열경화제를 사용한 Roll-To-Roll 공정 대응 상하 기판 합착 기술 개발

Abstract

‘미래형 디스플레이’혹은‘차차세대 디스플레이’로 일컬어지는 flexible 액정 디스플레이를 상용화하기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있다. 기존에 유리기판을 이용한 액정 디스플레이와는 달리 plastic 기판을 이용함에 따라 액정 디스플레이도 연속적인 roll-to-roll 공정 방식의 도입이 가능해졌고, 이에 따라 flexible 디스플레이의 대량 생산 및 저가 제조가 가능해졌다. Flexible 액정 디스플레이의 전 영역에 걸쳐 상하 기판의 간극을 유지하기 위한 방안으로 PILC(Pixel Isolated Liquid Crystal) 구조 및 Rigid Spacer 구조가 제안되었다. 하지만 액정 디스플레이의 제조에 roll-to-roll 공정을 도입할 경우 액정을 주입하기 위해 기존의 모세관 현상을 이용한 주입 방식 대신 액정 적하(one drop filling) 방식을 채택하여야 하며, PILC 및 rigid spacer 구조를 사용하여 디스플레이의 간극을 유지할 경우 액정을 적하했을 때 상하 기판의 합착을 위해 사용하는 고분자와 액정이 반응을 함으로써 화질 저하의 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 UV경화제와 agarose를 혼합하여 상하 기판 합착에 사용한 실험 결과가 알려져 있다. 이 실험은 agarose에 열을 가하면 겔(gel) 화되는 성질을 이용하여 액정과 UV경화제의 반응을 최소화 시킨다는 착상 하에 진행되었다. 하지만 이를 실제 공정에 도입할 경우 열과 UV 빛을 동시에 사용해야 하기 때문에 기존의 공정에 비해 비용이 두 배로 증가하며, Black matrix에 의해 UV빛이 차단되기 때문에 UV경화제가 디스플레이 전 영역에서 균일하게 경화 되지 못한다는 문제가 발생한다. 따라서 기존의 상하 기판 합착 방식을 사용했을 때의 합착 안정성과 디스플레이의 특성을 동일하게 유지하면서도 앞에서 언급한 액정 적하 방식 채택 시의 문제점을 해결하기 위하여 상하 기판 합착 시에 UV경화제를 사용하지 않는 방안을 고안해 내야만 한다. 이러한 필요성에 의해 본 연구에서는 열경화제와 매질을 혼합하여 rigid spacer 위에 미세접촉인쇄(micro contact printing)하는 방식을 제안하였다. Rigid spacer가 형성되어 있는 상황에서 열경화제와 매질의 혼합물을 rigid spacer에 미세접촉인쇄 하였으며, pre-baking 과정을 통해 매질을 기화시킴과 동시에 열경화제를 제 1차 경화상태로 전이시켜 적하 한 액정과의 반응성을 최소화 시킨 후, hard-baking 과정을 통해 제 2경화 상태로 변화시킴으로써 roll-to-roll 공정에 적합한 상하 기판 합착 기술을 구현하였다. 본 연구에서 제안한 공정 방식으로 액정 적하 후 상하 기판을 합착한 시편을 통해 열경화제와 액정의 반응에 따른 디스플레이의 화질 저하가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이와 더불어 기존에 연구된 상하 기판 합착 기술과 동일한 전기 광학적 특성과 그 보다 뛰어난 합착 안정성을 보이는 것을 확인할 수 있었다.; As the era of Ubiquitous is drawing near, people feel the need of flexible displays. Consequently, all of the most displays -Plasma Display Panel(PDP), Organic Light Emitting Diodes(OLED), Electronicpaper( E-paper) and etc- are finding the way to overcome a new challenge and so does Liquid Crystal Displays(LCDs). There are two indispensable conditions to make flexible LCDs. Developing technologies to keep the uniform and stable cell gap against physical deformations is necessary. One of the techniques to solve this problem is rigid spacer made of negative PR(Photo Resist). The next place of techniques for enhanced adhesion of the upper and lower substrates against various deformations is required. For the flexible LCDs are commercialized, it is necessary to find new adhesion techniques for roll-to-roll process. In the early works, UV curable polymer and agarose mixture were used to bond two substrates. However, in this case, the manufacture processes are complex and cost too much. Furthermore, it is not easy to use the UV curable polymer in practical manufacture because the Black Matrices(BM) cut off the UV light. To overcome this problem, there can be other approaches. We propose new solution using thermosetting resin. However, there is a fatal drawback when we use thermosetting resin in manufacturing the LCD. That is, very high viscosity of thermosetting resin makes uniform micro contact printing(μCP) on rigid spacers more difficultly. Moreover, if we drop LC on μCP polymer, there occurs an LC alignment distortion because of the reaction between LC and μCP polymer. To apply the roll-to-roll process in manufacturing the LCD, dropping injection on LC is necessary. In this paper, by using the mixture of thermosetting resin and Tetrahydrofuran(THF), we can make uniform micro contact printing(μCP) layer easier than the past and also can inject LC by one drop filling method without any distortion of LC alignment. The measured results of the EO characteristics for our manufacturing method show good performance.