KR101208958B1 - 피에조 밸브를 이용한 액정 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피에조 밸브를 이용한 액정 공급시스템에 관한 것으로, 액정저장유닛(1)과; 상기 액정저장유닛(1) 내에 저장된 액정의 토출을 제어하는 액정공급조절장치(2)와; 상기 액정공급조절장치(2)를 제어하는 제어기(3)와; 상기 액정공급조절장치(2)에 전원을 공급하는 전원공급유닛(4) 및; 상기 액정저장유닛(1)으로 질소가스를 공급하는 질소가스 저장유닛(5);으로 이루어지되, 상기 액정공급조절장치(2)는 상기 액정저장유닛(1)으로 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절용 피에조 밸브(20)와; 상기 액정저장유닛(1)으로부터 공급되는 액정의 유량을 조절하는 유량조절용 피에조 밸브(30)와; 상기 유량조절용 피에조 밸브(30)를 통해 조절된 유량의 액정을 유리기판(8)에 토출하는 노즐(35) 및; 상기 유량조절용 피에조 밸브(30)를 구동시키는 구동모듈(40)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 전원의 인가에 따라 신속하게 반응하며, 정밀하게 동작되는 피에조 밸브를 이용하여 질소가스의 압력과 액정의 공급유량을 정확하게 조절하여 유리기판에 공급할 수 있기 때문에 평판 디스플레이의 생산능력이 대폭 향상된다.

Description

피에조 밸브를 이용한 액정 공급시스템{LIQUID CRYSTAL DISPENSING SYSTEM USING PIEZO VALVE}
본 발명은 액정(LC, Liquid Crystal) 공급시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 LCD, OLED 등의 평판 디스플레이를 제조할 때 피에조 밸브를 이용하여 액정 공급을 제어함으로써 정확한 양의 액정을 신속하게 공급할 수 있도록 하는 피에조밸브를 이용한 액정 공급시스템에 관한 것이다.
최근 더욱 가볍고 얇은 디스플레이 장치에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 LCD, OLED 등으로 대표되는 평판 디스플레이의 생산도 급증하고 있다.
LCD(Liquid Crystal Display)란 인가전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생하는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전기소자로서 소비전력이 적고 휴대용으로 편리하여 널리 사용되고 있으나 자기발광성이 없어 후광(Back Light)이 필요하다는 단점이 있다.
최근 후광이 필요한 LCD의 단점을 보완하기 위해 OLED(Organic Light Emitting Diodes)가 개발되어 널리 사용되고 있는데, OLED란 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기물질을 말하는데 이러한 OLED는 LCD 이상의 화질이 보장되고, 제조공정이 단순할 뿐만 아니라 후광이 필요하지 않기 때문에 LCD에 비해 제조비용이 적게 드는 장점이 있다.
LCD로 이루어진 평판 디스플레이를 제조하기 위해서는 미소량의 액정(LC, Liquid Crystal)을 정밀하게 조절하여 공급하여야 하는데, 평판 디스플레이에 액정을 공급하기 위한 종래의 액정 공급장치는 도 1에 도시된 바와 같이 액정이 저장되는 액정저장유닛(100)과, 액정저장유닛(100)의 액정이 공급되는 주사기(200)와, 주사기(200)를 구동하는 리니어 모터나 로터리 모터 또는 볼스크류(이하 '모터(300)'로 통칭한다)로 이루어진 모터(300)와, 상기 모터(300)를 제어하는 제어기(400)와, 상기 모터(300)에 전원을 공급하는 전원공급유닛(500) 및 주사기(200) 내의 액정을 디스플레이(700)로 토출하는 노즐(600)로 이루어진다.
이러한 종래의 액정 공급장치는 모터(300)를 정밀하게 구동시켜 주사기(200)의 피스톤에 압력을 가하여 그 하부에 위치하는 탈착 가능한 노즐(600)에 미량의 액정을 유리기판(700)에 공급하고 있으나, 모터(300)의 구동 속도에 한계가 있을 뿐만 아니라 정밀한 구동에도 한계가 있어 아주 미세한 양을 공급하기가 어려워 생산속도가 떨어져 더 빠른 평판 디스플레이의 생산방법에 대한 요구를 충족시키지 못하고 있는 실정이다.
그리고 형광성 유기화합물(이하에서는 LCD의 '액정'과 OLED의 '유기화합물'을 통칭하여 '액정'이라 한다)을 사용하는 OLED 평판 디스플레이를 제조할 때에는 일반적으로 진공증착 방식을 사용하여 제조하는데, 이러한 진공증착 방식은 도 2에 도시된 바와 같이 진공용기(800) 내에 설치된 회전홀더(810)에 다수의 유리기판(820)을 배열하고, 그 하부에는 조리개(830)를 위치시키며, 조리개(830)의 하부에는 다시 가열장치가 구비된 유기화합물 용기(840)를 위치시켜 가열장치로 용기(840) 내의 유기화합물을 가열하게 되면 증발된 다음, 조리개(830)의 개폐량에 의해 미세하게 조절된 만큼의 유기화합물 증기가 상승하여 다수의 유리기판(820)에 진공 증착시키는 방식이다.
그러나 이러한 진공증착 방식을 사용하여 OLED를 제조하는 경우 진공증착 용기의 크기가 제한되어 대량생산에 한계가 있고, 제조시간도 너무 길어 대량 생산을 요구하는 시장의 요구를 충족시키고 있지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 평판 디스플레이 제조 시스템이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 정밀한 제어가 가능하며 빠른 속도로 액정을 공급함으로써 생산능력을 향상시킬 수 있는 피에조 밸브를 이용한 액정 공급시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 액정 공급시스템을, 액정저장유닛과; 상기 액정저장유닛 내에 저장된 액정의 토출을 제어하는 액정공급조절장치와; 상기 액정공급조절장치를 제어하는 제어기와; 상기 액정공급조절장치에 전원을 공급하는 전원공급유닛 및; 상기 액정저장유닛으로 질소가스를 공급하는 질소가스 저장유닛;으로 이루어지되, 상기 액정공급조절장치는 상기 액정저장유닛에 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절용 피에조밸브와; 상기 액정저장유닛으로부터 공급되는 액정의 유량을 조절하는 유량조절용 피에조밸브와; 상기 유량조절용 피에조 밸브를 통해 조절된 유량의 액정을 유리기판에 토출하는 노즐 및; 상기 유량조절용 피에조 밸브를 구동시키는 구동모듈로 구성하는 것에 의해 달성된다.
이때 상기 액정공급조절장치에는 하우징이 더 구비되고, 상기 하우징의 내부에는 상기 압력조절용 피에조 밸브와 상기 유량조절용 피에조 밸브 및 상기 구동모듈이 수용되는 것으로 실시되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 압력조절용 피에조밸브는, 압력조절용 밸브 본체와; 상기 압력조절용 밸브 본체에 구비되어 질소가스가 유입되는 유입구와; 상기 유입구로 유입된 질소가스가 배출되는 배출구와; 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 형성된 질소가스 유로상에 설치되며 유로의 일부를 구성하는 개폐부 및; 상기 개폐부의 상부에 위치되어 상기 개폐부를 개폐하는 피에조 액추에이터를 포함하여 실시되는 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 유량조절용 피에조 밸브는, 유량조절용 밸브 본체와; 상기 유량조절용 밸브 본체에 구비되며, 상기 액정저장유닛에 설치된 액정주입구와 연결된 유입구와; 상기 유입구와 연결된 유로상에 위치하는 상기 피에조 액추에이터 및; 상기 피에조 액추에이터에 접촉 설치되어 상기 피에조 액추에이터의 동작에 의해 유로가 개폐되는 배출부를 포함하여 실시되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명은 전원의 인가에 따라 신속하게 반응하며, 정밀하게 동작되는 피에조 밸브를 이용하여 질소가스의 압력과 액정의 공급유량을 정확하게 조절하여 유리기판에 공급할 수 있으며, 또한 피에조 밸브를 사용하여 액정 공급유량과 압력을 각각 독립적으로 제어 및 조정하기 때문에 제어가 용이하며 더욱 미세하고 정확하게 제어할 수 있다.
도 1과 도 2는 종래의 액정 공급시스템의 예를 보인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 피에조 밸브를 이용한 액정 공급시스템을 보인 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 액정공급조절장치의 예를 보인 단면도,
도 5(a)는 본 발명에 따른 압력조절용 피에조 밸브의 예를 보인 단면도,
도 5(b)는 본 발명에 따른 압력조절용 피에조 밸브에 사용되는 피에조 액추에이터의 예를 보인 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 유량조절용 피에조 밸브의 예를 보인 단면도이다.
이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 피에조 밸브를 이용한 액정 공급시스템에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명의 액정 공급시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 액정저장유닛(1), 액정공급조절장치(2), 제어기(3), 전원공급유닛(4) 및 질소가스저장유닛(5)으로 이루어진다.
액정저장유닛(1)은 액정이 도포될 유리기판(6)에 액정이 공급될 수 있도록 적정량의 액정을 저장하는 용기로서, 이 액정저장유닛(1)에는 후술하는 압력조절용 피에조 밸브(20)에 의해 조절된 적절한 압력의 질소가스(N2)에 의해 그 내부에 저장된 액정이 가압되도록 질소주입구가 설치되고, 또한 질소가스의 가압에 의해 저장된 액정 중 일정량의 액정이 흘러 유량조절용 피에조 밸브(30)로 공급되도록 유로가 연결된다.
액정공급조절장치(2)는 액정저장유닛(1)의 내부에 저장된 액정을 적절히 조절하여 정확한 양의 액정이 후단에 연결된 노즐(35)을 통해 유리기판(6)에 공급되도록 하기 위한 장치로서, 이를 위해 액정공급조절장치(2)는 액정저장유닛(1)으로 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절용 피에조 밸브(20)와; 액정저장유닛(1)에서 공급되는 액정의 유량을 조절하는 유량조절용 피에조 밸브(30)와; 유량조절용 피에조 밸브(30)를 통해 공급되는 액정을 유리기판(6)에 토출하는 노즐(35) 및; 압력조절용 피에조 밸브(20)와 유량조절용 피에조 밸브(30)를 구동하는 구동모듈(40)을 포함한다.
이때 액정공급조절장치(2)에는 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(10)이 더 구비되어 그 내부에 압력조절용 피에조 밸브(20)와 유량조절용 피에조 밸브(30) 및 구동모듈(40)이 수용되는 것으로 실시될 수 있는데, 이러한 구조로 인해 장탈착이 수월하고, 결과적으로 액정공급조절장치(2)의 소형화가 가능하다.
가압된 질소가스에 의해 액정저장유닛(1) 내의 압력을 조절하는 압력조절용 피에조 밸브(20)는 도 5(a)에 도시된 바와 같이 압력조절용 밸브 본체(21)와; 압력조절용 밸브 본체(21)에 구비되어 질소가스저장유닛(5)으로부터 공급되는 질소가스가 유입되는 유입구(22)와; 유입구(22)로 유입된 질소가스가 배출되는 배출구(23)와; 유입구(22)와 배출구(23) 사이에 형성된 질소가스 유로상에 설치되며 유로의 일부를 구성하는 개폐부(24)와; 개폐부(24)의 상부에 위치되어 개폐부(24)를 개폐하는 피에조 액추에이터(25)를 포함한다.
이때 압력조절용 밸브 본체(21)에는 액정저장유닛(1)에 공급되는 질소가스의 압력을 감지하여 감지된 결과를 송출하는 압력센서(26)가 포함되는 것이 바람직하지만, 이와 달리 압력센서(26)를 액정저장유닛(1)에 인입되는 질소가스 배관 상에 별도로 설치할 수도 있다.
이때 개폐부(24)에는 유입구(22)와 배출구(23)를 연결하는 수직 및 수평의 유로(24A)가 형성되고, 이때 수직 유로의 상부는 피에조 액추에이터(25)의 저면과 접촉되도록 설치된다. 그리고 본 발명의 개폐부(24)는 압력조절용 밸브 본체(21)에 장탈착이 가능하도록 나사 결합되는데, 이에 의해 사용자는 필요에 따라 다른 직경의 유로를 가지는 개폐부(24)로 교체하거나 또는 피에조 액추에이터(25)의 저면과 수직 유로와의 접촉간극을 적절히 조절할 수 있다.
개폐부(24)의 상부에 설치되는 피에조 액추에이터(25)는 도 5(b)에 도시된 바와 같이 전기입력 단자가 구비된 세락믹층(25A)과 벤딩층(25B)으로 이루어져 이들 단자에 전원을 입력하게 되면 세라믹층(25A)이 수축되면서 상대적으로 수축되지 않은 벤딩층(25B)으로 인해 수축이 발생되는 구조로서 이러한 구조의 피에조 액추에이터(25)는 이미 잘 알려져 있으므로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
그리고 개폐부(24)와 배출구(23) 사이의 유로에는 압력센서(26)가 설치되는 것이 바람직한데, 이러한 압력센서(26)는 액정저장유닛(1)에 공급되는 질소가스의 압력을 감지하여 후술하는 제어기(3)에 송신하고 이에 의해 액정저장유닛(1)에 공급되는 질소가스의 압력이 피드백 제어된다.
상기와 같은 구성에 의해, 질소가스저장용기(5) 내의 가압된 질소가스가 유입구(22)를 통해 압력조절용 밸브 본체(21) 내로 유입되고, 이때 제어기(3)의 제어에 의해 피에조 액추에이터(25)에 전원을 가하게 되면 피에조 액추에이터(25)의 상대적으로 큰 벤딩(bending)이 생성되는 세라믹층(25A)의 벤딩에 의해 세락믹층(25A)과 벤딩층(25B)이 휘면서 그 하부에 위치하는 개폐부(24)를 개폐시키며, 이에 의해 질소가스저장유닛(5)으로부터 공급된 질소가스가 배출구(23) 쪽으로 흐르거나 차단되어 액정저장유닛(1) 내부의 압력이 적절히 조절된다.
이때 개폐부(24)와 배출구(23) 사이의 유로에 설치된 압력센서(26)는 배출구(23) 쪽의 압력을 감지하여 제어기(3)에 송신하고, 제어기(3)는 이러한 압력센서(26)로부터 수신된 압력신호에 따라 피에조 액추에이터(25)를 동작시키거나 동작을 차단하여 액정저장유닛(1)에 공급되는 질소가스의 압력을 피드백 제어하며, 이에 의해 액정저장유닛(1) 내의 압력이 정밀하고 정확하게 제어된다.
유리기판(6)에 공급되는 액정의 양을 조절하기 위해 구비되는 유량조절용 피에조 밸브(30)는 도 6에 도시된 바와 같이 유량조절용 밸브 본체(31)와; 유량조절용 밸브 본체(31)에 구비되며, 액정저장유닛(1)에 설치된 액정주입구와 연결된 유입구(32)와; 유입구(32)와 연결된 유로상에 위치하는 피에조 액추에이터(33)와; 피에조 액추에이터(33)에 접촉 설치되어 피에조 액추에이터(33)의 동작에 의해 유로가 개폐되는 배출부(34)를 포함한다.
유량조절용 피에조 밸브(30)에 장착되는 피에조 액추에이터(33)는 압력조절용 피에조 밸브(20)에 설치되는 피에조 액추에이터(25)와 달리 도 6에 도시된 바와 같이 세라믹스택(33A)과, 세라믹스택(33A)의 하부에 위치하는 로드심(Load Shim, 33B)과, 로드심(33B)의 하부에 접촉 설치되는 로드플레이트(Load Plate, 33C)와, 로드플레이트(33C)에 삽입 설치되는 구 형상의 볼(33D) 및 볼(33D)의 하부에 접촉 설치되는 다이어프램(33E)으로 구성되며, 이러한 피에조 액추에이터(33)에는 전원공급유닛(4)으로부터 전원을 공급받아 피에조 액추에이터(33)의 세라믹스택(33A)을 승강시키는 구동모듈(40)이 연결된다.
그리고 배출부(34)의 선단에는 피에조 액추에이터(33)의 다이어프램(33E)과 접촉되도록 상부로 돌출 형성된 접촉부(34A)가 구비된다.
상기와 같은 구성에 의해 액정저장유닛(1) 내에 저장된 액정이 질소가스의 압력에 의해 액정주입구를 거쳐 유입구(32)를 통해 유량조절용 피에조 밸브(30) 내로 유입되고, 이때 제어기(3)의 제어에 의해 구동모듈(40)에 전원이 가해지면 이에 의해 피에조 액추에이터(33)의 세라믹스택(33A)이 승강하게 되고, 그 결과 로드플레이트(33C) 내부에 위치하는 볼(33D)도 승강되면서 이와 접촉된 다이어프램(33E)을 상하로 승강시키며, 이에 의해 배출부(34)의 선단에 형성된 접촉부(34A)가 개폐되면서 액정저장유닛(1)으로부터 공급된 액정이 배출부(34) 쪽으로 흘러 노즐(35)을 통해 유리기판(6)에 공급되거나 차단됨으로써 액정의 공급이 정밀하고 정확하게 조절되는 것이다.
이때 노즐(35)은 장탈착 가능한 구조로 실시되어 액정의 토출 대상에 따라 노즐(35)의 토출공(35A) 크기가 다른 노즐(35)로 교체하여 사용할 수 있도록 실시되는 것이 바람직하다.
한편, 종래의 액정 분사 노즐은 그 저면이 평면으로 형성되어 있어 토출공을 통해 액정이 분사될 때에 표면장력에 의해 노즐 저면의 주변으로 넓게 퍼져 액정이 고이는 현상이 발생하는데, 이 현상은 액정 분사량과 액정이 분사되는 위치 등을 부정확하게 하여 작업공정의 신뢰성을 현저하게 떨어트리는 요인이 된다.
따라서 본 발명의 노즐(35) 저면에는 원뿔 형상으로 하향 돌출되는 돌출부(35B)를 형성하고, 이 돌출부(35B)의 중심을 상하로 관통하여 토출공(35A)을 형성함으로써, 토출공(35A)을 통해 분사되는 액정이 표면장력에 의해 고일 수 있는 평면을 최소화하는 것이 바람직하다.
위에서 설명한 바와 같이 압력조절용 피에조 밸브(20)와 유량조절용 피에조 밸브(30)의 동작은 제어기(3)에 의해 제어되는데, 이러한 제어기(3)에는 입출력을 위한 디스플레이 패널이 연결되어 사용자가 필요에 따라 압력과 유량 등을 조절할 수 있도록 하는 동시에 실시간으로 모니터링할 수 있도록 구성된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 전원의 인가에 따라 신속하게 반응하며, 정밀하게 동작되는 피에조 밸브를 이용하여 질소가스의 압력과 액정의 공급유량을 정확하게 조절하여 유리기판에 공급할 수 있기 때문에 평판 디스플레이의 생산능력이 대폭 향상된다.
1: 액정저장유닛 2: 액정공급조절장치
3: 제어기 4: 전원공급유닛
5: 질소가스저장유닛 6: 유리기판
10: 하우징 20: 압력조절용 피에조 밸브
21: 압력조절용 밸브 본체 22: 유입구
23: 배출구 24: 간격조절부
24A: 유로 25: 피에조 액추에이터
25A: 세라믹층 25B: 벤딩층
26: 압력센서 30: 유량조절용 피에조 밸브
31: 유량조절용 밸브 본체 32: 유입구
33: 피에조 액추에이터 33A: 세라믹스택
33B: 로드심 33C: 로드플레이트
33D: 볼 33E: 다이어프램
34: 배출부 34A: 접촉부
35: 노즐 35A: 토출공
35B: 돌출부 40: 구동모듈

Claims (6)

  1. 액정저장유닛(1)과; 상기 액정저장유닛(1) 내에 저장된 액정의 토출을 제어하는 액정공급조절장치(2)와; 상기 액정공급조절장치(2)를 제어하는 제어기(3)와; 상기 액정공급조절장치(2)에 전원을 공급하는 전원공급유닛(4) 및; 상기 액정저장유닛(1)으로 질소가스를 공급하는 질소가스 저장유닛(5);으로 이루어지되,
    상기 액정공급조절장치(2)는 상기 액정저장유닛(1)으로 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절용 피에조 밸브(20)와; 상기 액정저장유닛(1)으로부터 공급되는 액정의 유량을 조절하는 유량조절용 피에조 밸브(30)와; 상기 유량조절용 피에조 밸브(30)를 통해 조절된 유량의 액정을 유리기판(6)에 토출하는 노즐(35) 및; 상기 유량조절용 피에조 밸브(30)를 구동시키는 구동모듈(40)로 이루어지고,
    상기 액정공급조절장치(2)에는 하우징(10)이 더 구비되고,
    상기 하우징(10)의 내부에는 상기 압력조절용 피에조 밸브(20)와 상기 유량조절용 피에조 밸브(30) 및 상기 구동모듈(40)이 수용되는 것을 특징으로 하는 피에조밸브를 이용한 액정 공급시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력조절용 피에조 밸브(20)는, 압력조절용 밸브 본체(21)와; 상기 압력조절용 밸브 본체(21)에 구비되어 질소가스가 유입되는 유입구(22)와; 상기 유입구(22)로 유입된 질소가스가 배출되는 배출구(23)와; 상기 유입구(22)와 상기 배출구(23) 사이에 형성된 질소가스 유로상에 설치되며 유로의 일부를 구성하는 개폐부(24) 및; 상기 개폐부(24)의 상부에 위치되어 상기 개폐부(24)를 개폐하는 피에조 액추에이터(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조밸브를 이용한 액정 공급시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유량조절용 피에조 밸브(30)는, 유량조절용 밸브 본체(31)와; 상기 유량조절용 밸브 본체(31)에 구비되며, 상기 액정저장유닛(1)에 설치된 액정주입구와 연결된 유입구(32)와; 상기 유입구(32)와 연결된 유로상에 위치하는 피에조 액추에이터(33) 및; 상기 피에조 액추에이터(33)에 접촉 설치되어 상기 피에조 액추에이터(33)의 동작에 의해 유로가 개폐되는 배출부(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조밸브를 이용한 액정 공급시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 압력조절용 밸브 본체(21)에는 압력센서(26)가 설치되는 것을 특징으로 하는 피에조밸브를 이용한 액정 공급시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐(35)은 원뿔 형상으로 하향 돌출되는 돌출부(35B)와; 상기 돌출부(35B)의 중심을 상하로 관통하는 토출공(35A)을 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조밸브를 이용한 액정 공급시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009080273A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Toshiba Corp 液晶吐出装置および液晶吐出装置を使用した液晶パネルの製造方法

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