KR20110074349A - 액정표시장치용 액정분사장치 및 이를 이용한 액정층 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 셀갭을 갖는 액정표시장치용 액정분사장치 및 이를 이용한 액정셀의 액정층 형성방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 액정을 스프레이 방식을 통해 미세 입자 형태로 분사하는 것이다. 이로 인하여, 기판 상에 액정을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 액정주입 공정은 가압부를 통해 압력을 가해 액정을 분사함으로써, 액정의 점도에 관계없이 액정을 균일하게 도포할 수 있으며, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있다.
액정, 블루상 액정, 고점도, 스프레이, 액정표시장치

Description

액정표시장치용 액정분사장치 및 이를 이용한 액정층 형성방법 {liquid crystal spray device for liquid crystal display device and liquid crystal layer formative method using thereof}
본 발명은 액정표시장치의 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 셀갭을 갖는 액정표시장치용 액정분사장치 및 이를 이용한 액정셀의 액정층 형성방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들 평판표시 장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이중 특히 액정표시장치는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고 동화상 표시에 적합하며 소비전력이 적다는 특징을 보여 노트북, 모니터, TV 등의 다양한 분야에서 활용되고 있는데, 이의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다.
즉, 일반적인 액정표시장치는 액정구동을 위한 어레이층(array layer)과 컬러구현을 위한 컬러필터층(color-filter layer)이 갖추어진 제 1 및 제 2 기판 사이로 액정층을 개재해서 합착시킨 액정패널을 필수구성요소로 하며, 이는 내부의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 발생시키게 된다.
이러한 액정패널의 투과율 차이는 그 배면에 놓인 백라이트(back light)의 빛을 통해 컬러필터의 색 조합이 반영되어 컬러화상의 형태로 디스플레이 된다.
한편, 일반적인 액정표시장치 제조공정은 제 1 및 제 2 기판을 얻기 위한 기판제조공정과, 액정패널을 완성하는 셀(cell)공정 그리고 액정패널과 백라이트를 일체화시키는 모듈(module)공정으로 구분될 수 있다.
이중 기판제조공정에서는 박막증착(thin film deposition), 포토리소그라피(photo-lithography), 식각(etching) 등의 과정을 수 차례 반복해서 각 기판에 어레이층과 컬러필터층을 구현하고, 셀공정에서는 제 1 또는 제 2 기판 중 어느 하 나에 합착을 위한 씰패턴(seal pattern)을 형성한 후 액정층을 사이에 두고 양 기판을 대면 합착시켜 액정패널을 완성하며, 이렇게 완성된 액정패널은 모듈공정에서 편광판과 구동회로 등이 부착된 후 백라이트와 일체화되어 액정표시장치를 이룬다.
이때, 셀 공정에서, 제 1 및 제 2 기판 사이에 액정층을 개재하는 공정은 통상적으로, 모세관 현상과 압력 차이를 이용한 진공주입방법을 통해 양 기판의 합착 후 액정주입구를 통해서 액정을 주입하는 방법을 사용한다.
그러나, 이러한 진공주입방법은 액정셀 공정에서 가장 긴 시간을 요하며, 액정 주입이 끝단 후에는 액정셀의 주입구를 막아줘야 하는 봉지공정을 더욱 필요로 하기 때문에 공정효율 및 생산수율이 저하되는 문제점이 있다.
특히, 액정이 모노머 및 광개시제 등을 함유하고 있을 경우, 도 1에 도시한 바와 같이 성분 별로 이들의 상분리가 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 제 1 및 제 2 기판을 합착하기 전 단계에서 어느 하나의 기판 상에 액정을 포인트 도팅(point dotting) 단위로 적하하는 디스펜서(dispenser) 방식에 의해 액정을 적하하는 방법이 최근 각광받고 있는 실정이다.
그러나, 이와 같은 디스펜서 방식 또한 최근 액정표시장치가 대형화되어 가고, 새로운 재료들의 출현에 의해 몇 가지 문제점을 갖게 된다.
우선, 액정을 도포하는 기판의 대형화로 인해 기판 상의 포인트 도팅 수가 증가됨으로써, 공정시간이 길어지게 된다. 이에 도포 공정시간을 줄이기 위해, 포인트 도팅 양을 늘리게 되면 액정적하 공정 후, 제 1 및 제 2 기판을 합착공정 시 합착 평탄도를 저하시키게 된다.
이는 셀갭을 불균일하게 하여 도 2에 도시한 바와 같이, 화면얼룩과 같은 문제를 발생시키게 된다.
또한, 응답속도가 빠르며 별도의 러빙공정이 필요없어, 새로운 표시장치의 액정재료로 각광받고 있는 블루상(blue phase) 액정의 경우에는, 일반적인 액정에 비해 점도가 매우 높아, 앞서 전술한 액정적하 방식들을 통해 블루상 액정을 주입하기에는 무리가 있다.
이에, 최근에는 액정의 점도에 상관없이 액정적하 공정의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 새로운 액정주입 공정을 요하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정의 점도에 상관없이 액정주입 공정의 효율성 및 생산성을 향상시키는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 액정셀의 셀갭을 균일하게 하고, 화면얼룩과 같은 문제점을 방지하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 액정을 적하하는 액정분사장치로서, 상기 액정이 충진되며, 내부에 압력을 가하는 가압부를 포 함하는 시린지와; 상기 시린지 내의 상기 액정을 압송하는 관로를 통해 상기 시린지와 연결되며, 다수의 미세분사구가 구비되어 상기 액정을 상기 기판 상에 스프레이 방식으로 분사하는 노즐을 포함하며, 상기 미세분사구가 형성된 상기 노즐의 가장자리를 두르며, 하방으로 기체를 분사하는 에어커튼이 구성된 액정분사장치를 제공한다.
여기서, 상기 노즐에는 상기 액정을 미세 입자 형태로 변환시키기 위한 공압부가 구비되며, 상기 공압부를 통해 상기 노즐 내부로 공기, N2, H2등의 가스가 공급된다.
이때, 상기 노즐에는 상기 액정을 미세 입자 형태로 변환시키기 위한 초음파 변환자가 구비되며, 상기 초음파 변환자에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단이 외부에 구비된다.
그리고, 상기 노즐에는 충진된 상기 액정을 가열하는 가열수단을 포함하며, 상기 가열수단은 상기 시린지 내부 또는 외부에 형성된다.
이때, 상기 기판의 가장자리를 가리는 가이드를 포함하며, 상기 가이드는 제 1 면과, 상기 제 1 면에서 하향 절곡되는 제 2 면으로 구성된다.
또한, 본 발명은 기판 상에 액정을 적하하는 액정분사장치로서, 상기 시린지 내의 상기 액정을 압송하는 관로를 통해 상기 시린지와 연결되며, 전기적 극성을 가져, 상기 액정을 미세 입자 형태로 상기 기판 상에 스프레이 방식으로 분사하는 노즐을 포함하는 액정분사장치를 제공한다.
이때, 상기 액정의 분사각도를 조절하기 위해 상기 노즐과 인접하도록 가드판이 구비되며, 상기 가드판은 상기 노즐의 극성과 동일한 극성을 갖는다.
그리고, 상기 가드판은 상기 노즐의 극성과 반대의 극성을 갖는다.
또한, 본 발명은 실패턴이 형성된 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판의 네 가장자리를 따라 가이드를 구비하는 단계와; 상기 기판의 상부에 소정 간격 두고 액정분사장치를 위치하는 단계와; 상기 기판 상에 미세 입자 형태의 액정을 스프레이(spray) 방식으로 분사하는 단계를 포함하는 액정층 형성방법을 제공한다.
이때, 상기 가이드는 제 1 면과, 상기 제 1 면에서 하향 절곡되는 제 2 면으로 구성되며, 상기 제 1 면이 상기 실패턴을 가리는 것을 특징으로 하며, 상기 액정분사장치는 시린지, 관로, 노즐 그리고 노즐의 가장자리를 두르며 하방으로 기체를 분사하는 에어커튼을 포함하고, 상기 액정을 분사하는 단계는, 상기 액정이 채워진 상기 시린지에 소정의 압력을 가하는 단계와; 상기 액정이 상기 관로를 통해 상기 노즐로 압송되는 단계와; 상기 압송된 액정이 상기 노즐의 다수의 미세분사구를 통해 외부로 분사되는 단계를 포함하며, 상기 분사되는 액정은 상기 에어커튼을 통해 비산(飛散)이 방지된다.
그리고, 상기 액정을 분사하기 전에, 상기 액정은 초음파에 의해 미세입자 형태로 변화하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 액정을 분사하기 전에, 상기 액정은 가열수단에 의해 가열되어 미세입자 형태로 변화하는 단계를 더욱 포함한다.
여기서, 상기 액정분사장치는 시린지, 관로, 노즐을 포함하고, 상기 액정을 분사하는 단계는, 상기 액정이 채워진 상기 시린지에 소정의 압력을 가하는 단계 와; 상기 액정이 상기 관로를 통해 상기 노즐로 압송되는 단계와; 상기 노즐에 극성의 전압을 인가하는 단계와; 상기 압송된 액정이 상기 노즐의 다수의 미세분사구를 통해 외부로 분사되는 단계를 포함하는 액정층 형성방법을 제공한다.
상기 노즐에 극성의 전압을 인가하는 단계는, 상기 노즐과 인접하도록 가드판이 구비되며, 상기 가드판에는 상기 노즐에 인가되는 극성의 전압과 동일 극성의 전압이 인가되며, 상기 노즐에 극성의 전압을 인가하는 단계는, 상기 노즐과 인접하도록 가드판이 구비되며, 상기 가드판에는 상기 노즐에 인가되는 극성의 전압과 반대 극성의 전압이 인가된다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 액정을 스프레이 방식을 통해 미세 입자 형태로 분사함으로써, 기판 상에 액정을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명의 액정주입 공정은 가압부를 통해 압력을 가해 액정을 분사함으로써, 액정의 점도에 관계없이 액정을 균일하게 도포할 수 있는 효과가 있으며, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조공정을 단계적으로 도시한 흐름도이다.
액정표시장치는 먼저, TFT-LCD 셀(cell) 공정(St10)을 진행하는데, 이러한 셀 공정(St10)을 통해 액정셀을 형성한다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, TFT-LCD 셀 공정(St10)은 크게 컬러필터기판과 어레이기판 형성(St11), 배향막 형성(St12), 실패턴 및 스페이서 형성(St13), 액정주입(St14), 합착(St15), 절단(St17) 그리고, 검사공정(St17)으로 이루어진다.
이에, TFT-LCD 셀 공정(St10)의 제 1 단계(St11)는, 컬러필터기판인 상부기판과 어레이기판인 하부기판을 각각 형성한 후, 배향막을 도포하기 전에 기판 상에 존재할 수 있는 이물질을 제거하기 위한 과정으로 초기세정하는 단계이다.
이때, 어레이기판 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결된다.
그리고 컬러필터기판 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비되고, 이들을 덮는 투명 공통전극이 구비된다.
제 2 단계(St12)는, 컬러필터기판과 어레이기판 상에 배향막을 형성하는 단계이며, 제 3 단계(St13)는, 컬러필터기판과 어레이기판 사이에 개재될 액정이 새지 않도록 실패턴을 인쇄하고, 컬러필터기판과 어레이기판 사이의 갭을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해 일정한 크기의 스페이서를 산포하는 공정이다.
TFT-LCD 셀 공정(St10)의 제 4 단계(St14)는, 양 기판 중 선택된 한 기판 상에 액정을 주입하는 단계이며, 제 5 단계(St15)는, 컬러필터기판과 어레이기판의 합착공정 단계이며 이후, 기판을 셀 단위로 절단하는 제 6 단계(St16)를 진행한다.
이때, 본 발명은 스프레이(spray) 방식을 통해 액정을 분사하는 것을 특징으로 한다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
마지막으로 TFT-LCD 셀 공정(St10)의 제 7 단계(St17)는 액정셀의 검사 공정이다. 검사 공정을 거쳐 양질의 액정셀을 선별하게 된다.
이로써, TFT-LCD 셀(cell) 공정(St10)이 완료되며, 액정셀을 완성하게 된다.
다음으로, 완성된 액정셀의 어레이기판 및 컬러필터기판의 각 외측으로 편광판을 부착하는 편광판 부착공정(St20)을 진행하는데, 편광판은 액정셀을 중심으로 양면에서 광원을 직선광으로 바꿔주는 역할을 한다.
그리고, 다음으로 구동회로 부착공정(St30)을 진행하는데, 구동회로는 액정셀의 어레이기판과 전기적 신호를 연결하는 구동회로를 테이프 캐리어 패키지(Tape carrier package : TCP) 상에 직접 실장하는 TAB방식으로, 액정셀에 부착한다.
이로써, 실제 구동 가능한 액정패널을 완성하게 된다.
이 같은 구동회로는 액정패널의 게이트라인으로 박막트랜지스터의 온/오프(on/off) 신호를 스캔 전달하는 게이트구동회로 그리고 데이터라인으로 프레임별 화상신호를 전달하는 데이터구동회로로 구분되어 액정패널의 서로 인접한 두 가장자리로 위치될 수 있다.
이에 상술한 구조의 액정패널은 스캔 전달되는 게이트구동회로의 온/오프(on/off) 신호에 의해 각 게이트라인 별로 선택된 박막트랜지스터가 온(on) 되면 데이터구동회로의 신호전압이 데이터라인을 통해서 해당 화소전극으로 전달되고, 이에 따른 화소전극과 공통전극 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율 차이를 나타낸다.
다음은 셀 테스트 공정(St40)으로, 셀 테스트 공정은 구동회로까지 부착된 하나의 액정패널이 완성되면 이를 완전히 구동하여 디스플레이 가능한지를 검사한다.
이러한 검사 공정을 거쳐 양질의 액정패널을 선별하게 된다.
다음은 백라이트 유닛 조립 및 케이스 조립공정(St50)으로, 백라이트 유닛 조립공정은 액정패널 하면에 광원과, 광원을 가이드 하는 광원가이드와, 광원으로부터 입사된 빛을 액정패널 방향으로 진행하게 하는 도광판 및 다수의 광학시트를 포함한다.
또는, 이상의 설명에 있어서 도광판을 사용하는 에지(edge)형 방식에 대해 설명하였지만, 도광판을 생략한 상태로 다수개의 광원을 액정패널 하부에 나란하게 배열하는 직하(direct)형도 가능하다.
이때, 광원으로는 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드 램프(light emitting diode lamp)를 광원으로 이용할 수도 있다.
백라이트 유닛 조립공정 후 케이스 조립을 한다. 케이스 조립은 탑커버과 서포트메인 그리고 커버버툼을 통해 모듈화 되는데, 탑커버는 액정패널의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이"ㄱ"형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버의 전면을 개구하여 액정패널에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널 및 백라이트 유닛이 안착하여 액정표시장치모듈 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이의 네 가장자리를 소정높이 수직 절곡하여 구성한다.
또한, 이러한 커버버툼 상에 안착되며 액정패널 및 백라이트 유닛의 가장자리를 두르는 서포트메인이 탑커버 및 커버버툼과 조립 체결되어 액정표시장치모듈을 완성한다.
한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 액정표시장치는 TFT-LCD 셀 공정(St10)의 액정주입 공정(St14)에서, 액정을 스프레이 방식으로 기판 상에 분사함으로써, 액정을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있다.
또한, 액정주입 공정(St14)의 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 액정주입 공정(St14)은 액정의 점도에 관계없이 액정을 균일하게 도포할 수 있으며, 액정주입 공정(St14)의 시간을 현저히 줄일 수 있다.
- 제 1 실시예 -
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 스프레이 방식을 채택한 액정주입 시 스템을 개략적으로 도시한 공정시스템이며, 도 4b는 노즐의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
설명에 앞서, 액정(117)을 분사하는 기판(111)은 앞서 전술한 TFT-LCD 셀 공정(St10)의 제 3 단계(St13)에서 실패턴(113)이 인쇄된 기판(111)을 일예로 하여 설명하도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 실패턴(113)이 형성된 기판(111)이 구비되며, 기판(111)의 상부에는 기판(111)과 소정 간격을 두고, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)를 위치한다.
여기서, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)는 액정(117)이 채워지는 시린지(210)와 시린지(210) 내부의 액정(117)을 외부로 분사하기 위한 노즐(220)로 구성하며, 시린지(210)와 노즐(220)은 관로(230)를 통해 연결한다.
여기서, 노즐(220)은 다른 부분보다 상대적으로 작은 직경을 가지는 분사부(220a), 분사부(220a)의 상부에 형성되는 유입부(220b) 그리고 분사부(220a)로 압력을 가하는 공압부(220c)로 이루어진다.
여기서, 유입부(220b)는 수mm 내외의 직경을 가지며, 유입부(220b) 보다 작은 직경을 가지는 분사부(220a)를 통해 액정(117)의 유속이나 유량을 조절할 수 있다.
노즐(220)은 이러한 분사부(220a)를 통해 액정(117)을 외부로 확산시켜 기판(111) 상에 균일하게 분사되도록 한다.
이러한 스프레이 방식의 액정분사장치(200)는 일반적인 분무기를 생각하면 되는데 즉, 시린지(210) 내에 채워지는 액정(117)은 소정의 압력에 의해 관로(230)를 통해 노즐(220)로 압송되게 되고, 노즐(220)로 압송된 액정(117)은 공압부(220c)를 통해 미세 입자 형태로 변환되어 외부로 분사되게 된다.
이때, 노즐(220)의 분사부(200a)를 통해 기판(113) 상에 액정(117)이 분사되기 전에, 액정(117)은 공압부(220c)를 통해 가해지는 압력에 의해 미세한 입자들로 변환되게 된다.
이때, 공압부(220c)를 통해 분사부(220a) 내에 가해지는 압력은 별도의 펌프 등의 가압부(미도시)를 통해 이루어지는데, 공기, N2, H2등의 가스가 공급될 수 있다.
여기서, 액정(117)이 노즐(220) 로부터 기판(110) 상부로 분사되기 전에, 미세한 입자들로 변환되는 원리는 다음과 같다.
시린지(210)로부터 액정(117)이 노즐(220)로 공급되면, 공압부(220c)를 통해 노즐 내부 즉, 분사부(220a) 내에 압력을 가하게 되고, 이렇게 가해진 압력을 통해 액정(117)이 미세한 입자 형태로 변환하게 되는 것이다.
이와 같이, 미세 입자 형태로 액정(117)을 분사함으로써, 기판(111) 상에 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있다.
이때, 실패턴(113)이 인쇄된 기판(111)의 네 가장자리를 따라서는 가이 드(119)를 위치하는 것이 바람직하다.
가이드(119)는 실패턴(113) 상에 액정(117)이 분사되는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 가이드(119)는 제 1 면과, 상기 제 1 면에서 하향 절곡된 제 2 면의 대략 "ㄱ" 형태로 구성하여, 제 2 면을 통해 제 1 면이 실패턴(113) 상부에 위치하도록 지지해줌으로써, 실패턴(113) 상부를 가려주게 된다.
이러한 스프레이 방식의 액정분사장치(200)를 사용하여, 액정(117)분사 공정을 진행하는 경우, 기판(111) 상에 구성된 실패턴(113)에 미세입자 형태의 액정(117)이 분사되는 것을 방지하기 위해, 실패턴(113)을 가리도록 가이드(119)가 기판(111)의 네 가장자리를 따라 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 기판(111)의 상부에 기판(111)과 소정 간격을 두고 스프레이 방식의 액정분사장치(200)를 위치한 다음, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)의 시린지(210)에 소정의 압력을 가해 노즐(220)을 통해 기판(111) 상에 미세입자 형태의 액정(117)을 분사한다.
특히, 본 발명의 스프레이 방식의 액정분사장치(200)는 액정(117)이 분사되는 노즐(220)의 주위에 구비되어 하방으로 기체를 분사하는 분사수단인 에어커튼(air curtain : 240)을 구성하는 것을 특징으로 한다.
에어커튼(240)은 노즐(220)의 가장자리를 가이드하도록 형성되는데, 즉, 미세한 입자들로 분사되는 액정(117)들에 의하여 장비 오염을 방지하거나, 선택 영역에만 액정(117)이 분사될 수 있도록 분사되는 액정(117)이 선택된 영역을 벗어나 다른 영역으로 분사되는 것을 방지하는 것이다.
이와 같이, 미세 입자 형태로 액정(117)을 분사함으로써, 종래의 도팅 방식에 비해 얼룩 불량을 제거할 수 있으며, 기판(111) 상에 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 액정주입 공정 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 공기중으로 액정이 비산되는 것을 방지할 수 있어, 공정의 효율성 및 공정비용을 절감할 수 있다.
특히, 본 발명의 액정주입 공정은 공압부(220c)를 통해 주입되는 압력을 통해 액정(117)을 미세 입자 형태로 변환하여 미세 입자 형태의 액정(117)을 분사함으로써, 액정(117)의 점도에 관계없이 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있으며, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있다.
즉, 최근 각광받고 있는 블루상 액정(약 500 cP at20℃,n)의 경우, 일반적인 액정(10 ~ 20 cP at20℃,n)에 비해 점도가 매우 높으나, 이와 같이, 미세 입자 형태로 액정(117)을 분사함으로써, 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있다.
이러한, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)는 또한, 다양한 분무 방식을 구비할 수 있는데, 이에 대해 다양한 실시예로 나누어 설명하도록 하겠다.
- 제 2 실시예 -
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 스프레이 방식을 채택한 액정주입 시스템을 개략적으로 도시한 공정시스템이며, 도 5b는 노즐의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
여기서 앞서 전술한 제 1 실시예와 중복된 설명을 피하기 위해 앞서의 설명과 동일한 역할을 하는 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 전술하고자 하는 특징적인 내용만을 살펴보도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 실패턴(113)이 형성된 기판(111)이 구비되며, 기판(111)의 상부에는 기판(111)과 소정 간격을 두고, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)를 위치한다.
이때, 실패턴(113)이 인쇄된 기판(111)의 네 가장자리를 따라서는 가이드(119)를 위치한다.
여기서, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)는 액정(117)이 채워지는 시린지(210)와 시린지(210) 내부의 액정(117)을 외부로 분사하기 위한 노즐(220)로 구성하며, 시린지(210)와 노즐(220)은 관로(230)를 통해 연결한다.
여기서, 노즐(220)은 다른 부분보다 상대적으로 작은 직경을 가지는 분사부(220a), 분사부(220a)의 상부에 형성되는 유입부(220b) 그리고 분사부(220a)로 압력을 가하는 압력유입부(220d)로 이루어진다.
여기서, 유입부(220b)는 수mm 내외의 직경을 가지며, 유입부(220b) 보다 작은 직경을 가지는 분사부(220a)를 통해 액정(117)의 유속이나 유량을 조절할 수 있다.
노즐(220)은 이러한 분사부(220a)를 통해 액정(117)을 외부로 확산시켜 기판(111) 상에 균일하게 분사되도록 한다.
그리고, 액정(117)이 분사되는 노즐(220)의 가장자리를 따라서는 하방으로 기체를 분사하는 분사수단인 에어커튼(240)이 구비된다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예는 초음파 발생기(250)를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는데, 초음파 발생기(250)는 노즐(220) 내부에 위치하는 초음파 변환자(250a)와, 초음파 발생기(250)는 외부에 설치된 전원공급수단(250b)을 포함한다.
이에, 전원공급수단(250b)으로부터 전원이 인가됨에 따라 초음파 변환자(250a)는 초음파를 발생시킨다.
여기서, 초음파 발생기(250)는 액정(117)이 노즐(220) 로부터 기판(110) 상부로 분사되기 전에, 미세한 입자들로 변환시키게 되는데, 여기서, 초음파 변환자(250a)에 의해 액정(117)이 미세한 입자로 변환되는 원리는 다음과 같다.
시린지(210)로부터 액정(117)이 노즐(220)로 공급되면, 노즐(220) 내부에 배치되어 있는 초음파 변환자(250a)에 전원신호가 인가되어, 초음파를 발생시키게 된다.
이렇게 초음파가 발생되면 액정(117)으로 진동에너지가 전달되고, 액정(117)은 진동에너지를 흡수하여 액정(117)이 미세한 액정입자 형태로 변환하게 되는 것이다.
이와 같이, 초음파 발생기(250)에 의해 미세한 입자 형태로 변환된 액정(117)은 압력유입부(220d)를 통해 노즐로 가해지는 압력을 통해 미세 입자 형태로 외부로 분사하게 된다.
이와 같이, 미세 입자 형태로 액정(117)을 분사함으로써, 기판(111) 상에 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 액정주 입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 액정주입 공정은 초음파 발생기(250)를 통해 액정(117)을 미세 입자 형태로 변환하여 미세 입자 형태의 액정(117)을 분사함으로써, 액정(117)의 점도에 관계없이 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있으며, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있다.
아울러, 최근 각광받고 있는 블루상 액정(약 500 cP at20℃,n)의 경우, 일반적인 액정(10 ~ 20 cP at20℃,n)에 비해 점도가 매우 높으나, 이와 같이, 초음파 발생기(250)를 통해 미세 입자 형태로 액정(117)을 분사함으로써, 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있다.
- 제 3 실시예 -
도 6a은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 스프레이 방식을 채택한 액정주입 시스템을 개략적으로 도시한 공정시스템이며, 도 6b는 노즐의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
여기서 앞서 전술한 제 1 및 제 2 실시예와 중복된 설명을 피하기 위해 앞서의 설명과 동일한 역할을 하는 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 전술하고자 하는 특징적인 내용만을 살펴보도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 실패턴(113)이 형성된 기판(111)이 구비되며, 기판(111)의 상부에는 기판(111)과 소정 간격을 두고, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)를 위치한다.
이때, 실패턴(113)이 인쇄된 기판(111)의 네 가장자리를 따라서는 가이드(119)를 위치한다.
여기서, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)는 액정(117)이 채워지는 시린지(210)와 시린지(210) 내부의 액정(117)을 외부로 분사하기 위한 노즐(220)로 구성하며, 시린지(210)와 노즐(220)은 관로(230)를 통해 연결한다.
여기서, 노즐(220)은 다른 부분보다 상대적으로 작은 직경을 가지는 분사부(220a), 분사부(220a)의 상부에 형성되는 유입부(220b)로 이루어진다.
여기서, 유입부(220b)는 수mm 내외의 직경을 가지며, 유입부(220b) 보다 작은 직경을 가지는 분사부(220a)를 통해 액정(117)의 유속이나 유량을 조절할 수 있다.
노즐(220)은 이러한 분사부(220a)를 통해 액정(117)을 외부로 확산시켜 기판(111) 상에 균일하게 분사되도록 한다.
그리고, 액정(117)이 분사되는 노즐(220)의 가장자리를 따라서는 하방으로 기체를 분사하는 분사수단인 에어커튼(240)이 구비된다.
특히, 본 발명의 제 3 실시예는 노즐(220) 내부에 가열수단(260a)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
가열수단(260a)은 외부에 설치된 전원공급수단(260b)에 접속되어, 전원공급수단(260b)으로부터 전원이 인가됨에 따라 노즐(220) 내부의 액정(117)을 가열한다.
이와 같이, 노즐(220)에 충진된 액정(117)을 가열하는 이유는 다음과 같다.
일반적으로, 액정(117)의 점도는 온도가 상승함에 따라 감소하게 된다. 따라서, 가열수단(260a)에 의해 액정(117)을 가열하여 액정(117)의 점도를 낮춤으로써, 액정(117)을 외부로 분사하는 과정에서, 보다 손쉽게 액정(117)을 스프레이 방식으로 외부로 분사되도록 할 수 있다.
특히, 이렇게, 가열수단(260a)을 통해 액정(117)의 점도를 낮춤으로써, 일반적인 액정(117)에 비해 점도가 매우 높은 블루상 액정을 기판(111) 상에 균일하게 도포할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 노즐(220) 내부에 구비되는 가열수단(260a)을 코일로 이루어져 외부의 전원공급수단(260b)에 의해 전원이 공급됨에 따라 액정(117)을 가열하지만, 이것은 가열수단(260a)의 일예로, 온도를 상승시킬 수 있는 수단이라면 모든 수단이 가능하다.
일예로, 노즐(220)에 외부와 연결된 관(미도시)을 형성하여 외부로부터 열풍을 공급하는 방법도 본 발명의 제 3 실시예에 적용될 수 있다.
또한, 가열수단(260a)은 노즐(220)의 외부에 설치되어, 노즐(220)을 가열함으로써, 내부의 액정(117)을 가열할 수도 있다.
- 제 4 실시예 -
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따라 스프레이 방식을 채택한 액정주입 시스템을 개략적으로 도시한 공정시스템이며, 도 8a ~ 8c는 가드판을 통해 분사되는 액정의 분사 각도를 조절하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
여기서 앞서 전술한 제 1 내지 제 3 실시예와 중복된 설명을 피하기 위해 앞서의 설명과 동일한 역할을 하는 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 전술하고자 하는 특징적인 내용만을 살펴보도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 실패턴(113)이 형성된 기판(111)이 구비되며, 기판(111)의 상부에는 기판(111)과 소정 간격을 두고, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)를 위치한다.
이때, 실패턴(113)이 인쇄된 기판(111)의 네 가장자리를 따라서는 가이드(119)를 위치한다.
여기서, 스프레이 방식의 액정분사장치(200)는 액정(117)이 채워지는 시린지(210)와 시린지(210) 내부의 액정(117)을 외부로 분사하기 위한 노즐(220)로 구성하며, 시린지(210)와 노즐(220)은 관로(230)를 통해 연결한다.
여기서, 노즐(220)은 다른 부분보다 상대적으로 작은 직경을 가지는 분사부(220a), 분사부(220a)의 상부에 형성되는 유입부(220b)로 이루어진다.
여기서, 유입부(220b)는 수mm 내외의 직경을 가지며, 유입부(220b) 보다 작은 직경을 가지는 분사부(220a)를 통해 액정(117)의 유속이나 유량을 조절할 수 있다.
노즐(220)은 이러한 분사부(220a)를 통해 액정(117)을 외부로 확산시켜 기판(111) 상에 균일하게 분사되도록 한다.
이때, 본 발명의 제 4 실시예는 노즐(220)에 전압을 인가하여, 정전 분 무(electrostatic spray) 방식을 통해 액정(117)을 미세 입자 형태로 분사하는 것을 특징으로 한다.
이에, 노즐(220)은 외부에 설치된 전원공급수단(270)에 접속되어, 전원공급수단(270)으로부터 전원이 인가된다. 이와 같이, 노즐(220)에 양극의 전압을 걸어주면, 노즐(220) 내부로 유입된 액정(117)은 해당 극성 이온을 갖는 미세 입자 형태들로 쪼개지게 된다.
이와 같이, 전압에 의해 미세한 액정입자 형태로 변환된 액정(117)은 압력을 통해, 노즐(220)에 의해 미세 입자 형태로 외부로 분사하게 된다.
이와 같이, 정전 분무를 통해 기판(111) 상에 분사되는 액정(117)들은 단분산(monodisperse) 분포를 가질 뿐만 아니라, 액정(117) 표면이 동일한 극성으로 대전되어 있기 때문에 액정끼리 서로 잘 응집되지 않는다.
이와 같이, 미세 입자 형태로 액정(117)을 분사함으로써, 기판(111) 상에 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 액정주입 공정은 미세 입자 형태로 액정(117)을 분사함으로써, 액정(117)의 점도에 관계없이 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있으며, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있다.
즉, 최근 각광받고 있는 블루상 액정(약 500 cP at20℃,n)의 경우, 일반적인 액정(10 ~ 20 cP at20℃,n)에 비해 점도가 매우 높으나, 이와 같이, 미세 입자 형 태로 액정을 변환한 후 액정(117)을 분사함으로써, 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있다.
이러한 정전 분무 방식은 가드판을 더욱 구비함으로써, 분사되는 액정(117)의 분사각도를 조절할 수 있다.
먼저, 도 8a는 가드판을 배치하지 않고, 노즐(220)에 해당 극성 전압을 인가한 경우에는 액정(117)은 소정의 분무 각도(θ1)로 기판(111) 상에 분사될 수 있다.
그런데, 도 8b에 도시된 바와 같이, 노즐(220)과 인접하도록 가드판(280)을 배치한 후, 가드판(280)에 노즐(220)과 동일한 극성의 전압을 인가하면, 가드판(280)에서 발생되는 동일한 극성의 외부 전기장에 의해, 액정(117)이 분사되는 각도(Θ2)가 가드판(280)이 배치되지 않았을 때의 분무 각도(θ1)보다 작아질 수 있다.
이에 반해, 도 8c에 도시된 바와 같이, 노즐(220)과 인접하도록 가드판(280)을 배치한 후, 가드판(280)에 노즐(220)과 다른 극성의 전압을 인가하면, 가드판(280)에서 발생되는 상반되는 극성의 외부 전기장에 의해, 액정(117)이 분사되는 각도(Θ3)가 가드판(280)이 배치되지 않았을 때의 분무 각도(θ1)보다 커질 수 있다.
이러한 스프레이 방식의 액정분사 공정은 배기구(미도시)를 포함하는 진공챔버(미도시) 내부에서 진행되어, 스프레이 방식의 액정분사 공정 중 기포(미도시)가 삽입됨으로써 발생되는 문제점을 미연에 방지하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 액정(117)을 스프레이 방식을 통해 미세 입자 형태로 분사함으로써, 기판(111) 상에 액정을 균일하게 도포할 수 있어, 얼룩 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치 제조수율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 액정주입 공정은 압력을 가해 액정(117)을 분사함으로써, 액정(117)의 점도에 관계없이 액정(117)을 균일하게 도포할 수 있으며, 액정주입 공정의 시간을 현저히 줄일 수 있다.
이에, 최근 각광받고 있는 블루상 액정(약 500 cP at20℃,n)의 경우, 일반적인 액정(10 ~ 20 cP at20℃,n)에 비해 점도가 매우 높으나, 이와 같이, 압력을 가해 액정(117)을 분사함으로써, 블루상 액정 또한 기판(111) 상에 균일하게 도포할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 진공주입방법을 통해 액정을 주입하는 과정에서 액정의 상분리가 발생한 모습을 나타낸 사진.
도 2는 디스펜서(dispenser) 방식을 통해 액정을 주입하는 과정에서, 화면얼룩이 발생된 모습을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조공정을 단계적으로 도시한 흐름도.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정주입 공정을 개략적으로 도시한 공정시스템.
도 4b는 도 4a의 노즐의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스프레이 방식 액정주입 공정을 개략적으로 도시한 공정시스템.
도 5b는 도 5a의 노즐의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 6a은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스프레이 방식 액정주입 공정을 개략적으로 도시한 공정시스템.
도 6b는 도 6a의 노즐의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 스프레이 방식 액정주입 공정을 개략적으로 도시한 공정시스템.
도 8a ~ 8c는 가드판을 통해 분사되는 액정의 분사 각도를 조절하는 모습을 개략적으로 도시한 도면.

Claims (21)

  1. 기판 상에 액정을 적하하는 액정분사장치로서,
    상기 액정이 충진되며, 내부에 압력을 가하는 가압부를 포함하는 시린지와;
    상기 시린지 내의 상기 액정을 압송하는 관로를 통해 상기 시린지와 연결되며, 다수의 미세분사구가 구비되어 상기 액정을 상기 기판 상에 스프레이 방식으로 분사하는 노즐
    을 포함하며, 상기 미세분사구가 형성된 상기 노즐의 가장자리를 두르며, 하방으로 기체를 분사하는 에어커튼이 구성된 액정분사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐에는 상기 액정을 미세 입자 형태로 변환시키기 위한 공압부가 구비되는 액정분사장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공압부를 통해 상기 노즐 내부로 공기, N2, H2등의 가스가 공급되는 액정분사장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐에는 상기 액정을 미세 입자 형태로 변환시키기 위한 초음파 변환자가 구비되는 액정분사장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 초음파 변환자에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단이 외부에 구비되는 액정분사장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐에는 충진된 상기 액정을 가열하는 가열수단을 포함하는 액정분사장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열수단은 상기 시린지 내부 또는 외부에 형성되는 액정분사장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 가장자리를 가리는 가이드를 포함하는 액정분사장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드는 제 1 면과, 상기 제 1 면에서 하향 절곡되는 제 2 면으로 구성되는 액정분사장치.
  10. 기판 상에 액정을 적하하는 액정분사장치로서,
    상기 시린지 내의 상기 액정을 압송하는 관로를 통해 상기 시린지와 연결되며, 전기적 극성을 가져, 상기 액정을 미세 입자 형태로 상기 기판 상에 스프레이 방식으로 분사하는 노즐
    을 포함하는 액정분사장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 액정의 분사각도를 조절하기 위해 상기 노즐과 인접하도록 가드판이 구비되는 액정분사장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가드판은 상기 노즐의 극성과 동일한 극성을 갖는 액정분사장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가드판은 상기 노즐의 극성과 반대의 극성을 갖는 액정분사장치.
  14. 실패턴이 형성된 기판을 준비하는 단계와;
    상기 기판의 네 가장자리를 따라 가이드를 구비하는 단계와;
    상기 기판의 상부에 소정 간격 두고 액정분사장치를 위치하는 단계와;
    상기 기판 상에 미세 입자 형태의 액정을 스프레이(spray) 방식으로 분사하는 단계
    를 포함하는 액정층 형성방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가이드는 제 1 면과, 상기 제 1 면에서 하향 절곡되는 제 2 면으로 구 성되며, 상기 제 1 면이 상기 실패턴을 가리는 것을 특징으로 하는 액정층 형성방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 액정분사장치는 시린지, 관로, 노즐 그리고 노즐의 가장자리를 두르며 하방으로 기체를 분사하는 에어커튼을 포함하고,
    상기 액정을 분사하는 단계는, 상기 액정이 채워진 상기 시린지에 소정의 압력을 가하는 단계와;
    상기 액정이 상기 관로를 통해 상기 노즐로 압송되는 단계와;
    상기 압송된 액정이 상기 노즐의 다수의 미세분사구를 통해 외부로 분사되는 단계
    를 포함하며, 상기 분사되는 액정은 상기 에어커튼을 통해 비산(飛散)이 방지되는 액정층 형성방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 액정을 분사하기 전에, 상기 액정은 초음파에 의해 미세입자 형태로 변화하는 단계를 더욱 포함하는 액정층 형성방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 액정을 분사하기 전에, 상기 액정은 가열수단에 의해 가열되어 미세입자 형태로 변화하는 단계를 더욱 포함하는 액정층 형성방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 액정분사장치는 시린지, 관로, 노즐을 포함하고,
    상기 액정을 분사하는 단계는, 상기 액정이 채워진 상기 시린지에 소정의 압력을 가하는 단계와;
    상기 액정이 상기 관로를 통해 상기 노즐로 압송되는 단계와;
    상기 노즐에 극성의 전압을 인가하는 단계와;
    상기 압송된 액정이 상기 노즐의 다수의 미세분사구를 통해 외부로 분사되는 단계
    를 포함하는 액정층 형성방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 노즐에 극성의 전압을 인가하는 단계는, 상기 노즐과 인접하도록 가드판이 구비되며, 상기 가드판에는 상기 노즐에 인가되는 극성의 전압과 동일 극성의 전압이 인가되는 액정층 형성방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 노즐에 극성의 전압을 인가하는 단계는, 상기 노즐과 인접하도록 가드판이 구비되며, 상기 가드판에는 상기 노즐에 인가되는 극성의 전압과 반대 극성의 전압이 인가되는 액정층 형성방법.
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