KR20020048666A - method for fabricating an alignment film of a liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치(LCD)에 관한 것으로, 더 상세하게는 액정표시장치의 상/하부기판에 형성되는 요소의 하나인 배향막(alignment film)의 형성방법에 관한것이다.The present invention relates to a liquid crystal display (LCD), and more particularly, to a method of forming an alignment film, which is one of elements formed on upper and lower substrates of a liquid crystal display.
일반적으로 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성을 이용한 장치이다.In general, the liquid crystal display device is a device using the optical anisotropy of the liquid crystal.
즉, 전압이 가해지면 전계의 세기에 따라 액정의 분자배열이 바뀌고, 상기 액정의 분자배열에 따라 빛을 조절할 수 있는 특성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 상기 액정표시장치는 2매의 유리기판과 그 사이에 충진된 액정으로 구성된다.That is, when a voltage is applied, the molecular arrangement of the liquid crystal changes according to the intensity of the electric field, and the image is expressed by using a property that can control light according to the molecular arrangement of the liquid crystal. It consists of a liquid crystal filled between a substrate and it.
상기와 같은 액정표시장치의 제조공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.The manufacturing process of the liquid crystal display device as described above will be briefly described as follows.
먼저, 상기 2매의 기판 중 하부기판은 여러 번의 증착(deposition), 노광(photolithography), 식각(etching)공정을 거쳐 박막트랜지스터(thin film transistor)와 같은 다수의 스위칭소자를 형성하고, 상기 각각의 스위칭소자(switching device)에 대응하는 화소(pixel)를 매트릭스 형태로 구성하며, 상기 스위칭소자를 중심으로 배선이 교차되고 상기 각 배선의 일단에는 패드부가 형성되는 어레이패턴이 형성된다.First, the lower substrate of the two substrates forms a plurality of switching elements such as thin film transistors through a plurality of deposition, photolithography, and etching processes, and each of A pixel corresponding to the switching device is configured in a matrix form, and an array pattern is formed in which wiring is crossed around the switching device, and a pad portion is formed at one end of each of the wirings.
또한, 상부기판에는 상기 하부기판과 마주보는 면에 공통전극을 형성하고, 컬러이미지를 표현하려는 경우에는 컬러필터를 더 부착해 준다.In addition, a common electrode is formed on a surface of the upper substrate facing the lower substrate, and a color filter is further attached when a color image is to be expressed.
다음으로, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 충진되는 액정의 배향특성에 따라 상/하부기판에 배향막(alignment film)을 형성하는 과정을 거치게 된다.Next, an alignment film is formed on the upper and lower substrates according to the alignment characteristics of the liquid crystal filled between the upper substrate and the lower substrate.
다음으로, 상기 상부기판과 하부기판을 소정의 접착제(sealant)로 부착한 후, 상기 부착된 두 기판 사이의 공간에 임의의 액정을 충진하여 줌으로써 액정패널이 완성된다.Next, after attaching the upper substrate and the lower substrate with a predetermined sealant, a liquid crystal panel is completed by filling an arbitrary liquid crystal in the space between the two substrates attached thereto.
전술한 공정 중 기판에 배향막을 형성하는 공정은 다음과 같은 이유로 필수적이다.The process of forming the alignment film on the substrate is essential for the following reasons.
액정표시장치는 액정의 전기광학적 효과를 이용한 것이고, 이러한 전기광학효과는 액정 자체의 이방성과 액정의 분자배열 상태에 의해 결정되어진다.The liquid crystal display device uses the electro-optic effect of the liquid crystal, and this electro-optic effect is determined by the anisotropy of the liquid crystal itself and the molecular arrangement state of the liquid crystal.
또한, 액정의 분자배열에 대한 제어는 액정표시장치에서의 표시품위를 안정화하는 데 큰 영향을 미치게 된다.In addition, the control of the molecular arrangement of the liquid crystal has a great influence on stabilizing the display quality of the liquid crystal display device.
따라서, 액정에 단결정 질서를 부여하고 액정분자를 문자그대로 1매 단위로 규칙적인 응답을 할 수 있도록 하는 것이 배향막의 역할이다.Therefore, it is the role of the alignment film to impart a single crystal order to the liquid crystal and to allow a regular response in literally one unit of liquid crystal molecules.
이러한 배향막은 무기 배향막과 유기 배향막으로 나누어지며 특히 유기배향막 중 폴리이미드계 배향막이 많이 사용되고 있다,Such an alignment layer is divided into an inorganic alignment layer and an organic alignment layer, and polyimide-based alignment layers are particularly used among organic alignment layers.
상기 유기배향막은 회전도포법이나 인쇄도포법으로 기판 상에 유기고분자막을 형성하고 경화시킨 후 러빙(Rubbing)공정을 거치게 된다.The organic alignment film is subjected to a rubbing process after forming and curing the organic polymer film on the substrate by a rotary coating method or a printing coating method.
상기 러빙공정은 배향막의 표면에 배향각도를 정의하여 액정분자에 배향방향을 부여하는 역할을 하게 된다.The rubbing process serves to give an alignment direction to the liquid crystal molecules by defining an alignment angle on the surface of the alignment layer.
이하, 도 1은 배향막의 형성공정을 간략히 정리한 흐름도이다.1 is a flowchart summarizing the formation process of the alignment film.
도시한 바와 같이 배향막 형성공정은 크게 3 단계로 나눌 수 있다.As shown, the alignment film forming process can be largely divided into three steps.
첫째, 기판에 배향물질을 도포하여 배향막을 형성하는 공정이다(ST1). 둘째, 상기 배향막에 강도를 주기 위해 소정의 온도에서 경화한다(ST2).First, an alignment layer is formed by applying an alignment material to a substrate (ST1). Second, curing is performed at a predetermined temperature to give strength to the alignment layer (ST2).
셋째, 경화된 배향막의 표면에 러빙처리를 함으로써 미소한 홈이 형성된 배향막을 완성할 수 있다(ST3).Third, by performing a rubbing treatment on the surface of the cured alignment film, the alignment film on which the micro grooves are formed can be completed (ST3).
이하 도면을 참조하여 종래의 배향막 형성방법을 알아보도록 한다.Hereinafter, a conventional method of forming an alignment layer will be described with reference to the drawings.
도 2는 복수개가 맞물려 돌아가는 롤(Roll)을 이용하여 유리기판(10)위에 배향막을 코팅하는 종래의 방법으로서, 닥터롤(doctor roll)(11), 아닐록스롤(anilox roll)(13), 인쇄롤(printing roll)(15)과 고무판(17)으로 구성된 인쇄장비를 사용한다.FIG. 2 is a conventional method of coating an alignment layer on a glass substrate 10 using a plurality of rolls engaged with each other, including a doctor roll 11, anilox roll 13, Printing equipment consisting of a printing roll 15 and a rubber sheet 17 is used.
상기 복수개의 롤 중, 상기 닥터롤(11)은 상기 아닐록스롤(13)과 맞물려 돌아가게 되어 있고, 상기 인쇄롤(15)은 상기 아닐록스롤(13)과 맞물려 돌아가도록 구성되어 있다.Of the plurality of rolls, the doctor roll 11 is engaged with the anilox roll 13 and the printing roll 15 is configured to engage with the anilox roll 13.
상기 아닐록스롤(13)의 측면은 도시한 바와 같이, 미세한 홈(13a)이 형성되어 있다.As shown in the figure, a fine groove 13a is formed on the side surface of the anilox roll 13.
또한, 상기 인쇄롤(15)의 한 면에는 임의의 패턴이 형성되어 있는 고무판(17)이 부착되어 있다.In addition, a rubber plate 17 having an arbitrary pattern is attached to one surface of the printing roll 15.
상기 고무판(17)의 패턴은 양각패턴으로서, 어레이기판에서 접착제를 도포할 부분과 패드를 형성할 부분을 제외한 부분에 배향막이 인쇄될 수 있도록 한다.The pattern of the rubber plate 17 is an embossed pattern, so that an alignment layer may be printed on a portion of the array substrate except for a portion to which an adhesive is applied and a portion to form a pad.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 인쇄장비를 이용하여 유리기판 위에 배향막을 형성하는 방법을 살펴보면 아래와 같다.Looking at the method of forming the alignment layer on the glass substrate using a printing equipment having the configuration as described above are as follows.
먼저 임의의 고정장치(12)에 유리기판(10)을 고정한다.First, the glass substrate 10 is fixed to an arbitrary fixing device 12.
다음으로, 전술한 구성에서 상기 아닐록스롤(13)에 임의의 배향물질을 분사한다.Next, any alignment material is sprayed onto the anilox roll 13 in the above-described configuration.
전술한 바와 같이 복수개의 롤(roll)로 구성된 인쇄장비가 동작되면, 상기닥터롤(11)은 상기 아닐록스롤(13)과 맞붙어 돌아가면서 상기 아닐록스롤(13)에 분사된 배향물질을 상기 아닐록스롤(13)의 미세홈(13a)에 침적(沈積)시키게 되고, 연속으로 아닐록스롤(13) 내부에 침적된 배향물질은 상기 아닐록스롤(13)과 상기 인쇄롤(15)이 맞붙어 돌아가면서 상기 인쇄롤(15)의 고무판(17)에 다시 전사(轉寫)된다.다음으로 상기 고무판에 전사된 배향물질은 상기 인쇄롤(15)이 돌아가면서 다시 상기 유리기판(10)위에 상기 고무판(17)의 양각(??)패턴대로 배향막이 형성되어 진다.As described above, when a printing apparatus composed of a plurality of rolls is operated, the doctor roll 11 rotates to engage with the anilox roll 13 to detect the alignment material sprayed on the anilox roll 13. It is deposited in the fine groove (13a) of the anilox roll 13, and the alignment material deposited in the anilox roll 13 continuously is the anilox roll 13 and the printing roll 15 The adhesive rolls are transferred to the rubber plate 17 of the printing roll 15 again. Next, the alignment material transferred to the rubber plate is again placed on the glass substrate 10 as the printing roll 15 rotates. An alignment film is formed in accordance with the embossed pattern of the rubber plate 17.
다음으로, 상기 기판(10)에 형성된 배향막(21)을 소정의 온도로 경화하는 공정을 행하게 되며, 상기 경화된 배향막(21)의 표면을 러빙롤(23)을 이용하여 러빙하는 공정이 진행 된다.Next, a process of curing the alignment film 21 formed on the substrate 10 at a predetermined temperature is performed, and a process of rubbing the surface of the cured alignment film 21 using a rubbing roll 23 is performed. .
전술한 바와 같은 방법으로 유리기판 위에 배향막을 형성할 수 있다.An alignment layer may be formed on the glass substrate by the method described above.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 배향막 형성방법은 인쇄장치의 구성에서도 알 수 있듯이 상기 인쇄롤에 고무판을 부착하는 작업을 포함하여 각 롤을 깨끗하게 세척해야 하는 철저한 사전 준비작업이 필요하다.However, the conventional alignment film forming method as described above requires a thorough preliminary preparation to clean each roll cleanly, including attaching a rubber plate to the printing roll, as can be seen from the configuration of the printing apparatus.
만일 세정이 깨끗이 되지 않았다면, 오염에 의해 상기 배향막이 코팅된 유리기판은 얼룩이 지거나 경화과정 중 핀홀(pin hole)이 발생할 가능성이 매우 크다.If the cleaning is not cleaned, the glass substrate coated with the alignment layer is very likely to be stained or pinholes are generated during the curing process due to contamination.
또한, 상기 아닐록스롤(13)의 표면에는 전술한 바와 같이 미세홈이 형성되어 있기 때문에 상기 닥터롤과 동작하면서 일정시간이 지날수록 상기 아닐록스롤(13)은 마모되어 미세홈의 형태가 변하게 된다.In addition, since the microgrooves are formed on the surface of the anilox roll 13 as described above, the anilox roll 13 wears as the microrolls change as the predetermined time passes while the doctor roll operates. do.
물론 상기 닥터롤 또한 마모되기 때문에 상기 아닐록스롤(13)과 닥터롤(11)은 일정시간이 지나면 교환해 주어야 한다.Of course, since the doctor roll is also worn, the anilox roll 13 and the doctor roll 11 have to be replaced after a certain time.
따라서, 상기 아닐록스롤(13)과 닥터롤(11)을 교환하는 동안에는 연속적인 생산이 불가능하여 작업능률이 현저하게 떨어지며 동시에 제조 단가도 높아지는 단점이 있다.Therefore, during the exchange of the anilox roll 13 and the doctor roll 11 it is impossible to continuously produce, there is a disadvantage that the work efficiency is significantly reduced and at the same time the manufacturing cost increases.
더욱이, 상기 인쇄롤(15)에 부착하는 고무판(17)은 다른 구성요소에 비해 강도(hardness)가 낮으므로 수명이 짧고 또한 어레이기판의 모델에 따라 패턴을 변경해 주어야 하므로 작업능률의 상당한 저하를 가져온다.Furthermore, the rubber plate 17 attached to the printing roll 15 has a lower hardness than other components and thus has a shorter lifespan and a pattern must be changed according to the model of the array substrate. .
또한, 상기 배향막의 원료인 폴리이미드의 분사량에 따라 폴리이미드를 인쇄하는 동안 막두께의 불균일이 발생할 수 있으며, 러빙공정 시 러빙 스크래치(rubbing scratch)와 같은 문제가 발생한다.In addition, non-uniformity of the film thickness may occur during printing of the polyimide according to the injection amount of the polyimide, which is a raw material of the alignment layer, and a problem such as rubbing scratch occurs during the rubbing process.
따라서, 전술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 새로운 배향막 형성기술을 도입하여, 배향막에 발생할 수 있는 불량을 낮추는 동시에, 보다 낮은 비용으로 배향막을 형성하여 제품의 수율(yield)을 향상시키는 데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention introduces a new alignment film forming technology to reduce defects that can occur in the alignment film, and at the same time to form the alignment film at a lower cost to improve the yield of the product. There is a purpose.
도 1은 배향막 형성공정을 개략적으로 설명한 흐름도이고,1 is a flowchart schematically illustrating an alignment film forming process;
도 2는 종래의 배향막 형성방법을 도시한 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing a conventional method for forming an alignment film,
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 배향막 형성방법을 도시한 도면이다.3 and 4 are views illustrating a method of forming an alignment layer according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 : 기판 121 : 배향막110 substrate 121 alignment film
126 : 필름 128 : 배향막 롤러126 film 128 aligning film roller
130 : 시트롤 132 : 양각롤130: sea troll 132: embossed roll
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 본 발명에 따른 배향막 형성방법은 기판을 준비하는 단계와; 소정형상의 투명한 필름에 배향막을 도포한 후 경화하여, 상기 배향막이 형성된 필름을 소정의 틀에 감는 단계와; 상기 필름이 위로 향하도록하여 상기 기판 상에 배향막을 부착하면서, 배향막의 상부에 부착된 필름을 제거하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming an alignment layer, the method comprising: preparing a substrate; Applying an alignment film to a transparent film of a predetermined shape and curing the same to wind the film on which the alignment film is formed in a predetermined frame; Removing the film attached on top of the alignment film while attaching the alignment film on the substrate with the film facing upward.
상기 투명한 필름은 배향막을 경화하는 온도에 견딜 수 있는 플라스틱 재질로 형성한다.The transparent film is formed of a plastic material that can withstand the temperature of curing the alignment layer.
상기 배향막은 폴리이미드계 물질을 도포하여 형성한다.The alignment layer is formed by applying a polyimide material.
상기 배향막이 부착되는 기판의 상부에 표면이 양각된 양각롤을 더욱 구성하여, 상기 양각롤이 구르면서, 원하는 영역에만 배향막이 부착되도록 배향막을 절단하는 것을 특징으로 한다.The embossing roll having a surface embossed on the upper surface of the substrate to which the alignment film is attached is further characterized in that the alignment film is cut so that the alignment film is attached only to a desired area while the relief roll is rolled.
상기 배향막이 감겨진 롤에 대응하는 위치에 감는 수단을 더욱 설치하여, 상기 기판에 부착되는 배향막으로부터 이탈되는 시트를 감도록 한 것을 특징으로 한다.It is characterized by further providing a winding means at a position corresponding to the roll on which the alignment film is wound, so as to wind the sheet deviating from the alignment film attached to the substrate.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
-- 실시예 --Example
본 발명은 기판 상에 배향막을 테이핑 방식으로 부착하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the alignment film is attached onto the substrate in a taped manner.
도 3은 본 발명에 따른 배향막 형성방법을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a method of forming an alignment film according to the present invention.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 배향막(121)을 형성하기 위해서는 먼저, 유연성이 있고 표면에 미세한 홈(123)이 형성된 필름형태의 시트(sheet)(126)를 준비한다.As shown, in order to form the alignment layer 121 by the method according to the present invention, first, a sheet 126 in the form of a film having flexibility and fine grooves 123 formed on the surface is prepared.
상기 시트(126)에 폴리이미드(PI)와 같은 배향물질을 도포하고, 도포된 배향물질의 두께를 일정하게 조정하여 배향막(121)을 형성한 후, 소정의 온도로 경화하는 과정을 거친다.After the alignment material such as polyimide (PI) is applied to the sheet 126, the thickness of the applied alignment material is constantly adjusted to form the alignment layer 121, and then the curing is performed at a predetermined temperature.
상기 경화된 배향막(121)이 형성된 시트(126)를 소정의 틀에 감아 배향막이 감겨진 롤(128)을 준비한다.The sheet 126 on which the cured alignment layer 121 is formed is wound around a predetermined frame to prepare a roll 128 on which the alignment layer is wound.
이때, 상기 시트(126)의 재질로는 배향막을 경화하는 온도에 견딜 수 있는 유연한 재질을 사용할 수 있다.In this case, the material of the sheet 126 may be a flexible material that can withstand the temperature of curing the alignment layer.
도 4는 상기 필름시트에 형성한 배향막을 기판에 부착하는 방법을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a method of attaching an alignment film formed on the film sheet to a substrate.
도시한 바와 같이, 기판(110) 상에 상기 배향막을 부착하기 위한 방법은 먼저, 상기 기판에 부착되는 배향막(121)에서 이탈되는 시트(126)를 감는 시트롤(sheet roll)(130)을 상기 배향막(121)이 감겨진 롤(128)에 대응하는 방향에 위치하도록 하여, 상기 배향막(121)에서 연속하여 이탈되는 필름형태의 시트(126)를 감는 역할을 한다.As illustrated, the method for attaching the alignment layer on the substrate 110 may first include a sheet roll 130 for winding the sheet 126 that is separated from the alignment layer 121 attached to the substrate. The alignment layer 121 is positioned in a direction corresponding to the rolled roll 128, and serves to wind the sheet 126 in the form of a film continuously separated from the alignment layer 121.
상기 기판(110)상에 부착되는 배향막(121)의 상부에는 양각롤(132)이 위치하여 기판의 일측으로부터 기판의 타측까지 상기 배향막(121)을 누르면서 구르게 된다.An embossing roll 132 is positioned on the alignment layer 121 attached to the substrate 110 to roll while pressing the alignment layer 121 from one side of the substrate to the other side of the substrate.
이때, 상기 양각롤(132)의 표면에 형성된 양각패턴(미도시)은 상기 기판(110)상에 배향막이 부착되어야 할 부분과 부착되지 않아야 할 부분의 경계를 눌러주어 원하는 영역에만 배향막(121)이 부착되도록 하는 역할을 하게 된다.At this time, the embossed pattern (not shown) formed on the surface of the embossing roll 132 presses the boundary between the portion on which the alignment layer is to be attached and the portion not to be attached on the substrate 110 to form the alignment layer 121 only in a desired region. Will be attached.
상기 부착된 배향막(121)의 표면에는 시트(126)에 형성한 미세홈에 의해 미세한 홈이 형성된 상태이다.Fine grooves are formed on the surface of the attached alignment layer 121 by fine grooves formed in the sheet 126.
따라서, 별도의 러빙공정을 생략하여 공정을 진행한다.Therefore, the process proceeds by omitting the separate rubbing process.
즉, 시트(126) 형성시 시트(126)의 뒷면에 형성된 미세홈에 의해 배향막 형성과 러빙을 동시에 행할 수 있다.That is, when the sheet 126 is formed, the alignment film may be simultaneously formed and rubbed by the microgrooves formed on the rear surface of the sheet 126.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 배향막 형성방법을 통해 기판에 배향막을 형성할 수 있다.The alignment layer may be formed on the substrate through the alignment layer forming method according to the present invention as described above.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배향막 형성방법은 다음과 같은 특성이 있다.As described above, the alignment film forming method according to the present invention has the following characteristics.
첫째, 배향막 얼룩이나 핀홀(pin hole)에 의한 불량율을 낮출 수 있으므로 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.First, since the defective rate due to the alignment film stain or pin hole can be lowered, the yield can be improved.
둘째, 사전 준비작업이 간단하고 생산도중 장비를 교체할 필요가 없으므로 연속생산이 가능하여 설비 가동율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Second, since the preliminary preparation is simple and there is no need to replace the equipment during the production, it is possible to continuously produce, thereby improving the facility utilization rate.
셋째, 교환부품이 적어 유지비를 낮출 수 있는 효과가 있다.Third, there are fewer replacement parts, which can lower the maintenance cost.
넷째, 부착된 배향막의 표면에는 이미 미세한 다수의 홈이 형성되어 있기 때문에 별도의 러빙공정을 하지 않아도 되므로 전체적인 액정패널의 제작시간과 공정을 단축하는 효과가 있다.Fourth, since a plurality of fine grooves are already formed on the surface of the attached alignment layer, a separate rubbing process is not required, thereby shortening the manufacturing time and process of the entire liquid crystal panel.
더불어, 러빙공정시 발생하는 스크래치와 같은 불량을 방지할 수 있다.In addition, defects such as scratches generated during the rubbing process can be prevented.
다섯째, 전술한 효과에 의해 제품의 수율을 개선하는 효과가 있다.Fifth, there is an effect of improving the yield of the product by the above-described effect.
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