접착성 잉크 상부에 증착된다. 볼 잉크의 적어도 일부분이 기화함에 따라 지지 엘리먼트들은 접착성 잉크의 접착제를 향해 이동하여 접착제에 부착되고, 이에 따라 광활성 층 내에서 안정한 스페이서 배치를 형성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 접착성 잉크와 볼 잉크는 잉크젯 프린트 헤드들에 의해 도포된다.
도 1은 평판 디스플레이의 예시적인 실시예의 개념적 단면도로서, 여기서 액정들은 광활성 장치들로서 사용된다. 디스플레이 패널(100)은 제 1 기판(102), 및 패널(100)내의 공간에 대해 제 1 기판(102)과 대향하게 배치된 제 2 기판(104)을 포함한다. 제 1 기판의 외부 표면(제 2 기판(104)으로부터 떨어져 대향하는 측면상에)은 제 1 편광층(polarizer layer)(106)으로 커버되고, 제 2 기판(104)의 외부 표면(제 1 기판(102)으로부터 떨어져 대향하는 측면상에)은 제 2 편광층(108)으로 커버된다. 블랙 레진 매트릭스(black resin matrix)(110)는 편광층(106)에 대향하는 기판(102)의 내부 표면에 위치된다. 블랙 레진 매트릭스(110)는 컬러 필터(112)를 형성하도록 컬러 잉크들로 충진될 수 있는 잉크 웰들(wells)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 각각의 잉크 웰은 특정 컬러의 잉크로 충진될 수 있고, 상이한 웰들은 상이한 컬러들의 잉크로 충진될 수 있다. 블랙 레진 매트릭스(110)의 연속 그룹의 웰들은 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 잉크로 각각 충진될 수 있다. 상이한 컬러들의 잉크가 사용될 수 있다. 본 발명의 범주에서 사용될 수 있는 블랙 매트릭스 레진과 잉크 웰들의 예들은 이전에 언급된 미국 특허출원 번호 제11/494,286호에 기술된다.
전극으로서 사용될 수 있는 인듐 주석 산화물 층('ITO 층')(114)은 블랙 레진 매트릭스(110)와 컬러 필터(112) 상부에 위치된다. 액정 유체를 정렬시키기 위한 얇은 폴리이미드 층('PI 층')(116)은 컬러 필터(112)와 대향하는 ITO 층(114)의 내부 표면에 위치된다.
블랙 레진 매트릭스(110)에 대향하는 디스플레이 패널(100)의 측면에서, 제 2 ITO 층(118)은 편광층(108)으로부터 떨어져 대향하는 기판(104)의 내부 표면에 위치된다. 스위칭 장치들로서 사용되는 박막 트랜지스터들('TFTs')(예, 120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f)은 ITO 층(118)에 내장된다. 얇은 제 2 PI 층(122)은 ITO 층(118)의 내부 표면에 위치된다.
스페이서들(124)은 기판들(102, 104)상의 PI 층들(116, 122) 사이의 갭(126)에 각각 위치된다. 스페이서들은 예를 들어, 3㎛±300Å의 직경을 가질 수 있다. 다른 스페이서 크기들이 사용될 수 있다. 또한, 갭(126)은 광활성 액정 물질(128)로 충진될 수 있으므로, 광활성 층을 구성할 수 있다. 갭(126)의 측면 단부들에 위치된 밀봉부들(seals)(130, 132)은 액정 물질이 갭(126)으로부터 누출되거나 그렇치 않으면 갭(126)으로부터 배출되는 것을 방지하도록 적응된다. 동작시, 전압이 박막 트랜지스터들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f)을 이용하여 광활성 층에 걸쳐 인가되면, 액정들(128)의 배향은 편광 방향과 같은, 액정 물질(128)의 광학 특성들을 변화시키기 위해 변경될 수 있다. 액정 물질들의 광학 특성들의 변화들은 교대로 디스플레이 패널(100)을 통과하는 광의 투과도를 제어하기 위해 이용될 수 있다.
광활성 층에 충분한 지지를 제공하기 위해, 스페이서들(124)은 갭(126)내에서 균일하고 안전하게 분포될 수 있다. 스페이서들(124)은 잉크의 지지 볼들을 서스펜딩하고 잉크젯 프린트 헤드를 이용하여 기판에 볼/잉크 혼합물(즉, 볼 잉크)을 증착함으로써, 기판에 효과적으로 제공될 수 있다는 것이 발견되었다.
도 2는 본 발명에 따라 제공되는 볼 잉크(136)를 포함하는 볼 잉크 저장기(134)의 일 실시예의 개념적 사시도이다. 볼 잉크(136)는 예를 들어, SEKISUI Inc.에 의해 제공될 수 있다. 볼 잉크(136)는 가변 중량 %, 기화율, 표면 장력들 등을 갖는 하나 이상의 용매들을 포함할 수 있다. 도 2a는 본 발명에서 서스펜딩되는 볼들(137)과 같은 다수의 지지 엘리먼트들을 포함하는 볼 잉크 저장기(134)의 볼 잉크(136)의 확대도이다. 개별 볼들(137)은 유리, 폴리머, 및/또는 다른 물질로 구성될 수 있고, 직경이 변동될 수 있다. 볼 잉크(136)내에서 단위 부피당 볼 들(137)의 농도는 가변될 수 있다.
스페이서들(124)을 증착시 기판(102)에 신뢰가능하게 최종 부착시키기 위해, 볼 잉크(136)의 증착 이전에 규정된 위치들에서 기판(102)에 접착제('접착성 잉크'로 명칭됨)(138)를 초기에 증착시키는 것이 바람직하다는 것을 발견했다. 기판(102)은 폴리이미드(PI) 층(116)과 같은 하나 이상의 층들로 코팅될 수 있지만, 본 발명에서 논의는 간략화를 위해 기판(102)상의 증착을 지칭한다는 것을 유의한다. 접착성 잉크(138)는 또한 잉크젯 프린트 헤드를 이용하여 증착될 수도 있다. 증착시, 접착성 잉크(138)는 충분한 세팅 시간이 주어질 수 있고; 그 이후, 볼 잉크(136)는 접착성 잉크 상부에 직접적으로 규정된 위치들에 증착될 수 있다. 볼 잉크(136)와 접착성 잉크(138)는 서로 호환가능하게 선택 및/또는 설계될 수 있다; 즉, 볼 잉크(136)는 볼 잉크에 포함된 용매들 또는 다른 물질들이 접촉 및/또는 노출시 접착성 잉크(138)의 접착 특성들을 저하시키지 않도록 설계 및/또는 선택될 수 있다.
도 3a는 접착성 잉크(138)를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드('접착성 잉크 프린트 헤드')(140)를 이용하여 기판상에 접착성 잉크(138)를 증착하는 개념적 사시도이다. 도시된 바와 같이, 접착성 잉크 프린트 헤드(140)는 라인에 배치된 노즐들(141)의 세트를 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 접착성 잉크(138)는 약 15 중량%의 탄성 아크릴 수지를 포함할 수 있다. 다른 형태의 접착제들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에폭시들 및/또는 실리콘(silicone) 기질 접착제들이 사용될 수 있다. 또한, 접착성 잉크 (140)는 하나 이상의 용매들을 포함할 수 있다. 용매들은 접착성 잉크(138)가 약 3 cP 내지 약 7 cP(예, 5 cP)의 점성도, 또는 노즐들(141)을 방해함이 없이 적절한 방울 크기들에서 접착성 잉크 프린트 헤드(140)로부터 접착성 잉크(138)가 효과적으로 분배될 수 있도록 하는 다른 적절한 점성도를 갖도록 선택될 수도 있다. 접착성 잉크 방울들(138)의 원주/부피는 넓은 범위의 적절한 방울 크기들 중에서 가변될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 2-부분 접착제들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에폭시 접착제가 사용될 수 있고, 여기서 제 1 부분은 수지를 포함하고 제 2 부분은 경화제(hardener) 또는 촉진제(accelerator)를 포함한다. 2개의 부분들은 접착성 잉크 프린트 헤드들의 개별 통과들(passes)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 헤드의 제 1 통과는 수지를 도포할 수 있고, 제 2 헤드의 제 2 통과는 경화제를 도포할 수 있다. 다른 실시예들에서, 공기로부터 수분 또는 제공된 증기들에 의해 활성화되는 접착제들이 사용될 수 있다. 상기에서 나타낸 것처럼, 몇몇 실시예들에서, 용매의 기화는 접착제를 활성화시키는데 사용될 수 있다.
접착성 잉크 방울들(138)을 기판(102) 상부의 목표된 영역들에 증착시키는 것을 돕기 위해, 기판(102)은 접착성 잉크 프린트 헤드(140)의 노즐들(141)의 종방향(longitudinal) 정렬(x축 방향)에 수직인 화살표(142)(y축 방향)로 나타낸 방향들에서 정렬 및 이동될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 접착성 잉크 프린트 헤드(140)는 x 및/또는 y축 방향들에서 인덱싱(indexed)되거나 이동될 수 있다.
접착성 잉크(138)가 증착된 이후, 세팅되도록 허용될 수 있고 그 동안 잉크 에서 용매(들)의 적어도 일부분이 기화된다. 접착성 잉크 방울들(138)은 예를 들어, 볼 잉크(136)가 접착성 잉크로 순차적으로 증착되기 이전에 포함된 용매(들)의 특성들과 농도를 기반으로 미리 규정된 양의 시간 동안 건조되도록 허용될 수 있다. 2-부분 접착성 잉크(138)를 이용하는 선택적 실시예들에서, 예를 들어 경화제/촉진제가 즉시(또는 침강(settling) 주기 이후) 도포될 수 있고, 및/또는 볼 잉크(136)에 포함될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 접착성 잉크(138)의 세팅 시간은 접착성 잉크(138)에 포함된 용매(들)의 기화율을 증가시키도록 열 에너지를 제공함으로써 감소될 수 있다. 접착성 잉크(138)의 용매(들)의 기화율은 예를 들어, 기판(102)을 가열하거나 가열된 가스의 흐름에 접착성 잉크(138)를 노출시키는 것을 포함하는 다양한 방법들로 조절될 수 있다. 직접적인 가열이 사용될 때, 기판(102)은 기판(102) 등을 손상시키지 않으면서 용매(들)의 기화율을 증가시키기에 적합한 온도 범위로 가열될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 가열된 가스의 흐름이 도입될 때, 가스는 기판(102) 등을 손상시키지 않으면서 용매(들)의 기화율을 증가시키기에 적합한 온도 범위에서 제공될 수 있고, 예를 들어 처리량을 최적화하도록 선택되는 가변 시간 주기 동안 기판에 분출(blow)될 수 있다.
접착성 잉크 방울들(138)이 증착 및/또는 세팅된 이후, 볼 잉크(136)는 바람직하게는, 기판(102)상의 접착성 잉크 세트의 중심과 대략적으로 일치하는 볼 잉크 방울들(136)의 중심에서, 접착성 잉크의 방울들에 직접 증착될 수 있다. 도 3b는 다른 잉크젯 프린트 헤드(144)('볼 잉크 프린트 헤드')를 이용하여 접착성 잉크 (138)의 방울들 상부에 볼 잉크 방울들의 증착을 나타내는 개념적 사시도이다.
볼 잉크 프린트 헤드(144)는 노즐들(145)의 세트를 통해 접착성 잉크(138)의 방울들에 볼 잉크(136)의 방울들을 증착시킨다. 각각의 볼 잉크 방울들(136)은 각각이 증착되는 전체 접착성 잉크 방울(138)을 커버할 수 있고, 접착성 잉크 방울들(138)을 둘러싸는 기판(102)의 일부분을 커버할 수도 있다. 예를 들어, 기판(102)상의 각각의 볼 잉크 방울(136)의 크기는 접착성 잉크 방울들보다 더 작은 크기에서부터 접착성 잉크 방울들 보다 더 큰 크기까지 변동될 수 있다. 도 3a를 참조로 기술된 바와 같이, 기판(102)은 y축 방향으로 정렬 및 이동될 수 있고, 볼 잉크 프린트 헤드(144)는 기판(102)의 규정된 영역들을 커버하기 위해 x축 및/또는 y축 방향들에서 정렬 및 이동될 수 있다.
볼 잉크(136) 및 접착성 잉크(138)는 본 발명에 의해 제공되는 잉크젯 증착 프로세스에 적합하게 제공되도록 조절될 수 있는 물리화학적 특성들을 가질 수 있다는 것을 유의한다. 이전에 언급된 미국 특허출원 번호 제11/494,286호는 본 발명의 범주에서 제공될 수 있는 용매들의 적절한 물리화학적 특성들과 다양한 잉크 용매들을 기술한다. 이러한 특성들은 용매의 건조 시간, 표면 장력, 기화율 및 점성도, 수지들 및 볼(136)과 접착성 잉크들(138)에 포함되는 다른 화학 종 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 특성들은 상관될 수 있고, 잉크젯 프린트 헤드로부터 분배되는 잉크 액적(droplets) 또는 방울들(drops)의 크기 및 수, 잉크젯 프린트 헤드의 하나 이상의 노즐들에 건조되고 가능하면 이를 방해하는 잉크의 경향, 잉크젯 프린트 헤드의 노즐들로부터 분배되는 잉크 방울들의 형상 등에 영향을 미 칠 수 있다. 이러한 특성들의 최적 제어는 예를 들어, 클로깅(clogging)을 감소시키고, 잉크 방울 크기들의 균일도를 개선시키며, 볼 잉크 용매의 급속한 기화를 달성시키고, 접착성 잉크에 대한 볼 잉크의 볼들의 개선된 접착을 달성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 기판(102)상의 접착성 잉크(138)에 스페이서들(124)을 접착제로 결합시키는 예시적인 프로세스의 일련의 단계들의 개념도들이다.
도 4a에서, 접착성 잉크(138)의 방울은 기판(102)상의 제 1 영역에 도포되고 세팅되도록 허용 또는 유발(induce)된다(예, 경화제를 이용하여). 세팅 프로세스에서, 도 3a를 참조로 전술한 것처럼, 몇몇 실시예들에서, 접착성 잉크(138)의 용매의 적어도 일부분은 기화되고, 접착성 잉크 방울의 부피를 감소시킨다. 접착성 잉크 방울(138)이 이러한 실시예에서 세팅되기 때문에, 접착성 잉크 방울(138)은 기판(102)에 견고하게 부착된다. 도 4b에 도시된 프로세스의 다음 단계에서, 볼 잉크(136)의 방울은 접착성 잉크 방울(138) 상부의 기판(102)의 제 2 영역상에 증착된다. 볼 잉크 방울(136)을 포함하는 제 2 영역은 접착성 잉크 방울(138)을 포함하는 제 1 영역보다 더 넓을 수 있고, 바람직하게는 제 1 영역을 둘러싼다. 그 다음, 볼 잉크 방울(136)의 용매의 일부분은 열 에너지의 부가에 의해 보조되어 또는 열 에너지 없이 기화된다. 볼 잉크 방울(136)의 용매(들)가 기화됨으로써, 볼 잉크 방울(136)의 외부 에지(148)는 화살표들의 방향에서 내향하게 수축된다(즉, 볼 잉크 방울(136)을 포함하는 제 2 영역의 크기가 감소된다). 표면 장력 효과들로 인해, 볼 잉크(136)가 수축됨에 따라, 접착성 잉크 방울(138)의 외부 에지(150)의 외부에 초기 위치된 볼 잉크(136)내의 개별 볼들(137)은 제 1 영역을 향해 이동하여 접착성 잉크 방울(138)과 접촉된다.
볼 잉크 용매 기화 프로세스의 예시적인 최종 단계는 도 4c에 도시된다. 도시된 바와 같이, 분배된 볼 잉크 방울(136)에 있는 개별 볼들(137)은 접착성 잉크 방울(138)내의 접착제의 작용에 의해 접착성 잉크 방울(138)로 이동하여 부착된다. 부착된 볼들(137), 접착성 잉크 방울(138) 및 볼 잉크(136)로부터의 임의의 잔류 용매(들) 또는 수지들의 조합은 접착성 잉크 방울(138)과 기판(102) 사이의 부착을 통해 기판에 견고하게 결합되는 스페이서(124)를 형성한다.
선택적 실시예들에서, 예를 들어 기화성 용매들 없이 2-부분 접착제들을 이용하면, 접착성 잉크 방울들(138)과 볼 잉크 방울들(136)은 대략적으로 동일한 크기일 수 있고, 전술한 것처럼 용매가 기화됨에 따라 수축으로 인한 이동이 방지될 수 있다.
스페이서(124)와 기판(102) 사이의 부착은 진동을 받을 수 있고, 스페이서들(124)이 다양한 그럴듯한 동작 조건들 하에서 패널(100)내에 견고히 부착되어 유지되는 것을 보장하도록 테스트들을 받을 수 있다. 예를 들어, 기판(102)에 대한 스페이서들(124)의 부착은 특정 시간 주기에 대해 진폭들과 주파수들의 규정된 범위내에서 진동들을 견디도록 설계될 수 있다. 또한, 스페이서들(124)은 제거됨이 없이 기판(102)의 주 표면에 대한 각도에서 또는 주 표면에 평행하게 인가되는 규정된 양의 충격력을 견디기 위해 요구될 수 있다.
도 5는 스페이서들(124)이 블랙 레진 매트릭스(110)의 선택된 상호교차부에 위치된 디스플레이 패널(100)의 일부분의 개념적 확대도를 도시한다. 스페이서들 (124)은 접착성 잉크(138)가 상술한 것처럼 증착된 영역들에 부착된다. 패널(100)의 블랙 레진 매트릭스(110)는 수평 x-y 평면에 균일하게 공간차지된 픽셀 웰들(152)을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀 웰(152)은 특정 컬러의 잉크로 충진될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 3개의 인접한 픽셀 웰들(152)의 연속 세트는 레드(R), 그린(G), 및 블루(B) 잉크로 각각 충진될 수 있다. 이러한 세트는 디스플레이 패널(100)의 '픽셀'을 구성할 수 있다. 기판들(102, 104)을 적절히 지지하고 액정 물질(128)을 포함하기 위한 적절한 갭(126)을 유지하기 위해, 스페이서들(124)은 디스플레이 패널(100)의 수평면에서 1-픽셀 간격들에 위치될 수 있다. 더 작은 또는 더 큰 간격들이 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 기판(102)에 스페이서들(124)을 증착하는 예시적인 방법(160)을 도시하는 흐름도이다. 단계 162에서, 접착성 잉크 방울들(138)은 접착성 잉크 프린트 헤드(140)에 의해 기판(102)의 선택된 제 1 영역들에 증착된다. 단계 164에서, 접착성 잉크 방울들(140)이 세팅 또는 경화될 수 있도록 하기 위해 조절가능한 시간이 제공되고, 이에 의해 접착성 잉크 방울들이 기판(102)에 견고하게 부착된다. 단계 164에서, 접착제의 세팅은 열, 경화제, 또는 다른 에너지나 화학제를 제공함으로써(예, 기판(102)을 가열하고, 가열된 가스를 접착성 잉크에 분출시키며, UV 광을 제공하고, 촉진제를 제공함으로써) 유발 및/또는 보조될 수 있다. 접착성 잉크 방울들(138)이 세팅된 이후, 볼 잉크 방울들(136)은 접착성 잉크 방울들(138)을 포함하는 제 1 영역들 상부에(및 제 1 영역들을 둘러싸는) 제 2 영역들상에 도포된다. 단계 168에서, 볼 잉크 방울들(136)의 용매(들)는 기화된다. 볼 잉크 용매(들)의 기화는 단계 164와 유사하게 에너지(예, 열)를 제공함으로써 보조될 수 있다. 볼 잉크 용매(들)의 기화가 진행됨에 따라, 볼 잉크 방울들(136)을 포함하는 제 2 영역들은 수축되고 볼 잉크 방울들(136)에 포함된 개별 볼들(137)은 접착성 잉크 방울들(138)을 포함하는 제 1 영역들을 향해 내향하게 이동한다. 그 다음, 개별 볼들(137)은 접착성 잉크 방울들(138)과 결합을 형성하고 스페이서들(124)을 형성한다. 스페이서들(124)은 접착성 잉크 방울들(138)과 기판(102) 사이의 이전의 세팅 부착을 통해 교번으로 기판(102)에 견고하게 결합된다. 2-부분 접착성 잉크(138)를 이용하는 대안적 실시예들에서, 예를 들어 경화제/촉진제가 부가적인 단계로서 즉시 도포될 수 있고, 및/또는 볼 잉크(136)에 경화제를 포함함으로써 도포될 수 있다.
전술한 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예들만을 개시한다. 본 발명의 범주내에 속하는 상기 개시된 장치 및 방법의 변형은 통상의 당업자에게 용이하게 명백해질 것이다. 예를 들어, 2회 통과들에서 증착하는 예들만이 개시되었지만, 본 발명은 더 많은 통과들에서 증착되도록 변형될 수 있다. 또한, 상기에서 일정한 크기의 스페이서들의 사용이 도시되지만, 몇몇 실시예들에서, 장치는 상이한 형상들과 크기들의 스페이서들을 증착할 수 있다.
따라서, 본 발명은 그 예시적인 실시예들과 연계하여 개시되었지만, 다른 실시예들이 이하의 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 사상과 범주내에 속할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 의하면, 신뢰할 수 있고 정확하게 스페이서들을 증착시키는 비용-효율적인 방법들을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 기판상에 스페이서를 증착하는 방법으로서,
    접착제를 포함하는 제 1 잉크를 기판의 제 1 영역에 증착하는 단계; 및
    지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 기판의 제 2 영역에 증착하는 단계 - 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역을 둘러싸며, 상기 제 2 영역의 제 2 잉크의 일부분(a portion)은 상기 제 2 잉크내의 지지 엘리먼트들이 상기 제 1 영역으로 이동하고 상기 제 1 잉크의 접착제에 부착되어, 스페이서를 형성하도록 기화됨 -
    를 포함하는 스페이서 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 잉크를 상기 제 2 영역에 증착하기 이전에, 상기 제 1 잉크가 세팅(set)되도록 유발하는(inducing) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크가 세팅되도록 유발하는 단계는 상기 제 1 잉크의 일부분의 기화를 보조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크의 일부분의 기화를 보조하는 단계는 열 에너지를 상기 제 1 잉크에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 에너지를 제공하는 단계는 상기 기판을 직접 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 에너지를 제공하는 단계는 상기 제 1 잉크를 가열된 가스의 흐름에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크는 15 wt.%의 탄성 아크릴 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄성 아크릴 수지를 포함하는 상기 제 1 잉크는 5 cP ± 2 cP 의 점성도를 갖는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 3㎛ ± 300Å의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    접착제를 포함하는 제 1 잉크를 상기 기판의 제 3 영역에 증착하는 단계; 및
    지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 상기 증착된 제 1 잉크 상부에 증착하는 단계 - 상기 제 2 잉크는 각각의 상기 제 3 영역을 둘러싸는 기판의 제 4 영역을 초기에 커버함 -
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 픽셀 간격만큼 상호 이격된 일련의 픽셀들을 갖는 컬러 필터를 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 영역은 1 픽셀 간격만큼 상기 제 1 및 제 2 영역으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 픽셀 간격만큼 상호 이격된 일련의 픽셀들을 갖는 컬러 필터를 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 영역은 1 픽셀 간격만큼 상기 제 1 및 제 2 영역으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 방법.
  13. 기판상에 다수의 스페이서들을 증착하는 방법으로서,
    접착제를 포함하는 제 1 잉크를 기판의 다수의 제 1 영역들에 증착하는 단계; 및
    지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 기판의 다수의 제 2 영역들에 증착하는 단계 - 각각의 상기 제 2 영역들은 상기 제 1 영역들 중 하나를 둘러싸고 상기 제 1 영역들 중 하나보다 더 크며, 각각의 상기 제 2 영역들의 제 2 잉크의 일부분은 상기 제 2 잉크내의 지지 엘리먼트들이 상기 제 1 영역들로 이동하고 상기 제 1 잉크의 접착제에 부착되어, 스페이서들을 형성하도록 기화됨 -
    를 포함하는 다수의 스페이서들의 증착 방법.
  14. 기판상에 스페이서를 증착하기 위한 장치로서,
    접착제를 포함하는 제 1 잉크를 기판의 제 1 영역상에 증착할 수 있는 제 1 잉크젯 프린트 헤드; 및
    지지 엘리먼트들을 포함하는 제 2 잉크를 기판의 제 2 영역상에 증착할 수 있는 제 2 잉크젯 프린트 헤드 - 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역보다 더 크고 상기 제 1 영역을 둘러싸며, 상기 제 2 영역의 제 2 잉크의 일부분은 상기 제 2 잉크내의 지지 엘리먼트들이 상기 제 1 영역으로 이동하고 상기 제 1 잉크의 접착제에 부착되어, 스페이서를 형성하도록 기화됨 -
    를 포함하는 스페이서 증착 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크 중 적어도 하나의 기화를 보조하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기화를 보조하기 위한 수단은 상기 기판에 결합되어 상기 기판을 가열할 수 있는 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기화를 보조하기 위한 수단은 상기 제 1 및 제 2 잉크 중 적어도 하나를 가열된 가스에 노출시킬 수 있는, 상기 제 1 및 제 2 영역에 인접하게 위치된 출구(outlet)를 갖는 도관(conduit)에 결합되는 가열된 가스 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크는 15 wt.%의 탄성 아크릴 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크는 5 cP ± 2 cP 의 점성도를 갖는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 스페이서는 3㎛ ± 300Å의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 스페이서 증착 장치.
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