KR100484949B1 - 배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치 - Google Patents

배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100484949B1
KR100484949B1 KR10-2002-0085414A KR20020085414A KR100484949B1 KR 100484949 B1 KR100484949 B1 KR 100484949B1 KR 20020085414 A KR20020085414 A KR 20020085414A KR 100484949 B1 KR100484949 B1 KR 100484949B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion beam
substrate
beam source
liquid crystal
angle
Prior art date
Application number
KR10-2002-0085414A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040058896A (ko
Inventor
이윤복
함용성
Original Assignee
엘지.필립스 엘시디 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 엘지.필립스 엘시디 주식회사 filed Critical 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority to KR10-2002-0085414A priority Critical patent/KR100484949B1/ko
Priority to US10/736,677 priority patent/US7223990B2/en
Priority to CNB2003101214974A priority patent/CN1332414C/zh
Publication of KR20040058896A publication Critical patent/KR20040058896A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100484949B1 publication Critical patent/KR100484949B1/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
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/04—Irradiation devices with beam-forming means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에서 배향막에 이온빔을 조사하여 액정 배향을 균일하게 하는 이온빔 조사 장치에 관한 것이다.
본 발명은 진공 용기 내에 소정의 각도로 기울어져 설치되며 배향막을 도포하는 기판과; 상기 기판의 전면에서 동일한 거리만큼 떨어진 위치에서 이온 빔이 인출되도록 조절할 수 있는 이온 빔 소스;를 포함하여 구성되는 이온 빔 조사 장치에 관한 것으로, 상기 이온 빔 소스는 주입된 가스를 이온과 전자로 전리시키는 수단과; 상기 이온을 빔의 형태로 인출시키는 인출 수단과; 상기 인출된 이온 빔이 가속되어 기판에 도달하도록 하는 가속 수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 이온 빔 조사 장치에 의하면, 상기 이온 빔 소스로부터 인출된 이온 빔이 배향막이 도포된 기판 상에 동일한 에너지로 조사될 수 있도록 상기 이온 빔 소스를 기울여서 대략 이온 빔 소스와 기판이 평행이 되도록 하고, 상기 이온 빔은 상기 이온 빔 소스가 경사진 방향으로 소정의 각도를 가지고 인출되도록 함으로써 배향의 균일성을 향상시킨다.

Description

배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치{ion beam irradiation device for forming an alignment layer}
본 발명은 액정 표시 장치에서 배향막에 이온빔을 조사하여 액정 배향을 균일하게 하는 이온빔 조사 장치에 관한 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 따랐다.
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, 저전력 소모 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 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 반응 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
알려진 바와 같이, 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 것이다.
액정 분자는 구조가 가늘고 길기 때문에 분자 배열에 방향성과 분극성을 가지고 있으며, 상기 액정 분자들에 인위적으로 전자기장을 인가하여 분자 배열 방향을 조절할 수 있다.
따라서, 배향 방향을 임의로 조절하면 액정의 광학적 이방성에 의하여 액정 분자의 배열 방향에 따라 빛을 투과 혹은 차단시킬 수 있게 되어, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 색상 및 영상을 표시할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 투명한 제 1 기판(111) 위에 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트 전극(121)이 형성되어 있고, 그 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx)으로 이루어진 게이트 절연막(130)이 게이트 전극(121)을 덮고 있다.
상기 게이트 전극(121) 상부의 게이트 절연막(130) 위에는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(141)이 형성되어 있으며, 그 위에 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(151, 152)이 형성되어 있다.
또한, 상기 오믹 콘택층(151, 152) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 소스 및 드레인 전극(161, 162)이 형성되어 있는데, 상기 소스 및 드레인 전극(161, 162)은 상기 게이트 전극(121)과 함께 박막 트랜지스터(TFT)를 이룬다.
상기 소스 및 드레인 전극(161, 162) 위에는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호층(170)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(170)은 드레인 전극(162)을 드러내는 콘택홀(171)을 가진다.
상기 보호층(170) 상부의 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(181)이 형성되어 있고, 상기 화소 전극(181)은 콘택홀을 통해서 상기 드레인 전극(162)과 연결되어 있다.
상기 화소 전극(181) 상부에는 폴리이미드(polyimide)와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 1 배향막(191)이 형성되어 있다.
이 때, 상기 게이트 전극(121)은 게이트 배선과 연결되어 있고, 상기 소스 전극(161)은 데이터 배선과 연결되어 있으며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 서로 직교하여 화소 영역을 정의한다.
한편, 상기와 같이 구성되어 있는 제 1 기판(111)을 포함하는 하부 기판 상부에는 상기 제 1 기판(111)과 일정 간격을 가지며 투명한 제 2 기판(110)을 포함하는 상부 기판이 배치되어 있다.
상기 제 2 기판(110) 하부의 박막 트랜지스터와 대응되는 부분에는 화소 영역 이외의 부분에서 빛샘이 발생하는 것을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(120)가 형성되어 있다.
상기 블랙 매트릭스(120) 하부에는 컬러 필터(131)가 형성되어 있으며, 상기 컬러 필터(131)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 반복되어 형성되어 있으며, 하나의 색이 하나의 화소 영역에 대응된다.
이 때, 상기 컬러 필터(131)는 염색법, 인쇄법, 안료 분산법, 전착법 등에 의해 형성되어질 수 있다.
이어서, 상기 컬러 필터(131)의 하부에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(140)이 형성되어 있으며, 상기 공통 전극(140) 하부에는 플리이미드와 같은 물질로 이루어지고 표면이 일정 방향을 가지도록 형성된 제 2 배향막(150)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 제 1 배향막(91)과 제 2 배향막(150) 사이에는 액정층(190)이 주입되며, 상기 액정층(200)의 액정 분자는 상기 배향막(191, 150)의 배향 방향에 의해서 초기 배향 상태가 결정된다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 액정 표시 장치에서 액정 분자의 초기 배열 방향을 결정하기 위한 배향막 형성 과정에 대해서 좀 더 상세히 설명한다.
먼저, 배향막의 형성은 고분자 박막을 도포하고 배향막을 일정한 방향으로 배열시키는 공정으로 이루어진다.
상기 배향막에는 일반적으로 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 상기 배향막을 배열시키는 방법으로는 주로 러빙(rubbing) 방법이 이용되고 있다.
상기 러빙 방법은 먼저 기판 위에 폴리미이드 계열의 유기물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 날리고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시켜 폴리미이드 배향막을 형성한 후, 벨벳(velvet) 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 다양한 배향 패턴을 형성시키는 방법이다.
이와 같은 러빙에 의한 방법은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 배향이 안정되며 프리 틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이한 장점이 있다.
그러나, 상기 러빙 방법은 배향막과 러빙포의 직접적인 접촉을 통해 이루어지므로 먼지(particle) 발생에 의한 셀(cell)의 오염, 정전기 발생에 의하여 미리 기판에 설치된 TFT 소자의 파괴, 러빙 후의 추가적인 세정 공정의 필요, 대면적 적용시의 배향의 비균일성(non-uniformity) 등과 같은 여러 가지 문제점이 발생하게 되어 액정 표시 장치의 제조시의 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
상기 러빙 방법의 문제점을 개선하기 위하여 기계적인 러빙 방법을 이용하지 않는 여러 가지 넌러빙(non-rubbing) 배향 기술이 제안되고 있다.
이러한 배향 기술로는 랭뮤어-브로짓 필름(Langmuir-Blodgett film ; LB film)을 이용하는 방법, UV 조사를 이용한 광 배향법, SiO2의 사방 증착을 이용한 방법, 포토리소그래피(photolithography)로 형성된 마이크로 그루브(micro-groove)를 이용하는 방법, 그리고 이온 빔(Ion beam) 조사를 이용하는 방법이 있다.
이 중에서 이온 빔을 이용하여 배향하는 방법은 상기 기계적인 러빙 방법에 의한 문제점을 해결할 뿐 아니라, 종래의 배향 재료를 그대로 이용하는 것이 가능하며 대면적 대응이 가능하다.
도 2는 종래 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
상기 이온 빔 조사 장치는 크게 세 영역으로 나누어지며, 주입된 가스(gas)가 이온과 전자로 전리되어 플라즈마를 형성하는 영역(203)과 상기 이온이 빔의 형태로 인출되어 가속화되어 통과하는 영역(206)과 상기 가속화된 이온 빔(210)이 방출되는 곳부터 기판에 이르기까지의 조사 영역(211)이 그것이다.
상기 플라즈마를 형성하는 영역(203)에서는 주입된 가스를 이온으로 전리하며, 상기 전리된 이온은 인출되어 가속화된 후 기판(220)으로 조사된다.
즉, 상기 이온 빔 조사 장치는 진공 용기(240) 내에 있어서 홀더(221)에 고정된 기판(220)에 이온 빔(210)을 조사하도록 구성된다.
이 때, 상기 이온 빔 조사 장치는 캐소드(cathode, 201)와 애노드(anode, 202)와 이온 빔 인출 매질(204)과 이온 빔 가속 매질(205)을 포함하는 이온 빔 소스(Ion beam source, 200)와, 상기 이온 빔 소스(200)로부터 발생되는 이온 빔(210)이 기판(220)까지 직진하여 조사될 수 있도록 하는 진공 용기(240)와, 상기 진공 용기(240) 내에서 기판(220)이 일정한 각도를 유지할 수 있도록 고정하는 홀더(221)를 포함하여 이루어진다.
도시되지는 않았지만, 이온 빔(210)이 기판(220)에 조사되는 시간을 조절하기 위하여 이온 빔 소스(200)와 기판(220) 사이에 셔터(shutter)를 구비하기도 한다.
상기 이온 빔 소스(200)에서는 이온을 발생시키고 이온 빔(210)을 생성하는데, 캐소드(201)와 애노드(202)의 전압 차에 의해서 주입된 가스를 전리하여 전자와 이온을 포함하는 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에서 이온은 인출 전극에 의해서 이온 빔 인출 매질(204)의 통과부를 통과하여 이온 빔(210)으로 인출된다.
상기 방전된 플라즈마로부터 인출된 이온 빔(210)은 이온 빔 가속 매질(205)에 걸리는 전계의 작용으로 가속화되어 기판(220) 상에 일정 각도를 가지고 조사되게 된다.
여기서, 상기 기판(220)은 조사되는 이온 빔(210)에 대해서 소정의 각도로 기울어지게 되는데, 이로써 상기 이온 빔(210)을 이용하여 기판(220) 상에 도포된 배향막에 원하는 배향 패턴을 형성할 수 있으며 액정 분자의 초기 배열 상태 즉, 프리틸트(pretilt)를 형성할 수 있다.
이 때, 상기 기판(220) 상에는 폴리이미드와 같은 유기물질의 배향막이 도포되어 있는데, 상기 폴리이미드와 같이 배향막으로 사용되는 유기 물질은 화학적 구조로서 주쇄(main chain)와 측쇄(side chain)로 나뉘어진다.
상기 주쇄는 액정 분자를 한 방향으로 배열시키는 역할을 하고, 상기 측쇄는 프리틸트각을 형성하는 역할을 한다.
특히, 상기 측쇄는 이온 빔 조사시에 반응하여 소정 부위가 끊어지도록 함으로써 배향시에 액정 분자가 방향성을 가지고 배향되도록 한다.
이와 같이, 상기 이온 빔 소스(200)로부터 발생되는 이온 빔(210)은 상기 이온 빔 소스(200)의 법선 방향으로 인출되어 소정의 각도(θ₁)로 기울어진 기판(220) 상의 배향막으로의 조사 각도(θ₂)에 의해서 액정 분자의 프리틸트각(pretilt angle)을 결정하게 된다.
이 때, 상기 조사 각도(θ₂)는 이온 빔(210)의 조사 방향과 기판(220)의 법선 방향이 이루는 각도를 말하며, 상기 이온 빔(210)의 조사 각도(θ₂)와 프리틸트각과의 관계는 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 이온 빔의 조사 각도에 따라 프리틸트가 다른 특성을 보이는 것을 알 수 있는데, 상기 이온 빔의 조사 각도가 40 ~ 60도 사이일 경우에 최대의 프리틸트각을 가지며 전후 조사 각도에 대해서는 5도 이하의 프리틸트각을 가진다.
참고로, TN 모드형 액정 표시 장치(Twisted Nematic LCD)의 경우에는 액정 분자의 프리틸트각이 대략 5도 정도가 요구되고, IPS 모드형 액정 표시 장치(In-Plane Switching LCD)의 경우에는 액정 분자의 프리틸트각이 대략 2도 정도가 요구된다.
그러므로, TN 모드형 액정 표시 장치의 경우에는 상기 이온 빔의 조사 각도는 40 ~ 50도로 맞추고, IPS 모드형 액정 표시 장치의 경우에는 상기 이온 빔의 조사 각도를 10 ~ 20도로 맞추어 이온 빔을 조사한다.
따라서, 액정 표시 장치에서 원하는 프리틸트각을 균일하게 얻기 위해서는 상기 기판 상의 배향막 전면에 적절한 조사 각도를 가지는 이온 빔을 동일한 에너지로 조사해야 한다.
이 때, 상기 이온 빔 소스로부터 인출 매질과 가속 매질의 장축 방향에 대해 수직한 방향으로 인출되어 나온 이온 빔이 배향막에 조사되어 원하는 프리틸트각을 얻기 위해서는 상기 이온 빔이 원하는 조사 각도로 기판에 도달할 수 있도록 상기 기판을 기울여야한다.
그러나, 상기 기판을 소정의 각도로 기울이게 되면 이온 빔 소스로부터 기판에 다다르는 거리가 상측과 하측에 있어서 일정하지 않으므로, 거리에 따라 기판 표면에서 이온 빔의 효과가 틀려지게 된다.
도 4는 종래 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치에서, 이온 빔 소스와 기판의 관계를 개념적으로 보여주는 도면이다.
상기 이온 빔 소스(300)에서 관통부(301)로 방출되어 조사되는 이온 빔(310)이 기판(320) 표면까지 다다르는데 있어 상기 기판(320)이 소정의 조사 각도(θ₁)만큼 기울어져 있으므로 상기 이온 빔 소스(300)와 기판(320)까지의 거리는 기판(320)의 상측과 하측의 위치에 따라 최대 Lmax에서 최소 Lmin까지 달라지게 된다.
여기서, 기판(320) 상에 도포되어 있는 배향막 표면에서 받는 이온 빔(310)의 에너지(E) 차이가 발생하게 되며, 이는 상기 에너지가 단위 면적당 이온 빔(310)의 개수와 이온 빔(310)의 속도(v)에 비례하게 되는데 상기 이온 빔(310)은 도달 거리가 길어질 수록 그 속도가 줄어들기 때문이다.
따라서, 액정 분자에 원하는 프리틸트각을 주기 위하여 이온 빔(310)이 소정의 조사 각도(θ₂)를 가지고 기판(320)에 조사되도록 하기 위해서 기판(320)을 경사지도록 기울이면, 상기 이온 빔 소스(300)와 거리가 멀어진 곳은 입자간 충돌의 확률이 커지고 직진성 및 에너지가 약해져서 배향 효과를 떨어뜨리므로 균일하게 배향막이 형성되지 못하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 이온 빔 소스로부터 인출된 이온 빔이 배향막이 도포된 기판 상에 동일한 에너지로 조사될 수 있도록 상기 기판이 기울어진 각도 내외로 상기 이온 빔 소스를 기울여서 대략 이온 빔 소스와 기판이 평행이 되도록 하고, 상기 이온 빔은 기판 상에 원하는 조사 각도를 가지고 조사되도록 상기 이온 빔 소스가 경사진 방향으로 인출되도록 함으로써 기판 표면에 형성된 배향막에 기판 전체 영역에서 균일한 배향 특성을 가지도록 하는 이온 빔 조사 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치는, 진공 용기 내에 배치되는 기판과; 상기 기판에 일정 간격 이격하여 배치되며 이온 빔이 인출되는 이온 빔 소스;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 본 발명에 의하면, 상기 이온 빔 소스는, 주입된 가스를 이온과 전자로 전리시키는 수단과; 상기 이온을 빔의 형태로 인출시키는 인출 수단과; 상기 인출된 이온 빔이 가속되어 기판에 도달하도록 하는 가속 수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서 본 발명에 의하면, 상기 이온은 아르곤(Ar) 이온인 것을 특징으로 한다.
상기 이온 빔 소스의 법선 방향에서 이온 빔이 인출되는 각도는 기판의 경사 각도가 커짐에 따라 증가됨을 특징으로 한다.
상기 이온 빔 소스의 법선 방향에서 이온 빔의 인출 각도는 기판의 경사 각도와 기본적으로 동일함을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치를 보여주는 개략적인 도면이다.
상기 이온 빔 조사 장치는 크게 세 영역으로 나누어지며, 주입된 가스(gas)가 이온으로 전리되어 플라즈마를 형성하는 영역(403)과 상기 이온이 빔의 형태로 인출되어 가속화되어 통과하는 이온 빔 인출 영역(406)과 상기 가속화된 이온 빔(410)이 방출되는 곳부터 기판(420)에 이르기까지의 이온 빔 조사 영역(411)이 그것이다.
상기 플라즈마를 형성하는 영역(403)에서는 주입된 가스를 이온으로 전리하며, 상기 전리된 이온은 인출되어 가속화된 후 기판(420)으로 조사된다.
즉, 상기 이온 빔 조사 장치는 진공 용기(440) 내에 있어서 홀더(421)에 고정된 기판(420)에 이온 빔(410)을 조사하도록 구성된다.
이 때, 상기 이온 빔 조사 장치는 캐소드(cathode, 401)와 애노드(anode, 402)와 이온 빔 인출 매질(404)과 이온 빔 가속 매질(405)을 포함하는 이온 빔 소스(Ion beam source, 400)와, 상기 이온 빔 소스(400)로부터 발생되는 이온 빔(410)이 기판(420)까지 직진하여 조사될 수 있도록 하는 진공 용기(440)와, 상기 진공 용기(440) 내에서 기판(420)이 일정한 각도를 유지할 수 있도록 고정하는 홀더(421)를 포함하여 이루어진다.
이온 빔(410)을 발생시키기 위해 이온 빔 소스(400)에 주입되는 가스로는 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등과 같은 불활성 가스를 이용하는 것이 바람직하며, 여기서는 아르곤(Ar) 가스를 이용한다.
도시되지는 않았지만, 이온 빔(410)이 기판(420)에 조사되는 시간을 조절하기 위하여 이온 빔 소스(400)와 기판(420) 사이에 셔터(shutter)를 구비하기도 한다.
상기 이온 빔 소스(400)에서는 이온을 발생시키고 이온 빔(410)을 공급하는데, 캐소드(401)와 애노드(402)의 전압 차에 의해서 주입된 가스를 전리하여 전자와 이온을 포함하는 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에서 이온은 인출 전극에 의해서 이온 빔 인출 매질(404)의 통과부를 통과하여 이온 빔(410)으로 인출된다.
상기 방전된 플라즈마로부터 인출된 이온 빔(410)은 이온 빔 가속 매질(405)에 걸리는 전계의 작용으로 가속화되어 기판(420) 상에 일정 각도(θ 2 )를 가지고 조사된다.
여기서, 상기 이온 빔 인출 매질(404)과 이온 빔 가속 매질(405)은 일정 각도(θ₁) 기울어져 있는 기판(420)과 기본적으로 평행을 이루도록 소정 각도(θ₁)로 기울어져 구성되며, 이것은 상기 이온 빔 인출 매질(404)과 이온 빔 가속 매질(405)로부터 인출되는 이온 빔(410)이 동일한 에너지를 가지고 기판(420) 표면에 작용하도록 하기 위해서이다.
한편, 다른 실시예로는, 상기 이온 빔 인출 매질(404)은 경사지도록 기울이지 않으며 이온 빔(410)이 인출 매질(404)의 장축 방향에 대해서 법선 방향으로 인출되도록 형성하고, 상기 이온 빔 가속 매질(405)을 기판(420)이 기울어진 소정의 각도 내외로 기울여서 대략 평행을 이루도록 한 후 전계를 형성하여 상기 가속 매질(405)로부터 가속되어 인출되는 이온 빔(410)이 기판(420)에 도달하는 거리가 일정하도록 한다.
이 때, 상기 이온 빔 가속 매질(405)의 관통부로부터 인출되는 이온 빔(410)은 상기 가속 매질(405)의 장축의 법선 방향에 대해서 상기 가속 매질(405)이 기울어진 각도만큼 보상하는 방향으로 소정의 각도를 가지고 인출됨으로써 상기 이온 빔(410)이 기판(420) 상에 원하는 각도로 조사될 수 있도록 형성한다.
여기서, 상기 이온 빔이 보상하는 방향으로 인출된다는 것은 기본적으로 상기 이온 빔 소스의 법선 방향에서 이온 빔이 인출되는 각도가 기판의 경사 각도가 커짐에 따라 증가됨을 의미한다.
즉, 상기 이온 빔(410)이 기판(420)에 대해 원하는 각도로 조사될 수 있도록 상기 이온 빔 소스(400)로부터 법선 방향에 대해서 경사지게 인출되도록 한다.
한편, 상기 기판(420) 상에는 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기물질의 배향막이 도포되어 있는데, 상기 폴리이미드와 같이 배향막으로 사용되는 유기 물질은 화학적 구조로서 주쇄(main chain)와 측쇄(side chain)로 나뉘어진다.
상기 주쇄는 액정 분자를 한 방향으로 배열시키는 역할을 하고, 상기 측쇄는 프리틸트각을 형성하는 역할을 한다.
이 때, 상기 이온 빔 조사시에 기판(420) 상의 배향막에서는 이온 빔(410)과 반응하여 측쇄의 소정 부위가 끊어지도록 함으로써 배향시에 액정 분자가 프리틸트각을 가지고 배향되도록 한다.
여기서, 본 발명에 따른 이온 빔 조사 장치에 의하면, 상기 이온 빔 소스(400)로부터 기판(420)에 다다르는 거리는 기판(420)의 상측과 하측에 있어서 거의 일정하게 되므로, 상기 기판(420)의 표면에서 이온 빔(410)의 효과는 모두 동일하게 된다.
도 6은 본 발명에 다른 일 실시예로서, 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치에서, 이온 빔 소스와 기판의 관계를 개념적으로 보여주는 도면이다.
동도에서, 이온 빔 소스(500)는 플라즈마를 형성하는 영역과 캐소드와 애노드를 생략하여 도시하였으며, 인출 매질과 가속 매질의 관통부(501)를 통해서 이온 빔(510)이 조사될 수 있도록 형성한 형상만을 개념적으로 도시한 것이다.
상기 기판(520)이 프리틸트를 형성하기 위하여 소정 각도(θ₁)로 기울어진 만큼 상기 이온 빔 소스(500)도 같은 방향으로 소정 각도(θ₁)로 기울어지게 하여 이온 빔 소스(500)의 관통부(501)로 방출되어 조사되는 이온 빔(510)은 기판(520) 표면까지 다다르는데 있어 그 도달 거리가 같도록 한다.
이 때, 상기 이온 빔 소스(500)로부터 조사되는 이온 빔(510)은 상기 이온 빔 소스(500)의 법선 방향에 대해서 상기 이온 빔 소스(500)가 기울어진 방향에 대해 보상하는 방향으로 기울어지게 조사되어 기판(520)에 다다르며, 상기와 같이 조사되는 각도(θ₂)에 따라서 추후 액정 주입시에 액정 분자의 프리틸트각이 결정된다.
여기서, 상기 이온 빔 소스(500)와 기판(520) 사이의 이온 빔(510) 도달 거리가 같으므로, 단위 면적당 통과하는 또는 기판(520)에 다다르는 이온 빔(510)의 개수와 이온 빔(510)의 속도가 어느 부분에서나 동일하게 되고 따라서, 기판(520)의 배향막 표면에서 받는 이온 빔의 에너지(E)는 기판(520)의 상측, 하측 모두 동일하게 된다.
따라서, 액정 분자에 균일한 프리틸트각을 주기 위해서 배향막을 형성할 때, 이온 빔 소스(500)는 기판(520)과의 거리가 같아지도록 평행하게 위치시키고, 이온 빔(510)이 소정의 조사 각도(θ₂)를 가지도록 상기 이온 빔 소스(500)로부터 이온 빔(510)이 법선 방향에 대해서 각도(θ₂)를 가지고 인출되도록 한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치에 있어서 이온 빔이 프리틸트를 얻기 위해 소정의 조사 각도를 가지고 배향막이 도포된 기판에 조사될 때 상기 기판이 경사지도록 기울어진 만큼 이온 빔 소스를 같은 방향으로 기울여 상기 이온 빔 소스로부터 이온 빔이 인출되어 기판까지 도달하는 거리가 같아지도록 함으로써 상기 이온 빔의 에너지가 기판의 어느 부분에서나 같게 작용하도록 하여 배향의 균일성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치에 대한 개략적인 단면도.
도 2는 종래 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면.
도 3은 종래 이온 빔 조사 장치에서 이온 빔의 조사 각도(θ₂)에 따른 프리틸트각(pretilt angle)과의 관계를 보여주는 그래프.
도 4는 종래 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치에서, 이온 빔 소스와 기판의 관계를 개념적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치를 보여주는 개략적인 도면.
도 6은 본 발명에 다른 일 실시예로서, 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치에서, 이온 빔 소스와 기판의 관계를 개념적으로 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
400, 500 : 이온 빔 소스 401 : 캐소드
402 : 애노드 403 : 플라즈마 형성 영역
404 : 이온 빔 인출 매질 405 : 이온 빔 가속 매질
406 : 이온 빔 인출 영역 410, 510 : 이온 빔
411 : 이온 빔 조사 영역 420, 520 : 기판
421 : 홀더 440 : 진공 용기
501 : 이온 빔 소스의 관통부

Claims (5)

  1. 기판을 지지하는 홀더와, 상기 기판에 이온 빔을 조사시키는 이온 빔 소스를 포함하며,
    상기 이온 빔 소스의 이온 빔 인출면과 상기 기판은 서로 평행하게 배치되며, 상기 이온 빔 소스의 이온 빔 인출면은 상기 기판과 평행하도록 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 빔 소스는,
    주입된 가스를 이온과 전자로 전리시키는 수단과;
    상기 이온을 빔의 형태로 인출시키는 인출 수단과;
    상기 인출된 이온 빔이 가속되어 기판에 도달하도록 하는 가속 수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이온은 아르곤(Ar) 이온인 것을 특징으로 하는 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 빔 소스의 법선 방향에서 이온 빔의 인출 각도는 기판의 경사 각도와 기본적으로 동일함을 특징으로 하는 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치.
KR10-2002-0085414A 2002-12-27 2002-12-27 배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치 KR100484949B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0085414A KR100484949B1 (ko) 2002-12-27 2002-12-27 배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치
US10/736,677 US7223990B2 (en) 2002-12-27 2003-12-17 Ion beam irradiation device
CNB2003101214974A CN1332414C (zh) 2002-12-27 2003-12-18 离子束辐照设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0085414A KR100484949B1 (ko) 2002-12-27 2002-12-27 배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040058896A KR20040058896A (ko) 2004-07-05
KR100484949B1 true KR100484949B1 (ko) 2005-04-22

Family

ID=32653172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0085414A KR100484949B1 (ko) 2002-12-27 2002-12-27 배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7223990B2 (ko)
KR (1) KR100484949B1 (ko)
CN (1) CN1332414C (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5380263B2 (ja) * 2009-12-15 2014-01-08 キヤノンアネルバ株式会社 イオンビーム発生器
US20190148109A1 (en) * 2017-11-10 2019-05-16 Lam Research Corporation Method and Apparatus for Anisotropic Pattern Etching and Treatment
GB2582242A (en) * 2018-11-30 2020-09-23 Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd Charged particle beam source, surface processing apparatus and surface processing method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4153529A (en) * 1975-04-21 1979-05-08 Hughes Aircraft Company Means and method for inducing uniform parallel alignment of liquid crystal material in a liquid crystal cell
US4449051A (en) * 1982-02-16 1984-05-15 Varian Associates, Inc. Dose compensation by differential pattern scanning
JPS6037642A (ja) * 1983-08-10 1985-02-27 Hitachi Ltd イオン打込装置用質量分離器
GB2160496B (en) * 1984-06-21 1987-11-04 British Nuclear Fuels Plc Improvements in apparatus for changing jaws on manipulators
JP2569139B2 (ja) * 1988-08-24 1997-01-08 株式会社日立製作所 イオンビーム加工方法
US5814194A (en) * 1994-10-20 1998-09-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Substrate surface treatment method
JP3288554B2 (ja) * 1995-05-29 2002-06-04 株式会社日立製作所 イオン注入装置及びイオン注入方法
US5770826A (en) * 1996-05-10 1998-06-23 International Business Machines Corporation Atomic beam alignment of liquid crystals
US6238582B1 (en) * 1999-03-30 2001-05-29 Veeco Instruments, Inc. Reactive ion beam etching method and a thin film head fabricated using the method
US6236163B1 (en) * 1999-10-18 2001-05-22 Yuri Maishev Multiple-beam ion-beam assembly
US6632483B1 (en) * 2000-06-30 2003-10-14 International Business Machines Corporation Ion gun deposition and alignment for liquid-crystal applications

Also Published As

Publication number Publication date
US7223990B2 (en) 2007-05-29
US20040124371A1 (en) 2004-07-01
CN1638013A (zh) 2005-07-13
KR20040058896A (ko) 2004-07-05
CN1332414C (zh) 2007-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5770826A (en) Atomic beam alignment of liquid crystals
TW200428085A (en) Liquid crystal display apparatus and manufacturing method therefor
US7800724B2 (en) Liquid crystal display panel and manufacturing method thereof
US8780304B2 (en) Liquid crystal display device and method of fabricating the same
US8045110B2 (en) Method for fabricating a liquid crystal display device including irradiating first and second ion beams onto inclined and flat surfaces of the TFT substrate
US6967340B2 (en) Ion beam irradiation device and operating method thereof
JP3738990B2 (ja) 液晶配向膜、該液晶配向膜の製造方法、液晶パネルおよび液晶表示装置
KR100454846B1 (ko) 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치
KR100484949B1 (ko) 배향막을 형성하기 위한 이온빔 조사 장치
CN107942591A (zh) 一种阵列基板及液晶显示面板
KR101062044B1 (ko) 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
KR100488065B1 (ko) 배향막을 형성하기 위한 이온 빔 조사 장치
KR100937822B1 (ko) 이온 빔 조사 장치 및 그 방법
KR100920646B1 (ko) 이온 빔 조사 장치
US7488430B2 (en) Method of fabricating in-plane switching mode LCD
KR100977976B1 (ko) 이온 빔 조사 장치 및 그 방법
KR100628271B1 (ko) 이온빔 조사를 이용한 배향법
KR20050045607A (ko) 전자 빔 조사 장치 및 그 운용 방법
KR20040083127A (ko) 이온 빔 조사를 이용한 배향막 형성 방법
KR20040083181A (ko) 멀티 도메인 배향막 형성 방법
KR20020046757A (ko) 액정표시소자 제조방법
KR20040086058A (ko) 횡전계방식 액정 표시 장치 제조 방법

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: 20120330

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130329

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160329

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170320

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190318

Year of fee payment: 15