KR20060079674A - 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법에 관한 것으로, 광경화 물질 100 중량부에 대하여, 열경화 물질 20 내지 400 중량부, 광개시제 20 내지 30 중량부 및 바인더 20 내지 40 중량부의 비율로 이루어 지며 점도가 50,000cp 내지 500,000cp인 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 가시광선의 조사에 의하여 경화가 개시되는 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법{SEALANT COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 액정표시패널의 제조방법을 설명하는 도면이다.

본 발명은, 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가시광선 조사에 의하여 경화가 개시되는 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법에 관한 것이다.

액정표시패널은 박막 트랜지스터가 형성된 기판과 컬러필터가 형성된 기판의 사이에 액정을 주입하고 두 기판을 합착한 것이다. 이와 같은 구조를 얻기 위해서는 액정이 위치할 액정셀을 형성하고 액정을 주입하는 과정이 필요하다. 이 과정에서 실런트는 양 기판을 접착시키며 액정셀을 형성하는 역할을 한다.

액정을 주입하기 위해서는 기판의 가장자리를 따라 실런트 조성물으로 실라인을 형성하고, 실라인을 형성한 후 액정을 적하한 다음에 양 기판을 접합시킨다.

위와 같은 공정을 거치는 실런트 조성물은 실라인 형성을 위하여 적절한 점도 를 지닌 형태이어야 하며 최종적으로 경화반응을 거친다.

경화를 통해 실런트로 형성되는 수지는 실라인 경화과정의 차이에 따라 열경화 수지와 자외선 경화수지로 나눌 수 있다.

열경화 수지는 열에 의하여 경화가 개시되는 수지로 경화온도가 낮고 고온에서도 경도와 접착강도가 크며 가교도가 높은 에폭시 수지, 페놀수지 등이 사용된다. 그러나, 열경화 수지는 열을 가함으로 인하여 발생되는 실 버블(seal bubble), 양 기판의 팽창률의 차이로 인한 오정렬(Alignment-Miss) 유발 등의 단점이 있다. 열경화 수지의 단점을 개선하기 위해 자외선(Ultraviolet rays)의 조사에 의해서 경화가 개시되는 자외선 경화 수지를 혼합하여 사용한다. 자외선 경화 수지는 저온에서도 압착할 수 있어 대형기판에 적용시에도 열팽창에 의한 오정렬이 적고, 접합도를 향상 시킬 수 있다.

그러나, 실라인을 자외선으로 경화시킬 때, 액정에 자외선이 직접적으로 조사되어 액정이 파괴될 수 있는 문제점이 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해 마스크를 이용해 액정을 보호하고 있으나, 마스크가 액정을 모두 가리지 못하거나 조사된 자외선이 국부적으로 액정에 조사되는 등의 한계가 있어 자외선에 의한 액정이 파괴될 우려가 높은 문제점이 있다. 또한, 자외선에 의한 액정의 파괴를 방지하기 위한 마스크의 사용으로 인하여 액정표시패널의 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 가시광선 영역의 광의 조사에 의하여 경화가 개시 되는 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 광경화 물질 100 중량부에 대하여, 열경화 물질 20 내지 400 중량부, 광개시제 20 내지 30 중량부 및 바인더 20 내지 40 중량부의 비율로 이루어 지며 점도가 50,000cp 내지 500,000cp인 것을 특징을 하는 실런트 조성물에 의하여 달성된다.

여기서, 열경화 물질은 에폭시계이며, 광경화 물질은 아크릴계이고, 바인더는 아민계이며, 광개시제는 가시광선의 조사에 의해 활성화 되어 광경화 물질의 중합을 개시시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 광개시제는 전자주게, 전자 받게 및 파이 결합으로 이루어진 전자공액구조의 이광자 흡수물질인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적은, 제 1 기판 및 제 2 기판을 마련하는 단계와; 양 기판 중 어느 하나에 열경화 물질, 광경화 물질, 가시광선의 조사에 의해 활성화되어 광경화 물질의 중합을 개시시키는 광개시제 및 바인더를 포함하는 실런트 조성물으로 실라인을 형성하는 단계와; 실라인 내부로 액정을 적하시키는 단계와; 실라인에 가시광선을 조사하여 광경화 시키는 단계; 및 실라인에 10분 내지 2시간 동안 80℃ 내지 150℃의 열을 가하여 열경화 시키는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법에 의하여 달성된다.

여기서, 실런트 조성물의 점도는 50,000cp 내지 500,000cp인 것이 바람직하다.

그리고, 실런트 조성물은 광경화 물질 100 중량부에 대하여, 열경화 물질 20 내지 400 중량부, 광개시제 20 내지 30 중량부 및 바인더 20 내지 40 중량부의 비율로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 광개시제는 전자주게, 전자받게 및 파이결합으로 이루어진 전자공액구조의 이광자 흡수물질인 것을 특징으로 한다.

그리고, 광개시제는 적어도 하나 이상의 이중결합을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 광개시제는 전자주게, 전자 받게 및 파이 결합이 동일 평면상에 있는 것이 바람직하다.

여기서, 열경화 물질은 에폭시계이며, 상기 광경화 물질은 아크릴계이고, 상기 바인더는 아민계인 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 가시광선 경화 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

공지의 방법에 의하여 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판이 마련되면, 양 기판 중 어느 하나에 액정을 적하시키고 양 기판을 대향하여 접착 시킨다.

여기서, 액정을 적하하기 위하여는 기판 위에 실런트 조성물로 실라인을 형성해 놓아야 한다. 실런트 조성물을 원하는 실라인으로 형성시키는 방법으로 스크린 마스크(screen mask)법과 디스펜스(dispense)법이 있다. 스크린 마스크법은 공정이 편리하여 널리 사용되고 있으나, 마스크가 배향막과 접촉하면서 불량이 유발되는 문제가 있으며 기판의 크기가 커지면서 대응이 어려워져 점차 디스펜스법이 많이 사용되고 있다.

실런트 조성물은 실라인(Seal Line) 형성을 위하여 적절한 점도를 지닌 형태어야 한다. 실라인이 경화된 실런트는 액정디스플레이에서 높은 신뢰성 확보를 위해 강한 접착강도, 높은 결정화율, 양호한 인쇄성이 요구되어지고 보다 정밀한 셀 간격 제어를 위해 가압, 가열, 경화시의 퍼짐 정도가 균일할 것이 요구되어진다. 또한 칼라필터를 사용하는 경우에는 칼라필터의 내열성 문제로 인하여 경화온도의 저온화와 경화시간의 단축화 등이 요구되어진다.

실라인을 형성한 후 액정을 위치시키는 방법으로는 필링(filling)방식과 적하(dropping)방식이 있다. 필링방식에서는 두 기판을 접착시킨 후 진공과 질소 압력을 이용하여 주입구를 통하여 액정을 주입하고, 주입구를 봉입한다. 이 방법은 액정속의 미세한 공기방울이 셀 주입되어 기포를 형성하는 문제가 있어 탈포과정이 필요하다. 또한, 이 방법은 기판의 크기가 커질 경우 주입시간이 매우 길어지고 공정에 많은 시간이 소요되며 복잡하다는 문제점이 있다. 따라서 실라인이 형성된 기판위에 액정을 떨어뜨려 채운 후 기판을 접착시키는 적하방식이 주로 사용된다. 적하방식은 ODF(One Drop Filling)방식으로 불리기도 하는데, 이 방식은 상대적으로 공정이 간단하고 적은 시간이 소요되어 대량생산에 적합한 장점이 있다.

액정이 주입되면 기판 가장자리를 따라 실라인으로 형성된 실런트 조성물은 경화반응을 거친다. 실런트 조성물을 이루는 물질은 경화과정의 차이에 따라 열경화 수지와 자외선 경화수지 및 본 발명에 따른 가시광선 경화수지로 나눌 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 열경화 수지와 가시광선 경화수지를 혼합한 형태를 사용한다. 이는 소정강도 이상의 강한 가시광선에 의해 가경화를 하고, 그 다음에 열로 경화되지 않은 부분을 경화시켜 완벽한 경화를 유도함으로써 액정표시패널의 신뢰성을 향상시키기 위함이다. 또한, 자외선 경화수지를 사용하지 않음으로써 액정을 보호하기 위한 마스크(mask)를 사용하지 않아 공정을 간단히 하며, 자외선에 의한 액정의 파괴를 방지하기 위함이다.

먼저, 본 발명에 따른 열경화 수지에 대하여 설명한다. 열경화 수지로는 경화온도가 낮고 고온에서도 경도와 접착강도가 크며 가교도가 높은 에폭시 수지, 페놀수지 등이 사용된다. 에폭시 수지를 예로 들어 설명하면, 에폭시수지는 분자의 화학적 단위로서 에폭시 결합을 갖고 있다. 에피클로로히드린과 비스페놀 에이를 중합하여 만든 것이 대표적이며, 에폭시수지를 단독으로 사용하는 일은 없으며, 바인더를 다시 첨가하여 열경화 물질로 변화시켜 사용하므로 수지의 중간체라고 생각하는 것이 적당하다.

에폭시수지의 장점은 경화에 있어 반응수축이 매우 작고 휘발물을 발생하지 않는 점이다. 또한, 전기적 성질과 기계적 성질이 매우 우수하며 치수 안정성이 매우 좋다. 저장안정성이 높고 경화제를 혼합하지 않으면 온도에 관계없이 장기간의 보관이 가능하다.

다음, 본 발명에 따른 광경화 물질에 대하여 설명한다. 본 발명에서는 광경화 물질로 아크릴 수지를 사용한다. 아크릴 수지는 무색 투명하며, 빛의 투과율이 좋다. 내약품성, 전기절연성 및 내수성이 양호하며, 특히, 도료 및 접착제로 잘 쓰이며 성형성이 좋다. 아크릴 수지는 후술할 광개시제에 의하여 중합되면서 경화되어 양 기판을 접착시키며 적당한 셀 갭(Cell Gap)을 유지시키는 역할을 한다.

다음, 본 발명에 따른 광개시제에 대하여 설명한다. 본 발명에 사용되는 광개시제는 일광수준의 가시광선 보다 강한 가시광선의 조사에 의하여 활성화되어 상술한 아크릴 수지의 중합을 개시시킨다. 본 발명의 광개시제는 전자주게, 전자받게 및 파이(π)결합으로 이루어진 전자공액구조의 이광자 흡수 물질이다.

이광자 흡수 물질은 이광자 흡수현상을 일으키는 물질이다. 이광자 흡수현상이란 3차 비선형 공명 과정으로 대부분의 물질에서 관찰되는 단일광자 흡수현상(강한 레이져 빔을 물질에 조사할 때 바닥상태에서 한 개의 광자를 흡수하여 여기상태가 되고 다시 같은 파장의 빛을 내며 바닥상태로 되돌아오는 현상)과는 달리 두 개의 광자를 동시에 흡수하여 여기상태가 되고 약간의 에너지를 잃은 후에 흡수될 때의 에너지보다 더 높은 에너지의 광자를 방출(형광)하며 바닥상태로 돌아오는 현상을 말한다. 즉, 이광자 흡수 물질은 소정의 강도 이상의 빛에 의하여 여기상태에 도달되며, 단일광자 흡수현상을 일으키는 통상의 물질과 동일한 흡수 스펙트럼을 보이더라도 다른 파장 영역에서 여기상태에 도달하는 흡수 스펙트럼을 더 가지게 된다. 예를 들어, 후술할 이광자 흡수 횡단면 값을 잘 조절하여 이광자 흡수물질을 설계하면 자외선 흡수 스펙트럼을 보이면서도 가시광선에서도 여기상태에 도달하게 된다. 여기서, 조사되는 가시광선은, 가령, 일광(day light) 수준 이상의 강도를 갖는 가시광인 것이 바람직하다.

이광자 흡수의 정도를 나타내는 것으로 이광자 흡수 횡단면값이 있다. 이광자 흡수 횡단면값은 기저상태에서 입사하는 복사에너지에 의해 나누어진 에너지 흡수 율로 정의된다.

여기서, N은 단위분자당 흡수한 분자의 수를 나타내고, n은 굴절률, c는 광속도를 의미한다.

대표적인 이광자 흡수 물질의 예로는 다음 Ⅰ 및 Ⅱ이 있다.

Ⅰ, Ⅱ 화합물은 모두 N,N'-bis-(4-methoxyphenyl)-N,N'-diphenyldiamino 유도체로서, 이광자 흡수를 할 수 있는 물질이다. 상기 물질을 포함하는 실런트 조성물의 중합시 레이저는 Nd-YAG를 사용할 수 있으며, 레이저는 단일상으로 파장(λ)은 532nm, 펄스 지속시간(pluse duration)은 0.5ns, 최고파장에너지(maximumpluse energy)는 4μJ, 반복 속도(repetition rate)는 6.5kHz이다. 파워는 1.26mW, 레이져 빔의 크기는 1.8μm, 스캐닝(scaning) 속도는 20~500 μm/s이다.

이러한 이광자 흡수를 할 수 있는 물질을 이용하여 광개시제를 만들면, 실제 물질의 흡수 스펙트럼이 자외선 영역을 갖더라도, 이 물질을 여기상태로 올리는 것 은 가시광선 영역의 강한 빛을 가지고도 가능하게 된다. 분자구조를 잘 조절하여 3차 비선형계수 혹은 이광자흡수 횡단면 값이 큰 광개시제를 만들 수 있고 가시광선 영역의 빛을 이용하여 아크릴 수지의 중합반응을 개시시킬 수 있다. 이런 이광자 흡수물질을 실런트의 경화반응을 일으키는 광개시제로 사용하면, 강한 가시광선의 조사에 의하여 경화가 시작되는 실런트를 제조할 수 있다. 이광자 흡수 물질을 이용한 실런트 조성물은 일반 자외선에 의하여는 경화반응이 개시되지 않으며, 강한 레이져 빛이 조사될 때만 경화반응이 개시되므로 보관이 용이하다. 경화공정을 진행할 때는 전체를 노광하는 것보다 스캔 형태(scan type)의 레이져 장치를 사용하여 실라인이 형성된 영역에만 빛을 조사함이 바람직하다.

다음, 바인더에 대하여 설명한다. 바인더는 보통 하드너(hardner)라고 하며, 본 발명에서는 아민계가 사용된다. 아민계의 물질은 상술한 에폭시 수지와 중합하면서 에폭시 수지를 경화시킨다.

다음, 첨가제에 대하여 설명한다. 첨가제는 실런트 조성물의 성능을 개선하기 위하여 첨가하는 물질로 필요에 따라 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 사용할 수 있다. 그 예로 충진제, 커플링제 등이 사용될 수 있다. 충진제는 수지의 기계적 특성을 향상시키기 위해 사용하며 주로 실리카를 사용한다. 액정의 적하방식을 사용하는 경우, 기판의 합착 전에 액정을 강하시키기 때문에 수지가 용해 상태이거나 액상 상태의 실런트 조성물이다. 따라서 실라인을 그대로 유지하기 어렵기 때문에 충진제를 첨가하여 점도를 높이는 것이다. 실라인이 유지되지 않으면 합착 후 실런트가 누출될 수 있고, 기판 외곽에 오염이 발생할 수도 있다. 커플링제는 실런트와 기판사이에의 접착력을 증대시키기 위하여 사용하며 주로 실란계통의 물질을 사용한다.

이하에서는 액정적하공정을 포함하는 액정표시패널의 제조방법에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

서로 다른 공지의 제조공정을 거쳐 완성된 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판을 마련한다(S110). 양 기판 중 어느 한 기판에는 적당한 셀갭(Cell Gap)을 유지하기 위한 스페이서(Spacer)가 형성되어 있거나 산포된다. 본 발명에서는 액정 적하 과정에서의 액정의 퍼짐에 따른 스페이서의 유동을 방지하기 위해 고정형 스페이서를 사용함이 바람직하다. 양 기판에는 폴리이미드(Polyimide)로 만들어진 얇은 유기막으로 액정을 일정한 방향으로 배열 시키기 위해 배향막이 형성되어 있다.

그리고, 기판 사이즈에 맞게 기판의 가장자리에 본 발명에 의하여 제조된 가시광선 경화 실런트 조성물을 이용하여 실라인을 드로잉한다(S120). 실라인은 적당한 셀 갭 형성과 적하될 액정이 새어나가지 않게 하는 두가지 기능을 한다. 실라인에는 스페이서가 포함되어 셀갭 유지에 적용될 수 있다.

다음, 실라인 안쪽으로 액정을 적하한다(S130). 그리고, 양 기판을 진공 챔버(Chamber)의 상판과 하판에 장착시켜, 진공 상태에서 얼라인먼트(Alignment)를 진행시킨다(S140). 이때, 진공도는 10^-3 Torr정도 이하이다. 그리고, 합착된 양 기판을 외부 대기압에 방치시켜 적당한 셀갭을 조절한다.

다음, 강한 가시광선을 실라인에 조사시켜 광경화를 시킨다(S150). 여기서, 레이저를 이용하여 강한 가시 광선을 조사하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 이광자 흡수 물질을 이용한 개시제는 이광자 흡수현상의 특성상 일광(day light) 수준의 가시광선에 의하여는 개시되지 않고 소정 수준 이상의 강도의 가시광선 빛이 조사 되어야 지만 개시되기 때문이다. 여기서, 경화공정을 진행할 때는 전체를 노광하는 것보다 스캔 형태(scan type)의 레이저 장치를 사용하여 실라인이 형성된 영역에만 빛을 조사함이 바람직하다. 이광자 흡수 물질을 포함하는 실라인에 강한 가시광선을 레이져를 이용하여 조사하면, 이광자 흡수 물질이 여기상태에 도달하고, 이 상태에서 라디칼(radical)이 생성된다. 라디칼이 생성되면, 라디칼과 반응할 수 있는 이중결합을 가지고 있는 아크릴 수지와 반응하여 경화가 개시된다.

광경화 후에, 80℃ 내지 150℃의 온도로 약 10분 내지 2시간 정도 열경화 시킨다(S160). 10분 이내로 열경화를 시키면 적절한 경화반응이 일어나지 않으며, 2시간 이상 열경화를 시키면 실버블(Seal bubble) 등의 불량이 발생한다. 여기서, 열경화는 광경화에 의하여 경화되지 않은 부분을 완벽하게 경화시킨다. 본 발명에 따른 광경화만을 이용할 수 있으나, 열경화를 병행하는 것이 완전한 경화를 위하여 바람직하다.

그리고, 각각의 셀(Cell)로 절단하여 분리하는 셀 커팅(Cell Cutting) 및 패널의 가장자리를 가공하는 그라인드(Grind) 공정을 거친다.

마지막으로, 액정이 적하된 패널은 광학적 및 전기적 신호를 가해 검사한 후 패널의 양면에 편광판을 부착한다(S170). 이에 의해 액정표시패널이 완성된다. 완성된 액정표시패널은 모듈공정을 거쳐 액정표시장치로 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 강한 가시광선의 조사에 의해서 경화가 개시되는 실런트 조성물 및 이를 이용한 액정표시패널의 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (10)

1. 광경화 물질 100 중량부에 대하여, 열경화 물질 20 내지 400 중량부, 광개시제 20 내지 30 중량부 및 바인더 20 내지 40 중량부의 비율로 이루어 지며 점도가 50,000cp 내지 500,000cp인 것을 특징을 하는 실런트 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열경화 물질은 에폭시계이며, 상기 광경화 물질은 아크릴계이고, 상기 바인더는 아민계이며, 상기 광개시제는 가시광선의 조사에 의해 활성화 되어 상기 광경화 물질의 중합을 개시시키는 것을 특징으로 하는 실런트 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 광개시제는 전자주게, 전자 받게 및 파이 결합으로 이루어진 전자공액구조의 이광자 흡수물질인 것을 특징으로 하는 실런트 조성물.
4. 제 1 기판 및 제 2 기판을 마련하는 단계와;

   상기 양 기판 중 어느 하나에 열경화 물질, 광경화 물질, 가시광선의 조사에 의해 활성화되어 상기 광경화 물질의 중합을 개시시키는 광개시제 및 바인더를 포함하는 실런트 조성물으로 실라인을 형성하는 단계와;

   상기 실라인 내부로 액정을 적하시키는 단계와;

   상기 실라인에 가시광선을 조사하여 광경화 시키는 단계; 및

   상기 실라인에 10분 내지 2시간 동안 80℃ 내지 150℃의 열을 가하여 열경화 시키는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 실런트 조성물의 점도는 50,000cp 내지 500,000cp인 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 실런트 조성물은 광경화 물질 100 중량부에 대하여, 열경화 물질 20 내지 400 중량부, 광개시제 20 내지 30 중량부 및 바인더 20 내지 40 중량부의 비율로 이루어진 것을 특징을 하는 액정표시패널의 제조방법.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 광개시제는 전자주게, 전자받게 및 파이결합으로 이루어진 전자공액구조의 이광자 흡수물질인 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 광개시제는 적어도 하나 이상의 이중결합을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 광개시제는 전자주게, 전자 받게 및 파이 결합이 동일 평면상에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
10. 제 4 항에 있어서,

    상기 열경화 물질은 에폭시계이며, 상기 광경화 물질은 아크릴계이고, 상기 바인더는 아민계인 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.

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