KR20040083127A - 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)의 배향막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이온 빔을 조사하여 멀티 도메인(multi-domain) 구조의 배향막을 형성하는 방법에 대한 것이다.

본 발명은 광시야각을 구현하기 위한 것으로, 이온 빔을 조사하여 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성하는 방법에 있어서, 마스크를 이용하여 상기 배향막의 분할된 도메인에 조사되는 이온 빔의 밀도가 다르도록 하여 상기 배향막에 형성되는 프리틸트각이 각 도메인에서 다르게 형성될 수 있도록 하며, 한번의 이온 빔 조사로 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성할 수 있으므로 공정이 간단하고 효율적으로 이루어져 비용이 절감되는 장점이 있다.

Description

이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법{A method of forming an alignment layer by irradiating ion beam}

본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)의 배향막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이온 빔 조사를 이용하여 멀티 도메인(multi-domain) 구조의 배향막을 형성하는 방법에 대한 것이다.

일반적으로, 화상 정보를 화면에 나타내는 디스플레이 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 CRT:Cathode Ray Tube)가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 있었다.

그리고, 오늘날에는 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.

이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비 전력 및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다.

상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 다른 평판 표시 장치보다 해상도가 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.

상기 액정 표시 장치는 고휘도, 고콘트라스트, 저소비전력성 등이 우수한 특성을 가지며, 데스크탑 컴퓨터 모니터, 노트북 컴퓨터 모니터, TV 수상기, 차량 탑재용 TV 수상기, 네비게이션 등 광범위한 분야에서 활용되고 있다.

현재 주로 사용되고 있는 액정 표시 장치로는 하나로 트위스트 네마틱(TN : twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치를 들 수 있다.

상기 TN 모드의 액정 표시 장치에서는 통상적으로, 기판에 배향 처리를 하여 액정 분자들이 하부에서의 디렉터(director : 방향자)와 상부에서의 디렉터가 직각(90˚)을 이룬다.

여기서, 상기 TN 모드의 액정 표시 장치는 전기장을 인가하지 않은 상태에서는 두 기판 사이에 채워져 있는 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축 방향이 연속적으로 비틀린 구조를 가진다.

최근에는 멀티미디어 시대에 대응하여 이러한 액정 표시 장치도 보다 높은 성능이 요구되고 있으며, 이러한 배경하에 몇가지 광시야각 기술이 이미 보고되고 있으나 개구율의 저하에 의한 소비전력의 증가, 표시 품위의 저하, 생산 프로세스에의 영향 등의 반작용이 수반되었다.

특히, 광시야각을 확보하기 위한 기술로 액정 분자의 배향에 주목하여 한 화소셀 내에 다른 구조의 영역을 가지는 멀티 도메인(multi-domain) 기술이 제시되고 있다.

여기서, 배향 방향이 같은 액정 분자들의 그룹이 존재하는 영역을 도메인(domain)이라고 하면, 멀티 도메인의 액정 표시 장치에서는 하나의 화소 셀 안에 다수의 액정 분자 그룹들이 서로 다른 방향으로 배향되어 있다고 할 수 있다.

이와 같이, 하나의 화소 셀에 다수의 도메인이 존재하는 경우, 각 도메인의 액정의 배향 방향이 서로 다르므로 시야각을 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 액정분자들이 일정한 방향으로 균일하게 배향될 수 있도록 배향막을 처리해주는 러빙 공정은 액정디스플레이의 정상적인 구동과 화면의 균일한 디스플레이 특성을 결정하는 중요한 요소로써 이에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔다.

여기서, 종래 멀티 도메인 구조의 배향막 형성 과정에 대해서 도 1을 참고하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 멀티 도메인 구조의 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 분할하여 서로 다른 방향으로 배향시키는 공정으로 이루어진다.

상기 배향막에는 일반적으로 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 상기 배향막을 처리하는 방법으로는 주로 러빙(rubbing) 방법이 이용되고 있다.

이와 같은 러빙 방법은 먼저 기판 위에 폴리이미드 계열의 유기 물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 날리고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시켜 폴리이미드 배향막을 형성한 후, 벨벳(velvet) 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 방법이다.

우선, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 기판(101) 위에 유기막을 도포한 후, 도면상 오른쪽으로 러빙하여 오른쪽 방향의 배향 방향을 가지는 제 1 배향막(103)을 형성한다.

그리고, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 제 1 배향막(103) 위에 양성(positive) 감광성 수지막(105)을 도포한다.

다음, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 마스크로 상기 감광성 수지막(105)을 차단하여 광을 조사한 후 현상액으로 상기 감광성 수지막(105)을 사진식각하여 소정의 패턴을 형성한다.

이어서, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 도면상 왼쪽으로 러빙하여 왼쪽 방향의 배향 방향을 갖도록 한다.

최종적으로, 도 1e에 나타낸 바와 같이, 감광성 수지막(105)을 제거하여 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성한다.

그러나, 이러한 러빙에 의하여 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성하는 방법은 사진식각(photolithography) 공정을 실시함으로써 공정이 복잡해질 뿐만 아니라, 사진식각 공정시 사용하는 현상액(developer), 식각액(etchant) 등에 의해 배향막이 손상을 입게 되어 불안정한 특성을 보이는 문제점이 있다.

본 발명은 광시야각을 위한 멀티 도메인 액정 표시 장치에서 이온 빔을 조사하여 멀티 도메인 구조의 배향막을 형성하는 데 있어서 배향막에 형성되는 프리틸트각이 다르게 형성될 수 있도록 이온 빔의 밀도를 조절하는 개구부의 크기를 다르게 한 마스크를 이용함으로써 공정이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 배향막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 멀티 도메인 구조의 배향막 형성 과정을 보여주는 도면.

도 2a는 본 발명에 따른 멀티 도메인 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 보여주는 단면도.

도 2b는 본 발명에 따른 멀티 도메인 액정 표시 장치에서, 한 화소셀의 상판과 하판에서의 배향 방향을 보여주는 개념적인 평면도.

도 3은 이온 빔 에너지에 따른 액정의 프리틸트 각의 상관관계를 보여주는 표.

도 4는 본 발명에 따른 배향막을 형성하기 위하여 마스크를 구비한 기판상에 이온 빔을 조사하는 이온 빔 조사 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면.

도 5a는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 한 화소셀에 있어서, 개구부와 차단부를 형성하고 있는 마스크의 구조를 보여주는 실시예.

도 5b는 도 5a의 마스크를 기판에 배치하여 이온 빔을 조사하는 것을 보여주는 한 화소셀의 단면도.

도 6은 본 발명에 적용되는 마스크의 다양한 형상을 보여주는 실시예들.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

101, 320 : 기판 103 : 제 1 배향막

105 : 감광성 수지막 410 : 배향막

350, 420 : 마스크 310, 430 : 이온 빔

201 : 하부 기판 202 : 상부 기판

210 : 액정 패널 300 : 이온 빔 소스

301 : 캐소드 302 : 애노드

303 : 플라즈마 형성 영역 304 : 이온 빔 인출 매질

305 : 이온 빔 가속 매질 306 : 이온 빔 인출 영역

311 : 이온 빔 조사 영역 321 : 홀더

340 : 진공 용기

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법은, 기판 위에 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막 위에 소정의 완전 개구부와 부분 개구부를 가지는 마스크를 배치시키는 단계와; 상기 마스크가 배치된 배향막에 이온 빔을 조사하는 단계를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 배향막은 유기막 또는 무기막인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 완전 개구부 및 부분 개구부는 기판상의 화소 영역을 분할한 영역에 대응하는 것을 특징으로 한다.

상기 분할된 영역은 2개 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 분할된 영역마다 상기 배향막의 프리틸트각이 다른 것을 특징으로 한다.

상기 배향막의 프리틸트각은 상기 이온 빔의 에너지에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

도 2a는 본 발명에 따른 멀티 도메인 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이다.

도 2a에 나타낸 바와 같이, 멀티 도메인 구조를 가지는 액정 표시 장치에서의 하나의 화소셀의 단면 구조를 개략적으로 보여준다.

상부 기판(202)과 하부 기판(201)이 대응하여 한 쌍의 패널(210)을 이루고 있으며, 두 기판(201, 202) 사이에 액정이 주입되어 있다.

여기서, 화소셀의 좌측 부분(L)에는 제1 도메인(A)을 이루는 액정 분자의 배향 방향과 화소셀의 우측 부분(R)의 제2 도메인(B)의 액정 분자의 배향 방향은 서로 같으나 프리틸트가 서로 다르게 형성되게 된다.

이러한 두 도메인(A, B)은 기판에 대한 액정의 프리틸트 각(pretilt angle)을 하나의 화소셀 안에서 다르게 설정되도록 형성할 수 있다.

동 도면에서, 각각의 도메인(A, B)의 액정은 상부 기판(202)과 하부 기판(201) 부분에서 다른 크기의 프리틸트 각을 가지고 있다.

예를 들어, 제1 도메인(A)에서의 액정은 하부 기판(201)에 대하여 프리틸트 각이 작고, 상부 기판(202)에 대하여 프리틸트 각이 크다.

이에 반해, 제2 도메인(B)에서의 액정은 하부 기판(201)에 대하여 프리틸트 각이 크고, 상부 기판(202)에 대하여 프리틸트 각이 작다.

도면에서 상부 기판(201)과 하부 기판(202)에 표시된 사선은 각각의 기판(201, 202) 부분에 대한 액정의 프리틸트 각과 배향 방향을 나타낸 것이다.

이와같이 도 2a에 도시된 액정 표시 장치에서, 제1 도메인(A)의 액정은 하부 기판(201)과의 프리틸트 각에 따라 꼬이게 되고, 제2 도메인(B)의 액정은 상부 기판(202)과의 프리틸트 각을 따라 꼬이게 됨으로써, 서로 다른 방향으로 꼬이게 되는 두 개의 도메인(A, B)이 형성된다.

도 2b는 본 발명에 따른 멀티 도메인 액정 표시 장치에서, 한 화소셀의 상판과 하판에서의 배향 방향을 보여주는 개념적인 평면도이다.

도 2b에 나타낸 바와 같이, 하나의 화소셀을 2 도메인으로 분할하여 배향시킨 배향막에 있어서, 실선은 상판의 배향 방향을 보여주며 점선은 하판의 배향 방향을 보여주고 있다.

여기서, 동일한 기판 상의 화소셀에서 분할된 2 도메인은 배향 방향은 동일하나 프리틸트각이 다르며, 액정 구동시에 각각의 분할된 화소셀이 서로 보상하는 구조를 이룸으로써 시야각이 개선된다.

도 3은 본 발명에 있어서, 이온 빔 에너지(E)에 따른 액정의 프리틸트 각의 상관관계를 보여주는 표이다.

도 3을 참조하면, 배향막에 조사되는 이온 빔의 에너지(E)에 따라 프리틸트각의 크기가 다른 특성을 보이는 것을 알 수 있는데, 상기 이온 빔 에너지(E)가 400 ~ 500 eV일 때 최소의 프리틸트각을 가지며, 상기 이온 빔 에너지(E)가 200 eV일 때 최대의 프리틸트각을 가지는 것을 알 수 있다.

즉, 기판에 조사되는 이온 빔 에너지(E)의 세기에 따라서 그 액정 분자의 프리틸트각이 달라지게 되며, 상기 프리틸트각에 따라서 액정 분자의 배향 특성이 달라지므로 기판에 조사되는 이온 빔 에너지(E)를 조절함으로써 한 화소셀 내에서의 다중 배향이 가능하다.

여기서, 상기 이온 빔 에너지(E)는 단위 면적당 이온 빔의 개수와 이온 빔의 속도(v)에 비례하게 되므로 기판에 균일하게 조사되는 이온 빔의 개수를 조절하기 위하여 상기 기판상에 완전 개구 영역과 부분 개구 영역을 구비하고 있는 마스크를 배치시킴으로써 한 화소셀 내에서 받는 이온 빔 에너지(E)를 다르게 조절할 수 있다.

따라서, 액정 표시 장치에서 한 화소셀 내에서 다중 분할된 영역에서 원하는 프리틸트각을 얻기 위해서는 상기 기판 상의 배향막 전면에 각 영역에 따라 세기가 다른 이온 빔 에너지(E)가 조사되도록 해야한다.

도 4는 본 발명에 따른 배향막을 형성하기 위하여 이온 빔을 조사하는 이온 빔 조사 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.

우선, 액정 표시 장치의 기판(320)을 제작하여 준비하고 상기 기판(320) 상에 개구부와 차단부를 구비하는 마스크(350)를 배치시키고 이온 빔 조사 장치에 장착하여 이온 빔(310)을 조사한다.

여기서, 상기 마스크(350)는 소정의 개구부와 차단부로 이루어져 상기 이온 빔을 완전히 통과시키는 부분(완전 개구 영역)과 상기 이온 빔을 부분적으로 통과시키는 부분(부분 개구 영역)으로 나누어지며, 상기와 같은 구조로 이루어진 마스크(350)로 인해서 기판(320)상에 형성된 배향막에 조사되는 이온 빔(310)의 밀도에 차이가 발생하게 되어 멀티도메인을 형성하게 된다.

상기 배향막으로는 폴리이미드(polyimide), SiO₂, SiC, Si₃N₄, Al₂O₃, CeO₂, SnO₂, glass, ZnTiO₂, DLC(Diamond-Like Carbon) 등을 사용할 수 있다.

이하, 상기 이온 빔 조사 장치의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

상기 이온 빔 조사 장치는 진공 용기(340) 내에 있어서 홀더(321)에 고정된 기판(320)에 이온 빔(310)을 조사하도록 구성된다.

상기 이온 빔 조사 장치는 캐소드(cathode, 301)와 애노드(anode, 302)와 이온 빔 인출 매질(304)과 이온 빔 가속 매질(305)을 포함하는 이온 빔 소스(Ion beam source, 300)와, 상기 이온 빔 소스(300)로부터 발생되는 이온 빔(310)이 기판(320)까지 조사될 수 있도록 하는 진공 용기(340)와, 상기 진공 용기(340) 내에서 기판(320)이 일정한 각도를 유지할 수 있도록 고정하는 홀더(321)를 포함하여 이루어진다.

도시되지는 않았지만, 이온 빔(310)이 기판(320)에 조사되는 시간을 조절하기 위하여 이온 빔 소스(300)와 기판(320) 사이에 셔터(shutter)를 구비하기도 한다.

상기 이온 빔 소스(300)에서는 이온을 발생시키고 이온 빔(310)을 생성하는데, 캐소드(301)와 애노드(302)의 전압 차에 의해서 주입된 가스를 전리하여 전자와 이온을 포함하는 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에서 이온은 인출 전극에 의해서 이온 빔 인출 매질(304)의 통과부를 통과하여 이온 빔(310)으로 인출된다.

상기 방전된 플라즈마로부터 인출된 이온 빔(310)은 이온 빔 가속 매질(305)에 걸리는 전계의 작용으로 가속화되어 기판(320) 상에 일정 각도를 가지고 조사되게 된다.

여기서, 상기 기판(320) 상에 소정의 개구부와 차단부를 구비하고 있어 이온 빔(310)의 밀도를 조절할 수 있는 마스크(350)가 배치되어 있으며, 이에 따라 조사되는 이온 빔(310)을 이용하여 기판(320) 상에서 원하는 배향 방향과 프리틸트(pretilt)각을 조절할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 이러한 성질을 이용하여, 이온 빔을 조사하여 배향막의 표면 상태에 변화를 주고, 이 때 마스크를 이용하여 배향막의 부분에 따라 조사되는 이온 빔의 밀도를 다르게 함으로써 배향막 표면 상태를 조절하여 액정의 프리틸트 각을 조절한다.

도 5a는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 한 화소셀에 있어서, 마스크의 구조를 보여주는 일 실시예이고, 도 5b는 도 5a의 마스크를 기판에 배치하여 이온 빔을 조사하는 공정을 보여주는 화소셀의 단면도이다.

도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 마스크(420)는 한 화소셀에서 배향방향은 같으나 액정 분자의 프리틸트각이 서로 다르게 형성될 수 있도록 배향막에 조사되는 이온 빔(430)의 밀도를 조절할 수 있는 완전 개구 영역(B')과 부분 개구 영역(A')으로 나뉜다.

상기 마스크(420)에서 완전 개구 영역(B')은 조사되는 이온 빔(430)이 모두 그대로 통과되어 기판(400)상에 다다르며, 상기 기판(400) 상에 조사되는 이온 빔 에너지의 크기도 크다. 따라서, 앞서 언급한 이온 빔 에너지와 프리틸트각과의 상관관계표(도 3 참조)에서와 같이, 이온 빔 에너지의 크기가 크므로 프리틸트각이 작게 형성된다.

반면에, 상기 마스크(420)에서 부분 개구 영역(A')은 조사되는 이온 빔(430)을 일부 차단시켜 부분적으로 통과시키게 되므로 상기 기판(400) 상에 조사되는 이온 빔의 에너지의 크기가 작게 된다. 따라서, 이온 빔 에너지의 크기가 완전 개구 영역에 비해서 비교적 작으므로 프리틸트각이 크게 형성된다.

이와 같이, 기판(400)상에 통과되는 이온 빔(430)의 밀도를 조절할 수 있는 마스크(420)를 배치시켜, 한 화소셀 내에서 배향 방향은 같으나 프리틸트각이 다른 멀티 도메인 구조의 배향막(410)을 형성할 수 있다.

도 6은 본 발명에 적용되는 마스크의 다양한 형상을 보여주는 실시예들이다.

도 6a는 마스크에서 한 화소셀 내의 부분 개구 영역(A')의 개구부 모양이 사각형의 모양으로 이루어져 있으며, 도 6b는 마스크에서 한 화소셀 내의 부분 개구영역(A')의 개구부 모양이 원형으로 이루어져 있으며, 도 6c는 마스크에서 한 화소셀 내의 부분 개구 영역(A')의 개구부 모양이 삼각형으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 마스크는 한 화소셀 내에서 멀티 도메인 배향이 이루어지도록 하기 위하여 조사되는 이온 빔의 밀도를 조절할 수 있는 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명은 액정 표시 장치에서 배향막을 이온 빔을 조사하여 다중 배향시키기 위하여 통과하는 이온 빔의 개수를 부분적으로 조절할 수 있는 다양한 구조의 마스크를 이용해 한번의 이온 빔 조사로 다중 배향막을 형성함으로써 공정수를 줄이고 비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 기판 위에 배향막을 형성하는 단계와;

   상기 배향막 위에 소정의 완전 개구부와 부분 개구부를 가지는 마스크를 배치시키는 단계와;

   상기 마스크가 배치된 배향막에 이온 빔을 조사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배향막은 유기막 또는 무기막인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 완전 개구부 및 부분 개구부는 기판상의 화소 영역을 분할한 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 분할된 영역은 2개 이상인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 분할된 영역마다 상기 배향막의 프리틸트각이 다른 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 배향막의 프리틸트각은 상기 이온 빔의 에너지에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법.