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KR100750926B1 - 액정 주입 장치 및 이를 사용한 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

액정 주입 장치 및 이를 사용한 액정 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR100750926B1
KR100750926B1 KR1020010027259A KR20010027259A KR100750926B1 KR 100750926 B1 KR100750926 B1 KR 100750926B1 KR 1020010027259 A KR1020010027259 A KR 1020010027259A KR 20010027259 A KR20010027259 A KR 20010027259A KR 100750926 B1 KR100750926 B1 KR 100750926B1
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South Korea
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liquid crystal
crystal material
substrate
dropping
dispenser
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권용준
정성욱
이상준
이우식
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

액정 표시 장치용 기판에 액정 물질을 적하하는 액정 주입 장치는 액정 표시 장치용 기판을 로딩하는 정반, 정반에 설치되어 있으며 로딩되어 있는 기판의 무게를 측정하는 센서, 액정 물질을 적하하는 디스펜서, 센서가 측정한 무게와 미리 설정되어 있는 특정 값을 비교하여 디스펜서로부터 액정 물질의 적하량을 조절하는 제어부로 구성되어 있다.
센서, 되먹임, 셀갭, 액정셀공정, 제어부

Description

액정 주입 장치 및 이를 사용한 액정 표시 장치의 제조 방법{DEVICE FOR INJECTING LIQUID CRYSTAL MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME DEVICE}
도 1a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 액정 표시 장치용 기판의 배치도이고,
도 1b는 도 1a의 П- П'선에 대한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판에 액정 물질을 적하하는 액정 주입 장치를 도시한 것이고,
도 3은 도 2의 액정 주입 장치의 작동 원리를 도시한 순서 흐름도이고,
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 액정 주입 장치를 사용하여 액정 표시 기판을 제조하는 공정을 나타내는 도면이다.
본 발명은 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 적하 주입법에 의한 액정 셀 공정에서 액정 물질의 적하량을 조절할 수 있는 장치 및 이를 사용한 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치의 제조 공정은 유리 기판상에 배선 패턴 및 스위칭 소자(액티브 매트릭스형인 경우) 등을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과, 배향 처리, 스페이서의 배치 및 대향하는 유리 기판 사이에 액정 물질을 봉입하는 액정 셀(cell) 공정과, 드라이버 IC의 부착 및 백 라이트(back light) 장착 등을 행하는 모듈 공정으로 분류된다.
이러한 액정 표시 장치의 제조 공정에서 액정 셀 공정은 액정 물질을 주입하는 방법으로 액정 주입 장치를 사용하여 액정 물질을 적하하는 적하 주입법과 액정 물질을 기압차와 모세관 현상에 의하여 셀 내부로 주입하는 진공 주입법 등이 사용되고 있다.
이중 적하 주입법에 의한 액정 셀 공정은 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자가 형성된 어레이 기판 주위에 자외선(UV; ultra violet) 경화성 봉인재로 프레임을 형성한 후, 프레임 내의 기판면 상에 디스펜서 등의 적하 주입 장치로부터 규정량의 액정 물질을 적하한다. 다음, 어레이 기판과 대향하는 칼러 필터 기판에 스페이서를 산포한 후, 진공중에서 두 기판을 정렬하여 접합한다. 다음, 접합한 기판에 자외선을 조사하여 봉인재를 경화시킨다.
적하 주입법은 진공 중에서 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러 필터 기판을 접합하기 때문에 셀 내에 적하되는 액정 물질량으로 셀갭을 조절한다. 따라서, 원하는 셀갭을 갖도록 하기 위해서는 목표치의 셀갭에 해당하는 부피와 동일한 액정 물질량을 적하하여야 한다.
그러나, 액정 물질을 적하할 때 디스펜서로부터 사출되는 양이 정확한 양으 로 조절되어 사출되는지 알 수 없다. 또한, 액정 물질에 기포가 함유되어 있을 때는 액정 물질의 부피만큼 기포가 함께 사출되기 때문에 적하 액정 물질량이 규정량보다 작아 두 기판 접합 후의 셀갭이 목표치의 셀갭 보다 낮은 결과가 나오게 된다. 이러한 기포가 함유되는 액정 물질은 탈포를 한 후 진행을 해야 하지만 완벽하게 기포를 제거하기는 불가능하며 액정 물질을 매번 탈포해야 하는 번거로움이 있다. 만약, 액정 물질을 완벽하게 탈포 한 후 적하를 하더라도 매번 디스펜서로부터 사출되는 액정 물질량이 정확하게 사출되는지를 각 기판 별로 검사하여야 하는 번거로움이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 액정 주입 장치로부터 사출되는 액정 물질량을 정확하게 조절하여 두 기판 접합한 후의 셀갭을 균일하게 할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 기판을 로딩하는 정반에 무게를 측정하는 센서를 부착하고 센서로부터의 액정 물질의 무게 측정치와 액정 물질의 적하 목표치를 비교하여 실시간으로 적하되는 액정 물질량을 감지 및 측정할 수 있는 제어부을 설치한다.
본 발명에 따르면, 액정 표시 장치용 기판에 액정 물질을 적하하는 액정 주입 장치는 액정 표시 장치용 기판을 로딩하는 정반, 정반에 설치되어 있으며 로딩되어 있는 기판의 무게를 측정하는 센서, 액정 물질을 적하하는 디스펜서, 센서가 측정한 무게와 미리 설정되어 있는 특정 값을 비교하여 디스펜서로부터 액정 물질의 적하량을 조절하는 제어부로 구성되어 있다.
이때, 센서로부터의 무게 측정치를 표시하는 표시부를 더 갖출 수 있다.
이때, 제어부는 측정치가 목표치보다 크면 불량표시를 표시부로 출력하며, 측정치가 목표치보다 작으면 부족분의 액정 물질을 추가 적하하도록 디스펜서를 제어할 수 있다.
이때, 디스펜서와 정반은 서로 상대적인 위치 이동이 가능할 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 주입 장치 및 이를 사용한 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1a 및 도 1b를 참고하여 본 발명의 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치 기판의 개략적인 구조에 대해서 설명한다.
도 1a는 박막 트랜지스터를 스위칭 소자로서 사용한 액티브 매트릭스형의 액정 표시 기판의 일부분을 칼라 필터 기판측으로부터 바라본 배치도이고, 도 1b는 도 1a의 П- П'선에 대한 부분 단면도이다.
액정 표시 기판(10)의 어레이 기판(12)측에는 매트릭스 상으로 배치된 복수의 화소 영역(26)이 형성되어 있고, 복수의 화소 영역(26)은 화상의 표시 영역(24)을 이룬다. 상세한 도시는 생략했지만, 각 화소 영역(26)에는 박막 트랜지스터(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이때, 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 선(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 드레인 전극은 데이터 선(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 또한 박막 트랜지스터의 소스 전극은 화소 영역(26)내에 형성된 화소 전극(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 복수의 데이터선 및 게이트 선은 어레이 기판(12)의 외주 위에 형성된 단자부(14)를 통하여 구동회로(도시하지 않음)와 연결되어 있다.
칼라 필터 기판(16)에는 공통 전극(도시하지 않음)과 함께, R(빨강), G(초록), B(파랑)의 칼라 필터(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 또한, 칼라 필터 기판(16)에는 차광 기능을 하는 블랙 매트릭스(20, 22)가 형성되어 있다. 표시부 블랙 매트릭스(20)는 표시 영역(24)내의 복수의 화소 영역(26)을 구획하여 화소 영역(26) 경계부에서의 빛이 새는 것을 방지하기 위하여 설치되고, 또한 박막 트랜지스터(도시하지 않음)를 차광하여 광 누설 전류의 발생을 방지하기 위하여 사용된다. 또한, 테두리부 블랙 매트릭스(22)는 표시 영역(24) 외부의 불필요한 광을 차광하기 위해서 설치되어 있다.
칼라 필터 기판(16)은 어레이 기판(12) 보다 단자부(14) 영역만큼 작게 형성되고, 소정의 셀갭(cell gap)으로 액정 물질을 봉인하여 어레이 기판(12)에 대향하여 설치되어 있다. 이때, 셀갭은 특정 크기의 스페이서(도시하지 않음)를 사용하여 일정하고 균일하게 유지한다. 그러나, 기판 상에 봉인 패턴(18) 또는 액정 물질(28)의 분포 밀도가 일정치 않으면 셀갭이 일정치 않게 되어 액정 표시 장치의 화면 전체에 걸쳐 화면이 불균일한 불량이 발생한다. 따라서, 봉인 패턴 및 액정의 분포 밀도를 균일하게 해주는 것이 바람직하다.
어레이 기판(12)과 칼라 필터 기판(16)은 자외선 경화성(UV; ultraviolet) 봉인재(18)로 접합되어 있고, 두 기판(12, 16) 사이의 자외선 경화성 봉인재(18)로 둘러싸인 영역에는 액정 물질(28)이 봉인되어 있다. 여기서, 자외선 경화성 봉인재(18)는 두 기판(12, 16) 사이에 채워져 있는 액정 물질(28)과의 비혼합성을 보장할 수 있는 봉인재(18)를 사용하여 미경화 상태의 봉인재(18)와 액정 물질(28)이 접촉하여 오염되는 것을 막는다.
이러한 액정 표시 장치용 기판의 배치도에서 두 기판의 간격을 유지하는 셀갭의 균일성 및 신뢰성을 확보하는 방법 중 하나인 액정 물질의 균일한 분포 밀도를 갖도록 하는 공정 설비 및 이 설비의 작동 원리에 대해 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다.
도 2는 적하 주입법에 의한 액정 셀 공정에서 기판 상에 액정 물질을 적하하는 액정 주입 장치를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 액정 주입 장치의 작동 원리를 도시한 순서 흐름도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 액정 주입 장치는 기판(12), 디스펜서(27), 정반(100), 센서(110), 제어부(120), 검출 표시부(130)로 이루어져 있다.
기판(12)을 로딩하는 정반(100)에는 센서(110)가 설치되어 있어 디스펜서(27)로부터 적하되는 액정 물질의 무게를 측정한다. 여기서, 정반(100)과 디스펜서(27)는 서로 상대적인 위치 이동이 가능하다. 검출 표시부(130)는 센서(110)로부터 측정된 액정 물질의 적하량을 수치로 표시하여 진행자가 알 수 있도록 한다. 제어부(120)는 센서(110)로부터 측정한 액정 물질의 무게 측정치와 액정 물질의 적하 목표치를 비교하여 액정 물질의 적하량을 조절한다. 이때, 무게 측정치와 적하 목표치의 차가 0 이거나 일정한 오차 범위 내에 들면 액정 물질의 적하를 중단한다.
여기서, 센서(110)를 사용하여 액정 물질량을 측정하는데는 부피를 측정하는 방법과 무게를 측정하는 방법이 있다. 이러한 두 가지 방법 중에서 액정 물질에 기포 등을 포함하게 되었을 때 정확한 액정량을 측정하기 위해서는 부피를 측정하는 방법보다는 무게를 측정하는 방법이 용이하고 정확하다. 그리고 액정은 각기 서로 다른 비중을 가지고 있기 때문에 원하는 부피에 해당하는 액정량을 비중을 이용하여 무게로 환산이 가능하다.
이러한 액정 물질의 적하량을 조절하는 장치의 작동 원리에 대해 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 우선, 초기 설정값을 입력한다(단계 200). 즉, 액정 물질의 무게 초기값(
Figure 112001011571662-pat00001
), 측정 검사 적하 횟수(
Figure 112001011571662-pat00002
), 총 적하 횟수(
Figure 112001011571662-pat00003
)를 설정하고, 이것으로 액정 적하량의 목표값(
Figure 112001011571662-pat00004
)을 설정한다. 여기서, 액정 물질의 무게 초기값(
Figure 112001011571662-pat00005
) 및 액정 적하량의 목표값(
Figure 112001011571662-pat00006
)은 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112001011571662-pat00007
Figure 112001011571662-pat00008
Figure 112001011571662-pat00009
Figure 112001011571662-pat00010
= 액정 물질의 비중 액티브 면적 목표치의 셀갭 두께()
Figure 112001011571662-pat00011
다음, 디스펜서(27)가 기판(12)면 상에 액정 물질(28)을 적하한다(단계 210). 이때, 기판(12)이 로딩(loading)되어 있는 정반(100) 내부에 장착된 무게 측정 센서(110)가 액정 물질이 적하되기 전의 기판(12) 무게를 측정해둔다. 이어, 액정 적하량을 측정한다(단계 220). 즉, 기판(12) 상에 액정 물질이 번 적하된 후의 무게를 센서(110)가 측정하고, 센서(110)가 측정한 값은 검출 표시부(130)가 수치로 표시하여 진행자가 확인할 수 있도록 한다. 이때, 액정 물질의 무게(
Figure 112001011571662-pat00012
)는 액정 물질이 적하된 후의 기판(12)의 무게에서 액정 물질이 적하하기 전의 기판(12)의 무게를 감하여 얻어진다.
다음, 설정값과 측정값을 비교한다(단계 230). 즉, 디스펜서(27)에 장착되어 있는 제어부(120)가 액정 물질의 목표량(
Figure 112001011571662-pat00013
)에서 액정 물질의 무게(
Figure 112001011571662-pat00014
)를 감하여 얻어진 값, 즉
Figure 112001011571662-pat00015
의 값
Figure 112001011571662-pat00016
가 다음의 수학식 3을 만족하는 지정된 오차 범위에 있는가를 판단한다.
Figure 112001011571662-pat00017
여기서 0.05 수치는 공정에 따라 변할 수 있는 요소이다.
Figure 112001011571662-pat00018
가 수학식 3을 만족시키면 액정 물질의 적하 공정을 마치고, 두 기판을 정렬하여 접합한다(단계 240).
만약,
Figure 112001011571662-pat00019
가 수학식 3을 만족시키지 못하면
Figure 112001011571662-pat00020
가 0보다 큰 값을 가지는 지를 판단한다(단계 250). 즉, 액정 물질이 목표치(
Figure 112001011571662-pat00021
)보다 적게 적하되었는지 아니면 목표치(
Figure 112001011571662-pat00022
)보다 많이 적하되었는지를 판단하는 것이다.
만약, 액정 물질이 기포를 포함하는 등의 이유로 인하여 목표치(
Figure 112001011571662-pat00023
)보다 적 게 적하된 경우, 즉
Figure 112001011571662-pat00024
의 값이 0보다 크면 제어부(120)는
Figure 112001011571662-pat00025
만큼의 액정 물질이 적하될 수 있는 추가 적하 압력과 추가 적하 시간을 계산한다.
다음, 제어부(120)는 추가 적하 압력과 추가 적하 시간을 가지고 액정 물질을 적하하도록 디스펜서(27)를 되먹임 제어한다(단계 260).
한편, 기판(12) 상에 적하된 액정 물질의 측정치(
Figure 112001011571662-pat00026
)가 목표치(
Figure 112001011571662-pat00027
)를 초과한 경우, 즉
Figure 112001011571662-pat00028
가 0보다 작은 경우에는 디스펜서(27)의 재현성 또는 정밀도에 문제가 있는 것으로 보고 디스펜서(27)를 검사하도록 한다(단계 270). 이때, 검출 표시부(130)는 디스펜서(27)가 불량임을 표시한다.
이러한 방법은 액정 물질이 떨어질 때마다 센서(110)에 의해 매번 무게를 실시간으로 감지하여 디스펜서(27)를 되먹임할 수 있으며, 또는 액정 물질의 적하가 모든 끝난 후에 센서(110)에 의해 무게를 측정한 다음에 디스펜서(27)를 되먹임을 시킬 수 있다.
이와 같이, 센서(110)로부터 측정된 무게 수치량을 되먹임시켜 제어부(120)로 수치량을 비교하여 적하되는 액정 물질량이 목표치 또는 오차 범위 내에 오도록 할 수 있어 적하되는 액정 물질(28)의 양을 정확하게 조절할 수 있다. 그리고, 완벽하게 탈포가 되지 않은 액정 물질(28)이라도 기판 별로 무게 측정을 할 수 있어 정확한 액정량을 적하할 수 있다. 또한, 디스펜서(27)의 재현성 또는 정밀도가 문제가 있는 경우에는 언제라도 디스펜서(27)를 검사할 수 있다. 따라서, 액정 물질(28)의 정확한 적하량은 두 기판(12, 16)을 접합한 후의 셀갭을 조절할 수 있 어 화면 전체의 균일성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그러면, 상술한 액정 물질의 적하량을 조절하는 장치를 적용하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 도 3a 내지 도 3c를 참고하여 설명한다.
액정 표시 장치의 제조 방법은 액정 물질과의 비혼합성을 보장할 수 있는 봉인재를 기판에 도포하는 단계를 포함하는 액정 셀 공정에 관련되므로, 유리 기판상에 배선 패턴 및 스위칭 소자(액티브 매트릭스형인 경우) 등을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과, 드라이버 IC의 부착 및 백 라이트(back light) 장착 등을 행하는 모듈 공정은 종래와 마찬가지이므로 그 설명은 생략한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 칼라 필터 기판(16)에 스페이서 산포 장치(도시하지 않음)로부터 습식법 또는 건식법으로 스페이서(30)를 산포한다. 습식법은 솔벤트에 스페이서를 혼합하여 분사하는 방식이고, 건식법은 공기 또는 N2 가스등을 이용하여 산포하는 방식이다. 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자가 형성된 어레이 기판(12) 주위에 프레임 형상으로 자외선(UV; ultra violet)경화성 재료의 봉인 패턴(18)을 형성한다. 여기서, 스페이서(30)를 산포하거나 봉인 패턴(18)을 형성하는 기판은 바뀔 수도 있으며, 스페이서(30)와 봉인 패턴(18)을 하나의 기판에 형성할 수도 있다.
이어, 프레임 내의 기판면 상에 상술한 액정 주입 장치를 사용하여 디스펜서(27)로부터 액정 물질(28)을 적하한다. 이때, 적하되는 액정 물질(28)이 완벽하게 탈포가 되지 않더라도 기판(12) 상에 액정 물질(28)이 균일하게 분포된 다.
다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 스페이서가 산포된 칼라 필터 기판(16)을 진공 챔버에서 위치 마춤하여 봉인 패턴(18)이 형성된 어레이 기판(12)에 압착 공정으로 접합한다. 여기서, 전 단계에서 탈포가 되지 않은 액정 물질(28)은 진공 챔버에서 머무르는 시간을 조절하여 액정 물질(28)을 탈포시킨다. 다음, 접합한 기판을 대기중으로 복원하면 접합한 어레이 기판(12)과 칼라 필터 기판(16) 사이의 액정 물질(28)이 대기압에 의해 확산한다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 자외선 광원(32)을 이동시키면서 봉인 패턴(18)에 화살표(36)를 따라 자외선 광(34)을 조사하여 경화시킨다.
도시는 생략했지만, 상술한 공정을 거친 액정 표시 장치 기판을 기판 단위로 절단 분리한다. 분리된 각 기판을 검사하여 양품만을 선별한 후, 편광판을 부착하여 액정 셀 공정을 종료한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 적하 주입법에 의한 액정 셀 공정에서는 액정 물질(28)을 적하할 때 액정 물질(28)의 액정 주입 장치를 사용하여 규정량의 액정 물질(28)을 적하할 수 있으므로 두 기판(12, 16)을 접합한 후의 셀갭을 균일하게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 기판이 로딩되어 있는 정반 아래에 무게 측정센서를 부착하여 실시간으로 액정 물질의 적하량을 측정하고, 측정된 액정 물질의 적하량와 액정 물질의 목표량을 비교한 차이만큼 즉, 동일한 목표치 또는 오차 범 위 내에 있도록 제어부에 의해 액정 물질을 조절하여 적하할 수 있다. 따라서, 셀갭을 조절할 수 있어 화면 전체에 균일성을 향상할 수 있으며 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (6)

  1. 액정 표시 장치용 기판에 액정 물질을 적하하는 액정 주입 장치에 있어서,
    상기 액정 표시 장치용 기판을 로딩하는 정반,
    상기 기판에 액정 물질을 적하하는 디스펜서,
    상기 정반에 설치되어 있으며, 정반에 로딩되어 있는 상기 기판의 무게를 액정 물질의 적하 전 및 적하 후에 각각 측정하는 센서,
    상기 센서가 측정한 무게와 미리 설정되어 있는 목표치를 비교하여 상기 디스펜서로부터 액정 물질의 적하량을 조절하는 제어부
    를 포함하며,
    상기 제어부는 액정 물질이 떨어질 때마다 상기 센서에 의해 매번 무게를 실시간으로 감지하여 상기 디스펜서를 실시간으로 되먹임 제어하는 액정 주입 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 센서로부터의 무게 측정치를 표시하는 표시부를 더 포함하는 액정 주입 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제어부는 상기 측정치가 상기 목표치보다 크면 불량표시를 상기 표시부로 출력하며, 상기 측정치가 상기 목표치보다 작으면 부족분의 액정 물질을 추가 적하하도록 상기 디스펜서를 제어하는 것을 특징으로 하는 액정 주입 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 디스펜서와 상기 정반은 서로 상대적인 위치 이동이 가능한 액정 주입 장치.
  5. 두 기판 중 어느 하나의 기판 상부에 봉인재를 도포하는 단계,
    상기 두 기판 중 어느 하나의 기판 상부에 액정 물질을 적하하는 단계,
    상기 두 기판을 정렬하여 접합하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 액정 물질을 적하하는 단계는 액정 물질이 떨어질 때마다 액정 물질의 무게를 매번 실시간으로 감지함으로써, 적하되는 액정량을 실시간으로 제어하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 액정량을 실시간으로 제어하는 단계는 적하된 액정 물질의 측정치가 미리 설정되어 있는 목표치보다 작으면 부족분의 액정 물질을 추가 적하하도록 되먹임 제어하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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