KR20050103336A - 액정표시장치용 기판의 배향막 표면 처리 방법 - Google Patents

액정표시장치용 기판의 배향막 표면 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 기판 상의 배향막 표면 처리 방법에 관한 것이다.
액정의 초기 상태 정렬을 위해서는 주쇄와 연결되며 규칙적으로 정렬된 측쇄를 갖는 배향막을 필요로 한다.
종래에는 이러한 그 표면이 규칙성 있는 배향막을 형성하기 위해서 상기 배향막 표면에 러빙포를 부착한 회전하는 롤러를 직접 접촉하여 마찰하는 방법의 러빙법을 이용하였다. 하지만 전술한 러빙법에 의한 배향막 표면처리는 파티클 및 미세먼지 발생으로 이물 불량을 발생시키고, 또한 마찰시 정전기 발생으로 기판 내부에 형성된 스위칭 소자 등의 특성을 저하시키는 등의 문제가 발생한다.
본 발명은 배향막이 형성된 기판에 적정 에너지 세기를 갖는 이온 빔을 조사하여 상기 배향막에 일정 방향으로 정렬된 측쇄를 형성하는 이온 빔 조사에 의한 배향막 표면처리 방법을 제공함으로써 전술한 러빙법에 의한 문제들을 해결할 수 있다.

Description

액정표시장치용 기판의 배향막 표면 처리 방법 {Method for surface treatment of an alignment film on substrate for LCD}
본 발명은 액정표시장치의 배향에 관한 것으로, 더 상세히는 이온빔을 이용한 배향 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성을 이용한 장치이다.
즉, 전압이 가해지면 전계의 세기에 따라 액정의 분자배열이 바뀌고, 상기 액정의 분자배열에 따라 빛을 조절할 수 있는 특성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 상기 액정표시장치는 상부 및 하부의 절연기판과 그 사이에 충진된 액정으로 구성된다.
상기와 같은 액정표시장치에 대해 간단히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(11)는 투명한 절연기판 상에 컬러필터(7)와 상기 각 컬러필터(7)사이에 구성된 블랙매트릭스(6)와 상기 컬러필터와 블랙매트릭스(6) 상부에 증착된 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)과 화소영역(P) 상에 형성된 화소전극(36)과 스위칭소자(T)와 어레이배선이 형성된 하부기판(10)으로 구성되며, 상기 상부기판(5)과 하부기판(10) 사이에는 액정(9)이 충진되어 있다.
상기 하부기판(10)은 어레이 기판(array substrate)이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막 트랜지스터(T)를 교차하여 지나가는 게이트 배선(14)과 데이터 배선(22)이 형성된다. 이때, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(22)이 교차하여 정의되는 영역이며, 상기 화소영역(P)상에는 투명한 화소전극(36)이 형성된다.
전술한 액정표시장치의 제조공정에 대해 간단히 설명한다.
먼저, 어레이 기판은 증착(deposition), 노광(photo-lithography), 식각(etching)공정을 거쳐 박막 트랜지스터(thin film transistor)와 같은 다수의 스위칭소자를 형성하고, 상기 각각의 스위칭소자(switching device)에 대응하는 화소(pixel)를 매트릭스 형태로 구성하며, 상기 스위칭소자를 중심으로 배선이 교차되고 상기 각 배선의 일단에는 패드부가 형성되는 어레이 패턴이 형성된다.
또한, 컬러필터 기판에는 상기 어레이기판과 마주보는 면에 공통전극을 형성하고, 상기 공통전극 하부에 블랙매트릭스(BM)과 컬러필터층이 형성된다.
전술한 바와 같이 제작된 상기 어레이 기판 및 컬러필터 기판은 상기 두 기판 사이에 액정을 충진하고 상기 두 기판을 합착하여 하나의 패널을 형성하는 셀 공정을 진행하여 액정표시장치로 제품화 된다.
액정표시장치는 액정의 전기광학적 효과를 이용한 것이고, 이러한 전기광학효과는 액정 자체의 이방성과 액정의 분자배열 상태에 의해 결정되며, 상기 액정의 분자배열에 대한 제어는 액정표시장치에서의 화상표시 품위를 안정화하는 데 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 액정 분자의 초기 배열을 고르게 하기 위해서 배향 공정을 진행하게 된다.
배향공정은 크게 배향막을 기판에 형성하는 배향막 인쇄 공정과, 상기 기판 상에 형성된 배향막의 표면에 일정방향으로 방향성을 갖는 고분자 사슬이 형성되도록 하는 배향막 표면 처리 공정으로 나눌 수 있다.
배향막 인쇄공정은 어레이 기판 또는 컬러필터 기판 전면에 배향막으로 주로 이용되는 고분자 물질인 폴리이미드를 고른 두께로써 형성하는 것은 말하고 있다. 이때, 더욱 정확히는 기판 전면에 형성하는 것이 아니라, 액정층이 형성될 영역 즉, 화상을 표시하게 되는 액티브 영역에만 형성한다. 따라서, 스핀 코팅법 등에 의해 배향막을 기판 전면에 형성하게 되면, 액티브 영역 이외의 비표시영역에 형성된 배향막을 제거하기 위해 식각공정을 더욱 진행해야 하므로, 액티브 영역에 대응되도록 미리 패터닝된 전사판을 이용하여 기판에 인쇄하는 방법에 의해 기판 상에 배향막을 형성하고 있다.
이후, 상기 배향막이 형성된 기판을 건조로 및 경화로내에서 각각 적정시간 유지시킴으로써 상기 배향막 내의 수분을 제거하고, 적당한 경도를 유지할 수 있도록 경화시킨다.
다음, 상기 경화된 배향막 표면에 일정한 방향성을 갖는 고분사 사슬을 형성하기 위해 배향막의 표면처리를 실시하게 되는데, 상기 배향막 표면 처리공정은 통상적으로 러빙에 의해 진행되고 있다.
여기서 종래의 러빙에 의한 배향 즉, 배향막 표면처리 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 2a와 2b는 종래의 러빙에 의한 배향막 표면처리 공정을 간략히 도시한 평면도 및 단면도이다.
도시한 바와 같이, 배향막(45)이 형성된 기판(40)을 러빙 장치의 스테이지(30) 위에 위치시키면 표면에 레이온 등의 재질로 이루어진 러빙포(55)가 감겨진 러빙롤(50)이 상기 기판(40)과 일정한 갭(gap)을 유지하며 위치하게 되고, 동시에 상기 러빙롤(50)이 고속 회전을 하게 되는데, 이때, 상기 러빙롤(50) 표면에 부착된 러빙포(55)가 상기 기판(40)상의 배향막(45)에 접촉하며 상기 배향막(45) 표면을 마찰시키게 된다. 더욱 정확히는 상기 고속 회전하는 러빙롤(50)의 표면에 부착된 러빙포(55)가 상기 기판(40)과 접촉함과 동시에 상기 스테이지(30) 또는 러빙롤(50)이 일정한 속도로써 일방향으로 이동함으로써 배향막 기판상의 전 배향막(45) 표면이 러빙포(55)로써 마찰이 이루어지게 되어 배향막(45) 표면에 그 내부적으로 형성된 고분자 사슬(측쇄)이 일방향으로 정렬되게 된다. 따라서, 배향막(45) 표면이 더욱 정확히는 배향막(45) 표면의 고분자 사슬(측쇄)이 일정한 방향으로 배향되어 진다.
하지만, 이렇게 러빙법에 의한 배향막의 표면처리는 다음과 같은 문제가 있다.
우선, 레이온 등의 재질로 이루어진 러빙포(55)가 기판(40)과 마찰하게 됨으로써, 러빙포(55) 표면의 포털(57)이 상기 러빙포(55)에서 이탈함으로써 파티클(particle)을 많이 발생시키고 있으며, 더욱이 러빙포(55) 자체로부터 미세먼지가 많이 발생되어 초 청정도를 요구하는 액정표시장치용 기판 제조에 악영향을 끼치고 있다.
따라서, 이러한 문제에 대한 한 대응으로써 기판 상에 남아있는 파티클 및 미세먼지를 제거하기 위해 러빙공정 후, 반드시 세정 및 건조 공정을 진행하고 있다. 이는 액정표시장치의 제조를 위한 투자비용이 증가하게 되므로 최종적으로는 액정표시장치의 제조 비용을 상승시키게 되는 문제가 발생한다.
또한, 러빙포에 의한 기판과의 마찰에 의해 기판 상에 정전기가 발생함으로써 기판에 형성된 배선을 단선시키거나 또는 스위칭 소자 특성을 저하시키는 등의 문제가 발생하고 있다.
또한, 기판이 점점 대형화됨으로써 이를 대응하기 위해 러빙롤의 길이를 늘림으로써 상기 러빙롤의 고속회전시 편심 영향이 증가하여 진동이 심하게 발생하며, 동시에 러빙포와 기판이 접촉 시 압력이 기판의 위치에 따라 일정하지 않게되어 배향 균일성을 저하시키는 문제가 발생하고 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 러빙에 의한 배향막의 표면처리를 지양하고, 이온빔을 상기 배향막 표면에 특정 에너지 밀도로써 특정 방향으로 조사하여 상기 배향막 표면의 고분자 사슬을 일정방향으로 정렬시켜 배향시키는 이온빔을 이용한 배향 방법을 제공한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 본 발명에 따른 액정표시장치의 배향막 처리 방법은 기판 상에 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막이 형성된 기판을 이온 빔 조사장치의 적정 진공도를 갖는 챔버내에 스테이지에 위치시키는 단계와; 상기 이온 빔 조사 장치의 이온 발생부 또는 스테이지를 기판 상의 배향막이 적정 각도를 이루도록 조절하는 단계와; 상기 이온 발생부로부터 적정 도즈량과 300eV 내지 800eV 에너지 세기를 갖는 이온 빔을 상기 배향막 표면에 조사하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 챔버내의 적정 진공도는 10-5 Torr 내지 10-3 Torr인 것이 바람직하며, 상기 이온 빔의 적정 도즈량은 5×1015 개/㎠ 내지 5×1016 개/㎠ 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 배향막은 무기막 또는 폴리머(polymer) 계열이며, 이때, 상기 폴리머(polymer)는 폴리이미드(polyimide)인 것이 바람직하다.
상기 이온 발생부는 외부로부터 가스를 공급받아 상기 가스를 이온으로 전리시키는 플라즈마 발생부를 포함하는 것이 특징이며, 이때, 상기 가스는 불활성 가스인 He, Ne, Ar, Kr, Xe 중 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 이온 발생부는 이온에 에너지를 갖게 하는 가속전극을 더욱 포함하는 것이 특징이다.
또한, 상기 이온빔 발생 장치는 이온 빔이 기판 전면에 조사되는 것이 특징이다.
또한, 상기 이온빔 발생 장치는 이온 빔 조사 시, 기판 상에 이온빔 조사 영역이 형성되고, 상기 기판상의 이온 빔 조사 영역이 일 방향으로 이동함으로써 기판 전면에 조사되는 것이 특징이다.
이하 본 발명에 따른 실시예에 의한 이온빔을 이용한 배향 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 3b는 본 발명에 의한 이온빔 조사 장치를 간략히 도시한 도면이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 이온빔 조사 장치는 진공상태를 만들기 위한 챔버(150)와, 상기 챔버(150) 내부에 이온 발생부(110)와, 기판(145)이 위치하는 스테이지(140)로 구성된다. 이때, 상기 챔버(150)는 진공을 만들기 위한 진공펌프(미도시)와 배기관(155)으로써 연결되어 있으며, 또한, 상기 이온 발생부(110)는 이온 생성을 위한 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(130)이 연결되어 있다.
이때, 이온 빔 조사 시 챔버(150) 내의 진공도는 10-5 Torr 내지 10-3 Torr정도로 유지하는 것이 바람직하다.
다음, 이온 발생부(110)는 그 내부적으로 공급된 가스를 이온으로 전리시키는 플라즈마 챔버(115)와, 상기 생성된 이온을 일정한 속도 및 에너지를 갖게 하기 위한 가속전극(120)과, 그리드(grid) 구조로 이루어진 이온 배출구(125)로 구성된다.
또한, 기판(145)이 위치하는 스테이지(140)는 상기 이온 발생부(110)로부터 조사되는 이온이 특정한 각도로 상기 기판(145)에 입사시키기 위해 상기 스테이지(140)가 지면에 대해 특정각도를 갖으며 위치하도록 설계되어진 것이 특징이다.
상기 이온빔 조사장치(100)는 기판(145) 전면에 대응하여 한번의 이온빔을 적정시간 조사함으로써 기판(145)상의 배향막(미도시) 표면에 고분자 사슬(측쇄)을 정렬시키는 것이다. 하지만, 최근에 기판이 대형화되어 전술한 이온빔 발생창치로 한번의 이온빔 조사로써 기판 전면에 대응함에 어려움이 있다.
도 3b에 도시한 이온빔 조사장치(200)는 대면적 기판(245)의 이온빔 배향을 위한 것이다. 챔버(250)와 스테이지(240)와 이온 발생부(210)로 구성되는 것은 앞서 전술한 이온빔 발생장치와 동일하다.
하지만, 도 3b에 의한 이온빔 장치(200)는 이온 발생부(210)가 지면에 대해 특정각도를 가지며 위치할 수 있도록 설계되어 있으며, 더욱이 상기 이온 발생부(210)의 이온 배출구(223)는 그 너비가 기판(245)의 폭과 같거나 또는 크게 형성되어 있는 것이 특징이다.
또한, 기판(245)이 위치하는 스테이지(240)에 있어, 상기 스테이지(240)는 상기 이온 배출구(223)를 통과하여 일정한 속도를 가지며 일방향으로 이동할 수 있는 것이 특징이다.
즉, 기판(245) 상에 이온빔의 조사는 마치 스캔을 하듯 진행되어지는 것이 특징이다. 기판(245)에 대해 특정각도를 갖고 조사되는 이온빔 조사 영역(IA)이 상기 기판(245)상에 형성되며, 스테이지(240)가 일정한 속도를 갖고 일방향으로 이동함으로써 상기 이온빔 조사 영역(IA)이 기판(245)상에서 스캔하듯 이동함으로써 기판(245) 전면에 특정각도를 갖는 이온빔 조사가 이루어지게 된다.
다음, 이온 발생부(210)에 대해 간략히 설명한다.
이온 발생부(210)는 크게 플라즈마 발생부(215), 가속전극(220), 이온 배출구(223)로 구성된다. 외부로부터 상기 이온 발생부(210)에 공급된 불활성 가스를 매개체로하여 상기 플라즈마 발생부(215)에 고압이 인가되어 플라즈마가 발생되며 상기 가스가 전리되어, 상기 플라즈마 발생부(215)에는 공급된 가스의 종류에 기인한 이온이 발생되며, 상기 플라즈마 발생부(215)에 채워진 이온이 가속전극(220)에 의해 적정한 에너지 세기를 갖게 되고, 상기 적정 에너지 세기를 갖는 이온들이 그리드(grid) 형태로 구성된 이온 배출구(223)를 통해 진공의 챔버(250)내로 배출되며, 상기 이온 발생부(210) 챔버(250)내부로 특정 에너지 세기를 갖고 배출된 이온들이 기판(245) 상의 배향막(미도시)에 일정한 각도를 갖고 충돌하게 됨으로써 배향막(미도시) 표면을 변형시키게 되며, 상기 기판(245)에 충돌한 이온은 진공펌프(미도시)와 연결된 배기관(255)를 통해 챔버(250) 외부로 배출된다.
이때, 전술한 설명 중 이온빔 발생을 위해 주로 이용되는 가스는 불활성 가스인 He, Ne, Ar, Kr, Xe 등이며, 이들 중 비용이 저렴한 Ar이 주로 이용되고 있다.
다음, 전술한 이온빔 장치를 이용한 표면처리에 의한 배향막 표면의 변화에 대해 설명한다. 즉, 이온 빔 조사에 의한 배향막의 배향 과정에 대해 설명한다.
도 4a와 도 4b는 이온빔 조사에 따른 배향막 표면의 변화를 간략히 도시한 도면 배향막의 단면도이다.
이온빔 조사를 이용한 배향막의 표면처리 방법은 배향막 형성 공정과 이온빔 조사공정으로 이루어진다.
우선, 종래기술에서 언급한 바와 같이, 배향막을 형성할 물질 예를들면, 무기막 또는 폴리머(polymer) 등의 고분자 물질을 배향막 인쇄장치(미도시)를 이용하여 기판 상에 인쇄하여 형성하고, 건조 및 경화시키면, 도 4a에 도시한 바와 같이, 상기 기판(300)과 배향막(303)의 계면에는 배향막(303)을 이루는 고분자 물질의 주쇄(main chain, 305)가 복잡하게 서로 얽혀 베이스를 형성하고, 상기 주쇄(305)에서 다수의 측쇄(side chain, 310)가 방향성 없이 분기하고 있는 형태로 형성된다.
이때, 전술한 구조를 갖는 배향막(303)은 폴리머(polymer) 또는 고분자 무기막 등의 고분자 물질 중에서 선택되고 있으며, 특히 폴리머(polymer) 계열 중 폴리이미드(polyimide)를 주로 사용하고 있다.
다음, 주쇄(305) 및 측쇄(310)를 갖는 배향막(303)이 형성된 기판(300)에 전술한 이온빔 조사 장치(도 3a 100 또는 3b의 200)를 이용하여 상기 배향막(303) 표면에 이온 빔을 조사한다. 즉, 이온빔 조사 장치(도 3a 100 또는 3b의 200)에 공급된 불활성 가스가 상기 이온 발생부에 구비된 플라즈마 발생부를 통해 이온으로 전리되고, 상기 전리된 이온이 가속전극에 의해 일정한 에너지를 갖고 배출되며, 스테이지와 상기 이온 발생부의 이온 배출구의 위치에 의해 특정각도로 기판으로 조사된다.
다음, 도 4b를 참조하며, 이온 빔이 상기 배향막 표면에 조사됨으로써 상기 이온 빔에 의해 주쇄(305)에서 분기한 측쇄(310) 중, 상기 이온 빔이 조사되는 각도와 비슷한 각도를 가지며 주쇄(305)로부터 분기한 측쇄(310a)는 그 상태를 유지하고, 그 외의 이온 빔이 입사되는 각도와 다른 각도로 주쇄(305)에 연결되어 있는 측쇄(310a)는 상기 조사된 이온과 충돌하여 결합상태가 달라지거나, 또는 일부는 주쇄(305)로부터 분리된다.
따라서, 최종적으로는 이온 빔의 조사 방향과 평행한 측쇄(310)들만이 남게된다. 이로인해, 배향막(303)은 그 표면이 일정한 방향을 갖는 측쇄(310)들만으로 형성됨으로써 방향성을 갖게 된다.
이때, 주쇄(305)에 연결되어 일정한 방향을 갖는 측쇄(310)가 러빙법에 의한 표면처리에 형성된 측쇄 대비 그 수가 감소함을 알 수 있다. 하지만, 액정의 초기 상태를 유기시키기 위한 배향 규제력, 즉 엥커링 에너지는 그 크기가 10-4J/㎡이상이면 액정의 초기 배향에 문제가 되지 않는데, 전술한 이온 빔 조사에 의한 배향막의 엔커링 에너지는 이온 빔 에너지 세기를 조절하면 통상적으로 10-4J/㎡ 이상이 되므로 액정의 초기 배향력 제어에 문제가 없다.
전술한 이온 빔 조사에 의한 배향공정 진행 후에는 종래의 미세먼지 또는 파티클이 발생시키는 러빙법과는 달리 세정공정을 반드시 진행하지 않아도 무방하다. 따라서, 세정공정을 진행하지 않고, 이후 배향된 기판의 합착공정을 진행하게 된다. 이후에는 전술한 이온 빔 조사에 의한 배향막 표면의 측쇄의 배향에 영향을 주는 요소에 대해 설명한다.
이온 빔 조사장치에 의해 기판 상의 배향막에 조사되는 이온 빔에 있어, 배향 특성 및 배향 안정성을 결정하는 요소는 크게 3가지로 구분할 수 있다.
첫 번째 요소는 이온 빔이 가속전극에 의해 갖는 에너지의 세기이다.
플라즈마 챔버에서 플라즈마에 의해 전리된 이온들이 어느 정도의 에너지를 갖고 배향막에 조사되는 가에 의해 배향특성이 변하게 된다.
전술한 이온 빔의 에너지에 대해서는 다른 2가지 요소에 대해 설명한 후, 더욱 상세히 설명한다.
두 번째 요소는 이온빔이 배향막에 조사되는 각도이다.
이온 빔이 기판상의 배향막에 조사되는 각도에 따라 측쇄가 주쇄와 이루는 각도가 변하게 되고 이는 상기 배향막 위에 구비될 액정 분자의 초기 배향 각도 특히 선경사각(pretilt angle)를 달리 형성하게 된다.
도 5는 이온 빔의 조사 각도에 따른 액정의 선경사각의 변화를 도시한 그래프이다.
이온 빔이 기판 상의 배향막에 조사되는 각도가 증가할수록 액정의 프레틸트 각도가 증가하는 것을 보이고 있다. 이때, 이온 빔의 조사각도가 55도 내지 65도 사이에서 액정의 프레틸트 각도가 최고점을 형성하며, 이후 이온빔 조사각도를 크게 할수록 하락하는 경향을 갖는 것을 알 수 있으며, 이온 빔 조사 각도 조절에 의해 변경할 수 있는 액정의 프레틸트 각도는 0.5도 내지 5도가 됨을 알 수 있다.
마지막으로 세 번째 요소는 이온 빔의 조사 시간이다. 더욱 정확히는 조사시간 × 이온 빔 밀도인데, 이온 빔 밀도는 단위 시간당, 단위 면적당 조사되는 이온의 개수로서 이 이온 빔 밀도에 조사시간을 곱하면 단위면적당 조사되는 이온의 개수로서 이를 이온 빔 도즈량이라고 한다. 상기 요소는 배향막의 배향 처리 시간에 관련된다.
본 발명에서는 5×1015 개/㎠ 내지 5×1016 개/㎠ 의 도즈량을 갖는 이온을 배향막에 조사하였다.
다음, 배향 특성을 변화시키는 가장 중요한 요소인 에너지 세기에 대해 상세히 설명한다.
다른 두 요소 즉, 배향막에 조사되는 이온 빔의 각도 및 도즈량은 일정하게 하고, 이온 빔의 에너지 세기를 변화시키며 조사한 실험을 바탕으로 에너지 세기에 따른 배향막의 배향 상태에 대해 상세히 설명한다.
본 실험에 있어서, 이온 형성을 위한 가스는 Ar을 이용하였으며, 챔버내 진공도는 10-5 Torr 내지 10-3 Torr를 유지하였다. 또한, 이온의 도즈량은 1×10 16 개/㎠크기를 갖도록 유지하였으며, 그 외 이온 빔의 조사시간 및 이온 빔의 조사각도는 모두 동일한 상태에서 에너지 세기만으로 변경하며 실험으로 실시하였다.
도 6a와 6b 내지 8a와 8b는 이온 빔이 갖는 에너지 변화에 따른 배향상태를 보인 사진으로써, 6a 내지 8a는 실제상태의 액정패널을 찍은 실제 사진이며, 6b 내지 8b는 현미경을 통한 사진이다.
우선, 300eV 이하의 에너지 세기를 갖고 조사된 이온 빔에 의한 배향막의 배향상태를 보인 6a와 6b를 참조하면, 기판상의 배향막 표면에 조사된 이온 빔의 에너지 세기가 너무 작아 액정의 초기 배향 규제력을 충분하게 갖지 못하는 배향이 이루어졌음을 알 수 있다. 즉, 액정의 초기 배향에 필요한 배향 규제력인 엥커링 에너지의 크기가 액정의 초기배향에서 필요로 하는 10-4J/㎡ 보다 작은 값을 가지며 배향됨으로써 상기 기판을 이용하여 액정패널을 이루고 액정주입 시, 액정분자들이 일정한 방향으로 정렬되지 못하거나, 배향막 표면의 측쇄가 액정주입시 변형을 일으켜 얼룩으로 나타남을 알 수 있다.
다음, 도 300eV 내지 800eV의 에너지 세기를 갖는 이온 빔 조사에 의한 배향상태를 보인 도 7a와 7b를 참조하면, 전술한 범위의 에너지 세기를 갖는 이온 빔 조사에 의한 기판을 이용한 액정패널은 상기 기판에 10-4J/㎡ 이상의 충분한 배향 규제력을 갖는 배향막이 형성됨으로써 액정주입 시, 배향막 표면이 변형을 일으키지 않고, 액정주입 후에도 상기 주입된 액정분자들이 배향막의 일정방향으로 배열된 측쇄에 의해 특정 선경사각을 가지며 일정하게 배열됨으로써 얼룩 등이 나타나지 않고 정상적으로 형성되었기에 도면 전체가 얼룩없는 블랙상태로 표시되었다.
다음, 800eV이상의 에너지 세기를 갖는 이온 빔 조사에 의한 배향상태를 보인 도 8a 내지 8b를 참조하면, 기판상의 배향막에 조사되는 이온 빔 자체가 너무 과도한 에너지 세기를 가짐으로써 배향막 표면의 측쇄만을 변형시키는 것이 아니라, 주쇄까지도 영향을 주어, 측쇄의 배향을 시키는 것이 아니라 배향막 자체를 식각하는 현상이 나타남을 알 수 있다.
도 8a에 있어, 중앙부분이 타 부분대비 옅게 나타남을 알 수 있는데, 이는 상기 부분의 배향막 자체가 이온빔 조사에 의해 식각되었기 때문이다.
전술한 바에 의해 배향 특성 및 안정성을 변화시키는 요소 중 이온 빔 조사각도는 단지 액정의 선경사각을 변화시키고, 도즈량은 배향진행의 속도와 관련이 있으므로, 배향상태에 영향을 주는 에너지 세기에 있어, 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 조사에 의한 배향막의 배향은 300eV 내지 800eV의 에너지 세기를 갖는 이온 빔 조사에 의한 것이 실험적으로 바람직함을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 액정의 초기 배열상태를 결정시키기 위한 배향막의 표면처리를 위해 종래의 러빙에 의한 표면처리 대신 300eV 내지 800eV의 에너지 세기를 갖는 이온 빔을 배향막 표면에 조사하는 배향법에 의해 충분한 배향 규제력을 갖는 안정적인 배향을 확보할 수 있으며, 종래의 러빙에 의한 배향 공정 진행으로 발생하는 파티클 및 정전기 발생에 의한 불량문제를 해결하는 효과가 있다.
또한, 대형 기판에 대해서도 배향 균일성의 저하없이 균일한 배향을 할 수 있다.
또한, 직접 접촉에 의한 배향이 아니므로, 미세먼지나 파티클이 거의 발생하지 않으므로 배향 후 세정 공정을 반드시 필요로 하는 러빙법에 의한 배향과는 달리 반드시 세정공정을 진행하지 않아도 무방하므로, 초기 장비 투자 축소에 의한 제조 비용 절감의 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 개략도.
도 2a와 2b는 종래의 러빙에 의한 배향막 표면처리 공정을 간략히 도시한 평면도 및 단면도.
도 3a 내지 3b는 본 발명에 의한 이온빔 조사 장치를 간략히 도시한 도면.
도 4a와 도 4b는 이온빔 조사에 따른 배향막 표면의 변화를 간략히 도시한 도면(배향막의 단면도).
도 5는 이온 빔의 조사 각도에 따른 액정의 프레틸트 각도의 변화를 도시한 그래프.
도 6a와 6b는 300eV 이하의 에너지 세기를 갖는 이온 빔에 의한 배향막 표면의 육안 및 현미경 사진.
도 7a와 7b는 300eV 내지 800eV의 에너지 세기를 갖는 이온 빔에 의한 배향막 표면의 육안 및 현미경 사진.
도 8a와 8b는 800eV 이상의 에너지 세기를 갖는 이온 빔에 의한 배향막 표면의 육안 및 현미경 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 이온 빔 조사 장치 210 : 이온 발생부
215 : 플라즈마 발생부 220 : 가속전극
223 : 이온 배출구 230 : 가스 공급관
240 : 스테이지 245 : 기판
250 : 챔버 255 : 진공 배기관
IA : 이온 빔 조사 영역

Claims (10)

  1. 기판 상에 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 배향막이 형성된 기판을 이온 빔 조사장치의 적정 진공도를 갖는 챔버내에 스테이지에 위치시키는 단계와;
    상기 이온 빔 조사 장치의 이온 발생부 또는 스테이지를 기판 상의 배향막이 적정 각도를 이루도록 조절하는 단계와;
    상기 이온 발생부로부터 적정 도즈량과 300eV 내지 800eV 에너지 세기를 갖는 이온 빔을 상기 배향막 표면에 조사하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버내의 적정 진공도는 10-5 Torr 내지 10-3 Torr인 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 적정 도즈량은 5×1015 개/㎠ 내지 5×1016 개/㎠ 인 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배향막은 무기막 또는 폴리머(polymer) 계열인 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 폴리머(polymer)는 폴리이미드(polyimide)인 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 발생부는 외부로부터 가스를 공급받아 상기 가스를 이온으로 전리시키는 플라즈마 발생부를 포함하는 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스는 불활성 가스인 He, Ne, Ar, Kr, Xe 중 하나인 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 이온 발생부는 이온에 에너지를 갖게 하는 가속전극을 더욱 포함하는 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 발생 장치는 이온 빔이 기판 전면에 조사되는 것이 특징인 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 발생 장치는 이온 빔 조사 시, 기판 상에 이온빔 조사 영역이 형성되고, 상기 기판상의 이온 빔 조사 영역이 일 방향으로 이동함으로써 기판 전면에 조사되는 것이 특징인 액정표시장치의 배향막 표면 처리 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100814146B1 (ko) * 2005-11-02 2008-03-14 연세대학교 산학협력단 플라즈마를 이용한 액정표시장치용 무기배향막의표면처리방법
KR100923516B1 (ko) * 2007-11-29 2009-10-27 닛신 이온기기 가부시기가이샤 이온빔 조사 방법 및 이온빔 조사 장치
KR101319497B1 (ko) * 2006-11-28 2013-10-17 엘지디스플레이 주식회사 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5770826A (en) * 1996-05-10 1998-06-23 International Business Machines Corporation Atomic beam alignment of liquid crystals
KR19990057123A (ko) 1997-12-29 1999-07-15 김윤 이온빔을 이용한 액정배향막의 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100814146B1 (ko) * 2005-11-02 2008-03-14 연세대학교 산학협력단 플라즈마를 이용한 액정표시장치용 무기배향막의표면처리방법
KR101319497B1 (ko) * 2006-11-28 2013-10-17 엘지디스플레이 주식회사 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치
KR100923516B1 (ko) * 2007-11-29 2009-10-27 닛신 이온기기 가부시기가이샤 이온빔 조사 방법 및 이온빔 조사 장치

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