KR100925346B1

KR100925346B1 - 액정 얼라인먼트 제조 방법

Info

Publication number: KR100925346B1
Application number: KR1020070077303A
Authority: KR
Inventors: 친-양 리; 후앙-친 탕; 케이-시웅 양; 치-웨이 첸; 치-훙 리우; 유-중 시
Original assignee: 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-11-09
Also published as: US20080030672A1; TW200809351A; KR20080012237A; KR100935875B1; TW200809352A; KR20080012226A

Abstract

액정(LC) 얼라인먼트 제조 방법은 복수 개의 액정 분자들을 갖는 얼라인먼트 필름을 단일의 또는 복수 개의 플라즈마 발생 장치들에 의하여 처리하는 단계를 포함하여, 액정 분자들이 높은 프리틸트 각도로 정렬된다. 종래 기술과 달리, 본 발명은 방향과 각도로 조절 가능하게 얼라인먼트 필름 표면을 변형하기에 적합하고, 단일 공정으로 높은 프리틸트 각도를 가지는 얼라인먼트 안정성의 효과를 얻을 수 있으므로, 따라서 종래 기술의 단점들이 극복된다.

액정, 얼라인먼트

Description

액정 얼라인먼트 제조 방법{Method for fabricating liquid crystal(LC) alignment}

본 발명은 기판 표면 얼라인먼트 기술에 관한 것으로서, 특히 액정(liquid crystal : LC) 얼라인먼트 제조 방법에 관한 것이다.

인터넷과 비디오 기술에서의 발전과 함께, 플랫 패널 디스플레이의 사용은 사람들의 일상 생활에 더욱 중요하고 필수적인 것이 되고 있다. 종래의 CRT 패널 텔레비전과 달리, 액정 디스플레이(LCD)는 경량, 소형, 풀-컬러 디스플레이, 무방사(free-radiation), 디지털, 고해상도 및 절전 효과와 같은 장점들을 갖고 있으며, 따라서 액정 디스플레이는 표면적으로는 차세대의 잠재적인 주류 플랫 패널 디스플레이가 되고 있다.

액정 디스플레이에 대하여, 광의 전송 경로 및 위상은 전기장에 의한 액정의 기하학적 변형에 대한 제어를 통하여 변경된다. 폴라라이저(polarizer)와 함께, 액정 디스플레이는 콘트라스트를 달성하며, 이는 구동 회로들 및 컬러 필터들과 연결되어, 그레이 스케일(gray scale)과 디스플레이된 컬러의 원인이 된다. 이 점에 있어서, 액정(LC) 얼라인먼트 기술은 액정 패널 공정에서 중요하고 핵심적인 역할을 한다. 액정 얼라인먼트 공정은 액정의 배열 및 정렬의 제어에 있어서 중요할 뿐만 아니라, 시야각, 반응 시간, 콘트라스트 및 컬러와 같은 고화질 디스플레이 특징에 필수불가결한 것이다.

액정 디스플레이 공정 기술의 발전 및 생산 비용의 감소에 따라서 가까운 장래에 액정 디스플레이 텔리비젼(LCD TV)이 모든 가정에 필수적인 정보 기기(IA; information appliance)가 될 것으로 예견될 수 있다. 따라서, 오늘날 제조사들은 LCD TV 연구 개발에 전념하고 있다. 현재, TV 내에서의 사용을 위한 액정 디스플레이에 관하여 두 가지 개선하기 어려운 문제점, 즉 넓은 시야각 및 짧은 반응 시간이 있다.

중요한 광시야각 기술들, 즉 트위스티드 네마틱(TN; Twisted Nematic), 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN; Super Twisted Nematic), 멀티-도메인 버티컬 얼라인먼트(MVA; Multi-domain Vertical Alignment) 및 인-플레인 스위칭(IPS; In-Plane Switching)이 사용 중이다. 기존의 응답 시간에 대한 불만족으로 인하여 일부는 광학적 보상 벤드(OCB; optically compensated bend)기술을 제안하고 있다. OCB 기술로 인하여 넓은 시야각 및 짧은 응답 시간 모두는 달성될 수 있는 목표이다. 넓은 시야각에 관하여, 최적화된 리타더(retarder)가 있는 경우, 시야각은 수직적으로 140° 그리고 수평적으로 160°까지 증가될 수 있으며, 응답 시간은 풀 그레이 스케일에 대해서는 7 ms 이하, 15.2” 패널에 대해서는 3 ms 이하이다. 이 외에, OCB 기술이 액정 분자들을 아치형 패턴 형태로 위치되게 할 수 있는 한, 이미지 스틱킹(image sticking)이 거의 없는 애니메이션이 저온에서도 디스플레이될 수 있으 며, -20℃ 정도의 낮은 온도에서도 응답 시간은 40 ms로 짧아지며, 따라서 저온 응답 시간의 면에서 OCB-모드 LCD는 다른 형태의 LCD보다 10배 빠르다.

넓은 시야각 및 짧은 응답 시간과 같은 이점들에도 불구하고, OCB-모드 LCD는 그 자체의 결점을 갖고 있다. 예를 들어, 액정 분자들의 얼라인먼트 상태를 스플레이 얼라인먼트(splay alignment)에서 벤드 얼라인먼트(bend alignment)로 전환하기 위하여 그리고 액정 분자들을 레이디얼 얼라인먼트(radial alignment)로 복귀함이 없이 벤드 얼라인먼트 상태로 지속시키도록 하기 위하여, 액정 분자들은 각각 보상 각도(compensated angle)들에 따라 상이한 프리틸트 각도들로 정렬되어야 하며, 따라서 스플레이-벤드 변환이 발생한다. 액정 분자들의 탄성 에너지로 인하여, 스플레이 얼라인먼트의 형성은 빠르다. 그러나, 벤드 얼라인먼트가 되돌아가기 시작되면, 비교적 높은 프리틸트 각도(예를 들어, 45°내지 55°)를 갖는 이들 액정 분자들은 불안정해질 것이며, 이 점이 바로 OCB 기술을 기초로 한 대량 생산에 있어서 매우 중대한 어려움이다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 사용중인 관련 기술은 미세 구조 표면을 제조하기 위하여 수직 폴리머 얼라인먼트 필름과 수평 폴리머 얼라인먼트 필름의 조합을 이용하는 것을 포함한다. 2개의 현저하게 다른 폴리머들의 조합으로 인하여 발생하는 계면-관련 문제점을 해결하기 위해, 사용중인 관련 기술은 도 7a에 도시된 바와 같이 전도층(51)과 얼라이먼트 필름(53)을 갖고 형성된 기판(5)을 제공하는 것과, 도 7b에 도시된 바와 같이 액정 분자들을 정렬시킬 목적으로 얼라인먼트 필름(53) 상에 얼라인먼트 러빙(alignment rubbing) 공정을 실시하는 것을 포함하 여, 액정 분자들은 도 7c에 도시된 바와 같이 동일 방향으로 정렬(aligned)된다.

그러나, 높은 프리틸트 각도가 포함될 때마다 얼라인먼트 러빙은 신뢰할 수 없다. 얼라인먼트 러빙 공정에서, 얼라인먼트 필름의 러빙은 먼지, 정전기 전하 및 러빙 결점을 초래하며, 따라서 공정의 수율과 신뢰성을 감소시킨다. 따라서, 선행 기술에 대한 개선의 여지가 아직도 남아있다.

위에서 설명한 이유로 인하여, 비(非)-러빙 얼라인먼트 기술을 개발하는 것이 매우 바람직하다. 최근의 비-러빙 얼라인먼트 연구는 주로 3가지 기술, 즉 포토얼라인먼트(photoalignment), 이온 빔 얼라인먼트(ion beam alignment) 그리고 플라즈마 빔 얼라인먼트(plasma beam alignment)에 초점을 두고 있다.

포토얼라인먼트는 균질성(homogeneity) 면에서는 양호하나, 앵커링 에너지 및 이미지 스티킹과 같은 영역들에서의 해결책을 요구하는 기술적인 문제점을 갖고 있다. 또한 그 안정성은 광원의 섬광(flashing) 뿐 아니라 사용된 노출 장비의 벌브(bulb)의 수명에 좌우된다.

이온 빔 얼라인먼트 기술은 고진공 설비 및 정전기 전하 제거 장비를 필요로 하며, 따라서 사용된 이온 건의 수명이 해결하기 어려운 문제점으로 남아있다는 것은 물론, 고비용을 발생시킨다. 따라서, 현재 이온 빔 얼라인먼트 기술은 아직 실험실로 제한되어 있다.

도 8을 참고하면, 플라즈마 빔 얼라인먼트 기술은 공정 공간 내에 위치된 단일의 플라즈마 발생 장치(6)에 의하여 단일 플라즈마 빔(61)을 발생시키고, 얼라인먼트를 이루기 위하여 기판(63)의 얼라인먼트 필름을 이리저리 수직적으로 스캐닝 하는 것을 포함한다. 플라즈마 빔 얼라인먼트 기술에 의하여 제조된 제품들이 거의 표준에 도달할지라도, 단일 플라즈마 발생 장치가 얼라인먼트 필름을 이리저리 스캔해야만 하기 때문에 그 제품의 대량 생산은 장시간의 공정 및 열악한 방향 조절과 같은 문제점들에 직면한다. 이 외에, 전후 방향의 스캐닝은 공정의 불안정을 야기하는 진동을 발생시킨다.

따라서, 긴급한 해결을 요구하는 논점은 선행 기술이 직면한 문제점을 극복하는 것을 수반한다.

선행 기술의 상술한 문제점에 비추어, 본 발명의 주목적은 높은 프리틸트 각도(pretilt angle)를 안정화시키기 위한 액정 얼라인먼트 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 대량 생산을 용이하게 하기 위한 방법으로서 액정 얼라인먼트 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공정의 안정성을 향상시키기 위한 방법으로서 액정 얼라인먼트 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적을 이루기 위하여, 본 발명은 액정 얼라인먼트 제조 방법을 제공한다. 본 방법은 기판을 제공하는 단계; 정렬된 액정 분자들을 포함하는 얼라인먼트 필름을 기판 상에 형성하는 단계; 및 얼라인먼트 필름을 변형하기 위하여 방향들과 각도들로 조절 가능하게 플라즈마 빔들을 제공하여 기판 상의 얼라인먼트 필름의 액정 분자들이 균일하게 그리고 규칙적으로 정렬되고 안정적인 높은 프리틸트 각도를 갖도록 하는 단계를 포함한다.

얼라인먼트 필름은 유기 필름, 무기 필름 또는 유기-무기 하이브리드 필름이다. 바람직한 실시예에서, 방향들과 각도들로 조절 가능하게 제공된 플라즈마 빔들에 의해 얼라인먼트 필름을 변형하기 위하여 기판은 일 방향으로 이동된다. 다른 바람직한 실시예에서, 방향들과 각도들로 조절 가능하게 제공되는 플라즈마 빔들에 의해 얼라인먼트 필름을 변형하기 위하여 플라즈마 빔들이 일 방향으로 이동된다.

바람직하게는, 복수 개의 플라즈마 발생 장치들이, 얼라인먼트 필름을 변형하기 위한 방향들과 각도들로 조절 가능하게 제공되는 플라즈마 빔들을 발생시킨다. 바람직하게는, 플라즈마 발생 장치들에 의해 발생되고 방향들과 각도들로 조절 가능하게 제공되는 플라즈마 빔들은, 얼라인먼트 필름을 변형하기 위하여 기판에 대하여 상대적으로 이동한다. 대안적으로는 얼라인먼트 필름의 변형은, 플라즈마 빔들을 일 방향으로 이동시킴으로써 방향들과 각도들로 조절 가능하게 위치되는 기판 상에서 이루어진다. 대안적으로는 얼라인먼트 필름의 변형은, 플라즈마 발생 장치들에 의해 발생된 플라즈마 빔들과 기판 사이의 상대적인 이동에 의하여 방향들과 각도들로 조절 가능하게 위치되는 기판 상에서 이루어진다.

플라즈마 발생 장치는 애노드층, 코로나 방전, 플라즈마 글로우 방전, 플라즈마 분사, 플라즈마 토치, 표면 유전체 베리어 방전, 코플래너 확산 표면 방전 또는 강유전체 방전에 의하여 플라즈마 빔을 발생한다. 플라즈마 발생 장치에 의하여 플라즈마 소스들을 발생시키는 공정 가스는 공기, 건조 공기, 수소, 산소, 질소, 아르곤, 스팀(steam) 및 헬륨을 포함한다. 공정 가스는 표준 대기압(standard atmospheric pressure) 또는 진공 상태에서 생성된 이온화된 가스이다. 플라즈마 소스들은 표준 대기압 또는 진공 상태, 즉 760 내지 1×10^-5Torr의 압력 범위에서 생성된다. 플라즈마 소스들은 고-에너지 플라즈마 빔들은 포함한다. 물론, 플라즈마 소스들은 전자, 이온, 래디컬(radical) 및 중성 입자들로 이루어진 그룹으로부 터 선택된 적어도 2개를 포함한다.

본 방법은 기판 상에 전도층을 먼저 형성하는 단계를 더 포함하며; 기판은 글라스 기판이고, 전도층은 인듐 주석 옥사이드(ITO)로 이루어진다. 특히, 기판은 액정 패널 내에 사용된 글라스 기판이다. 물론, 어떠한 다른 실시예에서, 기판은 플라스틱 기판 또는 플렉서블 금속 기판일 수 있다. 얼라인먼트 필름의 액정 분자들은 러빙 얼라인먼트(Rubbing alignment), 버티컬 얼라인먼트(Vertical Alignment), 트위스티드 네마틱(TN; Twisted Nematic), 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN; Super Twisted Nematic), 멀티-도메인 버티컬 얼라인먼트(MVA; Multi-domain Vertical Alignment), 인-플레인 스위칭(IPS; In-Plane Switching), 광학적 보상 벤드(OCB; Optically Compensated bend) 또는 강유전체 액정(FLC; Fast Liquid Crystal)에 의하여 정렬된다.

종래 기술과 달리, 본 발명은 액정 얼라인먼트 제조 방법을 개시한다. 본 방법은 복수 개의 플라즈마 발생 장치들에 의하여 발생되고 방향들과 각도들로 조절 가능하게 발생되는 고-에너지 플라즈마 빔을 이용하여 얼라인먼트 필름의 표면을 변형시키는 것을 포함하며, 따라서 얼라인먼트 필름의 액정 분자들이 0° 내지 90° 범위의 안정적으로 높은 프리틸트 각도를 갖도록 한다. 완전하고 안정적인 벤드 얼라인먼트(bend alignment)를 제공하는데 실패함으로써 야기된 대량 생산의 문제점에 직면하고 있는 종래 기술과 달리, 본 발명은 대량 생산 문제점을 해결한다. 또한, 본 발명은 높은 프리틸트 각도를 안정화시키는 방식으로 액정 얼라인먼트를 제조하는 방법 뿐만 아니라 본 방법에 적용 가능하고 신속한 얼라인먼트에 기여하는 얼라인먼트 시스템을 제공한다.

장치의 공정 공간 내에 위치된 복수 개의 플라즈마 발생 장치들(다중-소스들)로 인하여, 단지 한 번만 수행되는 스캐닝에 의하여 얼라인먼트가 신속하게 이루어진다. 그 결과, 공정은 대량 생산에 기여하기에 충분할 만큼 짧을 수 있다. 종래 기술은 앞뒤로 얼라인먼트 필름을 스캔하는 플라즈마 발생 장치에 의하여 발생된 진동으로 인해 야기되는 불안정성 문제에 직면하지만, 반대로 본 발명은 불안정성 문제를 해결하며, 그로 인하여 공정의 안정성을 향상시킨다.

당업자가 발명의 개시를 통하여 본 발명의 다른 이점들 및 효과들을 쉽게 이해할 수 있도록, 본 발명이 명세서 내에서 특정 실시예와 함께 설명된다. 이 실시예에서, 액정 얼라인먼트 제조 방법 및 이 방법에 적용할 수 있는 얼라인먼트 시스템은 텔레비전 세트 내에 사용된 액정 디스플레이와 함께 설명되며, 이는 당연히 본 발명을 제한하지 않는다. 높은 프리틸트 각도(high pretilt angle)를 특징으로 하는 얼라인먼트 방법은 쌍안정(bistable) LCD 및 이-북 디스플레이(e-book display)에 적용될 수 있다. 따라서, 실시예와 관련하여 아래에 설명된 모든 것은 단지 본 발명의 예시적인 설명이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 얼라인먼트 제조 방법을 도시한 개략적인 도면인 도 1a 내지 도 1c를 참고한다.

도 1a를 참고하면, 본 발명은 액정 얼라인먼트 제조 방법을 개시하며, 여기서 본 방법은 기판(3)을 제공하는 단계 및 기판(3) 상에 전도층(31)과 얼라인먼트 필름(33)을 형성하는 단계를 포함한다.

본 실시예에서, 기판(3)은 액정 패널 내에서의 사용을 위한 글라스 기판이며, 전도층(31)은 인듐 주석 옥사이드(ITO)로 만들어진다. 다시 말해, 기판(3) 상에 위치된 전도층(31)을 갖는 기판(3)은 ITO 글라스 기판이다. 그러나, 전도층(31)은 단지 하나의 예시적인 종류이며, 디스플레이에 적용될 수 있는 다른 전도층이 대안이 될 수 있다. 물론, 본 기술 분야의 숙련된 자는 누구든지 전도층(31)을 갖는 기판(3)이, 제한되지는 않지만, 본 실시예 내에 개시된 글라스 기판을 포함하며, 플라스틱 기판, 플렉서블 금속 기판 및 어떠한 적절한 기판과 같은 여러 가지 재료로 만들어진 전도층들을 갖는 기판들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

얼라인먼트 필름(33)은 정렬된 액정 분자들을 포함하며, 이 액정 분자들은 예를 들어, 버티컬 얼라인먼트(Vertical Alignment), 트위스티드 네마틱(TN; Twisted Nematic), 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN; Super Twisted Nematic), 멀티-도메인 버티컬 얼라인먼트(MVA; Multi-domain Vertical Alignment), 인-플레인 스위칭(IPS; In-Plane Switching) 또는 어떠한 다른 균등한 수단에 의하여 정렬된다. 정렬된 액정 분자들을 포함하는 얼라인먼트 필름의 변형은 공정 인자들에 의한 경사 각도(tilt angle; 0° 내지 90°)의 용이한 제어 및 액정 분자들의 광전자 특성을 특징으로 하기 때문에, 본 실시예는 예를 들어 수직으로 정렬된 액정 분자들을 기판(3) 상에서 가지는 얼라인먼트 필름(33)을 형성하는 것을 포함한다.

얼라인먼트 필름(33)은 유기물 필름, 무기물 필름, 또는 폴리이미드, 아크릴 및 폴리비닐 신나메이트와 같은 유기 화합물과 글라스, 석영, 금, 인듐 주석 옥사이드(ITO), 실리콘, 실리콘 나이트라이드, 수소화 무정형 실리콘(hydrogenated amorphous silicon), 수소화 무정형 카본(hydrogenated amorphous carbon; a-C:H), 다이아몬드류 카본(DLC), 실리콘 옥사이드(SiO_x), 알루미늄 트리옥사이드(Al₂O₃), 세륨 디옥사이드(CeO₂), 주석 옥사이드(SnO₂), 아연 티타늄 옥사이드(ZnTiO₂) 및 인듐 티타늄 옥사이드(InTiO₂)와 같은 무기 화합물을 포함하는 유기물-무기물 하이브리드 필름이다. 기판(3)의 전도층(31) 상의 얼라인먼트 필름(33) 증착, 얼라인먼트 러빙 및 수직 얼라인먼트는 종래 기술에 속하는 기술들이고 공지된 기술이며, 따라서 본 명세서에서는 상세히 설명하지 않는다.

도 1b를 참고하면, 얼라인먼트 필름(33)은 방향과 각도로 조절 가능하게 제공된 플라즈마 빔들(155)에 의하여 변형되어, 도 1c에 도시된 바와 같이 기판(3) 상의 얼라인먼트 필름(33)의 액정 분자들은 균일하게 그리고 규칙적으로 정렬되고 안정적으로 높은 프리틸트 각도(high pretilt angle)를 갖게 된다.

도 2를 참고하면, 얼라인먼트 시스템(1)은 방향과 각도로 조절 가능하게 얼라인먼트 필름(33)의 표면을 변형시킨다. 얼라인먼트 시스템(1)은 공정 공간(11)이 설치된 장치, 공정 공간(11) 내에 배치된 기판 전달 메커니즘(13) 및 기판 전달 메커니즘(13)과 마주 보는 복수 개의 플라즈마 발생 장치(15)를 포함한다.

공정 공간(11)은 제 1 개구(111) 및 제 1 개구(111)와 마주보는 제 2 개구(113)를 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 개구(111)는 유입구로서 작용하며, 제 2 개구(113)는 배출구의 기능을 수행한다. 본 실시예에서, 장치의 공정 공간(11)이 단일의 챔버일지라도, 어느 다른 실시예에서는, 공정 공간(11)은 공장의 규모에 비추어 방향의 변화를 허용하기 위하여 연속적인 챔버들, 즉 상호 간에 교류되는 복수 개의 공정 공간들(11)을 포함할 수 있다.

기판 전달 메카니즘(13)은 공정 공간(11)의 아래에 위치되고, 얼라인먼트를 수행하기 위하여 기판(3)을 전달하도록 구성된다. 기판 전달 메커니즘(13)이 기판을 이송하기 위하여 설계된 어떠한 전달 메커니즘일 수 있고, 관련된 전달 메커니즘들이 산업 목적으로 광범위하게 사용되고 있다는 점을 고려하면, 기판 전달 메커니즘(13)은 당업자에게 이해될 수 있으며, 따라서 본 명세서에서는 이를 상세하게 설명하지 않는다.

방향들과 각도들로 조절 가능한 플라즈마 빔들을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치들(15)(후에 설명됨)은 공정 공간(11) 내에 위치되며, 얼라인먼트 필름(33)을 변형시킬 목적으로 기판 전달 메커니즘(13) 위에서 정렬된다. 본 실시예에서, 필요하다면 플라즈마 발생 장치들(15)은 조절 가능한 각도들로 경사지며, 기판(3)의 표면에 대한 수직선에 대하여 0° 내지 90° 각도로 방향을 가지게 되어 결국 얼라인먼트 필름(33)의 액정 분자들은 0° 내지 90° 각도로 경사진다.

플라즈마 발생 장치들(15)은 동일한 또는 상이한 에너지 레벨을 가지며 에너지 레벨에 따라 상이한 플라즈마 빔들(155)을 발생시킨다. 본 실시예에서 아웃바운 드(outbound) 플라즈마 빔들(155)은, 표준 대기압 또는 진공(760 내지 1×10^-5Torr의 범위) 상태에서 플라즈마 발생 장치들(15)에 의해 발생된 고 에너지 플라즈마 소스들에 의해 공급된다. 플라즈마 발생 장치들(15)은, 관련된 기능적인 요구 사항에 따라 조절 가능한 각도들로 경사진다. 더욱 상세하게는 플라즈마 발생 장치들(15)은 0° 내지 90° 범위의 각도들로 경사지며, 이에 따라, 본 실시예에서 특정된 방향들 또는 각도들만이라기 보다는, 관련된 기능적인 요구 사항에 따라 기판(3)에 상대적으로 수직이거나, (어떠한 각도로) 기울어지거나, (어떠한 각도로) 회전 가능하다.

본 실시예에서, 플라즈마 발생 장치들(15)은 예를 들어, 애노드 층(ALT)을 포함한다. 도 3을 참고하면, 기판(3)으로부터 보았을 때, 플라즈마 발생 장치들(15)은 평행하게 또는 교대로 정렬된다. 어떠한 다른 실시예에서, 플라즈마 발생 장치들(15)은 공정 공간(11) 내에 위치되며 본 실시예에서 특정된 방법으로만 이라기보다는 적어도 평행하게, 직렬로 또는 서로 교대로 정렬된다.

아웃바운드 플라즈마 빔들(155)은 플라즈마 발생 장치들(15)에 의해 발생된 고 에너지 플라즈마 소스들에 의해 공급된다. 본 실시예에서, 플라즈마 소스들은 전자, 이온, 래디컬(radicals) 및 중성 입자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 2 개를 포함한다. 어떠한 다른 실시예에서, 플라즈마 소스들은 전자, 이온, 래디컬 또는 중성 입자들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것들을 포함한다. 플라즈마 발생 장치들(15)에 의하여 플라즈마 소스들을 발생시키기 위한 공정 가스는 예 를 들어 공기, 건조 공기, 수소, 산소, 질소, 아르곤, 스팀, 헬륨 및 위에서 언급한 압력의 위에서 언급한 환경에서 이온화되고 플라즈마로 변할 수 있는 어떠한 다른 가스이다.

본 실시예에서, 공정 공간(11)은 760 내지 1×10^-5 Torr 범위의 압력 상태이며, 다시 말해 플라즈마 소스들은 표준 대기압 또는 진공 상태, 즉 760 내지 1×10^-5 Torr 범위의 압력에서 발생된다. 플라즈마 발생 장치들(15)은 기판(3)의 표면에 대한 수직선에 대하여 0° 내지 90° 각도로 위치되며, 그 후 방향 및 각도로 조절 가능하게 얼라인먼트 필름(33)을 변형시켜 결국 얼라인먼트 필름(33)의 액정 분자들을 0° 내지 90° 각도로 경사지게 한다. 플라즈마 기초의 변형(plasma-based modification)에서, 얼라인먼트 필름(33)의 표면은, 광학적으로 보상된 벤드(OCB; optically compensated bend) 크리스탈들이 스플래이 모드(splay mode)에서 벤드 모드(bend mode)로 즉시 변경되는 것을 허용하면서, 8°내지 10°의 안정된 프리틸트 각도를 얻는다. 큰 각도(예를 들어, 45°내지 55°각도)로 경사진 액정 분자들의 정렬의 시간-의존성 붕괴(time-dependent decay)가 방지된다.

본 실시예에서의 얼라인먼트 시스템(1)은 액정 얼라인먼트를 위하여 의도된 것일지라도, 공정이 요구하는 플라즈마 빔 집중 및 발산 각도들이 변수 최적 기준들(parameter optimization standards)을 만족하고 최대 처리 효율을 가능하게 한다면, 예를 들어, 경사 증착(oblique deposition), 보호 오버-코팅(protective over-coating), 기판 세정, 이온 보조 증착(ion-assisted deposition), 광학 코팅, 스퍼터링 공정, PCB 세정 및 항공 우주 기술을 위한 로켓 엔진(thruster)과 같은 대량 생산과 관련된 어떠한 다른 산업 목적을 위하여 얼라인먼트 시스템(1)은 또한 사용될 수 있다.

플라즈마 발생 장치들(15)의 에너지 레벨들은 다른 목적들, 즉 액정 얼라인먼트, 세정, 증착, 가열, 어닐링 및 표면 변형을 위하여 변경될 수 있다. 플라즈마 소스 시준(collimation)을 상이한 정도로 이루기 위하여 플라즈마 발생 장치(15)의 플라즈마 발산 각도들은 필요할 때 조절될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생 장치(15)의 구조를 변경함으로써 또는 외부 장치를 플라즈마 발생 장치(15)에 연결함으로써 플라즈마 발생 장치(15)의 플라즈마 발산 각도들은 조절될 수 있다.

종래 기술과 비교하여, 본 실시예는 방향과 각도로 조절 가능하게 위치되는 얼라인먼트 시스템(1)에 의하여 기판(3)을 일 방향으로 이동시키고 얼라인먼트 필름(33)을 변형시키는 것을 포함한다. 그 결과, 공정 공간(11)의 진공, 가스 흐름(예를 들어, 5 내지 100 sccm), 플라즈마 발생 장치들(15) 사이의 거리, 각도 및 에너지, 전압(예를 들어, 200 내지 800 볼트), 프리틸트 각도(pretilt angle) 및 처리 시간(5 내지 150초)과 같은 공정 변수들의 조절을 통하여 특정 속도에서 기판(3)이 플라즈마 발생 장치들(15)에 의하여 스캐닝되는 단일 공정만으로도 의도하였던 얼라인먼트 품질(alignment quality)이 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 공정을 줄이며, 대량 생산을 촉진하고, 또한 공정 안정성을 향상시킨다. 물론, 어떠한 다른 실시예에서도 기판을 앞뒤로 이동시키는 것은 공정 특성일 수 있다.

본 실시예는 방향 및 각도로 조절 가능하게 위치되는 플라즈마 발생 장치 들(15)에 의하여 얼라인먼트 필름(33)을 변형시키는 것을 포함하여, 기판 상에 형성된 얼라인먼트 필름(33)의 액정 분자들이 균일하게 그리고 규칙적으로 정렬되며 단일 공정에 의하여 안정적으로 높은 프리틸트 각도가 이루어진다. 물론, 얼라인먼트의 붕괴 및 얼라인먼트 불안정성을 방지하기 위하여, 수소 원자들이 플라즈마 빔에 의하여 야기된 불포화 결합(dangling bond)을 포화시키므로, 얼라인먼트 공정 동안 또는 그 후에 수소 함유 가스를 도입함으로써 표면 패시베이션(passivation) 처리가 수행되며, 따라서 얼라인먼트 안정성을 향상시키고 얼라인먼트 필름 내의 불안정한 화합 결합을 그대로 유지시키며, 안정적인 프리틸트 각도를 가진 얼라인먼트 필름(33)을 제공한다.

제 2 바람직한 실시예에서 기판들과 플라즈마 빔들의 상대적인 위치들을 도시하는 개략적인 도면들인 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a는 일 각도로 서로 결합된 기판들을 도시하고, 도 4b는 평행하게 정렬된 기판들을 도시하며, 제 2 바람직한 실시예의 구별되는 특징은 다음과 같다. 기판 전달 메카니즘(13)은 복수 개의 기판들(3)을 전달할 수 있는 동시에, 플라즈마 빔들(155)에 의하여 기판들(3)의 얼라인먼트 필름(33)을 정렬하며, 기판들(3)은 얼라인먼트 시스템에 평행하거나, 얼라인먼트 시스템에 수직하거나, 플라즈마 빔들(155)에 수직하거나, 플라즈마 빔들(155)에 대하여 소정 각도로 경사지거나, 상호 간에 평행하거나, 기판들(3) 사이에 소정 각도를 형성할 수 있다.

제 3 실시예에서 기판들과 플라즈마 빔들의 상대적인 위치들을 도시하는 개략적인 도면인 도 5a를 참조하면, 제 3 바람직한 실시예의 구별되는 특징은 다음과 같다. 기판 전달 메카니즘들(13)은 플렉서블 기판들(3)을 전달하여, 기판들(3)이 중앙에 위치된 플라즈마 발생 장치들(15)을 둘러싸도록 한다. 즉, 제 3 바람직한 실시예에서, 중앙에 위치한 플라즈마 발생 장치들(15)에 의해 발생된 플라즈마 빔들(155)은 주변에 위치된 기판들(3)의 얼라인먼트 필름(미도시)을 연속하여 정렬하고, 이에 따라 기판 전달 메카니즘(13)에 의하여 기판들(3)을 주변으로 전달하는 것은 얼라인먼트 필름(미도시)의 정렬이 발생되기에 충분한 것이다. 또한, 제 3 바람직한 실시예에서 플라즈마 빔들(155)의 각도들 및 경사 각도들은 플라즈마 빔들(155)을 회전시킴으로써, 편리하게 조절될 수도 있다. 도 5b를 참조하면, 제 3 실시예에서 기판 전달 메카니즘들(13)은 플라즈마 발생 장치들(15)에 수직하기 보다는 그 주변에 위치될 수 있다.

본 발명의 제 4 바람직한 실시예에 따른, 액정 얼라인먼트 제조 방법 및 이 방법에 적용될 수 있는 얼라인먼트 시스템을 도시하는 개략적인 도면인 도 6을 참조하면, 제 4 바람직한 실시예의 구별되는 특징들은 다음과 같다. 기판 전달 메카니즘(13)은 축이고, 플랙서블 기판들(3)이 축의 외부 표면에 의해 전달되며, 이에 따라 전달된 기판들(3)의 얼라인먼트 필름(미도시)이 주변에 위치된 플라즈마 발생 장치들(15)에 의해 발생된 플라즈마 빔들(155)에 의해 정렬되도록 한다. 즉, 제 4 바람직한 실시예에의 축에서, 기판(3)의 얼라인먼트 필름(미도시)이 연속하여 정렬되고, 이에 따라 기판 전달 메카니즘(13)의 구조는 더 단순하게 만들어 질 수 있으며, 따라서, 기계 소형화가 달성될 수 있다. 또한 기판들(3)이 위치되는 경사 각도들은 축을 회전시킴으로써 편리하게 조절될 수 있다.

종래 기술과 비교하여, 본 발명에 개시된 바와 같이, 액정 얼라인먼트 제조 방법 및 이 방법에 적용할 수 있는 얼라인먼트 시스템은 방향과 각도로 조절 가능하게 위치된 복수 개의 플라즈마 발생 장치들에 의하여 얼라인먼트 필름의 표면을 변형시키는 것과 높은 프리틸트 각도로 액정 분자들을 정렬시키는 것을 포함하여 얼라인먼트 필름의 액정 분자들은 균일하고 규칙적으로 정렬되며 높은 앵커링 에너지(anchoring enerygy) 및 높은 프리틸트 각도를 특징으로 한다.

얼라인먼트 필름의 표면이 복수 개의 플라즈마 발생 장치들에 의하여 변형되므로 단일 공정에서 액정 얼라인먼트가 이루어진다. 따라서, 얼라인먼트 필름을 앞뒤로 스캐닝하는 것으로부터 야기되는 문제점들에 직면한 선행 기술과 달리, 본 발명은 공정을 단축시키고 단순화시킨다. 본 발명에서, 액정 얼라인먼트는, 얼라인먼트를 러빙(rubbing)하는 대신에 복수 개의 플라즈마 발생 장치들(플라즈마 빔들)에 의하여 달성되며, 본 발명은 두 가지 이점을 갖는다. 첫째, 소량의 에너지에 의하여 높은 프리틸트 각도가 달성될 수 있다. 둘째, 안정성이 향상된다. 따라서, 본 발명은 선행 기술이 직면한 문제점들을 해결한다.

위에서 설명한 실시예들은 단지 본 발명의 바람직한 실시예들로서 작용한다. 어떤 방법으로라도 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 어떠한 다른 변화들도 실제로 본 발명 내에서 이루어질 수 있다. 모든 균등한 변형 또는 변화가 본 발명에 의하여 개시된 사상 및 기술적인 개념으로부터 벗어남이 없이 첨부된 청구범위의 범위 내에 있다는 것은 본 기술 분야의 숙달된 자들에게는 명백할 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 얼라인먼트 제조 방법을 도시하는 개략적인 도면들이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 얼라인먼트 제조 방법에 적용할 수 있는 얼라인먼트 시스템을 도시하는 개략적인 도면으로서, 특히 액정 얼라인먼트 제조 방법을 실행하는 방법을 도시한다.

도 3은 평행하게 정렬된 기판과 플라즈마 빔들을 도시하는 개략적인 도면이다.

도 4a 및 4b는 제 2 바람직한 실시예에서 기판들과 플라즈마 빔들의 상대적인 위치들을 도시하는 개략적인 도면들이되, 도 4a는 일 각도에서 서로 결합된 기판들을 도시하고, 도 4b는 평행하게 정렬된 기판들을 도시한다.

도 5a 및 5b는 제 3 바람직한 실시예에서 기판들과 플라즈마 빔들의 상대적인 위치들을 도시하는 개략적인 도면들이되, 도 5a는 플라즈마 발생 장치의 외측에 위치되고 수직으로 전달되는 기판들을 도시하고, 도 5b는 플라즈마 발생 장치의 외측에 위치되고 원형으로 전달되는 기판들을 도시한다.

도 6은 본 발명의 제 4 바람직한 실시예에 따른, 액정 얼라인먼트 제조 방법 및 이 방법에 적용될 수 있는 얼라인먼트 시스템을 도시하는 개략적인 도면이다.

도 7a 내지 도 7c (종래 기술)는 종래의 액정 얼라인먼트 제조 방법을 도시하는 개략적인 도면이다.

도 8 (종래 기술)은 다른 종래의 액정 얼라인먼트 제조 방법을 도시하는 개 략적인 도면이다.

Claims

기판을 제공하는 단계;

정렬된 액정 분자들을 포함하는 얼라인먼트 필름을 상기 기판 상에 형성하는 단계; 및

상기 얼라인먼트 필름을 변형시키기 위하여 방향과 각도로 조절 가능하게 플라즈마 빔들을 제공하여 상기 액정 분자들이 균일하고 규칙적으로 정렬되고 프리틸트 각도를 가지도록 하는 단계를 포함하되,

상기 플라즈마 빔들은 상기 얼라인먼트 필름을 변형시키기 위하여 단일의 또는 복수 개의 플라즈마 발생 장치들에 의해 발생되며,

상기 기판을 전달하도록 구성된 기판 전달 메카니즘은 상기 플라즈마 발생 장치에 대하여 일 각도로 경사지거나; 상기 기판 전달 메카니즘은 상기 플라즈마 발생 장치를 중앙에 두고 상기 플라즈마 발생 장치를 둘러싸거나; 상기 플라즈마 발생 장치는 상기 기판 전달 메카니즘의 축을 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 얼라인먼트 필름은 유기 필름 및 무기 필름 중 하나인 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 얼라인먼트 필름은 유기-무기 하이브리드 필름인 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 일 방향으로 이동하고, 상기 얼라인먼트 필름은 방향과 각도로 조절 가능하게 제공되는 플라즈마 빔들에 의하여 변형되는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치들은 플라즈마 소스들을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치들은 공기, 건조 공기, 수소, 산소, 질소, 아르곤, 스팀 및 헬륨으로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정 가스를 사용함으로써 상기 플라즈마 소스들을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치들은 공정 가스를 사용함으로써 상기 플라즈마 소스들을 발생시키되, 상기 공정 가스는 표준 대기압 내지 진공 범위의 압력에서 이온화된 가스인 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 플라즈마 소스들은 760 내지 1×10^-5 Torr 범위의 압력에서 발생되는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 플라즈마 소스들은 고-에너지 플라즈마 빔들을 제공 하는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 10항에 있어서, 상기 플라즈마 소스들은 전자, 이온, 래디컬 또는 중성 입자로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 플라즈마 소스들은 전자, 이온, 래디컬 또는 중성 입자로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 두 개를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 액정 얼라인먼트 제조 방법은 상기 기판 상에 전도층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 전도층은 인듐 주석 옥사이드(ITO)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 글라스 기판을, 플라스틱 기판 및 플렉서블 금속 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 얼라인먼트 필름의 상기 액정 분자들은 버티컬 얼라인먼트, 트위스티드 네마틱(TN), 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN), 멀티-도메인 버티컬 얼라인먼트(MVA), 인-플레인 스위칭(IPS), 광학적 보상 벤드(OCB) 또는 강유전체 액정(FLC)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 방식으로 정렬되는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 빔들은 일 방향으로 이동되고, 상기 얼라인먼트 필름은 방향과 각도로 조절 가능하게 제공되는 플라즈마 빔들에 의하여 변형되는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 빔들 및 상기 기판은 상호 간에 상대적으로 이동되고, 상기 얼라인먼트 필름은 방향과 각도로 조절 가능하게 제공되는 플라즈마 빔들에 의하여 변형되는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 방향과 각도로 조절 가능하게 위치된 상기 기판 상의 상기 얼라인먼트 필름을 변형하기 위하여, 상기 플라즈마 빔들은 일 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 빔들 및 기판은 상호 간에 상대적으로 이 동되고, 방향과 각도로 조절 가능하게 위치된 상기 기판 상의 상기 얼라인먼트 필름은 변형되는 것을 특징으로 하는, 액정 얼라인먼트 제조 방법.