KR20080047284A - 액정 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 제조 방법은 어레이 보드, 어레이 보드에 대향하는 반대 보드, 및 보드 쌍 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 장치의 제조에 적용된다. 이 방식은 액정과 접촉하는 한 쌍의 보드 중 하나 이상의 보드의 표면상에 형성된 배향막 상부에서 배향 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 배향 처리는 복수의 단계로 이온 빔과 같은 이방성을 가지는 에너지를 배향막으로 조사함으로써 수행되고, 에너지 강도는 최종 조사 단계에서 가장 낮게 설정된다.

배향막, 배향 처리, 공역 이중 결합, 실제-배향층, 준-배향층

Description

액정 디스플레이 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 출원은, 2006년 11월 24일 출원된 일본 특허 출원 제 2006-316590 호에 기초하고 이를 우선권 주장하며, 그 전체 개시 내용이 본 명세서에 참조로서 원용된다.

본 발명은 액정 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이 장치는 얇은 프로파일 및 경량의 특징으로 인해 많이 이용되고, 그 응용 분야는 확대되어 왔다. 현재, 예를 들어, 정보 처리 단말을 위한 디스플레이 장치 뿐만 아니라 산업용 장비, 카 네비게이션 시스템과 같은 다양한 유형의 차량 탑재 장치를 위한 디스플레이 장치, 및 의료용 장비 또는 방송용 장비를 위한 디스플레이 장치로서 이용된다. 응용의 분야의 확대에 따라서, 액정 디스플레이 장치에 대한 더 높은 디스플레이 품질이 요구된다.

액정 디스플레이 장치의 주요 엘리먼트들 중 하나인 액정 디스플레이 패널을 위한 구동 방식으로서, 구동 보드와 반대 보드 사이에서 전계를 발생시키는 TN (twisted nematic) 방식이 널리 이용된다. 그러나, TN 기술에서, 시야각이 개 선됨에 따라, 액정 분자는 보드의 면내 방향으로부터 수직으로 배향되어, 극각에서의 편차를 야기한다. 따라서, 시야각이 넓어지는 경우에 고화질이 획득될 수 없다. 이러한 문제로 인해, IPS (in-plane switching) 또는 FFS (fringe field switching) 방식으로 지칭되는 측면 전계 방식의 채용이 현재 증가되고 있으며, 측면 전계 방식은 액정 분자를 면내 방향에서 회전시키기 위해 보드의 평면 방위에 전계가 발생되어 시야각에서의 화질의 의존도가 감소되는 방식이다.

한편, 다양한 액정 구동 방식의 개발에 의해 화질이 개선됨에 따라, 종래에 배향 처리 방식으로서 채용된 러빙 방식을 통해 야기된 스크래치 등으로 인한 약간의 광 누설은 무시할 수 없게 되었다. 또한, 러빙 처리 도중에 제조된 배향막으로부터의 파편 및 세정 이후의 약간의 잔여물은, 진동 또는 열이 액정 패널에 가해질 때 이들 파편이 선명한 얼룩 또는 반점들을 야기시킬 수도 있기 때문에, 몇몇의 경우에 문제로서 인식된다.

러빙 방식의 문제를 최소화시키고 화질 및 신뢰도를 개선시키기 위한 목적을 위해 비-접촉 배향 방식이 활발하게 연구된다. 예를 들어, 특허 참조문헌 1 (일본 특허 제 3229281 호) 은 건식 막 형성 방식에 의해 형성된 배향막의 표면에 입자 빔을 공급함으로써 액정 분자를 배향시키는 기술이 개시된다. 비-접촉 배향 기술의 이용은 러빙 처리에 의해 발생될 수도 있는 스크래치를 제거하고, 블랙 톤 스크린 또는 블랙 톤에 가까운 하프톤 스크린에서 균일한 화질이 획득될 수 있다.

특허 참조 문헌 2 (일본 특허 제 3738990 호) 는, 유기막 또는 무기막으로 형성된 배향막에 상이한 방향으로부터 이온빔의 다중 조사를 행함으로써 액정의 방위각 또는 프리틸트각 (pretilt abgle) 이 제어되는 기술을 개시한다. 특허 참조 문헌 2 에 따르면, 유리 보드들 사이에 형성된 셀, 및 그들 사이에 유지된 액정 분자로 구성된 액정 디스플레이 장치는 유리 보드상에 형성된 배향막에 상이한 방향으로부터 이온빔을 조사시켜 다중 조사를 행함으로써 방위 특징이 부여된다. 다중 조사는 도 1a 내지 도 1d 에 도시된 바와 같이 수행된다.

도 1a 내지 도 1d 에 도시된 바와 같이, 그 상부에 형성된 배향막 (92) 을 포함하는 유리 보드 (91) 는 도 1a 의 방향 X 에서 Y 로 컨베이어 (미도시) 에 의해 운반된다 (도 1a). 운반 도중에, 이온 빔 건 (93) 으로부터의 제 1 이온 빔은 이동 배향막 (92) 에 특정 조사 각으로 조사된다 (도 1b). 그 후, 조사된 유리 보드 (91) 는 도 1c 의 Y 에서 X 방향으로 운반된다. 제 2 이온 빔은, 이온 빔 건 (94) 에 의해, 제 1 이온 빔과는 상이한 방향에서 상이한 조사량으로, 운반되는 배향막 (92), 즉, 제 1 이온 빔으로 조사된 배향막 (92) 으로 조사된다. 그 결과, 배향된 층 (95) 이 배향막 (92) 내에 형성된다 (도 1d). 제 2 이온 빔의 조사 방향 및 조사량은 선택적으로 제어된 방위각 또는 프리틸트각을 획득하도록 선택될 수 있다.

특허 참조 문헌 2, 10 페이지, 문단 [0047] 및 [0048] 에서, 조사량 Ex 은 Ex=C×lg×Vg÷Vst 로 나타나고, 여기서 C 는 상수이고, lg 는 이온 발생 전류를 나타내고, Vg 는 이온 빔 건의 그리드 전압을 나타내고, Vst 는 컨베이어 스테이지 속도를 나타낸다.

또한, 특허 참조 문헌 3 (일본 특허 공개 공보 제 2005-70788 호) 은, 러빙 처리를 수행한 후에 비-접촉 배향 처리를 수행함으로써, 방위 조절력이 러빙 방식보다 낮은 비-접촉 배향 기술의 단점을 커버할 수 있는 기술을 개시한다. 이 특허 참조 문헌은, 이온 빔 조사 방식 등이 러빙 방식과 조합되어 이용될 때, 특히, 양자의 방식으로부터 이점을 가지는 고-품질의 액정 디스플레이 장치가 획득될 수 있다는 것을 주장한다.

단일 조사에 관련되는 문제

특허 참조 문헌 1 에 개시된 기술은 입자 빔의 단일 조사에 의해 배향 처리가 수행된다는 것이다. 그러나, 이 기술은 입자 빔의 단일 조사를 통해서 실제 장치에 대해 요구되는 방위 조절력을 제공하기 어려운 문제를 갖는다. IPS 방식을 채용하는 액정 디스플레이 장치에서, 특히, 불충분한 방위 조절력은, 액정 디스플레이 장치가 긴 시간 주기로 동작될 때, 잔상 및 불규칙적인 이미지를 유발하는 경향이 있다.

방위 조절력은 보드 표면으로의 입자의 조사 속도를 증가시키는 방식 또는 배향막 표면으로 조사된 입자량을 증가시키는 방식에 의해 개선될 수 있다. 그러나, 입자의 조사 속도를 증가시키는 방법을 이용하면, 배향막 표면상의 거칠기를 증가시켜 액정 분자의 방위를 불안정하게 하거나, 또는 배향막 표면만을 에칭할 수도 있지만, 방위 조절력은 소망하는 것처럼 개선될 수 없다. Ar 이온 빔을 사용할 때, 예를 들어, Ar 원자는 약 3.64 옴스트롱의 직경을 가지지만, 통상의 유기막에서 유기막을 구성하는 인접 원자들 사이의 결합 길이는 약 1.5 옴스트롱이다. 따라서, Ar 원자의 직경은 결합 길이보다 크다. 이온화된 Ar 입자가 고속으로 배향막 표면으로 조사되는 경우, 원자간 결합뿐만 아니라 배향막을 구성하는 원자들 자신에도 영향을 줄 가능성이 있다. 이는, 이러한 상황하에서의 원자들 사이의 결합을 선택적으로 절단하기 어려워서, 방위 조절력이 개선될 수 없다.

한편, 입자의 조사 속도를 낮게 유지시키면서 방위 조절력을 강화하기 위해, 긴 시간 주기 동안 이들을 조사해야 할 필요가 있다. 그러나, 입자의 조사량을 증가시키는데는 문제가 있다. 첫 번째 문제는 보드 표면으로의 장기간의 입자의 조사는 보드 표면의 온도를 증가시키고, 이는, 처리를 제어하기 어렵게 한다는 것이다. 두 번째 문제는, 인쇄 방식에 의해 형성된 유기막을 이용하여 배향막이 형성되는 경우, 가스의 계면 주변의 분자들은 계면의 영향으로 사전배향되고, 이러한 층은 입자의 조사 속도를 증가시키지 않고 처리가 수행되는 경우에는 제거될 수 없으며, 방위 조절력은 소정의 방위 방향으로 개선될 수 없다는 것이다. 계면 주변의 액정 분자의 방위는, 분자들이 기계적으로 재배향되는 러빙 방식에서 어떠한 문제도 가지지 않지만, 배향막 표면상에 배향된 층을 형성하도록 입자 빔이 조사되는 비-접촉 배향 기술에서는 심각한 문제를 갖는다. 전술한 사항으로부터, 입자 빔의 단일 조사를 통해서 충분한 방위 조절력을 획득하기는 어렵다고 결론지어진다.

다중 조사에 대한 문제

특허 참조 문헌 2 는, 액정 분자의 방위각 및 프리틸트각이 제 1 및 제 2 이온 빔 (입자 빔) 의 다중 조사에 의해 제어되는 비-접촉 배향 기술을 개시한다. 비-접촉 배향 기술에 따르면, 액정의 방위 특징은 배향막 상에서 작용하는 입자의 에너지 크기 및 입자량에 기초하여 결정된다. 방위 조절력을 개선시키기 위해, 입자의 조사량 또는 입자의 조사 속도는 증가되어야만 한다. 그러나, 특허 참조 문헌 2 와 같이 동일한 에너지를 가지는 상이한 입자량이 배향막 표면에 여러 번 조사되는 경우에도, 배향 방향에 영향을 줄 수 있지만, 배향막 표면의 주위에서 일어나는 현상은 기본적으로 동일하게 유지된다. 따라서, 입자의 조사량을 변화시키면서 다중의 조사가 수행되는 경우에도, 방위 조절력의 개선은 특허 참조 문헌 1 에서와 동일한 이유로 제한된다.

또한, 특허 참조 문헌 2 에 따르면, 방위각을 제어하기 위해 이온 빔이 상이한 조사 방향으로 조사된다. 액정 분자의 방위는 초기의 상태에서 제 2 이온 빔 조사의 방향에 의해 영향을 받는다. 그러나, 특허 참조 문헌 2 의 도 4 에 도시된 것과 같이 제 1 이온 빔 조사의 방향이 제 2 이온 빔 조사의 방향과 평행하지 않은 경우, 제 2 이온 빔 조사의 방향에서 액정 분자의 방위 조절력은 제 1 이온 빔 조사의 방향에 의해 영향을 받는다. 그 결과, 방위 조절력은, 제 2 이온 빔 조사가 단독으로 수행될 때와 비교하여 낮아진다. 이러한 문제들의 관점에서, 특허 참조 문헌 2 의 방식이 실제 장치상의 방위 조절력의 충분한 개선을 달성하는 것은 어렵다.

다른 접근 방식에 대한 문제

특허 참조 문헌 3 은 러빙 방식을 통해서 배향막을 형성한 후 비-접촉 배향 기술을 채용함으로써 방위 조절력의 결함을 보완하는 동시에 비-접촉 배향 기술의 이점을 취하는 기술을 개시한다. 그러나, 이온 빔 조사 방식이 특허 참조 문헌 3 과 같은 러빙 처리 후에 수행된다고 하더라도, 러빙 처리 도중에 발생되는 스크래치는 이온 빔 조사 이후에도 영향을 줄 수 있다. 또한, 러빙 처리 도중에 제조되는 배향막으로부터의 파편은 러빙 처리 이후에 세정을 통해서 완전하게 제거될 수 없다. 이러한 파편은 조사되는 이온 빔을 차단하고, 이는, 결함 방위를 유발할 수도 있고, 또는 진동 또는 열이 공급될 때 액정 셀 내에 결함을 유발시킬 수도 있다.

발명의 개요

전술한 바와 같은 문제의 관점에서, 본 발명의 예시적인 목적은 비-접촉 배향 기술의 이용을 통해서 충분한 방위 조절력을 가지는 배향된 층을 형성함으로써 높은 화질과 높은 신뢰도를 가지는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 예시적인 목적은 이러한 액정 디스플레이 장치와 같은 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법이 제공된다. 액정 디스플레이 장치는 서로 대향하는 한 쌍의 보드 및 한 쌍의 보드 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 제조 방법은 액정층과 접촉하는 하나 이상의 쌍의 보드의 표면상에 형성된 배향막에서 배향 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 배향 처리는 이방성을 가지는 에너지를 복수의 단계를 통해서 배향막에 조사함으로써 수행되고, 에너지 강도는 최종 조사 단계에서 가장 낮게 설정된다.

배향 처리를 수행하는 단계에서, 플라즈마로부터 추출된 입자가 배향막에 조사된다.

배향 처리를 수행하는 단계에서, 상이한 가속 에너지 레벨을 가지는 이온 빔이 조사되는 것이 바람직하다.

배향 처리를 수행하는 단계에서, 에너지는 모든 복수의 조사 단계에서 동일한 방향으로부터 조사될 수도 있다.

배향 처리를 수행하는 단계에서, 조사된 에너지는 광일 수도 있다.

배향 처리를 수행하는 단계에서 조사된 광의 에너지는 그 파장에 의해 결정되고, 광 파장은 최종 조사 단계에서 가장 길게 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 서로 대면하는 한 쌍의 보드 및 한 쌍의 보드 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 장치가 제공된다. 또한, 이 장치는 하나 이상의 쌍의 보드 상에 형성된 배향막을 포함한다. 배향막은, 액정층과 접촉하여 위치되고 면내 방향에 따른 분자 체인 또는 분자 결합의 이방성을 갖는 실제-배향층 및 실제-배향층 하부에 위치되고 실제-배향층의 이방성과는 상이한 면내-방향에 따른 분자 체인 또는 분자 결합의 이방성을 갖는 준-배향층을 포함한다.

액정 디스플레이 장치에서, 배향막은 공역 이중 결합 (conjugated double bond) 을 포함하는 것이 바람직하고, 실제-배향층에서의 공역 이중 결합의 밀도는 준-배향층에서의 공역 이중 결합의 밀도보다 낮다.

액정 디스플레이 장치에서, 배향막은 공역 이중 결합을 포함하고, 면내 방향에 따른 실제-배향층의 공역 이중 결합의 이방성은 준-배향층의 공역 이중 결합의 이방성보다 높다.

액정 디스플레이 장치에서, 배향막은 유기막일 수도 있다.

액정 디스플레이 장치에서, 배향막은 이미드 결합을 포함할 수도 있다.

액정 디스플레이 장치에서, 액정층은 측면 전계 방식으로 구동될 수도 있다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치에는, 입자 또는 광 빔의 조사 방식을 이용하여 복수의 단계로 배향막 표면에 액정의 방위에 대한 이방성을 가지는 에너지를 조사하고, 최종 조사 단계에서 가장 낮은 에너지 강도를 가지는 빔을 조사하여 액정 패널의 제조에서 비-접촉 배향 처리를 수행함으로써 개선된 액정 방위 조절력이 제공된다. 그 결과, 액정 디스플레이 장치는 개선된 잔상 특징 및 콘트라스트 특징을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

본 발명은 입자 또는 광 빔의 조사 방식을 사용하여 복수의 단계로 배향막 표면에 액정의 방위에 대한 이방성을 가지는 에너지를 조사하고, 조사의 최종 단계에서 가장 낮은 에너지 강도를 가지는 빔을 조사하여 액정 패널의 제조시에 비-접촉 배향 처리를 수행함으로써 액정에 대한 방위 조절력을 개선시킴으로써 특징화된다. 따라서, 본 발명은 액정 디스플레이 장치의 잔상 특징 및 콘트라스트 특징을 개선할 수 있다.

도 2a 내지 도 2f 를 참조하여, 어레이 보드 및 반대 보드로 구성되는 보드 쌍 및 보드 쌍 사이에 유지된 액정을 포함하는 액정 디스플레이 장치에 본 발명을 적용하는 경우에 대해 설명한다. 도 2a 내지 도 2f 는 어레이 보드 및 반대 보드의 내부측 상부에, 즉, 액정과 접촉하는 표면 상부에 형성된 배향막 상에서 수행 된 배향 처리 단계를 순차적으로 도시한다. 어레이 보드에 대한 배향 처리는 반대 보드에 대한 배향 처리와 동일하기 때문에, 이하 어레이 보드의 경우에 대해 설명된다.

도 2a 에 도시된 어레이 보드 (11; 또는 반대 보드) 는 소정의 방식 (도 2b) 을 통해서 그 위에 배향막 (12) 이 형성되고, 그 후, 운반되는 배향막 (12) 에 액정의 방위에 따른 이방성을 가지는 에너지가 복수의 단계로 조사된다. 여기 도시된 예시에서, 에너지 조사는 도 2c 및 도 2e 에 도시된 바와 같이 2 개의 단계로 수행된다. 특히, 도 2c 에 도시된 제 1 에너지 조사에서, 특정 방향으로부터 운반되는 배향막 (12) 에 에너지가 조사되고, 도 2d 에 도시된 바와 같이 배향막 (12) 상에 준-배향층 (13-1) 이 형성된다. 그 후, 도 2e 에 도시된 바와 같이, 그 상부에 형성된 준-배향층 (13-1) 을 포함하는 어레이 보드 (11) 가 도 2c 에서와 동일한 방향으로 운반되고, 도 2c 와 동일한 방향으로부터 제 2 에너지 조사가 수행된다. 그 결과, 실제-배향층 (13-2) 이 준-배향층 (13-1) 상부에 형성된다 (도 2f). 이하 설명된 바와 같이, 제 2 에너지 조사는 어레이 보드 (11) 를 보드의 표면 방향에 대해 180 도 회전시킨 후에 수행될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 조사되는 에너지의 강도는 최종 조사 단계에서 가장 낮게 설정된다. 특히, 도 2e 의 단계에서 에너지 강도는 도 2c 의 단계보다 낮게 설정된다.

본 명세서에 이용되는 용어 "에너지" 는 X-레이, 전자빔, UV 광, 또는 전압에 의해 플라즈마로부터 추출되고 가속화된 이온 빔과 같은 일 방향의 속도를 가지 는 입자를 나타내고, 이들이 배향막에 도달할 때 배향막의 분자 결합 또는 전자 상태에 영향을 준다. 입자의 경우, 에너지 강도의 크기는 보드에 대한 가속 에너지 또는 상대각을 변경시킴으로써 변화될 수 있다. 가속 조건이 동일한 경우, 에너지 강도의 크기는 입자의 질량에 의존한다. UV 광 등의 경우, 에너지 강도는 파장 또는 입사각을 변경함으로써 변화될 수 있다.

복수의 에너지 조사 단계는 별도의 독립된 조사 유닛들을 이용하거나 또는 공통의 단일 조사 유닛을 이용함으로써 수행될 수도 있다. 후자의 경우, 높은 에너지와 낮은 에너지 모두 단일의 조사 유닛의 에너지 강도를 변형시킴으로써 하나의 단계로 조사될 수도 있다.

복수의 에너지 조사 단계에 의해 수행되는 배향 처리는 도 3 에 도시된 배향막 (12) 상부에 실제-배향층 (13-2) 과 준-배향층 (13-1) 으로 구성된 배향층 (13) 을 형성한다. 배향층 (13) 하부에는 실질적으로 전혀 배향되지 않은 랜덤-배향층 (12-1) 이 있을 수도 있다.

전술한 바와 같이, 초기 에너지 조사 단계에서 준-배향층이 형성되고, 이후의 에너지 조사 단계에서 준-배향층 상부에 실제-배향층이 형성된다. 이전 단계에서 높은 에너지 강도의 에너지 조사는 실제-배향층 및 준-배향층 상에서 배향막 표면으로부터 더 깊은 위치로 작용하고, 나중 단계에서 낮은 에너지 강도의 에너지 조사는 실제-배향층 및 준-배향층 상에서 이전 단계의 위치보다 낮은 위치로 작용한다. 이들 층은 분자 체인 또는 분자 결합의 이방성의 상이한 분자 결합 상태 또는 상이한 각도를 가질 수도 있다.

실제-배향층은, 준-배향층보다 보드 표면에 평행한 면내 방향의 방위 방향을 따라서 높은 이방성을 가진다. 실제-배향층은 액정 분자를 배향하기 위해 액정 분자와 직접적으로 접촉된다. 본 명세서에 이용된 용어 "분자 결합 상태" 는 상이한 원자들 사이에서의 결합을 포함하는, 탄소-대-탄소 σ 결합 또는 π 결합, 또는 분자 결합과 같은 원자간 결합을 지칭한다. 준-배향층은 실제-배향층의 분자의 이방성을 안정화시키고, 액정의 배향에 부분적으로 기여한다.

본 발명에 이용된 용어 "실제-배향층" 은 복수의 에너지 조사 단계의 초기 단계 및 최종 단계에서 에너지 조사에 의해 형성되고 배향막 표면의 주위에 위치되며, 배향막에서 분자 체인의 가장 높은 이방성을 가지고 액정의 배향에 기여하는 액정과 접촉되는 층을 지칭한다. 용어 "준-배향층" 은 최종 에너지 조사 단계 이전 단계에서 형성되고 실제-배향층보다 배향막 표면으로부터 더 깊은 범위에 위치되고, 실제-배향층보다 분자 체인의 더욱 낮은 각도의 방위를 가지는 층을 지칭한다.

방위 조절력을 개선시키기 위해, 배향막 분자는 더욱 높은 이방성으로 배향되어야만 한다. 입자 빔의 조사 방법을 이용하여 이 목적을 실현시키기 위해, 랜덤 방향에 존재하는 분자 체인은 특정 레벨 내의 높은 에너지 강도를 가지는 입자를 통해서 한 방향으로 절단되어야만 한다. 그러나, 높은 에너지 강도를 가지는 에너지 입자는 분자 결합에 작용할 때 낮은 선택도를 가지고, 따라서, 액정 분자와 배향막 표면 사이에서 불안정한 상호작용을 유발할 수도 있다. 배향의 계면의 주변 영역에서 액정의 혼란 상태를 유발할 수도 있고, 이는, 방위 조절력의 열화를 발생시킬 수도 있다.

본 발명의 접근 방식에 따르면, 이러한 현상은 높은 에너지 강도를 가지는 에너지 조사와 조합하여 그 이후에 낮은 에너지 강도를 가지는 에너지 조사를 수행함으로써 억제된다. 낮은 에너지 강도를 가지는 에너지 입자는 그 상부에서 작용하는 오브젝트에 대한 높은 선택도를 갖는다. 따라서, 조건들이 적절하게 선택되는 경우, 이러한 에너지 입자는 액정의 배향에 기여하는 결합의 이방성을 개선시킬 뿐만 아니라 높은 에너지 강도를 가지는 에너지 입자의 조사에 의해 유발되는 임의의 거칠기를 정정한다. 높은 에너지 강도를 갖는 에너지 조사 및 낮은 에너지 강도를 갖는 에너지 조사의 이러한 조합은 바람직한 배향 특성을 제공하고, 콘트라스트와 같은 광특징의 개선과 잔상과 같은 신뢰도 특징의 개선을 가능하게 한다. 또한, 높은 에너지 강도의 에너지 조사에 의해 발생된 배향막의 이방성을 낮은 에너지 강도의 에너지 조사의 단계에서 더욱 개선시키기 위해 배향막 표면으로의 입자의 조사 방식을 행하는 경우, 높은 에너지 강도의 에너지 조사의 방향이 낮은 에너지 강도의 에너지 조사의 방향과 평행한 것이 바람직하고, 방향은 동일한 것이 더욱 바람직하다.

[제 1 실시형태]

상이한 에너지 강도를 가지는 Ar 이온 빔을 사용하여 2 개의 단계의 배향 처리의 예로 설명이 이루어진다. 폴리이미드의 배향막은 박막 트랜지스터, 보드 (측면 전계 모드) 의 면내 방향에서 액정 분자에 전계를 공급하기 위한 전극, 및 이들을 전기적으로 접속시키기 위한 전극을 포함하는 어레이 보드 상에 형성된다. 폴리이미드의 배향막은 블랙 매트릭스 층, RGB 색상 층, 오버코트 층, 및 원주형 스페이서로 형성된 반대 보드 상부에 형성된다. 배향 처리는 보드 상에 형성된 각각의 배향막 상부에서 수행된다. 이 배향 처리 단계에서, 액정의 방위 방향에 따른 이방성을 가지는 Ar 이온 빔은 2 개의 단계로 배향막에 조사된다. 제 1 조사 단계에 이어 수행되는 제 2 조사 단계에서의 에너지 강도가 제 1 조사 단계에서보다 낮도록, 조사된 Ar 이온의 에너지 강도가 설정된다. 에너지 강도는 Ar 이온의 가속 에너지를 변화시킴으로써 변화된다.

준-배향층은 제 1 조사 단계에서 형성되고, 실제-배향층은 제 2 조사 단계에서 준-배향층 상부에 형성된다. 랜덤-배향층은 배향막의 준-배향층 하부에 존재할 수도 있다. 이는, 배향막이 수백 옴스트롱 이상의 두께를 가지는 경우에 Ar 이온 빔이 배향막의 최하층에 도달하지 않기 때문이다. 유닛 영역마다의 탄소-대-탄소 공역 이중 결합의 수는 랜덤-배향층에서 제일 많고, 준-배향층에서 그 다음으로 많으며, 실질적으로-배향된층에서 가장 적다. 한편, 이들 결합의 방위 방향에 따른 이방성은 준-배향층에서보다 실제-배향층에서 더 높다.

(제조 방법의 설명)

본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치의 제조 방법은 도 4 및 도 5a 내지 도 5e 를 참조하여 설명된다. 도 4 는 액정 패널을 획득하기 위한 처리 단계를 도시하는 처리 흐름도를 나타내고, 도 5a 내지 도 5e 는 이온 빔이 2 개의 스테이지에서 조사되는 배향 처리의 각각의 단계를 개략적으로 도시한다.

유리 보드 상에 형성된 면내 스위칭 유형의 액정 구동층을 포함하는 어레이 보드가 준비되고 (도 4 의 S31), 유리 보드 상에 형성된 블랙 매트릭스 층, RGB 색상층, 오버코트 층, 및 원주형 스페이서를 포함하는 반대 보드가 준비된다 (도 4 의 S41, S42, S43 및 S44). 유기 용매에서 용해된 폴리이미드는 어레이 보드와 반대 보드 각각에 플렉소인쇄술로 (flexographically) 인쇄된다. 이 용매는 전열기에서 증발되고, 그 후, 폴리이미드는 질소 분위기하에서 제어된 베이킹 화로에서 화학 반응으로 인해 경화되어 배향막을 형성한다. 베이킹 도중에 최적의 보드 온도는 배향막의 유형에 의존하고, 그 온도는 바람직하게는 200 내지 250℃ 이며, 예를 들어 이 실시형태에서는 230℃ 이다. 보드 표면은 베이킹 도중에 적외선을 조사하여 가열될 수도 있다. 또한, 용매를 제거하고, 베이킹하고, 냉각시키는 단계 각각은 복수의 단계로 구성될 수도 있다. 베이킹된 보드는 냉각되고, 순수 (pure water) 로 세정되고 (도 4 에서 S34 및 S47), 에어나이프로 건조된다.

그 후, 배향 처리가 이온 빔 조사 장치의 진공 챔버 내에서 수행된다. 배향 처리는 배향막의 표면에 이온 빔을 조사함으로써 수행된다. 보드 표면으로의 입사각 θ 가 예를 들어 15 도가 되도록, 이온 빔은 보드 표면에 대해 특정각으로 기울어진 방향으로부터 조사된다.

중성화 유닛은 이온 빔을 중성화시키기 위해 전자를 발생시키기 위한 이온 빔 조사 장치 내에 배치된다. 이온 빔 건에 의해 방출된 Ar 이온은 중성화 유닛에 의해 부분적으로 중성화되어 중성 Ar 원자가 된다. Ar 이온 및 Ar 원자는 보드 표면에 조사 (공급) 되고, 그 두개의 입자는 배향 처리에 기여한다. 보드 표면으로의 안정적인 이온 빔 조사는 보드의 충전을 억제하기 위해 보드에 조사된 Ar 이온의 양을 감소시킴으로써 확보될 수 있다. 이온 빔 조사 도중의 대기압과 전압과 같은 조건은 특허 참조 문헌 4 (일본 특허 공개 공보 제 2004-205586 호) 에 예를 들어 설명된 조건들을 채용함으로써 설정될 수도 있다. 이하는 조건들의 예시이다.

이온 빔 조사가 수행되지 않을 때, 이온 빔이 조사되는 진공 챔버 내의 진공도는 10^-2Pa 의 상태로 설정되는 것이 바람직하다. 따라서, 이온 빔이 바람직한 조건 하에서 유지될 수 있는 진공 챔버 내에서 조사될 때는, 진공도는 10^-4Pa 의 상태가 된다. 이 실시형태에 따르면, 입자의 에너지가 제 1 조사 단계에서 400eV 가 되도록, 입자 가속 전압이 설정된다. 제 2 조사 단계에서, 입자의 에너지가 200eV 가 되도록 가속 전압이 설정된다.

보드 온도가 이 실시형태에서 제어되지 않는다고 해도, 보드 온도는 예를 들어 20℃ 로 고정된 보드 온도를 유지하기 위해 보드 스테이지를 이용하여 제어될 수도 있어서, 이온 빔 조사에 의해 형성되는 배향층의 면내 균일성은 개선된다.

도 5a 내지 도 5e 를 참조하여, 이 실시형태에서, 도 5a 에 도시된 어레이 보드 (41; 또는 반대 보드) 상에 형성된 배향막 (42) 에 대한 제 1 조사 단계는 도 5b 에 도시된 바와 같이 400eV 의 가속 에너지를 가지는 이온 빔 건 (51) 에 의해 방위 방향에 따른 이방성을 가지는 Ar 이온 빔을 조사함으로써 수행된다 (도 4 에서 S35 및 S48). 이는 배향막 (42) 의 준-배향층 (43-1) 을 형성한다. 그 후, 도 5c 에 도시된 바와 같이, 그 상부에 형성된 준-배향층 (43-1) 을 포함하는 보드는 진공 하에서 동일한 방향으로 연속적으로 운반된다. 도 5d 에 도시된 바와 같이, 제 2 조사 단계는 제 1 조사 단계에서와 동일한 방향으로부터 이온 빔 건 (52) 에 의해 보드로 200eV 의 가속 에너지를 가지는 이온 빔을 조사함으로써 수행된다 (도 4 의 S36 및 S49). 제 2 조사 단계에서의 조사량은 제 1 조사 단계에서의 조사량의 1/2 로 설정된다. 그 결과, 도 5e 에 도시된 바와 같이, 실제-배향층 (43-2) 은 준-배향층 (43-1) 상부에 형성된다. 어레이 보드와 반대 보드가 액정 디스플레이 장치의 액정 패널로 어셈블링될 때 평행하지 않은 방위로 확립되도록, 어레이 보드와 반대 보드로 이온 빔을 조사하기 위한 방향이 설정된다. 제 2 조사 단계에서 이온 빔 조사를 완성시킨 후에, 보드에 수소를 조사함으로써 후-처리를 수행하도록, 보드는 진공 챔버 내에서 더 운반된다 (도 4 에서 S37 및 S50).

제 1 실시형태에서, 2 개의 이온 빔 건 (51 및 52) 이 각각의 소정의 가속 에너지 레벨로 이온 빔을 조사하도록 이용되지만, 단일의 이온 빔 건을 이용하여 2 개의 빔 조사를 수행할 수도 있다. 이러한 경우, 이온 빔의 발생은 제 1 조사 이후에는 중지된다. 그 후, 제 1 조사에서보다 낮은 에너지 강도로 제 2 빔 조사가 수행되기 전에, 보드는 진공 챔버내의 소정의 위치로 반환된다.

제 1 이온 빔 조사 단계 후 및 제 2 이온 빔 조사 단계 후에, 후-처리가 2 번 수행될 수도 있다. 제 1 이온 빔 조사 단계와 제 2 이온 빔 조사 단계 사이의 긴 시간 주기 동안에 이온 빔 조사 장치 내부에 보드가 유지될 때에 후-처리를 2 번 수행하는 것이 특히 바람직하다. 제 1 이온 빔 조사 단계 이후에 그리고 제 2 이온 빔 조사 단계를 시작하기 전에 진공의 이온 빔 조사 장치에서 클린룸 분위기로 보드가 꺼내질 수도 있다. 이 경우, 제 1 이온 빔 조사 단계를 완료한 후 그리고 진공 챔버에서 보드를 꺼내기 전에 후-처리를 수행하는 것이 바람직하다. 본 명세서에 이용되는 용어 "후-처리" 는 이온 빔 조사 바로 직후에 배향된 층의 표면에 존재하는 경향이 있는 불안정한 분자 결합의 다양성을 안정화시키기 위해 수행된 종료 처리를 의미한다.

제 1 실시형태에서, 종료 처리는 수소와 질소의 가스 혼합물을 이용하여 수행된다. 특허 참조 문헌 5 (일본 공표 특허 공보 제 2004-530790 호) 는 수소와 질소의 가스 혼합물을 이용하는 종료 처리 방식의 예를 설명한다. 간략하게 설명하면, 종료 처리 단계는 종료 처리 유닛에 위치된 보드 상에 4 중량% 로 설정된 수소 농도를 가지는 수소와 질소의 가스 혼합물을 분사함으로써 수행된다. 약 1000℃ 로 가열된 텅스텐의 필라멘트가 종료 처리 유닛의 챔버 내부에 배치되어, 불안정한 수소를 가지는 결합이 촉진되어 안정한 배향층의 형성을 가능하게 한다. 조사 유닛에서와 같이, 종료 처리 유닛에서의 압력은, 분사가 수행되지 않을 때는 약 10^-2Pa 로 유지된다.

다른 엘리먼트의 가스 또는 그 가스 혼합물이 수소와 질소의 가스 혼합물 대신에 이용될 수도 있고, 또는, 물 또는 유기 재료가 분사될 수도 있다. 유기 재료를 이용할 때, 액정 분자의 프리틸트각은 적절한 극성기를 가지는 기를 이용함 으로써 감소될 수 있다. 종료 처리를 통해서 안정화된 보드는 클린룸 분위기로 반환되고, 다음 단계로 통과된다. 또한, 이온 빔 조사 단계 이후에, 물 또는 세정 용매를 통해서 배향된 층을 적시는 임의의 습식 세정을 수행하지 않는 것이 바람직하다.

그 상부에 형성된 배향된 층을 포함하는 어레이 보드와 반대 보드는 밀봉 재료로 서로 결합되어, 배향된 층이 서로 직면하고 (도 4 에서 S51 및 S52), 보드들 사이의 스페이스에 액정 화합물을 적재하여 그것을 밀봉한다 (도 4 의 S53 및 S54). 액정 패널은 이러한 방식으로 획득된다.

액정이 본 실시형태에 따른 주입 방식으로 적재된다고 해도, ODF 방식 (one drop fill method) 을 통해서 적하할 수도 있다. ODF 방식에서, 액정 화합물은 밀봉 재료를 통해서 코팅된 보드들 중 하나에 적하된다. 다른 하나와 보드를 결합시킨 후, 밀봉 재료가 경화되어 액정 패널을 제공한다. 액정 패널은 액정 화합물의 네마틱-등방성 전이 온도와 동일하거나 또는 보다 높은 온도로 가열되고, 이 액정패널에 편광판이 접합된다. 그 후, 구동 보드가 접속되고, 백 라이트 유닛이 어셈블링되어 액정 디스플레이 장치가 제공된다.

이 실시형태에서 액정의 방위는 평행하지 않지만, 분사 방위일 수도 있다. 분사 방위의 경우, 시야각에 의존하는 휘도의 불균형은 낮다. 따라서, 시야각의 휘도와 색상톤의 의존성은 광학 보상막과 조합되어 억제될 수 있다. 한편, 평행하지 않은 방위의 경우, 블랙 표시 도중에 특정 방향으로부터 관찰되는 휘도는 분사 방위에서보다 효과적으로 억제될 수 있다. 따라서, 방위의 이들 모 드는 각각의 액정 디스플레이 장치의 이용에 따라서 선택적으로 이용되는 것이 바람직하다.

이 실시형태에서 사전에 형성된 원주형 스페이서 재료가 이용되지만, 구형 스페이서 재료가 대신 이용될 수도 있다. 이 경우, 원주형 스페이서 재료는 이온 빔 조사 단계 이후에 분사되는 것이 바람직하다.

이 실시형태에서 색상층이 반대 보드 상에 형성되지만, 액정 디스플레이 장치가 라디오그램 이미지 디스플레이 장치와 같은 단색광 디스플레이용인 경우에는, 어떠한 색상층도 형성되지 않는다. 복수의 색상층이 블랙 매트릭스층으로서 기능하기 위해 적층체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 블랙 매트릭스 층은 개별적인 단계로 형성될 필요는 없다. 또한, 색상층 상에 오버코트층을 형성하지 않는 경우에 필요하다면 원주형 스페이서가 형성될 수도 있고, 처리는 배향막 형성 단계로 나아갈 수도 있다.

따라서, 제작된 액정 디스플레이 장치는 콘트라스트 비 측정 및 잔상 테스트를 수행하도록 이용되었다. 또한, 비교예 1 내지 비교예 3 로서, 제 1 실시형태에서 설명된 제조 방법 이외에, 각각의 패널에 대한 조사량을 다르게 하여 200eV 의 가속 에너지로 하나의 에너지 조사만으로 배향 처리를 수행함으로써 패널들이 제조되었다. 비교예 4 로, 다른 패널은 400eV 의 가속 에너지로 단일 에너지 조사만을 수행함으로써 제조되었다. 또한, 비교예 5 및 비교예 6 에서, 제 1 조사 및 제 2 조사에 대해 동일한 가속 에너지 값을 설정하고, 제 1 조사 및 제 2 조사 사이의 조사량을 변화시키면서, 2 개의 스테이지로 에너지 조사를 수행함으로 써 패널이 제조되었다. 콘트라스트 비 측정 및 잔상 테스트는 비교예에서 또한 수행된다.

도 6 및 도 7 은 콘트라스트 비 측정 및 잔상 테스트 각각의 결과를 나타낸다.

콘트라스트 비 측정은 각각의 액정 디스플레이 장치의 디스플레이 표면의 소정의 측정 포인트에서 백색 휘도 및 흑색 휘도를 측정하고, 백색 휘도값을 흑색 휘도 값으로 나눔으로써 콘트라스트 비를 획득한다. 이 측정은 TOPCON 휘도 미터 BM-5A 를 이용함으로써 수행되었다. 이 테스트는 각각의 액정 패널의 디스플레이 표면의 9 개의 측정 포인트에서 수행되었고, 그 평균값이 획득되었다. 단일 조사의 가장 좋은 조건을 통해서 획득된 콘트라스트 비는 1 로 정의되었고, 각각의 테스트 결과가 1 에 대한 비율로 도 6 에 나타났다.

제 1 실시형태의 제조 방법에 따르면, 콘트라스트 비는 단일 조사에 의해 획득된 가장 높은 콘트라스트 비와 비교하여 10% 만큼 개선되었다. 또한, 제 1 실시형태의 제조 방법에 의해 획득된 콘트라스트 비는, 배향 처리가 제 1 및 제 2 조사 단계에서의 동일한 가속 에너지의 상이한 조사량으로 수행된, 비교예 5 및 비교예 6 에서의 콘트라스트 비보다 높았다.

잔상 테스트는 이하의 방식으로 수행되었다. 다양한 유형의 액정 패널은 각각의 액정 디스플레이 장치로 어셈블링되었고, 이들은 흑색 및 백색 바둑판 패턴이 디스플레이 표면상에 표시된 상태로 8 시간 동안 유지되었다. 다음으로, 이 디스플레이는 128/256 명암으로 풀-스크린 디스플레이로 전환되고, 5 분 동안 방치 되었다. 바둑판 패턴의 잔상이 관찰되었는지의 여부를 시각적으로 확인하기 위해 디스플레이 장치는 암실에 배치되었다. 백라이트가 테스트 도중에 항상 켜져서 유지되는 동안, 테스트는 주위 온도에서 수행되었다. 잔상의 시각적 확인의 결과는 잔상 레벨을 0 내지 4 의 5 개의 레벨로 분류함으로써 평가되었다. 어떠한 잔상도 전혀 관찰되지 않은 상태는 레벨 0 으로 정의되었고, 잔상의 정도가 증가함에 따라서 순서 1, 2, 3 및 4 로 레벨이 증가되었다. 레벨 1 은 약 1/256 명암의 차이가 관찰된 상태에 대응하도록 정의되었고, 레벨 2 는, 약 2/256 명암의 차이가 관찰된 상태이고, 레벨 3 은 약 3/256 명암의 차이가 관찰된 상태이며, 레벨 4 는 약 4/256 명암의 차이가 관찰된 상태이다. 실질적으로 이용가능한 잔상 레벨은 레벨 0 또는 레벨 1 이다. 임의의 잔상이 레벨들 사이의 중간에 있다고 시각적으로 판단될 때, 0.5, 1.5, 2.5, 또는 3.5 로 정의되었다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 제조 방법은 가장 낮은 잔상 레벨을 나타내고, 이 잔상은 5 분 내에 사라졌다. 따라서, 본 실시형태의 액정 패널이 실질적인 사용을 위한 조건을 충족한다. 한편, 비교예 1 내지 6 의 액정 패널은 실질적인 사용을 위한 조건을 충족시키지 않고, 이들은 잔상 특징이 본 실시형태의 방식으로 제조된 액정 패널에 대해 크게 열등하다.

실제-배향층과 준-배향층, 및 이들 하부의 랜덤-배향층은 TEM (투과 전자 현미경; transmission electron microscope) 및 EELS (전자 에너지 손실 분광; electron energy loss spectroscopy) 를 통해서 명확하게 관찰될 수 있다. 배향 처리가 행해지는 어레이 보드와 반대 보드 상에서 사전-처리를 하지 않고 상부 보호막으로서 SiO₂ 막이 형성되었고, 단면 관찰을 위한 샘플이 FIB (집속 이온빔; focused ion beam) 처리 장치를 이용하여 제조되었다. 그 후, 배향막의 표면 주변의 전이 피크가 TEM 방식으로 측정되었고, 배향막 표면으로부터의 약 30 내지 50 옴스트롱과 약 250 옴스트롱의 포인트에서의 전이 피크는 EELS 방식으로 측정되었다. 액정의 방위에 기여하는 탄소-대-탄소 π 결합에 의해 유발된 전이 피크는 배향막 표면의 주변에서 가장 작고, 배향막 표면으로부터의 측정 포인트 30 내지 50 옴스트롱에서 그 다음으로 작으며, 배향막 표면으로부터의 측정 포인트 약 250 옴스트롱에서 가장 크다. 배향막 표면으로부터 약 250 옴스트롱의 포인트에서의 전이 피크의 크기는 배향 처리가 행해지지 않은 배향막을 측정할 때 획득된 값과 실질적으로 동일하다. 전이 피크의 크기는 π 결합의 밀도와 관련되고, 따라서, 3 개의 층: 실제-배향층, 준-배향층, 및 실질적으로는 전혀 배향되지 않은 랜덤-배향층이 관찰될 수 있다. 비-특허 참조 문헌 1 (Journal of the Crystallographic Society of Japan, 제 4 판, 페이지 277 ~ 283, 페이지 47 내지 364) 은 통상적인 TEM 및 EELS 측정 방식 중 하나를 개시한다.

전술한 실시형태에서, 분자 결합 상태들 중 하나로서 π 결합의 밀도가 각각의 층에서 변화되더라도, 층을 형성하는 이미드기 또는 카르보닐기와 같은 작용기의 밀도는 각각의 층에서 상이할 수도 있다. 실제-배향층, 준-배향층 및 랜덤-배향층으로 구성된 3 개의 층에서 작용기의 밀도에 대해서, 실제-배향층의 밀도는 3 개의 층 중 가장 낮고, 랜덤-배향층의 밀도는 가장 높다.

깊이 방향의 분자 결합 상태는 X-레이 광전자 분광학을 이용함으로써 측정될 수 있다. 이 실시형태에서, 깊이 방향에서 탄소-대-탄소 공역 이중 결합이 측정되고, 분자 결합 상태는 해당 측정 피크에 기초하여 판별된다. 깊이 방향의 측정은 입사 X-레이의 각도 및 방출된 X-레이의 검출기의 각도를 변화시킴으로써 수행된다. 이와 다르게, 깊이 방향에서의 측정은 표면을 Ar 로 에칭하여 수행될 수도 있다. 참조로써, 배향 처리가 행해지지 않은 본 실시형태에 이용된 배향막을 이용하여 본 실시형태에 따른 조건하에서 빔 조사를 행한 폴리이미드 배향막 상에서 측정이 수행되면, 공역 이중 결합으로부터 유래된 피크 참조와 비교된 비율은 3 개의 스테이지: 표면 주변의 층, 표면 주변에서 표면으로부터 약 30 내지 50 옴스트롱의 층, 및 표면으로부터 더 이격된 층으로 변화한다. 이 비율은 표면 주변에서 가장 작고, 표면으로부터 이격된 층에서 가장 크며, TEM 및 EELS 측정 결과와 일치한다.

분자 체인 또는 분자 결합의 이방성은 배향 처리의 방향에 대해 평행하거나 수직하는 방향으로부터 X-레이를 조사하고, 입사 X-레이의 각도 및 출사 X-레이의 검출기의 각도를 변경함으로써 깊이에 따라서 측정될 수 있다. 평행 방향 및 수직 방향 사이의 피크 비율이 클 때, 이방성이 높다. 분자 체인 또는 분자 결합에 대한 측정 피크의 대응성은 피크 위치에 기초하여 평가된다. 방위의 각도는 표면의 주변에서 가장 높고, 표면 주위로부터 표면에서 수십 옴스트롱의 범위에서 두 번째로 높다. 평행 방향 및 수직 방향 사이의 피크 비율은 표면으로부터 더욱 이격된 범위에서 실질적으로 1 이고, 이는, 그 영역이 실질적으로 랜덤으로 배향된 상태에 있다는 것을 의미한다. 이 실시형태의 경우, π-결합 이방성이 배향막 표면의 주변에서 가장 높고, 배향막 표면에서 측정 포인트 30 내지 50 옴스트롱의 범위에서 다음으로 높고, 배향막 표면에서 측정 포인트 약 250 옴스트롱에서 가장 낮다.

바람직하게는, 싱크로트론 방사 X-레이가 이들 측정을 위해 X-레이로서 이용된다. X-레이 측정 방식의 측정값이 전자 밀도 분포에 반영하지만, X-레이 측정 방식을 사용하여 분자 체인 또는 분자 결합의 이방성을 시험하는 접근 방식이 방위 처리를 확립하기에 적절하고, 이온 빔 조사 방식에서와 같이, 특히 공역 이중 결합의 π-전자 구름의 이방성은 액정의 방위에 기여한다. 상세한 데이터를 획득하기 위해, 싱크로트론 방사 X-레이를 이용하는 NEXAFS (에지 근방 X-선 흡수 미세 구조; near-edge x-ray absorption fine structure) 분광학이 채용될 수도 있다.

본 발명의 제조 방법을 통해 제조된 액정 패널은 콘트라스트 비 및 잔상 특징에서 종래의 방법에 의해 제조된 액정 패널에 비해 우수하다는 것이 전술된 결과에 기초하여 확인된다.

본 실시형태에 따른 액정 패널의 제조 방법에서, 비-접촉 배향 처리가 이온 빔 조사 방식을 채용하고, 복수의 단계로 배향막 표면에 액정의 방위방향에 대한 이방성을 가지는 에너지를 조사 (공급) 하고, 조사의 최종 단계에서 가장 낮은 강도로 에너지를 조사 (공급) 함으로써 수행되며, 액정의 방위 조절력이 개선되고, 그 결과, 잔상 특징 및 콘트라스트 특징이 개선된다. 이하 상술되는 바와 같 이, 이러한 이점은 하기 이유를 위해 획득된다.

제 1 조사 단계로서 높은 가속 에너지로 폴리이미드 배향막에 Ar 이온 입자를 조사하고, 제 2 조사 단계로서 낮은 가속 에너지로 Ar 이온 입자를 조사함으로써 2 개의 단계에서 수행되는, Ar 이온 빔을 이용하는 이온 빔 조사는, 배향막 표면의 주변에서 폴리이미드 분자 체인이 나머지 분자 체인의 이방성을 증가시키기 위해 높은 에너지 강도의 이온 빔 조사에 의해 절단되는 제 1 단계, 및 폴리이미드 분자 체인에서 탄소 원자들 사이의 공역 이중 결합과 같은 분자 결합이 배향막 표면의 균일성을 달성하기 위해 낮은 에너지 강도의 빔 조사에 의해 선택적으로 절단되는 제 2 단계를 포함하며, 이로써 배향막 표면의 주변에서 액정 분자의 혼란 상태가 면내 방향에서 높은 정도의 방위를 확보하면서 억제된다. 제 1 및 제 2 단계의 조합은 방위 어시스팅 층 (준-배향층) 상부에 형성된 실제-배향층으로부터의 충분한 방위 조절력 및 방위 어시스팅 층으로부터의 보조 방위를 획득하는 것을 가능하게 하여, 액정 방위에서의 안정성이 개선될 수 있다. 그 결과, 우수한 콘트라스트 비 및 잔상 특징을 가지는 액정 패널이 제공된다. 이러한 효과는, 액정의 방위 방향이 제 1 조사 단계에서 형성된 방위 어시스팅 층의 이방성의 방향 및 그 방향에서의 조사에 의해 제 2 조사 단계에서 형성된 실제-배향층의 이방성의 방향과 일치한다는 것에 기인한다.

[제 2 실시형태]

제 1 실시형태의 제조 방법 (실시예 1) 에서, 2 단계의 Ar 이온 빔 조사는 제 1 및 제 2 조사 모두에서 동일한 방향으로부터 보드로 이온 빔을 조사함으로써 수행된다. 대조적으로 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태에서와 동일한 플로우 조건하에서 수행되는 제 1 및 제 2 조사 단계 사이에 표면 방향에 대해 180 도 만큼 보드의 방향을 회전하는 단계가 삽입되어, 제 1 및 제 2 조사 단계에서 반대 방향으로부터 이온 빔이 보드에 조사된다. 이러한 배향 처리가 행해진 액정 패널이 제조되고, 콘트라스트 비 측정 및 잔상 테스트가 그 상부에서 수행되었다. 그 결과는 실시예 2 로서 도 8 에 도시된다. 콘트라스트 비 측정 및 잔상 테스트는 제 1 실시형태 (실시예 1) 에 관련하여 설명된 방식과 동일한 방식으로 수행되었다. 도 8 에 도시된 결과에서 알 수 있듯이, 실시예 2 는, 실시예 1 보다는 열등하고, 콘트라스트 비와 잔상 특징에서 도 6 및 도 7 에 도시된 비교예 1 내지 비교예 6 보다는 월등하며, 실질적인 사용을 위한 조건을 충족시킨다. 제 1 및 제 2 조사에서의 조사 방향이 서로에 대해 평행하다는 사실로 인해 실질적으로 충분한 방위 조절력이 획득될 수 있고, 높은 방위 조절력을 가지는 실제-배향층은 높은 에너지 강도 및 낮은 에너지 강도 모두에서 빔을 조사함으로써 형성될 수 있다.

실시예 2 가 2 개의 조사가 동일한 방향으로부터 수행되는 실시예 1 에 대한 특징에 비해 열등하다는 것은 것은 이하의 이유 때문이다. 이온 빔이 보드의 수평 방향에서 15 도의 각도 (법선 방향으로부터 75 도) 에서 조사되는 경우, 빔 각도를 따른 분자 결합은 빔 조사 이후에 남겨지는 것들 중에 가장 큰 양이고, 따라서 빔을 통해서 각도를 형성하는 분자 결합은 쉽게 절단될 수 있다. 한편, 이온 빔이 평행하게 조사되는 경우, 빔이 동일한 방향으로부터 조사되는지 또는 빔 이 반대 방향으로부터 조사되는지의 여부에 관계없이, 동일한 결과가 보드의 수평 방향 (빔의 진행 방향이 보드 상에 투사되는 방향) 에 관련하는 각도를 가지는 분자 결합을 획득할 수 있다. 그러나, 제 1 조사가 전술한 15 도의 각도에서 수행되는 경우, 빔이 반대 방향으로부터 조사되는 경우에 150 도의 각도에서 제 2 조사가 수행된다. 이는, 분자 결합을 절단하기 쉽게 하고, 그 결과, 배향막 상의 방위에 기여하는 결합을 감소시킨다.

도 5a 내지 도 5e 에서, 보드를 운반하기 위한 방향은 이온 빔의 진행 방향이 보드상에 투사될 때의 방향과 일치하지만, 보드 운반 방향은 이온 빔 진행 방향이 보드 상에 투사될 때의 방향에 반대되도록 이온 빔은 하나의 단계 또는 모든 단계에서 조사될 수도 있다.

전술한 실시형태에서, 배향 처리는 2 개의 Ar 이온 빔 조사 단계에 의해 수행되지만, 입자 빔은 3 개 이상의 단계로 조사될 수도 있다. 이 경우, 최종 단계에서 조사된 입자 빔의 에너지 강도는 임의의 다른 단계에서 조사된 입자 빔의 에너지 강도보다 낮게 설정된다. 또한, 실시형태에서 Ar 이온 빔이 입자 빔으로 이용되고 있지만, 수소, 헬륨 및 네온과 같은 다른 엘리먼트의 이온 빔 또는 플라즈마 빔이 대신 이용될 수도 있으며, 다른 엘리먼트의 이온 빔이 복수의 조사 단계로 이용될 수도 있다.

전술한 실시형태에서, 에너지 조사는 각각 높은 에너지 강도 및 낮은 에너지 강도를 가지는 이온 빔을 발생시키도록 설정되는 2 개의 이온 빔 조사 유닛을 사용함으로써 도 9a 에 도시된 바와 같이 그 사이에 간격을 두고 2 개의 단계로 수행되 지만, 에너지 조사는 도 9b 에 도시된 바와 같이 연속적으로 수행될 수도 있다. 이러한 경우, 인가된 에너지의 강도를 순차적으로 변조시키면서 단일 에너지 조사 유닛이 이용될 수도 있다. 이와 다르게, 2 개의 상이한 에너지 강도 (높은 및 낮은 에너지 강도) 의 에너지를 동시에 공급할 수 있도록 설계된 단일의 에너지 조사 유닛을 사용하여, 높은 에너지 강도의 에너지 빔을 통해서 조사된 범위 및 낮은 에너지 강도의 에너지 빔을 통해서 조사된 범위를 보드가 순차적으로 통과하도록, 보드가 운반될 수도 있다. 또한, 이는, 에너지 강도가 최종 조사 단계에서 가장 낮을 경우를 충족시키고, 따라서, 에너지 강도는 도 9c 에 도시된 바와 같이 연속적으로 변조될 수도 있다. 이 접근 방식은 조합될 수도 있고, 예를 들어, 도 9d 에 도시된 에너지 조사는 도 9a 및 도 9b 의 에너지 조사 방식을 결합함으로써 가능하게된다.

에너지 강도를 변경하기 위한 수단의 예로서 이전에 가속 에너지가 상술되었지만, 에너지 강도는 빔의 입사각 또는 입자의 질량에 따라 변화될 수도 있다.

폴리이미드가 전술한 실시형태에서 배향막에 대해 가장 적절한 재료로 이용되었지만, 습식 막 형성 방식으로 형성된 임의의 다른 유기 또는 무기막이 배향막으로서 이용될 수도 있다. 예를 들어, 배향막은 아크릴 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 스티렌 수지, 방향족 에테르 수지, 폴리아세틸렌 수지, 또는 그 유도체 또는 혼합물일 수도 있고, 열적으로 안정하고 수많은 공역 이중 결합을 함유하는 폴리머 수지의 유기막이 바람직하다. 배향막은 실록산, 실세스퀴옥산, 또는 그 유도체의 무기막일 수도 있다. 또한, 배향막은 DLC (다이아몬드 라이크 카본; diamond like carbon), 실리콘 질화물 (SiNx), 실리콘 산화물 (SiO₂), 또는 실리콘 탄화물 (SiC), 또는 SiCN, SiON, 또는 SiOC 막과 같은 그 혼합물의 막으로 지칭되고, 스퍼터링 또는 CVD (화학 기상 증착; chemical vapor deposition) 방식과 같은 건식 막 형성 방식으로 형성된 비정질 탄소 수소화물의 배향막일 수도 있다.

제 1 실시형태에서, 어레이 보드와 반대 보드 모두에 2-단계의 배향 처리를 행하지만, 배향 처리의 단계의 수 또는 조건의 수는 어레이 보드와 반대 보드 사이에서 상이할 수도 있다. 또한, 보드들 중의 하나에 최종 단계에서 가장 낮게 설정된 에너지 강도를 가지는 복수의 조사 처리 단계를 행하고, 다른 보드에는 단일 조사 단계를 행한다. 이 경우, 어레이 보드에 복수의 처리 단계를 행하고, 반대 보드에 단일의 조사 단계를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 어레이 보드 및 반대 보드 중 하나는 러빙 방식으로 처리될 수도 있고, 다른 하나는 에너지 강도가 최종 단계에서 가장 낮게 설정되는 복수의 조사 처리 단계가 행해진다. 이 경우, 어레이 보드가 러빙 방식을 통해 처리되고 반대 보드가 복수의 단계로 수행된 비-접촉 배향 방식이 수행될 때, 화질 및 신뢰도의 더욱 향상된 효과가 획득될 수 있다.

또한, 조사되는 에너지는 X-레이, 전자 빔, 또는 UV 광일 수도 있다. UV 광과 같은 광을 조사하는 방식이 채용될 때, 복수의 조사 단계 중에서 최종 조사 단계에 가장 긴 파장을 설정함으로써 조사되는 에너지의 강도가 결정된다. 광 조사의 경우, 2 개 이상의 작용기를 함유하며 그 구조 또는 결합이 파장의 차이에 따라서 변화되는 유기막을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 2 단계의 조사를 수행하는 처리, 즉, 193㎚ ArF 엑시머 레이저광을 조사하는 제 1 단계 및 243㎚ KrF 엑시머 레이저 광을 조사하는 제 2 단계는 광 조사 방식의 일 예로서 이용된다. 이 예에서, 메인 체인이 제 1 조사 단계에서 배향되어 방위의 특정 각도가 확립되고, 다음으로, 방위에 기여하는 결합의 이방성을 제 2 조사 단계에서 개선시킬 수도 있다. 따라서, 액정의 방위에 기여하지만 막으로서 중합될 때 배향하기 어려운 작용기는 제 1 조사 단계에서 이용되는 파장에 대해 반응하는 작용기와 조합하여 사용함으로써 배향막으로서 이용될 수 있다. 전술한 예시에서, 에너지 강도는 광 파장을 변화시킴으로써 변화되지만, 입사광의 각도를 변화시킴으로써 변화될 수도 있다.

도 10 을 참조하여, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치의 주요 컴포넌트가 설명된다. 도 10 은 어레이 보드 (50), 반대 보드 (60), 및 상기 보드 쌍 사이에 개재된 액정층 (70) 을 도시한다. 어레이 보드 (50) 는 유리 보드 (51), 트랜지스터 및 배선을 포함하는 구동층 (52), 및 투명 절연막 (53) 을 갖는다. 투명 절연막 (53), 공통 전극 (54) 및 그 사이에 스페이스를 가지고 교대로 배치된 픽셀 전극 (55) 이 형성된다. 또한, 그 상부에 배향막 (56) 이 형성된다. 반대 보드 (60) 는 유리 보드 (61), 블랙 매트릭스 (62), 색상층 (63), 및 배향막 (64) 을 포함한다. 전술한 바와 같이, 배향막 (56) 은 준-배향층 (56-1) 및 실제-배향층 (56-2) 을 가지고, 배향막 (64) 은 준-배향층 (64-1) 및 실제-배향층 (64-2) 을 가진다. 액정층은, 예를 들어, 측면 전계 방식으로 구동 된다.

본 발명은, 예를 들어, 의학 장비 및 방송국 장비의 분야와 같은 높은 화질 및 높은 신뢰성을 갖는 액정 디스플레이 장치를 요구하는 분야에 적용가능하다. 약간의 잔상 또는 색상톤의 약간의 차이가 부정적 영향을 초래할 수도 있기 때문에, 높은 품질의 액정 디스플레이 장치가 이들 분야에 요구된다. 또한, 본 발명의 액정 디스플레이 장치는 텔레비전 및 다른 모니터에 이용 적절하다.

도 1a 내지 도 1d 는 종래 기술에 따른 배향막으로 이온 빔의 다중 조사에 의해 수행된 배향 처리 단계를 설명하기 위한 도면.

도 2a 내지 도 2f 는 본 발명에 따른 에너지 조사의 몇몇 단계에 의해 배향된 층을 형성하는 처리 단계를 설명하기 위한 도면.

도 3 은 도 2a 내지 도 2f 에 도시된 처리 단계에 의해 형성된 배향된 층을 설명하기 위한 단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치의 어레이 보드 및 거기에 대향되는 반대 보드에 대한 제조 단계를 설명하기 위한 처리 흐름도.

도 5a 내지 도 5e 는 본 발명의 제 1 실시형태에 의해 채용된 이온 빔 조사에 의해 배향 처리 단계를 설명하기 위한 도면.

도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 액정 패널 및 복수의 비교예에 따른 액정 패널의 콘트라스트 비의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 7 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 액정 패널 및 복수의 비교예에 따른 액정 패널의 잔상 특징의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 8 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 액정 패널의 콘트라스트 비 및 잔상 특징의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 9a 내지 도 9d 는 본 발명에 의해 채용된 배향 처리 단계에서 처리 시간과 조사된 에너지 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 10 은 본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치의 주요 컴포넌트들을 나타내 는 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

12, 42, 92 : 배향막 51, 52, 94 : 이온 빔 건

11, 41 : 어레이 보드 13, 43, 95 : 배향층

13-1, 43-1 : 준-배향층 13-2, 43-2 : 실제-배향층

Claims (12)

1. 서로 대향하는 한 쌍의 보드 및 상기 한 쌍의 보드 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 장치의 제조 방법으로서,

   상기 방법은 상기 액정층과 접촉하는 상기 한 쌍의 보드 중 하나 이상의 표면 상부에 형성된 배향막 상에서 배향 처리를 수행하는 단계를 포함하고,

   상기 배향 처리는 이방성을 가지는 에너지를 상기 배향막에 조사함으로써 복수의 단계에서 수행되고, 상기 에너지 강도는 최종 조사 단계에서 가장 낮게 설정되는, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배향 처리를 수행하는 단계에서, 플라즈마로부터 추출된 입자가 상기 배향막에 조사되는, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 배향 처리를 수행하는 단계에서, 상이한 가속 에너지 레벨을 가지는 이온빔이 조사되는, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 배향 처리를 수행하는 단계에서, 상기 에너지는 모든 복수의 조사 단계 에서 동일한 방향으로부터 조사되는, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 배향 처리를 수행하는 단계에서, 상기 조사된 에너지는 광인, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 배향 처리를 수행하는 단계에서 조사된 상기 광의 에너지는 그 파장에 의해 결정되고,

   상기 광 파장은 최종 조사 단계에서 가장 길게 설정되는, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
7. 서로 대면하는 한 쌍의 보드, 및 상기 한 쌍의 보드 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 장치로서,

   상기 장치는 상기 한 쌍의 보드 중 하나 이상의 보드 상에 형성된 배향막을 더 포함하고,

   상기 배향막은 상기 액정층과 접촉하여 위치되고 면내 방향에 따른 분자 체인 또는 분자 결합의 이방성을 가지는 실제-배향층, 및 상기 실제-배향층 하부에 위치되고 상기 실질적으로 배향된 층의 이방성과는 상이한 면내 방향에 따른 분자 체인 또는 분자 결합의 이방성을 가지는 준-배향층을 포함하는, 액정 디스플레이 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 배향막은 공역 이중 결합을 함유하고,

   상기 실제-배향층에서의 공역 이중 결합의 밀도는 상기 준-배향층에서의 공역 이중 결합의 밀도보다 낮은, 액정 디스플레이 장치.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 배향막은 공역 이중 결합을 함유하고,

   상기 면내 방향에 따른 상기 실제-배향층의 공역 이중 결합의 이방성은 상기 준-배향층의 공역 이중 결합의 이방성보다 큰, 액정 디스플레이 장치.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 배향막은 유기막인, 액정 디스플레이 장치.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 배향막은 이미드 결합을 포함하는, 액정 디스플레이 장치.
12. 제 7 항에 있어서,

    상기 액정층은 측면 전계 방식으로 구동되는, 액정 디스플레이 장치.

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