KR20100075179A - 광 조사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 배향막의 광 배향 처리를 위한 광 조사 장치에 관한 것이다.
개시된 본 발명의 광 조사 장치는 자외선을 발생하는 광원과, 광원으로부터 발생한 자외선을 편광시키는 편광부와, 편광부로부터 편광된 광의 스팩트럼에서 광 배향을 위한 유효파장을 제외한 파장을 차단하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 조사 장치{Light irradiation apparatus}
본 발명은 액정표시장치의 배향막의 광 배향 처리를 위한 광 조사 장치에 관한 것이다.
표시장치 시장은 기존의 음극선관(CRT: Cathode Ray Tube)을 대신해 경량 박형인 평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display) 위주로 급속히 변화해 왔다.
평판 디스플레이는 액정표시장치 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 전계방출 표시장치(FED: Field Emission Display), 플라즈마 표시장치(PDP: Plasma Display Panel) 및 유기전계발광 표시장치(OLED: Organic electro luminescence Display device) 등이 있다.
이 중 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정표시패널과 상기 액정표시패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부와 상기 액정표시패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛으로 크게 구분될 수 있다.
상기 액정표시패널은 일정 공간을 가지고 합착된 제1 및 제2 기판과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
제1 기판에는 일방향으로 배열된 복수의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 교차하여 배열된 복수의 데이터 라인과, 상기 게이트 및 데이터 라인의 교차영역에 형성된 박막 트랜지스터를 포함한다. 여기서, 제1 기판에는 상기 게이트 및 데이터 라인이 교차하여 정의되는 다수의 화소영역을 포함한다.
제2 기판에는 상기 화소영역을 제외한 영역의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스와, 컬러를 표현하기 위한 컬러필터를 포함한다.
또한, 상기 제1 및 제2 기판 상에는 배향막이 각각 형성된다.
상기 배향막을 형성하기 위한 배향방법으로는 러빙 방법이 주로 사용되고 있다.
상기 러빙 방법은 기판 상에 폴리이미드(PI: polyimide)와 같은 배향물질을 도포한 후, 러빙포를 이용하여 기계적 마찰을 일으켜 배향 방향을 유발하는 방법으로써, 대면적화와 고속처리가 가능하여 많이 사용되고 있다.
그러나, 러빙 방법은 마찰 강도에 따라 배향막에 형성되는 미세홈의 형태가 변하게 되어 액정 분자의 배열이 일정하지 않은 문제점이 있으며, 이로 인해 불규칙한 위상 왜곡과 광 산란에 의해 액정표시장치의 성능을 저하시키는 우려가 있다.
또한, 러빙 방법은 러빙처리 시에 발생하는 먼제 및 정전기에 의해 수율이 감소하는 문제가 있다.
최근에는 이러한 러밍방법의 문제점을 해결할 수 있는 광 배향 기술이 다각적으로 연구되고 있다. 그 중에서도 편광된 UV를 고분자 필름에 조사함으로써, 액정 배향막을 제조하는 광 배향 기술이 각광을 받고 있다.
UV를 이용하는 광 배향방법은 상기 러빙방법과 달리 먼지 및 정전기를 발생 시킬 우려가 없고, 그로 인한 수율 감소 문제점도 해걀할 수 있다. 또한, 광 배향방법은 배향막 전면에 걸쳐 액정분자를 균일하게 배열시키고, 배열 정렬도를 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
그러나, 광 배향방법은 광 배향을 위한 유효파장 이하의 단파장이 고분자 필름에 조사되어 필요하지 않은 부반응(광산화반응 등)이 발생하고, 상기 부반응에 의해 카르복시산이 생성된다. 상기 카르복시산은 액정표시장치의 잔상에 큰 영향을 미치는 관능기로써, 최근에는 광 배향방법의 치명적인 문제가 제기되고 있다.
본 발명은 액정표시장치의 배향막을 광 배향할 수 있는 광 조사 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치는,
자외선을 발생하는 광원;
상기 광원으로부터 발생한 자외선을 편광시키는 편광부; 및
상기 편광부로부터 편광된 광의 스팩트럼에서 광 배향을 위한 유효파장을 제외한 파장을 차단하는 필터부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광원으로부터 발생한 광 중에 광 배향을 위한 유효파장을 제외한 단파장(예를 들면, 230㎚ 이하) 또는 장파장(예를 들면, 300㎚ 이상)을 차단하는 필터부가 구비되어 부반응(광산화반응)에 의한 카르복시산 생성을 억제하여 잔상발생을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광 배향을 위한 유효파장의 피크가 높은 램프 또는 유효파장의 광 스팩트럼을 많이 가지는 램프를 사용하므로써, 광 배향 속도를 빠르게 하여 제조시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제조시간이 단축되어 부반응(광산화반응)에 의한 카르복시산 생성을 억제하여 잔상발생을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 조사 장치는 소광비(P편광과 S편 광의 비율)를 조절하여 미리 설정된 타겟으로 배향물질의 이방성 도달 시간을 단축시켜 제조시간을 줄이고, 제조시간이 단축됨에 따라 부반응(광산화반응)에 의한 카르복시산 생성을 억제하여 잔상발생을 개선할 수 있는 효과가 있다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 액정표시장치의 단위 화소를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시장치는 컬러필터가 형성된 상부 기판(120)과 어레이 라인이 형성된 하부 기판(130)이 서로 대향하고 있으며, 상기 상부 및 하부 기판(120, 130) 사이에는 액정층(150)이 개재된다.
도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 상기 하부 기판(130)은 제1 투명 기판(110) 상에 게이트 라인(미도시)으로부터 연장된 게이트 전극(132)이 형성되며, 상기 게이트 전극(132)의 상부 전면에는 게이트 절연막(115)이 형성된다.
상기 게이트 절연막(115) 상에는 상기 게이트 전극(132)의 일부와 중첩되는 소스 전극(136)과, 상기 소스 전극(136)과 이격된 드레인 전극(138)이 형성되며, 상기 소스 전극(136)은 상기 게이트 라인(미도시)과 수직하게 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 라인(미도시)으로부터 연장된다. 여기서, 상기 게이트 전극(132)과 상기 소스/드레인 전극(136, 138) 사이에는 채널영역으로 반도체층(133) 및 오믹콘택층(134)이 형성된다.
상기 게이트 전극(132), 반도체층(133), 오믹콘택층(134), 소스/드레인 전극(136, 138)은 박막 트랜지스터(T)의 구성으로 정의된다.
상기 소스 및 드레인 전극(136, 138) 상부 전면에는 보호막(145)이 형성되며, 상기 드레인 전극(138)의 일부가 노출되는 드레인 콘택홀(CH1)을 통해 드레인 전극(138)과 접촉되는 화소전극(140)이 형성되고, 상기 화소전극(140) 상부 전면에 액정의 배향 방향을 제어하는 하부 배향막(148)이 형성된다.
상부 기판(120)은 제2 투명기판(10) 상에 일정한 간격을 두고 비표시 영역을 차단하기 위한 블랙 매트릭스 패턴(122)이 형성되고, 표시영역에 대응되어 적색, 녹색 및 청색 컬러필터(124)가 형성된다. 여기서, 상기 블랙 매트릭스(122)는 상기 컬러별 경계영역에 대응된다.
상기 적색, 녹색 및 청색 컬러필터(124) 상에는 공통전극(126)이 형성되고, 상기 공통전극(126) 상에는 하부 배향막(148)과 대향되는 상부 배향막(149)이 형성된다.
이상에서와 같은 액정표시장치의 상부 및 하부 배향막(148, 149)을 형성하는 광 배향을 위한 광 조사 장치에 관해 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터를 이용한 자외선의 스팩트럼을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치는 자외선을 발생시키는 광원(170)과, 상기 광원(170)으로부터 발생된 지외선을 일방향으로 집광시키는 집광부(171)와, 상기 광원(170)으로부터 발생된 자외선을 확산 및 집광시키는 렌즈(173)와, 상기 렌즈(173)로부터 발생된 광을 편광시키는 편광부(175)와, 상기 편광부(175)로부터의 광의 특정 파장대를 통과시키는 필터부(177)와, 상기 필터부(177)로부터의 광을 기판(100)에 조사하는 콜리메이터(Collimator, 179)를 포함한다.
상기 편광부(175)는 복수의 석영 기판부(176)를 포함한다. 예를 들어 4개의 석영 기판부(176)가 적층된 경우, 비편광된 광은 상기 편광부(175)로부터 출사하여 편광된 광이 된다.
상기 비편광된 광은 브루스터 각(B:Brewster's angle)을 가지며 상기 편광부(175)로 입사되는데, 광의 일부는 반사되고, 다른 일부는 투과되어 기판(100) 상에 형성된 배향막으로 편광된 광이 조사된다.
여기서, 상기 브루스터 각은 수평선(horizontal line)과 석영 기판부(176)의 기울인 각도로 정의된다.
상기 편광부(175)로부터 편광된 광은 일정한 편광도를 가진다. 여기서, 상기 편광도는 비편광된 광과 편광된 광의 전체 광에서 편광된 광의 비율을 나타낸다.
따라서, 편광도는 다음 식을 만족한다.
Figure 112008088990725-PAT00001
여기서, P는 편광도이며, Ip는 편광된 광, Iu는 비편광된 광이다.
따라서, 편광도기 0이면, 비평광된 광을 의미하며, 편광도가 1이면 편광된 광을 의미한다.
필터부(177)는 광의 스팩트럼에서 특정 영역만을 통과시키는 기능을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(177)는 카르복시산을 생성하는 부반응을 유발하는 단파장 영역을 제거하는 기능을 가진다.
필터부(177)는 광 배향을 위한 유효파장 이하의 단파장(예를 들면, 250㎚ 이하)을 차단하여 상기 부반응(광산화반응)을 억제한다.
즉, 필터부(177)는 상기 단파장(예를 들면, 250㎚ 이하)을 제거하기 위해 하이 패스 필터(high pass filter)인 것이 바람직하다. 여기서, 본 발명에서는 일 실시예로 250㎚ 이하의 파장대를 차단하는 하이 패스 필터를 한정하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 하이 패스 필터의 종류에 따라 파장대의 범위는 변경될 수 있다.
또한, 본 발명의 필터부(177)는 유효파장 이하의 단파장(예를 들면, 250㎚ 이하)를 차단하는 하이 패스 필터를 구비한 광 조사 장치를 한정하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 광 배향을 위한 유효파장 이상의 장파장(예를 들면, 300㎚ 이상)을 제거하기 위한 로우 패스 필터(low pass filter)가 구비될 수도 있다. 여기서, 로우 패스 필터는 종류에 따라 차단할 수 있는 파장대의 범위가 변경될 수 있다.
또한, 본 발명의 필터부(177)는 상기 하이 패스 필터와 로우 패스 필터가 모두 구비되어 특정 파장대(예를 들면, 250㎚ 내지 300㎚) 만이 기판에 조시될 수 있도록 설정될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치는 광원으로부터 발생한 광 중에 광 배향을 위한 유효파장을 제외한 단파장(250㎚ 이하) 또는 장파장(300㎚ 이상)을 차단하는 필터부(177)가 구비되어 부반응(광산화반응)에 의한 카르복시산 생성을 억제하여 잔상발생을 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 조사 장치에 적용된 광원의 스팩트럼을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 광 조사 장치에 적용된 광원에 따른 광 배향 시간을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 조사 장치는 지외선을 발생시키는 광원의 스팩트럼을 분석한 후, 광 배향을 위한 유효파장대의 스팩트럼의 수치가 높은 광원을 구비한다.
제1 램프(Lamp A)의 광 스페트럼은 광 배향을 위한 유효파장(200㎚ 내지 330㎚)의 피크(peak)가 낮은 램프이며, 제2 램프(Lamp B)의 광 스팩트럼은 광 배향을 위한 유효파장(200㎚ 내지 330㎚)의 영역에서 피크(peak)가 고르게 높은 램프이다.
제2 램프(Lamp B)는 상기 제1 램프(Lamp A)보다 광 배향에 있어서, 미리 설정된 배향 물질의 이방성 도달 수치가 5배 내지 수백배 빠른 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 조사 장치는 광 배향을 위한 유효파장(200㎚ 내지 330㎚)의 피크(peak)가 높은 램프 또는 유효파장(200㎚ 내지 330㎚)의 광 스팩트럼을 많이 가지는 램프를 사용하므로써, 광 배향 속도를 빠르게 하여 제조시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제조시간이 단축되어 부반응(광산화반응)에 의한 카르복시산 생성을 억제하여 잔상발생을 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 조사 장치의 편광부의 소광비에 따른 배향물질의 이방성 도달시간을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 조사 장치는 편광부의 소광비를 조절하여 미리 설정된 배향물질의 이방성 도달 시간을 단축 시킬 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 조사 장치는 편광부(도2의 175)로부터 편광되는 소광비, 예를 들면, P편광과 S편광의 비율을 조절한다.
도면에서는 소광비(P편광과 S편광의 비율)를 20:1, 34:1로 설정하여 이방성 도달 시간의 시뮬레이션 데이터를 나타낸다.
타겟 이방성이 동일한 경우, 소광비(P편광과 S편광의 비율)가 20:1보다 34:1의 시간이 단축됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 광 조사 장치는 S편광 대비 P편광되는 광의 비율을 높여 광 배향 시간을 줄일 수 있다.
본 발명에서는 배향물질에 종류에 따라 상기 소광비를 조절할 수 있으며, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 소광비를 20:1, 34:1로 한정하여 설명하고 있지만, 3:1 내지 200:1 범위에서 변경 가능하다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 조사 장치는 소광비(P편광과 S편광의 비율)를 조절하여 미리 설정된 타겟으로 배향물질의 이방성 도달 시간을 단축시켜 제조시간을 줄이고, 제조시간이 단축됨에 따라 부반응(광산화반응)에 의한 카르복시산 생성을 억제하여 잔상발생을 개선할 수 있다.
이상에서 설명한 3개의 실시예에 따른 광 조사 장치는 자외선의 특정 파장대를 차단하거나, 광 배향을 위한 유효파장의 스팩트럼 피크를 가지는 광원을 선택하 거나, 소광비(P편광과 S편광의 비율)를 조절하여 광 배향을 위한 제조 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부반응(광산화반응)에 의한 카르복시산 생성을 억제하여 잔상발생을 개선할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 액정표시장치의 단위 화소를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터를 이용한 자외선의 스팩트럼을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 조사 장치에 적용된 광원의 스팩트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 광 조사 장치에 적용된 광원에 따른 광 배향 시간을 나타낸 도면이다
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 조사 장치의 편광부의 소광비에 따른 배향물질의 이방성 도달시간을 나타낸 도면이다.

Claims (7)

  1. 자외선을 발생하는 광원;
    상기 광원으로부터 발생한 자외선을 편광시키는 편광부; 및
    상기 편광부로부터 편광된 광의 스팩트럼에서 광 배향을 위한 유효파장을 제외한 파장을 차단하는 필터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 필터부는 단파장을 차단하는 하이 패스 필터(high pass filter)인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 단파장은 250㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 필터부는 장파장을 차단하는 로우 패스 필터(low pass filter)인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 장파장은 300㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 광 배향을 위한 스팩트럼의 유효파장(200㎚ 내지 330㎚)의 피치가 높은 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 편광부는 소광비(P편광과 S편광의 비율)가 3:1 내지 200:1 인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
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