KR100319871B1 - 액정배향제어막및그제조방법,이를제조하기위한제조장치및제조장치에이용되는마스크의제조방법 - Google Patents

액정배향제어막및그제조방법,이를제조하기위한제조장치및제조장치에이용되는마스크의제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100319871B1
KR100319871B1 KR1019940001586A KR19940001586A KR100319871B1 KR 100319871 B1 KR100319871 B1 KR 100319871B1 KR 1019940001586 A KR1019940001586 A KR 1019940001586A KR 19940001586 A KR19940001586 A KR 19940001586A KR 100319871 B1 KR100319871 B1 KR 100319871B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
crystal alignment
alignment control
control film
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1019940001586A
Other languages
English (en)
Other versions
KR950024009A (ko
Inventor
이재원
Original Assignee
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자 주식회사 filed Critical 삼성전자 주식회사
Priority to KR1019940001586A priority Critical patent/KR100319871B1/ko
Priority to US08/380,862 priority patent/US5587822A/en
Publication of KR950024009A publication Critical patent/KR950024009A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100319871B1 publication Critical patent/KR100319871B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/13378—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation
    • G02F1/133788—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/1303—Apparatus specially adapted to the manufacture of LCDs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133711—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by organic films, e.g. polymeric films
    • G02F1/133723—Polyimide, polyamide-imide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133765—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers without a surface treatment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

본 발명은 평판 표시 소자의 대표적인 액정 표시 소자에 관한 것으로, 상세하게는 액정을 균일하게 배향하기 위한 액정 배향 제어막 및 그 제조 방법과 그 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
즉 엑시머 레이저의 평행광과 이를 스트라이프 상의 광으로 집속시켜주는 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 마스크를 사용하여 도포된 폴리이미드를 용융증발 시킴으로써, 배향막 제작시 정전기 발생을 근원적으로 없애 TFT 소자의 파손을 방지하고, 단파장의 펄스파를 광원으로 사용하므로 제작 속도가 빨라 생산성이 높으며, 동일한 기판에 같은 제작 공정을 반복적으로 행할 수 있어 기판 크기에 대한 제약이 없어 대면적의 기판에도 적용 가능한 장점이 있다.
또한 마스크의 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이의 설계및 제작에 있어서 변형이 용이하므로 배향막의 홈의 두께 및 폭의 조절이 매우 쉬운 장점이 있다. 더우기 배향막 제작시 기판을 기울인다든가 한 번 제작된 배향막에 덧 씌우기를 함으로써 배향 및 홈의 폭에 대한 조절성은 매우 뛰어나다는 장점이 있다.

Description

액정 배향 제어막 및 그 제조방법, 이를 제조하기 위한 제조 장치 및 제조 장치에 이용되는 마스크의 제조방법
본 발명은 평판 표시 소자의 대표격인 액정 표시 소자에 관한것으로, 상세하게는 액정을 균일하게 배향하기 위한 액정 배향 제어막 및 그 제조방법, 이를 제조하기 위한 제조 장치 및 제조 장치에 이용되는 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
액정 표시 소자를 동작시키기 위해서는 원하는 형태로 액정을 배향시킬 수 있어야 하는데, 배향막(액정 배향 제어막)에 의한 액정의 배향 제어가 필수적이다. 현재 액정이 배향되는 정확한 메카니즘은 밝혀지지 않고 있으며, 단지 실험적인 사실로 부터 실리콘 산화막을 경사지게 증착하거나 기판 표면에 그레이팅을 형성하는 등의 방법이 알려져 있다. 특히 1911년 모귄(MAUGUIN)이 유리 표면을 종이 등으로 일정한 방향으로 문지를 때 그 방향에 맞춰 액정 분자의 장축이 가지런하게 배향된다는 사실을 발견한 이후, 최근 액정 표시 소자가 대량 생산되면서 폴리이미드 등의 유기막을 러빙(rubbing)하는 방법이 널리 사용되어 지고 있다.
제1도는 종래의 액정 배향 제어막(배향막)의 단면도로서, 기판(1)상에 폴리이미드 배향막(2)이 액정(3)을 일정 방향으로 배향시킬 수 있도록 균일한 굴곡을 갖도록 형성되어 있는 것을 보여주고 있다.
이와 같이 배향막의 표면을 기판 상면에 고분자 물질 또는 무기물질의 배향막을 피복하여 그 표면을 솜이나 천 등으로 일정한 방향으로 문지르는 소위 러빙(rubbing)처리를 통한 방법은 실리콘 산화막을 경사지게 증착하는 등의 방법에 비해 대면적 제작 및 균일성등의 측면에서 유리하여 현재 널리 사용되고 있다.
즉, 제2도에 도시된 바와 같이 회전 로울러(5)의 표면에 나이론이나 레이온 등의 천(4)을 부착하여 일정한 힘을 가하면서 폴리이미드 배향막(2)이 도포된 기판 위를 굴러가게 해서 굴곡을 형성하는 방법을 사용하고 있다.
그런데, 이와 같은 러빙 처리에 의한 배향막 형성 방법은 회전로울러가 기판 표면에 밀착되어 회전하므로 마찰에 의한 정전기가 발생하기 쉬워 폴리이미드 배향막 하부에 정전기에 민감한 박막 트랜지스터(TFT) 소자가 있을 경우 소자가 파괴되기 쉽다는 등의 문제점이 있다.
현재는 이를 해결하기 위하여 반대 극성의 이온을 함유한 공기를 회전로울러 주위에 공급하여 정전기를 중화시키는 방법을 사용하고 있으나, 순간적으로 발생하는 고전압을 상쇄하기에는 부족하므로 이를 완벽하게 방지하기 힘들어 불량 발생을 근원적으로 억제하기가 힘들다.
또한, 굴곡이 균일하게 형성되지 않는 단점이 있을 뿐만 아니라, 러빙에 의해 형성된 굴곡은 급경사로 형성하기 어려워 액정의 프리-틸트(pre-tilt)각을 증가시키기 어려운 단점도 있다. 특히 프리-틸트각은 액정 소자의 화질을 결정하는 중요한 요소이므로 이를 조절하는 것이 중요한 문제점으로 부각 되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 배향면의 굴곡 형성시 근원적으로 정전기가 발생되지 않고, 액정의 프리-틸트 각을 소망하는 각으로 조절할 수 있도록 굴곡의 경사각이 조절된 배향막과 그 제조 방법을 제공하는데 그목적이 있다.
또한, 위와 같은 배향막의 제조시 근원적으로 정전기를 발생시키지 않고, 액정의 프리-틸트각을 소망하는 각으로 조절할 수 있도록 하는 배향막의 굴곡의 경사각이 조절된 배향막을 대면적의 기판 상에서 균일하게 구현할 수 있는 배향막 제조 장치및 그 장치에 있어서의 마스크 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배향 제어막은, 액정과 접촉되는 기판면에 형성되고, 소정의 폭을 갖는 홈이 일정 간격을 두고 구비되어 스트라이프 패턴 형태로 형성되며, 상기 스트라이프 패턴의 측면은 기판 표면에 대하여 수직을 이루거나, 상기 수직인 선에 대하여 소정 각도 만큼 기울어지는 액정 배향 제어막, 및 상기 스트라이프상으로 된 액정 배향 제어막 표면에는, 액정 배향 제어막의 홈의 두께 및 홈의 폭을 조절하는 상기 액정 배향 제어막과 동일 물질로 형성되는 조절층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 액정 배향 제어막을 제조하기 위한 제조 장치로서, 상기 액정 배향 제어막을 광학적 수단으로 형성하기 위한 광원과, 상기 광원에서 방사되는 광을 평행광으로 만들어 주는 평행광 형성용 광학계와, 상기 광학계에서 나온 상기 평행광을 스트라이프 상으로 집속시켜주는 마스크를 포함하며, 상기 마스크는 투명 기판과, 상기 투명 기판의 일측면에 배열된 단면이 반구형인 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로렌즈 어레이 사이마다 불필요한 광을 차단하는 광 차단층 및 상기 투명 기판 뒷면에 형성되는 광 무반사 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배향 제어막 제조 장치의 마스크는, 투명 기판 상면에 소정의 금속 패턴을 스트라이프 상으로 형성하는 금속 패턴 형성 단계와, 상기 금속 패턴을 소정의 온도로 가열하면서 소정의 단위 면적당의 에너지로 광을 조사하여 상기 금속 패턴을 용융시킨후, 용융된 금속 패턴을 냉각시켜 나란하게 배열된 다수의 반구형 단면의 금속 스트라이프 패턴을 형성 단계와, 상기 반구형 단면의 금속 스트라이프 패턴을 양극 산화법으로 산화시켜 물리적 구조를 치밀화 시킴으로써 반구형 단면의 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 단계와, 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이에 반사성이 높은 금속이나 유전체를 각각 증착법이나 사진 식각법을 사용하여 광 차단층을 형성하는 차단층 형성 단계와, 상기 차단층이 형성된 기판의 대응면에 무반사 코팅막을 형성하는 코팅 단계로 형성된다.
또한, 이러한 마스크를 이용한 액정 배향막은, 액정이 접촉되는 액정 표시 소자의 투명 기판 표면에 소정의 두께로 액정 배향 제어막을 도포하는 단계와, 상기 액정 배향 제어막에 소정의 마스크를 이용하여 광을 선택적으로 조사하여, 소정 간격으로 나란하게 배열된 스트라이프 상태의 액정 배향 제어막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 마스크는 상기 광을 스트라이프 형태로 액정 배향 제어막에 접속시키는 단면이 반구형인 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 사이에 형성되며 광을 차단하는 차단층, 및 상기 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 뒷면에 형성되는 광 무반사 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 액정 배향 제어막 및 그 제조 장치, 그리고 이 제조 장치 쓰이는 마스크의 제조 방법과 상기 액정 배향 제어막의 제조 방법을 차례로 설명한다.
특히, 곡률 반경(radius of curvature)을 조절할 수 있는 유전체 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 방법과, 이 렌즈 어레이를 이용하여 기판 표면에 1000 Å 이하의 두께로 얇게 도포되어 있는 폴리이미드에 폭 1㎛ 이하의 홈(groove)을 균일하게 제작하는 것은 본 발명에 따른 배향막의 특성을 좌우하는 관건이다.
먼저 제3도는 본 발명의 액정 배향 제어막의 구조를 나타내는 단면도이다. 여기에 도시된 바와같이, 본 발명의 배향막(12)은 기판(11) 상면에 측면이 수직에 가까운 스트라이프 상으로 형성되어 액정 표시 소자의 화질을 결정하는 중요한 요소인 프리-틸트 각을 증가시킬 수 있다. 이러한 스트라이프 상으로 된 배향막(12)은 배향막내에 소정 폭의 홈이 등간격으로 형성됨으로써, 한정된다.
이와 같은 구조의 배향막을 형성하기 위한 장치는, 제4도에 도시된 바와 같이, 배향막으로 도포된 폴리이미드를 분해시키기 위한 수단으로 사용되는 단파장 펄스파인 엑시머 레이저 등의 광원(16)과, 엑시머 레이저 빔을 공간적으로 균일한 평행광으로 형성하는 평행광 형성 광학계(beam delivery optics:17)와, 배향막의재료로서 폴리이미드가 코팅된 기판의 표면 가까이에 위치하면서 원하는 부분의 폴리이미드를 제거할 수 있도록 평행 엑시머 레이저 광을 다수의 스트라이프(stripe)형태로 집속시켜 주는 반구형 단면의 마이크로 렌즈(cylindrical micro lens:32)가 어레이 형태로 부착된 마스크와 제작되는 기판을 공정에 따라 이송시켜줄 수 있는 전동 X-Y 스테이지로 이루어져 있다.
여기서, 엑시머 레이저(excimer laser)는 단파장의 펄스파로서, 가스 수명이 길고 출력이 높은 308nm 파장의 XeCl 이나 248nm 파장의 KrF 등이 주로 사용되나 폴리이미드의 특성에 따라 193nm 파장의 ArF 등도 사용된다. 그러나 단파장일수록 가스 수명이 짧아져 비경제적인 데다가 평행광 형성용의 광학계를 설계, 제작하는 비용이 상승하고 광효율이 적어지기 때문에 XeCl 엑시머 레이저를 사용하는 것이 가장 유리하다.
평행광 형성용 광학계는 엑시머 레이저 빔을 공간적으로 균일화시켜 마스크에 전달하는 역할을 하는 것으로 미러(mirror)와 허마저나이저(Homogenizer) 그리고 렌즈 등으로 구성된다.
마스크는 투명한 석영 기판(21) 상면에 레이저 광을 1㎛ 이하의 폭을 가진 다수의 스트라이프(stripe) 모양으로 집속시켜 주는 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이(32)와, 이 렌즈들 사이로 침투하는 광을 차단시켜 주는 역할을 하는 금속 혹은 유전체 적층막으로 이루어진 차단층(23)으로 이루어진다. 또한, 반구형 단면의 마이크로 렌즈 어레이(32)는 상술한 바와 같이 유전체로 형성됨이 바람직하다. 또한, 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이(32)가 형성된 석영 기판(21)의 뒷면에는 광무반사 코팅막이 형성될 수 있다.
다음으로 액정 배향 제어막의 제조 방법에 대해서 설명한다.
액정에 전계를 가해서 원하는 형태로 구동하기 위해서는 일정한 형태로 액정의 분자를 배열하는 것이 필요하며 이를 배향이라 한다.
현재까지는, 기판 표면과 액정 분자 사이의 수소 결합이나 반데르발스 결합, 쌍극자 결합 등의 물리 화학적 결합이나, 기판 표면의 형상 및 탄성 왜곡(anisotropic elasticity)과 액정 분자와의 기계적 결합등이 주된 요인으로 알려져 있다.
이와 같이 요인은 불명확하지만 실험 결과에 의하면 액정 배향을 위해서는 배향막 표면 형상을 매우 정밀하게 제어할 수 있어야 하는데 특히 폴리이미드 등의 표면에 고랑 모양의 홈을 형성하는 것이 매우 효과적이다. 이러한 홈을 형성하기 위해 균일하게 도포된 폴리이미드에 선택적으로 엑시머 레이저 광을 조사하여, 광이 조사된 부분의 폴리이미드 내부의 분자 결합이 순간적으로 절단되어 증발해 버리는 용융증발(ablation)을 일으킴으로써, 제4도에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 배향막을 형성한다. 홈의 폭은 2㎛ 이하가 적당하며 홈 사이의 간격은 5㎛ 이하로 가공하는 것이 일반적인데 액정 층의 두께(cell gap) 및 액정의 종류, 전기적 구동 방식 등에 따라 달라지기 때문에 일괄적으로 결정할 수는 없다.
이러한 미세한 폭의 홈을 규칙적으로 형성하기 위해 공간적으로 균일하게 액시머 레이저 빔을 만들고, 이를 평행광의 형태로 기판에 도달하도록, 제4도에 도시된 바와 같이 장치를 배치한 다음, 기판 상부 표면 가까이에 마스크를 설치한다.
이 마스크는 엑시머 레이저 빔을 투과시키는 석영 기판을 광학적 균일도로 연마하고, 표면에 곡률 반경 r, 굴절률 n, 높이 t, 폭 d, 길이 L, 간격 s, 초점거리 f 인 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이와, 렌즈와 겹치지 않으면서 렌즈 어레이 사이에 폭 s, 길이 L, 간격 d로 제작된 광 차단층으로 구성되어 있다. 평행광 형성용 광학계에 의해 마스크에 도달한 엑시머 레이저 빔은 마스크 반대편 표면에 존재하는 차단층에 의해 일부가 반사되고 차단층이 존재하지 않는 영역만 투과하게 되는데, 차단층 사이의 반구형 단면 마이크로 렌즈를 지나면서 스트라이프 상으로 집속된다. 집속된 빔은 초점거리 f 에서 가장 작은 폭으로 접속되므로 배향막이 코팅된 기판을 렌즈로부터 거리 f 의 위치에 설치하면 렌즈에 의해 집속된 광이 조사된 부분의 폴리이미드만 선택적으로 제거하므로 제3도에 도시된 것과 같은 형상의 배향막을 만들 수 있다.
한편, 광학적 수준의 정밀도로 표면이 연마된 석영 기판 표면에 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 제조 방법은 이온교환법, 실리콘 열산화막법, 사진식각법 등이 있는데, 본 발명에서는, 제5도 내지 제9도에 도시된 바와 같이, 특히 금속을 산화시켜서 제작하는 방법을 채택하고 있다.
상기 금속 산화에 의한 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이의 마스크를 제작하는 방법은 다음과 같다.
Al은 양극 산화시킬 경우 원래의 크기 보다 증가하기 때문에 원하는 크기의 마이크로 렌즈 보다 작은 두께와 폭으로 통상의 증착 및 사진 식각법을 이용하여 사각형 단면의 Al 패턴(22)을 제작한다. 그후, 기판을 섭씨 200∼600도로 가열하면서 1∼10J/㎠ 의 단위 면적당의 에너지로 엑시머 레이저 광을 조사하면(제5도) Al이 용융된 후 응고될 때의 표면 장력에 의해 반구형 단면으로 렌즈의 형태를 지니게 된다(제6도). 이를 암모늄 주석산염 3% 수용액(25)에 스테인레스 전극(26)과 함께 담그고 통상의 양극 산화법으로 Al을 Al2O3로 산화시킨다.
이렇게 하여 형성된 금속 산화막은 구조가 매우 치밀하고 조성이 정확하기 때문에 레이저 빔에 노출되어도 굴절률이 변하거나 에너지를 흡수해 파괴되는 등의 변형이 적다.
또한 양극 산화 후에도 초기 반구 형태를 유지하기 때문에 렌즈의 역할을 훌륭히 수행할 수 있다. 이러한 양극 산화를 위한 금속 재료는 Al외에도 Ti, Ta, Mo, Cr 등의 다양한 재료가 이용될 수 있다.
그리고, 일반적으로 잘 알려진 광학 법칙으로 부터 제10도에 도시된 바와 같이 평행광이 반구형 단면 마이크로 렌즈에 조사되면 평행 광선이 마이크로 렌즈의 초점 거리 f 에 집속되어 스트라이프 모양의 집속광을 형성하는데 이 때 f=r/(n-1) 로 주어진다. (n:양극 산화에 의해 제작된 마이크로 렌즈의 굴절율, r:마이크로 렌즈의 곡률 반경, 1:공기의 굴절률)
또한 간단한 삼각함수에 의해 마이크로 렌즈의 폭, 두께와 곡률 반경은 다음과 같은 관계가 성립한다.
이 식으로 부터 제작된 마이크로 렌즈의 폭이 넓고 두께가 얇을수록 곡률 반경이 커서 초점 거리도 길다는 것을 알 수 있다.
이렇게 형성된 렌즈 어레이 사이에 레이저 빔이 스며드는 것을 방지하기 위해 차단층(23)을 제작하고 반대면에 유전체 무반사 코팅(24;anti reflection coating)을 행하여 마스크를 완성한다.
레이저 빔 용융증발(laser beam ablation)에 의한 폴리이미드 가공시에는 기판을 전동 X-Y 스테이지 상에 장착하여 엑시머 레이저 빔을 조사한 후 적당한 거리를 움직이면서 수 회 실시하여 원하는 만큼의 넓이에 홈을 형성할 수 있다.
또한 제11도에 도시된 바와 같이, 특정한 각도 6로 기판을 기울여서 광을 조사하면, 폴리이미드 즉, 스트라이프 형태의 패턴 측면이, 평탄하게 놓여진 기판 표면의 수직면에 대하여 θ도 만큼 기울도록 성형하는 것이 가능하다. 따라서, 액정의 폴리이미드 배향막에 의한 배향 조절이 용이하다.
특히, 제12도에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 배향막 형성후, 폴리이미드를 추가로 도포할 수 있다. 이때, 폴리이미드를 추가로 증착하므로써, 스트라이프 패턴 사이의 홈의 두께 및 홈의 폭을 100 Å 단위로 쉽게 조절할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배향막 및 그 제조 방법 그리고 그 제조 장치 및 그 장치에 있어서의 마스크 제조 방법은, 엑시머 레이저의 평행광과 이를 스트라이프 상의 광으로 집속시켜주는 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 마스크를 사용하여 도포된 폴리이미드를 용융증발 시킴으로써, 배향막 제작시 정전기 발생을 근원적으로 없애 TFT 소자의 파손을 방지하고, 단파장의 펄스파를 광원으로 사용하므로 제작 속도가 빨라 생산성이 높으며, 동일한 기판에 같은제작 공정을 반복적으로 행할 수 있어 기판 크기에 대한 제약이 없어 대면적의 기판에도 적용 가능한 장점이 있다.
또한 마스크의 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이의 설계및 제작에 있어서 변형이 용이하므로 배향막의 홈의 두께 및 폭의 조절이 매우 쉬운 장점이 있다. 더우기 배향막 제작시 기판을 기울인다든가 한 번 제작된 배향막에 덧 씌우기를 함으로써 배향 및 홈의 폭에 대한 조절성은 매우 뛰어나다는 장점이 있다.
제1도는 종래의 액정 배향 제어막 단면도
제2도는 종래의 액정 배향 제어막의 제조 공정도
제3도는 본 발명에 따른 액정 배향 제어막 단면도
제4도는 본 발명에 따른 액정 배향 제어막의 제조 장치의 개략적 배치도
제5도 내지 제9도는 액정 배향 제어막의 제조 공정에 사용되는 마스크 제조 공정도
제10도는 반구형 단면 마이크로 렌즈 어레이의 구조도
제11도는 본 발명에 따른 액정 배향 제어막 형성시 기판을 기울여서 레이저 광을 조사하는 방법을 나타내는 단면도
제12도는 추가 폴리이미드 도포에 의해 완성된 액정 배향막의 단면도
* 도면 주요부분에 대한 부호 설명 *
1. 기판 2. 폴리이미드 배향막
3. 배향된 액정 분자 4. 천(나일론, 레이온)
5. 회전 롤러
11. 기판 12. 폴리이미드 배향막
13. 배향된 액정 분자 16. 엑시머 레이저
17. 평행광 형성 광학계 19. 폴리이미드
21. 석영 기판 22. A1 패턴
23. 차단층 24. 무반사 코팅막
25. 암모늄 주석산염 3% 수용액 26. 스테인레스 전극판
27. 탱크
32. 반구형 단면 렌즈

Claims (10)

  1. 액정 표시 소자의 액정의 배향을 제어하기 위한 막으로서,
    액정과 접촉되는 기판면에 형성되고, 소정의 폭을 갖는 홈이 일정 간격을 두고 구비되어 스트라이프 패턴 형태로 형성되며, 상기 스트라이프 패턴의 측면은 기판 표면에 대하여 수직을 이루거나, 상기 수직인 선에 대하여 소정 각도 만큼 기울어지는 액정 배향 제어막, 및
    상기 스트라이프상으로 된 액정 배향 제어막 표면에는, 액정 배향 제어막의 홈의 두께 및 홈의 폭을 조절하는 상기 액정 배향 제어막과 동일 물질로 형성되는 조절층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막.
  2. 제 1 항 기재의 액정 배향 제어막을 제조하기 위한 제조 장치로서,
    상기 액정 배향 제어막을 광학적 수단으로 형성하기 위한 광원과,
    상기 광원에서 방사되는 광을 평행광으로 만들어 주는 평행광 형성용 광학계와,
    상기 광학계에서 나온 상기 평행광을 스트라이프 상으로 집속시켜주는 마스크를 포함하며,
    상기 마스크는 투명 기판과, 상기 투명 기판의 일측면에 배열된 단면이 반구형인 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이마다 불필요한 광을 차단하는 광 차단층 및 상기 투명 기판 뒷면에 형성되는 광 무반사 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    광원은 단파장의 펄스파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조 장치.
  4. 제2항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는 Al, Mo, Ta, Ti, Cr 또는 Ni과 같은 금속중 선택되는 하나의 금속의 산화막인 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    차단층은 Al, Cr, Mo, Ta의 금속 또는 SiO2, TiO2, ZnS, MF2, ThF4, ZrO2의 유전체를 적어도 한가지 이상 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조 장치.
  6. 투명 기판 상면에 소정의 금속 패턴을 스트라이프 상으로 형성하는 금속 패턴 형성 단계와,
    상기 금속 패턴을 소정의 온도로 가열하면서 소정의 단위 면적당의 에너지로 광을 조사하여 상기 금속 패턴을 용융시킨후, 용융된 금속 패턴을 냉각시켜 나란하게 배열된 다수의 반구형 단면의 금속 스트라이프 패턴을 형성 단계와,
    상기 반구형 단면의 금속 스트라이프 패턴을 양극 산화법으로 산화시켜 물리적 구조를 치밀화 시킴으로써 반구형 단면의 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 단계와,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 사이에 반사성이 높은 금속이나 유전체를 각각 증착법이나 사진 식각법을 사용하여 광 차단층을 형성하는 차단층 형성 단계와,
    상기 차단층이 형성된 기판의 대응면에 무반사 코팅막을 형성하는 코팅 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조 장치의 마스크 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    산화 단계에서의 양극 산화법은 상기 반구형 단면의 금속 패턴이 형성된 기판을 암모늄 주석산염 3% 수용액에 담궈서 상기 금속 패턴을 산화시키는 점에 특징이 있는 상기 장치의 마스크 제조 방법.
  8. 액정이 접촉되는 액정 표시 소자의 투명 기판 표면에 소정의 두께로 액정 배향 제어막을 도포하는 단계와,
    상기 액정 배향 제어막에 소정의 마스크를 이용하여 광을 선택적으로 조사하여, 소정 간격으로 나란하게 배열된 스트라이프 상태의 액정 배향 제어막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 마스크는 상기 광을 스트라이프 형태로 액정 배향 제어막에 집속시키는단면이 반구형인 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 사이에 형성되며 광을 차단하는 차단층, 및 상기 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 뒷면에 형성되는 광 무반사 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스트라이프 형태의 액정 배향 제어막을 형성 단계에서, 상기 광을 조사할 때, 기판을 소정의 각도 만큼 기울여, 스트라이프 상의 액정 배향 제어막이 일정 방향으로 기울어지게 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 스트라이프 형태의 액정 배향 제어막을 형성한 다음, 상기 스트라이프 사이의 홈의 두께 및 폭을 조절하기 위하여, 상기 기판상에 액정 배향 제어막과 같은 재료를 더 도포하는 것을 특징으로 하는 액정 배향 제어막 제조방법.
KR1019940001586A 1994-01-28 1994-01-28 액정배향제어막및그제조방법,이를제조하기위한제조장치및제조장치에이용되는마스크의제조방법 KR100319871B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019940001586A KR100319871B1 (ko) 1994-01-28 1994-01-28 액정배향제어막및그제조방법,이를제조하기위한제조장치및제조장치에이용되는마스크의제조방법
US08/380,862 US5587822A (en) 1994-01-28 1995-01-30 Liquid crystal orientation control layer method and apparatus for manufacturing the same and mask for use in the manufacturing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019940001586A KR100319871B1 (ko) 1994-01-28 1994-01-28 액정배향제어막및그제조방법,이를제조하기위한제조장치및제조장치에이용되는마스크의제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR950024009A KR950024009A (ko) 1995-08-21
KR100319871B1 true KR100319871B1 (ko) 2002-08-21

Family

ID=19376412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019940001586A KR100319871B1 (ko) 1994-01-28 1994-01-28 액정배향제어막및그제조방법,이를제조하기위한제조장치및제조장치에이용되는마스크의제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5587822A (ko)
KR (1) KR100319871B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190061408A (ko) * 2017-11-28 2019-06-05 한국세라믹기술원 미세 패턴 및 패턴의 형상 제어방법.

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2708382B2 (ja) * 1994-10-14 1998-02-04 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 液晶表示装置用基板の製造方法、液晶表示装置の製造方法及び液晶表示装置
KR19980040604A (ko) * 1996-11-29 1998-08-17 손욱 액정의 배향처리방법
KR100201841B1 (ko) * 1996-11-29 1999-06-15 구자홍 액정셀 제조방법
US6924860B2 (en) * 1997-11-05 2005-08-02 Hitachi, Ltd. Polarized UV light irradiation method for liquid crystal display device
JPH11142850A (ja) * 1997-11-05 1999-05-28 Hitachi Ltd 偏光照射方法とその装置
GB9902404D0 (en) * 1999-02-03 1999-03-24 Rolic Ag Method of imparting preferred alignment, and liquid crystal device elements incorporating a preferred alignment
DE19915666A1 (de) * 1999-04-07 2000-10-19 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Kontaktierung von Solarzellen
US6483969B1 (en) * 1999-12-01 2002-11-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Apparatus, assembly, and method for making micro-fixtured lensed assembly for optoelectronic devices and optical fibers
KR100762174B1 (ko) * 2001-09-05 2007-10-01 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치용 배향막 및 그의 제조방법
KR100570973B1 (ko) * 2003-05-02 2006-04-13 삼성에스디아이 주식회사 광차단용 기판을 구비한 표시장치 및 그의 제조방법
DE10342674B4 (de) * 2003-09-16 2007-07-19 Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg Verfahren und Foliensystem zur Herstellung eines individualisierten optisch variablen Elements
JP4244909B2 (ja) * 2004-11-04 2009-03-25 セイコーエプソン株式会社 電気光学装置の製造方法
JP2006166275A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Seiko Epson Corp 水晶デバイスの製造方法
TWI412079B (zh) 2006-07-28 2013-10-11 Semiconductor Energy Lab 製造顯示裝置的方法
US7994021B2 (en) * 2006-07-28 2011-08-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
JP6067690B2 (ja) * 2012-05-14 2017-01-25 旭化成株式会社 ローラーモールドの作製装置および作製方法
JP5953512B2 (ja) * 2012-07-05 2016-07-20 株式会社ブイ・テクノロジー 光配向露光装置及び光配向露光方法
US10324370B2 (en) * 2016-09-06 2019-06-18 Unimicron Technology Corp. Manufacturing method of circuit substrate and mask structure and manufacturing method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60217339A (ja) * 1984-04-13 1985-10-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶表示パネルおよびその製造方法
JPH05134103A (ja) * 1991-11-15 1993-05-28 Omron Corp マイクロレンズ・アレイ，そのスタンパおよびそれらの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5619030A (en) * 1979-07-25 1981-02-23 Sharp Corp Production of liquid crystal display element
JPH01243024A (ja) * 1988-03-24 1989-09-27 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd パターン化された高分子膜を用いる液晶配向膜およびその製法
JPH05224206A (ja) * 1992-02-15 1993-09-03 Seiko Instr Inc 液晶用配向膜の配向処理装置および方法
JPH06130390A (ja) * 1992-10-19 1994-05-13 Nissin Electric Co Ltd 配向膜の配向処理方法
JPH06130389A (ja) * 1992-10-19 1994-05-13 Nissin Electric Co Ltd 配向膜の配向処理方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60217339A (ja) * 1984-04-13 1985-10-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶表示パネルおよびその製造方法
JPH05134103A (ja) * 1991-11-15 1993-05-28 Omron Corp マイクロレンズ・アレイ，そのスタンパおよびそれらの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190061408A (ko) * 2017-11-28 2019-06-05 한국세라믹기술원 미세 패턴 및 패턴의 형상 제어방법.
KR102018215B1 (ko) * 2017-11-28 2019-09-04 한국세라믹기술원 미세 패턴 및 패턴의 형상 제어방법.

Also Published As

Publication number Publication date
KR950024009A (ko) 1995-08-21
US5587822A (en) 1996-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100319871B1 (ko) 액정배향제어막및그제조방법,이를제조하기위한제조장치및제조장치에이용되는마스크의제조방법
JP5181317B2 (ja) 反射型液晶表示装置およびその製造方法
US6741621B2 (en) Laser irradiation apparatus and method of treating semiconductor thin film
US6470712B2 (en) Method of changing the surface of a glass substrate containing silver, by using a laser beam
TWI356206B (en) Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and
US6160827A (en) Laser irradiating device and laser irradiating method
US7016113B2 (en) Large scale polarizer and polarizer system employing it
US6429919B1 (en) Reflector having pits and projection on a surface thereof, manufacturing method for the same, and reflection-type liquid crystal display device employing the reflector
US7745297B2 (en) Method of substrate with transparent electrodes and devices incorporating it
US5100589A (en) Optical method for altering molecular alignment in selected regions of a non-linear optical polymeric structure
KR100361770B1 (ko) 도전성막의 가공방법 및 장치
TWI328700B (en) Liquid crystal device and electronic apparatus
WO2004110693A1 (ja) レーザー加工方法及びレーザー加工装置
US20110287348A1 (en) Laser-reflective mask and method for manufacturing same
KR100469561B1 (ko) 액정표시장치용 컬러필터 기판 제조 방법
CN1945812B (zh) 液晶显示器基板的制造
US7052806B2 (en) Exposure controlling photomask and production method therefor
US20080297757A1 (en) Light-Modulating Nano/Micro Scale Aperture Array Device Having Immersion Layer and High Speed Nano Scale Pattern Recording System Using the Same
CN106990615B (zh) 形成液晶显示装置的配向层的方法及显示装置
KR100978367B1 (ko) 엠보싱 패턴의 제조 방법
JP4978072B2 (ja) 配向制御用突起の突起欠陥の修正方法
KR100441522B1 (ko) 미소형상 형성용 전사필름 및 그 장치
CN112309844A (zh) 激光退火设备和制造具有多晶硅层的基底的方法
JP4415135B2 (ja) 熱線遮断ガラスの着色方法
JP2005043552A (ja) 反射体及び液晶表示装置及び反射体の製造方法及び反射体製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121214

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131129

Year of fee payment: 13

EXPY Expiration of term