KR100368349B1 - 액정 디스플레이 디바이스 및 그 제조방법과, 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스 및 그 제조방법과, 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스, 멀티 도메인 액정 디바이스 및 멀티 도메인 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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Abstract

높은 콘트라스트 비(contrast ratio), 우수한 디스플레이 품질 및 높은 광 안정성을 갖는 투과형 또는 반사형 중 어느 하나의 싱글 도메인(single-domain), 투 도메인(two-domain) 또는 포 도메인(four-domain) 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향(tilted homeotropic- alignment) 액정 디스플레이 디바이스는( 및 그 제조방법은) 활성화된 산화물 소스(source)의 단일 경사증착에 의해 제조된 산화물층을 포함하는 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향층을 포함한다. 증착 방향과 기판 평면 사이의 각도는 약 ±20도 내지 약 ±90도 사이의 각을 이루고, 산화물 층의 두께는 약 10㎚ 내지 약 200㎚이다. 단일 경사증착 프로세스에 의한 액정의 호메오트로픽 배향 또는 경사진 호메오트로픽 배향 방법이 또한 제공된다.

Description

액정 디스플레이 디바이스 및 그 제조방법과, 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스 및 그 제조방법과, 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스, 멀티 도메인 액정 디바이스 및 멀티 도메인 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스{METHOD OF HOMEOTROPIC ALIGNMENT OR TILTED HOMEOTROPIC ALIGNMENT OF LIQUID CRYSTALS BY SINGLE OBLIQUE EVAPORATION OF OXIDES AND STRUCTURE FORMED THEREBY}
본 발명은 일반적으로 액정 디스플레이(LCD)에 관한 것이다.
본 발명은 특히 평판(flat panel) 디스플레이와 프로젝션(projection) 디스플레이에 사용하기 위한 싱글 도메인 타입(single-domain-type), 투(two) 도메인 타입, 포(four) 도메인 타입 중 어느 하나의 호메오트로픽 배향(homeotropic-alignment) 또는 경사진(tilted) 호메오트로픽 배향 LCD 디바이스와, 그 제조방법에 관한 것으로서, 호메오트로픽 배향 또는 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스의 디스플레이 품질과 대량 생산 능력의 향상을 이루기 위한 것이다.
호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스에는 네거티브 유전체 이방성(negative dielectric anisotropy)을 갖는 네마틱(nematic) 액정이 사용된다. 기판 표면에 대해 거의 호메오트로픽적으로 정렬된 액정 분자는 구동 전압에 의해 경사져서 디스플레이 작동이 개시된다.
이러한 구조로서 분자 경사 방향이 활성화 상태에서 균일하지 않으면, 휘도(brightness)에서의 불균일성이 뚜렷하게 나타난다. 이러한 현상을 피하기 위해 액정 호메오트로픽 배향이 이루어질 때는 작은 프리틸트각(pre-tilt angle)을 준다. 그러나 프리틸트각이 커짐에 따라 콘트라스트 비(contrast ratio)와 임계 레벨(threshold level)이 프리틸트각의 증가와 더불어 감소한다.이것은 액정 분자가 복굴절(birefringent) 분자일 때와 또 그 방향에 따라 문제로 된다.
프리틸트각은 각도 진 증착막(an angle deposited film, 예로서 "경사증착 프로세스(oblique evaporation process)"로 지칭되는 각도 진 기상 증착 프로세스(an angle vapor deposited process)에 의해 형성된 막)에 의해 제공될 수 있다. 각도 진 기상 증착 프로세스는 액정 분자를 정렬하기 위해 사용된 프로세스로서, SiO2와 같은 산화물 증기를 경사진 방향으로부터 기판 표면에 침착하는 것이다. 그러나 프리틸트각은 약 0.5도 보다 커야 한다. 그렇지 않으면, 구동 전압이 갑작스러운 변화를 받는 경우에 액정 분자가 정반대 방향으로 경사질 수 있다. 이 현상은 다이내믹(dynamic) 배향 결함으로서 관측된다. 프리틸트각은 특정치를 초과할 수 없다. 그렇지 않으면, 액정 분자의 예경사로 인한 복굴절이 어두운 상태로 광 누설을 일으키고, 콘트라스트 비를 감소시킨다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 일본국 특허 공개공보 제 55-13338호에 기재되어 있는 바와 같이 2단계 침착 프로세스가 액정 분자 경사방향의 제어에 적합한 프로세스로서 제시되었다.
그러나 상기 통상의 각도 진 증착 프로세스는 프리틸트각이 막 두께나 입사각의 사소한 변화에도 크게 변하는 문제가 있다.
또한 1990년 Proceedings of the SID 31/4권 321페이지에 보고된 바와 같이, 각도 진 침착 프로세스가 액정 광 밸브의 생산에 사용되는 경우에, 콘트라스트 비에서의 큰 변화가 프리틸트각에서의 작은 변화에서 관측되었다. 이러한 현상은 액정 배향을 불균일하게 하고, 부적합한 재생산성 문제를 야기한다.
일본국 특허 공개공보 제 51-129251호에 기술된 바와 같은 또 다른 통상의 배향 방법에 따르면, 기판 상에 침착된 SiO2막은 Ar 이온 빔을 상기 막에 경사진 방향으로 도포하여 에칭함으로써 액정 배향에 사용할 표면 형상으로 변경시킨다. 이러한 배향 방법은 에칭할 양이 많기 때문에 시간이 많이 걸린다. 또한 경사방향으로 도포된 간단한 이온 빔 에칭은 활성화 상태에서 배향 불균일 문제를 야기할 수 있다. 이 문제는 디스플레이 동영상을 위해 구성된 고해상도 공간 광 변조기(spatial light modulator : SLM)에 특히 중요하다.
또 다른 통상의 배향 방법에 따르면, 이것은 증착 소스(source)에 대해 제 1 각도로 경사져서 세팅된 패터닝(patterning)된 투과성 전극을 갖는 두 개의 글라스 기판을 포함시킨 다음, 제 1 SiO2 막을 글라스 기판을 이온 건(gun)으로부터 방사된 이온 빔으로 조사하는 동안 각각의 글라스 기판 상에 침착하는 것이다.
이어서 글라스 기판을 그 평면에서 90도로 회전하고, 증착 소스에 대해 제 2 각도로 경사지게 세팅한다. 다음에 제 2 SiO2막을 각각의 제 1 SiO2막 상에 이것을 이온 빔으로 조사하는 동안 침착시킨다. 이와 같이 글라스 기판에 침착된 제 1 및 제 2 SiO2막은 호메오트로픽 배향 언더코팅 막(undercoating film)을 결합 형성하게 된다. 호메오트로픽 배향 작용제를 언더코팅 막에 도포한 다음, 글라스 기판을 스페이서(spacer)로 함께 조립하고, 액정으로 충진한다.
그러나 상기한 바와 같이, 액정의 경사진 호메오트로픽 배향을 형성하기 위한 프로세싱 단계는 두 개의 경사진 증착 사이에서 기판을 방향 변경시키고 이온 빔 보조(assisted) 2단계의 SiO2경사 증착시키는 단계와, SiO2막의 상부에 호메오트로픽 배향 막을 도포하는 단계를 포함하여 매우 복잡하다. 그러한 호메오트로픽 배향 막을 제조하는 비용도 높고, 생산성도 복잡해진 프로세스 단계로 인하여 낮다.
액정에 안정한 경사진 호메오트로픽 배향을 형성하기 위한 또 다른 방법은 기판을 스퍼터링 타겟을 지나 이동시키는 동안 인-라인(in-line) 마그네트론 스퍼터링에 의해 기판 상에 실리카 층의 침착을 포함하는 것이다. 다음에 실리카가 코팅된 기판을 장쇄(long chain) 알코올로 코팅하여 액정 다이렉터(director)가 스퍼터링 중 기판의 이동방향에 평행한 방위 방향을 향한 수직방향으로부터 약 1 내지 3도 경사진 필드 오프 스테이트(field-off state)를 택하게 한다.
유사한 통상의 방법은 호메오트로픽 구조 타입의 정렬 상 변형(deformation of aligned phase : DAP) 모드 액정 디스플레이 패널에 관한 것이다. 배향 막은 액정의 호메오트로픽 방향이 경사진 진공 증착 및 수직 방향 프로세싱 작용제와의 조합으로 이루어지도록 형성되어 있다.
그러나 양자의 통상의 접근 방안은 두 개의 막 층을 필요로 하여 부가적인 프로세싱 단계를 요구하고 있다.
즉 스퍼터링이나 경사 증착에 의한 유전체 막의 제 1 층과 호메오트로픽 배향 작용제의 제 2 층이 필요하다. 호메오트로픽 배향 막의 제 2 층은 장쇄 알코올과 같은 유기재료로 통상 만들어지는데, 이 재료는 백-라이트(back-light) 또는 투사광 소스로부터 자외선이나 청색광 충돌에 의해 광에 대한 반응성이 나빠져서(photo-degradable) 인접한 액정 분자의 프리틸트각을 변경시킨다. 그 결과, 디스플레이 영상이 파괴되거나, 디스플레이가 조사 도우스(dosage)의 함수로서 감소하는 콘트라스트 비를 갖게 된다.
통상의 방법 및 장치의 상기 및 기타 문제점에 대해서, 본 발명의 목적은 비활성화 상태 및 활성화 상태 모두에서 불균일한 배향가 나타나지 않고, 또 높은 콘트라스트 비(contrast ratio)를 갖는 광-안정 호메오트로픽 배향(photo- stable homeotropic alignment) 또는 경사진(tilted) 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장쇄 알코올과 같은 유기 호메오트로픽 배향 작용제를 사용하는 통상의 기법과 비교하여 경사 증착된 SiO2와 같은 무기 재료를 사용하여 광-안정 호메오트로픽 배향 또는 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 액정 배향을 발생시키기 위한 간단하고 저렴한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 집적회로 프로세싱과 호환성이 있는 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향을 발생시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 경사 진공증착법에 의해 단층 SiO2 막으로 코팅된 글라스 기판 또는 프로세싱된 실리콘 웨이퍼 기판을 갖는 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스가 제공된다.
본 발명의 제 2 및 제 3 태양에 따르면, 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향 막으로 코팅된 기판(예로서 글라스 기판 등)을 갖는 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 증착 소스를 갖는 박막 증착 시스템을 제공하고, 글라스 기판과 증착 소스 상의 수직선이 경사각을 형성하도록 기판을 상기 시스템에 경사지게 유지시키는 단계를 포함한다. 배향 막은 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화(plasma enhanced) 화학 기상 증착(PECVD) 및 기타 박막 증착 방법으로 형성할 수 있다.
증착 소스 내에 사용된 바람직한 재료는 SiO2, MgF, SiNx, Al2O3, ZnO, TiO2, GeO2, SiC, 비정질 C:H, 비정질 Si:H 등(또는 상기 재료의 어느 하나 이상의 조합)과 같은 무기재료를 포함하는데, 이들 재료의 화학특성은 자외선, 자광선(violet) 또는 청색광의 장시간 조사하에서 안정하여 광-안정이며, 작동시간이 긴 액정 배향 층을 형성한다.
도 1은 투과형 및 반사형 경사진 호메오트로픽 액정 디스플레이 패널의 개략도,
도 2는 유전체 배향막을 경사 침착으로 형성하기 위한 장치구조의 개략도,
도 3은 각각의 표본 액정 혼합물에 대해 기판으로부터의 증착각도의 함수로서 셀 수직으로부터의 프리틸트각의 그래프,
도 4는 활성 매트릭스에 의해 구동된 투-도메인 경사진 호메오트로픽 액정 디스플레이를 형성하기 위한 배향 층을 발생시키는 개략도,
도 5a는 디스플레이를 위한 양 기판 상에 복수개의 돌출부를 갖는 멀티도메인 LCD를 위한 구조물의 개략도,
도 5b는 하나의 기판 상에 돌출부 또는 릿지, 다른 기판 상에 에칭된 줄무늬를 갖는 멀티도메인 LCD를 위한 구조물의 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1,7 : 기판 2,5 : 투명 전극
3,4 : 유전체 막 6 : 반사 전극
8 : 액정 혼합물 9 : 수직 방향
11 : 액정 다이렉터 20 : 박막 증착 시스템
21 : 진공 챔버 22 : 셔터
23 : 타겟 24 : 전자 빔 소스
25 : 박막 두께 모니터 26 : 배기 펌프
27 : 증착 빔 방향 28,30 : 기판
32,36 : 마스크 33 : 타겟
34 : 증착 방향 50,51 : 프리틸트각 곡선
80,90 : 구조물 81,83 : 기판
85,86 : 돌출부 87 : 액정 혼합물
91,93 : 전극 95 : 돌출부
96 : 비전도성 갭 97 : 액정 혼합물
본 발명의 상기 및 기타 목적, 태양 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 기술한 이하의 상세한 설명으로부터 잘 이해될 것이다.
도 1-5는 본 발명에 따른 방법과 구조물의 바람직한 실시예를 도시한 것이다.
도 1은 경사진 호메오트로픽(tilted homeotropic) 투과형 또는 반사형 액정 디스플레이 셀(100)의 개략도이다.
도시된 투과형 액정 셀은 두께가 0.05-5㎜, 바람직하게는 0.2-3㎜인 투명 기판(1,7)을 포함한다. 두 개의 기판의 두께는 사용한 재료의 종류에 따라서 달라질 수 있다.
도 1에는 또한 투명 전극(2,5)(도면부호 6은 생략)이 10-4000Å, 바람직하게는 100-2000Å의 두께로 제공되어 있다. 전극의 두께는 막 특성에 따라서 달라질 수 있다.
또한 액정 배향(alignment)를 위한 유전체 막(3,4)이 10-2000Å, 바람직하게는 100-1000Å(약 10-100㎚)의 두께로 제공되어 있다. 배향 막의 두께는 막 특성에 따라서 달라질 수 있다.
또한 네거티브 유전체 이방성(예로서 액정이 -ㅿε를 가짐)을 갖는 액정 재료로 구성될 수 있는 액정 혼합물(8)이 제공되어 있는데, 액정 재료는 독일 다름쉬타트 소재의 E.M.Merck Corporation에서 모델 번호 ZL13612로 시판 중인 재료이거나, 또는 상기 회사의 모델 번호 MLC95-465로 시판 중인 재료이다. 적합한 재료로는 또한 Chisso 및 Rolic Inc.로부터 이용 가능한 네거티브 유전체 이방성을 갖는 어떠한 네마틱(nematic) LC 혼합물이 있다.
도시된 반사형 액정 디스플레이 셀은 투명 기판(1)과 솔리드(solid) 기판(7), 투명 전극(2,5)(5는 옵션임), 반사 전극(6), 액정 배향을 위한 유전체 막(3,4) 그리고 액정 혼합물(8)을 포함한다. 반사형 액정 층의 두께는 투과형 액정 층의 두께의 약 절반이다.
액정 배향을 위한 유전체 막(3,4)과 액정 혼합물(8)은 투과형 및 반사형 액정 디스플레이에 공통이다.
유전체 막(3,4)의 기능은 인접한 액정 다이렉터(11, director)를 정렬시켜서 기판 평면의 수직 방향(9)으로부터 프리틸트각(pre-tilt angle) α를 형성하는 것이다. 프리틸트각 α의 균일성과 크기는 콘트라스트 비(contrast ratio)와 디스플레이 균일성와 같은 디스플레이 품질을 제어한다.
고품질 경사진 호메오트로픽 투과형 또는 반사형 액정 디스플레이를 위한 프리틸트각 α의 크기는 약 0.2도 내지 약 10도, 바람직하게는 약 0.5도 내지 약 5도로서, 전체 디스플레이 패널을 가로지른 허용오차는 약 1도 이하이다.
상기한 구조를 염두에 둔 본 발명의 주 초점은 프리틸트각 α의 적절한 크기와 균일성을 얻기 위해 유전체 막(예로서 배향 층)(3,4)을 형성하기 위한 재료의 선택과 제조방법이다.
도 2는 투과형 또는 반사형 액정 디스플레이 양자를 위한 원하는 배향을 얻기 위해 본 발명에 따라 각도 진 침착 막을 형성하는데 사용된 박막 증착 시스템(20)을 도시한 것이다.
박막 증착 시스템(20)은 배기펌프(26)에 의해 배기된 벨 자(bell jar) 또는 진공 챔버(21)를 포함한다. 벨 자 또는 진공 챔버 안에는 증착 타겟(23, target), 전자 빔 소스(24, e-beam source), 셔터(22), 막 두께 모니터링 디바이스(25) 및 처리될 기판(28) 또는 작업물이 있다. 박막 증착 시스템의 구성부품은 잘 알려져 있으며, 상업적으로 이용 가능하다. 기판을 위한 바람직한 재료는 플라스틱, 세라믹, 실리콘, 글라스 등이다.
기판(28)은 경사진 방향(예로서 약 10도 내지 약 90도, 바람직하게는 약 20도 내지 약 90도의 각도 범위)에서 약 10인치보다 큰 거리를 두고 타겟 소스(23) 바로 위에 위치한다.
셔터(22)가 열리면, 기판(28) 상의 액정 배향 층은 고정된 증착 각도에서 전자 빔 소스(24)에 의해 여기된 타겟 소스(23)로부터의 단일 침착에 의해 형성된다. 증착 빔 방향(27)과 기판 평면(28) 사이의 각도는 약 20도 내지 약 90도 사이로 정하는 것이 바람직하다. 즉 본 발명은 통상의 방법과는 달리 단일 증착 프로세스만을 요구한다.
상기 방법에 의해 제조된 배향 층을 갖는 경사진 호메오트로픽 액정 셀에서 프리틸트각 α의 크기는 타겟 재료, 증착 각도, 배향 막의 두께 및 포지티브 또는 네거티브 유전체 이방성 중 어느 것을 갖는 네마틱 액정 혼합물에 따른다.
프리틸트각 α의 균일성은 기판과 타겟 사이의 거리에 대한 기판 크기에 따른다. 본 발명의 한 실시예에 있어서, 바람직한 타겟 재료로서는 실리콘 이산화물을 선택했고, 타겟으로부터 약 21인치에 이르는 거리에 기판 크기는 약 1.5×1.5인치로 했으며, 배향 층의 두께는 약 40㎚로 했고, 네마틱 LC 혼합물은 독일 다름쉬타트 소재의 E.M.Merck의 MLC95-465로 했으며, 증착 각도는 다변화시켰다. 액정 혼합물 표본의 각각에 대한 증착 각도의 함수로서 측정된 프리틸트각은 도 3에서 곡선 50과 51로 표시했다. 이 실시에서 약 30도 내지 약 50도 사이의 증착 각도에서 비교적 균일한 프리틸트각을 실제 용도로 얻을 수 있음을 발견했다.
본 발명은 싱글 도메인(single-domain) 투과형 또는 반사형 뿐 아니라 멀티도메인(multi domain) 투과형 또는 반사형 호메오트로픽 액정 디스플레이에도 도포할 수 있다.
투 도메인(two-domain) 호메오트로픽 액정 디스플레이에 대한 예로서, 투 도메인 유니트 셀 내의 각각의 도메인을 위한 배향 층을 형성하기 위한 제조방법은 도 4a 및 4b에 각각 도시되어 있다.
도 4a에서, 기계적 또는 포토리소그래픽 마스크(32)에 의해 덮인 투 도메인 유니트 셀의 우측 사이드(right-hand-side) 도메인을 갖는 기판(30)을 증착 방향(34)에 대해 좌측으로 경사지게 한다. 다음에 실리콘 이산화물을 단일 경사증착하여 투 도메인 유니트 셀의 좌측 사이드 도메인을 위한 배향 층을 형성한다. 본 발명은 실리콘 이산화물의 코팅에 제한하는 것이 아니라 다른 코팅, 예로서 MgF, SiNx, SiOx, Al2O3, 비정질 C:H, 비정질 Si:H 및 기타 무기 재료의 코팅도 사용할 수 있다.
투 도메인 유니트 셀의 우측 사이드 도메인의 배향을 위하여, 마스크 표면을 도 4a의 위치로부터 도 4b의 위치로 변경하여 투 도메인 유니트 셀의 좌측 사이드 도메인을 덮고, 또 기판 평면을 증착 방향에 대해 우측으로 경사지게 한 조건하에서 실리콘 이산화물의 제 2 경사증착을 실행한다.
당업자의 이해를 돕기 위해서 부언할 것은 투 도메인 경사진 호메오트로픽 액정 디스플레이 디바이스를 도 4b에서 마스크(36)로서 도시된 바와 같이 단지 하나의 마스크만을 이용하여 제조할 수 있으며, 반면에 도 4a에서의 마스크(32)는 생략할 수 있다는 것이다. 투 도메인으로부터 포 도메인(four-domain) 경사진 호메오트로픽 액정 디스플레이로의 연장은 각각의 마스크에 대해 적합한 증착 각도를 갖는 둘 이상의 경사증착에 대응하여 둘 이상의 마스크를 사용한다는 것을 당업자는 분명히 이해할 수 있을 것이다.
제 2 실시예
본 명세서에 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 경사진 호메오트로픽 배향 방법은 65도 내지 90도 사이의 증착 각도에서 도 3에 도시된 바와 같은 호메오트로픽 배향을 발생시킬 수 있다. "호메오트로픽 배향"라 함은 액정 분자가 셀 수직으로부터 약 0.5도 내에서 정렬된다는 것이다. 호메오트로픽 배향 LCD를 형성하기 위한 이러한 배향 막은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 화학 기상 증착(CVD), 스퍼터링 등을 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 호메오트로픽 배향 방법은 또한 본 명세서에 기재되어 있는 바와 같이 포 도메인 또는 자동화 도메인 포메이션 경사 호메오트로픽 액정 디스플레이의 제조를 위한 1997년 SID'97 Digest of Tech. Papers 27권 461 페이지에 Obimura 등이 제시한 경우와, 릿지(ridge)와 프린지(fringe) 자계 멀티 도메인 호메오트로픽 액정 디스플레이의 제조를 위한 1998년 Japanese Journal of Applied Physics 37권 5호 L597-599 페이지에 Lien 등이 제시한 경우에도 도포할 수 있다.
상기 두 가지 간행물에서, 폴리이미드 또는 폴리아미드 막을 셀 기판 상에 코팅하여 액정의 호메오트로픽 배향을 얻었다. 폴리이미드 또는 폴리아미드 막은 약 10도 내지 약 90도의 증착 각도를 사용하여 본 발명에 따른 산화물 막의 단일 증착로 대체할 수 있다.
본 발명에 따른 산화물의 단일 경사증착은 산화물의 이온 빔 보조 단일 경사증착을 포함하는 것으로 수정할 수 있는데, 이것은 당업자에게 알려진 바와 같이 산소 이온 빔과 같은 이온 빔을 증착 소스로부터 산화물 막을 받거나 받을 기판의 위치 상에 충돌시키는 것이다.
본 발명은 또한 본원에서 참조하고 있는 미국 특허 제 5,658,439호에 기재된 장치를 이용하여 기판 상에 SiO2(예로서 코팅 막으로서)를 단일 경사 스퍼터링하여 액정을 위한 경사진 호메오트로픽 배향 층을 형성할 수 있다. 본 발명의 방법은 통상의 폴리이미드 배향 방법에 비해 훨씬 우수한(예로서 10배 이상인 경우도 관측되었다) 광 안정성을 제공한다.
본 발명은 또한 SiO2, SiOx, SiNx, ZnO, TiO2, GeO2, SiC, 비정질 Si:H, 비정질 C:H와 같은 유전체 배향 막을 스퍼터링, CVD 및/또는 PECVD로 침착하여 네거티브 유전체 이방성을 갖는 액정을 위한 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향을 제조할 수 있다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 멀티 도메인 액정 디바이스는 절연 재료의 돌출 범프(protruding bump) 중 적어도 하나와 에칭된 줄무늬(stripe)를 갖는 전극을 갖는 기판을 포함하는 것으로 제공되어 있다. 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향 막이 기판 상에 형성되어 있다. 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향 막은 기판 상에 형성된 단일 증착 산화물을 포함한다. 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 배향 막에 인접하여 막에 의해 정렬되는 네마틱 액정 혼합물은 네거티브 유전체 이방성을 갖는다.
특히 도 5a에서, 돌출(또는 릿지형) 구조물(80)은 제 1 및 제 2 기판 상에 복수개(예로서 두 개로 도시됨)의 돌출부를 갖는 것으로 도시되어 있다. 즉 구조물(80)은 액정 디스플레이(LCD) 디바이스를 위한 제 1 및 제 2 기판(81,83)을 포함한다. 돌출부(85)는 제 1(예로서 상부) 기판(81) 상에 형성되어 있고, 돌출부(86)는 제 2(예로서 하부) 기판(83) 상에 형성되어 있다. 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물(87)은 기판(81,83) 사이에 제공되어 있다. 배향 층(예로서 SiO2 등으로 구성됨 ; 비도시)은 액정을 위한 호메오트로픽 배향을 형성하기 위해 사용되어 있다.
도 5b를 참조하면, 돌출부 또는 릿지가 한 기판 상에 형성되어 있고, 에칭된 줄무늬가 다른 기판 상에 형성되어 있는 다른 구조물을 볼 수 있다. 구조물(90)은 특히 액정 디스플레이(LCD) 디바이스를 위한 제 1 및 제 2 전극(91,93)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 전극(91)은 LCD의 제 1(예로서 상부) 기판 상의 연속적인 전극이고, 전극(93)은 LCD의 하부 기판 상에 형성된 절연된 픽셀(pixel) 전극이다. 둘출부(95)는 전극(91) 상에 형성되어 있다. 픽셀 전극(91) 사이에는 도시된 바와 같이 비전도성 갭(96)이 형성되어 있다. 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물(97)은 전극(91,93) 사이에 제공되어 있다. 배향 층(예로서 SiO2 등으로 구성됨 ; 비도시)은 액정을 위한 호메오트로픽 배향을 형성하기 위해 사용되어 있다.
제 1 실시예에 대한 제 2 실시예의 이점은 그와 같은 구조물이 기울기 형상(예로서 돌출 범프)이나 에칭된 줄무늬(예로서 프린지 자계효과)에 의한 프리틸트각을 제공한다는 점이다. 프리틸트각의 제어는 제 2 실시예에서 더욱 정확하다. 이것은 부가적으로 멀티 도메인 구조를 자동적으로 형성하게 하고, 매우 큰 가시각도를 제공하게 한다.
즉 본 발명은 비활성화 상태 및 활성화 상태에서 배향의 불균일성이 않고, 높은 콘트라스트 비를 가지며, 용이하고 효과적으로 제조할 수 있는 광 안정 호메오트로픽 배향 또는 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 유니트와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
이상 본 발명을 다수의 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명했지만, 당업자는 본 발명이 첨부된 특허청구의 범위와 기술적 사상 내에서는 수정되어 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
예로서, 본 발명은 프로젝션 시스템 디스플레이와, 음극선관(CRT) 기술에 기초한 "직접관찰(direct view)" 모니터 등을 포함하는 디스플레이에 유익하게 사용할 수 있다.
본 발명에 따라서, 높은 콘트라스트 비(contrast ratio), 우수한 디스플레이 품질 및 높은 광 안정성을 갖는 호메오트로픽 배향 또는 경사진 호메오트로픽 배향(tilted homeotropic-alignment) 액정 디스플레이 유니트를 용이하고 효과적으로 대량생산할 수 있도록 제공할 수 있다.

Claims (22)

  1. ① 기판과,
    ② 상기 기판 상에 형성된 호메오트로픽 배향막(homeotropic-alignment)-상기 호메오트로픽 배향막은 상기 기판 상에 형성된 단일 경사진 증착막(a single oblique evaporation film)을 포함함-과,
    ③ 상기 호메오트로픽 배향 막에 인접하여 상기 막에 의해 정렬되며, 네거티브 유전체 이방성(negative dielectric anisotropy)을 갖는 네마틱(nematic) 액정 혼합물을 포함하며,
    상기 단일 경사진 증착막은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 5°내지 45° 또는 70°내지 90°인 증착각을 가지는
    액정 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 막은 MgF, SiNx, SiOx, Al2O3, ZnO, TiO2, GeO2, SiC, 비정질 C:H 및 비정질Si:H 중 적어도 하나를 포함하는 유전체 재료를 포함하는 액정 디스플레이 디바이스.
  3. 투과형 또는 반사형 중 어느 하나의 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    ① 기판과,
    ② 상기 기판 상에 형성된 경사진 호메오트로픽 배향 막과,
    ③ 상기 경사진 호메오트로픽 배향 막에 인접하여 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 포함하며,
    상기 경사진 호메오트로픽 배향막은 적어도 써멀 소스(thermal source)에 의한 가열, 전자 빔에 의한 활성화, 이온 빔에 의한 활성화 중 하나에 의해, 유전체막의 단일 경사진 증착에 의해 상기 기판 위에 침착된 유전체막을 포함하며,
    상기 단일 경사진 증착은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 5°내지 45° 또는 70°내지 90°의 증착각을 가지는
    경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유전체 막의 두께는 실질적으로 약 2㎚ 내지 약 200㎚의 범위인 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 유전체 막은 SiO2 막을 포함하는 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 SiO2막의 두께는 실질적으로 약 2㎚ 내지 약 200㎚의 범위인 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스
    플레이 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 호메오트로픽 배향막은 경사진 호메오트로픽 배향막을 포함하는
    액정 디스플레이 디바이스.
  8. 투과형 또는 반사형 중 어느 하나의 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    ① 기판과,
    ② 상기 기판 상에 형성된 경사진 호메오트로픽 배향막과,
    ③ 상기 경사진 호메오트로픽 배향 막에 인접하여 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 포함하며,
    상기 경사진 호메오트로픽 배향 막은 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD) 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 중 적어도 하나에 의해 상기 기판 상에 침착된 유전체 막을 포함하며,
    상기 호메오트로픽 배향막은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 10°내지 45°또는 70°내지 90°의 증착각을 가지는 단일 경사진 증착에 의해 형성되는
    경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스.
  9. 경사진 호메오트로픽 배향막으로 코팅된 기판을 갖는 투과형 또는 반사형 중 어느 하나의 경사진 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스의 제조방법에 있어서,
    ① 증착 소스를 갖는 박막 증착 시스템을 제공하는 단계와,
    ② 상기 기판에 대한 수직인 선과 상기 증착 소스가 경사각을 이루도록 상기 기판을 상기 박막 증착 시스템 내에 유지시키는 단계와,
    ③ 증착 소스를 활성화시켜서 기판 상에 형성된 유전체 막이 경사진 호메오트로픽 액정 디스플레이 디바이스를 위한 배향층으로서 작용하도록 기판 상에 유전체 막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 유전체막은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 5°내지 45°또는 70°내지 90°의 증착각을 가지는 단일 경사진 증착에 의해 형성되는
    호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스의 제조방법.
  10. 복수개의 디스플레이 픽셀(pixel)을 갖는 디스플레이를 포함하고, 각각의 디스플레이 픽셀은 경사진 호메오트로픽 배향막으로 코팅되는 제 1 방향 사이드(first-hand-side) 절반 픽셀과 제 2 방향 사이드(second-hand-side) 절반 픽셀로 분리됨으로써, 상기 제 1 방향 사이드 절반 픽셀은 제 1 마스크로 피복되고, 상기 제 2 방향 사이드 절반 픽셀은 제 1 경사진 호메오트로픽 배향막으로 피복되며,
    상기 경사진 호메오트로픽 배향막은 무기물 소스의 제 1 경사진 증착에 의해 기판 상에 형성된 무기 재료 막을 포함하며, 상기 기판 평면이 상기 증착 방향으로부터 상기 기판의 제 2 방향 사이드 모서리를 향한 증착 방향으로 예각을 이루는 제 2 방향으로 경사지며,
    이어서 상기 제 1 마스크는 제거되고, 상기 제 2 방향 사이드 절반 픽셀은 제 2 마스크와 제 2 경사진 호메오트로픽 배향막으로 코팅된 상기 제 1 방향 사이드 절반 픽셀로 피복되며,
    상기 제 2 경사진 호메오트로픽 배향막은 무기물 소스의 제 2 경사진 증착에 의해 상기 기판 위에 침착되는 무기 재료 막을 포함하며, 상기 기판면이 상기 증착 방향으로부터 상기 기판의 제 1 방향 사이드 모서리로 예각(acute angle)을 이루도록 상기 제 2 방향과 반대인 제 1 방향으로 경사지게 하며,
    상기 디스플레이는 상기 제 1 및 제 2 호메오트로픽 배향막과 인접하고 상기 제 1 및 제 2 호메오트로픽 배향막에 의해 배향되는 네마틱 액정 혼합물을 포함하며, 상기 액정 혼합물은 네가티브 유전체 이방성을 가지는
    액정 디스플레이 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 무기재료 막의 두께는 실질적으로 약 2㎚ 내지 약 200㎚의 범위인 액정 디스플레이 디바이스.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 무기재료 막은 MgF, SiNx, SiOx, Al2O3, ZnO, TiO2, GeO2, SiC, 비정질 C:H 및 비정질Si:H 중 적어도 하나로 형성된 유전체 막을 포함하는 액정 디스플레이 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 무기 재료 막의 두께는 실질적으로 약 2㎚ 내지 약 200㎚의 범위인 액정 디스플레이 디바이스.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 무기 재료 막은 산화물을 포함하는데, 산화물 소스의 상기 단일 경사증착은 기판면과 증착 방향 사이의 각도를 나타내는 증착 각도를 가지며, 상기 증착 각도는 실질적으로 5°내지 45°범위인
    액정 디스플레이 디바이스.
  15. ① 복수개의 디스플레이 픽셀을 갖는 디스플레이를 제공하는 단계와,
    ② 각각의 디스플레이 픽셀을 제 1 사이드 절반 픽셀 및 제 2 사이드 절반 픽셀로 분리하는 단계와,
    ③ 상기 제 1 사이드 절반 픽셀을 제 1 마스크로 피복하고, 상기 제 2 사이드 절반 픽셀을 제 1 경사진 호메오트로픽 배향 막으로 코팅하는 단계-상기 호메오트로픽 배향 막은 무기물 소스의 제 1 경사진 증착에 의해 기판 위에 형성된 무기 재료 막을 포함하며, 상기 기판면은 상기 증착 방향으로부터 상기 기판의 제 2 사이드 모서리로 예각을 형성하도록 사전 결정된 방향으로 경사짐-와,
    ④ 이어서 상기 제 1 마스크를 제거하고, 상기 제 2 사이드 절반 픽셀을 제 2 마스크로 피복하고, 제 1 사이드 절반 픽셀을 제 2 경사진 호메오트로픽 배향막으로 코팅하는 단계-상기 제 2 경사진 호메오트로픽 배향막은 무기물 소스의 제 2 경사진 증착에 의해 상기 기판 위에 침착된 무기 재료 막을 포함하며, 상기 기판면은 상기 증착 방향으로부터 상기 기판의 제 1 사이드 모서리로 예각을 이루도록 또다른 사전 결정된 방향으로 경사짐.-와,
    ⑤ 네마틱 액정 혼합물을 네거티브 유전체 이방성을 갖는 액정 디스플레이 디바이스 내에 사용하는 단계
    를 포함하는 액정 디스플레이 디바이스의 제조방법.
  16. 투과형 또는 반사형 중 어느 하나의 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    ① 기판과,
    ② 상기 기판 상에 형성된 호메오트로픽 배향 막과,
    ③ 상기 호메오트로픽 배향 막에 인접하며 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 포함하며,
    상기 호메오트로픽 배향 막은 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 및 증착 중 적어도 하나에 의해 상기 기판 상에 침착된 유전체 막을 포함하며,
    상기 유전체막은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 5°내지 45°또는 70내지 90°범위의 증착각을 가지는 단일 경사진 증착에 의해 형성되는
    호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스.
  17. ① 기판과,
    ② 상기 기판 위에 형성되고 절연 재료의 돌출 범프(protruding bump) 중 적어도 하나와 에칭된 줄무늬(etched away stripe)를 갖는 전극을과,
    ③ 상기 전극 상에 형성된 호메오트로픽 배향막-상기에서 호메오트로픽 배향 막은 상기 전극 상에 형성된 단일 증착 산화막을 포함함-과,
    ④ 상기 호메오트로픽 배향 막에 인접하여 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 포함하며,
    상기 호메오트로픽 배향막은 서말 소스에 의한 가열, 전자 빔에 의한 활성화, 이온빔에 의한 활성화 중 하나에 의해 유전체의 단일 경사진 증착에 의해 상기 전극 위에 침착된 유전체 막을 포함하며,
    상기 유전체 막은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 5°내지 45°또는 70°내지 90°의 증착각을 가지는 단일 경사진 증착에 의해 형성되는
    멀티 도메인 액정 디바이스.
  18. ① 기판과,
    ② 상기 기판 위에 형성되고 절연 재료의 돌출 범프(protruding bump) 중 적어도 하나와 에칭된 줄무늬(etched away stripe)를 갖는 전극과,
    ③ 상기 전극 상에 형성된 호메오트로픽 배향막과,
    ④ 상기 호메오트로픽 배향 막에 인접하여 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 포함하며,
    상기 호메오트로픽 배향막은 서말 소스에 의한 가열, 전자 빔에 의한 활성화, 이온빔에 의한 활성화 중 하나에 의해 유전체의 단일 경사진 증착에 의해 상기 전극 위에 침착된 유전체 막을 포함하며,
    상기 유전체 막은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 5°내지 45°또는 70°내지 90°의 증착각을 가지는 단일 경사진 증착에 의해 형성되는
    투과형 또는 반사형 중 어느 하나의 멀티 도메인 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크와 상기 제 2 마스크는 동일한 마스크를 포함하는
    액정 디스플레이 디바이스.
  20. ① 기판과,
    ② 상기 기판 위에 형성되고 절연 재료의 돌출 범프(protruding bump) 중 적어도 하나와 에칭된 줄무늬(etched away stripe)를 갖는 전극과,
    ③ 상기 전극 상에 형성된 호메오트로픽 배향막과,
    ④ 상기 호메오트로픽 배향 막에 인접하여 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 포함하며,
    상기 호메오트로픽 배향 막은 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 및 기타 박막 증착 프로세스 중 적어도 하나에 의해 상기 기판 상에 침착된 유전체 막을 포함하며,
    상기 유전체 막은 상기 기판면과 상기 증착 방향 사이에 5°내지 45°또는 70°내지 90°의 증착각을 가지는 단일 경사진 증착에 의해 형성되는
    투과형 또는 반사형 중 어느 하나의 멀티 도메인 호메오트로픽 배향 액정 디스플레이 디바이스.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크는 제 2 마스크는 동일한 마스크를 포함하는
    액정 디스플레이 디바이스의 제조 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일 경사진 증착은 상기 기판과 타겟 소스 사이가 10인치보다 큰 거리를 가지는
    액정 디스플레이 디바이스.
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