CN1332414C

CN1332414C - 离子束辐照设备

Info

Publication number: CN1332414C
Application number: CNB2003101214974A
Authority: CN
Inventors: 李润复; 咸溶晟
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: KR20040058896A; KR100484949B1; US7223990B2; US20040124371A1; CN1638013A

Abstract

本发明公开了一种离子束辐照设备，其包括：支撑基板的夹具；以及离子束源，其距离基板预定距离，并倾斜以基本平行于基板，并向基板辐照离子束。

Description

离子束辐照设备

本申请要求2002年12月27日提交的韩国专利申请No.2002-85414的优先权，在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及离子束辐照设备，尤其涉及在液晶显示器(LCD)制造工艺中将离子束辐照到配向层(alignment layer)上从而提供统一的液晶取向的离子束辐照设备。

背景技术

一般来说，阴极射线管(CRT)已广泛用于显示图像信息。然而，CRT有许多缺点，例如由于其屏幕尺寸而导致的笨重、庞大。

此外，随着电子工业的迅速发展，曾用于有限用途(例如电视机)的显示设备目前广泛用于多种用途，例如个人计算机、膝上型计算机、移动设备以及车辆仪表板等。而且，随着便于传输大量视频信息的信息和通信技术的发展，可以处理并显示大量视频信息的下一代显示器变得更为重要。

在下一代显示器中，液晶显示器(LCD)是最有吸引力的，原因在于LCD具有许多优点，包括重量轻、耗电量低、灵便、紧凑、价格低廉等。

LCD的分辨率优于其它平面显示设备，而且它具有与CRT一样快速的响应速度，可用于显示运动图像。

利用液晶的光学各向异性和偏振特性来驱动LCD。由于液晶分子具有细长结构，因而在排列时具有特定的取向和极性。液晶分子的取向可通过向其施加电磁场而调节。因此，通过调节液晶分子的取向，液晶分子可以根据分子的取向而有选择地透射或阻挡光线，由此可以获得彩色图像。

图1显示了传统LCD的示意图。在图1中，LCD 100包括下基板101和上基板102、以及设置在下基板101和上基板102之间的液晶层190。下面将简要描述上基板101和上基板102的结构。

首先，下基板101包括：在第一透明基板111上由诸如金属的导电材料形成的栅极121；以及由淀积在第一透明基板111上、同时覆盖栅极121的氮化硅(SiNx)层或氧化硅(SiOx)层形成的栅绝缘层130。

可以在栅绝缘层130与栅极121相对应的一部分上由非晶硅形成有源层141，在有源层141上由非晶硅形成掺杂的欧姆接触层151和152。

在欧姆接触层151和152上由诸如金属的导电材料形成成源极和漏极161和162。源极、漏极以及栅极161、162和121构成薄膜晶体管(TFT)。

在栅绝缘层130上由氮化硅层、氧化硅层，或有机绝缘层形成钝化层170，同时覆盖源极和漏极161和162。此外，钝化层170具有暴露漏极162的表面的接触孔171。在钝化层170的像素区域上由透明导电材料形成像素电极181，使得像素电极181通过接触孔171与漏极162相连。

在像素电极181上形成由聚酰亚胺基材料构成的第一配向层191。可以沿预定取向摩擦第一配向层191的暴露表面。

栅极121与选通线相连，而源极161与数据线相连。选通线和数据线彼此垂直相交以限定像素区域。

上基板102与下基板101相对设置。上基板102具有第二透明基板110，其与第一透明基板111相对设置，二者之间有预定间隔。

黑色矩阵120对应于TFT设置在第二透明基板110上，该黑色矩阵120防止光从非像素区域泄漏。

在第二透明基板110上形成由交替排列的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)构成的滤色器131，并覆盖黑色矩阵120。滤色器131的一种颜色对应于一个像素区域。滤色器131可通过染色工艺、印刷工艺、颜料分散工艺、或电极淀积工艺形成。

在滤色器131上形成由透明导电材料构成的公共电极140，在该公共电极140上形成由聚酰亚胺基材料构成的第二配向层150，并对其进行摩擦以获得预定的取向。

液晶层190位于第一和第二配向层191和150之间。液晶层190的液晶分子的初始取向由第一和第二配向层191和150的取向确定。

下面将介绍确定LCD中的液晶分子的初始取向的配向层的形成工艺。

首先进行淀积配向层和以预定取向排列该配向层的处理。

聚酰亚胺基有机材料一般可用于配向层，摩擦处理可用于排列配向层。

在摩擦处理中，首先将聚酰亚胺基有机材料涂覆在基板上，然后，在溶剂在约60～80℃的温度下挥发之后进行配向。在此之后，在约80-120℃的温度下使有机材料硬化，从而形成聚酰亚胺配向层。随后，使用诸如丝绒的摩擦布按预定的方向进行摩擦，以形成取向图案。该摩擦处理具有几个优点，包括工艺简单、可大规模生产、取向稳定、以及易于控制预倾角。

但是，由于摩擦处理是通过摩擦布与配向层直接接触来进行的，所以摩擦所产生的颗粒可能会污染元件，而且基板上的TFT器件可能由于产生的静电而遭到损坏。因此，需要另外的清洗处理。并且，在将摩擦处理应用于具有大尺寸屏幕的LCD时，配向层的取向可能会不一致，使LCD的合格率降低。

为了解决摩擦处理的上述问题，提出了无摩擦取向技术。

无摩擦取向技术的实例有使用Langmuir-Blodgett膜的工艺、使用紫外线辐照的光取向工艺、使用倾斜淀积SiO₂的工艺、使用通过光刻工艺形成的微槽的工艺、以及使用离子束辐照的工艺。

在这些工艺中，离子束辐照工艺的优点在于：可使用传统的取向材料，并且可应用于制造具有大尺寸屏幕的LCD的工艺，同时克服了由摩擦处理引起的那些问题。

图2显示了用于形成配向层的传统离子束辐照设备的示意图。如图所示，传统的离子束辐照设备260可分成三个区域：等离子体生成区203，在这里，注入气体被离子化成离子和电子以生成等离子体；离子束加速区206，在这里，离子被转化成离子束并被加速；以及离子束辐照区211，在这里，被加速的离子束210辐照在基板上。在等离子体生成区203中离子化注入气体，并且将离子导出、加速并辐照到基板220上。将离子束辐照设备260设置为使得离子束210辐照到固定在真空容器240中的夹具221上的基板220上。

离子束辐照设备260包括离子束源200、真空容器240、以及夹具221。离子束源200包括阴极201、阳极202、离子束释放介质204、以及离子束加速介质205。将真空容器240设计为能够使从离子束源200产生的离子束210直线地辐照到基板220上。此外，夹具221将基板220固定住，以使基板能够在真空容器240内保持预定的角度。

尽管在图中没有显示，但在离子束源200与基板220之间可以设置快门，以调节离子束在基板220上的辐照时间。

离子束源200生成离子并形成离子束210。通过阴极201与阳极202之间的电位差来离子化注入气体，以生成含有电子和离子的等离子体。所生成的等离子体中的离子通过放电电极穿过离子束释放介质204，然后作为离子束210释放。通过施加给离子束加速介质205的电场对从等离子体释放的离子束210进行加速，然后以预定的角度辐照到基板220上。

基板220相对于辐照的离子束210倾斜预定的角度。结果，通过离子束210在基板220上沉积形成预定取向图案的配向层，由此确定了液晶分子的初始取向(即预倾角)。

配向层所用的聚酰亚胺有机材料的化学结构可分为主链和支链。主链用于在特定的方向排列液晶分子，而支链用来形成预倾角。特别地，将支链设计为通过与辐照的离子束发生反应而在预定部分切断，以使液晶分子能够具有特定的取向。

如上所述，在垂直于离子束源200的方向释放从离子束源200生成的离子束210。通过辐照到以预定角度θ1倾斜的基板220上的离子束的离子束辐照角度θ2来确定液晶分子的预倾角。离子束辐照角度θ2表示离子束辐照方向与垂直于基板220的方向之间的夹角。

图3显示了离子束辐照角度θ2与预倾角之间的关系。

图3显示了预倾角根据离子束辐照角度的变化。即，当离子束辐照角度在40-60°范围内时，可获得预倾角的最大值。当离子束辐照角度小于40°或大于60°时，预倾角小于5°。

例如，扭转向列(TN)LCD需要约5°的预倾角，平面切换(IPS)LCD需要约2°的预倾角。因此，对于TN LCD，将离子束辐照角度设定为约40-50°，而对于IPS LCD，将其设定为约10-20°。

因此，为了一致地获得所需预倾角，离子束应该以适当的角度和均匀的能量辐照。为了通过把来自离子束源的离子束沿垂直于释放和加速介质的纵轴方向释放，并使其辐照在配向层上来获得所需的预倾角，应当适当倾斜基板，以使离子束能够以所需的辐照角度到达基板。然而，当基板倾斜时，从离子束源到上基板和下基板的距离是不一致的，离子束的作用从上部到下部发生变化。

图4显示了用于形成配向层的传统离子束辐照设备中的离子束源与基板之间的关系。如图所示，从离子束源300释放的离子束310通过穿透部分301到达基板320表面的距离随着基板320的表面的位置而变化。因为基板320以预定角度θ1倾斜，从离子束源300到基板320之间的距离沿基板320的垂直方向从最小长度Lmin变化到最大长度Lmax。

结果，落在淀积在基板320上的配向层的表面的离子束310的能量不同。该能量与每单位面积的离子束310的数量以及离子束310的速度成比例。随着离子束传播距离的增加，速度也随之增加。

由此，远离离子束源300的那部分表面上的粒子之间的碰撞几率增加，而粒子束的直线性和能量的强度降低了，因而取向效果降低。因此，不能一致地形成配向层。

发明内容

因此，本发明致力于离子束辐照设备，其可基本上避免由于现有技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题。

本发明的一个优点在于提供了一种离子束辐照设备，其能够通过在淀积在基板上的配向层的整个表面上辐照等强度的离子束能量而形成在其整个表面上具有均匀取向特性的配向层。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明中进行阐述，对于本领域的一般技术人员，一部分可以通过说明书而明了，或者可以通过本发明的实践而体验到。通过说明书、权利要求书和附图中具体指出的结构，可以实现或获得本发明的这些和其它优点。

为了实现本发明的这些优点，并根据本发明的目的，正如在此实施并概括描述的那样，提供了一种离子束辐照设备，其包括：支撑基板并位于真空容器中的夹具；以及离子束源，该离子束源距基板预定距离，并相对于所述真空容器底部而倾斜以基本平行于基板，并向基板辐照离子束。

在本发明的另一个方面中，公开了一种向基板辐照离子束的方法，其包括：以第一角度支撑具有配向层的基板；产生离子束以向整个基板辐照离子，其中，离子束在整个基板上以相同的角度和能量轰击基板，并且所有离子束的传播距离基本相同。

可以理解，前面的概述和下面的详细描述都是示例性和说明性的，旨在为权利要求所限定的本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图帮助更好地理解本发明，并构成本申请的一部分，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。

在附图中：

图1是传统液晶显示器的示意性截面图；

图2是传统离子束辐照设备的视图

图3显示了传统离子束辐照设备中辐照角度与预倾角之间的关系；

图4显示了传统离子束辐照设备中离子束源与基板之间的关系；

图5是根据本发明实施例的离子束辐照设备的示意图；以及

图6显示了根据本发明实施例的离子束辐照设备中离子束源与基板之间的关系。

具体实施方式

现将对本发明的优选实施例进行详细说明，其实例在附图中显示。

图5显示了根据本发明实施例的离子束辐照设备。如图所示，离子辐照设备460可分为三个区域：等离子体生成区403，在此，注入气体被离子化成离子和电子，以生成等离子体；离子束释放/加速区406，在此，离子作为离子束被释放并加速；以及离子束辐照区411，在此，经过加速的离子束410辐照基板420。在等离子生成区403中离子化注入气体，并且将这些离子释放、加速并辐照到基板420上。将离子束辐照设备460设计为使得离子束410辐照到固定在真空容器440中的夹具421上的基板420上。

离子束辐照设备460包括离子束源400、真空容器440、以及夹具421。离子束源400包括阴极401、阳极402、离子束释放介质404、以及离子束加速介质405。将真空容器440设计为使得从离子束源400产生的离子束410可以直线地辐照到基板420上。此外，夹具421固定基板420，以使基板420能够在真空容器440内保持预定的角度。注入到离子束源400中用以生成离子束410的气体可以是惰性气体，例如Ar、Kr、和Xe。

尽管在图中没有显示，但是可以在离子束源400与基板420之间设置快门，以调节离子束在基板420上的辐照时间。

离子束源400生成离子并形成离子束410。通过阴极401与阳极402之间的电位差使注入气体离子化，以生成含有电子和离子的等离子体。所生成的等离子体中的离子通过放电电极穿过离子束释放介质404，并且随后作为离子束410释放。通过施加给离子束加速介质405的电场对从所释放的等离子体中释放出来的离子束410进行加速，并随后以预定的角度辐照到基板420上。

离子束释放介质404与离子束加速介质405都倾斜，以平行于倾斜的基板420，以使从离子束释放介质404释放，并由离子束加速介质405加速的离子束410能够以相同的能量辐照在基板420的整个表面上。

由于作用在基板420的表面上的离子束410具有均匀的能量，所以在基板420上形成的配向层具有均匀的取向特性。

在本发明的另一个实施例中，还可以将离子束释放介质404设计为不是倾斜而是垂直设置，以使离子束410可以沿垂直于离子束释放介质404的纵轴的方向而释放。离子束加速介质405设计为平行于基板420，以使从离子束加速介质405加速的离子束到基板420的传播距离在整个基板420上相等。

在这种情况下，根据离子束加速介质405相对于与其纵轴垂直的方向所倾斜的倾斜角度，以预定角度释放穿过离子束加速介质405的穿透部分的离子束410。

在根据倾斜角度的方向上释放离子束意味着在垂直于离子束源的方向上的离子束释放角度随着基板倾斜角度的增加而增加。即，以相对于与离子束源400垂直的方向的预定角度释放离子束，因而离子束410可以相对于基板420以所需的角度进行辐照。

配向层所用的聚酰亚胺的化学结构可分为主链和支链。主链用于按照特定方向排列液晶分子，而支链用于形成预倾角。

特别地，将支链设计为通过与辐照的离子束反应而在预定部分切断，以使液晶分子能够具有特定的取向。

由于从离子束源400到基板420的上部与下部的传播距离相等，所以在上述的离子束辐照设备中，离子束均匀地作用于基板420的整个表面。

图6显示了根据本发明的另一个实施例的离子束辐照设备中离子束源与基板之间的关系。

在附图中，省略了等离子体生成区、阴极和阳极。只显示了通过离子束释放介质和离子束加速介质的穿透部分501进行离子束辐照的路径。

离子束源500可以以预定角度θ1倾斜，该角度与基板520的倾斜角度相同，倾斜基板520以在液晶中形成预倾角。因此，进行辐照的离子束510穿过离子束源500的穿透部分501到达基板520的表面。在这一点上，离子束510的传播距离在整个基板520上变得一致。

根据离子束源500的倾斜角度，以预定角度释放穿过离子束源500的穿透部分501的离子束510。因此，液晶分子的预倾角由离子束510的辐照角度θ2确定。

因为无论离子束510落在基板520的何处，它在离子束源500与基板520之间的传播距离都相同，所以落在单位面积中的离子束的数量和离子束510的速度在基板520的整个表面上变得均匀。因此，施加给配向层上部与下部区域的离子束能量变得彼此相同。

如上所述，通过对离子束源500进行取向使其与基板520平行，并以相对于离子束源500的法线的预定角度θ2把离子束510辐照到配向层上，通过配向层取向的液晶分子具有均匀的预倾角。

对于本领域的技术人员，很显然可以对本发明进行多种改进和变化。因此，如果这些改进和变化落在所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明涵盖这些改进和变化。

Claims

1.一种离子束辐照设备，其包括：

支撑基板并位于真空容器中的夹具；以及

离子束源，其距离基板预定距离，并相对于所述真空容器底部而倾斜以基本平行于基板，并向基板辐照离子束。

2.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，离子束源包括：

离子发生器，用于将注入气体离子化成离子和电子；

释放器，用于将离子作为离子束释放；以及

加速器，用于将所释放的离子束朝向基板加速。

3.根据权利要求2所述的离子束辐照设备，其中，加速器基本平行于基板。

4.根据权利要求2所述的离子束辐照设备，其中，释放器基本平行于基板。

5.根据权利要求2所述的离子束辐照设备，其中，离子发生器基本平行于基板。

6.根据权利要求2所述的离子束辐照设备，其中，释放器与加速器基本平行于基板，离子发生器以不同于加速器和释放器的角度倾斜。

7.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，基板包括在其表面上形成的配向层。

8.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，离子束由从包括Ar、Kr、Xe的气体组中选择的惰性气体形成。

9.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，从离子束源相对于离子束源的垂直方向成一个角度释放离子束，并且该角度对应于基板的倾斜角度。

10.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，从离子束源相对于离子束源的垂直方向成一个角度放电离子束，并且该角度等于基板的倾斜角度。

11.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，离子束以约40°-50°的角度辐照基板。

12.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，离子束以约40°-60°的角度辐照基板。

13.根据权利要求1所述的离子束辐照设备，其中，离子束以约10°-20°的角度辐照基板。

14.一种向基板辐照离子束的方法，其包括：

以第一角度支撑具有配向层的基板；

产生离子束，以向整个基板辐照离子，其中，离子束在整个基板上以相同的角度和能量轰击基板，并且所有离子束传播基本相同的距离。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，生成离子束的方法包括：

将注入气体离子化成离子和电子

将离子作为离子束释放；以及

朝向基板加速所释放的离子束。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，注入气体选自Ar、Kr、以及Xr的组。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，离子束以大约40°-50°的角度辐照基板。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，离子束以大约40°-60°的角度辐照基板。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，离子束以大约10°-20°的角度辐照基板。