KR0141909B1 - 액정 표시 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

경사 방향 증착법의 우수한 배향 효과를 유지하면서 막두께나 입사각의 변동에 의한 영향을 억제하고 배향 얼룩이나 구동시의 얼룩이 없는 높은 콘트래스트비의 특성이 안정된 수직 배향형의 액정 표시 디바이스를 제공한다.

패터닝한 투명전극 부착 유치 기판 A, B를 증발원(7)에 대해서 θ₁만큼 기울여 세트하고 이온총(8)에 의한 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 계속해서 동기판을 기판면내에서 90도 회전하고 증발원에 대해서 θ₂만큼 기울여 세트하고 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 이같이 해서 배향 기본막(2)을 처리한 유리 기판 A, B는 수직 배향막(3)을 부여한후 스페이서(5)를 거쳐서 맞춰지며 액정(4)이 주입되어서 액정 표시 디바이스가 완성된다.

Description

액정 표시 디바이스 제조 방법

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 디바이스의 구성도.

제2도는 경사방향 증착막의 성막 장치의 일예를 도시하는 구성도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 디바이스의 구성도.

제4도는 본 발명의 액정 표시 디바이스를 평가하기 위한 투영 시스템의 도시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

A, B:유리 기판1:투명전극

2:배향 기본막3:수직 배향막

4:액정5:스페이서

6:구동전원7:증발원

8:이온총

본 발명은 플랫 패널 디스플레이나 광 연산 소자 또는 비디오 투영기 등에 쓰이는 수직 배향형의 액정 표시 디바이스에 관한 것으로 특히 그 표시 품질이나 양산성의 개선에 관한 것이다.

수직 배향형의 액정 표시 디바이스는 인가전압에 대한 투과광의 변화가 급격(한계값 특성이 예리하다)하고, 콘트래스트비(contrast ratio)를 크게 취할 수 있다는 등의 특징으로 단순 매트릭스 구동 방식으로도 높은 표시 품질이 얻어지게 되었다(SID 89 DIGEST P378 1989).

그런데, 수직 배향형의 액정 표시 디바이스에선 부의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정을 사용하고, 기판에 수직으로 배열시킨 액정 분자를 전압에 의해서 경사배향시켜서 표시를 행한다. 그때문에 구동시에 액정 분자의 경사 방향이 일정하지 않으면 명암의 현저한 얼룩이 생긴다. 따라서, 이 현상을 피하기 위해서 수직 배향시에 약간의 프리틸트각(pretilt angle)을 부여하고 있다. 단, 프리틸트각이 클수록에 수직 배향성이 나빠지며 콘트래스트비나 임계값은 악화된다.

프리틸트각을 부여하는 방법으로서는 경사 방향 증착막을 쓰는 방법이 있다. 경사 방향 증착 방법은 SiO 등의 산화물을 경사 방향으로 증착하여 액정을 배향시키는 이전부터 존재한 우수한 방법이다. 그러나, 프리틸트각을 작게 부여했을 경우, 구동 전압의 급변시에 액정은 180도 반대의 2개의 방향으로 쓰러질 가능성이 있고 이것이 동적인 얼룩이 되어서 나타난다. 이것을 개선하기 위해서 액정의 경사 방향을 일정하게 정하는 적절한 방법으로서 특공소 55-13388호의 공보에 도시되어 있는 것같은 2단 경사 방향 증착법이 있다.

그러나, 상술한 경사 방향 증착법은 막두께나 입사각의 근소한 차이로 프리틸트각이 크게 변화한다는 문제가 있다.

예컨대 Preceedings of the SID, Vol.31/4, p 321 1990 에도 도시되어 있는 바와같이 액정 광밸브에 사용했을 경우, 실제 프리틸트각의 근소한 차이로 콘트래스트비의 큰 변화가 나타나며 얼룩의 발생이나 재현성에 문제가 있음을 알 수 있다.

또, SiO나 SiOx 막에선 화학적 불안정성에 의한 경시 변화의 문제도 있다.

그밖에 특개소 51-129251호의 공보에 도시된 바와같이, SiO₂막을 퇴적한 후, Ar 이온빔을 경사 방향으로 맞추어 막을 깎아냄으로써 생기는 표면 형상 변화를 이용해서 배열시키는 방법이 있는데 에칭량이 많고 시간이 걸린다는 등의 문제가 있다.

또한, 단순히 경사 방향으로부터 이온빔 에칭한 것만으로도 구동시에 얼룩이 발생되기 쉬운 문제가 있다.

동작시의 얼룩의 발생은 움직이는 화상을 표시하는 고해상도 공간 광 변조 소자등에선 특히 문제가 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로 종래 쓰이지 않았던 재료가 이용가능해짐과 동시에 경사 방향 증착법의 우수한 배향 효과를 유지하면서 막 두께나 입사각의 변동에 의한 영향을 억제하고 배향 얼룩이나 구동시의 얼룩이 없는 높은 콘트래스트비 특성의 안정된 수직 배향형의 액정 표시 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본원의 제1발명에 관계하는 액정 표시 디바이스는 수직 배향 기본막을 이온빔 어시스트한 경사 방향 증착막으로 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본원의 제2발명에 관계하는 액정 표시 디바이스는 수직 배향 기본막을 이온빔 어시스트한 경사 방향 증착막으로 형성한 다음, 이온빔을 경사로부터 조사한 것을 특징으로 하는 것이다.

경사 방향 증착막의 배향 작용은 막의 경사 방향으로의 성장에 의해서 생기는 막 표면의 형상 효과에 의하는 것이 크고, 제1발명에선 수직 배향 기본막을 이온빔 어시트한 경사 방향 증착막으로 형성함으로써 막의 성장 모양에 변화를 부여하고 막 표면에 적절한 형상 변화를 부여하므로 안정된 높은 콘트래스트비를 실현하면서 구동시의 얼룩이 없고 급준한 구동 특성이 얻어진다.

또, 제2발명에선 이온빔 어시스트한 경사 방향 증착막에 다시 이온빔을 경사로부터 조사하여 막 표면에 미소한 형상 변화를 부여함으로써 방향성을 부여하고 그것으로 액정의 경사 방향을 규제하기 때문에 높은 콘트래스트비를 실현하면서 구동시의 얼룩을 발생시키지 않는다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도면에 의거해서 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 본 실시예에 관계하는 액정 표시 디바이스의 구성도를 도시하는 것이다. 동 도면에서 A, B는 대향 배치된 유리 기판이며 각 기판상에는 투명전극(1), 배향 기본막(2), 수직 배향막(3)이 차례로 피막되며 그것들 간에 액정(4)이 주입된다. 또한, (5)는 스페이서, (6)은 투명전극간에 전압을 인가하기 위한 구동 전원이다.

또, 제2도는 경사 방향 증착막의 성막 장치의 일예를 도시한다. 다음에 이 디바이스의 제작 방법을 설명한다.

우선, 필요에 따라서 패터닝한 투명전극 부착 유리 기판 A, B를 증발원(7)에 대해서 θ₁만큼 기울여 세트하고 이온총(8)에 의해 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 성막 속도는 θ₁=60°에서 10 A/S(옹스트롬/초), 이온빔의 출력은 500V, 400㎃, 이온화 가스는 O₂로 한다.

계속해서, 동 기판을 기판면내에서 90도 회전시켜 증발원에 대해서 θ₂만큼 기울여 세트하고 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 성막 속도는 θ₂=85°에서 2 A / S, 이온빔의 조사 조건은 위와 같다. 기판 온도는 어느것이나 다 실온이며 진공도는 1.5~3.5×10⁵Torr 이다.

또, 후술하는 특성 평가를 위해서 종래예로서 이온빔 어시스트를 하지 않는 경우와 증발재에 SiO를 쓴 것도 작성했다.

이같이 해서 배향 기본막(2)을 처리한 유리 기판 A, B는 수직 배향막(3)을 부여한후 스페이서(5)를 거쳐서 맞붙여지며 액정(4)이 주입되어서 액정 표시 디바이스가 완성된다. 또한, 수직 배향막(3)은 실란 커플링제계의 수직 배향 처리제(도우 레 다우 코닝 실리콘사제 AY43-021)를 사용하며 도포후 110도 1시간 소성한 것이다. 또, 액정은 칫소사제 EN 38을 사용하며 셀 두께는 6㎛로 했다.

다음에 제작한 액정 표시 디바이스의 특성에 대해서 설명한다. 표 1은 경사 방향 증착막의 두께 및 입사각을 바꾼 샘플의 콘트래스트비(CR)와 γ의 측정결과 및 얼룩의 평가 결과를 나타내고 있다. 여기에서 CR는, 크로스니콜 하에서의 무전계시의 투과광 강도치로, 전계를 걸어 최대의 투과광 강도치로된 값을 나눈 것이다. 또 γ는 최대투과광 강도를 100%로 하고, 99%가 될 때의 구동 전압을 1%가 될 때의 구동 전압으로 나눈 것이다. 얼룩의 평가에 대해선 2 중원은 전혀 없음, 원은 큰 전압 변화가 있으면 발생하는 수가 있는, 삼각은 전압 변화에서 발생, X는 늘 발생으로 한다.

표 1로 분명하듯이 No. 1과 No. 5를 제외하면 얼룩의 발생은 없고 콘트래스트비가 매우 좋고 γ값도 1.5 내지 1.6으로 종래예(No. 9 와 No. 10)와 비교해서 처지지 않는 특성이 얻어지고 있음을 나타내고 있다. 그리고, 이것은 막두께나 입사각의 변동에 대해 안정한 특성이 얻어지고 있는 것을 나타내고 있다. 또, 종래, 화학적 안정성은 양호하지만 그대로는 배향막으로선 부적절한 SiO막으로도 이온빔 어시스트에 의해 특성이 두드러지게 개선된다는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

다음에, 실시예 2에 관계하는 액정 표시 디바이스의 제작 방법을 설명한다.

제2도에 도시하는 경사 방향 증착막의 제막 장치를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 우선, 필요에 따라서 패터닝한 투명전극 부착의 유리 기판 A, B를 증발원(7)에 대해서 θ만큼 기울여 세트하고 이온총(8)에 의한 이온빔을 조사하면서 SiO를 증착한다. 성막 속도는 θ=60°에서 10A/S, 이온빔의 출력은 500V, 40㎃ 이온화 가스는 O로 했다.

계속해서 동기판을 기판면내에서 90도 회전시키고, 이온총(8)에 대해서 θ만큼 기울여 세트하고 이온빔을 2분간 조사한다. 이온빔의 출력은 위와 같다. 기판 온도는 어느 것이나 실온이며 진공도는 1.5~3.5×10 Torr 이다.

다음에 제작한 액정 표시 디바이스의 특성 평가를 위해서 종래예로서 2단 경사 방향 증착의 실시에에 대해서 설명한다. 우선, 필요에 따라서 패터닝한 투명 전극 부착의 유리 기판 A, B를 증발원에 대해서 60도 기울여 세트하고 SiO 또는 SiO를 증착한다. 성막 속도는 10 A/S 로 한다.

이어서, 동기판을 기판면내에서 90도 회전시킨 후, 증발원에 대해서 85도 기울여 세트하고 SiO 또는 SiO를 증착한다. 성막 속도는 2 A/S, 기판 온도는 어느 것이나 실온이며 진공도는 2×10 Torr 이하이다.

이같이 하여 처리한 유리 기판 A, B 는 수직 배향막을 부여한 후 스페이서를 거쳐서 맞붙여지며 액정이 주입되어서 액정 표시 디바이스가 완성된다.

또한, 수직 배향막은 실란 컵플링제계의 수직 배향 처리제(도우 레 다우 코닝 실리콘사제 AY43-021)을 사용하며 도포후 110℃ 1시간 소성한 것이다. 또, 액정은 칫소사제 EN 38을 사용했다.

다음에, 제작한 액정 표시 디바이스의 특성에 대해서 설명한다. 표 2는 경사 방향 증착막 입사각 θ및 이온빔의 조사각 θ를 바꾼 샘플의 콘트래스트비(CR)와 γ의 측정결과 및 얼룩의 평가 결과를 나타내고 있다. 여기에서 CR은, 크로스니콜 하에서의 무전계시의 투과광 강도치로, 전계를 걸어서 최대의 투과광 강도치가된 값을 나눈 것이다. 또, γ는 최대투과광 강도를 100%로 하고, 99%로 될 때의 구동 전압을 1%가 될 때의 구동 전압으로 나눈 것이다. 얼룩의 평가에 대해선 2 중원은 전혀 없음, 원은 큰 전압 변화가 있으면 발생하는 수가 있는, 삼각은 전압 변화에서 발생, X는 늘 발생으로 한다.

표 2로 분명하듯이 이온빔의 조사가 없는 경우엔 CR이 낮고, γ가 크다는 것에서 수직 배향성이 나쁘다는 것을 알 수 있다. 한편, 이온빔을 조사한 것은 No. 1을 제외하고 어느 것이나 충분히 수직 배향하고 있음과 더불어 얼룩의 발생도 없다는 것을 알 수 있다. 그리고, 표 3에 나타내는 종래예에 비교해서도 처지지 않는 특성이 얻어짐과 더불어 막두께나 입사각의 변동에 대해서 안정된 특성이 얻어지고 있음을 알 수 있다. 또, 종래, 화학적 안정성은 좋으나 그대로는 배향막으로선 부적절한 SiO막으로도 이온빔 어시스트에 의해서 특성이 두드러지게 개선된다는 것을 알 수 있다.

[실시예 3]

제3도에 도시하는 구성으로 SLM을 시험 제작하고, 제4도에 도시하는 투영 시스템으로 기재 화상을 50배로 확대 투영해서 움직이는 화상을 시각적으로 평가한다.

SLM 소자는 우선 ITO 부착 유리 기판상에 플라즈마 CVD 법으로 a-Si:H를 15㎛ 형성한다. 그위에 증착법으로 Si 막을 2㎛ 형성하고 차광막으로 한다. 다시, 그위에 SiO와 TiO를 λ/4 두께로 교대로 5층씩 적층하고 유전체 미러를 형성한다.

이 기판과 ITO 부착 유리 기판을 1조로 하고 실시예 1의 No. 3의 조건으로 셀을 제작했다(샘플 A).

또, 실시예 2의 No. 3의 조건으로도 셀을 제작했다(샘플 B).

움직이는 화상으로 평가한 결과, 샘플 A, B 모두 화상의 명암의 경계부에서의 얼룩의 발생은 전혀 인지되지 않았고 양호한 화상이 얻어진다는 것을 알았다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 어떻게 한정되는 것이 아니고 예컨대 상술한 증발 물질은 SiO이외의 산화막이어도 좋으며 이온화 가스는 Ar 나 Ar-O혼합 가스, 기타의 가스여도 좋다. 또한, 본 발명은 투과형 디바이스에 한정되지 않으며 광 기재형의 공간 광 변조 소자와 같은 반사 판독형 디바이스에도 적용된다.

이상과 같이 제1 발명에 의하면, 수직 배향형 액정 표시 디바이스의 배향 기본막을 이온빔 어시스트한 2단 경사 방향 증착에 의해서 제어토록 한 것이며 높은 콘트래스트비로 특성이 안정된 액정 표시 디바이스가 양산 될 수 있게 된다는 효과가 있다.

또, 제2 발명에 의하면 수직 배향형 액정 표시 디바이스의 배향 기본막을 이온빔 어시스트 경사 방향 증착으로 제작한 후, 이온빔을 경사로부터 막에 조사할 수 있게 했으므로 배향성을 최적화하고 높은 콘트래스트비로 특성이 안정된 액정 표시 디바이스가 양산 될 수 있게 된다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 수직 배향 기본막으로 코팅된 유리 기판을 갖는 수직 배향형 액정 표시 디바이스의 제조 방법에 있어서, 증발원과 이온원을 갖는 박막 증착 시스템을 제공하는 단계와; 상기 박막 시스템내에 유리 기판을 비스듬히 넣어 상기 유리 기판의 법선과 상기 증발원이 제1각도를 형성하도록 하는 단계와; 상기 증발원과 상기 이온원을 작동시켜 산화물 가스의 이온빔 어시스트된 경사 방향 기상 증착에 의해 상기 유리 기판상에 증착된 산화물막을 형성하는 단계 및; 상기 이온원을 다시 작동시켜 상기 산화물막에 이온빔을 조사함으로써 상기 유리 기판의 법선과 상기 이온원이 제2 각도를 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 산화물막은 수직 배향 기본막을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 디바이스 제조 방법.