KR0151949B1 - 액정 표시 디바이스 - Google Patents

Abstract

경사 방향 증착법의 우수한 배향효과를 유지하면서 막두께나 입사각의 변동에 의한 영향을 억제하고, 배향 얼룩이나 구동시에 얼룩이 없는 높은 콘트라스트비의 특성이 안정된 수직 배향형의 액정 표시 디바이스를 제공한다.

패터닝한 투명전극 부착 유리 기판 A, B를 증발원(7)에 대해 θ₁만큼 기울여 세트하고 이온총(8)에 의한 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 이어서, 기판을 기판면내에서 90도 회전하여 증발원에 대해 θ₂만큼 기울여 세트하고, 이후 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 이러한 것에 의해 배향기본막(2)을 처리한 유리 기판 A, B는 수직 배향막(3)을 부여한 후 스페이서(5)를 통하여 맞춰지며 액정(4)이 주입되어 액정 표시 디바이스가 완성된다.

Description

액정 표시 디바이스

본 발명은 플랫 패널 디스플레이나 광 연산 소자 또는 비디오 투영기 등에 사용되는 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(임계값 특성이 예리하다)하고, 콘트라스트비(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 디바이스에서는 음의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정을 사용하고, 기판에 수직으로 배열시킨 액정 분자를 전압에 의해 경사 배향시킴으로써 표시를 실행시킨다. 그 때문에 구동시에 액정 분자의 경사 방향이 일정하지 않으면 명암의 현저한 얼룩이 생긴다. 따라서, 이러한 현상을 피하기 위해 수직 배향시에 약간의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 부여하고 있다. 하지만, 프리틸트각이 크게되면 그에 따라 수직 배향성이 나빠지게되고 콘트라스트비나 임계값은 악화된다.

프리틸트각을 부여하는 방법으로서는 경사 방향 증착막을 이용하는 방법이 있다. 경사 방향 증착 방법은 SiO 등의 산화물을 경사 방향으로 증착하여 액정을 배향시키는 이전부터 존재한 우수한 방법이다. 하지만, 프리틸트각을 작게 부여한다면, 구동 전압의 급격하게 변화하는 경우, 액정은 180도의 정반대의 2개의 방향으로 기울어질 수 있고, 이러한 현상은 동적인 얼룩이 되어서 나타난다. 이러한 결점을 개선하기 위해서 액정의 경사 방향을 일정하게 정하는 적절한 방법으로서 일본특허공보 소 55-13388호에 도시되어 있는 바와 같은 2단 경사 방향 증착법이 있다.

그러나, 상술한 경사 방향 증착법은 막두께나 입사각의 미소한 변화로 인하여 프리틸트각이 크게 변화한다는 문제가 있다. 예컨대 Preccedings of the SID, Vol.31-4, p 321 1990에도 도시되어 있는 바와 같이 액정 광밸브에 사용했을 경우, 실제 프리틸트각의 근소한 차이로 콘트라스트비의 큰 변화가 나타나며 얼룩의 발생이나 재현성에 문제가 있음을 알 수 있다. 또한, SiO 나 SiOx 막에선 화학적 불안정성에 의한 경시 변화(aging)의 문제도 있다.

그 밖에 특개소 51-129251호의 공보에 도시된 바와같이. SiO₂막을 퇴적한 후,Ar 이온빔을 경사 방향으로 맞추어 막을 깎아(etching off)냄으로써 생기는 표면 형상 변화를 이용해서 배열시키는 방법이 있는데, 에칭량이 많고 그로 인해 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 사용 되지 않았던 재료가 이용가능해짐과 동시에 경사 방향 증착법의 우수한 배향 효과를 유지하면서 막 두께나 입사각의 변동에 의한 영향을 역제하고 배향 얼룩이나 구동시의 얼룩이 없는 높은 콘트라스트비 특성의 안정된 수직 배향형의 액정 표시 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본원의 제 1 발명과 관련하는 액정 표시 디바이스는 수직 배향 기본막을 이온빔 어시스트한 경사 방향 증착막으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본원의 제 2 발명과 관련하는 액정 표시 디바이스는 수직 배향 기본막을 이온빔 어시스트한 경사 방향 증착막으로 형성한 다음, 이온빔을 경사방향으로 조사하는 것을 특징으로 한다.

경사 방향 증착막의 배향 작용은 막의 경사 방향으로의 성장에 의해 생기는 막 표면의 형상 효과에 의하는 것이 크고, 제 1 발명에 있어서는 수직 배향 기본막을 이온빔 어시스트한 경사 방향 증착막으로 형성함으로써 막의 성장 방식에 변화를 주고, 막 표면에 적절한 형상 변화를 주는 것에 의해서 안정된 높은 콘트라스트비를 실현하면서 구동시의 얼룩이 없고 급준한 구동 특성이 얻어진다.

또한, 제 2 발명에 있어서는 이온빔 어시스트한 경사 방향 증착막에 다시 이온빔을 경사방향으로 조사하여 막 표면에 미소한 형상 변화를 줌으로써 방향성을 부여하고, 그에 의해 액정의 경사 방향을 규제하기 때문에 높은 콘트라스트비를 실현하면서 구동시의 얼룩을 발생시키지 않는다.

제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 디바이스의 구성도.

제2도는 경사방향 증착막의 성막 장치의 한 예를 도시하는 구성도.

제3도는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 디바이스의 구성도.

제4도는 본 발명의 액정 표시 디바이스를 평가하기 위한 투영 시스템을 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A, B : 유리 기판 1 : 투명전극

2 : 배향 기본막 3 : 수직 배향막

4 : 액정 5 : 스페이서

6 : 구동전원 7 : 증발원

8 : 이온총

이하, 본 발명의 한 실시예를 도면과 관련하여 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 본 실시예와 관련하는 액정 표시 디바이스의 구성도를 도시하는 것이다. 도면에서 A, B는 대향 배치된 유리 기판이며, 각 기판상에는 투명 전극(1), 배향 기본막(2), 수직 배향막(3)이 차례로 피복되며 그들 사이에 액정(4)이 주입된다. 또한, (5)는 스페이서, (6)은 투명전극간에 전압을 인가하기 위한 구동 전원이다.

제2도는 경사 방향 증착막의 성막 장치의 일예를 도시한다. 다음에는 이러한 디바이스의 제작 방법을 설명한다.

먼저, 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 10Å/S(옴스트롬.초), 이온빔의 출력은 500V, 400mA,이온화 가스는 O₂로 한다.

계속해서, 동 기판을 기판면내에서 90도 회전시켜 증발원에 대해서 θ₁만큼 기울여 세트하고 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 성막 속도는 θ₂= 85°에서 2Å/S, 이온빔의 조사 조건은 위와 같다. 기판 온도는 어느것이나 다 실온이며, 진공도는 1.5∼3.5 ×10^-5Torr이다.

또한, 후술하는 특성 평가를 위하여, 종래의 예로서 이온빔 어시스트를 하지 않는 경우와 증발재료로 SiO를 사용한 것도 작성했다.

이와 같이 한 배향 기본막(2)을 처리한 유리 기판 A, B는, 수직 배향막(3)을 부여한 후 스페이서(5)를 통하여 맞붙여지며 액정(4)이 주입되어서 액정 표시 디바이스가 완성된다. 또한, 수직 배향막(3)은 실란 커플링제계의 수직 배향 처리제(다우 코닝 토레이 실리콘사 제품 AY43-021)를 사용하며, 도포후 110도 1시간 소성한 것이다. 또한, 액정은 치소사 제품 EN 38을 사용하며, 셀 두께는 6㎛로 했다.

다음에는, 제작한 액정 표시 디바이스의 특성에 대해여 설명한다. 표 1 은 경사 방향 증착막의 두께 및 입사각을 변호한 샘플의 콘트라스트비(CR)와 γ의 측정결과 및 얼룩의 평가 결과를 나타내고 있다. 여기에서 CR은, 크로스 니콜(cross Nical)하에서의 무전계시의 투과광 강도값으로, 전계를 걸어 최대의 투과광 강도 값으로된 값을 나눈 것이다. 또한, γ는 최대 투과광 강도를 100%로 하여, 99%가 될때의 구동 전압을 1%가 될때의 구동 전압으로 나눈 것이다. 얼룩의 평가에 있어서는, 2중원은 전혀 없음, 원은 큰 전압 변화가 있는 경우 발생, 삼각은 전압 변화에서 발생, X는 늘 발생으로 한다.

표 1에서 명백한 바와 같이, No.1과 No.5를 제외하면 얼룩의 발생은 없고 콘트라스트비가 매우 좋으며 γ값도 1.5 내지 1.6으로 종래예(No.9와 No.10)와 비교해서 처지지 않는 특성이 얻어지고 있음을 나타내고 있다. 그리고, 이것은 막 두께나 입사각의 변동에 대해 안정된 특성이 얻어지고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 종래 화학적 안정성은 양호하지만 그대로는 배향막으로서는 부적절한 SiO₂막으로도 이온빔 어시스트에 의해 특성이 두드러지게 개선된다는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

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

제2도에 도시하는 경사 방향 증착막의 막제조 장치를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 우선 필요에 따라 패터닝한 투명전극 부착의 유리 기판 A, B를 증발원(7)에 대해서 θ₁만큼 기울여 세트하고, 이온총(8)에 의한 이온빔을 조사하면서 SiO₂를 증착한다. 성막 속도는 θ₁=60°에서 10Å/S , 이온빔의 출력은 500V, 40mA, 이온화 가스는 O₂로 했다.

이어서, 기판을 기판면내에서 90도 회전시키고, 이온총(8)에 대해 θ_a만큼 기울여 세트하고 이온빔을 2분간 조사한다. 이온빔의 출력은 위와 동일하다. 기판 온도는 어느 것이나 실온이며 진공도는 1.5∼3.5×10^-5Torr 이다.

다음에, 제작한 액정 표시 디바이스의 특성 평가를 위해서, 종래예로서 2 단 경사 방향 증착의 실시예에 대해서 설명한다. 먼저, 필요에 따라서 패터닝한 투명 전극 부착 유리 기판 A, B를 증발원에 대해서 60도 기울여 세트하고, SiO 또는 SiO₂를 증착한다. 성막 속도는 10 Å/S로 한다.

이어서, 기판을 기판면내에서 90도 회전시킨 후, 증발원에 대해서 85도 기울여 세트하고 SiO 또는 SiO₂를 증착한다. 성막 속도는 2 Å/S, 기판온도는 어느 것이나 실온이며 진공도는 2×10^-5Torr 이하이다.

이와 같이 하여 처리한 유리 기판 A, B는 수직 배향막을 부여한 후 스페이서를 통하여 맞붙여지며 액정이 주입되어 액정 표시 디바이스가 완성된다.

또한, 수직 배향막은 실란 컵플링제계의 수직 배향 처리제(다우 코닝 토레이 실리콘사 제품 AY43-021)을 사용하며 도포후 110℃ 1시간 소성한 것이다. 또한 액정은 치소사 제품 EN 38을 사용했다.

다음에, 제작한 액정 표시 디바이스의 특성에 대하여 설명한다. 표 2는 경사 방향 증착막 입사각 θ₁및 이온빔의 조사각 θ₂를 변경한 샘플의 콘트라스트비(CR)와 γ의 측정결과 및 얼룩의 평가 결과를 나타내고 있다. 여기에서 CR은, 크로스 니콜 하에서의 무전계시의 투과광 강도값으로, 전계를 걸어서 최대의 투과광 강도값이된 값을 나눈 것이다. 또한, γ는 최대투과광 강도를 100%로 하여, 99%가 될때의 구동 전압을 1%가 될 때의 구동 전압으로 나눈 것이다. 얼룩의 평가에 있어서는, 2중원은 전혀 없음, 원은 큰 전압 변화가 있을 경우 발생, 삼각은 전압 변화에서 발생, X는 늘 발생하는 것으로 한다.

표 2로 명백한 바와같이, 이온빔의 조사가 없는 경우에는 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. 또한, 종래, 화학적 안정성은 좋으나 그대로는 배향막으로서는 부적절한 SiO₂막으로도 이온빔 어시스트에 의해서 특성이 두드러지게 개선된다는 것을 알 수 있다.

[실시예 3]

제3도에 도시하는 구성으로 SLM(spatial light modulator)을 시험 제작하고, 제4도에 도시하는 투영 시스템으로 기록 화상을 50배로 확대 투영해서 동화상을 시각적으로 평가한다.

SLM소자는 우선 ITO부착 유리 기판상에 플라즈마 CVD 방법으로 a-Si:H를 15㎛ 형성한다. 그위에 증착방법으로 Si막을 2㎛ 형성하여 차광막으로 한다. 다시, 그위에 SiO₂및 TiO₂를 λ/4 두께로 교대로 5층씩 적층하고 유전체 미러를 형성한다.

이와같이 처리된 기판과 ITO 부착 유리 기판을 한 조로 하여 실시예 1 의 No.3의 조건으로 셀을 제작했다(샘플 A).

또한, 실시예 2 의 No.3의 조건으로도 셀을 제작했다(샘플 B).

동화상으로 평가한 결과, 샘플 A, B모두 화상의 명암의 경계부에서 얼룩의 발생은 전혀 인지되지 않았고 양호한 화상이 얻어진다는 것을 알았다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 상술한 증발 물질은 SiO₂이외의 산화막이어도 좋으며, 이온화 가스는 Ar 이나 Ar-O₂혼합 가스, 기타의 가스여도 좋다. 또한, 본 발명은 투과형 디바이스에 한정되지 않으며 광 기록형의 공간 광 변조 소자와 같은 반사 판독형 디바이스에도 적용된다.

이상과 같이 제 1 발명에 의하면, 수직 배향형 액정 표시 디바이스의 배향 기본막을 이온빔 어시스트한 2단 경사 방향 증착에 의해서 제작하도록 한 것이며,높은 콘트라스트비로 특성이 안정된 액정 표시 디바이스가 양산 될 수 있게 된다는 효과가 있다.

또한, 제 2 발명에 의하면 수직 배향형 액정 표시 디바이스의 배향 기본막을 이온빔 어시스트 경사 방향 증착으로 제작한 후, 이온빔을 경사방향으로 막에 조사할 수 있게 했으므로 배향성을 최적화하고 높은 콘트라스트비로 특성이 안정된 액정 표시 디바이스가 양산 될 수 있게 된다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 수직 배향 기본막으로 코팅된 유기 기판을 갖는 수직 배향형 액정 표시 디바이스에 있어서, 상기 수직 배향 기본막은 산화물 가스의 이온빔 어시스트된 경사 방향 기상 증착에 의해 기판상에 증착된 산화물막인 것을 특징으로 하는 액정 표시 디바이스.

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