KR20010001775A

KR20010001775A - 액정표시장치용 배향패턴 형성장치 및 이를 이용한 배향패턴 형성방법

Info

Publication number: KR20010001775A
Application number: KR1019990021203A
Authority: KR
Inventors: 이우식; 추대호; 전백균; 정성욱
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2001-01-05
Also published as: KR100615835B1

Abstract

본 발명은 액정표시장치용 배향패턴 형성장치 및 이를 이용한 배향패턴 형성방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 핫 플레이트, 레이저툴, 마스크 플레이트가 조합된 배향패턴 형성장치를 구비하고, 이 배향패턴 형성장치의 레이저툴을 이용하여, 기판상에 도포된 배향막 원료액을 광학적으로 패터닝시킨다. 물론, 이 경우, 배향막 원료액은 다른 기구물과의 직접적인 접촉 없이, 신속한 패터닝 과정을 수행받을 수 있다.

이러한 본 발명이 달성되는 경우, 생산라인에서는 배향막과 러빙피륙의 첩촉을 미리 차단시키고, 이를 통해, 불필요한 "이물의 생성", "정전기의 생성"을 미리 방지시킬 수 있음으로써, 이들을 제거하기 위한 별도의 추가공정을 생략시킬 수 있으며, 결국, 최종 완성되는 액정표시장치의 기능 및 제품 수율을 일정 수준 이상으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명이 달성되는 경우, 생산라인에서는 레이저빔의 투과도 조절을 통해, 각 배향패턴들의 프로파일을 균일하게 확보할 수 있음으로써, 배향패턴들과 접촉되는 액정들의 균일 배향을 유도할 수 있으며, 결국, 최종 완성되는 액정표시장치의 화상품질을 적정 수준 이상으로 확보할 수 있다.

Description

액정표시장치용 배향패턴 형성장치 및 이를 이용한 배향패턴 형성방법{Apparatus for forming an alignment pattern of a liquid crystal display device and method for forming the alignment pattern using the same}

본 발명은 액정표시장치용 배향패턴 형성장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 배향막의 배향패턴 형성방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉 방식으로 변경하고, 이를 통해, 배향막과 러빙피륙의 접촉을 미리 차단함으로써, "이물의 생성", "정전기의 생성", "배향패턴들의 프로파일 불량" 등을 미리 방지시킬 수 있도록 하는 배향막 배향장치에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 이와 같은 배향패턴 형성장치를 이용한 배향패턴 형성방법에 관한 것이다.

최근, 현대사회가 정보사회화 되어감에 따라 정보표시장치의 하나인 액정표시장치는 그 중요성이 점차 증가되는 추세에 있으며, 특히, 그것이 갖고 있는 소형화, 경량화, 저전력소비화 등의 장점 때문에, 액정표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체수단으로써 점차 그 사용 영역이 확대되는 추세에 있다.

통상, 이러한 액정표시장치는 두 장의 유리기판 사이에 액정분자들이 주입된 구조를 이루는데, 이 경우, 유기기판 사이에 주입된 액정분자들은 외부로부터 인가되는 전기적인 신호에 따라 특정 방향으로 배열되어 동적산란을 일으킴으로써, 장치의 광투과량이 적정량으로 조절되도록 하는 역할을 수행한다.

이때, 액정표시장치가 특정한 광학적 효과를 발휘하기 위해서는 액정분자들을 특정 방향으로 배향시킬 필요성이 요구되는데, 통상의 액정분자들은 국부적으로만 배향되기 때문에, 종래의 생산라인에서는 액정분자들을 특정 방향으로 배향시키기 위하여 액정분자들과 직접 접촉된 상태의 유기고분자막을 ITO 전극위에 인위적으로 형성시키고 있다. 이러한 유기고분자막을 통상, 배향막이라 일컫는다.

종래의 생산라인에서는 예컨대, 레이온, 나이론 등으로 이루어진 러빙피륙(Rubbing cloth)을 롤러에 감은 후, 이 롤러를 배향막에 접촉시켜, 배향막의 표면과 마찰시킴으로써, 해당 배향막이 "일정 수준 이상의 일축 배향성(Uni-directional alignment)" 및 "일정 범위의 선경사각(Pretilt angle)"을 갖는 일련의 배향패턴들을 형성받을 수 있도록 유도한다. 종래의 생산라인에서는 이러한 공정을 통상, "러빙공정(Rubbing process)"이라 일컫고 있다.

종래의 기술에 따른 배향막의 러빙공정은 예컨대, 미국특허공보 제 4634228 호 "러빙된 폴리이미드 배향막을 갖는 페로일렉트릭 액정 셀(Ferroelectric liquid crystal cell with rubbed polyimide alignment layer)", 미국특허공보 제 5400159 호 "러빙 전·후에 특정 표면에너지 차이를 갖는 배향막을 구비하는 액정 디바이스(Liquid crystal device having alignment film with particular surface energy difference before and after rubbing)", 미국특허공보 제 5710610 호 "러빙을 통해 박막트랜지스터에 적용되는 배향막에 멀티플 경사각을 생성하는 방법 및 장치 그리고 액정 디스플레이의 컬러필터 유리기판(Apparatus and method for creating multiple tilt angles by rubbing the alignment layer applied to thin film transistors and color filter glass plate of a liquid crystal display)", 미국특허공보 제 5744203 호 "액정용 배향막(Alignment layer for liquid crystal)" 등에 좀더 상세하게 제시되어 있다.

종래의 생산라인에서는 예컨대, "폴리아믹산", "가용성 폴리이미드" 등으로 이루어진 배향막 원료액을 기판상에 도포한 후, 이 배향막 원료액으로 예컨대, 60℃~80℃ 정도의 사전경화(Pre-curing) 공정과, 예컨대, 180℃~200℃ 정도의 메인경화(Main-curing) 공정을 진행시킴으로써, 상술한 폴리아믹산, 가용성 폴리이미드를 폴리이미드화하고, 폴리이미드화된 배향막으로 상술한 러빙공정을 진행시킴으로써, 최종 완성되는 배향막이 일련의 배향패턴들을 형성받을 수 있도록 한다.

이후, 생산라인에서는 세정액을 이용한 별도의 세정공정을 통해 배향막의 표면을 깨끗하게 세정함으로써, 최종 완성되는 배향막이 일정 기준 이상의 청정도를 유지할 수 있도록 한다.

그러나, 이러한 종래의 배향패턴 형성방법에는 몇 가지 중대한 문제점이 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 생산라인에서는 최종 완성되는 배향막이 일련의 배향패턴들을 형성받을 수 있도록 폴리이미드화된 배향막으로 러빙공정을 진행시키게 되는데, 이 경우, 해당 배향막은 어쩔 수 없이 롤러의 러빙피륙과 직접적으로 접촉되는 구조를 이루게 된다.

이와 같이, 롤러의 러빙피륙과 해당 배향막이 직접적으로 접촉된 상태에서 종래의 러빙공정이 진행되는 경우, 최종 완성되는 배향패턴들의 표면에는 파티클, 피륙잔해물 등의 다양한 이물들이 잔존하게 되며, 이러한 이물들은 출하되는 액정표시장치에 지속적으로 상존함으로써, 액정표시장치의 기능에 막대한 악영향을 미치게 된다.

이러한 이물들을 제거하기 위해서는 상술한 바와 같이, 러빙공정의 마지막 스텝에서 별도의 세정공정을 진행하여야 하기 때문에, 생산라인에서는 전체적인 공정이 복잡해지고, 공정효율이 저하되는 문제점을 감수하여야만 한다.

한편, 상술한 바와 같이, 러빙공정이 진행되는 경우, 러빙피륙을 장착한 롤러는 배향막의 표면과 광범위한 마찰을 일으키게 되는데, 이 경우, 배향막의 표면에는 강한 정전기가 발생하게 되며, 이러한 정전기는 최종 완성되는 액정표시장치에 잔류하여, 기판상에 형성된 박막트랜지스터들을 파손시킴으로써, 결국, 액정표시장치의 기능이 현저히 저하되고, 제품의 수율이 현저히 저하되는 문제점을 유발하게 된다.

더욱이, 종래의 러빙공정은 근본적으로, 러빙피륙과 배향막이 직접적으로 접촉되는 "기계적인 방식"이기 때문에, 생산라인에서는 어쩔 수 없이, 최종 완성되는 배향패턴들의 형상이 정교하게 제어될 수 없는 문제점을 감수하여야만 한다.

만약, 해당 배향패턴들의 형상이 정교하게 제어되지 못하여, 각 배향패턴들이 "불균일한 프로파일"을 이루거나, "일부가 파손된 프로파일"을 이루는 경우, 이와 접촉되는 액정들은 원활한 배향을 이루지 못하게 되며, 결국, 최종 완성되는 액정표시장치는 우수한 성능의 화상품질을 유지하지 못하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 배향패턴 형성방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉방식으로 변경하고, 이를 통해, 배향막과 러빙피륙의 접촉을 미리 차단함으로써, 배향패턴들의 표면에 상존하는 이물의 생성을 미리 방지하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 배향막과 러빙피륙의 접촉을 차단함으로써, 배향막의 표면에 정전기가 발생되지 않도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배향패턴들의 표면에 잔류하던 "이물", "정전기" 등의 생성을 미리 차단함으로써, 최종 완성되는 액정표시장치의 기능 및 제품 수율을 일정 수준 이상으로 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배향패턴들의 표면에 잔류하던 "이물"의 생성을 미리 차단하고, 이를 통해, 별도의 세정공정 진행을 생략시킴으로써, 전체적인 배향막 배향공정을 대폭 단순화시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광학적 방식을 이용하여, 배향막의 배향패턴들을 형성시키고, 이를 통해, 각 배향패턴들의 프로파일을 균일하게 확보함으로써, 이와 접촉되는 액정들이 균일한 배향성을 유지할 수 있도록 하고, 결국, 최종 완성되는 액정표시장치가 우수한 성능의 화상품질을 나타낼 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배향패턴 형성방법을 순차적으로 도시한 순서도.

도 2는 본 발명을 구현하기 위한 배향막 원료액 도포공정을 도시한 예시도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배향패턴 형성장치를 도시한 예시도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의해 구현된 배향막의 형상을 도시한 예시도.

도 5는 도 3의 A 부분을 확대하여 도시한 예시도.

도 6은 도 5의 측단면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배향패턴 형성장치를 도시한 예시도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의해 구현된 배향막의 형상을 도시한 예시도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 배향막의 배향패턴 형성방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉방식으로 변경한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 핫 플레이트, 레이저툴, 마스크 플레이트가 조합된 배향패턴 형성장치를 구비하고, 이 배향패턴 형성장치의 레이저툴을 이용하여, 기판상에 도포된 배향막 원료액을 광학적으로 배향시킨다. 물론, 이 경우, 배향막 원료액은 다른 기구물과의 직접적인 접촉 없이, 신속한 배향과정을 수행받을 수 있다.

이때, 핫 플레이트는 배향막 원료액이 도포된 기판으로 일정 온도 예컨대, 60℃~150℃ 온도 범위의 열을 선택적으로 가함으로써, 배향막 원료액의 신속한 폴리이미드화를 촉진하고, 결국, 이 배향막 원료액이 최종의 완성된 구조를 갖는 배향막으로 제조 완료되도록 한다.

여기서, 레이저툴은 상술한 핫 플레이트에 의한 배향막 원료액의 경화가 진행될 때, 이와 동시에, 상술한 배향막 원료액으로 예컨대, 535nm 이하의 파장을 갖는 레이저빔을 조사함으로써, 최종 완성되는 배향막에 일정 깊이의 그루브(Groove)들에 의해 분리되는 다수개의 배향패턴들을 형성시킨다.

이때, 마스크 플레이트는 레이저툴과 기판 사이에 개재되어, 레이저툴로부터 조사되는 레이저빔을 선택적으로 투과시킴으로써, 그루브 경사면의 깊이 및 폭을 조절한다. 이 경우, 마스크 플레이트는 경사면의 횡폭 및 깊이의 비가 예컨대, 1:4~1:20이 되도록 레이저빔을 선택적으로 투광시켜, 경사면의 횡폭을 예컨대, 수nm~수백nm 정도로 유지시키고, 경사면의 평균깊이를 수십nm~수천nm 정도로 유지시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향패턴 형성장치 및 이를 이용한 배향패턴 형성방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 생산라인에서는 기판상에 배향막 원료액을 도포하는 공정을 진행한다(단계 S1).

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 배향막 도포장치(10)의 디스펜서(16)에 의하여 공급된 배향막 원료액, 예컨대, 폴리이믹산 용액은 고무 재질의 닥터 롤(15)과 세라믹 재질의 애니록스 롤(14) 사이에 고인 다음, 닥터 롤(15)과 애니록스 롤(14)의 회전에 의하여 아래로 흘러내린 후, 판동 롤(13)의 외주면에 감겨진 인쇄제판(18)에 피착된다.

이 경우, 판동 롤(13)이 회전하기 시작하면, 이와 동시에 모터(도시않됨)에 전원이 인가되면서 피니언 기어(12)가 회전하게 되며, 이러한 피니언 기어(12)의 회전에 따라서, 모터의 동력은 랙 기어(11)로 전달되고, 이와 같이 전달된 동력에 의해 기판(1)을 탑재한 테이블(17)은 일정속도로 전진하게 된다. 이 경우, 판동 롤(13)의 회전속도와 테이블(17)의 전진속도는 서로 동일하게 설정된다.

이때, 배향막 원료액을 모두 피착받은 인쇄제판(18)은 판동 롤(13)의 회전에 의해 회전하여 자신의 저부로 전진하는 기판(1)과 접촉되고, 결국, 기판(1)의 표면에 얇은 두께의 배향막 원료액을 전사시킨다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 생산라인의 일정 영역에는 기판(1)상에 도포된 배향막 원료액(2)을 경화시키고, 이 배향막 원료액(2)상에 다수개의 배향패턴들을 형성시키는 배향패턴 형성장치(100)가 배치된다.

도면에 도시된 바와 같이, 이 배향패턴 형성장치(100)는 서로 대향하여 배치된 핫 플레이트(200) 및 레이저툴(20)과, 이 핫 플레이트(200) 및 레이저툴(20) 사이에 개재된 마스크 플레이트(30)의 조합으로 이루어진다.

이때, 핫 플레이트(200)는 외부의 전원(도시안됨)과 연결되어, 전기적인 에너지를 공급받은 후, 배향막 원료액(2)이 도포된 기판(1)으로 일정 온도 예컨대, 60℃~150℃ 온도 범위의 열을 가함으로써, 배향막 원료액(2)의 신속한 폴리이미드화를 촉진하고, 결국, 이 배향막 원료액(2)이 최종의 완성된 구조를 갖는 배향막으로 제조 완료되도록 하는 역할을 수행한다.

또한, 레이저툴(20)은 상술한 핫 플레이트(200)에 의한 배향막 원료액(2)의 경화가 진행될 때, 이와 유사한 시점에서, 상술한 배향막 원료액(2)으로 예컨대, 535nm 이하의 파장을 갖는 레이저빔을 조사함으로써, 최종 완성되는 배향막에 다수개의 배향패턴들이 형성될 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 이러한 본 발명의 레이저툴(20)로는 예컨대, Nd:YAG 레이저, Ar 레이저, Kr 레이저 등이 생산라인의 상황에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

이때, 마스크 플레이트(30)는 레이저툴(20)과 기판(1) 사이에 개재되어, 레이저툴(20)로부터 조사되는 레이저빔을 선택적으로 투과시킴으로써, 배향패턴들을 분리하는 각 그루브들의 깊이 및 폭이 일정 비율로 조절될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

이하, 상술한 구성요소를 갖는 본 발명의 배향패턴 형성장치(100)를 이용한 배향막 원료액의 배향패턴 형성과정을 상세히 설명한다.

먼저, 상술한 배향막 원료액의 도포과정(단계 S1)이 모두 종료되면, 생산라인에서는 이 배향막 원료액을 가열하여 1차 경화하는 과정을 진행한다(단계 S2).

이 경우, 생산라인에서는 도면에 도시된 바와 같이, 배향막 원료액(2)이 도포된 기판(1)을 핫 플레이트(200)에 로딩시킨 후, 핫 플레이트(200)로 일정 크기의 전기적인 에너지를 가함으로써, 핫 플레이트(200)가 예컨대, 60℃~80℃ 정도의 온도로 배향막 원료액(2)을 가열시킬 수 있도록 한다. 이 경우, 기판(1)상에 도포된 배향막 원료액(2)은 핫 플레이트(200)로부터 전달되는 열에 의해 1차 경화됨으로써, 최종 완성되는 배향막의 기본 프로파일을 형성한다.

이러한 배향막 원료액의 1차 경화과정이 어느 정도 진행된 후에, 생산라인에서는 이 배향막 원료액(2)을 좀더 높은 온도로 가열하여 2차 경화하는 과정을 진행한다(단계 S3).

이 경우, 생산라인에서는 상술한 핫 플레이트(200)로 좀더 강한 전기적인 에너지를 가함으로써, 핫 플레이트(200)가 예컨대, 100℃~150℃ 정도의 온도로 배향막 원료액(2)을 가열시킬 수 있도록 한다. 이 경우, 상술한 과정을 통해 1차 경화가 완료된 상태의 배향막 원료액(2)은 핫 플레이트(200)로부터 전달되는 추가 열에 의해 2차 경화됨으로써, 급격한 폴리이미드화 반응을 일으키게 되며, 결국, 최종 구조의 배향막으로 경화 완료된다.

이러한 2차 경화과정이 진행될 때, 생산라인에서는 핫 플레이트(200)의 가열온도가 150℃를 넘지 않도록 주의를 기울인다. 이는 만약, 핫 플레이트(200)의 가열온도가 150℃를 넘는 경우, 그 열에 의해 배향막 원료액(2)이 불필요한 화학적인 전이를 일으킴으로써, 결국, 배향막 원료액(2)이 광학적으로 무반응 상태에 도달하는 문제점이 초래될 수 있기 때문이다.

본 발명의 경우, 종래와 달리, 후술하는 광학적인 방법, 예컨대, 레이저빔의 조사를 이용하여, 배향막 원료액(2)에 배향패턴들을 형성시켜야 하기 때문에, 배향막 원료액(2)의 광학적인 반응은 본 발명을 달성하는데 있어, 매우 중요한 요소이며, 만약, 배향막 원료액(2)이 광학적으로 무반응 상태에 도달하는 경우, 본 발명 자체가 성립되지 못하는 문제점이 야기될 수 있다. 이를 미리 방지하기 위하여, 본 발명에서는 2차 경화과정의 온도를 반드시 150℃ 이하로 유지시킨다.

이러한 본 발명의 2차 경화과정이 모두 완료되면, 배향막 원료액(2)은 예컨대, 75%~85% 정도의 폴리이미드화율을 나타내게 된다.

계속해서, 생산라인에서는 상술한 레이터툴(20)의 가동을 통해 배향막 원료액(2)으로 일정 파장의 레이저빔을 스캔함으로써, 배향막 원료액(2)의 표면에 다수개의 배향패턴들을 형성시키는 과정을 진행시킨다(단계 S4). 이와 같은, 레이저빔의 스캔과정이 진행될 때, 상술한 배향막 원료액(2)의 2차 경화과정은 별도의 중간단계 없이, 지속적인 진행상태를 유지한다.

이때, 도면에 도시된 바와 같이, 마스크 플레이트(30)에는 레이저툴(20)로부터 조사되는 레이저빔을 투광시키는 투광필터들(32)과, 이 레이저빔을 차광시키는 차광필터들(31)이 예컨대, 띠형상을 이루며 배치된다. 이 경우, 각 투광필터들(32)과 차광필터들(31)은 연속적으로 교번되는 구조를 이루는데, 이때, 각 단위 차광필터들(31)은 각 단위 투광필터들(32) 보다 더 큰 횡폭을 이룬다.

이러한 구조의 마스크 플레이트(30)가 레이저툴(20) 및 기판(1) 사이에 개재된 상태에서, 레이저툴(20)로부터 레이저빔이 조사되는 경우, 마스크 플레이트(30)의 투광필터들(32)을 통과한 레이저빔은 기판(1)에 도포된 배향막 원료액(2)에 다다른 후, 해당 배향막 원료액(2)을 신속하게 용융시킴으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 배향막 원료액(2)의 표면에 배향패턴들(2a)을 분리하는 다수개의 그루브들(2b)을 형성시킨다.

이러한 레이저빔 스캔공정은 상술한 배향막 원료액의 2차 경화과정(단계 S3)과 유사한 시점에서 진행된다.

일례로, 생산라인에서는 배향막 원료액(2)의 2차 경화과정이 시작된 후, 약 3분 정도의 시간이 경과한 시점에서, 배향막 원료액(2)으로 레이저빔을 스캔하여, 배향막 원료액(2)의 표면에 다수개의 그루브들(2b)을 형성시킨다. 물론, 배향막 원료액(2)의 2차 경화과정이 시작됨과 동시에 배향막 원료액(2)으로 레이저빔을 스캔하여, 배향막 원료액의 표면에 다수개의 그루브들(2b)을 형성시켜도 본 발명을 달성하는데에는 아무런 지장이 없다. 이와 같은, 레이저빔의 스캔시점은 생산라인의 상황에 따라 탄력적으로 선택될 수 있다.

이때, 생산라인에서는 상술한 그루브들(2b)의 폭 W 및 깊이 D가 예컨대, 1:4~1:20의 비를 이룰 수 있도록 레이저빔의 투광환경을 알맞게 조절한다.

이와 같이, 생산라인에서, 그루브들(2b)의 폭 W 및 깊이 D의 비율을 조절하는 이유는 이 그루브들(2b)의 폭 W 및 깊이 D가 상술한 1:4~1:20의 비율을 이루는 경우, 차기에 주입되는 액정, 예컨대, 온도전이형 액정은 매우 우수한 일축 배향성을 유지할 수 있기 때문이다.

또한, 생산라인에서는 그루브들(2b)의 폭 W가 예컨대, 수nm~수백nm의 범위를 유지할 수 있도록 하고, 그루브들(2b)의 깊이 D가 예컨대, 수십nm~수천nm의 범위를 유지할 수 있도록 레이저빔 투광환경을 조절한다.

이와 같이, 생산라인에서, 그루브들(2b)의 폭 W 및 깊이 D의 범위를 조절하는 이유는 이 그루브들(2b)의 폭 W 및 깊이 D가 상술한 범위를 유지하는 경우, 차기에 주입되는 액정은 좀더 안정적인 배향상태를 유지할 수 있기 때문이다.

이때, 생산라인에서는 최종 완성되는 그루브들(2b)의 폭 W 및 깊이 D가 1:4~1:20의 비율을 유지할 수 있도록 함과 아울러, 그 범위를 각각 수nm~수백nm, 수십nm~수천nm로 유지할 수 있도록 유도하기 위하여, 그루브들(2b)의 폭 W를 조절할 수 있는 펙터, 예를 들어, 투광필터들(32)의 폭을 조절함과 아울러, 이와 연계시켜, 그루브들(2b)의 깊이 D를 조절할 수 있는 펙터, 예를 들어, 레이저툴(20)의 "레이저빔 강도"를 조절한다.

일례로, 생산라인에서는 각 그루브들(2b)이 100nm의 폭 W를 갖도록 투광필터들(32)의 폭을 예컨대, 100nm로 유지시키고, 또한, 각 그루브들(2b)이 1500nm의 깊이 D를 갖도록 레이저툴(20)의 "레이저빔 강도"를 예컨대, 150와트로 유지시킨다.

이 경우, 레이저빔 조사과정에 의해 형성되는 각 그루브들(2b)은 100nm의 폭과, 1500nm의 깊이를 유지할 수 있음으로써, 상술한 "1:4~1:20"의 비율과, "수nm~수백nm, 수십nm~수천nm"의 범위를 만족할 수 있다.

이때, 생산라인에서는 배향막 원료액(2)의 내부에 배향막 원료액(2)의 용융을 촉진시키기 위한 감광성 물질을 더 혼합시킨다. 이 경우, 배향막 원료액(2)의 용융온도는 감광성 물질이 혼합되지 않았을 때 보다 대폭 낮아지게 되어, 생산라인에서는 좀더 "약한 강도의 레이저빔"을 이용하면서도, 동일 깊이의 그루브들(2b)을 형성시킬 수 있다.

상술한 예에서, 생산라인에서는 레이저툴(20)의 "레이저빔 강도"를 150와트로 유지시켜, 1500nm의 깊이를 갖는 그루브들(2b)을 형성시켰지만, 배향막 원료액(2)에 상술한 감광성 물질을 더 혼합시키는 경우, 생산라인에서는 레이저툴(20)의 "레이저빔 강도"를 100와트로 유지시키고도, 1500nm의 깊이를 갖는 그루브들(2b)을 형성시킬 수 있다. 이 경우, 생산라인에서는 전체적인 제품원가가 대폭 낮아지는 추가의 효과를 획득할 수 있다.

요컨대, 본 발명에서는 배향막 원료액(2)의 2차 경화과정이 진행될 때, 이와 유사한 시점에서 상술한 레이저빔을 스캔시키고, 이를 통해, 경화가 어느 정도 진행된 배향막 원료액(2)의 표면에 일정 깊이의 그루브들(2b)을 형성시킴으로써, 차기의 액정 주입공정에 의해 주입되는 액정이 일정 수준 이상의 일축 배향성을 유지할 수 있도록 하는 기반을 마련한다.

한편, 생산라인에서는 배향패턴들(2a)에 이르는 레이저빔의 강도를 분산시킴으로써, 배향패턴들(2a)의 용융정도를 위치별로 차별화하고, 이를 통해, 각 배향패턴들(2a)이 도면에 도시된 바와 같은 돌기형상을 이룰 수 있도록 한다. 이와 같이, 본 발명에서, 각 배향패턴들(2a)을 돌기형상으로 형성하는 이유는, 각 배향패턴들(2a)이 레이저빔의 강도 분산에 의하여, 돌기형상을 이루는 경우, 각 돌기들은 일정 크기의 경사각도를 유지하게 되고, 결국, 이 돌기들의 경사각도에 의해 차기에 주입되는 액정은 안정적인 선경사각을 확보할 수 있기 때문이다.

이를 위하여, 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 배향패턴들(2a)에 대응되는 차광필터들(31)에 다수개의 투광량 조절셀들(33)을 일정 피치 P1으로 연속 배치한다.

이때, 각 투광량 조절셀들(33)은 단계적으로 서로 다른 농도를 갖는 염료에 의해 코팅되는 구조를 이루게 되며, 이러한 염료의 농도차이에 의하여, 각 투광량 조절셀들(33)은 자신의 엣지면에서 다른 엣지면으로 진행할수록 단계적으로 높은 차광성을 보유하게 된다.

일례로, 각 투광량 조절셀들(33)은 도면에 도시된 바와 같이, 영역 33a로부터 영역 33d에 이르는 구역이 서로 다른 농도를 갖는 염료에 의해 코팅되어, 단계적으로 높은 차광성을 보유하게 된다.

이 경우, 투광량 조절셀(33)의 영역 33a는 염료가 코팅되어 있지 않은 구조를 이루고 있기 때문에, 레이저툴(20)로부터 입사되는 레이저빔을 전량 배향막 원료액(2)으로 투과시킬 수 있으며, 영역 33b는 염료가 여리게 코팅되어 있는 구조를 이루고 있기 때문에, 레이저툴(20)로부터 입사되는 레이저빔을 예컨대, 30% 정도 차광시켜 배향막 원료액(2)으로 투과시킬 수 있고, 영역 33c는 염료가 좀더 진하게 코팅되어 있는 구조를 이루고 있기 때문에, 레이저툴(20)로부터 입사되는 레이저빔을 예컨대, 70%정도 차광시켜 배향막 원료액(2)으로 투과시킬 수 있으며, 영역 33d는 염료가 진한 블랙으로 코팅되어 있는 구조를 이루고 있기 때문에, 레이저툴(20)로부터 입사되는 레이저빔을 전량 차광시킬 수 있다.

이와 같이, 각 투광량 조절셀들(33)이 자신의 엣지면에서 다른 엣지면으로 갈수록 단계적으로 높은 차광성을 보유한 상태에서, 레이저툴(20)이 레이저빔을 출력하는 경우, 레이저툴(20)로부터 출력되는 레이저빔은 각 투광량 조절셀들(33)의 작용에 의해 차광필터(31)를 선택적으로 투과하게 됨으로써, 자신의 용융강도를 배향막 원료액의 위치별로 분산받게 되며, 이에 따라, 배향패턴들(2a)은 각 위치별로 서로 다른 용융정도를 나타내게 되고, 결국, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 배향패턴들(2a)은 일정 피치 P2의 돌기형상을 이루게 된다. 물론, 각 배향패턴들(2a)은 각 투광량 조절셀들(33)을 기준으로 형성되기 때문에, 각 배향패턴들(2a)의 피치 P2는 상술한 투광량 조절셀들(33)의 피치 P1과 동일한 간격을 유지하게 된다.

이때, 생산라인에서는 각 배향패턴들(2a)이 후술하는 〈수학식 1〉의 관계를 유지할 수 있도록 레이저빔의 투광환경을 알맞게 조절한다.

P2 〉= D

(여기서, P2 는 각 배향패턴들의 피치, D는 각 그루브들의 깊이)

이와 같이, 생산라인에서, 각 배향패턴들(2a)이 상술한 〈수학식 1〉의 관계를 유지할 수 있도록 레이저빔의 투광환경을 조절하는 이유는 각 배향패턴들(2a)이 상술한 〈수학식 1〉의 관계를 이루는 경우, 차기에 주입되는 액정(300)은 자신의 선경사각 theta 값을 좀더 안정적인 값, 예컨대, 1°~10°범위로 유지할 수 있기 때문이다.

이와 같이, 각 배향패턴들(2a)이 상술한 〈수학식 1〉의 관계를 유지할 수 있도록 하기 위하여, 생산라인에서는 각 배향패턴들(2a)의 피치 P2를 조절할 수 있는 펙터, 예를 들어, 각 투광량 조절셀들(33)의 "단위피치 당 레이저빔 투과에너지"를 조절한다. 이 투광량 조절셀들(33)의 "단위피치 당 레이저빔 투과에너지"는 통상, 후술하는 〈수학식 2〉의 값으로 표현된다.

(여기서,는 레이저빔의 최대 투과에너지 및 최소 투과에너지의 차, P1은 각 투광량 조절셀들의 피치)

이때, 생산라인에서는 "각 배향패턴들(2a)은 각 투광량 조절셀들(33)을 기준으로 형성되기 때문에, 각 배향패턴들(2a)의 피치 P2는 투광량 조절셀들의 피치 P1과 동일한 간격을 유지한다"는 사실을 응용하여, P2와 동일한 값, 즉, P1의 값을 D의 값보다 크게 조절한다. 이 경우, 최종 형성되는 각 배향패턴들은 상술한 〈수학식 1〉의 관계, 즉, "P2 〉= D "를 유지할 수 있다.

여기서,의 값은 사용되는 레이저툴의 종류에 따라서, 다양하게 선택될 수 있다.

만약, 상술한 과정을 통해, 그루브들(2b)의 깊이 D의 값이 1500nm로 선택된 경우, 생산라인에서는 투광량 조절셀들(33)의 "단위피치 당 투과에너지"를 ""로 조절하게 되며, 이 경우, 돌기형상의 배향패턴들(2a)은 〈수학식 1〉의 관계를 만족시킬 수 있게 되고, 결국, 차기에 주입되는 액정(300)의 선경사각 theta 는 최적의 값으로 안정화될 수 있게 된다.

이러한 본 발명이 달성되는 경우, 생산라인에서는 배향막의 배향패턴 형성방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉방식, 예컨대, 레이저빔 조사방식으로 변경하여, 배향막과 러빙피륙의 접촉을 미리 차단시킬 수 있음으로써, "이물의 생성", "정전기의 생성" 등을 미리 방지시킬 수 있으며, 결국, 최종 완성되는 액정표시장치의 기능 및 제품 수율을 일정 수준 이상으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본발명이 달성되는 경우, 생산라인에서는 단지, 레이저빔의 투과도 조절을 통해, 각 배향패턴들(2a)의 균일한 프로파일을 손쉽게 확보할 수 있음으로써, 배향패턴들(2a)과 접촉되는 액정들(300)의 균일한 배향을 용이하게 유도할 수 있으며, 결국, 최종 완성되는 액정표시장치의 화상품질을 적정 수준 이상으로 확보할 수 있다.

더욱이, 본 발명이 달성되는 경우, 생산라인에서는 배향막의 배향패턴(2a) 형성방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉방식으로 변경할 수 있기 때문에, 배향패턴들의 표면에 잔류하던 "이물"을 제거하기 위한 별도의 세정공정을 진행시킬 필요성을 배제시킬 수 있으며, 결국, 전체적인 배향막 배향공정을 대폭 단순화시킬 수 있다.

한편, 본 발명에서는 다른 실시예로써, 마스크 플레이트(40)를 도 7에 도시된 바와 같은 구조로 형성시킬 수도 있다. 이 경우, 차광필터들(41)은 상술한 투광량 조절셀들(33)을 구비하지 않은 상태에서, 전면이 진한 염료에 의해 코팅된 구조를 이루게 된다. 물론, 투광필터들(42)은 상술한 실시예와 동일한 구조를 이룬다.

이러한 구조의 마스크 플레이트(40)가 레이저툴(20) 및 기판(1) 사이에 개재된 상태에서, 레이저툴(20)로부터 레이저빔이 조사되는 경우, 마스크 플레이트(40)의 투광필터들(42)을 통과한 레이저빔은 기판(1)에 도포된 배향막 원료액(2)에 다다른 후, 해당 배향막 원료액(2)을 신속하게 용융시킴으로써, 도 8에 도시된 바와 같이, 배향막 원료액(2)의 표면에 배향패턴들(2a)을 분리하는 다수개의 그루브들(2b)을 형성시킨다.

이때, 상술한 바와 같이, 차광필터들(41)은 상술한 투광량 조절셀들(33)을 구비하고 있지 않은 상태에서, 전면이 진한 염료에 의해 코팅된 구조를 이루고 있기 때문에, 차광필터들(41)은 상술한 실시예와 달리, 레이저툴(20)로부터 입사되는 레이저빔을 100% 차광시키게 된다.

이러한 상태에서, 레이저툴(20)이 레이저빔을 출력하는 경우, 레이저툴(20)로부터 배향막 원료액(2)쪽으로 출력되는 레이저빔은 차광필터들(41)의 작용에 의해 100% 차광됨으로써, 배향막 원료액(2)에 다다르지 못하게 되며, 결국, 도면에 도시된 바와 같이, 최종 완성되는 각 배향패턴들(2a)은 상술한 실시예와 달리, 돌기형상을 이루지 않게 된다.

요컨대, 본 발명의 다른 실시예에서는 경화가 어느 정도 진행된 배향막 원료액(2)의 표면에 일정 깊이의 그루브들(2a)을 형성시킴으로써, 액정의 일축 배향성을 확보하기는 하지만, 각 배향패턴들(2b)에는 별도의 돌기형상을 부여하지 않음으로써, 액정(300)의 선경사각은 확보하지 않는다.

이러한 본 발명의 다른 실시예는 액정(300)의 선경사각 보다는 액정(300)의 일축 배향성이 중요시되는 모드의 액정표시장치, 예컨대, IPS 모드의 액정표시장치에서, 좀더 탁월한 효과를 나타낸다.

물론, 이러한 본 발명의 다른 실시예에서도, 그루브들(2a)의 폭 W 및 깊이 D가 예컨대, 1:4~1:20의 비를 이룰 수 있도록 레이저빔의 투광환경을 알맞게 조절한다. 또한, 그루브들의 폭 W 및 깊이 D가 각각, 수nm~수백nm, 수십nm~수천nm의 범위를 유지할 수 있도록 레이저빔의 투광환경을 조절한다. 이 경우, 차기에 주입되는 액정(300)은 매우 안정적인 일축 배향성을 유지할 수 있다.

또한, 이러한 본 발명의 다른 실시예에서도, 상술한 실시예와 마찬가지로, 배향막 원료액(2)의 내부에 배향막 원료액(2)의 용융을 촉진시키기 위한 감광성 물질을 더 혼합시킨다. 이 경우, 배향막 원료액의 용융온도는 대폭 낮아지게 되어, 생산라인에서는 좀더 "약한 강도의 레이저빔"을 이용해서, 동일한 깊이의 그루브들(2b)을 형성시킬 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에서는 배향막의 배향방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉 방식으로 변경하고, 이를 통해, 배향막과 러빙피륙 사이의 접촉을 미리 차단함으로써, "이물의 생성", "정전기의 생성", "배향패턴들의 프로파일 불량" 등을 미리 방지시킬 수 있다.

이러한 본 발명은 생산라인에서 제조되는 다양한 품종의 액정표시장치에서 전반적으로 유용한 효과를 나타낸다.

그리고, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향패턴 형성장치 및 이를 이용한 배향패턴 형성방법에서는 핫 플레이트, 레이저툴, 마스크 플레이트가 조합된 장치를 구비하고, 이 장치의 레이저툴을 이용하여, 기판상에 도포된 배향막 원료액을 광학적으로 배향시킨다. 물론, 이 경우, 배향막 원료액은 다른 기구물과의 직접적인 접촉 없이, 신속한 배향과정을 수행받을 수 있다.

Claims

배향막 원료액이 형성된 기판을 탑재한 상태로 상기 배향막 원료액을 경화(Curing)하는 핫 플레이트(Hot plate)와;

상기 핫 플레이트의 상부에 배치되며, 상기 핫 플레이트의 작용에 의해 상기 배향막 원료액의 경화가 진행되는 경우, 이와 유사한 시점에, 상기 배향막 원료액으로 레이저빔(Laser beam)을 스캔(Scan)하여, 상기 배향막 원료액의 표면에, 그루브(Groove)들에 의해 분리된 다수개의 배향패턴들을 형성하는 레이저툴과;

상기 레이저툴 및 기판 사이에 개재되며, 상기 레이저빔을 선택적으로 투과시켜, 상기 그루브들의 깊이 및 폭을 조절하는 마스크 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마스크 플레이트에는 상기 레이저빔을 투광시키는 투광필터들과, 상기 레이저빔을 차광시키는 차광필터들이 각각 배치되며,

상기 투광필터들 및 차광필터들은 연속적으로 교번되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성장치.
제 2 항에 있어서, 상기 투광필터들은 상기 그루브들의 폭 및 깊이의 비가 1:4~1:20이 되도록 레이저빔을 투광시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성장치.
제 3 항에 있어서, 상기 투광필터들은 상기 각 그루브들의 폭이 수nm~수백nm가 되도록 레이저빔을 투광시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성장치.
제 3 항에 있어서, 상기 투광필터들은 상기 각 그루브들의 깊이가 수십nm~수천nm가 되도록 레이저빔을 투광시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성장치.
제 2 항에 있어서, 상기 각 차광필터들에는 다수개의 투광량 조절셀들이 일정 피치를 이루며 연속 배치되며,

상기 각 투광량 조절셀들은 엣지에서 다른 엣지로 갈수록 단계적으로 높은 차광성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성장치.
제 6 항에 있어서, 상기 투광량 조절셀들은 하기식이 성립하도록 상기 레이저빔을 투광시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성장치.

P2 〉= D

(여기서, P2 는 각 배향패턴들의 피치, D는 각 그루브들의 깊이)
기판상에 형성된 배향막 원료액으로 레이저빔을 조사하여, 상기 배향막 원료액의 표면에 다수개의 그루브들에 의해 분리된 배향패턴들을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 8 항에 있어서, 상기 배향막 원료액은 기판상에 배향막 원료액을 도포하는 단계와;

상기 배향막 원료액을 1차 경화하는 단계와;

상기 배향막 원료액을 2차 경화하여, 상기 배향막 원료액을 폴리이미드화하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 9 항에 있어서, 상기 배향막 원료액을 1차 경화하는 단계의 온도는 60℃~80℃인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 9 항에 있어서, 상기 배향막 원료액을 2차 경화하는 단계의 온도는 100℃~150℃인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 9 항에 있어서, 상기 배향막 원료액에는 상기 배향막 원료액의 용융을 촉진시키기 위한 감광성 물질이 더 혼합되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 9 항에 있어서, 상기 배향막 원료액의 폴리이미드화율은 75%~85%인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 9 항에 있어서, 상기 레이저빔의 조사과정은 상기 배향막 원료액의 2차 경화과정이 진행되고 있는 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 8 항에 있어서, 상기 배향막 원료액으로 레이저빔을 조사하는 과정에서, 상기 배향패턴들은 상기 레이저빔의 강도 분산에 의해 선택적으로 용융되어 돌기형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 15 항에 있어서, 상기 레이저빔의 강도 분산은 상기 레이저빔을 선택적으로 투과시키는 것에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.
제 16 항에 있어서, 상기 레이저빔은 535nm 이하의 파장을 유지하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향패턴 형성방법.