KR101319497B1 - 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 배향막을 배향하기 위한 이온빔 조사장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이온빔 조사장치는, 기판이 로딩되는 스테이지와, 상기 스테이지와 서로 대면하여 위치하며 이온빔을 발생시키는 이온빔 챔버, 및 상기 챔버에 부착되며 상기 이온빔을 기판 쪽으로 인도하는 슬릿형 배출부를 갖는 슬릿노즐을 포함하여 구성되며, 상기 슬릿노즐은 내면에 음각의 측벽을 가진 이온빔 확산부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이온빔, 슬릿노즐, 확산부, 공동

Description

배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치{ION BEAM IRRADIATION FOR FORMING AN ALIGNMENT LAYER}
도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이온빔 조사장치를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 III-III'선에 따른 단면도.
도 4는 도 2의 슬릿노즐의 일부를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 이온빔 조사장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
101 : 기판 102 : 배향막
110 : 스테이지 120 : 이온빔 챔버
122 : 이온빔 소스 124 : 가속수단
130 : 슬릿노즐 132 : 슬릿형 배출부
134 : 이온빔 확산부
본 발명은 액정표시장치에서 배향막에 이온빔을 조사하여 액정 배향을 할 수 있도록 한 이온빔 조사장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 이온빔의 균일성을 높인 이온빔 조사장치에 관한 것이다.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 컴퓨터, 대형 TV와 같은 각종 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 평판표시장비(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다.
이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시장치(LCD)가 각광을 받고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치(1)의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(1)는 제1기판(5)과 제2기판(3) 및 상기 제1기판(5)과 제2기판(3) 사이에 형성된 액정층(7)으로 구성되어 있다.
상기 액정층(7)을 형성하는 액정은 광학적 이방성을 가진 물질로서, 인가되는 전압에 따라 배향성이 달라지므로, 광투과율을 조절할 수 있다. 따라서 액정층의 광투과율에 따라 이에 대응되어 정지된 화상이나 움직이는 화상이 액정표시장치(1) 상에 표현된다.
제1기판(5)은 구동소자인 박막트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)가 형성된 기판으로서, 도면에는 도시하지 않았지만 복수의 화소가 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 박막트랜지스터가 형성되어 있다.
상부 기판(3)은 컬러필터(Color Filter)기판으로서, 컬러를 구현하기 위한 컬러필터층이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1기판(5) 및 제2기판(3)에는 각각 화소전극 및 공통전극이 형성되어 있으며 액정층(7)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막(10)이 도포되어 있다.
상기 제1기판(5) 및 제2기판(3)은 실링재(Sealing material)(9)에 의해 합착되어 있으며, 그 사이에 액정층(7)이 형성되어 상기 제1기판(5)에 형성된 박막트랜지스터에 의해 액정분자를 구동하여 액정층을 투과하는 광량을 제어함으로써 정보를 표시하게 된다.
상기한 바와 같은 액정표시장치(1)를 제조하기 위해서는 상기 제1기판(5)과 제2기판(3)이 마주보는 면에 액정층(7)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막(10)을 형성하는 과정을 거친다. 배향막(10)은 액정층의 초기 배향상태를 결정하기 위해서 형성하며, 액정표시장치의 방식에 따라 다른 정도의 선경사각(프리틸트각, pretilt angle)를 가지게 형성한다.
이하, 상기한 구성을 가지는 액정표시장치에 있어서, 배향막 형성 과정에 대해 자세히 설명한다.
배향막 형성은 먼저 고분자막을 도포하고 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 구성된다. 즉, 배향막 형성용 고분자를 기판 위에 도포한 후, 일정한 온도에서 경화시킨 다음, 러빙(rubbing)을 이용해서 다양한 배향 패턴을 형성한다. 러빙이란 벨벳 등과 같은 천으로 배향막이 형성된 기판을 문질러 줌으로써 배향막을 배향시키는 방법이다.
그러나, 상기한 러빙을 이용한 배향 방법은 기판과 러빙천이 직접적으로 접촉하는 데다가 물리적인 힘으로 문지르게 되므로 여러 가지 문제점이 발생하였다. 그 예로, 먼지가 발생하거나 정전기 방전이 일어나 기판에 형성한 박막 트랜지스터가 손상되는 등을 들 수 있다.
상기 문제점을 개선하기 위해 직접적인 접촉 공정없이 러빙을 할 수 있는 배향기술이 제안되었다. 이러한 UV와 같은 광을 조사하여 유기물질을 배향하는 배향법, 포토리소그래피(photolithography)를 이용한 마이크로그루브(microgroove) 배향법이나 이온빔(ion beam)을 이용한 배향법 등이 있다.
이 중 이온빔을 이용한 배향법은 배향막을 형성하는 고분자막의 결합의 일부를 이온빔을 이용하여 끊어줌으로써 고분자의 배향방향을 결정하는 방식이다. 상기 배향막 형성용 고분자로는 사용되는 폴리이미드(PI, polyimide)나 폴리아믹산(PA, polyamic acid) 계열의 유기물질이 사용되는데, 화학적 구조가 주쇄(main chain)과 측쇄(side chain)로 구성된다. 이온빔은 상기 측쇄를 끊어 배향을 결정한다.
이온빔 배향법은, 직접적으로 기판에 접촉하는 방식이 아닌 데다가, 종래의 배향재료를 그대로 사용할 수 있으며, 대면적 기판에도 적용이 가능할 수 있는 등 많은 장점을 가진 것으로 평가된다.
상기한 방법으로 배향막을 배향시키기 위해서는 이온빔 조사장치가 사용되는데, 이온빔 조사장치는, 이온빔을 만드는 챔버와 기판에 대면하며 이온빔을 배출하는 넓은 개구부를 포함하여 구성된다. 본 장치는 이온빔 챔버의 전극과 전극 사이의 강한 전압에 의하여 발생된 이온을 개구부를 통해 조사하게 된다.
그러나 상기한 이온빔을 이용하여 배향법에 사용되는 이온빔 조사장치는 이온빔 조사부의 개구부가 넓어 기판에 조사된 이온빔이 균일하지 않은 문제점이 있다. 특히, 대면적 기판에 이온빔의 조사 시에는 이온빔 조사장치 또한 대형화되므로, 일부분에 불균일하게 조사되는 현상이 나타난다.
이런 경우, 결국 국부적인 배향불량을 나타내게 되어 빛샘 불량 등 화상품질이 떨어지게 된다. 상기한 불량은 이온빔이 만들어지고 나서 충분히 확산되지 않은 상태에서 개구부를 통해 기판에 조사되므로, 각 영역에 따라 이온빔의 밀도차가 생기게 되는데 기인한다.
또한 이온 간의 충돌 또는 상호작용이나 장치와의 충돌 등에 의해서도 이온빔의 밀도가 달라질 수 있기 때문에 일부 영역에는 높은 밀도로 조사되고, 일부 영역에는 낮은 밀도로 조사된다.
상기한 이온빔의 조사 밀도 차이는 국부적인 배향불량으로 나타나 결과적으로 액정표시장치의 화질을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 이온빔의 균일성(uniformity)을 높인 이온빔 조사장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온빔 조사장치는, 기판이 로딩되는 스테이지와, 상기 스테이지와 서로 대면하여 위치하며 이온빔을 발생시키는 이온빔 챔버, 및 상기 챔버에 부착되어 상기 이온빔을 상기 기판 쪽으로 인도하는 슬릿형 배출부와, 상기 배출부보다 넓은 단면적으로 형성되어 상기 배출부와 연결되고, 상기 배출부의 길이방향에 수직한 단면의 내측이 곡면으로 형성된 음각의 측벽을 가지는 이온빔 확산부를 갖는 슬릿노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 배출부는 상기 챔버에서 형성된 이온빔의 진행방향과 일정 각도를 이루도록 형성될 수 있다.
상기 측벽은 상기 배출부의 길이방향에 수직한 단면이 원형, 또는 반원형, 또는 사분원형이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 이온빔 챔버는 기체를 이온화시키는 이온빔 소스와, 상기 이온화된 기체를 이온빔의 형태로 인출시키는 인출수단, 및 상기 인출된 이온빔을 슬릿노즐쪽으로 가속되도록 하는 가속수단을 포함한다.
상기 이온화된 기체는 비활성 기체이며, 아르곤(Ar)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이온빔 조사장치는 불균일하게 조사되는 이온빔을 균일하게 조사되게 하기 위해 이온빔 조사장치의 내부에 이온빔이 골고루 확산될 수 있는 확산부를 구비한 것이 특징이다. 상기 확산부는 이온빔이 분사되는 배출구의 일부 영역에 공동의 형태로 형성되는데, 좁은 단면을 지나는 유체가 넓은 단면을 가지는 영역으로 흐를 때 유속이 줄어들면서 확산이 쉽게 되는 원리를 이용한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 이온빔 조사장치의 실시예에 대해 도면과 함께 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 이온빔 조사장치를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 III-III'선에 따른 단면도이며, 도 4는 도 2의 슬릿노즐의 일부를 나타낸 사시 도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이온빔 조사장치는 크게 세 부분을 포함하여 구성된다.
기판(101)이 로딩되는 스테이지(stage, 110)와, 상기 스테이지(110)에 대면하여 위치하며 일방향으로 형성된 개구부를 포함하는 이온빔을 발생시키는 이온빔 챔버(ion beam chamber, 120)와, 상기 챔버(120)의 일방향으로 형성된 개구부에 부착되어 이온빔을 기판(101) 쪽으로 인도하며 슬릿형 배출부가 형성된 슬릿노즐(slit nozzle, 130)이 이에 해당된다.
상기 스테이지(110)에는 이온빔을 조사받을 기판(101)이 로더(loader,미도시)에 의해 로딩(loading)된다.
상기 스테이지(110)에 로딩되는 기판(101)에는 배향막(102)이 형성되어 있다. 상기 배향막(102)은 먼저 기판 위에 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아믹산(polyamic acid) 계열의 물질을 도포하는 방식으로 형성한다.
상기 폴리이미드 또는 폴리아믹산 계열의 물질은 유기 고분자 물질로, 주쇄와 측쇄로 이루어진 분자구조를 가진다. 주쇄는 액정분자를 한 방향으로 배열시키는 역할을 하며, 상기 측쇄는 프리틸트각을 형성하는 역할을 한다. 따라서, 상기 이온빔은 상기 측쇄의 일부를 절단하여 프리틸트각을 형성한다.
상기 이온빔 챔버(120)는 스테이지(110)방향으로 개구부를 가지는 밀폐된 입체구조로, 기체를 이온화시키는 이온빔 소스(122)와, 상기 이온화된 기체를 이온빔의 형태로 인출시켜 슬릿노즐(130) 쪽으로 가속되도록 하는 가속수단(124)을 포함 하여 구성된다. 그리고 이온빔을 형성하는 기체가 주입되는 주입관이 구비되어 있으나 도면에는 표시하지 않았다.
상기 이온빔 소스(122)에 주입되는 기체는 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe)과 같은 비활성기체가 바람직하며, 아르곤이 더욱 바람직하다.
이온빔 소스(122)는 캐소드(cathode, 123a)와 애노드(anode, 123b)를 포함하여 구성되는데, 상기 캐소드(123a)와 애노드(123b)의 전압차에 의해 주입된 기체를 전리시켜 이온(플라즈마)과 전자를 형성한다. 이때, 상기 캐소드(123a)나 애노드(123b)는 필라멘트로 형성되어 아크 방전을 통해 플라즈마를 형성할 수 있다.
상기 이온빔 소스(122)에 의해 형성된 플라즈마는 가속수단(124)에 의해 기판방향(d)로 가속된다. 상기 가속수단(124)은 전계를 형성하는 전극(123)을 포함하고 있으며, 상기 전계에 의해 플라즈마가 가속되어 이온빔이 형성된다.
상기 챔버(120)의 개구부에는 챔버(120)에서 발생된 이온빔을 기판(101) 쪽으로 인도하는 슬릿노즐(130)이 부착된다. 이때, 슬릿노즐(130)은 상기 챔버(120)의 개구부에서 이온빔이 입사되어 기판(101)에 대면(對面)하는 방향으로 이온빔이 출사되도록 슬릿형 배출부(132)를 구비한다.
상기 슬릿형 배출부(132)는 챔버(120)의 개구부와 연결되어 챔버(120)에서 발생된 이온빔을 슬릿을 통해 출사되도록 함으로써 이온빔의 밀도를 높이는 역할을 한다. 즉, 챔버(120)에서 발생된 이온빔은, 넓은 단면적의 챔버(120)의 개구부로부터 상대적으로 좁은 단면적의 슬릿형 배출부(132)를 통해 통과하게 된다. 따라서, 배출부(132)를 지나는 이온빔의 밀도가 높아지며, 챔버(120) 내의 이온빔보다 상대 적으로 균일한 밀도를 가지게 된다.
도 3과 도 4를 참조하면, 상기 슬릿노즐(130)은 슬릿형 배출부(132)의 일정 영역에 구비되는 이온빔 확산부(134)를 더 포함할 수 있다. 상기 확산부(134)는 상기 챔버(120)와 소정 간격 이격되게 형성되며, 필요에 따라 챔버(120)의 개구부와 접하게 형성할 수 있다. 참조한 도면은 확산부(134)가 챔버(120)와 이격되게 형성되었으며, 배출부(132)를 통해 챔버(120)와 연결된다.
상기 확산부(134)는 내면에 음각의 측벽을 가지며, 음각의 측벽은 슬릿노즐(130) 내부에 공동(cavity)을 형성한다. 챔버(120)에서 형성되어 가속된 이온빔은, 상기 확산부(134)에서 유속이 상대적으로 느려지므로 쉽게 확산되고 섞이게 된다. 또한, 상기 확산부(134)는 배출부(132)와 연결되는 부분이 갑자기 넓어지는 형태이기 때문에 와류에 의한 유체의 섞임 현상이 나타난다.
따라서, 이온빔의 국부적인 밀도 차이가 줄어들며, 결국 균일성이 향상된 이온빔이 배출부(132)를 통해 기판(101) 방향으로 조사되게 된다.
상기한 바와 같이 이온빔의 균일성이 향상되면, 배향막에 조사되는 이온빔의 양이 균일하므로 일정한 정도로 측쇄가 끊어지게 되어 균일성이 향상된 프리틸트각을 형성할 수 있다. 따라서, 배향불량이 줄어드는 효과가 있으므로 액정표시장치의 화상품질이 높아진다.
이때, 상기 슬릿형 배출부(132)가 기판(101)과 대면하는 부분은 슬릿 모양이 되는데, 이 슬릿 모양이 기판의 단변이나 장변 방향과 평행하게 형성되는 방향을 길이방향이라고 할 때, 상기 측벽은 상기 슬릿형 배출부(132)의 길이방향에 수직한 단면이 곡면인 것이 바람직하다. 실질적으로는 원형 또는 반원형으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 확산부(134) 내에서 이온빔이 진행할 때 지나친 저항을 받거나 충돌하는 것을 줄이기 위함이다. 따라서, 필요에 따라 타원이나 반타원형으로 형성될 수 있으며, 다른 형태도 가능할 것이다.
상기 배출부(132)의 슬릿의 길이방향에 수직한 단면이 원형 또는 반원형인 경우, 상기 측벽에 의해 만들어진 공동은 원기둥 또는 반원기둥의 형태가 된다. 상기 원기둥 또는 반원기둥의 중심축은 기판과 평행하게 형성된다.
도 5는 본 발명에 따른 이온빔 조사각도를 조절할 수 있는 이온빔 조사장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는 상기 실시예와 유사한 부분은 제외하고 다른 부분만 설명한다.
도면을 참조하면, 본 실시예에서는 이온빔 확산부(234)의 측벽은 반원형으로 형성되었으며, 슬릿형 배출부(232)는 챔버(220)에서 가속된 이온빔의 진행방향(d)과 일정 각도를 이루도록 구비되어 있다. 본 실시예에서는 챔버에서 가속된 이온빔은 슬릿형 배출부(232)를 거친 이후 기판(201)에 소정 각도로 조사된다. 이때, 상기 확산부(234)는 반원형으로 형성되어 이온빔을 확산시키게 된다.
따라서, 본 발명에서는 슬릿형 배출부가 챔버에서 가속된 이온빔의 진행방향과 소정의 각도를 이루는 것을 특징으로 하며, 필요에 따라 각도는 조절할 수 있을 것이다. 이에 따라 프리틸트각 또한 조절이 가능하다.
상기 슬릿노즐(230)에서 분사된 이온빔은 기판(201)에 소정 각도를 가지고 조사된다. 액정표시장치의 방식에 따라 이온빔의 진행 방향과 기판(201)이 이루는 각도는 다양하나, TN(Twisted Nematic) 방식의 액정표시장치에서는 약 40~50도, IPS(In Plane Switching) 방식의 액정표시장치에서는 약 10~20도에 해당한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이온빔 조사 장치가 기판(201)에 이온빔을 소정 각도로 조사하도록 형성될 수 있으므로, 챔버(220)와 무관하게 슬릿노즐(230)의 배출부(232)만 조절함으로써 이온빔의 진행 방향을 조절하여 프리틸트각을 형성할 수 있는 장점이 있다.
상기 슬릿노즐을 형성하는 부재는 상기 슬릿노즐에 의해 운반되는 이온빔과 그외 확산부나 배출부에 존재하는 기체에 의해 손상되지 않는 재료로 만들어진 것이 바람직하다. 특히 이온빔은 다른 기체와 함께 배출되어 일정한 속도로 가속되게 되는데, 이러한 기체가 슬릿노즐에 충돌하여도 손상되지 않는 재료가 바람직하다. 따라서, 상기 슬릿노즐을 형성하는 재료로는 세라믹이나 석영 등의 무기질 재료가 바람직하며, 다른 고분자 물질을 중합하여 제조한 물질로도 형성이 가능하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 구조에만 한정되는 것은 아니다. 상술한 구조는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예에 불과한 것이다.
예를 들어 상기 스테이지에 로딩되는 기판은 상기한 배향막이 형성된 기판뿐만 아니라, 필요에 따라 균일한 밀도의 이온빔이 적용되는 다른 종류의 기판이 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상술한 상세한 설명에 의해 정의되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 정의되어야만 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이온빔의 균일성(uniformity)이 향상된 이온빔 조사장치가 제공된다.
또한, 이온빔의 조사 각도를 슬릿노즐을 이용하여 조절할 수 있어 효율적인 프리틸트각의 형성이 가능한 이온빔 조사장치가 제공된다.
이에 따라, 액정표시장치의 제조과정에서 배향막의 균일한 프리틸트각의 형성이 가능하여, 고품질의 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판이 로딩되는 스테이지;
    상기 스테이지와 대면하여 수직하게 위치하며, 이온빔을 발생시키는 이온빔 챔버; 및
    상기 이온빔의 진행방향과 일정 각도를 이루도록 형성되어 상기 이온빔 챔버에 부착되며, 상기 이온빔이 상기 기판에 경사지게 조사되도록 상기 이온빔의 진행방향을 조절하는 슬릿형 배출부와, 상기 슬릿형 배출부보다 넓은 단면적으로 형성되어 상기 슬릿형 배출부와 연결되고, 상기 슬릿형 배출부의 길이방향에 수직한 단면의 내측이 곡면으로 형성된 음각의 측벽을 가지는 이온빔 확산부를 갖는 슬릿노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 단면이 원형이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 단면이 반원 형이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이온빔 챔버는
    기체를 이온화시키는 이온빔 소스와;
    이온화된 기체를 상기 이온빔의 형태로 인출시켜 상기 슬릿노즐 쪽으로 가속되도록 하는 가속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이온화된 기체는 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
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JPH06128733A (ja) * 1992-03-20 1994-05-10 Ulvac Japan Ltd イオンビーム装置
JP2001511304A (ja) 1997-12-08 2001-08-07 フィリップス エレクトロン オプティクス ビー ヴィ 改善された２次電子検出のための磁界を用いた環境制御型ｓｅｍ
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KR20050103336A (ko) * 2004-04-26 2005-10-31 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치용 기판의 배향막 표면 처리 방법

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