KR20050060973A - 액정적하장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정적하장치는 액정이 충진된 용기와, 상기 용기에 충진된 액정을 흡입하여 토출하는 토출펌프 및 상기 토출펌프로부터 토출된 액정을 기판으로 적하하는 노즐로 이루어지며, 상기 스테이지 상부에 설치되어 기판에 액정을 적하하는 액정적하기; 및 상기 액정적하기와 일체로 형성되어 액정의 적하량을 검출하는 중량계로 구성된다.

Description

액정적하장치{LIQUID CRYSTAL DISPENSING SYSTEM}

본 발명은 액정적하장치에 관한 것으로, 특히 중량계가 일체로 형성되어 적하되는 액정의 적하량을 신속하고 저렴하게 검출할 수 있는 액정적하장치에 관한 것이다.

근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

LCD는 액정의 굴절률 이방성을 이용하여 화면에 정보를 표시하는 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, LCD(1)는 하부기판(5)과 상부기판(3) 및 상기 하부기판(5)과 상부기판(3) 사이에 형성된 액정층(7)으로 구성되어 있다. 하부기판(5)은 구동소자 어레이(Array)기판이다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 하부기판(5)에는 복수의 화소가 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor;이하, TFT라 한다)와 같은 구동소자가 형성되어 있다. 상부기판(3)은 컬러필터(Color Filter)기판으로서, 실제 컬러를 구현하기 위한 컬러필터층이 형성되어 있다. 또한, 상기 하부기판(5) 및 상부기판(3)에는 각각 화소전극 및 공통전극이 형성되어 있으며 액정층(7)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 도포되어 있다.

상기 하부기판(5) 및 상부기판(3)은 실링재(Sealing Material)(9)에 의해 합착되어 있으며, 그 사이에 액정층(7)이 형성되어 상기 하부기판(5)에 형성된 구동소자에 의해 액정분자를 구동하여 액정층을 투과하는 광량을 제어함으로써 정보를 표시하게 된다.

액정표시소자의 제조공정은 크게 하부기판(5)에 구동소자를 형성하는 구동소자 어레이기판공정과 상부기판(3)에 컬러필터를 형성하는 컬러필터기판공정 및 셀(Cell)공정으로 구분될 수 있는데, 이러한 액정표시소자의 공정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 구동소자 어레이공정에 의해 하부기판(5)상에 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인(Gate Line) 및 데이터라인(Date Line)을 형성하고 상기 화소영역 각각에 상기 게이트라인과 데이터라인에 접속되는 구동소자인 박막트랜지스터를 형성한다(S101). 또한, 상기 구동소자 어레이공정을 통해 상기 박막트랜지스터에 접속되어 박막트랜지스터를 통해 신호가 인가됨에 따라 액정층을 구동하는 화소전극을 형성한다.

또한, 상부기판(3)에는 컬러필터공정에 의해 컬러를 구현하는 R,G,B의 컬러필터층과 공통전극을 형성한다(S104).

이어서, 상기 상부기판(3) 및 하부기판(5)에 각각 배향막을 도포한 후 상부기판(3)과 하부기판(5) 사이에 형성되는 액정층의 액정분자에 배향규제력 또는 표면고정력(즉, 프리틸트각(Pretilt Angel)과 배향방향)을 제공하기 위해 상기 배향막을 러빙(Rubbing)한다(S102,S105). 그 후, 하부기판(5)에 셀갭(Cell Gap)을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(Spacer)를 산포하고 상부기판(3)의 외곽부에 실링재(9)를 도포한 후 상기 하부기판(5)과 상부기판(3)에 압력을 가하여 합착한다(S103,S106,S107).

한편, 상기 하부기판(5)과 상부기판(3)은 대면적의 유리기판으로 이루어져 있다. 다시 말해서, 대면적의 유리기판에 복수의 패널(Panel)영역이 형성되고, 상기 패널영역 각각에 구동소자인 TFT 및 컬러필터층이 형성되기 때문에 낱개의 액정패널을 제작하기 위해서는 상기 유리기판을 절단, 가공해야만 한다(S108). 이후, 상기와 같이 가공된 개개의 액정패널에 액정주입구를 통해 액정을 주입하고 상기 액정주입구를 봉지하여 액정층을 형성한 후 각 액정패널을 검사함으로써 액정표시소자를 제작하게 된다(S109,S110).

액정은 패널에 형성된 액정주입구를 통해 주입된다. 이때, 액정의 주입은 압력차에 의해 이루어진다. 도 3에 액정패널에 액정을 주입하는 장치가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 진공챔버(Vacuum Chamber;10)내에는 액정이 충진된 용기(12)가 구비되어 있으며, 그 상부에 액정패널(1)이 위치하고 있다. 상기 진공챔버(10)는 진공펌프와 연결되어 설정된 진공상태를 유지하고 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 진공챔버(10) 내에는 액정패널 이동용 장치가 설치되어 상기 액정패널(1)을 용기(12) 상부로부터 용기까지 이동시켜 액정패널(1)에 형성된 주입구(16)를 액정(14)에 접촉시킨다(이러한 방식을 액정딥핑(Dipping) 주입방식이라 한다).

상기와 같이 액정패널(1)의 주입구(16)를 액정(14)에 접촉시킨 상태에서 진공챔버(10)내에 질소(N₂)가스를 공급하여 챔버(10)의 진공정도를 저하시키면, 상기 액정패널(1) 내부의 압력과 진공챔버(10)의 압력차에 의해 액정(14)이 상기 주입구(16)를 통해 패널(1)로 주입되며 액정이 패널(1)내에 완전히 충진된 후에 상기 주입구(16)를 봉지재에 의해 봉지함으로써 액정층이 형성된다(이러한 방식을 액정의 진공주입방식이라 한다).

그런데, 상기와 같이 진공챔버(10)내에서 액정패널(1)의 주입구(16)를 통해 액정을 주입하여 액정층을 형성하는 방법에는 다음과 같은 문제가 있었다.

첫째, 패널(1)로의 액정주입시간이 길어진다는 것이다. 일반적으로 액정패널의 구동소자 어레이기판과 컬러필터기판 사이의 간격은 수μm 정도로 매우 좁기 때문에, 단위 시간당 매우 작은 양의 액정만이 액정패널 내부로 주입된다. 예를 들어, 약 15인치의 액정패널을 제작하는 경우 액정을 완전히 주입하는데 에는 대략 8시간이 소요되는데, 이러한 장시간의 액정주입에 의해 액정패널 제조공정이 길어지게 되어 제조효율이 저하된다.

둘째, 상기와 같은 액정주입방식에서는 액정소모율이 높게 된다. 용기(12)에 충진되어 있는 액정(14)중에서 실제 액정패널(1)에 주입되는 양은 매우 작은 양이다. 한편, 액정은 대기나 특정 가스에 노출되면 가스와 반응하여 열화될 뿐만 아니라 액정패널(1)과의 접촉시 유입되는 불순물에 의해 열화된다. 따라서, 용기(12)에 충진된 액정(14)이 복수매의 액정패널(1)에 주입되는 경우에도 주입후 남게 되는 액정(14)을 폐기해야만 하는데, 고가의 액정을 폐기하는 것은 결국 액정패널 제조비용의 증가를 초래하게 된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 적어도 하나의 액정패널을 포함하는 대면적의 유리기판상에 직접 액정을 적하하는 액정적하장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 액정의 적하량을 측정하는 중량계를 액정적하기와 일체로 형성하여 저렴함 비용에 의해 신속하게 액정의 적하량을 측정할 수 있는 액정적하장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정적하장치는 복수의 액정패널이 형성된 기판이 놓이는 스테이지; 액정이 충진된 용기와, 상기 용기에 충진된 액정을 흡입하여 토출하는 토출펌프 및 상기 토출펌프로부터 토출된 액정을 기판으로 적하하는 노즐로 이루어지며, 상기 스테이지 상부에 설치되어 기판에 액정을 적하하는 적어도 하나의 액정적하기; 및 상기 액정적하기가 이동해서 액정을 적하함에 따라 액정의 무게를 측정하여 액정의 적하량을 검출하는 적어도 하나의 중량계로 구성된다.

상기 토출펌프는 실린더와, 상기 실린더 내에 삽입되며, 하부의 일정 영역에 홈이 형성되어 회전 및 상하운동함에 따라 액정을 흡입하고 토출하는 피스톤과, 상기 피스톤이 운동함에 따라 액정이 흡입되고 토출되는 흡입구 및 토출구로 이루어진다. 상기 중량계는 스테이지 또는 프레임에 설치되며, 액정적하기로부터 적하되는 액정이 충진되는 측정용 컵을 포함한다.

액정딥핑방식 또는 액정진공 주입방식과 같은 종래의 액정주입방식의 단점들을 극복하기 위해, 근래 제안되고 있는 방법이 액정적하방식(Liquid Crystal Dropping Method)에 의한 액정층 형성방법이다. 상기 액정적하방식은 패널 내부와 외부의 압력차에 의해 액정을 주입하는 것이 아니라 액정을 직접 기판에 적하(Dropping) 및 분배(Dispensing)하고 패널의 합착 압력에 의해 적하된 액정을 패널 전체에 걸쳐 균일하게 분포시킴으로써 액정층을 형성하는 것이다. 이러한 액정적하방식은 짧은 시간 동안에 직접 기판상에 액정을 적하하기 때문에 대면적의 액정표시소자의 액정층 형성도 매우 신속하게 진행할 수 있게 될 뿐만 아니라 필요한 양의 액정만을 직접 기판상에 적하하기 때문에 액정의 소모를 최소화할 수 있게 되므로 액정표시소자의 제조비용을 대폭 절감할 수 있다는 장점을 가진다.

도 4는 액정적하방식의 기본적인 개념을 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정적하방식에서는 구동소자와 컬러필터가 각각 형성된 하부기판(105)과 상부기판(103)을 합착하기 전에 하부기판(105)상에 방울형상으로 액정(107)을 적하한다. 상기 액정(107)은 컬러필터가 형성된 기판(103)상에 적하될 수도 있다. 다시 말해서, 액정적하방식에서 액정적하의 대상이 되는 기판은 TFT기판과 CF기판 어느 기판도 가능하다. 그러나, 기판의 합착시 액정이 적하된 기판은 하부에 놓여져야만 한다.

이때, 상부기판(103)의 외곽영역에는 실링재(109)가 도포되어 상기 상부기판(103)과 하부기판(105)에 압력을 가함에 따라 상기 상부기판(103) 및 하부기판(105)이 합착되며, 이와 동시에 상기 압력에 의해 액정(107) 방울이 외부로 퍼져 상기 상부기판(103)과 하부기판(105) 사이에 균일한 두께의 액정층이 형성된다. 다시 말해서, 상기 액정적하방식의 가장 큰 특징은 패널(101)을 합착하기 전에 하부기판상에 미리 액정(107)을 적하한 후 실링재(109)에 의해 패널을 합착하는 것이다.

상기와 같은 액정적하방식이 적용된 액정표시소자 제조방법이 도 5에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, TFT어레이공정과 컬러필터공정을 통해 하부기판(150) 및 상부기판(103)에 각각 구동소자인 TFT와 컬러필터층을 형성한다(S201,S202). 상기 TFT어레이공정과 컬러필터공정은 도 2에 도시된 종래의 제조방법과 동일한 공정으로서 복수의 패널영역이 형성되는 대면적의 유리기판에 일괄적으로 진행된다. 특히, 상기 제조방법에서는 액정적하방식이 적용되기 때문에, 종래의 제조방법에 비해 더 넓은 유리기판, 예를 들면 1000×1200mm² 이상의 면적을 갖는 대면적 유리기판에 유용하게 사용될 수 있다.

이어서, 상기 TFT가 형성된 하부기판(105)과 컬러필터층이 형성된 상부기판(103)에 각각 배향막을 도포한 후 러빙을 실행한 후(S202,S205), 하부기판(105)의 액정패널 영역에는 액정(107)을 적하하고 상부기판의 액정패널 외곽부 영역에는 실링재(109)를 도포한다(S203,S206).

그 후, 상기 상부기판(103)과 하부기판(105)을 정렬한 상태에서 압력을 가하여 실링재(109)에 의해 상기 상부기판(105)과 하부기판(103)을 합착함과 동시에 압력의 인가에 의해 적하된 액정(107)을 패널 전체에 걸쳐 균일하게 퍼지게 한다(S207). 이와 같은 공정에 의해 대면적의 유리기판(하부기판 및 상부기판)에는 액정층이 형성된 복수의 액정패널이 형성되며, 이 유리기판을 가공, 절단하여 복수의 액정패널로 분리하고 각각의 액정패널을 검사함으로써 액정표시소자를 제작하게 된다(S208,S209).

도 5에 도시된 액정적하방식이 적용된 액정표시소자의 제조방법과 도 2에 도시된 종래의 액정주입방식이 적용된 액정표시소자 제조방법의 차이점을 비교하면, 액정의 진공주입과 액정적하의 차이 및 대면적 유리기판의 가공시기의 차이 이외에도 다른 차이점을 있음을 알 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 액정주입방식이 적용된 액정표시소자 제조방법에서는 주입구를 통해 액정을 주입한 후에 상기 주입구를 봉지재에 의해 봉지해야만 하지만 액정적하방식이 적용된 제조방법에서는 액정이 직접 기판에 적하되기 때문에 이러한 주입구의 봉지공정이 필요없게 된다. 또한, 도 2에는 도시하지 않았지만, 액정주입방식이 적용된 제조방법에서는 액정주입시 기판이 액정에 접촉하기 때문에 패널의 외부면이 액정에 의해 오염되므로 오염된 기판을 세정하기 위한 공정이 필요하게 되지만, 액정적하방식이 적용된 제조방법에서는 액정이 직접 기판에 적하되기 때문에 패널이 액정에 의해 오염되지 않으며, 그 결과 세정공정이 필요없게 된다. 이와 같이, 액정적하방식에 의한 액정표시소자의 제조방법은 액정주입방식에 의한 제조방법에 의해 간단한 공정으로 이루어져 있기 때문에 제조효율이 향상될 뿐만 아니라 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 액정적하방식이 도입된 액정표시소자의 제조방법에서 액정층을 원하는 두께로 정확하게 형성하기 위한 가장 중요한 요인은 적하되는 액정의 위치 및 액정의 적하량이다. 특히, 액정층의 두께는 액정패널의 셀갭과 밀접한 관계를 가지기 때문에, 정확한 액정의 적하위치 및 적하량은 액정패널의 불량을 방지하기 위한 매우 중요한 요소이다. 따라서, 정확한 위치에 정확한 양의 액정을 적하하는 장치가 필요하게 되는데, 본 발명에서는 이러한 액정적하기를 제공한다.

도 6은 본 발명에 따른 액정적하기를 이용하여 기판(대면적의 유리기판;105)상에 액정(107)을 적하하는 기본적인 개념을 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 액정적하기(120)는 기판(105)의 상부에 설치되어 있다. 도면에는 도시하지 않았지만 상기 액정적하기(120)의 내부에는 액정이 충진되어 기판상에 일정량을 충진한다.

통상적으로 액정은 방울형태로 기판상에 적하된다. 기판(105)은 x,y방향으로 설정된 속도로 이동하고 액정적하기는 설정된 시간 간격으로 액정을 배출하기 때문에, 기판(105)상에 적하되는 액정(107)은 x,y방향으로 일정한 간격으로 배치된다. 물론 액정적하시 기판(105)이 고정되어 있고 액정적하기(120)가 x,y방향으로 이동하여 액정을 일정간격으로 적하할 수도 있다. 그러나, 이 경우 액정적하기(120)의 움직임에 의해 방울형상의 액정이 흔들리기 때문에 액정의 적하위치 및 적하량에 오차가 발생할 수 있으므로 액정적하기(120)를 고정시키고 기판(105)을 이동하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명에 따른 액정적하기(120)의 구조를 나타내는 사시도이고 도 8은 액정적하기(120)의 사시분해도이다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 액정적하기(120)에서는 원통형의 액정용기(122)가 케이스(123)에 수납되어 있다. 상기 액정용기(122)는 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 이루어져 있으며 그 내부에 액정(107)이 충진되어 있으며, 케이스(123)는 스테인리스강(Stainless Steel)으로 형성되어 그 내부에 상기 액정용기(122)가 수납된다. 통상적으로 폴리에틸렌은 성형성이 훌륭하기 때문에 원하는 형상의 용기를 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 액정(107)이 충진되었을 때 액정과 반응하지 않기 때문에 액정용기(122)로서 주로 사용된다. 그러나, 상기 폴리에틸렌은 강도가 약하기 때문에 외부의 약한 충격에 의해서도 변형되기 쉽게 되는데, 특히 액정용기(122)로 폴리에틸렌을 사용하는 경우 용기(122)가 변형되어 정확한 위치에 액정(107)을 적하시킬 수 없기 때문에 강도가 큰 스테인리스강으로 이루어진 케이스(123)에 수납하여 사용하는 것이다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 액정용기(122)의 상부에는 가스공급관이 연결되어 외부로부터 질소와 같은 가스가 공급된다. 이러한 가스 공급에 의해 액정의 적하시 액정용기(122)의 액정이 충진되지 않은 영역이 압력이 저하되어 액정적하를 방해하는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 액정용기(122)는 스테인리스강과 같은 금속으로 형성될 수도 있다. 이 경우 외부의 충격에 의해 액정용기(122)가 변형되지 않기 때문에 외부 케이스(123)가 필요없게 된다. 따라서, 액정적하기(120)의 제조비용을 절감할 수 있게 된다. 이와 같이, 액정용기(122)를 금속으로 형성하는 경우 충진된 액정(107)이 금속과 화학적인 반응을 일으키는 것을 방지하기 위해 내부에 불소수지막을 도포하는 것이 바람직하다.

상기 액정용기(122)의 하부에는 액정토출펌프(140)가 배치되어 있다. 상기 액정토출펌프(140)는 액정용기(122)의 액정을 일정량 토출하여 기판상에 적하하기 위한 것으로, 상기 액정용기(122)와 연결되어 액정토출펌프(140)가 작동함에 따라 액정이 흡입되는 액정흡입구(147)와 상기 액정흡입구(147)의 반대편에 형성되어 액정토출펌프(140)가 작동함에 따라 액정이 토출되는 액정토출구(148)를 구비하고 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 액정흡입구(147)에는 제1연결관(126)이 결합되어 있다. 도면에는 상기 액정흡입구(147)가 제1연결관(126)에 삽입되어 결합되어 있지만, 나사와 같은 결합수단에 의해 액정흡입구(147)와 제1연결관(126)이 결합될 수도 있다. 상기 제1연결관(126)의 일측에는 주사바늘과 같이 내부가 통공된 핀(128)이 형성되어 있으며, 상기 제1연결관(126)으로 액정을 유출하는 액정용기(122)의 하부에는 실리콘이나 부틸고무계열과 같이 수축성과 밀폐성이 강한 재질의 패드(도면표시하지 않음)가 설치되어 있다. 상기 핀(128)은 패드를 통해 액정용기(122)로 삽입되어 액정용기(122)의 액정(107)을 액정흡입구(147)로 유입한다. 핀(128)의 삽입시 패드가 핀(128)으로 강하게 수축되므로 핀(128)의 삽입영역으로 액정(107)이 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이와 같이, 핀과 패드에 의해 액정흡입구(147)와 액정용기(122)를 체결하므로 체결구조가 간단하게 되고 그 결과 체결 및 탈착이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

상기 액정흡입구(147)와 제1연결관(126)은 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 핀(128)이 액정흡입구(147)에 형성되어 패드를 통해 액정용기(122)에 직접 삽입되어 액정용기(122)의 액정을 유출하므로, 구조를 간단하게 할 수 있게 된다.

상기 액정토출펌프(140)의 하부에는 노즐(150)이 설치되어 있다. 상기 노즐(150)은 제2연결관(160)을 통해 액정토출펌프(140)의 액정토출구(148)에 연결되어 상기 액정토출펌프(150)로부터 토출되는 액정(107)을 기판상에 적하한다.

상기 제2연결관(160)은 불투명한 물질로 형성하는 것도 가능하지만 투명한 물질로 형성할 수도 있다. 상기와 같이, 제2연결관(160)을 투명한 물질로 형성하는 이유는 다음과 같다.

일반적으로 액정의 적하시 액정(107)속에 기포가 포함되어 있으며, 기판에 적하되는 액정(107)의 적하량을 정확하게 제어할 수 없게 된다. 따라서, 액정(107)의 적하시 반드시 기포를 제거해야만 한다. 한편, 기포는 액정용기(122)에 충진되는 액정(107) 속에 이미 포함되어 있다. 비록 기포제거장치에 의해 액정(107)속의 기포를 제거할 수는 있지만, 이 경우에도 모든 기포를 제거하기란 사실상 불가능하다. 또한, 액정용기(122)로부터 액정토출펌프(140)로의 액정(107)을 유입시 기포가 발생할 수 있다. 결국, 적하되는 액정(107)으로부터 기포를 완전히 제거하기란 거의 불가능하게 된다. 따라서, 기포가 발생했을 경우 액정적하기의 작동을 중단하여 기포를 제거하는 것이 불량을 방지하기 위한 가장 좋을 방법일 것이다.

제2연결관(160)을 투명한 물질로 형성하는 것은 액정용기(122)에 포함된 기포 또는 액정용기(122)에서 발생한 기포를 용이하게 발견하여 불량을 방지하기 위한 것이다. 이때, 기포의 발견은 작업자의 육안에 의해 이루어질 수도 있지만, 상기 제2연결관(160)의 양측에 포토커플러(photo coupler)와 같은 제1센서(162)를 설치하여 자동으로 기포를 발견하는 것이 더 확실하게 불량을 방지할 수 있을 것이다.

상기 제2연결관(160)을 통해 토출된 액정이 유입되는 노즐(150)의 양 측면에는 외력 등으로부터 노즐(150)이 파손되는 것을 방지하기 위한 보호부(152)가 설치되어 있으며, 노즐(150)의 하부의 보호부(152)에는 노즐(150)로부터 적하되는 액정에 기포가 포함되어 있는지 또는 노즐(150) 표면에 액정이 뭉쳐 있는지를 감지하기 위한 제2센서(154)가 설치되어 있다.

노즐(150)의 표면에 액정이 뭉치는 현상은 액정(107)의 정확한 적하를 방해한다. 노즐(150)을 통해 액정이 적하될 때, 설정된 양의 액정이 액정토출펌프(140)로부터 토출되어도 일부의 액정이 노즐(150) 표면으로 퍼지기 때문에 기판상에는 설정된 양 보다 적은 액정이 적하된다. 또한, 노즐(150) 표면에서 뭉친 액정이 기판에 적하되는 경우에는 액정표시소자의 치명적인 불량의 원인이 될 수도 있다. 이와 같이, 노즐(150) 표면에 액정이 뭉치는 것을 방지하기 위해, 노즐(150)의 표면에는 불소수지와 같은 액정에 대한 접촉각(Contact Angle)이 높은 물질(즉, 소수성 물질)이 딥핑(dipping)이나 스프레이(spray)방법에 의해 도포될 수도 있다. 불소수지의 도포에 의해 적하되는 액정이 노즐(150)의 표면으로 퍼지지 않고 완전한 방울형태로 노즐(150)을 통해 기판에 적하되는 것이다.

한편, 상기 액정토출펌프(140)는 회전부재(157)에 삽입되어 있으며, 상기 회전부재(157)는 고정부(155)에 고정된다. 상기 회전부재(157)는 제1모터(131)와 연결되어 있다. 상기 제1모터(131)가 작동함에 따라 상기 회전부재(157)가 회전하게 되며, 상기 회전부재(157)에 고정된 액정토출펌프(140)가 작동하게 된다.

상기 액정토출펌프(140)는 바(bar)와 같은 형태로 이루어진 액정용적량 조절부재(134)의 일측에 접촉되어 있다. 상기 액정용적량 조절부재(134)의 타측에는 구멍이 형성되어 있으며, 회전축(136)이 상기 구멍에 삽입된다. 상기 액정용적량 조절부재(134)의 구멍과 회전축(136)의 둘레에는 나사가 형성되어, 서로 나사결합된다. 또한, 상기 회전축(136)은 일단은 제2모터(133)에 연결되어 있으며, 타단은 조절레버(137)에 연결되어 있다.

액정토출펌프(140)를 통해 액정용기(122)로부터 토출되는 액정의 양은 회전부재(157)에 고정되는 각도에 따라 달라진다. 즉, 회전부재(157)에 고정되는 고정각도에 따라 액정토출펌프(140)의 액정용적량이 달라지는 것이다. 상기 회전축(136)에 연결된 제2모터(133)가 구동(자동조절)하거나 조절레버(137)를 작동(수동조절)하면 회전축(136)이 회전하게 되며, 이에 따라 상기 회전축(136)과 나사결합된 액정용적량 조절부재(134)의 일단이 회전축(136)을 따라 전후로(직선으로) 움직이게 된다. 이와 같이, 상기 액정용적량 조절부재(134)의 일단이 움직임에 따라 상기 액정토출펌프(140)에 인가되는 힘이 달라지게 되고, 그 결과 상기 액정토출펌프(140)의 고정각도가 달라지게 된다.

상기한 바와 같이, 제1모터(131)는 액정토출펌프(140)을 작동시켜 액정용기(122)의 액정을 토출하여 기판으로 적하하며, 제2모터(133)는 회전부재(157)에 고정되는 액정토출펌프(140)의 고정각도를 조절하여 액정토출펌프(140)로부터 토출되는 액정의 양을 제어한다.

한편, 액정토출펌프(140)를 통해 기판으로 적하되는 액정의 1회 적하량은 매우 미세한 양이며, 따라서 제2모터(133)에 의해 조절되는 액정토출펌프(140)의 변화량 역시 미세한 양이다. 이것은 액정토출펌프(140)의 토출량을 제어하기 위해서는 액정토출펌프(140)의 경사각도를 매우 미세하게 조정해야한다는 것을 의미한다. 이러한 미세 조정을 위해 상기 제2모터(133)로는 펄스입력값에 의해 작동하는 스텝모터(step motor)를 사용한다.

도 9(a) 및 도 9(b)는 액정토출펌프(140)의 구조를 나타내는 도면으로, 도 9(a)는 사시도이고 도 9(b)는 분해사시도이다.

도 9(a) 및 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 상기 액정토출펌프(140)는 액정흡입구(147) 및 액정토출구(148)가 형성된 케이스(141)와, 상부에 개구가 형성되며 케이스(141)에 결합되는 캡(144)과, 상기 케이스(141) 내부에 삽입되어 액정이 흡입되는 실린더(142)와, 상기 실린더(142)를 실링하는 실링수단(143)과, 상기 캡(144) 상부에 위치하여 액정이 누설되는 것을 방지하는 오링(o-ring;144a)과, 상기 캡(144)의 개구를 통해 실린더(142)에 삽입되어 상하 및 회전운동함으로써 액정흡입구(147) 및 액정토출구(148)를 통해 액정(107)을 흡입 및 토출하는 피스톤(145)으로 구성된다. 상기 피스톤(145)의 상부에는 회전부재(157)에 고정되는 헤드(146a)가 설치되어 있으며, 상기 헤드(146a)에는 바(146b)가 설치되어 있다. 상기 바(146b)은 회전부재(157)에 형성된 홀(도면표시하지 않음)에 삽입, 고정되어 제1모터(131)의 힘에 의해 상기 회전부재(157)가 회전운동할 때 상기 피스톤(145)이 회전운동하도록한다.

한편, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 피스톤(145)의 단부에는 홈(145a)이 형성되어 있다. 이 홈(145a)은 피스톤(145)의 단면 원형상의 약 1/4 면적(또는 그 이하의 면적)으로 형성되어, 피스톤(145)이 회전운동시(즉, 상하운동시) 액정흡입구(147) 및 액정토출구(148)를 열고 닫아 상기 액정흡입구(147) 및 액정토출구(148)를 통해 액정을 흡입하고 토출하도록 한다.

이러한 액정토출펌프(140)의 작동을 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 10은 액정토출펌프(140)가 회전부재(157)에 고정된 상태를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 피스톤(145)은 회전부재(157)에 일정 각도(α)로 고정되어 있으며, 피스톤헤드(146a)에 형성된 바(146b)는 회전부재(157)의 내면에 형성된 홀(159)에 삽입되어 피스톤(145)과 회전부재(157)가 결합된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 홀(159) 내부에는 베어링이 구비되어 있기 때문에, 홀(159) 내부에 삽입된 피스톤(145)의 바(146b)는 전후 좌우로 움직일 수 있게 된다. 제1펌프(131)가 작동하게 되면 상기 회전부재(157)가 회전하게 되며, 그 결과 상기 회전부재(157)와 결합된(즉, 고정된) 피스톤(145)이 회전하게 된다.

이때, 회전부재(157)에 대한 액정토출펌프의 고정각도(α), 즉 회전부재(157)에 대한 피스톤(145)의 고정각도(α)가 0이라고 가정하면 상기 피스톤(145)은 단지 회전부재(157)를 따라 회전운동만 하게 된다. 그러나, 실질적으로 상기 고정각도(α)가 0이 아니기 때문에(즉, 일정한 각도로 고정되기 때문에), 상기 피스톤(145)은 회전부재(157)의 회전운동을 따라 회전함과 동시에 상하운동을 하게 되는 것이다.

이와 같은 피스톤(145)의 운동시, 피스톤(145)이 일정 각도 회전하여 상부방향으로 움직이면 실린더(142) 내부에 빈 공간이 생기게되어 이 공간으로 액정흡입구(147)을 통해 액정이 흡입되며, 이후 피스톤(145)이 더 회전함에 따라 상기 피스톤(145)이 하부방향으로 움직이게 되어 실린더(142)에 흡입된 액정이 액정토출구(148)를 통해 토출된다. 이때, 피스톤(145)에 형성된 홈(145a)은 피스톤(145)의 회전에 의해 액정의 흡입 및 토출시 액정흡입구(147)와 액정토출구(148)을 개폐하는 역할을 한다.

이하에서는 도 11(a)∼도 11(d)를 참조하여 상기와 같은 액정토출펌프(140)의 작동을 더욱 자세히 설명한다.

도 11(a)∼도 11(d)에 도시된 바와 같이, 액정토출펌프(140)는 4행정을 통해 액정용기(122)의 액정(107)을 노즐(150)로 토출한다. 도면에서, 도 11(a) 및 도 11(c)는 교차행정이며. 도 11(b)는 액정흡입구(147)를 통한 흡입행정이고 도 11(d)는 액정토출구(148)를 통한 액정토출행정이다.

도 11(a)에 도시된 바와 같이, 회전부재(157)에 일정 각도(α)로 고정된 피스톤(145)은 회전부재(157)가 회전함에 따라 회전하게 된다. 이때, 액정흡입구(147) 및 액정토출구(148)는 피스톤(145)에 의해 닫혀있다.

상기 회전부재(157)가 약 45˚회전함에 따라 피스톤(145)도 회전하여, 도 11(b)에 도시된 바와 같이 액정흡입구(147)가 피스톤(145)의 홈(145a)에 의해 열리게 된다. 한편, 회전부재(157)의 홀(159)에는 피스톤(145)의 바(146b)가 삽입되어, 상기 회전부재(157)와 피스톤(145)을 결합한다. 따라서, 회전부재(157)가 회전함에 따라 피스톤(145)이 회전하게 되는데, 이때 상기 바(146b)는 회전면을 따라 회전하게 된다.

피스톤(145)이 회전부재(157)와 일정 각도로 고정되어 있고 바(146b)는 회전면을 따라 회전하므로, 상기 회전부재(145)가 회전함에 따라 피스톤(145)이 상승하게 된다. 또한, 실린더(141)가 고정되어 있으므로, 상기 회전부재(145)가 회전함에 따라 피스톤(145) 하부의 실린더(141)에 공간이 생기게 된다. 따라서, 홈(145a)에 의해 열린 액정흡입구(147)를 통해 상기 공간으로 액정이 흡입된다.

이러한 액정의 흡입은 흡입행정이 시작된 후(즉, 액정흡입구(147)가 열린 후), 회전부재(157)가 약 45˚회전하여 도 11(c)에 도시된 바와 같은 흡입행정이 시작될 때까지(액정흡입구(147)가 닫힐 때까지) 계속된다.

이후, 도 11(d)에 도시된 바와 같이, 상기 회전부재(157)가 더 회전함에 따라 액정토출구(148)가 열림과 동시에 상기 피스톤(145)이 하강하기 시작하여, 실린더(141)내의 공간에 흡입된 액정이 상기 액정토출구(148)를 통해 토출된다(토출행정).

상기한 바와 같이, 액정토출펌프(140)는 제1교차행정, 흡입행정, 제2교차행정 및 토출행정으로 이루어진 4행정을 반복함으로써 액정용기(122)에 충진된 액정(107)을 노즐(150)로 토출하게 된다.

이때, 액정의 토출양은 피스톤(145)의 상하운동범위에 따라 달라진다. 그런데, 피스톤(145)의 상하운동범위는 회전부재(157)에 고정되는 액정토출펌프(140)의 각도에 따라 달라진다.

도 12는 액정토출펌프(140)가 회전부재(157)에 β의 각도로 고정된 것을 나타내는 도면이다. 액정토출펌프(140)가 α(〈β)의 각도로 회전부재(157)에 고정된 도 10에 비해서 도 12의 액정토출펌프(140)는 피스톤(145)이 상부방향으로 더 높이 움직일 수 있게 된다. 이것은 회전부재(157)에 고정되는 각도가 증가할수록 피스톤(145)의 운동시 실린더(142) 내부로 흡입되는 액정(107)의 양이 증가한다는 것을 의미하는 것으로, 결국 회전부재(157)에 고정되는 각도를 조정함으로써 액정의 토출량을 제어할 수 있다는 것을 의미한다.

한편, 회전부재(157)에 고정되는 액정토출펌프(140)의 각도는 도 7에 도시된 바와 같이, 액정용적량 조절부재(134)에 의해 제어되며, 상기 액정용적량 조절부재(134)는 제2펌프(133)을 구동함에 따라 움직이게 된다. 다시 말해서, 액정토출펌프(140)의 각도는 제2펌프(133)를 제어함으로써 조절할 수 있는 것이다.

물론 상기 액정토출펌프(140)의 고정각도를 각도조절레버(137)에 의해 작업자가 수동으로 할 수도 있지만, 이 경우 정확한 조정이 불가능하고 시간이 많이 소모될 뿐만 아니라 작업중에 액정토출펌프를 중단해야만 한다는 단점도 발생하게 된다. 따라서, 제2펌프(133)에 의해 액정토출펌프(140)의 고정각도를 조절하는 것이 바람직하다.

이때, 액정토출펌프(140)의 고정각도는 변위측정 자기센서(Linear Variable Differential Transformer)와 같은 센서(139)에 의해 측정되어, 고정각도가 설정된 각도를 초과하는 경우 경보를 발하여 액정토출펌프(140)가 파손되는 것을 방지한다.

상기와 같이, 액정적하기(120)는 액정토출펌프(140)가 작동함에 따라 기판상에 형성된 복수의 액정패널에 액정을 적하한다. 일반적으로 액정의 적하량은 액정패널의 셀갭에 따라 달라진다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 액정적하기(120)는 제어시스템과 연결되어 상기 제어시스템에서 설정된 적하량에 따라 액정을 적하한다.

액정적하기(120)가 적용되는 대면적 액정패널에서는 균일한 셀갭을 유지하기 위해 스페이서로서 컬럼스페어서(column spacer)를 사용한다. 상기 컬럼스페이서는 패턴스페이서(patterned spacer)라고도 불리는 것으로, 상부기판이나 하부기판에 감광성 수지를 적층한 후 패터닝함으로써 형성된다.

셀갭은 상부기판 또는 하부기판에 형성된 컬럼스페이서의 높이에 따라 달라지며, 따라서 기판에 적하되는 액정의 적하량은 상기 컬럼스페이서의 높이에 따라 달라진다. 다시 말해서, 액정의 적하량은 상기 컬럼스페이서의 높이에 의해 설정되는 것이다.

한편, 액정의 적하량은 두가지 요인에 의해 결정된다. 첫번째 요인은 적하되는 1방울의 액정의 양이고 두번째 요인은 액정패널에 적하되는 액정의 방울수이다. 액정의 방울수는 액정패널에 적하되는 적하패턴을 의미한다. 이와 같이, 액정패널에 적하되는 적하량은 제어시스템에서 컬럼스페이서의 높이에 기초하여 1회의 적하량과 적하패턴을 산출함으로써 설정된다.

1회의 액정적하량은 매우 미세한 양이다. 따라서, 1회의 적하량은 외부의 요인이나 액정적하기의 내부 요인에 의해 변할 수 있다. 이러한 1회 적하량의 변화는 액정패널에 설정된 적하량과 다른 양의 액정이 액정패널에 적하되는 원인이 되므로, 결국 액정표시소자의 불량이 원인이 된다. 따라서, 주기적으로 1회의 적하량을 측정함으로써 현재 1회 적하량이 설정된 적하량인지를 확인해야만 한다.

1회 적하량은 적하되는 액정의 무게를 측정함으로써 구할 수 있다. 액정의 무게는 중량계를 이용함으로써 구할 수 있다. 그러나, 1회의 액정적하량은 실질적으로 매우 작은 양이다. 따라서, 1회 적하량의 변동량은 더욱 미세한 양이므로, 이 미세한 변동양을 정확하게 측정하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서, 본 발명에서는 설정된 매수의 액정패널에 대한 액정의 적하를 종료한 후 10회, 50회 또는 100회의 적하된 액정량의 무게를 적하된 회수로 나눔으로써 액정의 1회 적하량을 산출한다. 다시 말해서, 평균의 무게를 산출함으로써 현재 적하량을 검출하는 것이다.

검출된 1회 적하량이 설정된 양, 구체적으로는 설정된 범위에 포함되면, 현재 액정의 적하가 정상적으로 이루어지는 것으로 판단하여 현재의 적하량으로 액정을 계속 적하한다. 검출된 1회 적하량이 설정된 범위를 벗어나면(초과하거나 모자라면), 현재 액정의 적하가 비정상적으로 이루어지고 있는 것으로 판단하여 액정의 적하를 중지한다. 이어서, 제어시스템에서 설정된 1회 적하량과 측정된 1회 적하량의 차이를 검출한 후 제2모터(133)를 구동하거나 조절레버(137)를 작동하여 차이값에 해당하는 만큼 액정용적량 조절부재(134)을 움직여 액정토출펌프(140)의 고정각도를 변화시킴으로써 원하는 액정이 적하되도록 한다.

액정의 1회 적하량을 측정하는 중량계는 액정적하장치와는 별도로 설치될 수 있다. 이 경우, 액정적하장치와는 별도로 로보트 아암(robot arm)을 구비해야만 한다. 즉, 시험 액정이 충진될 측정용 컵을 로보트 아암에 의해 액정적하기(120)의 노즐 하부로 이동하여 시험용 액정(설정 회수의 액정)을 적하한 후 이 측정용 컵을 다시 중량계로 이동시켜 적하된 시험용 액정의 무게를 측정하는 것이다. 그런데, 상기와 같이 중량계가 별도로 형성된 액정적하장치의 경우 고가의 로보트 아암을 구비해야만 하므로 설비 비용이 대폭 증가하게 되는 문제가 있었을 뿐만 아니라 로보트아암의 작동에 의해 시험용 컵을 이동시키는 등 공정지연의 문제도 있었다.

본 발명에서는 1회 적하량을 측정하는 중량계를 액정적하장치와 일체로 형성한다. 특히, 본 발명에서는 액정적하기(120)의 이동 범위 안에 중량계를 설치함으로써 액정적하기(120)의 이동에 의해 간단하게 액정의 적하량을 측정할 수 있게 된다.

도 13은 중량계가 구비된 액정적하장치를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 액정적하장치는 복수의 액정적하기(120)를 구비하여 복수의 액정패널에 동시에 액정을 적하한다. 기판은 이전의 공정(TFT공정 또는 컬러필터공정)을 거쳐 로보트아암과 같은 장치에 의해 프레임(112) 위의 스테이지(114)로 이송된다. 한편, 액정적하기(120)는 가이드바(115)에 복수개 설치된다. 상기 가이드바(115)는 스테이지(114) 상부에서 일측 방향으로 이동하고 각각의 액정적하기(120)는 가이드바(115)를 따라 이동하여 상기 복수의 액정적하기(120)는 한꺼번에 복수의 액정패널에 액정을 적하한다.

스테이지(114)의 단부 또는 프레임(112)의 일측에는 복수의 중량계(180)가 설치되어 있다. 도면에는 자세히 표시되지 않았지만, 상기 중량계(180)에는 측정용 컵이 구비되어 있다. 설정 매수의 액정패널에 대한 적하가 종료되면 상기 가이드바(115)가 이동하여 액정적하기(120)가 상기 측정용 컵 상부에 위치하게 되며, 액정적하기(120)에서는 측정용 액정을 상기 컵에 적하함으로써 액정의 적하량이 측정되는 것이다. 이때, 상기 중량계(180)는 제어시스템에 연결되어 측정된 적하량을 실시간으로 상기 제어시스템으로 전송하고, 제어시스템에서는 현재의 적하상태를 감시한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 액정의 적하량을 측정하는 중량계를 액정적하장치와 일체로 형성한다. 따라서, 설정된 매수의 액정패널의 액정적하 또는 설정된 회수의 액정적하후 신속하게 액정의 적하량을 측정할 수 있으므로 적하공정의 속도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 액정적하기가 중량계로 직접 이동하여 측정용 컴에 액정을 적하하여 적하량을 측정하므로, 로보트아암과 같은 별도의 장비가 필요없게 되므로 설비비용을 대폭 절감할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 액정표시소자의 단면도.

도 2는 액정표시소자를 제조하는 종래의 방법을 나타내는 흐름도.

도 3은 종래 액정표시소자의 액정주입을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 액정적하방식에 의해 제작된 액정표시소자를 나타내는 도면.

도 5는 액정적하방식에 의해 액정표시소자를 제작하는 방법을 나타내는 흐름도.

도 6은 액정적하방식의 기본적인 개념을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명에 따른 액정적하기의 구조를 나타내는 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 액정적하기의 구조를 나타내는 분해사시도.

도 9(a)는 본 발명에 따른 액정적하기의 액정토출펌프의 구조를 나타내는 사시도.

도 9(b)는 액정토출펌프의 구조를 나타내는 분해사시도.

도 10은 액정토출펌프가 고정부에 고정된 상태를 나타내는 도면.

도 11(a)∼도 11(d)는 액정토출펌프의 동작을 나타내는 도면.

도 12는 고정각도가 증가한 액정토출펌프의 구조를 나타내는 도면.

도 13은 중량계가 설치된 본 발명의 액정적하장치를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 액정적하장치 112 : 프레임

114 : 스테이지 115 : 가이드바

120 : 액정적하기 122 : 액정용기

123 : 케이스 128 : 핀

131,133 : 모터 134 : 액정용적량 조절부재

136 : 회전축 137 : 조절레버

140 : 액정토출펌프 142 : 실린더

145 : 피스톤 145a : 홈

147 : 액정흡입구 148 : 액정토출구

149 : 고정부 150 : 노즐

154, 162 : 센서 180 : 중량계

Claims (13)

1. 복수의 액정패널이 형성된 기판이 놓이는 스테이지;

   액정이 충진된 용기와, 상기 용기에 충진된 액정을 흡입하여 토출하는 토출펌프 및 상기 토출펌프로부터 토출된 액정을 기판으로 적하하는 노즐로 이루어지며, 상기 스테이지 상부에 설치되어 기판에 액정을 적하하는 적어도 하나의 액정적하기; 및

   상기 액정적하기가 이동해서 액정을 적하함에 따라 액정의 무게를 측정하여 액정의 적하량을 검출하는 적어도 하나의 중량계로 구성된 액정적하장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 토출펌프는,

   실린더;

   상기 실린더 내에 삽입되며, 하부의 일정 영역에 홈이 형성되어 회전 및 상하운동함에 따라 액정을 흡입하고 토출하는 피스톤;

   상기 피스톤이 운동함에 따라 액정이 흡입되고 토출되는 흡입구 및 토출구로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 토출펌프가 고정되는 고정부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정부는 토출펌프의 피스톤이 고정되어 피스톤을 회전운동시키는 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 피스톤에는 바가 형성되고 회전부재에는 홀이 형성되어 상기 바와 홀이 결합됨에 따라 피스톤이 회전부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 바는 홀에 회동가능하게 삽입되는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 토출펌프의 액정용적량은 피스톤이 회전부재에 고정되는 각도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 중량계는 스테이지에 설치되는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 스테이지가 설치되는 프레임을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 중량계는 프레임에 설치된 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 중량계는 액정적하기로부터 적하되는 액정이 충진되는 측정용 컵을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
12. 제1항에 있어서, 액정적하기가 설치되어 일측으로 이동하는 가이드바를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정적하장치.
13. 액정이 충진된 용기와, 상기 용기에 충진된 액정을 흡입하여 토출하는 토출펌프 및 상기 토출펌프로부터 토출된 액정을 기판으로 적하하는 노즐로 이루어지며, 상기 스테이지 상부에 설치되어 기판에 액정을 적하하는 액정적하기; 및

    상기 액정적하기와 일체로 형성되어 액정의 적하량을 검출하는 중량계로 구성된 액정적하장치.