KR20030094787A - 액정표시소자의 배향막 인쇄장치 및 인쇄방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시소자의 배향막 인쇄장치 및 인쇄방법에 관한 것으로서, 배향액이 공급되도록 설치된 배향액공급수단과; 상기 배향액공급수단으로부터 배향액을 공급받는 제 1 롤과; 상기 공급된 배향액이 상기 제 1 롤 표면에 균일한 막을 형성하도록 상기 제 1 롤과 인접하여 회전하는 제 2 롤과; 기판상에 스위칭소자나 컬러필터가 형성된 액티브 영역과 일치하는 양각의 패턴이 형성된 배향막인쇄수단과; 상기 배향막인쇄수단이 부착되고 상기 제 1 롤과 맞닿아 회전하도록 설치되어 제 1 롤로부터 배향막인쇄수단에 배향액을 전사받고 기판에 배향막을 재전사하는 제 3 롤을 포함하는 액정표시소자의 배향막 인쇄장치 및 이를 이용한 인쇄방법을 제공하여, 배향액의 낭비를 막고, 어닐록스롤, 닥터롤, 인쇄롤의 크기를 줄임으로써 롤의 구입에 드는 비용, 특히, 고가의 어닐록스롤의 구입에 드는 비용을 절감한다.

Description

액정표시소자의 배향막 인쇄장치 및 인쇄방법{ALIGNMENT LAYER PRINTING DEVICE OF TFT-LCD AND PRINTING METHOD THEREOF}

본 발명은 액정표시소자의 배향막 인쇄장치 및 인쇄방법에 관한 것으로, 인쇄롤 표면에 기판상의 액티브 영역과 일치하는 양각의 패턴이 형성된 고무판을 포함하는 액정표시소자의 배향막 인쇄장치를 이용하여 배향액의 낭비를 막고, 어닐록스롤, 닥터롤, 인쇄롤의 크기를 줄여 롤의 구입에 드는 비용을 감소시킨다.

현재 평판디스플레이의 주력제품인 액정표시장치의 본격적인 양산은 1990년대 초에 이르러 비로소 시작되었다. 최근의 정보화 사회에서 디스플레이는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 더 한층 강조되고 있다. 특히 모든 전자 제품의 경, 박, 단, 소 추세에 따라 저소비전력화, 박형화, 경량화, 고화질, 휴대성의 중요성이 더 한층 높아지고 있다. 액정표시장치는 평판디스플레이의 이러한 조건들을 만족시킬 수 있는 성능 뿐만 아니라 양산성까지 갖춘 디스플레이 장치이기 때문에 이를 이용한 각종 신제품 창출이 급속도로 이루어지고 있으며 기존의 CRT를 점진적으로 대체할 수 있는 핵심부품 산업으로서 전자 산업에서 반도체 이상의 파급효과를 가져오고 있다.

상기와 같은 액정표시장치의 제조공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하부기판에는 여러 번의 증착, 노광, 식각 공정을 거쳐 매트릭스 형태의 복수의 화소가 정의되는 배선을 형성하고 각각의 화소에 박막트랜지스터와 같은 다수의 스위칭소자를 형성한다. 상기 스위칭 소자를 중심으로 배선이 교차되고 상기 각 배선의 일단에는 패드부를 형성함으로써 어레이 패턴을 형성한다. 이러한 하부기판을 TFT 어레이 기판이라고 한다.

또한, 상부기판에는 상기 하부기판과 마주보는 면에 공통전극과 컬러필터(color filter)를 형성하는데 이러한 상부기판을 컬러필터 기판이라고 한다.

다음으로, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 충진되는 액정의 배향 특성을 부여하기 위해 상부기판과 하부기판에 배향막을 형성하는 과정을 거치게 된다. 배향막(alignment layer)은 유리기판 세정, 배향막 인쇄, 건조 및 베이킹(baking) 공정이 연속적으로 진행되는 설비를 이용하여 형성하며 배향막 형성 후 러빙을 실시하여 액정 분자의 배향에 규칙성을 제공한다. 이어서, 상기 상부기판과 하부기판을 실런트로 합착한 후 상기 합착된 두 기판 사이의 공간에 액정을 충진하면 액정 패널은 완성된다.

상술한 공정 중 기판에 배향막을 형성하는 공정은 다음과 같은 이유로 필수적이다.

액정표시장치는 액정의 전기광학적 특성을 이용한 것이고 이러한 전기광학 특성은 액정 분자 자체의 이방성과 액정 분자의 분자배열 상태에 의해 결정된다. 따라서, 액정에 단결정 질서를 부여하고 액정분자가 인가된 전압에 대해 규칙적인 응답을 할 수 있도록 하는 것이 배향막의 역할이다.

액정 셀의 전기광학적 특성은 배향막의 형성과 러빙(rubbing)에 의한 표면처리 상태에 따라 크게 좌우된다. 배향막 인쇄 공정에서는 기판 전체에 대한 일정한두께의 배향막 형성이 중요하며 러빙 공정에서는 균일한 표면처리가 매우 중요하다. 이러한 공정에 의해 액정분자를 균일하게 배열시켜 전체화면에서 균일한 디스플레이 특성을 갖게 된다. 러빙 공정은 배향막의 표면에 배향 각도를 정의하여 액정 분자의 배향 방향에 프리틸트각(pre-tilt)을 부여하는 역할을 하게 된다.

박막트랜지스터 액정표시소자에 사용되는 배향막의 요구특성은 200℃ 이하의 온도에서 1000Å 이하의 균일한 두께를 갖는 박막 형성이 가능하고 투명전극(ITO)표면과 우수한 접착특성을 가져야만 한다. 또한 화학적 안정성이 높아 액정과의 반응이 없어야 하고 전기적인 특성은 차지트랩(charge trap)이 없어야 하며 비저항이 충분히 높아 액정 쎌 동작에 영향이 없을 정도가 되어야 한다.

TN 모드를 사용하는 박막트랜지스터 액정표시장치에서 배향막 형성은 고분자 유기막 인쇄법이 가장 많이 사용되는 보편화된 기술이다. SiO₂등의 사방증착법으로 대표되는 무기배향막이 사용될 수도 있지만 공정 비용과 신뢰성 및 동장 안정성 등의 문제로 실제 양산에서는 널리 사용되지 않는다.

배향막 재료로는 배향안정성, 내구성, 생산성을 고려해 폴리이미드 (polyimide)계 고분자 화합물이 널리 사용되고 있다. 배향막은 화소전극과 공통전극 표면에 위치하여 액정전압이 인가되므로 그 두께를 최소화하여 액정 셀의 전기적인 동작특성에 미치는 영향을 극소화해야 하기 때문에 배향막의 두께는 균일하게 도포할 수 있는 최소 두께로써 약 1000Å 이하가 되어야 한다. 1000Å 이하의 균일한 배향막을 박막형태로 인쇄하기 위하여 배향막 재질인 폴리이미드를 솔번트(solvent)로 4~8% 정도로 희석된 저농도 혼합용액을 사용한다.

배향막은 스위칭소자나 컬러필터가 형성된 액티브 영역에만 도포되고 본딩패드(bonding pad)와 씰 패턴이 설치되는 영역에는 도포되지 않는 것이 바람직하다. 종래 배향막의 도포는 스핀 코팅(spin coating) 방법을 사용하였는데 이 방법은 도포가 간편하고 신속하다는 장점은 있지만 고가의 배향액의 소모가 많다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 인쇄장치에 의한 인쇄기법으로 배향막을 형성하는 방법이 제안되고 있다.

이러한 배향막 인쇄장치가 도 1에 도시되어 있다.

도면에 도시된 바와 같이 인쇄장치를 이용한 배향막의 인쇄는 복수의 롤(roll)을 사용한다. 즉, 원통형의 어닐록스롤(anilox roll; 2)과 닥터롤(doctor roll; 3) 사이에 공급된 배향액(14)은 상기 어닐록스롤(2)과 닥터롤(3)이 회전함에 따라 어닐록스롤(2) 전체에 걸쳐 균일하게 도포된다. 상기 닥터롤(3) 대신 어닐록스롤(2)에 인접하여 설치된 닥터블레이드(doctor blade)를 사용하여 균일한 두께의 막을 형성할 수도 있다.

상기 어닐록스롤(2)이 표면의 일정 영역에 고무판(5)이 부착된 인쇄롤(4)과 맞닿아 회전하게 되면 상기 어닐록스롤(2) 표면의 배향액이 고무판(5)으로 전사된다. 상기 고무판(5)은 배향액이 도포될 기판(6)에 대응한다. 기판(6)이 적재된 인쇄테이블(7)이 인쇄롤(4)과 접촉하여 이동함에 따라 고무판(5)에 전사된 배향액이 기판(6) 상으로 재전사되어 배향막이 형성된다.

상기 종래 인쇄장치에서는 액티브 영역이 차지하는 부분 이외의 더미 영역에도 배향막이 도포되어 배향액이 낭비되는 문제가 있었다.

도 2는 인쇄롤 표면에 부착된 고무판을 펼친 모습을 도시한 것이다. 도시된 고무판은 두개의 액정셀을 갖는 기판에 대응된다.

흰 부분(15)은 음각부를 나타내고, 빗금친 부분(8,9)은 양각부를 나타낸다.

인쇄롤(4)이 어닐록스롤(2)과 맞닿아 회전할 때 어닐록스롤 상에 전사된 배향액이 상기 고무판의 양각부(8,9)에 전사되고 전사된 배향액이 이동 스테이지(7) 상의 기판에 인쇄되게 된다.

도 2는 또한 기판에 인쇄된 배향막의 패턴을 나타낸다. 인쇄롤의 고무판에 형성된 패턴이 그대로 기판에 인쇄된다. 종래의 배향막 인쇄장치에 의하면, 도시된 바와 같이 컬러필터나 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 액티브 영역(8) 외의 더미 영역에도 배향막이 도포된 부분(9)이 있음을 알 수 있다. 따라서 더미 영역의 배향막(9)을 제거하는 추가공정이 필요했었다.

도 3은 도 1의 배향막 인쇄장치에 있어서 어닐록스롤(2)과 디스펜서(1)의 정면을 도시한 것이다. 어닐록스롤(2) 상부에서 디스펜서(1)가 화살표방향과 같이 좌우로 d₁의 구간만큼 움직이면서 배향액(13)을 공급한다. 롤에 빗금으로 표시된 부분(11)은 디스펜서(1)로부터 배향액(13)을 공급받는 영역이고 나머지 부분(12)은 배향액이 공급되지 않는 영역이다. 롤 양쪽에는 축(14)이 설치되어 있어 어닐록스롤이 회전 가능하게 된다.

배향액(13)이 공급되는 구간 d₁은 도 2에 도시된 기판의 폭 t₁에 대응된다. 실제 액티브 영역의 폭은 t₂이지만 어닐록스롤(2)에 배향액이 공급되는 부분(11)은이보다 넓은 t₁에 해당하는 구간이다. 따라서 배향액이 불필요한 부분에까지 공급되어 배향액이 낭비되는 문제점이 있었다.

또한, 디스펜서(1)가 이동하는 구간에 대응하여 어닐록스롤(2)의 길이 d₂가 결정되므로 불필요한 부분에 공급되는 배향액(13)으로 인해 어닐록스롤(2)의 크기도 불필요하게 컸었다. 이에 따라 닥터롤 및 인쇄롤의 크기도 어닐록스롤에 대응하여 불필요하게 커서 원가상승의 요인이 되어왔다. 특히 어닐록스롤은 고가의 금속 또는 세라믹 재료를 씀에 따라 이의 축소 방안이 필요하다.

또한, 종래의 경우 디스펜서가 어닐록스롤 상부에서 기판상에 더미영역을 형성하는 부분(도 2의 9)에까지 이동하였으므로, 디스펜서(1)가 액티브 영역에 해당하는 구간만큼만 이동할 때보다 시간은 많이 걸리게 되고 이는 제조공정을 지연시키는 요인이 되어왔다.

상술한 바와 같이 종래 기술에 의하면 액정표시장치 기판에 배향막 인쇄시 제품에 필요한 액티브 영역 외에 불필요한 더미 부분에도 배향막이 형성되어 배향액이 낭비되게 되며, 더미 부분에 인쇄되는 배향막은 이를 제거하기 위한 추가 공정을 필요한 문제점이 있었다.

또한, 배향액이 롤로 전사되는 부분도 불필요하게 넓어 어닐록스롤, 닥터롤 및 인쇄롤이 실제 인쇄영역에 비해 컸었다. 상기 어닐록스롤은 단가가 비싸 액정표시소자의 가격를 올리는 요인이 되어왔다.

또한, 디스펜서의 이동구간이 불필요하게 커짐에 따라 공정 시간을 지연시키는 요인이 되어왔다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 다음과 같이 구성되어 있다.

도 1은 전체적인 배향막 인쇄장치를 도시한 측면도.

도 2는 종래의 인쇄롤 표면에 부착되는 고무판의 평면도 및 종래의 배향막 인쇄장치에 의해 배향막이 인쇄된 기판의 평면도.

도 3은 어닐록스롤 및 디스펜서의 배열을 나타낸 정면도.

도 4는 본 발명의 인쇄롤 표면에 부착되는 고무판의 평면도 및 본 발명의 배향막 인쇄장치에 의해 배향막이 인쇄된 기판의 평면도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 :디스펜서5 :고무판

2 :어닐록스롤6 :기판

3 :닥터롤7 :인쇄테이블

4 :인쇄롤8,9,10:배향막, 양각부

15,16:음각부

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 배향액이 공급되도록 설치된 배향액공급수단과; 상기 배향액공급수단으로부터 배향액을 공급받는 제 1 롤과; 상기 공급된 배향액이 상기 제 1 롤 표면에 균일한 막을 형성하도록 상기 제 1 롤과 인접하여 회전하는 제 2 롤과; 기판상에 스위칭소자나 컬러필터가 형성된 액티브 영역과 일치하는 양각의 패턴이 형성된 배향막인쇄수단과; 상기 배향막인쇄수단이 부착되고 상기 제 1 롤과 맞닿아 회전하도록 설치되어 제 1 롤로부터 배향막인쇄수단에 배향액을 전사받고 기판에 배향막을 재전사하는 제 3 롤을 포함하는 액정표시소자의 배향막 인쇄장치를 제공한다.

한편 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로써, 배향액 공급부가 배향액을 제 1 롤에 공급하는 단계와; 상기 제 1 롤에 공급된 배향액을 균일한 두께의 배향막으로 형성하는 단계와; 상기 배향막을 제 1 롤과 맞닿아 회전하는 제 2 롤에 부착된 배향막인쇄수단에 전사하는 단계와; 액티브 영역과 더미영역으로 구분되는 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 2 롤을 이용해 상기 기판의 액티브 영역에 배향막을 재전사하는 단계를 포함하는 액정표시소자의 배향막 인쇄방법을 제공한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

전체적인 배향막 인쇄장치의 대략적인 모습은 종래의 그것과 같다.

따라서 도 1을 참조하여 설명하면 상술한 것과 마찬가지로, 본 발명의 배향막 인쇄장치는 어닐록스롤(2), 닥터롤(3) 및 인쇄롤(4)이 축이 평행하고 서로 인접하게 설치되어 있고. 어닐록스롤(2)의 상부에는 디스펜서(1)가 설치되어 있다. 상기 인쇄롤의 표면에는 고무판(5)이 부착되어 있다. 상기 인쇄롤(4)에 맞닿도록 기판이 이동스테이지(7) 위에 설치되어 있다.

도 4는 인쇄롤 표면에 부착된 고무판을 펼친 모습을 도시한 것이다. 도시된 고무판은 폭 t₂를 갖는 두개의 액정셀을 갖는 기판에 대응된다.

흰 부분(16)은 음각부를 나타내고, 빗금친 부분(10)은 양각부를 나타낸다. 상기 패턴은 기판에 박막트랜지스터나 컬러필터가 형성된 액티브 영역에 해당하는 부분만 양각으로 형성되어 있다.

인쇄롤이 어닐록스롤과 맞닿아 회전할 때 어닐록스롤에 전사된 배향액이 상기 고무판의 양각부(10)에 전사되고 전사된 배향액이 이동 스테이지 상의 기판에 인쇄되게 된다.

도 4는 또한 본 발명에 의한 고무판을 썼을 경우의 기판상의 배향막 인쇄 패턴을 나타낸다. 도시된 기판은 두개의 액정셀을 갖는 경우를 나타낸다. 고무판의 양각에 전사된 배향액이 기판으로 재전사되는 것이기 때문에 고무판에 형성된 패턴과 기판상에 인쇄된 배향막 패턴이 동일하다.

빗금친 부분(10)이 배향막이 인쇄된 영역이고 흰 부분(16)은 배향막이 인쇄되지 않은 영역이다. 도시된 바와 같이 상기 기판은 액티브 영역에 해당하는 영역(10)에만 배향막이 도포되어 종래 기술에서 나타났던 더미부에 형성된 배향막(도 2의 9)이 없어졌음을 알 수 있다.

배향막을 기판상의 액티브 영역에만 도포하게 되면 디스펜서는 어닐록스롤 상부에서 액티브 영역에 해당하는 구간만큼만 왕복하면 된다. 즉 디스펜서는 도 4에서 액티브 영역(10)의 폭인 t₂만큼만 왕복하면 된다. 즉, 종래 기판의 폭인 t₁만큼 왕복하던 디스펜서가 본 발명에서는 t₂만큼 왕복하게 된다. 따라서, 도 3에서 어닐록스롤(2) 상에 배향액이 공급되는 영역의 폭 d₁이 줄어들게 되고 이에 따라 어닐록스롤의 폭 d₂를 줄일 수 있다.

본 발명에 의하면 인쇄롤상의 고무판에 배향액이 전사될 양각부(10)의 크기가 줄어들므로 어닐록스롤 상에 배향액이 공급되는 면적도 줄어들게 되고 이에 따라 어닐록스롤의 여유부분(12)의 크기도 줄일 수 있다. 이 부분을 최소화하여 어닐록스롤의 크기를 작게 하는 것이 바람직하다.

예컨데 가로 370mm의 액정표시소자를 제작할 때 종래에는 500mm 길이의 어닐록스롤을 사용하였다. 그러나 실제 기판에 인쇄되는 배향액은 370mm 전체에 걸쳐 인쇄되지만 실제 박막트랜지스터(TFT)가 형성되고 칼라 필터가 형성되는 액티브 영역은 가로 330mm에 불과하므로 가로 40mm에 해당하는 배향액이 더미 영역에 인쇄되어 낭비되어 왔다. 그러나 본 발명에 의하면 인쇄롤에 부착된 고무판의 패턴을 변경함으로써 액티브 영역에만 배향액을 인쇄하게 되고 이에 따라 어닐록스롤의 배향액이 전사되는 영역도 330mm로 줄어들게 되고 따라서 어닐록스롤의 전체 크기도 40mm 이상 줄일 수 있다.

또한 어닐록스롤 상에 배향액이 전사되는 영역(11)도 줄어들게 되므로 디스펜서(1)의 이동거리가 줄어들게 된다. 따라서 디스펜서(1)를 어닐록스롤 상의 빗금친 부분(11)만큼 이동하게 설치하여 제조공정을 단축시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 인쇄롤에 부착된 고무판에 기판의 액티브 영역에 해당하는 부분만 양각으로 형성하여 본 발명을 실시함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 고무판에 형성된 양각부의 면적이 줄어들었으므로 이에 전사되는 배향액이 줄고, 따라서 기판에 인쇄되는 배향막의 면적이 줄어 배향막 인쇄시 사용되는 배향액의 사용량을 절감할 수 있다. 또한 기판 상의 액티브 영역에만 배향막이 형성되므로 더미 부분에 도포되는 배향막을 제거하는 추가 공정을 생략할 수 있다.

둘째, 기판 상에 형성되는 배향막의 면적이 작아지므로 배향막을 인쇄하는 롤상에 전사되는 배향액의 면적도 줄어든다. 어닐록스롤, 닥터롤, 인쇄롤의 크기는 기판상의 액티브 영역의 폭보다만 크면 되므로 롤의 크기를 줄일 수 있다. 따라서 롤 구입에 드는 비용이 감소되고, 특히 단가가 비싼 어닐록스롤의 구입에 따른 비용을 감소시킬 수 있다.

셋째, 어닐록스롤상의 배향액 공급 영역이 줄어들므로 디스펜서가 어닐록스롤 위를 왕복하면서 배향액을 공급하는 시간을 줄일 수 있다. 디스펜서는 기판상의액티브 영역에 해당하는 폭만큼만 이동하도록 설치하여 디스펜서의 왕복 시간을 줄임으로써 전 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

Claims (5)

1. 배향액이 공급되도록 설치된 배향액공급수단과;

   상기 배향액공급수단으로부터 배향액을 공급받는 제 1 롤과;

   상기 공급된 배향액이 상기 제 1 롤 표면에 균일한 막을 형성하도록 상기 제 1 롤과 인접하여 회전하는 제 2 롤과;

   기판상에 스위칭소자나 컬러필터가 형성된 액티브 영역과 일치하는 양각의 패턴이 형성된 배향막인쇄수단과;

   상기 배향막인쇄수단이 부착되고 상기 제 1 롤과 맞닿아 회전하도록 설치되어 제 1 롤로부터 배향막인쇄수단에 배향액을 전사받고 기판에 배향막을 재전사하는 제 3 롤;

   을 포함하는 액정표시소자의 배향막 인쇄장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 배향막인쇄수단은 고무판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 배향막 인쇄장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 배향액공급수단은 기판상의 액티브 영역이 형성되는 구간만큼 제 1 롤 상부를 왕복하도록 설치된 것을 특징으로 하는 액정 표시소자의 배향막 인쇄장치.
4. 배향액 공급부가 배향액을 제 1 롤에 공급하는 단계와;

   상기 제 1 롤에 공급된 배향액을 균일한 두께의 배향막으로 형성하는 단계와;

   상기 배향막을 제 1 롤과 맞닿아 회전하는 제 2 롤에 부착된 배향막인쇄수단에 전사하는 단계와;

   액티브 영역과 더미영역으로 구분되는 기판을 준비하는 단계와;

   상기 제 2 롤을 이용해 상기 기판의 액티브 영역에 배향막을 재전사하는 단계

   를 포함하는 액정표시소자의 배향막 인쇄방법.
5. 제 3항에 있어서, 배향액은 배향액 공급부로부터 제 1 롤에 기판상의 액티브 영역의 폭만큼 공급되는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자의 배향막 인쇄방법.