KR100931605B1 - 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막형성방법 - Google Patents

액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법에 관한 것으로, 공정 공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버의 내측에 마련되면, 배향막층이 형성된 기판이 안착되는 스테이지와, 상기 스테이지의 상부에 마련되어 광을 발생시키는 적어도 하나 이상의 광원과, 상기 광원에서 방출되는 광을 한쌍의 광으로 분리하고, 분리된 한쌍의 광을 상기 기판의 배향막층에 굴절시켜 주사하고, 주사되는 한쌍의 광을 상기 배향막층의 노광영역과 노광영역에 인접한 영역에 순차적으로 조사하여 상기 한쌍의 광 간섭패턴에 의해 상기 배향막층에 배향막을 순차적으로 형성하는 광학계를 구비하며, 이에 따라 배향패턴 형성방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉방식으로 변경하여 배향막의 배향패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법{Apparatus for forming an alignment layer of liquid crystal display device and method for forming an alignment layer using the same}
본 발명은 액정표시장치용 배향막 형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저의 광간섭에 의해 배향막의 배향패턴 형성시킬 수 있도록 한 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법에 관한 것이다.
최근, 현대사회가 정보사회화 되어감에 따라 정보표시장치의 하나인 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 그 중요성이 점차 증가되는 추세에 있으며, 특히, 그것이 갖고 있는 소형화, 경량화, 저전력 소비화 등의 장점 때문에 CRT(Cathode Ray Tube), PDP(Plasma Display Panel)의 단점을 극복할 수 있는 대체수단으로써 점차 그 사용 영역이 확대되는 추세에 있다.
통상, 이러한 액정표시장치는 두 장의 유리기판 사이에 액정분자들이 주입된 구조를 이루는데, 이 경우, 유기기판 사이에 주입된 액정분자들은 외부로부터 인가되는 전기적인 신호에 따라 특정 방향으로 배열되어 동적산란을 일으킴으로써, 장치의 광투과량이 적정량으로 조절되도록 하는 역할을 수행한다.
이때, 액정표시장치가 특정한 광학적 효과를 발휘하기 위해서는 액정분자들을 특정 방향으로 배향시킬 필요성이 요구되는데, 통상의 액정분자들은 국부적으로만 배향되기 때문에, 종래의 생산라인에서는 액정분자들을 특정 방향으로 배향시키기 위하여 액정분자들과 직접 접촉된 상태의 유기고분자막을 ITO 전극위에 인위적으로 형성시키고 있다. 이러한 유기고분자막을 통상 배향막이라 일컫는다.
종래의 생산라인에서는 예컨대, 레이온, 나일론 등으로 이루어진 러빙포(Rubbing cloth)를 롤러에 감은 후, 이 롤러를 배향막에 접촉시켜, 배향막의 표면과 마찰시킴으로써, 해당 배향막이 "일정 수준 이상의 일축 배향성(Uni-directional alignment)" 및 "일정 범위의 선경사각(Pretilt angle)"을 갖는 일련의 배향패턴들이 형성될 수 있도록 유도한다.
종래의 생산라인에서는 이러한 공정을 통상, "러빙공정(Rubbing process)"이라 일컫고 있다. 종래의 기술에 따른 배향막의 러빙공정은 예컨대, 미국특허공보 제 4634228 호 "러빙된 폴리이미드 배향막을 갖는 페로일렉트릭 액정 셀", 미국특허공보 제5400159 호 "러빙 전,후에 특정 표면에너지 차이를 갖는 배향막을 구비하는 액정 디바이스", 미국특허공보 제 5710610 호 " 러빙을 통해 박막트랜지스터에 적용되는 배향막에 멀티플 경사각을 생성하는 방법 및 장치 그리고 액정 디스플레이의 컬러필터 유리기판", 미국특허공보 제 5744203 호 "액정용 배향막" 등에 좀 더 상세하게 제시되어 있다.
종래의 생산라인에서는 예컨대, "폴리아믹산", "가용성 폴리이미드" 등으로 이루어진 배향막 원료액을 기판상에 도포한 후, 이 배향막 원료액으로 예컨대, 60 ℃~80℃ 정도의 사전경화(Pre-curing) 공정과, 예컨대, 180℃~200℃ 정도의 메인경화(Main-curing) 공정을 진행시킴으로써, 상술한 폴리아믹산, 가용성 폴리이미드를 폴리이미드화하고, 폴리이미드화된 배향막으로 상술한 러빙공정을 진행시킴으로써, 최종 완성되는 배향막이 일련의 배향패턴들을 형성할 수 있도록 한다.
이후, 생산라인에서는 세정액을 이용한 별도의 세정공정을 통해 배향막의 표면을 깨끗하게 세정함으로써, 최종 완성되는 배향막이 일정 기준 이상의 청정도를 유지할 수 있도록 한다.
그러나 상술한 바와 같이, 종래의 생산라인에서는 최종 완성되는 배향막이 일련의 배향패턴들을 형성받을 수 있도록 폴리이미드화된 배향막으로 러빙공정을 진행시키게 되는데, 이 경우, 해당 배향막은 어쩔 수 없이 롤러의 러빙포와 직접적으로 접촉되는 구조를 이루게 된다.
이와 같이, 롤러의 러빙포와 해당 배향막이 직접적으로 접촉된 상태에서 종래의 러빙공정이 진행되는 경우, 최종 완성되는 배향패턴들의 표면에는 파티클, 피륙잔해물 등의 다양한 이물들이 잔존하게 되며, 이러한 이물들은 출하되는 액정표시장치에 지속적으로 상존함으로써, 액정표시장치의 기능에 막대한 악영향을 미치게 된다.
이러한 이물들을 제거하기 위해서는 상술한 바와 같이, 러빙공정의 마지막 스텝에서 별도의 세정공정을 진행하여야 하기 때문에, 생산라인에서는 전체적인 공정이 복잡해지고, 공정효율이 저하되는 문제점을 감수하여야만 한다.
한편, 상술한 바와 같이, 러빙공정이 진행되는 경우, 러빙포를 장착한 롤러는 배향막의 표면과 광범위한 마찰을 일으키게 되는데, 이 경우, 배향막의 표면에는 강한 정전기가 발생하게 되며, 이러한 정전기는 최종 완성되는 액정표시장치에 잔류하여, 기판상에 형성된 박막트랜지스터들을 파손시킴으로써, 결국, 액정표시장치의 기능이 현저히 저하되고, 제품의 수율이 현저히 저하되는 문제점을 유발하게 된다.
더욱이, 종래의 러빙공정은 근본적으로, 러빙포와 배향막이 직접적으로 접촉되는 "기계적인 방식"이기 때문에, 생산라인에서는 어쩔 수 없이, 최종 완성되는 배향패턴들의 형상이 정교하게 제어될 수 없는 문제점을 감수하여야만 한다.
만약, 해당 배향패턴들의 형상이 정교하게 제어되지 못하여, 각 배향패턴들이 "불균일한 프로파일"을 이루거나, "일부가 파손된 프로파일"을 이루는 경우, 이와 접촉되는 액정들은 원활한 배향을 이루지 못하게 되며, 결국, 최종 완성되는 액정표시 장치는 우수한 성능의 화상품질을 유지하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배향패턴 형성방식을 종래의 기계적인 접촉방식에서 광학적인 비접촉방식으로 변경하여 배향막의 배향패턴을 형성하도록 한 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광학적인 비접촉방식을 사용하여 배향막을 형성함으로써 배향패턴들의 표면에 잔류하던 이물질의 생성을 미리 차단함과 동시에 별도의 세정공정 진행을 생략시킬 수 있도록 한 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광학적인 비접촉방식을 사용하여 배향막을 형성함으로써 배향막의 각 배향패턴들의 프로파일을 균일하게 확보함과 동시에 액정들이 균일한 배향성을 유지할 수 있도록 한 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치는, 공정 공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 기판이 안착되는 스테이지와, 상기 스테이지의 상부에 마련되어 광을 발생시키는 광원과, 상기 광분할기에서 분리된 하나의 광을 상기 기판의 배향막층에 굴절시켜 주사하고, 주사되는 하나의 광을 상기 배향막층의 노광영역에 확대하여 소정의 각도로 조사하는 제 1보조광학계와, 상기 광분할기에서 분리된 다른 하나의 광을 상기 기판의 배향막층에 굴절시켜 주사하고, 주사되는 다른 하나의 광을 상기 제 1보조광학계에 의해 조사되는 하나의 광이 조사되는 노광영역과 동일한 노광영역에 조사하는 제 2보조광학계를 구비하되, 각각의 상기 제 1보조광학계 및 제 2보조광학계는 상기 각 광의 광경로를 형성하는 다수의 반사미러와, 상기 광의 광경로를 굴절시켜 상기 배향막층의 각 노광영역에 주사하기 위한 갈바노 미러와, 상기 갈바노 미러에 의해 주사되는 상기 각 광을 상기 노광영역에 대응되도록 확대하여 상기 노광영역에 조사하는 프로젝션 렌즈를 구비하고, 상기 프로젝션 렌즈는, 상기 각 광을 상기 배향막층의 각 노광영역에 각각 대응되는 광면적으로 조사하기 위하여 상기 각 노광영역에 대응되는 다수의 렌즈들이 매트릭스형태로 조합되어 형성된다.
상기 광학계는 상기 광원에서 방출되는 상기 광의 면적을 확장시키는 광확장기와, 상기 광확장기에서 확장된 광에서 불필요한 광을 제거하는 공간필터와, 상기 광원에서 방출되는 광의 특성을 조절하는 광조절부재를 더 구비할 수 있다.
상기 배향막은 상기 제 1보조광학계에서 조사되는 하나의 광과, 상기 제 2보조광학계에서 조사되는 다른 하나의 광의 보강간섭에 의해 형성될 수 있다.
상기 스테이지는 상기 기판을 고정하기 위한 기판척을 더 구비할 수 있다.
상기 기판척은 정전력을 이용하는 세라믹 정전척, 폴리이미더 정전척 중에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 기판척은 진공흡착력을 이용하는 진공척일 수 있다.
상기 스테이지는 상기 스테이지에 안착된 상기 기판이 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각스테이지로 마련될 수 있다.
상기 챔버는 상기 기판의 공정환경을 조성하기 위하여 진공상태로 형성될 수 있다.
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이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법에 따르면, 광학적인 비접촉방식을 사용하여 배향막을 형성함으로써 배향패턴들의 표면에 잔류하던 이물질의 생성을 미리 차단함과 동시에 별도의 세정공정 진행을 생략시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치 및 이를 이용한 배향막 형성방법에 따르면, 광학적인 비접촉방식을 사용하여 배향막을 형성함으로써 배향막의 각 배향패턴들의 프로파일을 균일하게 확보함과 동시에 액정들이 균일한 배향성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
먼저 본 발명을 설명하기에 앞서 일반적인 액정표시장치의 구조를 간단히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 내부구조를 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이 액정표시장치는, 크게 TFT기판(10)과 컬러필터기판(30) 및 TFT기판(10)과 컬러필터기판(30) 사이에 마련되는 액정층(20)으로 구별된다.
TFT기판(10)은 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트 전극(11)이 형성되어 있고, 그 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 게이트 절연막(12)이 게이트 전극(11)을 덮고 있다. 게이트 전극(11) 상부의 게이트 절연막(12) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(13)이 형성되어 있으며, 그 위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(14)이 형성되어 있다.
오믹 콘택층(14) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소스전극(14a) 및 드레인 전극(14b)이 형성되어 있는데, 소스전극(14a) 및 드레인 전극(14b)은 게이트 전극(11)과 함께 박막 트랜지스터를 이룬다.
도시하지 않았지만, 게이트 전극(11)은 게이트 배선과 연결되어 있고, 소스 전극(14a)은 데이터 배선과 연결되어 있으며, 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 직교하여 화소 영역을 정의한다.
이어, 소스전극(14a) 및 드레인 전극(14b) 위에는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호층(15)이 형성되어 있으며, 보호층(15)은 드레인 전극(14b)을 드러내는 콘택홀(16)을 가진다.
보호층(15) 상부의 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(17)이 형성되어 있고, 화소 전극(17)은 콘택홀(16)을 통해 드레인 전극(14b)과 연결되어 있다. 화소 전극(17) 상부에는 폴리이미드(polyimide)와 같은 물질로 이루어지 고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 1배향막(18)이 형성되어 있다.
한편, TFT기판(10) 상부에는 TFT기판(10)과 일정 간격을 가지고 이격되어 있으며 투명한 컬러필터기판(30)이 배치되어 있다.
컬러필터기판(30) 하부의 박막 트랜지스터와 대응되는 부분에는 블랙 매트릭스(31)가 형성되어 있는데, 도시하지 않았지만 블랙 매트릭스(31)는 화소 전극(17) 이외의 부분도 덮고 있다. 블랙 매트릭스(31) 하부에는 컬러필터(32)가 형성되어 있으며, 컬러필터(32)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 있고, 하나의 색이 하나의 화소 영역에 대응된다. 다음, 컬러필터(32) 하부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(33)이 형성되어 있으며, 공통 전극(33) 하부에는 폴리이미드와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 2배향막(34)이 형성되어 있다.
이러한 액정표시장치는 박막 트랜지스터와 화소 전극을 형성하는 TFT기판(10) 제조공정과 컬러필터와 공통 전극을 형성하는 컬러필터기판(30) 제조공정, 그리고 제조된 두 기판(10, 30)의 배치와 액정 물질의 주입 및 봉지, 그리고 편광판(미도시) 부착으로 이루어진 액정 셀(liquid crystal cell) 공정에 의해 형성된다.
한편 이하에서 설명될 배향막 형성장치는 상술한 TFT기판(10)과 컬러필터기판(30)에 각각 형성되는 제 1, 2배향막(18, 34)에 대한 것으로 이하 기판(200)과 배향막(220)으로 통칭하여 설명하도록 하고, 기판(200)과 배향막(220) 이외의 다른 구성에 대한 설명 및 도면은 본 발명의 요지를 흐릴 여지가 있어 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치를 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치의 주요부를 나타낸 사시도이다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 배향막 형성장치(100)는, 공정 공간을 형성하는 챔버(110)와 챔버(110)의 내측에 마련되어 배향막(220)이 형성되는 기판(200)이 안착되는 스테이지(120)와, 스테이지(120)의 상부에 마련되어 레이저 광을 발생시키는 광원(130)과, 광원(130)에서 방출되는 광을 처리하여 기판(200)에 도포된 배향막층(210)에 광간섭에 의한 배향막(220)을 매트릭스 형태로 순차적으로 형성시키는 광학계(140)를 구비한다.
상기 기판(200)은 광투과율이 우수한 유리, 석영 또는 CaF2 와 같은 투과율이 높은 물질로 구성된다. 바람직하게는 상술한 TFT기판(200)과 컬러필터기판(200)에 사용하기 적합한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 기판(200)에 도포되는 배향막층(210)은 염색법, 인쇄법, 안료 분산법, 전착법 등에 의해 기판(200)의 표면에 형성된다. 바람직하게는 안료 분산법을 사용한다. 이라한, 배향막층(210)은 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용된다. 폴리이미드 계열의 유기물질은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 배향이 안정하며 프리틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이하다.
상기 챔버(110)는 기판(200)에 형성된 배향막층(210)에 배향막(220)을 형성하기 위한 공정환경을 조성하기 위한 것으로, 일측(또는 일측과 타측)에 기판(200)이 투입되거나 배출되기 위하 도어(미도시)가 마련되며, 도어의 인접해서는 기판(200)을 공급 및 회수하기 위한 별도의 로드락챔버(미도시)가 더 구비될 수 있다. 이러한, 챔버(110)는 기판(200)의 공정환경에 따라 진공상태를 유지할 수 있도록 마련된다.
상기 스테이지(120)는, 배향막층(210)이 도포된 기판(200)을 고정하기 위한 것으로, 소정의 편평도를 갖는 기판척(122)이 마련된다. 이러한 기판척(122)은 정전력을 이용하는 세라믹 정전척(ESC:Electro Static Chuck), 폴리이미드 정전척 또는 진공흡착력을 이용한 진공척 등으로 마련될 수 있다.
또한, 스테이지(120)는 기판(200)에 도포된 배향막층(210)에 광이 조사됨에 따라 배향막이 형성될 때 광조사에 따라 기판(200)이 가열되는 것을 방지하기 위하여 기판(200)을 냉각시키는 냉각스테이지 형태로 마련될 수 있다. 이러한 냉각스테이지의 경우 저온의 질소가스(N2)를 주입하고 질소가스를 순환시킴으로써 구현할 수 있을 것이다.
한편, 스테이지(120)는 기판의 대면적화가 진행됨에 따라 기판(200)을 수평 및 수직방향으로 이송시켜 기판(200)의 배향막층(210) 표면에 순차적으로 배향막을 형성하도록 스테이지(120)에 안착된 기판(200)을 수평 및 수직 이송시키기 위한 별도의 이송스테이지(미도시)와, 기판(200)을 팬 및 틸트시키기 위한 별도의 회전스 테이지(미도시)가 더 마련될 수 있다.
또한 스테이지(120)의 일측에는 조사되는 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)에 의한 간섭에 의해 배향막(220)의 형성될 때 발생하는 공정가스를 제거하기 위한 별도의 블로어(124)가 더 마련될 수 있으며, 블로어(124)의 대향측에는 블로어(124)에 의해 이동되는 공정가스를 흡입하여 배출하기 위한 흡입기(126)가 더 마련될 수 있다. 이때 블로어(124)에 의해 배출되는 가스는 불활성 가스인 질소가스인 것이 바람직하다.
상기 광원(130)은, 기판(200)에 도포된 배향막층(210)에 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)을 조사하여 조사되는 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)에 의한 보강간섭과 상쇄간섭에 의해 배향막을 형성하기 위한 것이다.
이러한 광원(130)은 평행광속화된 것으로 가간섭성(coherent)이 우수한 평면파 형태의 레이저 광을 방출하는 레이저광원이 바람직하며, CO2레이저, Nd:YAG 레이저, Ar 레이저, Kr 레이저 등의 고출력 레이저가 생산라인의 상황에 따라 선택되어 사용될 수 있다.
한편 광원(130)에서 방출되는 광(L)은 기판(200)에 도포된 배향막층(210)의 배향막(220) 형성에 요구되는 파장(수nm~수백nm)을 갖는 것이 바람직하다.
상기 광학계(140)는, 광원(130)에서 방출되는 광(L)을 처리하여 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)으로 분리하고, 분리된 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)의 각각의 제 1, 2광 면적으로 확대하여 기판(200)의 배향막층(210)의 소정위치(A, 도 3참조)에 중첩 시켜 조사하고, 조사되는 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)을 기판(200)의 배향막층(210)에 순차적으로 주사하도록 마련된다.
이러한, 광학계(140)는 광원(130)에서 방출되는 광(L)을 1차 확장시키는 광확장기(141)와, 광확장기(141)에서 확장된 광(L)에서 불필요한 잡광을 제거하기 위한 공간필터(142)와, 광원에서 방출되는 광의 특성을 조절하는 광조절부재(143)와, 광(L)을 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)으로 분리하는 광분할기(150)와, 광분할기(150)에서 분리된 각각의 제 1, 2광(L1, L2)을 소정의 각도로 굴절시킴과 동시에 배향막층(210)의 각 노광영역(A)에 주사하는 제 1, 2보조광학계(144a, 144b)를 구비한다.
여기서, 상기 광확장기(141)는 복수의 렌즈로 구성되어 입사되는 광(L)을 광 성분 처리에 적당한 크기로 확장하는 것이다. 이러한 광확장기(141)는 후술할 제 1, 2보조광학계(144a, 144b)에서 확장되는 광면적에 따라 필요할 경우 복수개로 마련될 수 있다.
그리고 광조절부재(143)는 광특성을 조절하기 위한 편광판 등으로 마련될 수 있으며, 이러한 광조절부재(143)는 광(L)의 정밀한 조절이 필요할 경우 설치되는 것으로, 광원에서 방출되는 광(L)의 특성이 보장된다면 설치되지 않을 수 있다.
또한, 광분할기(150)는 광원(130)에서 방출된 광(L)을 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)으로 분할하기 위한 것으로, 굴절률이 서로 상이한 두 종류 이상의 물질을 반복적으로 증착한 구조를 가진다. 이러한 광분할기(150)는 입사되는 광(L)을 소정의 비율로 분할하여 하나의 광(L)은 굴절시키고, 나머지 하나의 광(L)은 통과시키는 역할을 수행한다.
한편, 제 1, 2보조광학계(144a, 144b)는 상술한 광분할기(150)에서 분할되는 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)을 각각 확장시켜 기판(200)에 도포된 배향막층(210)의 표면에 일정한 노광영역(A)으로 주사하기 위한 것으로, 각각의 광 경로를 형성하기 위한 다수의 반사미러(145)와, 반사미러(145)에 의해 광경로가 형성된 각각의 광을 기판(200)의 순차적으로 주사하기 위한 제 1, 2갈바노미러(146a, 146b)와, 제 1, 2갈바노미러(146a, 146b)에 의해 주사되는 제 1, 2광(L1, L2)을 일정한 광면적으로 확대 주사하는 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)를 구비한다.
여기서, 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)는 제 1, 2광(L1, L2)이 제 1, 2갈바노 미러(146a, 146b)에 의해 주사될 때 주사되는 제 1, 2광(L1, L2)을 배향막층(210)의 일정한 노광영역(A)에 조사되도록 각 광(L1, L2)의 광면적을 확대하는 것이다.
이러한 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)는 제 1, 2광(L1, L2)을 배향막층(210)의 각 노광영역(A)에 각각 일정한 광면적으로 조사하기 위한 다수의 렌즈들이 매트릭스형태로 조합되어 형성된다. 또한 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)들은 배향막층(210)에 조사되는 위치를 제어하기 위하여 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)들에 대한 X축 및 Y축 방향으로 이동가능하게 마련되는 것이 바람직하다.
이에 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)에 의해 확대되어 기판(200)에 조사되는 제 1, 2광(L1, L2)들이 기판(200)의 배향막층(210)에서 보강간섭과 상쇄간섭을 일으켜 배향막층(210)의 부분수축을 유발하여 배향막(220)이 형성되고, 제 1, 2갈바노 미러(146a, 146b)를 회전시킴에 따라 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)에 의해 기판(200)의 배향막층(210)의 전 영역에 대하여 제 1, 2광(L1, L2)을 조사할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치의 작동을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 각각의 요소들은 상술한 설명과 도 1 내지 도 3을 참조하여 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치의 작동과정을 나타낸 순서도이고, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치에 의한 배향막의 형성을 나타낸 공정도이다.
먼저, 본 발명에 따른 배향막 형성장치(100)의 작동을 설명하기에 앞서 본 발명의 기판(200)에는 배향막층(210)이 우선적으로 형성되어 배향막 형성장치(100)로 공급된다. 이러한, 기판(200)에 형성되는 배향막층(210)은 폴리이미드 계열의 유기물을 도포하여 형성하고, 배향막층(210)을 소정의 온도(약 60~105℃)로 가열하여 폴리이미드화 반응을 유도하여 경화된 배향막층(210)을 형성한다(단계 S110).
상술한 바와 같은 과정에 의해 준비된 기판(200)이 본 발명에 다른 배향막 형성장치(100)에 투입되고, 챔버(110)의 내부에 마련된 기판(200)이 스테이지(120)에 안착되고 스테이지(120)에 마련된 기판척(122)에 의해 기판이 고정된다.
이후, 광원(130)에서 소정의 파장을 갖는 광(L)이 방출되고, 광원(130)에서 방출되는 광(L)은 광확장기(141), 공간필터(142) 및 광조절부재(143)에 의해 광 특성이 조절되고 광분할기(150)에 의해 한쌍의 제 1, 2광(L1, L2)으로 분할된다.
이에 분할된 각각의 제 1, 2광(L1, L2)은 다수의 반사미러(145)와, 갈바노미 러(146a, 146b)에 의해 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)로 진행되고, 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)로 진행된 각각의 제 1, 2광(L1, L2)은 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)에 의해 기판(200)에 형성된 배향막층(210)의 노광영역(A)에 조사된다(단계 S120).
이때 배향막층(210)의 노광영역(A)에 조사되는 각각의 제 1, 2광(L1, L2)은 수nm~수백nm의 파장을 갖는 것으로, 각각의 제 1, 2광(L1, L2)이 동일한 노광영역(A)에 조사됨으로 동일한 파장에 의한 간섭현상(보강간섭 및 상쇄간섭)이 발생되고, 이러한 간섭현상에 의해 배향막층(210)의 노광영역(A) 내에서 간섭패턴의 강도에 따라 내부 운동 전하의 광유도 현상(light induced generation of mobile charge)이 발생한다(단계 S130).
이에 배향막층(210)의 노광영역(A)에서 발생하는 간섭패턴의 강도에 따라 간섭패턴에 따른 배향막층(210)의 수축을 유도하게 되며, 배향막층(210)의 수축에 의해 그루브(groove)가 형성된다.
한편, 고출력의 광원(130)을 이용할 경우에는 배향막층(210) 내에서 발생하는 간섭패턴의 강도에 따라 배향막층(210)이 용융되거나 증발되면서 그루브가 형성될 수도 있다.
또한, 상술한 배향막층(210)의 수축(또는 용융, 증발)시 발생되는 공정가스는 블로어(124)와 흡입기(126)에 의해 처리되어 배출된다. 이러한 과정에 의해 형성되는 그루부에 의해 액정분자들을 특정 방향으로 배향시키는 역할을 수행하는 배향막(220)이 형성된다.
한편, 상술한 과정 중에 노광영역(A)에 대한 배향막(220)의 형성이 완료되면, 노광영역(A)에 인접한 다른 노광영역에 제 1, 2광(L1, L2)을 조사하여 노광영역(A)에 인접한 다른 영역에 배향막(220)을 형성한다.
이때 노광영역(A)에 인접한 다른 영역에 제 1, 2광(L1, L2)을 조사하기 위해서는 제 1, 2갈바노 미러(146a, 146b)가 회전되면서 제 1, 2갈바노 미러(146a, 146b)에 의해 굴절되는 제 1, 2광(L1, L2)의 방향을 전환시키고, 제 1, 2갈바노 미러(146a, 146b)에 의해 전환되는 제 1, 2광(L1, L2)은 제 1, 2프로젝션 렌즈(147a, 147b)에 의해 노광영역(A)에 인접한 다른 노광영역에 조사되도록 한다.
상술한 바와 같은 노광영역(A)과 노광영역(A)에 인접한 다른 노광영역에 제 1, 2광(L1, L2)을 조사하는 과정을 반복적으로 수행함으로써, 기판(200)의 배향막층(210) 전면에 대한 배향막(220)을 형성할 수 있다.
한편 상술한 과정에서 배향막(220)에 형성된 그루브의 안정성을 위하여 추가적인 경화과정을 수행할 수도 있으며, 세정액을 이용한 별도의 세정공정을 통해 배향막(220)의 표면에 잔류하는 파티클을 제거할 수도 있을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 내부구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치의 주요부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치의 작동과정을 나타낸 순서도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 액정표시장치용 배향막 형성장치에 의한 배향막의 형성을 나타낸 공정도이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100 : 배향막 형성장치
110 : 챔버
120 : 스테이지
130 : 광원
140 : 광학계

Claims (17)

  1. 공정 공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 기판이 안착되는 스테이지와, 상기 스테이지의 상부에 마련되어 광을 발생시키는 광원과,
    광분할기에서 분리되는 하나의 광을 상기 기판의 배향막층에 굴절시켜 주사하고, 주사되는 하나의 광을 상기 배향막층의 노광영역에 확대하여 소정의 각도로 조사하는 제 1보조광학계와,
    상기 광분할기에서 분리된 다른 하나의 광을 상기 기판의 배향막층에 굴절시켜 주사하고, 주사되는 다른 하나의 광을 상기 제 1보조광학계에 의해 조사되는 하나의 광이 조사되는 노광영역과 동일한 노광영역에 조사하는 제 2보조광학계를 구비하되,
    각각의 상기 제 1보조광학계 및 제 2보조광학계는 상기 각 광의 광경로를 형성하는 다수의 반사미러와, 상기 광의 광경로를 굴절시켜 상기 배향막층의 각 노광영역에 주사하기 위한 갈바노 미러와, 상기 갈바노 미러에 의해 주사되는 상기 각 광을 상기 노광영역에 대응되도록 확대하여 상기 노광영역에 조사하는 프로젝션 렌즈를 구비하고,
    상기 프로젝션 렌즈는, 상기 각 광을 상기 배향막층의 각 노광영역에 각각 대응되는 광면적으로 조사하기 위하여 상기 각 노광영역에 대응되는 다수의 렌즈들이 매트릭스형태로 조합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광학계는
    상기 광원에서 방출되는 상기 광의 면적을 확장시키는 광확장기와,
    상기 광확장기에서 확장된 광에서 불필요한 광을 제거하는 공간필터와,
    상기 광원에서 방출되는 광의 특성을 조절하는 광조절부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배향막은 상기 제 1보조광학계에서 조사되는 하나의 광과, 상기 제 2보조광학계에서 조사되는 다른 하나의 광의 보강간섭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 기판을 고정하기 위한 기판척을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기판척은 정전력을 이용하는 세라믹 정전척, 폴리이미더 정전척 등에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 기판척은 진공흡착력을 이용하는 진공척인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 스테이지에 안착된 상기 기판이 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각스테이지로 마련되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 기판의 공정환경을 조성하기 위하여 진공상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배향막 형성장치.
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