KR100934830B1 - 플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법 및 이에사용되는 플라스틱 기판 고정방법 - Google Patents

플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법 및 이에사용되는 플라스틱 기판 고정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법에 관한 것으로, 상세하게는 유리기판을 식각하여 플라스틱 기판을 안착시킨 후 버퍼층으로 플라스틱 기판을 고정하여 후속 공정을 진행하는 액정표시장치의 제작방법에 관한 것이다. 유리기판을 지지대로 하여 액정표시장치의 제작공정을 진행하므로 종래의 공정장비를 그대로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법 및 이에 사용되는 플라스틱 기판 고정방법{FABRICATING METHOD OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING PLASTIC SUBSTRATE AND PLASTIC SUBSTRATE HOLDING METHOD THEREIN}
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 지지대에 고정된 플라스틱 기판을 운반하는 로봇을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 기판의 지지대를 도시한 평면도.
도 3은 도 2의 II-II선에 따른 단면도.
도 4a 내지 4f는 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치를 제작하는 공정을 도시한 수순 단면도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
100: 카세트 110: 로더
120: 지지대 150: 로봇
160: 회전부 170: 로봇팔
170a: 흡착패드 200: 패널영역
210: 경계영역 400: 플라스틱 기판
410: 버퍼층 420: TFT 어레이
430: 씰패턴 440: 컬러필터
450: TFT 기판 460: 컬러필터 기판
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 플라스틱 기판을 사용하는 액정표시장치를 제작하는 방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 TFT) 어레이(array)가 형성된 유리기판과 컬러필터(color filter)가 형성된 유리기판이 액정층을 사이에 두고 합착되어 구성된다.
액정표시장치에 주로 사용되는 유리기판은 두께가 0.7㎜ 정도로 매우 얇고 또한 대면적화 되어가기 때문에 쉽게 파손된다. 따라서, 유리기판 대신에 플라스틱(plastic) 기판을 이용한 더욱 얇고 가벼운 액정표시장치가 제안되었다.
그러나, 플라스틱 기판은 잘 휘어지는 특성 때문에 기존의 유리기판을 처리하는 공정 장비를 사용하여 액정표시장치를 제작할 때 많은 문제점이 있다. 특히, 트랙(track)장비, 로봇(robot)에 의한 기판의 이송 또는 카세트로(cassette)의 수납 등이 불가능하고, 증착 장비를 이용하여 TFT 어레이를 제작하는 데에도 많은 어려움이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 액정표시장치의 제작에 플라스틱 기판을 사용할 때에도 기존의 공정에 사용되던 장비를 그대로 사용할 수 있는 액정표시장치의 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기타 본 발명의 다른 특징 및 목적은 이하 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 설명될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유리기판을 준비하는 단계; 상기 유리기판을 선택적으로 식각하여 플라스틱 기판의 면적과 두께에 일치하는 면적과 두께를 가진 패널영역 및 상기 패널영역보다 돌출되어 상기 패널영역을 둘러싸는 경계영역을 포함하는 지지대를 준비하는 준비단계; 상기 지지대의 패널영역에 플라스틱 기판을 안착시키는 안착단계; 및 상기 지지대 상부에 버퍼층을 형성하여 플라스틱 기판을 고정하는 고정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 플라스틱 기판 고정방법을 제공한다.
상기 유리기판은 HF 계열 식각용액을 사용하여 식각하는 것이 바람직하다.
삭제
상기 지지대에는 복수개의 패널영역을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 버퍼층은 유기막 또는 무기막으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 패널영역 및 돌출되어 상기 패널영역을 구분하는 경계영역을 포함하는 제 1 및 제 2 지지대를 준비하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 지지대의 패널영역에 플라스틱 기판을 안착시키는 단계; 상기 제 1 및 제 2 지지대의 상부에 버퍼층을 형성하여 플라스틱 기판을 고정하는 단계; 상기 제 1 지지대의 패널영역에 해당하는 버퍼층 상부에 박막트랜지스터 어레이를 형성하는 단계; 상기 제 2 지지대의 패널영역에 해당하는 버퍼층 상부에 컬러필터 를 형성하는 단계; 박막트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 지지대 및 컬러필터가 형성된 제 2 지지대를 합착하는 단계; 합착된 제 1 및 제 2 지지대를 액정패널별로 절단하는 단계; 및 제 1 및 제 2 지지대를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법을 제공한다.
상기 제 1 및 제 2 지지대는 유리 또는 석영으로 형성된 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 한 본 발명의 실시예에 의하면 유리기판을 지지대로 하여 액정표시장치의 제작공정을 진행하므로 종래의 공정장비를 그대로 사용할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
플라스틱 기판이 로봇에 의해 카세트로 수납되는 과정을 예로 들어 설명하겠다. 액정표시장치의 제작공정은 서로 상이한 단위공정들로 연결되어 있고 각 단위공정을 행하는 장비가 다르기 때문에, 이러한 장비들로 액정표시장치의 기판을 운반하는 로봇과 기판을 수납하는 카세트가 필요하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 지지대에 고정된 플라스틱 기판을 운반하는 로봇을 도시한 사시도이다.
도시된 바와 같이, 지지대가 수납되는 카세트(100)가 이를 지지하는 로더(loader; 110)상에 안치되어서, 로봇(150)에 의해 지지대(120)가 수납된다. 카세트(100)의 양측 벽에는 슬롯(slot)이 형성되어 지지대(120)가 수납되도록 되어 있다.
로봇(150)은 회전부(160) 및 로봇팔(170)로 구성되어 있고, 회전부(160)에 로봇팔(170)이 연결되어 있으며, 로봇팔(170)에는 지지대(120)를 진공으로 흡착하여 고정하기 위한 흡착패드(170a)가 형성되어 있다. 상기 로봇(150)은 높이의 조절이 가능하여 원하는 위치의 슬롯에 지지대(120)를 수납할 수 있다.
지지대(120)를 흡착패드(170a)로 흡착하여 고정한 후 카세트(100)에 수납하기 위해 회전부(160)를 회전시키면, 회전부(160)의 회전 운동이 로봇팔(170)의 직선 운동으로 바뀌어 상기 로봇팔(170)이 카세트(100) 내부로 전진한다.
만약, 본 발명의 실시예에 의한 지지대(120) 없이 플라스틱 기판만을 사용한다면 플라스틱 기판의 유연한 성질 때문에 로봇팔(170)에 의한 지지가 힘들어지고, 더욱이 카세트(100)로의 수납은 불가능하다. 그러나, 본 발명과 같이 종래 사용되던 유리기판으로 지지대(120)를 제작하게 되면 상기 공정이 가능해진다. 왜냐하면 로봇(150)과 카세트(100)는 이미 유리기판을 다루기 적합하게 설계되었기 때문이다. 상기 사항은 비단 카세트(100) 및 로봇(150)뿐만 아니라 액정표시장치의 모든 제작공정에서도 마찬가지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 기판의 지지대를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다.
지지대(120)는 복수개의 패널영역(200) 및 패널영역(200)을 둘러싼 경계영역(210)으로 이루어진다. 도면에는 4개의 패널영역(200)을 구비한 지지대(120)가 도시되어 있다. 패널영역(200)의 면적은 액정패널의 면적 즉, 플라스틱 기판의 면적과 일치하고, 두께는 플라스틱 기판의 두께와 일치한다. 지지대(120)의 경계영역(210)은 패널영역(200)보다 돌출되어 각 패널영역(200)을 구분한다.
상기 지지대(120)는 종래 액정표시장치에 사용되던 유리로 된 모기판을 가공하여 제작한다. 상기 지지대의 재료로 석영을 사용할 수도 있다. 상기 모기판의 두께는 약 0.7㎜ 정도이고, 패널영역(110)의 두께는 약 0.2㎜ 정도이다. 즉, 경계영역(200)이 돌출된 높이가 약 0.2㎜ 정도이다.
모기판을 준비한 후 포토레지스트(photoresist)를 전면에 도포한다. 포토레지스트를 도포하기 전에, 모기판의 습기를 제거하여 포토레지스트의 밀착성을 향상시키기 위한 프리베이크(pre-bake) 단계, 도포된 포토레지스트에 남아있는 솔벤트(solvent)를 증발시켜 포토레지스트를 경화하는 소프트베이크(soft-bake) 단계를 거친다. 포토레지스트는 보통 스핀 코팅(spin coating)에 의해 도포되는데, 스핀 코팅에서는 극히 일부분의 포토레지스트만 기판 표면에 도포되고 대부분의 포토레지스트 재료가 소실되는 단점을 개선하기 위해 롤 코팅(roll coating) 방법을 사용할 수도 있다.
그 후, 모기판을 얼라이너(aligner) 설비로 이동시켜 패널영역이 패터닝(patterning)된 마스크(mask)를 포토레지스트가 도포된 모기판 상부에 정렬시킨 후 마스크를 통하여 자외선을 포토레지스트에 조사한다. 그후, 자외선이 조사된 포토레지스트를 현상하면 포토레지스터가 패널영역은 제거되고 경계영역에만 잔존한다.
다음으로 패널영역을 식각하게 되는데 유리기판의 식각에는 습식식각(wet etching)이 사용된다. 습식식각은 화학 용액을 이용하는데 양호한 선택비와 대면적 기판처리에서 우수한 균일도를 얻을 수 있어 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 HF 계열의 식각용액을 사용하여 모기판을 식각한다. 식각이 종료되면 균일도(uniformity)의 확보를 위하여 모기판상에 존재하는 식각 용액을 신속히 제거하는 QDR(Quick Dipping Rinse)를 거치고 미량의 화학 성분을 완전히 제거하는 2차 린스를 시행한다. 식각이 끝난 모기판은 경계영역에 존재하는 포토레지스트를 스트리퍼(stripper) 용액으로 제거한 후 세정한다.
상기와 같이 제작된 지지대(120)를 사용하여 액정표시장치를 제작하는 방법을 이하 설명한다.
도 4a 내지 4f는 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치를 제작하는 공정을 도시한 수순 단면도이다.
우선 도 4a에 도시된 바와 같이 상기와 같이 제작된 지지대(120)의 패널영역에 플라스틱 기판(400)을 안착시킨다. 상기 패널영역은 플라스틱 기판(400)의 면적과 높이가 일치한다.
그 후, 도 4b와 같이 플라스틱 기판(400)이 안착된 지지대(120) 상부에 버퍼(buffer)층(410)으로 무기막 또는 유기막을 증착한다. 무기막은 SiNx와 SiOx와 같은 물질을 사용하고 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 사용하여 형성한다. 유기막은 BCB나 아크릴(acryl) 수지와 같은 물질을 사용하고 스핀 코팅(spin coating)을 사용하여 형성한다. 상기와 같이 형성된 버퍼층(410)은 플라스틱 기판(400)을 지지대(120)에 고정시키는 역할뿐만 아니라 플라스틱 기판(400)의 오염을 막고 플라스틱 기판(400)으로부터 나오는 가스(gas)에 의해 후속 공정이 영 향을 받는 것을 방지한다. 상기와 같이 플라스틱 기판(400)이 지지대(120)와 버퍼층(410)에 의해 고정된 상태에서 TFT 어레이 공정, 컬러필터 제작공정 및 액정셀 공정 등이 진행된다.
종래에 사용되던 유리기판을 그대로 사용하므로 종래의 장비를 그대로 사용할 수 있다. 즉, 반송트랙에 의한 기판의 이송 또는 증착 장비에서의 공정을 수행할 때 종래의 방식 및 장비를 사용할 수 있다. 또한, 카세트에 기판을 수납하는 경우에도 지지대(120)에 의해 플라스틱 기판(400)의 휘지 않으므로 종래의 카세트를 그대로 사용할 수 있다.
상기와 같이 플라스틱 기판(400)을 고정하는 공정을 마치면 도 4c와 같이 TFT 어레이(420)나 컬러필터를 버퍼층(410) 상부에 형성하여 TFT 모기판(450)과 컬러필터 모기판이 제작된다.
그 후, 도 4d에 도시된 바와 같이 TFT 어레이가 형성된 TFT 기판(450)과 컬러필터(440)가 형성된 컬러필터 기판(460)으로 액정 셀(cell)을 형성하는 일련의 공정이 진행된다. 이러한 액정 셀 공정의 플로우(flow)는 액정분자를 일정방향으로 배열시키기 위한 배향막 도포 및 러빙(rubbing) 공정이 TFT 모기판(450)과 컬러필터 모기판(460)에 대하여 각각 진행되면서 시작된다.
TFT 모기판(450)에는 액정을 주입하기 위한 씰패턴(seal pattern; 430) 인쇄와 컬러필터 모기판(460)의 공통전극 단자를 TFT 모기판(450)의 본딩패드(bonding pad)에 연결하기 위한 쇼트(short)가 만들어지며, 컬러필터 기판(460)에는 일정한 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서(spacer)를 뿌려준다.
그 다음 두 모기판(450, 460)은 서로 정렬하여 합착되어 액정이 주입된다. 액정은 상기 두 모기판(450, 460)이 합착된 후에 진공 주입 방식으로 충진될 수도 있고, 두 모기판(450, 460)이 합착되기 전에 적하 방식으로 충진될 수도 있다. 상기 적하 방식은 액정의 충진 시간을 단축하기 위해 도입된 것으로 주로 대면적의 액정표시장치에 적용된다. 적하 방식은 컬러필터 모기판(460) 또는 TFT 모기판(450)에 액정을 적하 및 분배하고 상기 두 기판을 합착하는 압력에 의해 액정을 화상 표시 영역 전체에 균일하게 도포되도록 하는 방식이다.
그 후 도 4e에 도시된 바와 같이 합착된 TFT 모기판(450) 및 컬러필터 모기판(460)을 각각의 패널별로 절단, 분리한다. 도 2와 같은 지지대(120)를 사용한다면 4개의 패널이 제작될 것이다.
그 후, 도 4f에 도시된 바와 같이 지지대(120)에서 패널을 분리하면 액정패널(470)이 완성된다. 그 후, 간단한 액정 셀의 온-오프(on-off) 시험으로 양품만을 선별하여 편광판을 부착함으로써 제작공정이 끝난다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들면, 액정 패널로의 액정의 충진은 각 패널별로 분리한 후에 행할 수도 있는 것이다.
따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
본 발명에 의하면 종래에 사용하던 유리기판을 식각하여 패널영역을 형성한 후 상기 패널영역에 플라스틱 기판을 안착시키고 버퍼층을 형성함으로써 플라스틱 기판을 고정하는 효과가 있다.
유리기판을 지지대로 하여 공정을 진행하므로 종래의 공정장비를 그대로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 유리기판을 준비하는 단계;
    상기 유리기판을 선택적으로 식각하여 플라스틱 기판의 면적과 두께에 일치하는 면적과 두께를 가진 패널영역 및 상기 패널영역보다 돌출되어 상기 패널영역을 둘러싸는 경계영역을 포함하는 지지대를 준비하는 준비단계;
    상기 지지대의 패널영역에 플라스틱 기판을 안착시키는 안착단계; 및
    상기 지지대 상부에 버퍼층을 형성하여 플라스틱 기판을 고정하는 고정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 플라스틱 기판 고정방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, HF 계열 식각용액을 사용하여 유리기판을 식각하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 플라스틱 기판 고정방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 복수개의 패널영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 플라스틱 기판 고정방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층은 무기막을 증착하여 형성하는 것을 특징으 로 하는 액정표시장치의 플라스틱 기판 고정방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층은 유기막을 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 플라스틱 기판 고정방법.
  7. 패널영역 및 돌출되어 상기 패널영역을 구분하는 경계영역을 포함하는 제 1 및 제 2 지지대를 준비하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 지지대의 패널영역에 플라스틱 기판을 안착시키는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 지지대의 상부에 버퍼층을 형성하여 플라스틱 기판을 고정하는 단계;
    상기 제 1 지지대의 패널영역에 해당하는 버퍼층 상부에 박막트랜지스터 어레이를 형성하는 단계;
    상기 제 2 지지대의 패널영역에 해당하는 버퍼층 상부에 컬러필터를 형성하는 단계;
    박막트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 지지대 및 컬러필터가 형성된 제 2 지지대를 합착하는 단계;
    합착된 제 1 및 제 2 지지대를 액정패널별로 절단하는 단계; 및
    제 1 및 제 2 지지대를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 지지대는 유리로 형성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 버퍼층은 유기막으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 버퍼층은 무기막으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 사용한 액정표시장치의 제작방법.
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