KR20060093295A - Rubbing roller for rubbing machine and method for making the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정표시소자의 제조공정에 사용하는 러빙 장치에 관한 것으로서, 특히 러빙 장치에 구비되는 러빙롤러 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 러빙공정에 사용되는 원통형의 러빙롤러로서, 섬유강화복합재료로 이루어진 내층과, 상기 내층의 표면 위에 형성되며 갈바닉 부식을 방지하는 금속재료로 이루어진 부식 방지층과, 상기 부식 방지층의 표면 위에 형성된 도금층을 포함하는 러빙롤러가 제공된다. 상기 러빙롤러에 있어서, 부식 방지의 부식 방지재료는 구리합금 및 아연 합금 계열로 이루어질 수 있다. 상기 러빙롤러에 있어서, 상기 도금층은 크롬 또는 니켈 중 어느 하나로 형성될 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubbing device for use in the manufacturing process of a liquid crystal display device, and more particularly to a rubbing roller provided in the rubbing device and a manufacturing method thereof. According to the present invention, a cylindrical rubbing roller used in a rubbing process, comprising: an inner layer made of a fiber-reinforced composite material, a corrosion preventing layer made of a metal material formed on the surface of the inner layer and preventing galvanic corrosion, and a surface of the corrosion preventing layer. A rubbing roller is provided that includes a plating layer formed thereon. In the rubbing roller, the anti-corrosion material may be made of copper alloy and zinc alloy series. In the rubbing roller, the plating layer may be formed of any one of chromium or nickel.
러빙장치, 러빙롤러, 섬유강화복합재료, 갈바닉 부식, 용사 Rubbing device, rubbing roller, fiber reinforced composite material, galvanic corrosion, thermal spraying
Description
도1은 일반적인 러빙장치를 이용하여 글라스 기판 상에 인쇄된 배향막을 러빙하는 공정을 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing a process of rubbing an alignment film printed on a glass substrate using a general rubbing device.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 러빙롤러의 사시도로서, 표면의 일부를 확대하여 함께 도시한 것이다.Figure 2 is a perspective view of a rubbing roller according to an embodiment of the present invention, and shows a part of the surface enlarged together.
도3은 도2에 도시한 러빙롤러에서 섬유강화복합재료의 섬유배향 구조를 도시한 도면이다.3 is a view showing a fiber orientation structure of the fiber reinforced composite material in the rubbing roller shown in FIG.
도4는 도2의 러빙롤러를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a process of manufacturing the rubbing roller of FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20 : 러빙롤러 30 : 섬유강화복합재료층20: rubbing roller 30: fiber reinforced composite material layer
40 : 부식방지 용사층 50 : 도금층40: anti-corrosion spray layer 50: plating layer
본 발명은 액정표시소자의 제조공정에 사용하는 러빙장치에 관한 것으로서, 특히 러빙장치에 구비되는 러빙롤러 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubbing device for use in the manufacturing process of a liquid crystal display device, and more particularly to a rubbing roller provided in the rubbing device and a manufacturing method thereof.
액정표시소자(Liquid Crystal Display : LCD)는 일반적으로 박막트랜지스터 화소전극이 형성되어 있는 제1 글라스 기판과, 제1 글라스 기판과 마주보며 그 위에 차광막, 컬러필터층과 공통전극이 형성되어 있는 제2 글라스 기판과, 두 기판 사이에 형성되어 있는 액정층으로 구성된다. 이러한 구조의 액정표시소자는 화소전극과 공통전극에 의해 두 기판 사이에 전기장이 형성되어 액정분자들이 구동되고, 그 구동되는 액정분자들을 통해 광투과도가 조절되어 화상이 디스플레이된다. 따라서 액정분자의 배열특성이 응답속도, 시야각, 콘트라스트와 같은 액정표시소자의 특성에 영향을 미치게 된다. 액정분자들을 균일하게 제어하기 위해 두 기판에는 배향막이 형성된다. 일반적으로 배향막은 배향막을 인쇄하는 인쇄공정과, 러빙포를 이용하여 인쇄된 배향막의 표면을 균일하게 문지름으로써 배향막에 미세홈을 형성하는 러빙공정을 통해 형성된다. 배향막에 형성된 미세홈을 따라 액정분자들이 정렬함으로써 액정분자들은 균일하게 배향된다.In general, a liquid crystal display (LCD) has a first glass substrate on which a thin film transistor pixel electrode is formed, and a second glass on which a light shielding film, a color filter layer, and a common electrode are formed on the first glass substrate. It consists of a board | substrate and the liquid crystal layer formed between two board | substrates. In the liquid crystal display of the structure, an electric field is formed between the two substrates by the pixel electrode and the common electrode to drive the liquid crystal molecules, and the light transmittance is adjusted through the driven liquid crystal molecules to display an image. Therefore, the arrangement characteristics of the liquid crystal molecules affect the characteristics of the liquid crystal display device such as response speed, viewing angle, and contrast. In order to uniformly control the liquid crystal molecules, alignment layers are formed on both substrates. In general, the alignment film is formed through a printing process of printing the alignment film and a rubbing process of forming a microgroove in the alignment film by rubbing the surface of the alignment film printed using the rubbing cloth uniformly. The liquid crystal molecules are uniformly aligned by aligning the liquid crystal molecules along the microgrooves formed in the alignment layer.
도1에는 일반적인 러빙장치를 이용하여 글라스 기판 상에 인쇄된 배향막을 러빙하는 공정이 개략적으로 도시되어 있다. 도1을 참조하면, 러빙장치(10a)는 표면에 양면테이프 등으로 러빙포(90a)가 부착된 러빙롤러(20a)와, 글라스 기판(100a)이 고정된 스테이지(80a)를 구비한다. 스테이지(80a)가 러빙롤러(20a)에 대해 상대적으로 이동하고 러빙롤러(20a)가 회전함으로써, 글라스 기판(100a)의 배향막에 미세홈이 형성된다. 러빙공정시 중요한 요소로서 일정한 러빙 각도, 일정한 압력, 일정한 속도, 롤러와 기판간의 평행도, 마찰시 생기는 먼지와 정전기의 제거, 그리고 러빙포의 접착상태 등이다.1 schematically shows a process of rubbing an alignment film printed on a glass substrate using a general rubbing device. Referring to FIG. 1, the
러빙장치에 사용되는 종래의 러빙롤러는 알루미늄 재질의 원통을 가공하여 사용하였다. 그러나 이러한 알루미늄 재질의 러빙롤러는 대형의 액정표시소자 제조공정에는 적절하지 않다. 그것은 알루미늄 재질의 러빙롤러는 그 길이가 길어짐에 따른 자체하중에 의한 처짐으로 롤러와 기판 사이의 평행도를 맞추지 못하기 때문이다. 최근에는 탄소섬유 혹은 유리섬유가 함유된 복합재료(섬유강화복합재료)를 사용한 러빙롤러를 사용함으로써, 러빙롤러의 대형화에 따른 중간부위 처짐량을 최소화하고 있는 추세이다. 그러나 복합재료만으로 구성된 러빙롤러는 많은 문제점을 가지고 있다. 복합재료는 내부에 사용되는 섬유소나 수지에 따라 표면의 거칠기가 일반적인 금속재보다 높고 이물질이 쉽게 발생하여 고정밀의 작업에는 적합하지 않다. 또한, 표면에 부착된 러빙포의 교환을 위해 복합재료와 러빙포를 접착시키는 양면테이프를 벗겼을 때 양면테이프의 점착제가 복합재료 표면에 잔류하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 복합재료 표면 위에 금속층을 형성하여 사용하기도 한다. 이러한 예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0086119호에는 섬유강화 플라스틱으로 형성된 중공 원통부재의 바깥표면에 플라즈마 용사(thermal spray)에 의한 알루미늄 층을 형성하여 제조된 러빙장치용 롤러가 게재되어 있다. 그러나 이러한 구성의 러빙롤러는 복합재료에 사용되는 탄소와 용사된 금속재료(알루미늄) 사이의 전위차에 의한 부식(통상 '갈바닉(galvanic) 부식'이라 한다)이 발생하여 장기간 사용할 수 없다는 문제가 있다Conventional rubbing rollers used in the rubbing device was used by processing a cylinder made of aluminum. However, such aluminum rubbing rollers are not suitable for a large-scale liquid crystal display device manufacturing process. This is because the rubbing roller made of aluminum does not match the parallelism between the roller and the substrate due to the sag caused by its own load as its length increases. Recently, by using a rubbing roller using a composite material (fiber-reinforced composite material) containing carbon fiber or glass fiber, the amount of deflection in the middle part due to the enlargement of the rubbing roller has been minimized. However, rubbing rollers composed of only composite materials have many problems. Composite materials are not suitable for high-precision work because the surface roughness is higher than general metal materials and foreign substances easily occur depending on the fiber or resin used inside. In addition, there is a problem in that the pressure-sensitive adhesive of the double-sided tape remaining on the surface of the composite material when peeling off the double-sided tape for bonding the composite material and the rubbing cloth to replace the rubbing cloth attached to the surface. To solve this problem, a metal layer may be formed on the surface of the composite material. For example, Korean Patent Publication No. 10-2004-0086119 discloses a roller for a rubbing device manufactured by forming an aluminum layer by thermal spraying on the outer surface of a hollow cylindrical member formed of fiber reinforced plastic. have. However, the rubbing roller of this configuration has a problem that it cannot be used for a long time due to the corrosion caused by the potential difference between the carbon used in the composite material and the sprayed metal material (aluminum) (commonly called 'galvanic corrosion').
본 발명의 목적은 대형 기판의 러빙공정에 적합한 러빙롤러 및 그 제조방법 을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a rubbing roller suitable for the rubbing process of a large substrate and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 복합재료의 표면에 금속층이 형성된 러빙롤러로서 갈바닉 부식을 방지함으로써 장기간 사용할 수 있는 러빙롤러 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a rubbing roller which can be used for a long time by preventing galvanic corrosion as a rubbing roller having a metal layer formed on the surface of the composite material.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 강성과 함께 열적으로 용사에 적합한 구조를 갖는 섬유강화복합재료를 구비하는 러빙롤러를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a rubbing roller having a fiber-reinforced composite material having a structure that is thermally suitable for thermal spraying with high rigidity.
본 발명의 일측면에 따르면,According to one aspect of the invention,
러빙공정에 사용되는 원통형의 러빙롤러로서,As a cylindrical rubbing roller used in the rubbing process,
섬유강화복합재료로 이루어진 내층과,An inner layer made of a fiber reinforced composite material,
상기 내층의 표면 위에 형성되며 갈바닉 부식을 방지하는 금속재료로 이루어진 부식 방지층과,A corrosion protection layer formed on the surface of the inner layer and made of a metal material to prevent galvanic corrosion;
상기 부식 방지층의 표면 위에 형성된 도금층을 포함하는 러빙롤러가 제공된다.A rubbing roller is provided that includes a plating layer formed on the surface of the corrosion protection layer.
상기 러빙롤러에 있어서, 부식 방지의 부식 방지재료는 구리합금 및 아연 합금 계열로 이루어질 수 있다.In the rubbing roller, the anti-corrosion material may be made of copper alloy and zinc alloy series.
상기 러빙롤러에 있어서, 상기 도금층은 크롬 또는 니켈 중 어느 하나로 형성될 수 있다.In the rubbing roller, the plating layer may be formed of any one of chromium or nickel.
상기 러빙롤러에 있어서, 상기 내층의 섬유강화복합재료를 이루는 섬유는 탄소섬유일 수 있다.In the rubbing roller, the fiber constituting the fiber reinforced composite material of the inner layer may be carbon fiber.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,
러빙공정에 사용되는 원통형의 러빙롤러를 제조하는 방법으로서,As a method of manufacturing a cylindrical rubbing roller used in the rubbing process,
섬유강화복합재료로 이루어진 원통형의 롤러몸체를 준비하는 단계와,Preparing a cylindrical roller body made of a fiber-reinforced composite material;
상기 롤러몸체의 표면에 갈바닉 부식을 방지하는 금속재료를 용사하여 용사층을 형성하는 단계와,Forming a thermal spray layer by spraying a metal material on the surface of the roller body to prevent galvanic corrosion;
상기 용사층의 표면에 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 러빙롤러 제조방법이 제공된다.There is provided a rubbing roller manufacturing method comprising the step of forming a plating layer on the surface of the sprayed layer.
상기 제조방법에 있어서, 상기 부식방지 용사층을 형성하는 단계에서 상기 부식 방지재료는 구리합금 또는 아연 합금 계열의 금속재료일 수 있다.In the manufacturing method, the anti-corrosion material in the step of forming the anti-corrosion spray layer may be a metal material of copper alloy or zinc alloy series.
상기 제조방법에 있어서, 도금층을 형성하는 단계에서 도금재료는 크롬 또는 니켈일 수 있다.In the above manufacturing method, the plating material in the step of forming a plating layer may be chromium or nickel.
상기 제조방법에 있어서, 상기 용사층이나 도금층의 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the manufacturing method, the method may further include polishing the surface of the thermal spraying layer or the plating layer.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도2를 참조하면, 러빙롤러(20)는 중공의 원통형으로서 바깥쪽으로 가면서 차례대로 형성된 내층(30)과, 용사법에 의해 피복되는 금속재료의 부식 방지층(40), 그리고 도금층(50)을 구비한다. 내층(30)은 러빙롤러(20)의 두께의 대부분을 차지하며, 러빙롤러(20)의 몸체를 형성한다. 내층(30)은 섬유강화복합재료로 형성된다. 섬유로는 탄소섬유가 사용될 수 있으며, 수지로 열경화성 혹은 열가소성 수지 모두가 사용될 수 있다. 섬유강화복합재료로 이루어지는 내층(30)은 높은 강성을 요구 한다. 높은 강성을 위해서는 섬유를 롤러(20)의 중심축선(110)과 평행하도록 배향하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 내층(30) 전체의 섬유를 롤러(20)의 중심축선(110)과 평행하도록 배향하면 원주방향의 갈라짐 현상이 쉽게 발생하고, 원주방향의 열팽창 값이 수지의 열팽창 값에 근접하게 되어 용사되는 외층과의 열팽창에 의해 용사 후 균열이 발생할 수 있다. 또한 두께 편차가 커지게 되어 회전밸런스를 정교하게 제어하기에 적합하지 않다. 이를 개선하기 위해서 도3에 도시한 바와 같이 중심축선(110)에 대하여 섬유가 서로 다른 제1 배향각(θ1)과 제2 배향각(θ2)을 갖도록 형성한다. 본 실시예에서는 제1 배향각(θ1)은 0ㅀ보다 크거나 같고 45ㅀ보다 작거나 같으며, 제2 배향각(θ2)은 45ㅀ보다 크고 90도보다 작은 것으로 한다. 제1 배향각(θ1)을 갖는 부분과 제2 배향각(θ2)을 갖는 부분이 반경방향을 따라 교대로 반복되도록 형성된다. 본 실시 예에서는 제1 배향각(θ1)을 갖는 부분이 내층(30) 두께의 50% 이상을 차지하도록 하고, 제2 배향각(θ2)을 갖는 부분이 내층(30) 두께의 50% 미만을 차지하도록 형성한다. 내층(30)은 러빙롤러(20)에서 처짐을 방지하는 역할을 한다.Referring to FIG. 2, the rubbing
부식 방지층(40)은 갈바닉 부식을 방지하는 구리합금 혹은 아연합금 계열의 금속재료로 용사법에 의해 형성되는 용사층이다. 그러나 본 발명은 부식 방지층의 재료가 이에 제한되는 것은 아니다. 갈바닉 부식을 방지할 수 있는 재료라면 부식 방지층의 재료로서 어느 것이라도 사용할 수 있다.
도금층(50)은 니켈이나 크롬으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명은 도금층(50)의 재료가 이에 제한되는 것은 아니다. 도금층(50)의 표면은 연마 및 버핑 등으로 가공된다.The
도시되지는 않았으나, 러빙공정 시에는 러빙롤러(20)의 표면(즉, 도금층(50)의 표면)에 러빙포를 양면테이프와 같은 수단으로 부착하여 사용하게 된다.Although not shown, in the rubbing process, a rubbing cloth may be attached to the surface of the rubbing roller 20 (that is, the surface of the plating layer 50) by means such as double-sided tape.
도4에는 도2에 도시한 러빙롤러의 제조과정을 보여주는 순서도가 도시되어 있다. 도4를 참조하면, 러빙롤러를 제조하는 과정은 롤러몸체를 제조하는 단계(S1)와, 용사층을 형성하는 단계(S2)와, 도금층을 형성하는 단계(S3)와, 도금층을 기계 가공하는 단계(S4)를 구비한다. 롤러몸체를 제조하는 단계(S1)에서는, 롤러몸체가 중공의 원통형상을 갖도록 섬유강화복합재료를 이용하여 프리프레그(prepreg)를 감아서 제조될 수도 있고, 연속섬유를 이용하는 필라멘트 와인딩(filament winding) 방법으로 제조될 수도 있다. 이때, 도3에 도시한 바와 같이 중심축선(110)에 대하여 섬유가 서로 다른 제1 배향각(θ1)과 제2 배향각(θ2)을 갖도록 형성한다. 본 실시예에서는 제1 배향각(θ1)은 0ㅀ보다 크거나 같고 45ㅀ보다 작거나 같으며, 제2 배향각(θ2)은 45ㅀ보다 크고 90도보다 작은 것으로 한다. 제1 배향각(θ1)을 갖는 부분과 제2 배향각(θ2)을 갖는 부분이 반경방향을 따라 교대로 반복되도록 형성된다. 본 실시예에서는 제1 배향각(θ1)을 갖는 부분이 내층(30) 두께의 50% 이상을 차지하도록 하고, 제2 배향각(θ2)을 갖는 부분이 내층(30) 두께의 50% 미만을 차지 하도록 형성한다. 이후 일정온도로 유지된 오븐이나 오토클레이브(autoclave)에서 경화공정을 거치게 된다.4 is a flow chart showing a manufacturing process of the rubbing roller shown in FIG. Referring to FIG. 4, the process of manufacturing the rubbing roller includes manufacturing a roller body (S1), forming a thermal spray layer (S2), forming a plating layer (S3), and machining the plating layer. Step S4 is provided. In the step of manufacturing the roller body (S1), the roller body may be manufactured by winding a prepreg using a fiber-reinforced composite material such that the roller body has a hollow cylindrical shape, or a filament winding using continuous fibers. It may also be prepared by the method. In this case, as shown in FIG. 3, the fibers are formed to have different first and second alignment angles θ 1 and θ 2 with respect to the
용사층을 형성하는 단계(S2)는 용사재료를 복합재층 위에 용사하여 피복함으로써 이루어진다. 용사법은 연소 또는 전기에너지를 이용하여 용사재료를 가열하고 용융 또는 그것에 가까운 상태로 한 입자를 피용사체에 뿌려 피복을 형성하는 방법으로서, 현재 선박 등의 대형 구조물의 수리 등에 많이 사용되고 있다. 본 실시 예에서 사용되는 용사법은 플라즈마 용사법 또는 아크 용사법이며, 용사소재로는 구리 합금 및 아연 합금 계열 등이 될 수 있다. 용사 시 도포량이 고르게 될 수 있도록 알맞은 속도를 유지한다.Forming the thermal spraying layer (S2) is achieved by spraying and coating a thermal spraying material on the composite layer. The thermal spraying method is a method of forming a coating by spraying a sprayed material using combustion or electric energy, and spraying the molten or near particles to a target to form a coating, and is currently used for repairing large structures such as ships. The thermal spraying method used in the present embodiment is a plasma spraying method or an arc spraying method, and the thermal spraying material may be a copper alloy or zinc alloy series. Maintain an appropriate speed to spray evenly.
도금층을 형성하는 단계(S3)는 무전해 도금 혹은 전해도금 방식으로 니켈이나 크롬 등으로 형성할 수 있다. Forming the plating layer (S3) may be formed of nickel or chromium by electroless plating or electroplating.
도금층을 연마하는 단계(S4)는 도금층의 표면을 연마하는 단계로서, 도금층 표면의 조도(roughness)를 일정수준으로 맞추게 된다. 기계적 연마로는 래핑가공이 사용될 수 있다.Polishing the plating layer (S4) is a step of polishing the surface of the plating layer, to adjust the roughness (roughness) of the surface of the plating layer to a certain level. Lapping may be used as mechanical polishing.
본 발명의 구성을 따르면 앞에서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 러빙롤러의 몸체가 복합재료로 이루어지므로 대형 액정표시소자의 제조에 적합하다. 그리고 복합재료로 이루어진 몸체 외부에 용사에 의한 금속성의 외층이 형성되므로 파티클의 생성이 방지된다. 또한 복합재료의 탄소섬유와 전위차에 따른 부식을 방지할 수 있는 금속재료로 용사층이 형성되므로 롤러를 장 기적으로 사용할 수 있다.According to the configuration of the present invention can achieve all the objects of the present invention described above. Specifically, since the body of the rubbing roller is made of a composite material, it is suitable for manufacturing a large liquid crystal display device. In addition, since a metallic outer layer is formed on the outside of the body made of a composite material, the generation of particles is prevented. In addition, since the thermal spray layer is formed of a metal material that can prevent corrosion due to the carbon fiber and the potential difference of the composite material, the roller can be used for a long time.
이상 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention and that such modifications and variations also fall within the present invention.
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