Polyimide 배향막을 이용하여 ion beam 배향된 IPS cell의 신뢰성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

LCD 산업은 이제 성숙기의 산업으로 진입하여 좀 더 우수한 품질을 싸게 만들기 위한 대면적화와 혁신활동에 많은 기술적 자원이 투입 되고 있으며, 대면적화에 따라 발생하는 문제점의 해결을 위한 공정혁신활동의 중요성이 매우 크다고 할 수 있다. 본 연구에서는 LCD Panel과 원장기판의 대면적화에 있어 종래의 접촉식 Rubbing 배향공정의 문제점으로 거론되는 Uniformity저하, Scratch 등의 불량해결을 위한 비접촉 배향기술 중 Ion Beam 배향기술의 양산화 가능성에 대하여 연구를 진행하였다.
액정의 Directional Orientation을 부여하는 배향공정의 Mechanism은 아직까지 명확히 규명되지 않았지만, 일반적으로 종래 Rubbing 배향공정 에서는 Rubbing을 통해 배향막내 분자들이 Reorientation 또는 Elongation됨으로써 배향막의 Anisotropy 특성을 부여하게 되고 이것을 따라 액정들이 Chemically Interaction하여 배향되거나, Rayon포에 의해 형성된 표면 Groove를 따라 액정이 배향되는 원리로 설명되어진다. Ion Beam 배향의 경우 Ar+ 입자를 경사방향으로 조사할 때 배향막 내 분자구조 중 입사각도에 Parallel한 σ-bond만 선택적으로 남게 되어 배향막의 Anisotropy 특성을 부여하게 되고 남아있는 Parallel 한 ringlike σ-bond의 π-orbital에 액정의 π-orbital이 π-π interaction을 통해 배향된다고 설명되어진다. 위와 같은 원리를 가지는 Ion Beam 배향방법은 Polyimide, DLC, SiO2 등의 다양한 유/무기 배향막에서 액정배향이 가능하다는 여러 차례의 연구 결과가 발표된 바 있으며 그 효과 또한 여러 차례 확인된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 IPS Cell의 Rubbing 배향공정을 대체 할 수 있는지에 대한 평가를 위하여 Ion Beam 배향기술을 이용하여 제작된 IPS Cell의 신뢰성을 평가함으로써 양산화 기술로서의 가능성을 검증하고자 하였다.
우선 신뢰성 평가에 앞서 Ion Beam 조사를 통해 IPS 액정의 Pre-tilt Angle을 종래와 유사한 수준으로(1~2°) 형성하기 위한 조건을 도출하였는데 종래의 결과를 통해 얻어진 Ion Beam의 Incident Angle를(15°) 이용하여 실험한 결과 Beam Energy를 높일수록, Dose량은 낮출수록 Pre-tilt를 낮출 수 있으며 이를 통해 Incident Angle 15°, 700eV, 2.5x1015ions/cm2에서 그 최적 조건을 도출할 수 있었다. 또한 형성된 Pre-tilt Angle은 시간 / 열적인 Stress에 대하여 안정적인 특성을 보였으며 배향막 종류에 따라 산포의 차이는 있지만 동일한 경향을 보이는 것을 확인 할 수 있었다.
그러나 Cell 특성의 가장 중요한 특징이라 할 수 있는 Black휘도 특성과 잔상특성을 평가한 결과 최적 조건으로 도출된 조건에서 종래대비 20% 개선된 Black휘도 특성을 나타낸 것을 제외하고 타 조건에서는 종래의 접촉식 배향방법에서 나타나는 Scratch성 빛샘이 발생하지 않았음에도 불구하고 더 높은 Black휘도 특성을 보였다. 또한 Cell의 잔상 특성에서는 모든 조건에서 종래보다 저하된 결과를 얻었는데, 특히 초기잔상 특성에서는 DC Effect에 의하여 종래의 Rubbing 방법보다 15% 이상 높은 잔상특성을 보였으며 초기 이후에도 Low Azimuthal Anchoring Energy에서 나타나는 영구성 AC 잔상까지 발생하여 소멸되지 않는 등 종래 Rubbing 배향 공정을 대체할 수 있는 기술로서는 Cell 신뢰성 면에서 아직 개선해야 할 많은 부분이 있다는 사실을 확인 할 수 있었다.
이러한 저하된 잔상 특성은 앞서 설명한 Ion Beam 배향의 Mechanism에서 추론 할 수 있는데 Ar입자에 의해 파괴된 배향막 분자 사슬이 결국 DC Effect를 유발하고, 배향막의 ringlike σ-bond선택적 파괴에 의해 액정과 Chemically interaction을 할 수 있는 π-orbital의 밀도가 감소되면서 발생하는 문제로 추정된다.
따라서 Ion Beam 배향기술의 Scratch성 불량해결과, 대면적화가 용이한 장점을 살릴 수 있도록 하기 위해서는 언급된 선택적으로 파괴된 분자사슬을 안정화 시키고, Anchoring Energy를 증가시킬 수 있는 새로운 시도가 필요할 것으로 판단된다.