专利名称：液晶显示器的配向膜的制造方法和在其中使用的蚀刻设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置的配向膜的制造方法和在其中使用的蚀刻设备，且更具体而言，涉及一种通过不使用掩模图案局部蚀刻配向膜来制造配向膜的方法及其配向膜蚀刻设备。
背景技术：
通常，使用液晶显示器(LCD)显示图像涉及一种液晶(LC)配向技术，其中将液晶分子在给定的方向配向。
传统上，通过在基板上印刷由聚酰亚胺或聚合物制成的有机薄膜形成配向膜，并且在配向膜上使用采用诸如天鹅绒的布缠绕的滚筒来形成配向槽，从而进行LC配向。
在使用有机薄膜形成配向膜的情形，配向膜的潜在位置必须可以沿基板上的有源区被精确地控制，并且需要形成具有均匀厚度的配向膜的印刷技术。不幸地是，随着玻璃母板的尺寸越来越大，难于满足这些要求。具体而言，在将由聚酰亚胺制成的有机配向膜长时间暴露在强紫外线下时，可以改变配向膜的本性，这可以恶化配向膜的配向特性。
最近，为了克服这样的缺点，尝试开发使用无机材料的新型配向膜。新提出的配向膜的一个实例是类金刚石碳(DLC)薄膜。
在使用DLC薄膜的传统方法中，通过等离子体增强化学气相沉积(PECCVD)在基板上形成DLC薄膜。液晶显示设备包括滤色器基板和TFT基板。形成于整个滤色器基板表面上的公共电极通过传输电极与TFT基板电连接。为了通过传输电极电连接TFT基板与滤色器基板，必须构图设置在电极焊盘上的DLC薄膜以暴露电极焊盘，从而它可以粘结到传输电极。DLC薄膜通过光刻工艺来构图以暴露电极焊盘。
如上所述，使用DLC薄膜的传统方法涉及用于构图DLC薄膜的光刻工艺，需要掩膜、曝光设备、蚀刻设备等。即需要大量的时间和大量的工艺设备用来形成配向膜，结果使制造成本增加。
发明内容
本发明提供了一种制造液晶显示装置的配向膜的方法，通过所述方法可以在准确的位置构图配向膜。本发明还提供了在制造配向膜的方法中使用的配向膜蚀刻设备。
通过研究以下的描述、附图和权利要求，本领域的技术人员将更加清楚本发明的上述的目的以及其它目的、特征和优点。
根据本发明的一方面，提供了一种制造液晶显示装置的配向膜的方法，所述方法包括在基板上形成配向膜，所述基板在对应于用于将电压施加到公共电极的传输电极的位置具有电极焊盘，且在不使用掩模图案的情况下蚀刻配向膜以暴露电极焊盘。根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造液晶显示装置的配向膜蚀刻设备，所述设备包括对其施加了高频电压电源的高电压电极、地电极、和产生用于蚀刻配向膜以在相应于传输电极的位置形成电极焊盘的环境等离子体的介电喷嘴，所述传输电极用于将来自薄膜晶体管(TFT)基板提供的电压施加到形成于滤色器基板上的公共电极，其中配向膜设置于TFT基板和滤色器基板的至少一个之上。
参考附图，通过详细描述其示范性实施例，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加显而易见，在附图中图1是根据本发明的实施例的液晶显示装置的配向膜蚀刻设备的示意图；图2A是示出根据图1所示的配向膜蚀刻设备的工艺温度的类金刚石碳(DLC)配向膜的蚀刻速度的曲线图；图2B示出通过图1所示的配向膜蚀刻设备蚀刻的配向膜的图像；图3是示出根据本发明的实施例的使用配向膜的制造液晶显示装置的方法的流程图；图4是具有通过根据图3所示的本发明的实施例的方法制造的配向膜的TFT基底的平面图；图5是包括图4所示的具有配向膜的TFT基底和滤色器基底的液晶显示装置的横截面图。
具体实施例方式
以下示范性实施例的详细描述和附图，本发明的优点和特征以及实现其的方法可以更容易被理解。然而，可以将本发明以许多不同的形式实现，且不应解释为限于这里阐释的实施例。而是提供这些实施例使得本发明充分和完整，且向那些本领域的技术人员全面地传达本发明的构思，且本发明将仅由权利要求来界定。通篇相似的参考标号指示相似的元件。
为了描述的方便，在这里可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或另一元件特征的关系或如图中所示的关系。可以理解空间相对术语旨在在图中所绘的方向的基础上，包含在使用或操作中装置的不同方向。例如，如果在图中的装置被翻转，被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件则应按在其他元件或特征“上方”取向。因此，示范性术语“下方”可以包含“下方”和“上方”两个方向。装置还可以有其它取向(旋转90度或按其它的取向)且对应地解释这里所使用的空间相对描述语。
现将详细描述根据本发明的实施例的液晶显示装置的配向膜的制造方法以及在其中使用的配向膜蚀刻设备。
图1是根据本发明的实施例的液晶显示装置的配向膜蚀刻设备100的示意图。
参考图1，配向膜蚀刻设备100包括对其提供了高频电压电源的高电压电极135、地电极130和夹置于高电压电极135和地电极130之间且具有用于蚀刻其中形成的配向膜114的环境等离子体的介电喷嘴120。即根据本发明的配向膜蚀刻设备100在没有掩模图案的情况下使用环境等离子体局部蚀刻配向膜114。
高电压电极135和地电极130彼此相对且基本垂直于基板110设置。夹置于高电压电极135和地电极130之间的介电喷嘴120将高电压电极135和地电极130从彼此绝缘且被用作用于形成环境等离子体的反应气体160的供给通道。
将用于控制到喷嘴120的反应气体160流量的质量流量控制器(MFC)140安装在喷嘴120的上部。将用于供给到喷嘴120的反应气体160的反应气体供给单元150连接到MFC140。然而，在可替换的实施例中，反应气体供给单元可以设置于MFC内。
当反应气体160从MFC140通过喷嘴120时，将高频电压施加在高电压电极135和地电极130之间，使得产生辉光放电。结果将反应气体160转变为等离子体。
“等离子体”状态指的是其中将中性的原子或分子激励以被分开为离子和电子的电中性状态。与气体比较，等离子体是高能状态，且包括大量高活性基，从而可以蚀刻将被蚀刻的物体。当反应气体160通过喷嘴120时，等离子体密度逐渐增加。当反应气体160从高压电极135和地电极130的下端分开时，等离子体密度减小且活性基的量相应减小。
顺序形成于基板110上的导电膜112和配向膜114设置在喷嘴120下。在示范性实施例中，TFT基板或滤色器基板可以被用作基板110且无机配向膜可以被用作配向膜114，形成液晶显示装置。
TFT基板包括多条栅线、数据线和像素电极。栅线在行方向延伸，用于传输栅信号，且数据线在列方向延伸，用于传输数据信号。像素电极连接到栅线和数据线，且包括开关元件和维持电容器。
滤色器基板可以设置于TFT基板上且包括在对应于像素电极的区域的红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色器以表现用于各种像素的颜色。由诸如ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)的透明导电材料制成的公共电极形成于滤色器上。
液晶显示器包括TFT基板、滤色器基板和具有折射率各向异性且夹置于TFT基板和滤色器基板之间的液晶层。通过外部施加的电压，液晶层经历其取向的改变来调整通过液晶层的光的透射。用于实现液晶层的配向的配向膜形成于TFT基板和滤色器基板上。
这里，将公共电压通过TFT基板施加到形成于滤色器基板的公共电极上。为此，形成导电传输电极以将形成于滤色器基板上的公共电极与在TFT基板上的导电膜连接。
因为配向膜形成于TFT基板上的导电膜和传输电极之间，因此必须暴露导电膜的预定部分，即导电膜上的电极焊盘，用于通过在电极焊盘的位置局部蚀刻配向膜从而将传输电极粘结到电极。另外，因为配向膜形成于滤色器基板的公共电极和传输电极之间，还需要形成具有预定的暴露部分的公共电极，即电极焊盘，用于通过在公共电极上电极焊盘的位置局部蚀刻配向膜从而将传输电极粘结到公共电极上的电极焊盘。
根据本发明的实施例的配向膜蚀刻设备100的使用允许导电膜112具有预定的暴露部分，即电极焊盘116，通过局部蚀刻设置在喷嘴120下的配向膜114的表面而形成，喷嘴120具有通过其排出从反应气体160产生的环境等离子体的下部。这里，可以使用诸如ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)的透明导电膜或金属引线作为导电膜112。
在其中图1所示的基板110为滤色器基板的情形，导电膜112可以是形成于滤色器上的公共电极。另外，在基板110是TFT基板的情形，导电膜112可以是形成于TFT基板上的导线，以将公共电压施加到公共电极。
例如，可以使用无机配向膜作为配向膜114。配向膜114的实例包括类金刚石碳(DLC)、氢化非晶硅、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、玻璃、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化铈IV(CeO2)、氧化锡(SnO2)、钛酸锌(ZnTiO3)等。就透明度和硬度而言，可以使用DLC薄膜作为配向膜114。因为使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，即所谓的表面沉积工艺形成无机配向膜114，所以与其中使用了利用树脂板的印刷方法的现有技术相比，其生产是有优势的。本发明不限于无机配向膜且可以被应用到有机配向膜。然而，为了方便解释的原因，将通过例举无机配向膜来描述本发明。
在实例中，通过从反应气体160产生的环境等离子体，配向膜114被很好地蚀刻但设置于配向膜114下的导电膜112则几乎不被蚀刻。这就是说，使用具有相对于配向膜114具有高蚀刻选择性的反应气体160在蚀刻配向膜114时保护导电膜112免受损伤。反应气体160的有用的实例包括空气、He、O2、F2或其组合。为了控制反应速度，可以将诸如He、O2、F2或其组合的气体加入空气。
在通过局部蚀刻配向膜114来进行构图以获得均匀的轮廓中，使用环境等离子体的蚀刻速度是重要的因素。因此，适当地调整了施加到围绕喷嘴120设置的高压电极135的功率和频率、从MFC140引入的反应气体160的供给量、用于蚀刻的工艺温度以及喷嘴120的形状，从而蚀刻具有小于几毫米直径的面积配向膜114。
例如，使得喷嘴120的内直径小于电极焊盘160的直径，从而控制配向膜114的蚀刻面积。
另外，可以根据玻璃母板的尺寸、传输电极的数量和工艺线所需的节拍时间来适当地决定喷嘴120的数量。
图2A是示出根据图1所示的配向膜蚀刻设备的工艺温度的类金刚石碳(DLC)配向膜的蚀刻速度的曲线图。在该实验样品中，将DLC薄膜沉积到大约150的厚度，然后使用MFC以大约100sccm(每分钟标准立方厘米)的流速使O2反应气体流动以产生用于蚀刻DLC薄膜的环境等离子体。随着时间的迁移，测量蚀刻掉的DLC膜的深度用于计算蚀刻速度。这里，采用100、150、200、250和300℃的工艺温度，准备了五个测试样品。
如图2A所示，随着工艺温度上升，蚀刻速度显著增加。例如，当DLC配向膜具有几微米的厚度时，为了对于小于几毫米的直径的面积获得均匀的轮廓，优选地在大约300℃或以下的温度使用环境等离子体来蚀刻DLC配向膜。如图2A所示，当工艺温度高于300℃时，预期蚀刻速度显著增加上到每分钟几微米，使得相当难于均匀地蚀刻配向膜。另外，当工艺温度极低时，基本没有进行蚀刻。因此，考虑到操作效率，为了获得稳定的蚀刻速度，优选地在大约100℃或更高的温度来进行蚀刻。
图2B示出通过图1所示的配向膜蚀刻设备蚀刻的配向膜的图像。如图2B所示，使用配向膜蚀刻设备100，局部地蚀刻例如大约1mm×2mm的尺寸的配向膜(B)，由此暴露设置于配向膜(B)下的电极焊盘(A)。如上所述，根据本发明的实施例的配向膜蚀刻设备100能够局部蚀刻具有大约1到2mm直径的面积的配向膜(B)。
现将参考图3到5描述具有使用配向膜蚀刻设备100形成的配向膜的TFT基板或滤色器基板的制造方法。
图3是示出根据本发明的实施例的使用配向膜的制造液晶显示装置的方法的流程图。图4是具有通过根据图3所示的本发明的实施例的方法制造的配向膜的TFT基板的平面图。图5是包括图4所示的具有配向膜的TFT基板和滤色器基板的液晶显示装置的横截面图。
如图3所示，液晶显示装置的制造方法包括在步骤S310中形成TFT基板和滤色器基板；在步骤S320中进行液晶单元工艺；和在步骤S330中进行模块工艺。
这里，在步骤S310中，在大玻璃基板(其后称为玻璃母板)上形成薄膜晶体管阵列(TFT阵列)以形成TFT基板。在滤色器基板上形成公共电极。
在步骤S310中制备TFT基板和滤色器基板之后，将所得的结构在步骤S320中经受液晶单元工艺。在步骤S320中，在玻璃母板上形成配向膜和密封线以界定多个液晶单元，将液晶浸渍在液晶单元中，将两个玻璃母板彼此粘结，且使用各种切割工具来切割单独的液晶单元，从而生产液晶面板。
在步骤S330中，进行用于将提供电信号的驱动电路贴附到液晶单元的模块工艺。
现在，将更详细地描述液晶单元工艺(S320)。
首先，如图3所示，液晶单元工艺(S320)包括在步骤321中形成无机配向膜；在步骤322中局部蚀刻配向膜；在步骤323中形成传输电极；在步骤S324中形成密封线并浸渍液晶；在步骤S325中组装，和在步骤S326中切割单元单位。在步骤S321中，在像素电极上以及在TFT基底和滤色器基底上方形成的公共电极上分别形成无机配向膜。这里，配向膜在整个基板形成为均匀的厚度。在该工艺期间，均匀地排列液晶分子以便在整个屏幕上施加均匀的显示性能。
配向膜应当与由ITO(氧化铟锡)制成的电极的表面良好地粘结，并能够在200℃或以下的温度形成大约1000或更小的均匀的薄膜。另外，配向膜应当具有高化学稳定性，使得其不与液晶反应。另外，配向膜应在电学上没有电荷陷阱且具有足够高的电阻率使得液晶操作不被影响。另外，配向膜即使暴露于强紫外(UV)线下也应在物理性能上表现小的变化。基于前述考虑，无机配向膜可以被用作配向膜。配向膜的实例包括DLC薄膜，氢化非晶硅、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、玻璃、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化铈IV(CeO2)、氧化锡(SnO2)、钛酸锌(ZnTiO3)等。透明且硬的DLC薄膜被用作配向膜。
根据工艺条件，可以进一步进行其中利用离子束或原子束在预定的取向对准配向膜的表面的工艺。
在步骤S321中完成配向膜形成工艺之后，在步骤S322中局部蚀刻设置于与TFT基板上或滤色器基板上的传输电极对应的位置的配向膜。可以利用环境等离子体采用图1所示的配向膜蚀刻设备100来局部蚀刻配向膜。在TFT基板和滤色器基板上局部蚀刻配向膜之后，在TFT基板和滤色器基板上设置的配向膜下设置的导电膜(例如，引线)或公共电极，分别形成用于各自的传输电极的电极焊盘。
在本发明的另一实施例中，可以使用YAG(钇铝石榴石)激光器来局部地蚀刻无机配向膜。因为YAG激光器能够会聚在具有几毫米直径面积的物体上，所以可以容易地将配向膜局部蚀刻。当蚀刻诸如DLC薄膜的无机配向膜时，为了防止在蚀刻工艺期间损伤设置于配向膜下的透明电极或公共电极，可以使用例如具有大约350到360nm波长的YAG激光器。使用第三谐波可以形成这样的YAG激光器。
在步骤S323中，在由局部蚀刻在TFT基板或滤色器基板上的配向膜而暴露的电极焊盘上形成传输电极。将公共电压通过TFT基板施加到形成于滤色器基板上的公共电极上。为此，在TFT基板上形成引线，且在或者TFT基板或滤色器基板上形成导电传输电极以将形成于滤色器基板上的公共电极连接到形成于TFT基板上的引线。
在以下的本发明的实施例中，将通过举例解释形成于TFT基板上的传输电极。
在步骤S324中将TFT基板和滤色器基板沿TFT基板的边缘彼此牢固地组合，传输电极夹置在其之间，且形成用于接收液晶的密封线。如图4所示，在TFT基板410上形成配向膜430，且沿TFT基板410的显示区的边缘设置密封线450。在密封线450的周边区域上设置传输电极440。
这里，通过密封剂和用于保持液晶的空间的分隔体来形成密封线，密封剂是一种用于将TFT基板和滤色器基板彼此粘结的粘结剂。
分隔体与在屏幕周边部分设置的密封线混和，用来在TFT基板和滤色器基板之间保持均匀的单元间隙，并且它还形成于液晶面板的有源区中。
在步骤S324中，将被夹置在TFT基板和滤色器基板之间的液晶浸渍到滤色器基板中。当在该示范性实施例中使用液晶浸渍方法时，可以设想在可替换的实施例中可以使用利用真空压力的液晶注入方法。
在对准其上形成具有密封线的TFT基板与具有浸渍于其中的液晶的滤色器基板之后，采用紫外线或热来固化密封线，用于在步骤S325中将TFT基板和滤色器基板彼此组装。由在设计每个基板时给出的裕量确定用于粘结两个基板的允许的误差。如图5所示，具有通过局部蚀刻配向膜430暴露的预定部分的在TFT基板410上设置的透明电极420，通过传输电极440，电连接到具有通过局部蚀刻配向膜530暴露的预定部分的滤色器在基板510上设置的公共电极520。
在步骤S326中包括TFT基底和滤色器基底的组装单元被切割为单元单位以形成液晶面板。在单元切割工艺中，可以使用由金刚石制成的轮子。
其后，可以附加地进行边缘研磨工艺。在液晶显示面板的边缘研磨工艺中，通过以高速旋转由金刚石制成的研磨石来研磨TFT基板和滤色器基板的横向表面和边缘。
然后，将偏振板贴附到液晶表面的两个表面上，且然后所得的液晶面板经历测试电光性能和图像质量的工艺。通过将信号施加到共同连接到液晶显示面板的栅线和数据线的短路条来测试液晶面板的电光性能。
其后，在步骤S330中进行模块工艺。在步骤S330中，将驱动IC安装在液晶面板上且将印刷电路板(PCB)贴附到其以使用模框和机架与背光单元组装。
这里，通过各种安装技术，包括TAB(带自动键合)、COB(板上芯片)、COG(玻璃上芯片)等，在液晶面板上安装驱动IC。PCB包括具有多层的各种电路元件，且通过柔性印刷电路与驱动IC电连接以形成液晶显示器的驱动电路单元。可替换地，可以通过表面安装技术(SMT)分开形成PCB以然后粘结到液晶面板。具有贴附到其的驱动IC和PCB的液晶面板被称为液晶显示面板组件。接下来，将分开制备的背光单元组装/组合到液晶显示面板组件的模框和机架，由此完成液晶显示装置。
如上所述，根据本发明，在构图无机配向膜中使用了利用环境等离子体的配向膜蚀刻设备100，由此优化了制造液晶显示器所需的时间以及最小化了制造其所需的设备。在通过局部蚀刻配向膜114来进行构图工艺以获得均匀的轮廓中，利用环境等离子体的蚀刻速度是重要的因素。因此，适当地调整施加到围绕喷嘴120设置的高压电极135的功率和频率、从MFC 140引入的反应气体160的供给量、用于蚀刻的工艺温度以及喷嘴120的形状，从而蚀刻具有小于几毫米直径面积的配向膜114。
对于详细描述作结论，本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明的原则的情况下可以对所述优选的实施例作许多的变化和修饰。因此仅在上位和描述的意思下并不为了限制的目的来使用本发明所公开的优选实施例。
权利要求
1.一种制造液晶显示装置的配向膜的方法，包括在基板上形成配向膜，所述基板在对应于用于将电压施加到公共电极的传输电极的位置具有电极焊盘；和在不使用掩模图案的情况下蚀刻配向膜以暴露所述电极焊盘。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻包括局部蚀刻所述配向膜的选定区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述配向膜的蚀刻是使用环境等离子体进行的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述环境等离子体由包括空气、He、O2、F2或其组合的反应气体形成。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述蚀刻是在大约300℃或以下的温度进行的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述配向膜的蚀刻是使用YAG激光器进行的
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述YAG激光器具有从大约350nm到大约360nm范围的波长。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述YAG激光器使用第三谐波。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板是滤色器基板且所述电极焊盘连接到公共电极。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板是薄膜晶体管基板，且在所述配向膜的蚀刻之后在所述公共电极上形成所述传输电极。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述配向膜由包括类金刚石碳的材料制成。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述配向膜的蚀刻包括在具有几毫米或更小的直径的区域局部地蚀刻所述配向膜。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括沿所述基板的显示区域的边缘形成密封线。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述密封线的周边区域上设置所述传输电极。
15.一种用于制造液晶显示装置的配向膜蚀刻设备，包括对其提供高频电压电源的高电压电极；地电极；和设置于所述高电压电极和地电极之间的介电喷嘴，所述介电喷嘴产生环境等离子体，所述等离子体用于蚀刻配向膜以在对应于传输电极的部分形成电极焊盘，所述传输电极用于将来自薄膜晶体管基板提供的电压施加到形成于滤色器基板上的公共电极，其中所述配向膜设置于所述薄膜晶体管基板和滤色器基板的至少一个之上。
16.根据权利要求15所述的配向膜蚀刻设备，其中所述介电喷嘴具有小于所述电极焊盘的直径的内直径。
17.根据权利要求15所述的配向膜蚀刻设备，其中所述配向膜的蚀刻区域具有几毫米或更小的直径。
18.根据权利要求15所述的配向膜蚀刻设备，其中所述环境等离子体由包括空气、He、O2、F2或其组合的反应气体形成。
19.根据权利要求15所述的配向膜蚀刻设备，其中所述配向膜由包括类金刚石碳的材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种液晶显示装置的配向膜的制造方法和在其中使用的蚀刻设备。所述方法能够在准确的位置简单地构图配向膜。所述方法包括在基板上形成配向膜，所述基板在对应于用于将电压施加到公共电极的传输电极的位置具有电极焊盘；和在不使用掩模图案的情况下局部地蚀刻配向膜以暴露所述电极焊盘。
文档编号G03F7/20GK1828393SQ20061000609
公开日2006年9月6日 申请日期2006年1月26日 优先权日2005年3月4日
发明者神谷洋之, 卢淳俊, 全柏均 申请人:三星电子株式会社