KR101674601B1

KR101674601B1 - 액체 적하기의 노즐 표면 개질 방법

Info

Publication number: KR101674601B1
Application number: KR1020100077478A
Authority: KR
Inventors: 임용운
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2016-11-23
Also published as: US20120036694A1; US8474141B2; KR20120021640A

Abstract

액체 적하기의 노즐 표면 개질 방법은 노즐의 표면에 O₂ 또는 O₃ 플라즈마 처리하여 상기 노즐 표면을 제1 개질하고, 상기 제1 개질된 노즐 표면에 아미노프로필트리에톡시실란를 처리하여 상기 노즐 표면을 제2 개질한 후 상기 제2 개질된 노즐 표면에 에폭시 수지를 반응시켜 상기 노즐 표면을 제3 개질하는 포함한다. 본 발명은 상기한 방법으로 표면 개질된 노즐을 이용하여 액정층을 형성하는 방법을 포함한다.

Description

액체 적하기의 노즐 표면 개질 방법{SURFACE MODIFICATION METHOD OF NOZZLE FOR LIQUID DISPENSER}

본 발명은 액체 적하기의 노즐 표면 개질 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치에 사용되는 액체 적하기의 노즐 표면 개질 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 두 기판과 상기 두 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 장치로서, 상기 액정층의 굴절률 이방성을 이용하여 화면에 정보를 표시한다.

상기 액정 표시 장치는 두 기판을 각각 제조하고, 제조된 각 기판을 합착하여 액정 패널을 만든 후, 상기 두 기판 사이에 액정을 주입하여 제조한다. 상기 액정을 주입하는 공정은 상기 액정 패널 내부의 압력과 외부의 압력차를 이용하여 수행된다.

그러나, 상기 액정을 두 기판 사이에 주입하는 공정에 있어서, 상기 두 기판 사이는 매우 좁기 때문에 상기 액정의 이동에 장시간이 소요된다. 또한, 상기 이유로 상기 액정 주입 공정은 대면적 액정 패널에 적용하기 힘들다.

본 발명은 액체 적하기에 사용되는 노즐의 표면 개질 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 노즐 표면 개질 방법을 이용하여 개질한 노즐을 장착한 액체 적하기로 액정층을 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 액체 적하기의 노즐 표면 개질 방법은 노즐의 표면에 O₂ 또는 O₃ 플라즈마 처리하여 상기 노즐 표면을 제1 개질하는 단계와, 상기 제1 개질된 노즐 표면에 아미노프로필트리에톡시실란를 처리하여 상기 노즐 표면을 제2 개질하는 단계, 및 상기 제2 개질된 노즐 표면에 에폭시 수지를 반응시켜 상기 노즐 표면을 제3 개질하는 단계를 포함한다.

상기 제3 개질 단계는 상기 노즐 표면을 상기 에폭시 수지에 디핑하거나, 상기 에폭시 수지를 상기 노즐 표면에 적하하는 방식으로 수행될 수 있다.

상기 제3 개질에 의해 개질된 노즐 표면은 10nm의 에폭시 수지층을 가질 수 있다.

상기 에폭시 수지는 에폭시 말단기 실리콘 수지(epoxy terminated silicone)로서, 에폭시 말단기 PDMS(polydimethylsiloxane)일 수 있다.

상기 노즐은 SUS(steel use stainless), 텅스텐 화합물 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 액정 표시 장치에 사용되는 액정, 실링재 또는 배향막액은 상기 액체 적하기를 이용하여 적하할 수 있다.

본 발명은 상기한 방법으로 표면 개질된 노즐을 이용하여 액정층을 형성하는 방법을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 액정층을 형성하는 방법은 액체 적하용 노즐을 준비하는 단계와, 상기 노즐을 상기 방법으로 표면 개질하는 단계와, 상기 표면 개질된 노즐을 액체 적하기에 장착하는 단계와, 액정을 준비하는 단계와, 액정 표시 장치용 기판을 준비하는 단계, 그리고 상기 노즐을 통해 상기 액정을 상기 기판에 토출하는 단계를 포함한다.

본 발명은 액체 적하기의 노즐 표면을 개질함으로써 액체 적하시 액체의 뭉침 불량을 방지한다.

또한, 본 발명은 상기 노즐 표면 개질 방법을 이용하여 액정층을 형성함으로써 불량이 감소된 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

도 1은 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 적하 방식을 이용하여 두 기판을 합착하는 단계를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정적하기를 이용하여 기판 상에 액정을 적하하는 개념을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 표면 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 표면 처리하는 방법에 있어서의 노즐의 표면 상태를 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 개질한 SUS 재질 노즐 상에 액정이 적하되었을 때의 상기 액정의 접촉각을 나타낸 사진들이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예들에 따라 표면 개질한 텅스텐 카바이드 재질 노즐 상에 액정이 적하되었을 때의 상기 액정의 접촉각을 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

본 발명은 액정 표시 장치에 사용되는 액체 적하기에 있어서, 액체를 토출하는 노즐을 표면 개질하는 방법에 대한 것이다. 상기 액체 적하기는 액정 표시 장치를 형성하는 데 사용되므로, 먼저 액정 표시 장치 및 상기 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한 후, 액체 적하기의 노즐의 표면 개질 방법을 설명하기로 한다.

도 1은 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 액정 표시 장치는 제1 기판(10), 제2 기판(20), 액정층(30), 및 실링재(40)를 포함한다.

상기 제1 기판(10)은 복수의 화소 영역에 각각 형성된 화소 및 배향막을 포함한다. 각 화소는 박막 트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소 전극을 포함한다. 상기 배향막은 이후 형성될 액정층(30)의 액정 분자들을 배향하기 위한 것으로 상기 화소 상에 형성된다.

상기 제2 기판(20)은 상기 제1 기판(10)에 대향한다. 상기 제2 기판(20)은 컬러를 구현하기 위한 복수의 컬러 필터들과, 상기 화소 전극들과 함께 전계를 형성하는 공통 전극, 및 배향막을 포함한다. 상기 배향막은 상기 공통 전극 상에 형성된다.

상기 액정층(30)은 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20) 사이에 제공된다. 상기 액정층(30)은 액정 분자들을 포함하며, 상기 액정 분자들은 상기 전계에 의해 제어된다.

상기 실링재(40)는 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)의 가장자리를 따라 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20) 사이에 제공된다. 상기 실링재(40)는 상기 액정층(30)을 봉지한다.

상기 구조를 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 전계에 의해 상기 액정 분자들이 구동된다. 이에 따라 상기 액정층(30)을 투과하는 광량이 제어되어 영상을 표시한다.

상기 액정 표시 장치의 구조에 있어서 상기 제1 기판(10)에 박막트랜지스터들이 형성되고 상기 제2 기판(20)에 컬러필터들이 형성된 것을 일 예로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 컬러 필터들이 상기 박막트랜지스터들과 동일 기판에 형성될 수도 있다.

도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정은 크게 제1 기판 공정, 제2 기판 공정, 합착 공정, 및 후처리 공정을 포함한다.

상기 제1 기판 공정은 박막트랜지스터 어레이 형성 단계(S101), 배향막 형성 단계(S102), 및 액정 적하 단계(S103)를 포함한다.

상기 박막트랜지스터 어레이 형성 단계(S101)는 제1 절연 기판 상에 배선들, 박막트랜지스터들, 및 화소 전극들을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 배선들은 복수의 게이트 라인들과 복수의 데이터 라인들을 포함한다. 각 박막 트랜지스터는 상기 게이트 라인들 중 해당 게이트 라인 및 상기 데이터 라인들 중 해당 데이터 라인에 연결된다. 상기 화소 전극들은 상기 박막 트랜지스터들에 연결된다.

상기 배향막 형성 단계(S102)는 상기 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제1 절연 기판 상에 배향막을 도포하는 단계와, 상기 배향막을 러빙하는 단계를 포함한다.

상기 액정 적하 단계(S103)에서는 액정 적하기를 이용하여 상기 배향막 상에 액정을 적하한다.

상기 제2 기판 공정은 컬러 필터 형성 단계(S104), 배향막 형성 단계(S105), 및 실링재(S106) 형성 단계를 포함한다.

상기 컬러 필터 형성 단계(S104)는 제2 절연 기판 상에 적색, 녹색, 및 청색 컬러 필터들을 형성하는 단계와, 상기 컬러 필터들이 형성된 제2 절연 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 배향막 형성 단계(S105)는 상기 컬러 필터들 및 공통 전극이 형성된 제2 절연 기판 상에 배향막을 도포하는 단계와, 상기 배향막을 러빙하는 단계를 포함한다.

상기 실링재 형성 단계(S106)에서는 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20) 중 적어도 어느 한 기판의 외곽부에 실링재(140)를 도포한다.

상기 합착 공정(S107)은 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)에 압력을 가하여 합착함으로써 수행된다. 상기 합착에 의해 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20) 사이에 액정층(30)이 형성되며 상기 실링재(140)에 의해 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)이 접착된다.

상기 후처리 단계(S108)은 상기 합착된 기판을 가공하는 단계와 검사하는 단계를 포함한다. 상기 가공 단계에서는 상기 합착된 기판을 절단한다. 상기 절단 단계에서는 대면적 유리 기판에 복수의 패널 영역이 형성될 경우, 각 패널 영역에 대응하도록 상기 대면적 유리 기판을 절단할 수 있다. 상기 검사 단계에서는 상기 가공된 기판의 결함 여부를 검사한다.

상기한 과정을 거쳐 최종적으로 액정 표시 장치를 형성한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 기판(10)에 액정을 적하하고, 상기 제2 기판(20)에 실링재(40)를 형성하는 것을 일 예로서 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 기판(10)에 실링재(40)가 형성되고, 상기 제2 기판(20)에 액정이 적하될 수 있다. 또 다른 예로서 상기 제1 기판(10)에 실링재(40)가 형성되고 액정이 적하될 수도 있다.

상기 액정 표시 장치를 형성하기 위해서는 점성이 있는 액체를 노즐을 이용하여 적하 또는 토출하는 공정이 사용된다. 예를 들어, 액정을 적하하는 공정뿐만 아니라, 배향막액이나 실링재도 적하하여 형성할 수 있다.

본 발명은 상기 액체를 뭉침 불량없이 토출하기 위해 액체 적하기에 사용되는 노즐을 표면 개질하는 방법을 제공한다. 이하에서는 액정을 적하하는 액정 적하용 노즐을 일 예로서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배향막액, 실링재 등과 같이 액상이며 소정의 점성을 가지는 물질들을 적하는 노즐에도 사용될 수 있음은 물론이다. 따라서, 액정 적하기에 사용되는 액정 적하용 노즐은 다른 실시예에서는 배향막액 적하기에 사용되는 배향막액 적하용 노즐로 해석될 수 있을 것이며, 또 다른 실시예에서는 실링재 적하기에 사용되는 실링재 적하용 노즐로도 해석될 수 있을 것이다.

본 명세서에 있어서, 액체를 다른 대상 물질에 위치시킬 때, 노즐을 이용하여 액체를 "적하"하거나, "토출"하거나, 또는 "분사"하는 것은, 모두 노즐을 이용하여 대상 물질에 액적의 형태로 액체를 제공한다는 면에서 동일한 뜻으로 이해되어야 할 것이다.

도 3은 도 2의 순서도에 있어서 합착 단계를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 합착하기 전에 상기 제1 기판(10)에 액적으로 액정을 적하한다. 본 발명의 다른 실시예에서는 상술한 바와 같이, 상기 제1 기판(10)이 아닌 상기 제2 기판(20)에 액정(30)이 적하될 수 있다. 상기 액정이 적하되는 기판은 액정(31)이 안정적으로 안착되도록 하부에 놓인 기판인 것이 바람직하다.

상기 제2 기판(20)의 외곽 영역에는 실링재(40)가 도포된다.

그 다음, 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)에 압력(P)을 가함에 따라 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20)이 합착된다. 이와 동시에 상기 압력(P)에 의해 액정(31)이 퍼져 상기 제1 기판(10)과 상기 제2 기판(20) 사이에 균일한 두께의 액정층(30)이 형성된다.

도 4는 본 발명에 따른 액정 적하기(100)를 이용하여 기판 상에 액정(31)을 적하하는 것을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 적하기(100)는 제1 기판(10)의 상부에 설치되어 있다. 상기 액정 적하기(100)는 액정(31)을 제공하는 연결관(120) 및 상기 연결관(120)에 연결되며 상기 액정(31)을 적하하는 잉크젯 헤드부(110)를 포함한다. 상기 잉크젯 헤드부(110)는 복수로 구비될 수 있으며, 복수로 구비될 경우 서로 이격되어 구비될 수 있다.

상기 잉크젯 헤드부(110)에는 액정 적하용 노즐(111)이 제공된다. 상기 노즐(111)의 말단에는 상기 액정(31)을 토출하는 토출구(113)가 형성되어 있다. 상기 액정(31)은 상기 연결관(120)으로 제공되어 상기 노즐(111)의 상기 토출구(113)를 통해 상기 제1 기판(10)에 제공된다. 상기 노즐(111)은 상기 제1 기판(10)에 대향하는 방향으로 형성되어 있으며, 상기 노즐(111)의 개폐에 따라 상기 제1 기판(10)에 도포되는 액정(31)의 공급량이 조절된다.

상기 액정(31)은 상기 잉크젯 헤드부(110)를 이동시키거나 상기 제1 기판(10)을 이동시키면서 상기 노즐(111)로부터 상기 제1 기판(10)에 적하될 수 있다. 또는 상기 액정(31)은 상기 잉크젯 헤드부(110)나 상기 제1 기판(10)은 동시에 이동되면서 상기 노즐(111)로부터 상기 제1 기판(10)에 적하될 수 있다.

상기 노즐(111)은 마모에 의한 스크래치가 적은 금속으로 형성된다. 상기 금속은 SUS(steel use stainless), 텅스텐 화합물, 또는 알루미늄일 수 있다. 상기 텅스텐 화합물은 텅스텐 카바이드일 수 있다.

상기 토출구(113)의 내경은 액정 적하량에 따라 다양한 구경을 가지도록 형성될 수 있으며, 100μm 내지 400μm 범위의 구경을 가질 수 있다. 상기 토출구(113)의 내경은 예를 들어, 150μm의 내경을 가지거나 300μm의 내경을 가질 수 있다.

도 5는 상기 노즐(111)을 표면 처리하는 방법을 도시한 순서도이며, 도 6은 상기 노즐(111)을 표면 처리하는 방법에 따른 상기 노즐(111)의 표면의 상태를 도시한 단면도이다. 도 6에서는 설명의 편의상 상기 노즐(111)의 일부만 나타내었다.

도 5와 도 6을 참조하여 상기 액정 적하기(100)의 노즐 표면 개질 방법을 설명하면 다음과 같다.

상기 노즐(111)을 개질하는 방법은 상기 노즐의 표면을 제1 개질하는 단계(S201), 상기 노즐의 표면을 제2 개질하는 단계(S202), 및 상기 제2 개질된 상기 노즐의 표면을 제3 개질하는 단계(S203)를 포함한다.

상기 제1 개질 단계(S201)는 상기 노즐(111)을 반응 챔버(미도시)에 로딩하고, 상기 노즐(111)의 표면에 O₂ 또는 O₃ 플라즈마 처리하여 상기 노즐 표면을 개질하는 것이다. 상기 플라즈마 처리는 상기 노즐의 표면이 -OH를 갖도록 하기 위해 수행된다. 상기 -OH기는 다른 관능기들에 비해 상대적으로 반응성이 높기 때문에 이후 고분자 물질과의 반응을 용이하게 한다. 이때, 상기 플라즈마 처리는 플라즈마 주입기를 이용하여 상기 플라즈마 주입기의 반응 챔버내 압력을 50∼100 mTorr으로 유지한 가운데 30초∼1분간 상기 O₂ 또는 O₃를 주입함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제1 개질 단계 이후, N1에 도시된 바와 같이, 상기 노즐 표면은 -OH를 갖는다.

상기 제2 개질 단계(S202)는 상기 제1 개질된 노즐 표면에 아미노프로필트리에톡시실란(aminopropyltriethoxysilane; APTES)를 처리하여 상기 노즐 표면을 개질하는 단계이다.

상기 제2 개질 단계(S202)는 상기 제1 개질된 노즐의 상기 -OH와 APTES의 (트리)에톡시실릴기를 반응시키는 단계이다. 상기 APTES는 액상으로 제공된다. 상기 APTES은 상온에서 상기 제1 개질된 노즐의 표면에 코팅되거나, 상기 제1 개질된 노즐의 표면에 적하될 수 있다. 또한, 상기 제1 개질된 노즐을 상기 APTES에 디핑하여 상기 노즐의 표면에 상기 APTES를 위치시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 APTES의 에톡시실릴기 부분이 상기 -OH기와 반응한다. 이에 따라, 상기 제2 개질 단계가 수행되면 N2와 같이 아미노프로필실릴기가 상기 노즐에 부착된다. 상기 제2 개질 단계는 상기 노즐의 표면에 아민기를 도입하기 위한 것으로, 상기 아민기는 이후 고분자 수지와 반응을 용이하게 한다.

상기 제3 개질 단계(S203)는 상기 제2 개질된 노즐 표면에 에폭시 수지를 반응시켜 상기 노즐 표면을 개질하는 것이다.

상기 제3 개질 단계(S203)는 상기 아민기에 소수성 고분자 수지를 반응시키는 단계이다. 상기 고분자 수지는 상기 아민기와 반응할 수 있도록 말단에 에폭시기가 결합된 에폭시 수지일 수 있다. 상기 에폭시 수지의 예로 에폭시 말단기를 갖는 실리콘 수지(epoxy terminated silicone)를 들 수 있다.

상기 실리콘 수지는 에폭시 말단기 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS)일 수 있다. 상기 PDMS는 적절한 크기를 갖는 것으로 선택될 수 있으며, 예를 들어, 500 내지 8000의 평균 분자량을 가질 수 있다.

상기 실리콘 수지는 또한 에폭시실란일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에폭시실란은 3-(2,3-에폭시프로폭시)프로필트리메톡시실란(3-(2,3-epoxyproxy)propyltrimethoxysilane), (3-글리시독시프로필)트리에톡시실란(3-glycydoxypropyl)triethoxysilane), 5,6-에폭시헥실트리에톡시실란(5,6-epoxyhexyltriethoxysilane), (3-글리시독시프로필)메틸디에톡시실란((3-glycydoxypropyl)methyldiethoxysilane), (3-글리시독시프로필)메틸디메톡시실란((3-glycydoxypropyl)methyldimethoxysilane), (3-글리시독시프로필)디메톡실에톡시실란((3-grycydoxypropyl)dimethoxylethoxysilane), 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane), 또는 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane)일 수 있다.

상기 고분자 수지는 액상으로 제공된다. 상기 고분자 수지는 상기 제2 개질된 노즐의 표면에 코팅되거나, 상기 제2 개질된 노즐의 표면에 적하될 수 있다. 또한, 상기 제2 개질된 노즐을 상기 고분자 수지에 디핑하여 상기 노즐의 표면에 상기 고분자 수지를 위치시킬 수 있다. 상기 고분자 수지가 제공된 상기 노즐은 상기 아민기와 상기 고분자 수지가 약 4시간 내지 약 7시간 동안 약 70℃ 내지 약 100℃ 온도에서 유지된다.

그 결과, 도 6의 N3와 같이 고분자 수지가 상기 아민기와 반응하여 상기 노즐 표면에 부착된다. 본 실시예에서는 상기 고분자 수지를 모노글리시딜에테르 말단기를 갖는 PDMS를 일 예로서 나타내었다.

상기 노즐 표면의 제3 개질(S203)을 통해 상기 노즐 표면에는 10nm의 에폭시 수지층이 형성된다.

상술한 제1 내지 제3 개질(S201, S202, S203)을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 적하기(100)의 노즐(111)이 준비된다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따라 개질된 상기 노즐(111)은 액정 적하기(100)에 장착된다. 상기 액정(31)은 별도로 준비되어 상기 액정 적하기(100)로 제공된다. 상기 노즐(111)이 향하는 방향에는 상기 액정(31)이 적하될 제1 기판(10)(또는 제2 기판(20)) 이 준비된다. 상기 제1 기판(10)에는 상기 액정 적하기(100)를 통해 상기 액정(31)이 토출된다. 상기 액정 적하기(100)를 이용하여 액정(31)을 적하할 때, 1회 액정 적하량은 적하하고자 하는 기판의 크기, 형성하고자 하는 두 기판 사이의 간격(즉, 셀갭), 액정이 적하되는 위치, 및 적하될 액정과 액정 사이의 거리 등에 따라 달라질 수 있다.

상기 제1 내지 제3 개질을 통해 개질된 본 발명의 실시예에 따른 액정 적하기의 노즐은 액정의 젖음성(wettability)이 매우 작다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따라 개질된 노즐을 장착한 액정 적하기는 기존의 액정 적하기에 비해 균일하면서도 정확한 토출량으로 액정을 적하할 수 있게 한다. 상기 액정을 적하 시, 상기 액정층을 원하는 두께로 정확하게 형성하기 위한 중요한 요인 중 하나는 액정의 적하량이다. 상기 액정층의 두께는 액정패널의 셀갭과 밀접한 관계를 가지기 때문에, 정확한 적하량은 액정패널의 불량을 방지하기 위한 매우 중요한 요소이다. 본 발명의 실시예에서는 액정의 뭉침 없이 정확한 양의 액정을 적하하는 액정 적하기를 제공하는 바, 액정의 거동에 대한 실험 결과는 다음과 같다.

도 7a 내지 도 7d는 SUS 재질의 노즐에 본 발명의 실시예에 따른 제1 개질 내지 제3 개질을 순차적으로 수행하고 상기 노즐의 표면에 액정을 적하하였을 때의 액정의 접촉각을 나타낸 것이다.

이하 설명에 있어서, 상기 액정의 계면과 상기 노즐의 표면이 이루는 각도를 접촉각이라고 한다.

도 7a는 미처리 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다. 상기 미처리 노즐의 표면은 아세톤으로 수회 세척되었다. 도 7b는 도 7a의 노즐의 표면에 산소/오존 플라즈마 처리한 후, 상기 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다. 도 7c는 도 7b의 노즐의 표면을 APTES에 디핑하여 상기 노즐 표면의 -OH와 APTES와 반응시킨 후, 상기 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다. 도 7d는 도 7c의 노즐의 표면을 에폭시 말단기 PDMS에 디핑하여 상기 에폭시 말단기의 PDMS와 반응시킨 후, 상기 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다.

상기 도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d에 있어서, 상기 액정과 상기 노즐 사이의 접촉각을 각각 θ1, θ2, θ3, 및 θ4이라고 하면 상기 θ1, θ2, θ3, 및 θ4는 각각 52.5°, 9°, 21.9°, 및 98.2°였다. 미처리 기판 노즐의 경우 52.5°의 접촉각을 나타내었으나, 본 발명의 실시예에 따라 3회에 걸쳐 상기 노즐 표면을 개질한 후에는 98.2°의 매우 큰 접촉각을 나타내었다.

상기 접촉각이 클수록 상기 노즐 표면에 대한 상기 액정의 젖음성이 작으며, 상기 노즐 표면으로부터 쉽게 떨어진다. 본 발명의 실시예에 따라 개질된 노즐 표면에 대한 액정의 젖음성이 작은 것을 알 수 있으며, 이에 따라 액정이 상기 개질된 노즐 표면에 뭉치는 현상이 현저히 저하된다.

도 8a 내지 도 8d는 텅스텐 카바이드 재질의 노즐에 본 발명의 실시예에 따른 제1 개질 내지 제3 개질을 순차적으로 수행하고 상기 노즐의 표면에 액정을 적하하였을 때의 액정의 접촉각을 나타낸 것이다.

도 8a는 미처리 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다. 상기 미처리 노즐의 표면은 아세톤으로 수회 세척되었다. 도 8b는 도 8a의 노즐의 표면에 산소/오존 플라즈마 처리한 후, 상기 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다. 도 8c는 도 8b의 노즐의 표면을 APTES에 디핑하여 APTES와 반응시킨 후, 상기 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다. 도 8d는 도 8c의 노즐의 표면을 에폭시 말단기를 갖는 PDMS에 디핑하여 상기 에폭시 말단기의 PDMS와 반응시킨 후, 상기 노즐의 표면에 액정을 적하한 사진이다.

상기 도 8a, 도 8b, 도 8c, 및 도 8d에 있어서, 상기 액정과 상기 노즐 사이의 접촉각을 각각 θ5, θ6, θ7, 및 θ8이라고 하면 상기 θ5, θ6, θ7, 및 θ8는 각각 57.2°, 10°, 22.6°, 및 100.7°였다. 미처리 기판 노즐의 경우 57.2°의 접촉각을 나타내었으나, 본 발명의 실시예에 따라 3회에 걸쳐 상기 노즐 표면을 개질한 후에는 100.7°의 매우 큰 접촉각을 나타내었다. 이를 통해, 본 발명의 실시예에 따라 개질된 노즐 표면이 SUS로 이루어진 것뿐만 아니라, 텅스텐 카바이드로 이루어진 것에 대해서도 액정의 젖음성이 작은 것을 알 수 있다. 이에 따라 액정이 상기 개질된 노즐 표면에 뭉치는 현상이 현저히 저하된다.

표 1은 본 발명의 실시예에 따라 개질된 노즐을 장착한 액정 적하기로 액정을 토출하였을 때의 토출 테스트 결과를 나타낸 것이다. 하기 토출 테스트는 노즐의 내경이 150μm 또는 300μm인 노즐을 이용하여 2.0mg의 액정을 토출시키도록 설정한 것으로서, 액정의 토출된 양의 평균 값 및 액정의 토출 여부를 나타낸 것이다. 하기 1차 내지 5차에 있어서, 각 회차당 토출이 100회씩 실시되었다. 각 노즐의 표면 개질을 제외한 모든 조건은 동일하게 유지하였다.

표 1에 있어서, 노즐 1는 노즐 표면을 테플론으로 코팅한 노즐이며, 노즐 2는 미처리된 노즐을 PDMS로 코팅한 노즐이며, 노즐 3은 본 발명에 따라 표면을 개질한 노즐이다.. 상기 토출 결과는 평균 적하량이 설정한 값인 2mg에 근접한 값인지, 토출이 지속적으로 이루어졌는지 등을 평가하여 합격과 불합격을 판단한 것이다.

노즐	내경	1차	2차	3차	4차	5차	결과
노즐 1	150μm	1.5mg	1.5mg	1.8mg	1.6mg	1.57mg	불합격
노즐 2	150μm	미토출	미토출	-	-	-	불합격
노즐 3	150μm	2.0mg	2.0mg	2.0mg	2.0mg	2.0mg	합격
노즐 3	300μm	2.02mg	2.01mg	2.01mg	1.99mg	2.007mg	합격

표 1을 참조하면, 테플론으로 코팅한 노즐을 이용하여 액정을 토출시킨 경우, 토출량을 2.0mg으로 설정하였음에도 토출량이 2.0mg에 이르지 못하였다. 또한 토출량이 회수에 따라 변하는 것이 관찰되었다. 이는 노즐의 표면에 액정 뭉침 현상이 발생함으로써 액정의 토출량에 영향을 준 것으로 판단된다. 결과적으로 노즐 1는 토출량이 정확하지 않을 뿐만 아니라 불균일한 토출량을 보이므로 불합격되었다.

미처리 표면을 PDMS로 코팅한 노즐을 이용하여 액정을 토출시킨 경우에는 토출 자체가 이루어지지 않았다. 이는 상기 노즐에 대한 액정의 젖음성이 크기 때문으로 판단된다. 결과적으로 노즐 2는 미토출로 불합격되었다.

본 발명의 실시예에 따른 방법으로 개질된 노즐을 이용하여 액정을 토출시킨 경우에는 노즐의 내경에 상관없이 평균 약 2.0mg의 토출량을 보였다. 또한 5차에 걸친 토출 테스트에서도 토출량의 차이가 거의 없었으므로 합격되었다.

표 2는 본 발명의 실시예에 따라 개질된 노즐의 표면 안정성 평가를 위해, 노즐 3에 해당하는 노즐을 장착한 액정 적하기로 표 1의 실험의 실시하고 그 후 일주일간 아세톤으로 세정한 후, 다시 3회차에 걸쳐 액정을 토출하였을 때의 토출 테스트 결과를 나타낸 것이다. 표 2에서도 각 회차당 토출을 100회씩 실시하였다.

노즐	내경	1차	2차	3차	결과
노즐 3	150μm	2.0mg	2.0mg	2.0mg	합격
노즐 3	300μm	2.008mg	2.007mg	2.007mg	합격

표 2를 참조하면, 일주일간 아세톤 세정 후 다시 3회차에 걸친 토출 테스트에서도 토출량의 변화 없이 설정된 2mg에 매우 가까운 평균 토출값을 보였다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 개질된 노즐은 높은 표면 안정성을 보인다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 액정의 뭉침 없이 정확한 양의 액정을 적하하는 액정 적하기를 제공한다. 이를 좀더 자세하게 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 액정 적하 방식으로 액정층을 형성하는 경우에는 노즐을 통해 액정을 적하한다. 상기 노즐로부터 사출되는 액정은 사출시 상기 액정의 표면장력에 의하여 액적의 뭉침 현상을 보인다. 특히 점성이 높은 액정의 경우 상기 노즐을 이루는 주물질인 금속에 대한 접착력이 크기 때문에 상기 노즐에 액정의 뭉침이 쉽게 일어난다. 이에 따라, 액정의 토출 후에도 상기 노즐의 토출구에 액정이 잔존하게 되며, 시간의 경과에 따라 상기 액정이 경화된다. 이와 같은 현상은 분사면 상에 원하지 않는 축적물을 형성시켜, 이후에 분사될 분사액이 완전한 액적의 형태를 가지지 못한 채 흘러내리게 만들며, 그 결과 정확한 양의 액적을 제공하지 못하게 된다. 상기 현상이 심할 경우에는 노즐이 막히는 결과가 초래되기도 한다. 상기 액정 적하기에서 이러한 액정 뭉침 불량은 매우 빈번하며, 액정 적하기로 인한 전체 불량의 약 54%에 해당한다.

상기 불량은 상기 액정의 사출 여부를 감지하는 감지 센서에 의해 상기 미사출이 감지됨으로써 액정 적하기가 정지하는 2차 불량을 일으킬 수 있다. 또한, 이러한 정지에 의한 손실뿐 아니라, 불량 발생시 노즐에 뭉친 액정을 제거하거나 문제 노즐을 교체하고 상기 액정 적하기 재가동 전 테스트 등에 시간이 소요된다. 또한 노즐의 세척 또는 교체시에는 상기 기판을 반응시키는 반응 챔버를 열어야 하기 때문에 환경적인 이물들이 유입할 수 있다. 이러한 이유로 액정 적하기의 불량은 제3, 제4의 불량 등을 야기한다.

본 발명의 실시예에 따르면 액정의 액정 적하기의 노즐에 대한 접착력을 줄이도록 상기 노즐을 표면처리함으로써 상기 액정의 뭉침 불량을 예방한다. 특히, 상기 노즐이 소수성을 갖도록 상기 노즐 표면을 개질함으로써 상기 액정이 상기 노즐의 표면에 뭍지 않도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 노즐은 화학 반응에 의해 상기 소수성 고분자 수지를 상기 노즐에 부착시키기 때문에 상기 고분자 수지막을 균일한 두께로 제어할 수 있다.

또한 상기 노즐 가장자리의 미세 부분까지 코팅이 가능하다. 기존에 노즐 코팅에 사용하던 불소 수지막(예를 들어 테플론)은 균일한 두께의 막 제조가 힘들고 노즐 가장자리의 미세 부분 처리가 용이하지 않았으나, 본 발명의 실시예에서는 이러한 문제점을 해결한 것이다. 또한, 상기 불소 수지막은 일부분이 떨어져 나와 상기 기판에 이물로 작용할 수 있었으나, 본 발명의 실시예에 따른 고분자 수지는 그러한 문제점이 거의 없다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 : 제1 기판 20 : 제2 기판
30 : 액정층 40 : 실링재
100 : 액정 적하기 111 : 노즐
113 : 토출구

Claims

액체 적하용 노즐을 갖는 액체 적하기의 노즐 표면 개질 방법에 있어서,
노즐의 표면에 O₂ 또는 O₃ 플라즈마 처리하여 상기 노즐 표면을 제1 개질하는 단계;
상기 제1 개질된 노즐 표면에 아미노프로필트리에톡시실란을 처리하여 상기 노즐 표면을 제2 개질하는 단계; 및
상기 제2 개질된 노즐 표면에 에폭시 수지를 반응시켜 상기 노즐 표면을 제3 개질하는 단계를 포함하는 노즐 표면 개질 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 개질된 노즐 표면은 10nm의 에폭시 수지층을 갖는 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 개질 단계는 상기 에폭시 수지를 상기 노즐 표면에 적하하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 개질 단계는 상기 노즐 표면을 상기 에폭시 수지에 디핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 에폭시 말단기 실리콘 수지(epoxy terminated silicone)인 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제5항에 있어서,
상기 실리콘수지는 에폭시 말단기 PDMS(polydimethylsiloxane)인 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제6항에 있어서,
상기 PDMS의 평균 분자량은 500 내지 8000인 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제5항에 있어서,
상기 실리콘 수지는 에폭시실란인 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제8항에 있어서,
상기 에폭시실란은 3-(2,3-에폭시프로폭시)프로필트리메톡시실란(3-(2,3-epoxyproxy)propyltrimethoxysilane), (3-글리시독시프로필)트리에톡시실란(3-glycydoxypropyl)triethoxysilane), 5,6-에폭시헥실트리에톡시실란(5,6-epoxyhexyltriethoxysilane), (3-글리시독시프로필)메틸디에톡시실란((3-glycydoxypropyl)methyldiethoxysilane), (3-글리시독시프로필)메틸디메톡시실란((3-glycydoxypropyl)methyldimethoxysilane), (3-글리시독시프로필)디메톡실에톡시실란((3-grycydoxypropyl)dimethoxylethoxysilane), 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane), 및 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제5항에 있어서,
상기 노즐은 SUS(steel use stainless), 텅스텐 화합물 또는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제10항에 있어서,
상기 노즐의 내경은 150μm 내지 300μm인 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
제10항에 있어서,
상기 액체는 액정 표시 장치에 사용되는 액정, 실링재 또는 배향막액인 것을 특징으로 하는 노즐 표면 개질 방법.
액체 적하용 노즐을 준비하는 단계;
상기 노즐을 제1항의 방법으로 표면 개질하는 단계;
상기 표면 개질된 노즐을 액체 적하기에 장착하는 단계;
액정을 준비하는 단계;
액정 표시 장치용 기판을 준비하는 단계; 및
상기 노즐을 통해 상기 액정을 상기 기판에 토출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정층 형성 방법.