KR20000020574A - 액정표시장치의 배향막 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법은 기판을 준비하는 단계와, 기판 위에 제1배향막을 형성하는 단계와, 제1배향막 위에 제2배향막을 형성하는 단계와, 제2배향막의 식각하고자하는 부분에 광을 조사하여 그 부분의 분자결합을 끊는 단계와, 노광된 부분의 제2배향막을 진공에서 제거하는 단계로 이루어진다. 이러한 배향막 형성방법은 제2배향막을 사진식각(photolithography)방법으로 식각하지 않고, 광을 조사하여 직접 제2배향막을 식각하기 때문에, 사진식각시에 문제가 되는 화학약품 처리에 의한 배향막의 손상이 없고, 배향막 형성 공정이 단순하게 된다.

Description

액정표시장치의 배향막 형성방법
본 발명은 액정셀 제조방법에 관한 것으로, 특히 액정셀의 배향막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD)로서 근래에 주로 사용되고 있는 액정셀은 트위스트네마틱(Twisted Nematic) 액정셀로서, 이 TN 액정셀은 시야각에 따라서 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 특성을 보유한다. 이러한 시야각특성은 액정분자의 비등방적인 광학적 성질에 기인하는 것으로, 특히 좌우의 시야방향에서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만 상하의 시야방향에서는 광투과도가 비대칭적으로 분포하여 계조반전(grey lever inversion)이 발생하는 영역이 생긴다. 따라서, 상기한 액정셀을 휴대용 텔레비젼이나 노트북 컴퓨터 등에 사용하기 위해서는 상기한 시야각방향에 따라 광투과도가 달라지는 것을 보상할 필요가 있다.
상기한 시야각문제를 해결하기 위해 도메인 분할된 DDTN(Domain-Divided TN;DDTN, SID92 DIGEST, p.798(1992))액정표시장치가 제안되었다. 이러한 DDTN LCD는 각 도메인에서의 평균 프리틸트방향을 반대로 되게 하여 시야각을 보상한다.
도 1a - 도 1f는 일반적인 DDTN 액정표시장치의 배향막 형성방법을 나타낸 도면이다.
우선, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 기판(1) 위에 유기막을 도포한 후 도면상 오른쪽으로 러빙하여 오른쪽방향의 프리틸트를 갖는 제1배향막(3)을 형성한다.
이어서, 도 1b에 나타내 바와 같이, 제1배향막(3) 위에 유기막을 도포한 후, 도면상 왼쪽으로 러빙하여 왼쪽방향의 프리틸트를 갖는 제2 배향막(5)을 형성한다.
이어서, 도 1c에 나타내 바와 같이, 제2배향막(5) 위에 양성 감광성수지막(positive photoresist layer)(7)를 도포한다.
이어서, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 개구부(6) 및 차단부(8)를 갖는 마스크(9)로 감광성수지막(7)을 가린 후 광을 조사한다. 이때, 마스크(9)에는 제2배향막(5)의 식각하고자하는 부분에 대응하도록 개구부(3)가 형성된다.
이어서, 도 1e에 나타낸 바와 같이, 제2배향막(5)과 감광성수지막(7)의 광에 노출된 부분을 현상하여 제거한다.
이어서, 도 1f에 나타낸 바와 같이, 제2배향막(5) 표면에 남아 있는 감광성 수지막(7)을 제거하여 두 개의 도메인을 갖는 이중배향막을 형성한다.
이러한 종래의 배향막 형성방법은 제2배향막(5)을 패터닝하기 위하여 상기한 바와 같이 사진식각(Photolithography) 방법을 이용하기 때문에, 감광성수지막(7)과 제2배향막(5)을 화학약품을 이용하여 현상할 때 제1배향막(5)이 손상을 받을 수 있으며, 감광성수지막(7)을 제거할 때 제2배향막(5)이 손상을 받을 수 있는 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 종래의 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정이 단순하고, 배향막을 패터닝할 때 화학약품에 의해 손상을 받지 않는 액정표시장치의 배향막 형성방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법은 기판을 준비하는 단계와, 기판 위에 제1배향막을 형성하는 단계와, 제1배향막위에 제2배향막을 형성하는 단계와, 제2배향막의 식각하고자하는 부분에 광을 조사하여 제2배향막을 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기한 본 발명에 따른 배향막 형성방법에 의하면, 화학약품 처리에 의한 배향막의 손상이 없고, 배향막 형성 공정이 단순하게 된다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 DDTN(Domain-Devided TN) 액정표시장치의 배향막 형성방법이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1실시예에 따른 DDTN(Domain-Devided TN) 액정표시장치의 배향막 형성방법이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제3실시예에 따른 DDTN 액정표시장치의 배향막 형성방법이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 기판 11 : 제1배향막
13 : 제2배향막 15 : 마스크
16 : 개구부 17 : 차단부
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 형성방법을 설명한다.
(제1실시예)
도 2a에 나타낸 바와같이, 기판(10) 위에 유기배향물질인 PVCN(polyvinylcinnamate)을 스핀코팅(spin coating)하여 2400Å 두께의 제1배향막(11)을 형성한 후, 제1배향막(11)을 도면상 오른쪽으로 러빙하여 제1배향막(11)이 오른쪽방향의 프리틸트를 갖도록 한다. 도면에는 나타내지 않았지만, 제1배향막(11)을 스핀코팅하기 위하여, 30초동안 기판(10)의 회전을 가속하여 600rpm의 회전속도가 되도록 하며, 이 속도를 30초동안 유지한 후 30초동안 회전을 감속하여 기판(10)의 회전을 멈추게 한다. 이때, 제1배향막(11)을 100℃의 온도로 5분동안 베이킹한다. 제1배향막(11)을 폴리실록산계 물질(polysiloxane based materials)을 이용하여 형성할 수도 있다.
이어서, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 제1배향막(11) 위에 제1배향막과 같은 방법으로 제2배향막(13)을 도포한 후, 도면상 왼쪽으로 러빙하여 제2배향막(13)이 왼쪽방향의 프리틸트를 갖도록 한다.
이어서, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 제2배향막(13)을 개구부(16) 및 차단부(17)를 갖는 마스크(15)로 차단한 후, 대기중에서 자외선 램프(도시하지 않음)로 파장이 172nm인 광을 8분동안 조사하여 도 2d에 나타낸 바와 같은 제2배향막(13)을 식각한다. 이에 따라 마스크의 차단부(17)의 모양대로 제2배향막(13)이 패터닝된다. 이때, 자외선 램프 대신 엑시머 레이져를 이용 할 수 있다. 제2배향막(13)에 자외선이 균일하게 조사될 수 있도록 일정시간 간격으로, 예를 들면 2분 마다 기판(10)을 일정각으로 회전시키는 것도 가능하다.
상기한 파장이 172nm인 빛에너지는 695kJ/mol의 에너지에 해당한다. 대부분의 분자결합 에너지가, 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기한 빛에너지보다 작기 때문에 상기한 파장의 자외선에 의해 제2배향막(13)의 폴리머 분자결합이 끊어지게 된다.
결합 결합에너지(kJ/mol) 결합 결합에너지(kJ/mol)
O-O 138.9 C-O 351.5
O=O 490.4 C=C 607
O-H 462.8 C=O 724
C-C 347.7 N-H 390.8
C-H 413.4 C-N 291.6
산소분자(O2)의 결합에너지는 상기한 파장의 빛에너지보다 작기 때문에, 상기한 자외선의 조사에 의해 분자결합이 끊어져서 산소 라디칼(radical)을 생성한다. 이 산소 라디칼은 산소분자(O2)와 반응하여 오존(O3)도 생성된다.
상기한 자외선에 의해 제2배향막(13)으로부터 결합이 끊어져 발생된 분자는 대기중의 O2로부터 생성된 산소라디칼이나 O3와 반응하여 CO2, H2O, 및 CO 등이 된다. 도면에는 나타내지 않았지만 이러한 식각과정은 감압가능한 용기 안에서 실시되며, 이렇게 생성된 분자들은 용기를 감압하면서 제거된다.
본 실시예에서는 제1 및 제2배향막(11,13)의 배향방향을 결정하기 위하여 러빙을 실시하였으나, 제1 및 제2배향막(11,13)이 PVCN이나 폴리실록산계 물질과 같은 광반응성 유기물로 이루어지기 때문에, 자외선과 같은 광의 조사에 의해 배향방향을 결정할 수도 있다. 이러한 광배향처리에서는 조사되는 광의 편광여부, 편광방향, 조사횟수에 따라 배향방향이 결정된다.
또한, 본 실시예에서는 모두 두 번의 러빙을 하여 제1 및 제2배향막(11,13)의 프리틸트 방향을 서로 다르게 결정하였다. 하지만, 제1배향막(11)을 제2배향막(13)과 재질이 다른 무기배향물질로 형성할 경우, 제2배향막의 식각 후에 1회의 러빙을 실시하여 각 배향막에서의 평균 프리틸트각을 서로 다르게 할 수 있다.
(제2실시예)
제1실시예와 같은 도면으로 설명하면, 본 실시예에서는 700 - 710Å 두께의 PI(Polyimide)를 이용하여 제1배향막(11)과 제2배향막(13)을 형성하며, 180℃의 온도에서 베이킹을 실시한다. 이때, 제1실시예와 같은 파장의 광을 제1실시예보다 작은 시간동안, 예를 들면 4분동안, 조사하여 제2배향막(13)을 식각한다.
(제3실시예)
도 3a에 나타낸 바와 같이, 제1실시예와 같은 방법으로 기판(20) 위에 PVCN계 등의 유기물을 스핀코팅하여 제1배향막(21)을 형성한다.
이어서, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 제1배향막(21) 위에 같은 방법으로 제2배향막(23)을 도포한 후, 러빙 또는 광조사하여 제2배향막(23)의 배향방향을 결정한다.
이어서, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 제2배향막(23)을 차단부(27) 및 개구부(26)를 갖는 마스크(25)로 차단한 후, 대기중에서 자외선 램프로 파장이 172nm이고 선편광된 자외선을 조사하여, 도 3d에 나타낸 바와 같이, 개구부(26)에 대응하는 제2배향막(23)의 노출부분을 식각한다. 이때, 제1실시예의 경우보다 더 오랜시각 자외선을 조사하여 제2배향막(25)의 노출된 부분을 완전히 식각한 후, 노출된 제1배향막(21)의 표면에 연속적으로 선편광된 자외선을 조사한다. PVCN계 물질인 제1배향막(21)의 표면에 선편광된 자외선을 수직으로 조사하며, 자외선에너지에 의해 고분자 사이에 발생하는 크로스링킹(croos linking)에 의해 광고분자화(photopolymerization)된 배향막이 되는데, 이 선편광된 자외선의 편광방향에 따라 광고분자의 결합방향이 일정한 방향을 가지게 된다. 이러한 자외선이 조사된 광고 분자의 결합방향이 배향막의 배향방향을 결정하게 된다.
이때, 기판(20) 위에 제2배향막(23)을 도포하기 전에, 제1배향막(21)에 러빙 또는 광조사하여 배향방향을 결정할 수 있으며, 이 경우, 제1실시예와 같은 방법으로 자외선을 조사하여 제2배향막(23)을 식각한다.
이어서, 도 3e에 나타낸 바와 같이, 처음 조사된 자외선에 대하여 편광방향이 수직인 선편광된 자외선을 제1 및 제2배향막(21,23) 표면에 대하여 일정한 각도의 경사로 조사한다. 이때, 프리틸트각은 자외선의 조사에너지에 의해 결정된다.
본 발명은 상기한 바와 같이 광의 조사에 의해 배향막을 직접 식각한다. 따라서, 사진식각에 의해 배향막을 식각하지 않기 때문에, 화학약품에 의한 배향막의 손상이 없고, 공정이 단순하게 된다.

Claims (13)

  1. 기판을 준비하는 단계와,
    기판 위에 배향막을 형성하는 단계와,
    배향막의 식각하고자 하는 부분에 광을 조사하여 그 부분의 분자결합을 끊는 단계와,
    노광된 부분의 배향막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 광을 조사하는 단계가 대기중에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 노광된 부분의 배향막을 제거하는 단계가 진공에 가까운 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  4. 기판을 준비하는 단계와,
    기판 위에 제1배향막을 형성하는 단계와,
    제1배향막 위에 제2배향막을 형성하는 단계와,
    제2배향막의 식각하고자 하는 부분에 광을 조사하여 그 부분의 분자결합을 끊는 단계와,
    노광된 부분의 제2배향막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  5. 제4항에 있어서, 광을 조사하는 단계가 대기중에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  6. 제4항에 있어서, 노광된 부분의 배향막을 제거하는 단계가 진공에 가까운 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  7. 제4항에 있어서, 제1배향막 또는 제2배향막이 유기막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  8. 제4항에 있어서, 광의 파장이 172nm 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  9. 제7항에 있어서, 유기막을 구성하는 물질이 폴리비닐신나메이트와, 폴리실록산과, 폴리이미드로 구성된 일군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  10. 제4항에 있어서, 광조사 수단이 자외선 램프 또는 엑시머 레이져인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  11. 제4항에 있어서, 제1배향막 또는 제2배향막이 광의 조사에 의해 배향방향이 결정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  12. 제4항에 있어서, 제1배향막 또는 제2배향막이 러빙에 의해 배향방향이 결정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
  13. 제4항에 있어서, 제2배향막을 식각한 후에 제1배향막의 배향방향을 결정하기 위하여, 제1배향막에 연속적으로 광을 조사하는 단계가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배향막 형성방법.
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