KR20020089014A - 액정의 탈포 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정의 탈포에 이용되는 장치에 관한 것이다.

액정의 탈포시 챔버 내부의 공기를 일정하게 배출하는 것이 중요한데, 일반적인 액정 탈포 장치에서는 챔버 배출구의 개폐 정도를 수동밸브를 이용하여 조절하기 때문에 정확하게 제어하기 힘들다. 따라서, 챔버 내부의 공기가 너무 급속하게 배출될 경우, 액정 내에 존재하던 기포가 크게 발생되면서 액정이 액정 쟁반 밖으로 흘러내리게 된다.

본 발명에서는 진공 게이지의 진공도에 따라 자동으로 챔버 배출구의 개폐를 조절하는 자동 압력 콘트롤러를 이용하여, 챔버 내부의 공기 배출을 정확하게 제어함으로써, 발생되는 기포의 크기를 작게 조절하여 크게 발생된 기포가 터지면서 유발되는 액정 쟁반 상의 액정 유출을 방지할 수 있다.

Description

액정의 탈포 장치{apparatus for removing bubbles in liquid crystal}

본 발명은 액정 표시 장치의 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정의 탈포 장치에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.

일반적으로 액정 표시 장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 일반적인 액정 표시 장치의 구조에 대하여 설명한다.

도 1은 일반적인 액정 표시 장치에 대한 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 기판(10) 위에 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트 전극(21)이 형성되어 있고, 그 위에 실리콘 질화막(SiN_x)이나 실리콘 산화막(SiO₂)으로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 전극(21)을 덮고 있다. 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(30) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(41)이 형성되어 있으며, 그 위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(51, 52)이 형성되어 있다.

오믹 콘택층(51, 52) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소스 및 드레인 전극(61, 62)이 형성되어 있는데, 소스 및 드레인 전극(61, 62)은 게이트 전극(21)과 함께 박막 트랜지스터(T)를 이룬다.

도시하지 않았지만, 게이트 전극(21)은 게이트 배선과 연결되어 있고, 소스 전극(61)은 데이터 배선과 연결되어 있으며, 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 직교하여 화소 영역을 정의한다.

이어, 소스 및 드레인 전극(61, 62) 위에는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호층(70)이 형성되어 있으며, 보호층(70)은 드레인 전극(62)을 드러내는 콘택홀(71)을 가진다.

보호층(70) 상부의 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(81)이 형성되어 있고, 화소 전극(81)은 콘택홀(71)을 통해 드레인 전극(62)과 연결되어 있다.

한편, 제 1 기판(10) 상부에는 제 1 기판(10)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 제 2 기판(90)이 배치되어 있다.

제 2 기판(90)의 하부에는 블랙 매트릭스(91)가 형성되어 있는데, 블랙 매트릭스(91)는 박막 트랜지스터(T)와 대응되는 부분에 위치하며, 도시하지 않았지만 화소 전극(81) 이외의 부분도 덮고 있다. 블랙 매트릭스(91) 하부에는 컬러필터(92)가 형성되어 있으며, 컬러필터(92)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 있고, 하나의 색이 하나의 화소 영역에 대응된다. 다음, 컬러필터(92) 하부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(93)이 형성되어 있다.

그리고, 화소 전극(81) 상부와 공통 전극(93) 하부에는 배향막(도시하지 않음)이 각각 형성되어 있으며, 두 배향막 사이에는 액정층(100)이 주입되어 있다.

이러한 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터와 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터와 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정, 그리고 제조된 두 기판의 합착과 액정 물질의 주입 및 봉지, 그리고 편광판 부착으로 이루어진 액정 셀(liquid crystal cell) 공정에 의해 형성된다.

이하, 액정 표시 장치의 액정 셀 제조 공정에 대하여 첨부한 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 일반적인 액정 셀 제조 공정을 도시한 흐름도이다.

먼저, 박막 트랜지스터를 포함하는 하부의 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터를 포함하는 상부의 컬러필터 기판을 준비한다(st1).

박막 트랜지스터 기판은 박막을 증착하고 패터닝하는 과정을 여러 회 반복함으로써 형성되는데, 박막의 패터닝시 사용되는 마스크의 수가 공정수를 나타내며, 현재 마스크 수를 감소시켜 제조 비용을 줄이기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

컬러필터 기판은 화소 영역 이외의 부분에서 빛샘이 발생하는 것을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터 및 공통 전극을 순차적으로 형성함으로써 이루어진다. 컬러필터는 염색법, 인쇄법, 안료 분산법, 전착법 등에 의해 형성되는데, 현재 컬러 필터 형성에 사용되는 보편적인 방법은 안료 분산법이다.

컬러필터 기판은 블랙 매트릭스와 컬러필터 및 공통 전극을 순차적으로 형성함으로써 이루어지는데, 컬러필터는 상술한 제조 방법 이외에 최근 잉크젯 방식이나 전사법과 같은 방법이 개발되어 이용되고 있다.

이어, 각 기판에 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막을 형성한다(st2).

배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다. 일반적으로 배향막에는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 배향막을 배열시키는 방법으로는 러빙 방법이 이용된다. 러빙 방법은 러빙포를 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문질러주는 것으로, 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고 배향이 안정하며 프리틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이한 장점이 있다. 그러나, 러빙포에 의한 불량 등이 발생하므로 최근에는 광배향 방법이 개발되어 사용되고 있다.

다음, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 씰 패턴(seal pattern)을 형성하는데(st3), 씰 패턴은 화상이 표현되는 영역의 외곽에 위치하며, 액정 주입을 위한 갭을 형성하고 주입된 액정의 누설을 방지하는 역할을 한다.

씰 패턴은 열경화성 수지를 일정한 패턴으로 형성함으로써 이루어지며, 씰 패턴 형성 방법으로는 스크린 마스크(screen mask)를 이용한 스크린 인쇄법과 디스펜서를 이용한 씰 디스펜서(dispenser)법이 있다. 현재 공정의 편의성이 큰 스크린 인쇄법이 주로 사용되고 있으나, 마스크와 배향막의 접촉에 의한 불량 유발과 기판의 크기가 커짐에 따라 스크린 마스크의 대응이 어려운 단점이 있어 점차 씰 디스펜서법으로 변경이 이루어지고 있다.

이어, 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 사이의 간격을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 일정한 크기의 스페이서를 산포한다(st4). 스페이서의 산포 방식은 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있으며, 건식 산포는 정전기를 이용하는 정전 산포법과 기체의 압력을 이용하는 제전 산포법으로 나뉘는데, 액정 표시 장치는 정전기에 취약한 구조를 가지므로 제전 산포법이 많이 사용된다.

다음, 액정 표시 장치의 두 기판 즉, 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판을 배치하고 씰 패턴을 가압경화하여 합착한다(st5). 이때, 각 기판의 배향막이 마주 대하며, 화소 전극과 컬러필터가 일대일 대응하도록 배치한다.

다음, 두 기판을 각각의 셀로 절단하여 분리한다(st6). 일반적으로 액정 표시 장치는 한 장의 기판 상에 하나의 액정 표시 장치가 될 셀을 다수 개 형성하고 각 셀로 분리함으로써, 제조 효율을 향상시키고 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

셀 절단 공정은 유리 기판 보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 펜(pen)으로 유리 기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(scribe) 공정과 힘을 가하여 절단하는 브레이크(break) 공정으로 이루어진다.

이어, 두 기판의 배향막 사이에 액정을 주입한다(st7). 액정의 주입은 셀 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 주로 이용된다. 여기서 셀 내부에 액정이 주입되었을 때, 액정 속의 미세한 공기 방울에 의해 셀 내부에서 기포가 형성되어 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 액정을 장시간 진공에 방치하여 기포를 제거하는 탈포 과정이 필요하다.

액정의 주입이 완료되면 셀의 주입구에서 액정이 흘러나오지 않도록 주입구를 봉합한다. 보통 디스펜서를 이용하여 주입구에 자외선 경화 수지를 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 주입구를 막아준다.

다음, 이러한 방법으로 형성된 액정 셀의 외측에 각각 편광판을 부착한 후구동회로를 연결하면 액정 표시 장치가 완성된다(st8).

이와 같은 방법으로 액정 표시 장치를 제조하는데 있어서, 액정의 탈포 과정에 이용되는 장치에 대하여 이하에서 설명한다.

도 3은 액정의 탈포 과정에 이용되는 진공 장치에 대하여 도시한 것으로서, 도시한 바와 같이, 액정의 탈포에 사용되는 진공장치는 일측에 시료의 출입구(111)와 배출구(112)를 가지는 챔버(110)가 있고, 챔버(110)의 내부에는 액정이 담겨져 있는 액정 쟁반(120)이 위치한다. 챔버(110)의 바깥쪽 일측에는 챔버(110) 내부의 압력을 측정하는 진공 게이지(vacuum gauge)(130, 140)가 위치하는데, 진공 게이지(130, 140)는 각각 저진공 영역의 진공도와, 고진공 영역의 진공도를 측정한다.

챔버(110)의 배출구(112)는 배기계(pumping system)(150)와 연결되어 있으며, 배출구(112)의 중간에는 핸들(161)을 조절하여 배출구(112)를 개폐하기 위한 밸브(160)가 위치한다.

이와 같은 장치를 이용하여 액정을 탈포하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 액정이 담겨져 있는 액정 쟁반(120)을 챔버(110) 내에 로딩(loading)하고, 챔버(110)의 내부와 외부를 차단한다. 이어, 배기계(150)를 동작시키고, 사전 개폐율이 조절된 밸브(160)를 통하여 챔버(110) 내부의 공기를 배출함으로써, 챔버(110) 내부를 서서히 진공 상태로 만든다.

챔버(110) 내부는 공기가 계속 배출되면서 진공 상태로 되는 동시에 점차로 액정의 내/외부에 압력 차이가 발생되면서 액정에 담겨져 있는 기포를 제거하는데,챔버(110) 내부의 압력이 40 파스칼(Pa)이 될 때까지는 밸브(160)를 약 15% 정도만 열고 공기를 천천히 배출함으로써 탈포하고, 40 파스칼 이하가 되면 밸브(160)를 완전히 열어 챔버(110) 내부의 압력이 약 1 파스칼 정도가 될 때까지 탈포한다.

그런데, 이러한 탈포 과정 중 챔버(110) 내부의 공기가 배출되는 정도를 적절히 조절하여야 한다. 챔버(110) 내부의 압력이 40 파스칼 이상일 때 공기의 배출 정도가 너무 빠르면, 기포가 크게 발생하여 액정이 액정 쟁반(120) 밖으로 흘러 내릴 수 있다. 이에 따라, 이후 액정 주입시 액정 주입 부족과 같은 불량이 나타날 수 있으며, 특히 최근에는 액정 표시 장치에 고속 응답형 액정이 요구되는데, 이러한 액정은 점도(viscosity)가 낮아 탈포시 거품이 발생될 확률이 더욱 높다.

공기의 배출 정도는 밸브(160)의 열린 정도에 의해 조절되는데, 이와 같은 장치에서는 수동 핸들(161)을 돌려서 밸브(160)의 열린 정도를 조절하게 되는데, 이러한 방식으로는 공기의 배출 정도를 정확하게 제어하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액정 탈포 과정에서 정량적으로 관리가 가능한 탈포 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저점도 액정의 탈포시 기포에 의해 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 탈포 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 단면을 도시한 도면.

도 2는 일반적인 액정 셀의 제조 공정을 도시한 흐름도.

도 3은 종래의 액정 탈포 장치를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 액정 탈포 장치를 도시한 도면.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 탈포 장치는 시료의 출입구와 내부의 공기가 배출되는 배출구를 가진 챔버와, 챔버 내부의 진공도를 측정하는 진공 게이지, 그리고 배출구와 연결되어 있으며, 챔버 내부의 진공도를 유지하는 배기계 및 챔버 내부의 진공도에 따라 배출구의 개폐 정도를 자동으로 조절하는 자동 압력 콘트롤러로 이루어진다.

여기서, 진공 게이지는 100 파스칼 이상의 저진공도를 측정하는 저진공 게이지와, 1 파스칼 이하의 고진공도를 측정하는 고진공 게이지로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 배출구의 개폐 정도를 자동으로 조절하여 챔버 내부의 공기 배출을 정확하게 제어함으로써, 액정의 탈포시 발생하는 기포에 의한 불량을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 액정의 탈포 장치에 대하여 상세히 설명한다. 도 4는 액정의 탈포 장치에 대하여 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정의 탈포 장치에서는 일측에 시료의 출입구(211)와 내부의 공기를 배출하기 위한 배출구(212)를 가지며 밀폐된 공간을 정의하는 챔버(210)가 있고, 챔버(210)의 내부에는 액정이 담겨져 있는 액정 쟁반(220)이 위치한다. 챔버(210)의 바깥쪽 일측에는 챔버(210) 내부의 압력을 측정하는 진공 게이지(230, 240)가 위치하는데, 압력 범위는 광범위하므로 한 게이지로서는 챔버(210) 내부의 압력을 모두 알 수 없다. 따라서, 100 파스칼 이상의 저전공 영역에 대한 진공도와, 1 파스칼 이하의 고진공 영역에 대한 진공도를 각각측정하는 진공 게이지(230, 240)를 사용한다. 저진공 영역을 측정하는 게이지로는 열전대 게이지(thermocouple gauge : TC 게이지)와 피라니 게이지(pirani gauge) 등이 있고, 고진공 영역을 특정하는 게이지로는 전리 게이지(ionization gauge)와 같은 것이 있다.

챔버(210)의 배출구(212)는 배기계(pumping system)(250)와 연결되어 있으며, 배출구(212)의 중간에는 자동 압력 콘트롤러(auto pressure controller)(260)가 위치한다.

여기서, 배기계(250)는 펌프로 이루어지는데, 펌프는 작동 범위에 따라 러핑 펌프(roughing pump)와 고진공 펌프(high vacuum pump), 그리고 초고진공 펌프(ultra high vacuum pump)로 나눌 수 있다. 러빙 펌프는 1기압(101,325 파스칼) 내지 약 0.1 파스칼의 작동 범위가 요구될 때 이용되는 것으로, 메카니컬 펌프(mechanical pump)와 부스터 펌프(booster pump), 그리고 드라이 진공 펌프(dry vacuum pump) 등이 있고, 고진공 펌프는 0.1 파스칼 내지 1×10^-6파스칼 범위가 요구될 경우에 이용되는 것으로, 메카니컬 크라이오 펌프(mechanical cryopump), 터보 분자 펌프(turbomolecular pump), 그리고 오일 확산 펌프(oil diffusion pump) 등이 있으며, 초고진공 펌프는 1×10^-6파스칼 이하의 범위가 요구될 때 이용되는 것으로, 이온 펌프(ion pump)와 게터 펌프(getter pump) 등이 있다. 일반적으로 하나의 펌프로는 필요로 하는 진공도를 만들 수 없기 때문에 이와 같은 각 진공 범위의 펌프를 조합하여 원하는 진공도를 만든다.

한편, 자동 압력 콘트롤러(260)는 배출구(212)의 개폐율을 조절하는 것으로, 밸브를 포함하고 있다. 이러한 자동 압력 콘트롤러(260)는 진공 게이지(230, 240)와 연결되어 있으며, 액정의 탈포시 챔버(210) 내부의 압력 변동에 따라 밸브의 열린 정도를 자동으로 조절하도록 되어 있다. 따라서, 챔버(210) 내부의 압력이 40 파스칼 정도까지 도달하는 탈포 시간의 조절이 정확하게 이루어지므로, 액정 내부의 기포가 적게 발생하고 액정이 액정 쟁반(220) 밖으로 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 점도가 낮은 고속 응답형의 액정을 탈포하더라도 불량이 발생하는 것을 막을 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 액정 탈포 장치에서는 챔버 내부의 공기를 배출 정도를 자동 압력 콘트롤러에 의해 조절함으로써, 액정의 탈포 공정을 정확하게 제어할 수 있다.

또한, 액정의 탈포시 액정 기포의 발생을 감소시키고 액정의 유출을 방지함으로써, 불량을 막을 수 있다.

Claims (2)

1. 시료의 출입구와, 내부의 공기가 배출되는 배출구를 가진 챔버와;

   상기 챔버 내부의 진공도를 측정하는 진공 게이지와;

   상기 배출구와 연결되어 있으며, 상기 챔버 내부의 진공도를 유지하는 배기계와;

   상기 챔버 내부의 진공도에 따라 상기 배출구의 개폐 정도를 자동으로 조절하는 자동 압력 콘트롤러

   를 포함하는 액정의 탈포 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 진공 게이지는 100 파스칼 이상의 저진공도를 측정하는 저진공 게이지와, 1 파스칼 이하의 고진공도를 측정하는 고진공 게이지로 이루어지는 액정의 탈포 장치.