WO2014178508A1 - 펄스 ｕｖ를 이용한 광배향 장치 - Google Patents

펄스 ｕｖ를 이용한 광배향 장치 Download PDF

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WO2014178508A1
WO2014178508A1 PCT/KR2013/010738 KR2013010738W WO2014178508A1 WO 2014178508 A1 WO2014178508 A1 WO 2014178508A1 KR 2013010738 W KR2013010738 W KR 2013010738W WO 2014178508 A1 WO2014178508 A1 WO 2014178508A1
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신교직
이상국
최경호
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한국생산기술연구원
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    • G02F1/133788—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation

Definitions

  • the present invention relates to an optical alignment device, and more particularly, to an optical alignment device using pulsed UV, characterized in that the alignment of the liquid crystal is carried out by irradiating pulsed UV to the alignment layer.
  • liquid crystal display devices are widely used in the field of optical information processing.
  • TN Transmission Nematic
  • the electrodes are installed on two substrates and the liquid crystal directors are arranged to be twisted 90 degrees, It is a technique of driving a liquid crystal director by applying a voltage.
  • TN type liquid crystal display device provides excellent contrast and color reproducibility, among which vertical alignment (VA) mode in which the long axis of the liquid crystal molecules is arranged perpendicular to the upper and lower display panels without an electric field applied thereto.
  • VA vertical alignment
  • Liquid crystal display devices are in the spotlight due to their large contrast ratios.
  • the TN type liquid crystal display has a problem that the viewing angle is narrow.
  • a PVA mode Pulned Verticlally Aligned Mode
  • IPS mode In-Plane Switching Mode
  • the gap between the counter electrode and the pixel electrode is formed to be narrow between the counter electrode and the pixel electrode while the counter electrode and the pixel electrode are formed of a transparent conductor.
  • Fringe field switching mode (FFS) for operating liquid crystal molecules has emerged.
  • the FIS mode has been developed to solve the problem that the light efficiency of the FFS mode is less than the TN mode, in addition to improving the low transmittance between the pixel electrode in the conventional FFS mode, voltage application method through two thin film transistors As a result, a liquid crystal display device capable of driving a low voltage can be achieved.
  • each of these modes has a unique liquid crystal array and optical anisotropy. Therefore, in order to compensate for the phase difference resulting from the optical anisotropy of these liquid crystal modes, the optical retardation film of the optical anisotropy corresponding to each mode is required.
  • the optical retardation film was developed as a color compensation film of LCD, but in recent years, various functions such as high wavelength dispersion, wide viewing angle, temperature compensation, and high phase difference film are required.
  • the orientation of the liquid crystal molecules controlled in advance is changed to another alignment state by applying an electric field, and the polarization direction or polarization state of the transmitted light is changed, and the change is made into a contrast of contrast with a polarizing plate. It is common to change the display.
  • a contact rubbing method is used in which a polymer film such as polyimide is applied to a substrate such as glass, and the surface is rubbed with a fiber such as nylon or polyester in a constant direction.
  • the liquid crystal alignment by the contact rubbing method as described above has the advantage of obtaining a simple and stable alignment of the liquid crystal, but when the fiber and the polymer film is rubbed, fine dust or electrostatic discharge (ESD) is generated and the substrate is damaged.
  • ESD electrostatic discharge
  • a method for producing a non-contact type alignment film there are a photo alignment method, an energy beam alignment method, a vapor deposition alignment method, and an etching method using lithography.
  • the photo-alignment method refers to a mechanism for forming a photopolymerizable liquid crystal alignment film in which a photoreaction material bonded to a photoreactive polymer by linearly polarized UV causes a photoreaction to be uniformly aligned, thereby aligning liquid crystals.
  • the photoreactive material when irradiating linearly polarized ultraviolet rays, the photoreactive material should be arranged in a certain direction and angle according to the polarization direction, and the matching with the reactive liquid crystal is well performed so that the liquid crystal alignment is well performed by interaction with the reactive liquid crystal. Should be done.
  • the photo-alignment material forming the photo-alignment layer should have good physical properties such as printability, orientation stability, and thermal stability.
  • photopolymerization reactions such as cinnamate, coumarin, chalcone, stilbene, diazo, photoisomerization of cis-trans isomerization, and molecular chain cleavage of decomposition are known.
  • molecular light reaction by ultraviolet rays is applied to the alignment of liquid crystals by ultraviolet irradiation through the design of appropriate alignment layer molecules and optimization of ultraviolet irradiation conditions.
  • the liquid crystal alignment ability is imparted by the linearly polarized ultraviolet irradiation, characterized in that having a liquid crystal alignment film and a liquid crystal alignment film
  • a liquid crystal display element is disclosed.
  • a number of patents related to the optical alignment method have been filed in Japan, Korea, Europe, the United States, and the like, which are related to the LCD industry.
  • the initial idea was derived, it has been in mass production but has not been widely applied throughout the industry.
  • the photo-alignment method has lower productivity or reliability than the rubbing method.
  • the main causes of such a problem include low alignment energy (anchoring energy), low orientation stability of the liquid crystal compared to the rubbing method.
  • the present invention has been made to solve the problems described above, by shortening the process time of the photo-alignment agent using the polarized pulse UV, to provide an optical alignment apparatus using a pulse UV that can maximize the productivity and efficiency of the photoreaction The purpose.
  • another object of the present invention is to provide an optical alignment device using pulsed UV which has an orientation property and an orientation stability to have an excellent retardation ability.
  • a chamber a lamp installed on the upper part of the chamber and emitting UV light
  • a stage provided on the lower part of the chamber and the alignment film is formed on the surface, and the stage and the lamp
  • an optical alignment device using pulsed UV including a polarizer detachably installed therebetween.
  • the lamp is characterized in that it emits pulsed UV light.
  • the lamp may be installed in a housing installed on the upper one side of the chamber.
  • the polarizer is replaceably installed on a support installed between the lamp and the stage.
  • the support is horizontally installed between the lamp and the stage, the opening is formed in one side opening in the vertical direction, the coupling portion having a slide groove is formed along the edge of the opening to enable insertion of the polarizer do.
  • the support may be installed to be elevated in the chamber.
  • the stage may be installed to be movable slide, it is also possible to be installed to be adjustable height.
  • the pulsed UV light has a 0.1mJ / pulse ⁇ 500J / pulse energy.
  • the pulsed UV light is preferably irradiated at 1Hz ⁇ 60Hz.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical alignment device using pulsed UV according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a support according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a schematic diagram illustrating the characteristics of pulsed UV.
  • Figure 4 is a flow chart of the manufacturing method of the optical retardation film using the optical alignment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a general liquid crystal display using an optical alignment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical alignment device using pulsed UV according to an embodiment of the present invention.
  • an optical alignment device 100 using pulsed UV may include a chamber 200 and an upper portion of the chamber 200.
  • the lamp 300 is installed and emits pulsed UV light, and is provided below the chamber 200 and is detachably disposed between the stage 400 on which the substrate 500 is seated and between the stage 400 and the lamp 300. It includes a polarizer 600 is installed.
  • the lamp 300 may include a pulsed UV light source and a lens, and is preferably installed in the housing 310 provided above the chamber 200.
  • the lamp 300 may be made of a material having a good UV transmission efficiency, for example, quartz or sapphire, and may be formed into various shapes such as a straight tube, a U-shape, and a spiral.
  • quartz or sapphire a material having a good UV transmission efficiency
  • the stage 400 may be installed to be slidably moved in front, rear, left, and right directions.
  • a guide rail is provided on the bottom surface of the chamber to guide the direction of movement of the stage, and a moving cylinder or a motor for moving the stage may be installed at one side of the chamber.
  • the cylinder rod end of the moving cylinder is coupled to one side of the stage 400, or one end of the lead screw coupled to the motor shaft is screwed to one side of the stage 400.
  • the height of the stage 400 may be adjusted by cylinder or motor operation. In this case, the distance between the substrate 500 and the lamp 300 or the polarizer 600 seated on the stage 400 may be adjusted. This is possible.
  • An alignment film is formed on the surface of the substrate 500.
  • the alignment layer may include, for example, polyimide, polyvinyl, polysiloxane, polysiloxane, polyacryl, or polyacryl including photoreaction of cinnamate, chalcone, coumarin, stilbene, diazo, and the like. It can be made of a) -based material.
  • the substrate 500 includes a photomask 510.
  • the photomask 510 is positioned on the alignment layer-coated substrate 500 to allow formation of a multi-domain pattern.
  • the photomask 510 may be attached to the surface of the substrate 500, or may be spaced apart from the upper portion of the substrate 500.
  • the method of forming a multi-domain pattern using the photomask 510 may include, for example, forming the first domain using the photomask during the first exposure and exposing the entire surface after removing the photomask during the second exposure.
  • the first exposure may be performed first, followed by partial secondary exposure using a photomask.
  • the polarization direction at the time of the primary exposure and the secondary exposure is different, it is necessary to be configured to enable the rotation or movement of the polarizer 600 or the substrate 500 in order to adjust the polarization direction.
  • the optical alignment device 100 is supplied with power by a DC power supply (not shown) provided at one side of the chamber 200.
  • the constant energy supply thus supplied is stored in the form of current by the capacitor and accumulates at high energy.
  • the accumulated high energy current is converted into pulses by the pulse generator 320, and the shape, waveform, and wavelength of the pulse are determined according to the type of the pulse generator 320 and the UV lamp 300.
  • High energy in the form of pulses injected by the pulse generator 320 is irradiated to the substrate 500 in the form of pulse UV by the lamp 300.
  • the optical alignment device 100 may further include a band pass filter (not shown) disposed between the lamp 300 and the polarizer 600.
  • a band pass filter By the band pass filter, the wavelength of the pulse UV irradiated from the lamp 300 can be appropriately adjusted.
  • FIG. 2 is a perspective view of a support according to an embodiment of the present invention.
  • a cross-bar between the lamp 300 and the stage 400, the support 700 in the form of a cube bar (bar) is installed horizontally in the chamber 200.
  • One side of the support 700 is opened up and down to allow the pulse UV emitted from the lamp 300 to be irradiated to the substrate 500 on the stage 400 through the support 700.
  • the polarizer 600 is installed in the opening 710 of the bottom of the support 700 to polarize the pulsed UV emitted from the lamp 300.
  • the opening 710 and the substrate 500 may be formed to have an area corresponding to a region where the energy and intensity uniformity of the pulse UV is 80% or more.
  • the polarizer 600 is preferably installed to be fixed or detachable to the opening 710 of the support (700).
  • a coupling part 720 having a slide groove is formed along the edge of the opening 710 of the bottom of the support 700.
  • the coupling part 720 includes an extension part 721 extending downward along the edge of the opening 710, and a seating part 722 bent inwardly from the lower end of the extension part 721.
  • One side of 721 is open. That is, for example, when the opening 710 is formed in a rectangular cross-sectional shape, one edge of the coupling portion 720 is opened, and the polarizer 600 may be slide-coupled to the coupling portion 720 through the opening portion. .
  • the support 700 may be installed to be elevated in the chamber 200.
  • a guide rail may be provided on the inner wall of the chamber 200 to guide the lifting direction of the support 700, and the support 700 may be lifted along the guide rail by an operation of a moving cylinder or driving a motor. Can be.
  • the cylinder rod end of the moving cylinder is coupled to one side of the support 700, or one end of the lead screw coupled to the motor shaft is screwed to one side of the support 700.
  • the gap between the polarizer 600 and the lamp 300 or the polarizer 600 and the substrate 500 can be freely adjusted as necessary.
  • the support 700 may be configured to allow the polarizer 600 to be rotated.
  • the entire support 700 may be rotated along the guide groove formed on the inner circumferential surface of the inner wall of the chamber 200 by driving the motor.
  • the coupling part 720 to which the polarizer 600 is coupled may be manufactured as a separate member, and the coupling part 720 may be configured to rotate on the support 700 by motor driving. In this case, the supporter 700 and the polarizer 600 may be configured to rotate together with the substrate 500 in a fixed state.
  • the above-described movement or rotation of the stage 400, the support 700, and the coupling unit 720 may be controlled by a controller (not shown) provided outside the chamber 200.
  • a controller not shown
  • the stage 400 is moved so that the second domain is positioned under the polarizer 600 and the polarizer ( By irradiating pulse UV to the second domain after rotating the predetermined angle 600), the liquid crystal alignment directions of the first domain and the second domain may be different from each other.
  • 3 is a schematic diagram illustrating the characteristics of pulsed UV.
  • the x-axis is time t
  • the y-axis is peak power having a unit of W (watt).
  • the general UV irradiation method applied to the curing and the like is a method of continuously irradiating ultraviolet rays having a constant energy, in the present invention, UV having a high energy in the form of a pulse (pulse) is irradiated. This pulsed UV is only irradiated for a very short time and cooled for a relatively long time.
  • the duty cycle (the time the pulse is on / the total time the pulse is repeated ⁇ 100 (%)) has a very small value of less than 1%, so that the irradiation time is short overall and the cooling time is long, so the pulse There is an advantage that no heat is generated during the UV irradiation process.
  • the pulsed UV polarized by the polarizer 600 may output a wavelength of 50 nm to 800 nm.
  • the polarized pulse UV may emit light in the wavelength range of 400 nm to 800 nm as well as light in the ultraviolet range of 50 nm to 400 nm.
  • the lamp 300 of the present invention can emit light in a wide wavelength region. Will be.
  • the polarized pulse UV can be irradiated at 0.1 mJ / pulse to 500 J / pulse with a pulse width of 20 microseconds or less and a pulse of 1 to 60 Hz per second.
  • the lamp 300 of the present invention is, for example, 0.02 due to the strong irradiation energy and intensity of the pulsed UV. Even if it is irradiated for less than a second, it becomes possible to orientate the optical alignment layer of a substrate.
  • the difference between the light intensity at the point corresponding to the lamp center and the light intensity at the peripheral portion thereof is more severe. Therefore, UV brightness and uniformity are better as the substrate 500 is closer, but in the conventional case, a minimum irradiation distance has to be maintained due to thermal deformation directly received by the substrate 500. In general, the irradiation distance of about 100 ⁇ 150mm is secured. In this case, the uniformity of the lamp center and the periphery is about 30%.
  • pulse UV may be irradiated as close to the surface of the substrate 500 as possible (for example, within 5 mm), and uniformity of brightness may be maintained at about 100%.
  • the polarized pulse UV irradiates the optical alignment layer of the substrate 500 with an instantaneous pulse wave in a very short time, it has a strong penetration force during optical alignment. As a result, the polarized pulsed UV can evenly distribute the light even in a thickness layer.
  • the polarized pulsed UV can reduce power consumption by 80% or more than when using a conventional arc discharge lamp.
  • Polarized pulsed UV uses instantaneous UV energy, reducing power usage.
  • the polarized pulse UV is capable of instantaneous ON / OFF function, the lamp can be turned off when UV irradiation is unnecessary in the process flow, there is an energy saving effect and does not require an opening and closing device such as a shutter.
  • heat reduction can lead to longer life of the lamp or equipment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optical retardation film using an optical alignment device according to an embodiment of the present invention.
  • a photo alignment agent is first coated on a substrate and dried.
  • the substrate is irradiated with a polarization pulse UV, in which case an optical alignment device according to an embodiment of the present invention may be used, and a multi-domain forming process may be included.
  • coating and drying of the reactive liquid crystal mixture are performed, and the substrate is irradiated with a non-polarized pulse UV or a general unpolarized UV to finish the substrate.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a general liquid crystal display using an optical alignment device according to an embodiment of the present invention.
  • a photo alignment agent is first coated and dried on a washed TFT substrate or a CF substrate.
  • the substrate is irradiated with a polarization pulse UV, in which case an optical alignment device according to an embodiment of the present invention may be used, and a multi-domain forming process may be included.
  • the liquid crystal is injected and sealed by an ODF (One-Drop-Filling) method, followed by a cell assembly step including a seal hardening, followed by heat treatment.
  • ODF One-Drop-Filling
  • a photoalignment apparatus using pulsed UV shorten the exposure process time of the photoalignment agent including the reactive liquid crystal using polarized pulsed UV, thereby improving productivity and mass production.

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Abstract

본 발명은 배향막에 펄스 UV를 조사하여 액정의 광배향을 진행하는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의하면 챔버, 상기 챔버의 상부에 설치되며 UV광을 발산하는 램프, 상기 챔버의 하부에 구비되며 표면에 배향막이 형성된 기판이 안착되는 스테이지, 및 상기 스테이지와 상기 램프 사이에 탈착 가능하게 설치되는 편광자를 포함하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치가 제공된다.

Description

펄스 ＵＶ를 이용한 광배향 장치
본 발명은 광배향 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배향막에 펄스 UV를 조사하여 액정의 광배향을 진행하는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치에 관한 것이다.
액정 패널 제조 기술의 진보에 따라, 액정 표시 소자는 광정보 처리 분야에서 널리 이용되고 있다.
종래의 경우, 중소형 디스플레이에서 응용되고 있는 액정 표시 소자로서 TN(Twisted Nematic) 표시 방법이 가장 많이 응용되고 있는데, 이는 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90도 트위스트 되도록 배열한 다음, 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 기술이다.
TN 방식 액정표시소자는 우수한 콘트라스트(contrast)와 색상 재현성을 제공하는데, 그 중에서도 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향(VA; Vertical alignment) 모드 액정표시소자는 대비비가 커서 각광받고 있다. 그러나, TN 방식 액정표시소자는 시야각이 좁다는 문제를 안고 있다.
이러한 TN 방식의 시야각 문제를 해결하기 위하여, 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 절개부를 적용한 PVA 모드(Patterned Verticlally Aligned Mode)와, 하나의 기판 상에 두 개의 전극을 형성하고, 두 전극 사이에서 발생하는 횡전계로 액정의 방향자를 조절하는 IPS 모드(In-Plane Switching Mode)가 도입되었다.
이후에는, 상기 IPS 모드의 낮은 개구율 및 투과율을 향상시키기 위해서, 상대전극과 화소전극을 투명전도체로 형성하면서 상대전극과 화소전극 사이의 간격을 좁게 형성하여, 상기 상대전극과 화소전극 사이에서 형성되는 프린지 필드에 의해 액정분자를 동작시키는 FFS 모드(Fringe Field Switching Mode)가 대두되었다.
한편, FFS 모드의 광효율이 TN 모드에 미치지 못하는 문제점을 해결하기 위해 FIS 모드가 개발되었는데, 종래의 FFS 모드에서 화소 전극 간의 낮은 투과율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 두 개의 박막 트랜지스터를 통한 전압 인가 방식으로 저전압 구동이 가능한 액정표시소자를 이룰 수 있다.
또한, 이들 각각의 모드는 고유한 액정 배열과 광학 이방성을 갖고 있다. 따라서, 이들 액정 모드의 광학 이방성으로 인한 위상차를 보상하기 위해서는 각각의 모드에 대응하는 광학 이방성의 광 위상차 필름이 요구된다. 광 위상차 필름은 LCD의 색보상 필름으로서 개발되었으나, 최근에는 고파장 분산화, 광시야각화, 온도보상, 고위상차값 필름 등 보다 다양한 기능이 요구되고 있다.
액정 표시 장치의 경우, 미리 제어된 액정 분자의 배향을 전계를 인가시키는 것에 의해 다른 배향 상태로 변화시키고, 투과하는 빛의 편광방향이나 편광상태를 변화시키며, 이 변화를 편광판 등으로 명암의 콘트라스트로 변화시켜 표시하는 것이 일반적이다.
액정을 배향시키는 통상적인 방법으로, 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자 막을 도포하고, 이 표면을 나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 문지르는 접촉식 러빙 방법을 이용하고 있다. 상기와 같은 접촉식 러빙 방법에 의한 액정 배향은 간단하면서도 안정적인 액정의 배향 성능을 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 섬유질과 고분자막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기(electrostatic discharge; ESD)가 발생하여 기판이 손상될 수 있고, 공정시간의 증가 및 유리의 대형화로 인해 롤(roll)이 대형화됨에 따라, 러빙 강도(rubbing strength)의 불균일 등 공정상의 어려움으로 액정 패널 제조시 심각한 문제점을 야기시킬 수 있다.
상기와 같은 접촉식 러빙 방법의 문제점을 해결하기 위해, 새로운 방법의 비접촉식 배향막의 제조에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 비접촉식 배향막의 제조방법으로는 광 배향법, 에너지빔 배향법, 증기증착 배향법, 리쏘그래피를 이용한 식각법 등이 있다.
특히 광 배향법이란, 선편광된 UV에 의해서 광반응성 고분자에 결합된 광반응 물질이 광반응을 일으켜 일정한 배열을 하게 됨으로써 결국 액정이 배향되는 광중합형 액정 배향막을 형성하는 메커니즘을 말한다.
이를 위해서는 선편광 자외선을 조사할 때, 광반응성 물질이 편광방향에 따라 일정한 방향과 각도로 배열되는 특성이 있어야 하며, 반응성 액정과의 상호작용에 의해 액정배향이 잘 이루어지도록 반응성 액정과의 매칭이 잘 이루어져야 한다. 특히 광배향막을 형성하는 광배향 물질은 인쇄성, 배향안정성, 열안정성 등의 물성이 좋아야 한다.
자외선 조사에 의한 광 반응으로는 신나메이트, 쿠마린, 샬콘, 스틸벤, 디아조 등의 광 중합 반응, 시스-트랜스 이성질화의 광 이성화 반응, 및 분해의 분자사슬 절단 등이 이미 알려져 있다. 이러한 자외선에 의한 분자 광 반응을 적절한 배향막 분자의 설계와 자외선 조사 조건의 최적화를 통해서 자외선 조사에 의한 액정 배향에 응용한 사례들이 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-0423213호에서는, 러빙 처리를 실시하지 않고, 직선 편광된 자외선 조사에 의해 액정 배향능을 부여하는 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 제조방법 및 그 액정 배향막을 갖는 액정 표시 소자를 개시하고 있다. 특히, LCD 산업과 관련이 있는 일본, 한국, 유럽, 미국 등에서 이러한 광 배향법 관련 특허가 다수 출원되고 있는 실정이다. 그러나, 초기 아이디어가 도출된 이후, 일부 양산중이기는 하나 산업계 전반적으로 널리 적용되지는 못하고 있다.
이는 상기 광 반응으로 단순한 액정 배향을 유도하는 것은 가능하나, 외부의 열, 빛, 물리적인 충격 및 화학적인 충격 등의 측면에서 안정적인 배향 특성을 유지하거나 제공하지 못하기 때문이다. 즉, 광 배향법은 러빙 방법에 비해 생산성 또는 신뢰성이 낮다. 이러한 문제점의 주요 원인으로는 러빙 방법에 비해 낮은 배향 규제력(anchoring energy), 낮은 액정의 배향 안정성 등이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 편광 펄스 UV를 이용하여 광배향제의 공정시간을 단축시킴으로써, 생산성 및 광반응의 효율성 극대화가 가능한 펄스 UV를 이용한 광배향 장치의 제공을 목적으로 한다.
또한, 배향성 및 배향 안정성을 가져 우수한 위상차 능력을 갖도록 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치의 제공을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 챔버, 상기 챔버의 상부에 설치되며 UV광을 발산하는 램프, 상기 챔버의 하부에 구비되며 표면에 배향막이 형성된 기판이 안착되는 스테이지, 및 상기 스테이지와 상기 램프 사이에 탈착 가능하게 설치되는 편광자를 포함하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치가 제공된다.
여기서, 상기 램프는 펄스 UV광을 발산하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 램프는 상기 챔버의 상부 일측에 설치되는 하우징 내에 설치될 수 있다.
또한, 상기 편광자는 상기 램프와 상기 스테이지 사이에 설치되는 지지대에 교체 가능하게 설치된다.
이때, 상기 지지대는 상기 램프와 상기 스테이지 사이에 수평하게 설치되고, 일측에 상하 방향으로 개구된 개구부가 형성되며, 상기 편광자의 삽입 장착이 가능하도록 슬라이드 홈을 가진 결합부가 상기 개구부의 테두리를 따라 형성된다.
이때, 상기 지지대는 상기 챔버 내에 승강 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 스테이지는 슬라이드 이동 가능하게 설치될 수 있으며, 높이 조절 가능하게 설치되는 것도 가능하다.
이때, 상기 펄스 UV광은 0.1mJ/pulse ~ 500J/pulse 에너지를 갖는다.
또한, 상기 펄스 UV광은 1Hz ~ 60Hz로 조사되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 UV를 이용한 광배향 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지대의 사시도.
도 3은 펄스 UV의 특성을 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치를 이용하는 광 위상차 필름의 제조방법 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치를 이용하는 일반 액정 표시 장치의 제조방법 순서도.
이하, 본 발명인 펄스 UV를 이용한 광배향 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 UV를 이용한 광배향 장치의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 UV를 이용한 광배향 장치(이하, '광배향 장치')(100)는, 챔버(200)와, 챔버(200)의 상부에 설치되며 펄스 UV광을 발산하는 램프(300)와, 챔버(200)의 하부에 구비되며 기판(500)이 안착되는 스테이지(400), 및 스테이지(400)와 램프(300) 사이에 탈착 가능하게 설치되는 편광자(600)를 포함한다.
이때, 램프(300)는 펄스 UV 광원과 렌즈를 포함하여 이루어질 수 있으며, 챔버(200) 상부에 구비되는 하우징(310) 내에 설치되는 것이 바람직하다. 램프(300)는 그 재질이 UV의 투과효율이 좋은 재질, 예를 들어 석영이나 사파이어 등의 재질로 제작될 수 있으며, 직관형, U자형, 스파이럴형 등 다양한 모양으로 성형 가능하다. 다만, 대상 기판(500)에 펄스 UV가 골고루 조사되게 하기 위해서는 기판(500)의 모양과 유사한 형태로 램프(300)를 제작하는 것이 바람직하다.
스테이지(400)는 전후좌우 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 챔버의 바닥면에 스테이지의 이동 방향을 안내하는 가이드 레일이 구비되고, 스테이지를 이동시키는 이동 실린더 또는 모터가 챔버의 내부 일측에 설치될 수 있다. 이때, 이동 실린더의 실린더 로드 단부가 스테이지(400)의 일측에 결합되거나, 모터축과 결합된 리드 스크류의 일단이 스테이지(400) 일측에 나사 결합된다.
또한, 실린더 또는 모터 작동에 의해 스테이지(400)의 높이가 조절되도록 설치하는 것도 가능한데, 이 경우 스테이지(400) 상에 안착되는 기판(500)과 램프(300) 또는 편광자(600) 사이의 간격 조절이 가능하다. 기판(500)의 표면에는 배향막이 형성된다. 이때 배향막은 예를 들어 신나메이트(cinnamate), 샬콘, 쿠말린, 스틸벤, 디아조 등의 광 반응을 포함하는 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐(polyvinyl), 폴리실록산(polysiloxane), 폴리아크릴(polyacryl)계 물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(500)은 포토마스크(510)를 포함한다. 포토마스크(510)는 배향막이 코팅된 기판(500) 상에 위치하여, 멀티 도메인(multi-domain) 패턴 형성을 가능케 한다. 이때, 포토마스크(510)는 기판(500) 표면에 부착될 수도 있고, 기판(500)의 상부에 이격하여 배치되는 것도 가능하다.
포토마스크(510)를 이용한 멀티 도메인 패턴의 형성 방법은, 예를 들어 1차 노광시 포토마스크를 이용하여 첫 번째 도메인을 형성하고 2차 노광시에는 포토마스크 제외 후 전면 노광하는 방법과, 1차 노광으로 전면 노광을 먼저 수행한 후 포토마스크를 이용하여 부분 2차 노광하는 방법을 들 수 있다. 이때, 1차 노광과 2차 노광시의 편광 방향이 다르므로, 편광 방향 조정을 위해서는 편광자(600) 또는 기판(500)의 회전 또는 이동이 가능하게 구성될 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치(100)는 챔버(200) 일측에 구비되는 DC 전력 공급기(미도시)에 의해 전원이 공급된다. 이렇게 공급된 일정한 에너지의 전원은 커패시터에 의해 전류의 형태로 저장되며, 높은 에너지로 축적된다. 축적된 고에너지 전류는 펄스 발생기(320)에 의해 펄스로 파형이 전환되는데, 이 펄스 발생기(320)와 UV 램프(300)의 종류에 따라서 펄스의 모양과 파형, 파장들이 결정된다. 펄스 발생기(320)에 의해 투입되는 펄스 형태의 고에너지는 램프(300)에 의해 펄스 UV 형태로 기판(500)에 조사된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치(100)는 램프(300)와 편광자(600) 사이에 배치되는 밴드 패스 필터(band pass filter)(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 밴드 패스 필터에 의해, 램프(300)로부터 조사되는 펄스 UV의 파장을 적절히 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지대의 사시도이다.
램프(300)와 스테이지(400) 사이를 가로질러, 챔버(200) 내부에 육면체 바(bar) 형태의 지지대(700)가 수평으로 설치된다. 지지대(700)의 일측은 상하 개구되는데, 이는 램프(300)에서 발산되는 펄스 UV가 지지대(700)를 통과하여 스테이지(400) 상의 기판(500)에 조사될 수 있도록 하기 위함이다.
지지대(700) 저면의 개구부(710)에 편광자(600)가 설치되어, 램프(300)로부터 발산된 펄스 UV를 편광시키게 된다. 이때, 개구부(710)와 기판(500)은, 펄스 UV의 에너지 및 강도 균일도가 80% 이상인 영역에 대응되는 면적을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 편광자(600)는 지지대(700)의 개구부(710)에 고정 또는 탈착 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 이를 위해 지지대(700) 저면의 개구부(710) 테두리를 따라 슬라이드 홈을 가진 결합부(720)가 형성된다.
결합부(720)는 개구부(710)의 테두리를 따라 하향 연장 형성되는 연장부(721)와, 연장부(721)의 하단에서 내측으로 절곡 형성되는 안착부(722)를 포함하며, 연장부(721)의 일측은 개방된다. 즉, 예를 들어 개구부(710)가 사각형 단면 형상으로 형성되는 경우, 결합부(720)는 일 모서리가 개방되며, 이 개방부를 통해 편광자(600)가 결합부(720)에 슬라이드 결합될 수 있다.
지지대(700)는 챔버(200) 내에 승강 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 챔버(200)의 내벽에 지지대(700)의 승강 방향을 안내하는 가이드 레일이 구비될 수 있으며, 이동 실린더의 작동 또는 모터 구동에 의해 지지대(700)가 가이드 레일을 따라 승강하도록 구성될 수 있다. 이때, 이동 실린더의 실린더 로드 단부가 지지대(700)의 일측에 결합되거나, 모터축과 결합된 리드 스크류의 일단이 지지대(700) 일측에 나사 결합된다. 이처럼 지지대(700)가 승강 가능하게 설치되는 경우, 편광자(600)와 램프(300), 또는 편광자(600)와 기판(500) 사이 간격을 필요에 따라 자유롭게 조절할 수 있게 된다.
한편, 편광자(600)의 회전이 가능하도록 지지대(700)를 구성할 수도 있는데, 예를 들어, 모터 구동에 의해 지지대(700) 전체가 챔버(200) 내벽의 내주면에 형성되는 가이드 홈을 따라 회전하게 구성할 수 있다. 다른 예로서, 편광자(600)가 결합되는 결합부(720)를 별도의 부재로 제작하여, 모터 구동에 의해 지지대(700) 상에서 결합부(720)가 회전하도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, 지지대(700)와 편광자(600)는 고정된 상태에서, 기판(500)과 함께 스테이지(400)가 회전하도록 구성하는 것도 가능함은 물론이다.
상술한 스테이지(400), 지지대(700), 결합부(720)의 이동 또는 회전 작동은 챔버(200) 외부에 구비되는 컨트롤러(미도시)에 의해 제어될 수 있으며, 스테이지(400)의 이동과 지지대(700) 또는 결합부(720)의 회전에 의해, 기판(500) 상에 배향 방향이 서로 다른 멀티 도메인(multi-domain)의 형성이 가능하다.
즉, 기판(500) 표면을 복수 개의 도메인으로 구분하였을 때, 예컨대 제1 도메인을 광배향 처리한 후, 스테이지(400)를 이동시켜 제2 도메인이 편광자(600) 하부에 위치하도록 하고, 편광자(600)를 소정 각도 회전시킨 후 펄스 UV를 제2 도메인에 조사함으로써, 제1 도메인과 제2 도메인의 액정 배향 방향이 서로 다르게 할 수도 있는 것이다.
도 3은 펄스 UV의 특성을 도시한 개략도이다.
도 3에서 x축은 시간(t)이며, y축은 W(watt) 단위를 가지는 피크 파워(peak power)이다. 경화 등의 공정에 적용되는 일반적인 UV 조사방법은 일정한 에너지를 가지는 자외선이 계속 조사되는 방법을 취하고 있으나, 본 발명에서는 펄스(pulse) 형태로 고에너지를 가지는 UV가 조사된다. 이러한 펄스 UV는 매우 짧은 시간만 조사되며, 상대적으로 긴 시간동안 냉각된다. 즉, 듀티 사이클(duty cycle; 펄스가 켜져 있는 시간 / 펄스가 반복되는 총 시간 × 100(%))이 1% 미만의 매우 작은 값을 가지므로, 전체적으로 조사시간이 짧고 냉각시간이 길며, 따라서 펄스 UV 조사과정 중에 열이 발생하지 않게 되는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 편광자(600)에 의해 편광된 펄스 UV는 50nm 내지 800nm의 파장을 출력할 수 있다. 편광된 펄스 UV는 50nm 내지 400nm의 자외선 영역의 빛뿐만 아니라, 400nm 내지 800nm의 가시광선 영역의 파장의 빛도 방사할 수 있다.
따라서, 종래의 수은 UV 램프, 메탈 할라이드 UV 램프, 또는 갈륨 UV 램프가 각각, 자외선 영역 중 특정한 파장에서만 빛을 방사하는 것과는 달리, 본 발명의 램프(300)는 넓은 파장 영역의 빛을 방사할 수 있게 된다.
편광된 펄스 UV는 펄스 폭 20 마이크로 초 이하, 초당 1~60Hz 펄스의 파형으로 0.1mJ/pulse~500J/pulse로 조사할 수 있다. 따라서, 예를 들어 종래의 UV 램프가 100mW에서 12초를 지속적으로 조사하여 광배향층을 배향시키는 경우, 본 발명의 램프(300)는 펄스 UV의 강한 조사 에너지 및 강도로 인해, 예를 들어 0.02초 이하로 조사하여도 기판의 광배향층을 배향시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 광배향시 광 조사시간의 단축에 의한 공정시간 단축과, 이로 인한 생산성 향상의 효과가 있다. 또한, 극히 짧은 시간 동안만 빛을 조사하므로, 광배향막의 열손상 및 열변형을 방지할 수 있다.
발광 램프는 대상체의 표면과 거리가 멀어질수록, 램프 중심부와 대응하는 지점의 광도와 그 주변부의 광도차가 더 심하게 나타난다. 따라서, UV 광도와 균일도는 기판(500)과 가까울수록 우수하지만, 종래의 경우 기판(500)이 직접적으로 받는 열 변형 때문에 최소의 조사거리를 유지하여야 했다. 일반적으로는 100~150mm 정도의 조사거리를 확보하게 되는데, 이 경우 램프 중심부와 주변부의 균일도는 약 30% 정도의 차이를 보이게 된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 램프(300)의 경우, 펄스 UV를 조사함에 따라 열 발생이 거의 미미하여 기판(500) 표면에 열적인 영향을 주지 않는다. 따라서, 최대한 기판(500) 표면에 근접(예를 들어, 5mm 이내)하여 펄스 UV를 조사할 수 있으며, 광도의 균일도는 거의 100% 수준을 유지할 수 있다.
또한, 편광된 펄스 UV는 초단시간에 순간적인 펄스파를 기판(500)의 광배향층에 조사하므로, 광배향시 강한 침투력을 갖는다. 그 결과, 편광된 펄스 UV는 광배향층이 두꺼운 후막(thickness layer)에도 광배향을 고르게 시킬 수 있다.
비용적인 측면에서는, 편광된 펄스 UV는 종래의 아크방전 램프를 사용하는 경우보다 전력 사용량을 80% 이상 저감시킬 수 있다. 편광된 펄스 UV는 순간적인 UV 에너지를 사용하기 때문에 전력 사용량이 줄어들게 된다.
게다가, 편광된 펄스 UV는 순간 ON/OFF 기능이 가능하여, 공정 흐름상 UV 조사가 불필요한 경우 램프를 OFF할 수 있으므로, 에너지 절감 효과가 있으며 셔터와 같은 개폐장치가 불필요하다. 또한, 열 감소로 인해 램프나 장비의 수명연장 효과를 가져올 수 있다. 아울러, 종래 UV 램프에 사용되는 콜드미러, 핫미러 등의 소모품 교체 비용이 들지 않기 때문에 경제적인 측면에서도 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치를 이용하는 광 위상차 필름의 제조방법 순서도이다. 도 4를 참고하면, 광 위상차 필름의 제조를 위해, 먼저 기판에 광 배향제가 코팅되고 건조된다. 이어서 기판에 편광 펄스 UV가 조사되는데, 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치를 이용할 수 있으며, 멀티도메인 형성 공정이 포함될 수 있다. 이후, 반응성 액정 혼합물의 코팅 및 건조가 이루어지며, 무편광 펄스 UV 또는 일반 무편광 UV를 기판에 조사하여 마무리하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치를 이용하는 일반 액정 표시 장치의 제조방법 순서도이다. 도 5를 참고하면 먼저 세척된 TFT 기판, 또는 CF 기판에 광 배향제가 코팅 및 건조된다. 이어서 기판에 편광 펄스 UV가 조사되는데, 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 광배향 장치를 이용할 수 있으며, 멀티도메인 형성 공정이 포함될 수 있다. 이후, 액정을 ODF(One-Drop-Filling) 방법에 의해 주입하고 실링(sealing)하며, 씰(seal) 경화를 포함하는 셀 어셈블리(cell assembly) 단계를 거친 후 열처리로 마무리하게 된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 펄스 UV를 이용한 광배향 장치에 의하면, 편광된 펄스 UV를 이용하여 반응성 액정을 포함한 광배향제의 노광 공정시간을 단축시켜 생산성 향상 및 대량 생산이 용이하다.
아울러, 편광된 펄스 UV를 이용하기 때문에 배향성 및 배향 안정성을 가져 우수한 위상차 능력을 갖도록 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 상부에 설치되며, 펄스 UV광을 발산하는 램프;
    상기 챔버의 하부에 구비되며, 표면에 배향막이 형성된 기판이 안착되는 스테이지; 및
    상기 스테이지와 상기 램프 사이에 탈착 가능하게 설치되는 편광자를 포함하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 램프와 상기 편광자 사이에 배치되는 밴드 패스 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 램프는 상기 챔버의 상부 일측에 설치되는 하우징 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 편광자는 상기 램프와 상기 스테이지 사이에 설치되는 지지대에 교체 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지대는 상기 램프와 상기 스테이지 사이에 수평하게 설치되고, 일측에 상하 방향으로 개구된 개구부가 형성되며, 상기 편광자의 삽입 장착이 가능하도록 슬라이드 홈을 가진 결합부가 상기 개구부의 테두리를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지대는 상기 챔버 내에 승강 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지는 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지는 높이 조절 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스 UV광은 0.1mJ/pulse ~ 500J/pulse 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스 UV광은 1Hz ~ 60Hz로 조사되는 것을 특징으로 하는 펄스 UV를 이용한 광배향 장치.
PCT/KR2013/010738 2013-04-30 2013-11-25 펄스 ｕｖ를 이용한 광배향 장치 WO2014178508A1 (ko)

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