KR100737538B1 - 이온빔 배향을 이용한 액정표시장치의 배향막 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 수직배향막의 선경사각(pre-tilt angle) 조절이 가능한 배향막 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 배향막 형성방법은, 하부기판 및 상부기판 최상부 각각에 전압 인가전 액정의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 형성되며, 베어(bare) 상태의 유기 수직배향막을 도포하는 단계와, 상기 도포된 유기 수직배향막의 표면을 배향 처리하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 있어서, 상기 배향막의 배향 처리는 이온빔 조사 방식으로 수행하되, 이온빔 조사각, 이온빔 에너지, 이온빔 전류밀도 및 이온빔 조사 시간을 조절해서 액정의 선경사각을 조절하면서 인-플레인 질서도를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

이온빔 배향을 이용한 액정표시장치의 배향막 형성방법{Method for forming alignment layer of LCD using ion beam align}

도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법에서의 이온빔 조사장치를 설명하기 위한 도면.

도 2는 이온빔 조사 시간에 따른 수직배향막의 액정 선경사각의 변화를 설명하기 위한 그래프.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 조사 시간을 10초로 하여 음의 액정으로 만든 액정셀들을 보여주는 사진.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따라 하부 및 상부 수직배향막을 다른 조건으로 이온빔 배향하여 만든 2-도메인을 가진 HAN 모드를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 진공챔버 2 : 이온 건

3 : 가스 공급부 4 : 전원부

5 : 기판 지지대 10 : 기판

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유기 수직배향막의 선경사각(pre-tilt angle) 조절이 가능한 액정표시장치의 배향막 형성방법에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 경량, 박형 및 저소비 전력 등의 특성을 갖는 것으로 인해 CRT를 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오 기기 등에 사용되고 있다. 특히, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor) 액정표시장치는 CRT에 필적할만한 표시화면의 고화질화 및 대형화를 실현하였기에, 노트북 PC 및 모니터 시장에서 크게 각광 받고 있으며, 향후 TV 시장도 잠식할 것으로 예상되고 있다.

이러한 박막트랜지스터 액정표시장치는 전형적으로 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성된 하부기판(=어레이기판)과 컬러필터 및 상대전극이 형성된 상부기판(=컬러필터기판)이 다수의 액정분자들로 구성된 액정층의 개재하에 합착된 구조를 가지며, 또한, 상기 하부기판과 액정층 사이 및 액정층과 상부기판 사이 각각에 배향막이 설치되고, 상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광판이 부착된다.

여기서, 상기 배향막은 전계 인가전 액정분자들의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 설치되는 것으로, 통상은 베어(bare) 상태의 유기 고분자막을 도포한 후, 이를 기계적으로 러빙하는 방법으로 형성한다.

자세하게, 상기 배향막은 개별 공정을 통해 제조된 하부기판 또는 상부기판의 전면 상에 베어 상태의 유기 고분자막을 도포한 후, 상기 유기 고분자막을 러빙포(rubbing cloth)로 문지르는 러빙 공정을 진행하여 형성하게 된다.

그런데, 전술한 종래의 러빙 방법으로는 하나의 배향막을 가지고 액정의 선경사각(pre-tilt angle)을 5°이상 조절하는 것이 실질적으로 불가능하다.

또한, 다중 도메인을 갖도록 하기 위한 배향막을 형성하기 위해서는 보다 많은 포토 공정 및 식각 공정을 진행해야 하므로 생산량과 비용 측면에서 문제가 된다. 특히, 이러한 공정의 추가는 배향막의 배향 능력을 감소시킬 뿐만 아니라 이물의 발생률을 높이는 결과를 초래하는 바, 액정셀의 불량률을 높이게 되는 문제점이 있다.

게다가, 종래의 러빙 방법은 유기 수직배향막을 수평배향막으로 전이시키는 것이 거의 불가능할 뿐만 아니라, 가능하다고 할지라도 한 화소내에서 액정을 수평배향과 수직배향을 동시에 생성시키는 것이 사실상 매우 어려우므로, 다중 도메인 멀티 모드를 채용할 경우에 그 이용이 곤란하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유기 수직배향막의 선경사각 조절이 가능한 액정표시장치의 배향막 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 비교적 간단하게 다중 도메인의 형성을 가능하게 할 수 있는 액정표시장치의 배향막 형성방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.

게다가, 본 발명은 유기 수직배향막을 수평배향막으로 전이시킬 수 있어 다중 도메인 멀티 모드의 구현이 가능하도록 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법을 제공함에 그 또 다른 목적이 있다.

삭제

삭제

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법은, 하부기판 및 상부기판 최상부 각각에 전압 인가전 액정의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 형성되며, 베어 상태의 유기 수직배향막을 도포하는 단계와, 상기 도포된 유기 수직배향막의 표면을 배향 처리하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 있어서, 상기 배향막의 배향 처리는, 이온빔 조사각을 조사표면에 대해 1∼15°로 하고, 이온빔 에너지를 50∼120eV로 하며, 이온빔 전류밀도를 10∼30㎂/㎠로 하고, 이온빔 조사 시간을 5∼15초로 하는 조건하의 이온빔 조사 방식으로 수행하여 액정의 선경사각을 조절하면서 수직 배향 및 인-플레인 질서도를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법은, 하부기판 및 상부기판 최상부 각각에 전압 인가전 액정의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 형성되며, 베어 상태의 유기 수직배향막을 도포하는 단계와, 상기 도포된 유기 수직배향막의 표면을 배향 처리하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 있어서, 상기 배향막의 배향 처리는, 이온빔 조사각을 조사표면에 대해 1∼15°로 하고, 이온빔 에너지를 50∼120eV로 하며, 이온빔 전류밀도를 10∼30㎂/㎠ 로 하고, 이온빔 조사 시간을 25∼60초로 하는 조건하의 이온빔 조사 방식으로 수행하여 액정의 선경사각을 조절하면서 수직배향막이 수평배향막으로 전이되도록 하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법은, 하부기판 및 상부기판 최상부 각각에 전압 인가전 액정의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 형성되며, 베어 상태의 유기 수직배향막을 도포하는 단계와, 상기 도포된 유기 수직배향막의 표면을 배향 처리하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 있어서, 상기 배향막의 배향 처리는, 이온빔 조사각을 조사표면에 대해 1∼15°로 하고, 이온빔 에너지를 50∼120eV로 하며, 이온빔 전류밀도를 10∼30㎂/㎠로 하고, 이온빔 조사 시간은 15∼25초로 하는 조건하의 이온빔 조사 방식으로 수행하여 액정의 선경사각을 조절하면서 액정이 수직과 수평 사이의 선경사각을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 기술적 원리를 설명하면 다음과 같다.

통상의 유기 배향막은 사이드 체인들의 성질을 이용해서 액정의 선경사각을 조절한다. 예컨데, 수직배향막의 사이드 체인은 길고 소수성의 성질을 가지고 있으며, 이러한 성질로 인해 액정을 수직으로 배향시킬 수 있는 것이다. 그리고, 러빙에 의해 배향막을 처리하게 되며, 표면 분자들은 러빙 방향으로 재배열되어 인-플레인(in-plain) 질서도를 가지게 된다. 그런데, 러빙 공정시 사이드 체인의 화학적 성질의 변화는 없기때문에 액정의 선경사각의 변화 또한 러빙 전후로 거의 없는 것이다.

이에, 본 발명은 러빙포를 이용한 종래의 러빙 공정 대신에 이온빔 조사 방식을 이용하여 유기 배향막의 배향 공정을 진행한다.

이온빔 조사를 이용한 배향 공정의 경우, 유기 배향막의 배향이 표면 분자들의 재배열에 의해 이루어지는 것이 아니라 π-결합을 가지는 화학기들의 선택적인 파괴에 의해 이루어지므로, 사이드 체인의 화학적 성질의 변화를 일으킬 수 있어 액정의 선경사각을 변화시킬 수 있다. 즉, 유기 수직배향막에 이온빔을 적절한 조건으로 조사하는 경우, 배향막 표면의 사이드 체인내 π-결합들의 끊어짐 및 잘려 나감의 현상이 일어나서 표면의 성질이 바뀌게 됨으로써, 본 발명은 액정의 선경사각의 변화를 이끌어낼 수 있다.

또한, 이온량을 많게 하거나 조사각을 높여 높은 에너지로 오랜 시간 이온빔을 조사하게 되면, 사이드 체인이 대부분 파괴되어 소수성이 거의 사라지고, 메인 체인에 살아남아 있는 ρ오비탈의 극각분포에 의해 액정의 선경사각이 결정되므로, 액정의 선경사각은 거의 수직에서 수평으로 바뀌게 된다. 이러한 원리에 따라 본 발명은 수직배향막을 수평배향막으로 전이시킬 수 있게 된다.

게다가, 이온빔 조사시에는 메인 체인도 어택(attack)을 받게 되는 바, 이온빔 조사방향에 수직한 방향의 ρ오비탈들은 파괴되어지고, 조사방향에 평행한 방향의 ρ오비탈만 살아남아 액정과의 결합에 기여하므로, 액정의 인-플레인(in-plain) 질서도 생성시키게 된다. 이것은 유기 수직배향막에 대한 이온빔 배향이 종래의 러빙 공정으로는 거의 불가능한 4-도메인 VA 모드를 구현할 수 있음을 의미한다. 따라서, 이러한 원리를 이용함으로써 본 발명은 수직배향막 하나로 수직배향제는 물론 수평배향제로도 사용할 수 있어서 다중 도메인 멀티 모드를 손쉽게 구현할 수 있게 된다.

자세하게, 도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법에서의 이온빔 조사장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 이온빔 조사장치는 크게 진공챔버(1)와, 상기 진공챔버(1)의 일측면에 설치되어 이온빔을 조사하는 이온 건(Ion gun; 2)과, 상기 이온 건(2)과 연결되어 이온빔 소스, 즉, 아르곤 가스를 공급하는 가스공급부(3)와, 상기 이온 건(2)과 연결되어 이온빔의 에너지와 전류밀도를 조절하는 전원부(4), 및 상기 진공챔버(1) 내에 이온 건(2)과 이격 배치되게 설치되어 배향 공정이 진행될 해당 기판을 지지하는 기판 지지대(5)를 포함한다.

이와 같은 이온빔 조사장치를 이용한 배향 공정을 진행함에 있어서, 유기 수직배향막(도시안됨)이 도포된 기판(10)은 진공챔버(1) 내에 이온 건(2)을 바라보면서 수평면에 대해 소정 각으로 기울어진채 기판 지지대(5) 상에 배치되며, 이후, 적절한 조사 조건을 가지고 직진하는 아르곤 이온빔에 의해 상기 유기 수직배향막이 액정이 수직 선경사각을 가지면서 방위각적으로 이방성을 갖도록 배향 처리된다.

여기서, 이온빔 소스는 카프만 타입 또는 CHC(Cold Hollow Cathode) 타입 모두를 사용할 수 있다. 본 발명은 액정의 선경사각을 조절하면서 인-플레인(in-plain) 질서도를 갖도록 하기 위해, 이온빔 조사 조건 중에서 이온빔 조사각은 기판 표면에 대해 15°이하, 바람직하게, 1∼15°가 되도록 하며, 이를 위해, 이온 건(2)이나 기판(10)을 극각방향으로 회전시킴이 바람직하다. 이온빔 에너지는 외부 전원 공급기의 빔 전압의 조절을 통해서 120eV 이하, 바람직하게 50∼120eV 정도로 한다. 이온빔 전류밀도는 빔 전압과 가스방전 전압, 그리고, 조사각으로 조절하여 30㎂/㎠ 이하, 바람직하게 10∼30㎠가 되도록 한다. 이온빔 조사 시간은 15초 이하, 바람직하게 5∼15초로 하며, 이때, 기판을 고정시킨 상태에서 원하는 조사 시간 후에는 자동으로 빔의 조사가 정지되는 방식이나 셔터로 빔을 가리는 방식을 사용할 수 있고, 또한, 기판을 움직여 조사할 경우에는 기판의 직진하는 속도를 조절하여 표면에 조사되는 이온량을 조절할 수 있다.

특별히, 본 발명은 상기한 이온빔 조사 조건들 중에서 조사 시간을 조절하여 배향막의 액정의 선경사각과 방위각 이방성을 조절한다. 이는 이온빔 조사 시간에 따라 유기 수직배향막내 사이드 체인의 π-결합들이 파괴되는 양이 달라져 소수성 정도가 변화됨으로써 수직배향막의 수평배향막으로의 전이가 가능하기 때문이다. 예컨데, 짧은 시간의 이온빔 조사시에는 메인 체인의 이방적 ρ오비탈에 의해 액정의 방위각 이방성이 생성되기는 하지만, 사이드 체인은 파괴되는 양이 적어 소수성을 그대로 유지함으로써 선경사각은 수직을 유지하는 반면, 많은 시간의 이온빔 조사시에는 메인 체인의 이방적 ρ오비탈에 의해 액정의 방위각 이방성이 생성될 뿐만 아니라 사이드 체인의 파괴되는 양이 많아 소수성을 유지하지 못하게 됨으로써 선경사각은 수평을 유지하게 된다. 구체적으로, 본 발명은 상기한 다른 이온빔 조사 조건들을 그대로 유지한 채, 이온빔 조사 시간을 25초 이상, 바람직하게 25∼60초로 하여 수직배향막을 수평배향막으로 전이시킨다. 또한, 본 발명은 상기한 다른 이온빔 조사 조건들을 그대로 유지한 채, 이온빔 조사 시간을 15∼25초 사이로 하여 수직과 수평 중간의 선경사각을 갖도록 만든다.

도 2는 이온빔 조사 시간에 따른 수직배향막의 액정 선경사각의 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 이온빔 조사 조건은 이온빔 조사각을 기판 표면과 10°가 되도록 하고, 이온빔 에너지를 80eV로 하며, 이온빔 전류밀도를 30㎂/㎠로 하고, 그리고, 가속전압을 100eV로 한 경우이다.

도시된 바와 같이, 이온빔 조사 시간에 따른 수직배향막의 선경사각은 조사 시간이 15초 이내 일때는 거의 수직을 나타내고, 25초 이상일 때는 거의 수평을 나 타내며, 15초와 25초 사이에서는 중간 선경사각을 나타낸다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 이온빔 조사 시간을 10초로 한 경우에 있어서의 음의 액정을 적용해서 만든 액정셀들을 보여주는 사진으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 직교편광자 상태에서 전압을 가하지 않은 경우의 액정셀의 사진으로서, 셀을 방위각으로 돌려도 어두운 상태가 구현되므로 액정이 초기에 수직배향되어 있음을 알 수 있다.

도 3b는 직교편광자 상태에서 이온빔 조사방향을 편광자 축과 일치시켜 전압을 가한 경우의 액정셀의 사진으로서, 어두운 상태가 변함없음을 볼 수 있으며, 이를 통해, 액정들이 이온빔 조사방향으로 방위각 이방성을 가져 상기 액정들이 그 방향으로만 누었음을 알 수 있다.

도 3c는 직교편광자 상태에서 이온빔 조사방향을 편광자 축에 45°로 하여 전압을 가한 경우의 액정셀의 사진으로서, 밝은 상태가 잘 구현되었으므로, 이로부터 도 3b와 마찬가지로 액정들이 이온빔 조사방향으로 방위각 이방성을 가져 상기 액정들이 그 방향으로만 누었음을 알 수 있다.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따라 하부 및 상부 수직배향막을 다른 조건으로 이온빔 배향하여 만든 2-도메인을 가진 HAN 모드를 설명하기 위한 도면들로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 4a는 2-도메인 HAN 모드의 액정셀을 도시한 사시도로서, 도시된 바와 같이, 하부기판(41)에는 수직배향막(42)이 구비되고, 상부기판(45)에는 수평배향막 (46)이 구비되며, 두 방향으로 이온빔(50)을 조사함에 따라 2-도메인이 형성되어, 2-도메인 HAN 모드가 구현되었음을 볼 수 있다. 도면부호 44는 액정을 나타낸다.

도 4b는 도 4a의 2-도메인 HAN 모드의 액정셀에 전압을 가하지 않은 상태에서 정면에서 본 사진으로, 밝은 상태를 잘 나타내고 있음을 볼 수 있다.

도 4c 및 도 4d는 도 4a의 2-도메인 HAN 모드의 액정셀에 전압을 가하지 않은 상태에서 오른쪽과 왼쪽에서 본 사진으로, 대칭성을 잘 보여주고 있는 바, 이로부터 2-도메인이 잘 생성되어졌음을 알 수 있다.

도 4e는 도 4a의 2-도메인 HAN 모드의 액정셀에 5V의 전압을 가했을 때의 정면에서 본 사진으로, 어두운 상태를 잘 나타내고 있음을 볼 수 있다.

도 4f 및 도 4g는 도 4a의 2-도메인 HAN 모드의 액정셀에 5V의 전압을 가했을 때의 오른쪽과 왼쪽에서 본 사진으로, 이 역시 2-도메인이 잘 생성되어졌음을 볼 수 있다.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 러빙포를 기계적으로 문지르는 러빙공정이 아닌 이온빔의 조사를 이용한 이온빔 배향 처리를 통해 배향막을 형성함으로써 유기 수직배향막의 선경사각 조절이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 다중 도메인의 형성을 위해 포토 및 식각 공정을 여러차례 수행할 필요가 없으므로, 공정 단순화 및 비용 절감을 이룰 수 있고, 특히, 배향막의 배향 능력을 확보할 수 있음은 물론 오염으로 인한 액정셀의 불량 발생을 낮출 수 있다.

게다가, 본 발명은 유기 수직배향막을 수평배향막으로 전이시킬 수 있는 바, 하나의 수직배향막으로도 매우 용이하게 다중 도메인 멀티 모드를 구현할 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 하부기판 및 상부기판 최상부 각각에 전압 인가전 액정의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 형성되며, 베어 상태의 유기 수직배향막을 도포하는 단계와, 상기 도포된 유기 수직배향막의 표면을 배향 처리하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 있어서,

   상기 배향막의 배향 처리는, 이온빔 조사각을 조사표면에 대해 1∼15°로 하고, 이온빔 에너지를 50∼120eV로 하며, 이온빔 전류밀도를 10∼30㎂/㎠로 하고, 이온빔 조사 시간을 5∼15초로 하는 조건하의 이온빔 조사 방식으로 수행하여 액정의 선경사각을 조절하면서 수직 배향 및 인-플레인 질서도를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
4. 하부기판 및 상부기판 최상부 각각에 전압 인가전 액정의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 형성되며, 베어 상태의 유기 수직배향막을 도포하는 단계와, 상기 도포된 유기 수직배향막의 표면을 배향 처리하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 있어서,

   상기 배향막의 배향 처리는, 이온빔 조사각을 조사표면에 대해 1∼15°로 하고, 이온빔 에너지를 50∼120eV로 하며, 이온빔 전류밀도를 10∼30㎂/㎠ 로 하고, 이온빔 조사 시간을 25∼60초로 하는 조건하의 이온빔 조사 방식으로 수행하여 액정의 선경사각을 조절하면서 수직배향막이 수평배향막으로 전이되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
5. 하부기판 및 상부기판 최상부 각각에 전압 인가전 액정의 초기 배열 방향을 결정하기 위해 형성되며, 베어 상태의 유기 수직배향막을 도포하는 단계와, 상기 도포된 유기 수직배향막의 표면을 배향 처리하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 배향막 형성방법에 있어서,

   상기 배향막의 배향 처리는, 이온빔 조사각을 조사표면에 대해 1∼15°로 하고, 이온빔 에너지를 50∼120eV로 하며, 이온빔 전류밀도를 10∼30㎂/㎠로 하고, 이온빔 조사 시간은 15∼25초로 하는 조건하의 이온빔 조사 방식으로 수행하여 액정의 선경사각을 조절하면서 액정이 수직과 수평 사이의 선경사각을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.

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