專利名稱:離子束輻照設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子束輻照設(shè)備，尤其涉及在液晶顯示器(LCD)制造工藝中將離子束輻照到配向?qū)?alignment layer)上從而提供統(tǒng)一的液晶取向的離子束輻照設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般來說，陰極射線管(CRT)已廣泛用于顯示圖像信息。然而，CRT有許多缺點(diǎn)，例如由于其屏幕尺寸而導(dǎo)致的笨重、龐大。
此外，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，曾用于有限用途(例如電視機(jī))的顯示設(shè)備目前廣泛用于多種用途，例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備以及車輛儀表板等。而且，隨著便于傳輸大量視頻信息的信息和通信技術(shù)的發(fā)展，可以處理并顯示大量視頻信息的下一代顯示器變得更為重要。
在下一代顯示器中，液晶顯示器(LCD)是最有吸引力的，原因在于LCD具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括重量輕、耗電量低、靈便、緊湊、價(jià)格低廉等。
LCD的分辨率優(yōu)于其它平面顯示設(shè)備，而且它具有與CRT一樣快速的響應(yīng)速度，可用于顯示運(yùn)動(dòng)圖像。
利用液晶的光學(xué)各向異性和偏振特性來驅(qū)動(dòng)LCD。由于液晶分子具有細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，因而在排列時(shí)具有特定的取向和極性。液晶分子的取向可通過向其施加電磁場(chǎng)而調(diào)節(jié)。因此，通過調(diào)節(jié)液晶分子的取向，液晶分子可以根據(jù)分子的取向而有選擇地透射或阻擋光線，由此可以獲得彩色圖像。
圖1顯示了傳統(tǒng)LCD的示意圖。在圖1中，LCD 100包括下基板101和上基板102、以及設(shè)置在下基板101和上基板102之間的液晶層190。下面將簡(jiǎn)要描述上基板101和上基板102的結(jié)構(gòu)。
首先，下基板101包括在第一透明基板111上由諸如金屬的導(dǎo)電材料形成的柵極121；以及由淀積在第一透明基板111上、同時(shí)覆蓋柵極121的氮化硅(SiNx)層或氧化硅(SiOx)層形成的柵絕緣層130。
可以在柵絕緣層130與柵極121相對(duì)應(yīng)的一部分上由非晶硅形成有源層141，在有源層141上由非晶硅形成摻雜的歐姆接觸層151和152。
在歐姆接觸層151和152上由諸如金屬的導(dǎo)電材料形成成源極和漏極161和162。源極、漏極以及柵極161、162和121構(gòu)成薄膜晶體管(TFT)。
在柵絕緣層130上由氮化硅層、氧化硅層，或有機(jī)絕緣層形成鈍化層170，同時(shí)覆蓋源極和漏極161和162。此外，鈍化層170具有暴露漏極162的表面的接觸孔171。在鈍化層170的像素區(qū)域上由透明導(dǎo)電材料形成像素電極181，使得像素電極181通過接觸孔171與漏極162相連。
在像素電極181上形成由聚酰亞胺基材料構(gòu)成的第一配向?qū)?91?？梢匝仡A(yù)定取向摩擦第一配向?qū)?91的暴露表面。
柵極121與選通線相連，而源極161與數(shù)據(jù)線相連。選通線和數(shù)據(jù)線彼此垂直相交以限定像素區(qū)域。
上基板102與下基板101相對(duì)設(shè)置。上基板102具有第二透明基板110，其與第一透明基板111相對(duì)設(shè)置，二者之間有預(yù)定間隔。
黑色矩陣120對(duì)應(yīng)于TFT設(shè)置在第二透明基板110上，該黑色矩陣120防止光從非像素區(qū)域泄漏。
在第二透明基板110上形成由交替排列的紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)構(gòu)成的濾色器131，并覆蓋黑色矩陣120。濾色器131的一種顏色對(duì)應(yīng)于一個(gè)像素區(qū)域。濾色器131可通過染色工藝、印刷工藝、顏料分散工藝、或電極淀積工藝形成。
在濾色器131上形成由透明導(dǎo)電材料構(gòu)成的公共電極140，在該公共電極140上形成由聚酰亞胺基材料構(gòu)成的第二配向?qū)?50，并對(duì)其進(jìn)行摩擦以獲得預(yù)定的取向。
液晶層190位于第一和第二配向?qū)?91和150之間。液晶層190的液晶分子的初始取向由第一和第二配向?qū)?91和150的取向確定。
下面將介紹確定LCD中的液晶分子的初始取向的配向?qū)拥男纬晒に嚒?br> 首先進(jìn)行淀積配向?qū)雍鸵灶A(yù)定取向排列該配向?qū)拥奶幚怼?br> 聚酰亞胺基有機(jī)材料一般可用于配向?qū)?，摩擦處理可用于排列配向?qū)印?br> 在摩擦處理中，首先將聚酰亞胺基有機(jī)材料涂覆在基板上，然后，在溶劑在約60～80℃的溫度下?lián)]發(fā)之后進(jìn)行配向。在此之后，在約80-120℃的溫度下使有機(jī)材料硬化，從而形成聚酰亞胺配向?qū)?。隨后，使用諸如絲絨的摩擦布按預(yù)定的方向進(jìn)行摩擦，以形成取向圖案。該摩擦處理具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括工藝簡(jiǎn)單、可大規(guī)模生產(chǎn)、取向穩(wěn)定、以及易于控制預(yù)傾角。
但是，由于摩擦處理是通過摩擦布與配向?qū)又苯咏佑|來進(jìn)行的，所以摩擦所產(chǎn)生的顆?？赡軙?huì)污染元件，而且基板上的TFT器件可能由于產(chǎn)生的靜電而遭到損壞。因此，需要另外的清洗處理。并且，在將摩擦處理應(yīng)用于具有大尺寸屏幕的LCD時(shí)，配向?qū)拥娜∠蚩赡軙?huì)不一致，使LCD的合格率降低。
為了解決摩擦處理的上述問題，提出了無摩擦取向技術(shù)。
無摩擦取向技術(shù)的實(shí)例有使用Langmuir-Blodgett膜的工藝、使用紫外線輻照的光取向工藝、使用傾斜淀積SiO2的工藝、使用通過光刻工藝形成的微槽的工藝、以及使用離子束輻照的工藝。
在這些工藝中，離子束輻照工藝的優(yōu)點(diǎn)在于可使用傳統(tǒng)的取向材料，并且可應(yīng)用于制造具有大尺寸屏幕的LCD的工藝，同時(shí)克服了由摩擦處理引起的那些問題。
圖2顯示了用于形成配向?qū)拥膫鹘y(tǒng)離子束輻照設(shè)備的示意圖。如圖所示，傳統(tǒng)的離子束輻照設(shè)備260可分成三個(gè)區(qū)域等離子體生成區(qū)203，在這里，注入氣體被離子化成離子和電子以生成等離子體；離子束加速區(qū)206，在這里，離子被轉(zhuǎn)化成離子束并被加速；以及離子束輻照區(qū)211，在這里，被加速的離子束210輻照在基板上。在等離子體生成區(qū)203中離子化注入氣體，并且將離子導(dǎo)出、加速并輻照到基板220上。將離子束輻照設(shè)備260設(shè)置為使得離子束210輻照到固定在真空容器240中的夾具221上的基板220上。
離子束輻照設(shè)備260包括離子束源200、真空容器240、以及夾具221。離子束源200包括陰極201、陽(yáng)極202、離子束釋放介質(zhì)204、以及離子束加速介質(zhì)205。將真空容器240設(shè)計(jì)為能夠使從離子束源200產(chǎn)生的離子束210直線地輻照到基板220上。此外，夾具221將基板220固定住，以使基板能夠在真空容器240內(nèi)保持預(yù)定的角度。
盡管在圖中沒有顯示，但在離子束源200與基板220之間可以設(shè)置快門，以調(diào)節(jié)離子束在基板220上的輻照時(shí)間。
離子束源200生成離子并形成離子束210。通過陰極201與陽(yáng)極202之間的電位差來離子化注入氣體，以生成含有電子和離子的等離子體。所生成的等離子體中的離子通過放電電極穿過離子束釋放介質(zhì)204，然后作為離子束210釋放。通過施加給離子束加速介質(zhì)205的電場(chǎng)對(duì)從等離子體釋放的離子束210進(jìn)行加速，然后以預(yù)定的角度輻照到基板220上。
基板220相對(duì)于輻照的離子束210傾斜預(yù)定的角度。結(jié)果，通過離子束210在基板220上沉積形成預(yù)定取向圖案的配向?qū)?，由此確定了液晶分子的初始取向(即預(yù)傾角)。
配向?qū)铀玫木埘啺酚袡C(jī)材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為主鏈和支鏈。主鏈用于在特定的方向排列液晶分子，而支鏈用來形成預(yù)傾角。特別地，將支鏈設(shè)計(jì)為通過與輻照的離子束發(fā)生反應(yīng)而在預(yù)定部分切斷，以使液晶分子能夠具有特定的取向。
如上所述，在垂直于離子束源200的方向釋放從離子束源200生成的離子束210。通過輻照到以預(yù)定角度θ1傾斜的基板220上的離子束的離子束輻照角度θ2來確定液晶分子的預(yù)傾角。離子束輻照角度θ2表示離子束輻照方向與垂直于基板220的方向之間的夾角。
圖3顯示了離子束輻照角度θ2與預(yù)傾角之間的關(guān)系。
圖3顯示了預(yù)傾角根據(jù)離子束輻照角度的變化。即，當(dāng)離子束輻照角度在40-60°范圍內(nèi)時(shí)，可獲得預(yù)傾角的最大值。當(dāng)離子束輻照角度小于40°或大于60°時(shí)，預(yù)傾角小于5°。
例如，扭轉(zhuǎn)向列(TN)LCD需要約5°的預(yù)傾角，平面切換(IPS)LCD需要約2°的預(yù)傾角。因此，對(duì)于TN LCD，將離子束輻照角度設(shè)定為約40-50°，而對(duì)于IPS LCD，將其設(shè)定為約10-20°。
因此，為了一致地獲得所需預(yù)傾角，離子束應(yīng)該以適當(dāng)?shù)慕嵌群途鶆虻哪芰枯椪?。為了通過把來自離子束源的離子束沿垂直于釋放和加速介質(zhì)的縱軸方向釋放，并使其輻照在配向?qū)由蟻慝@得所需的預(yù)傾角，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)傾斜基板，以使離子束能夠以所需的輻照角度到達(dá)基板。然而，當(dāng)基板傾斜時(shí)，從離子束源到上基板和下基板的距離是不一致的，離子束的作用從上部到下部發(fā)生變化。
圖4顯示了用于形成配向?qū)拥膫鹘y(tǒng)離子束輻照設(shè)備中的離子束源與基板之間的關(guān)系。如圖所示，從離子束源300釋放的離子束310通過穿透部分301到達(dá)基板320表面的距離隨著基板320的表面的位置而變化。因?yàn)榛?20以預(yù)定角度θ1傾斜，從離子束源300到基板320之間的距離沿基板320的垂直方向從最小長(zhǎng)度Lmin變化到最大長(zhǎng)度Lmax。
結(jié)果，落在淀積在基板320上的配向?qū)拥谋砻娴碾x子束310的能量不同。該能量與每單位面積的離子束310的數(shù)量以及離子束310的速度成比例。隨著離子束傳播距離的增加，速度也隨之增加。
由此，遠(yuǎn)離離子束源300的那部分表面上的粒子之間的碰撞幾率增加，而粒子束的直線性和能量的強(qiáng)度降低了，因而取向效果降低。因此，不能一致地形成配向?qū)印?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明致力于離子束輻照設(shè)備，其可基本上避免由于現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種離子束輻照設(shè)備，其能夠通過在淀積在基板上的配向?qū)拥恼麄€(gè)表面上輻照等強(qiáng)度的離子束能量而形成在其整個(gè)表面上具有均勻取向特性的配向?qū)印?br> 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明中進(jìn)行闡述，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，一部分可以通過說明書而明了，或者可以通過本發(fā)明的實(shí)踐而體驗(yàn)到。通過說明書、權(quán)利要求
書和附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)或獲得本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)本發(fā)明的目的，正如在此實(shí)施并概括描述的那樣，提供了一種離子束輻照設(shè)備，其包括支撐基板的夾具；以及離子束源，該離子束源距基板預(yù)定距離，并傾斜以基本平行于基板，并向基板輻照離子束。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，公開了一種向基板輻照離子束的方法，其包括以第一角度支撐具有配向?qū)拥幕?；產(chǎn)生離子束以向整個(gè)基板輻照離子，其中，離子束在整個(gè)基板上以相同的角度和能量轟擊基板，并且所有離子束的傳播距離基本相同。
可以理解，前面的概述和下面的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，旨在為權(quán)利要求
所限定的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。



附圖幫助更好地理解本發(fā)明，并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，附圖顯示了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起解釋本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1是傳統(tǒng)液晶顯示器的示意性截面圖；圖2是傳統(tǒng)離子束輻照設(shè)備的視圖圖3顯示了傳統(tǒng)離子束輻照設(shè)備中輻照角度與預(yù)傾角之間的關(guān)系；圖4顯示了傳統(tǒng)離子束輻照設(shè)備中離子束源與基板之間的關(guān)系；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子束輻照設(shè)備的示意圖；以及圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子束輻照設(shè)備中離子束源與基板之間的關(guān)系。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，其實(shí)例在附圖中顯示。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子束輻照設(shè)備。如圖所示，離子輻照設(shè)備460可分為三個(gè)區(qū)域等離子體生成區(qū)403，在此，注入氣體被離子化成離子和電子，以生成等離子體；離子束釋放/加速區(qū)406，在此，離子作為離子束被釋放并加速；以及離子束輻照區(qū)411，在此，經(jīng)過加速的離子束410輻照基板420。在等離子生成區(qū)403中離子化注入氣體，并且將這些離子釋放、加速并輻照到基板420上。將離子束輻照設(shè)備460設(shè)計(jì)為使得離子束410輻照到固定在真空容器440中的夾具421上的基板420上。
離子束輻照設(shè)備460包括離子束源400、真空容器440、以及夾具421。離子束源400包括陰極401、陽(yáng)極402、離子束釋放介質(zhì)404、以及離子束加速介質(zhì)405。將真空容器440設(shè)計(jì)為使得從離子束源400產(chǎn)生的離子束410可以直線地輻照到基板420上。此外，夾具421固定基板420，以使基板420能夠在真空容器440內(nèi)保持預(yù)定的角度。注入到離子束源400中用以生成離子束410的氣體可以是惰性氣體，例如Ar、Kr、和Xe。
盡管在圖中沒有顯示，但是可以在離子束源400與基板420之間設(shè)置快門，以調(diào)節(jié)離子束在基板420上的輻照時(shí)間。
離子束源400生成離子并形成離子束410。通過陰極401與陽(yáng)極402之間的電位差使注入氣體離子化，以生成含有電子和離子的等離子體。所生成的等離子體中的離子通過放電電極穿過離子束釋放介質(zhì)404，并且隨后作為離子束410釋放。通過施加給離子束加速介質(zhì)405的電場(chǎng)對(duì)從所釋放的等離子體中釋放出來的離子束410進(jìn)行加速，并隨后以預(yù)定的角度輻照到基板420上。
離子束釋放介質(zhì)404與離子束加速介質(zhì)405都傾斜，以平行于傾斜的基板420，以使從離子束釋放介質(zhì)404釋放，并由離子束加速介質(zhì)405加速的離子束410能夠以相同的能量輻照在基板420的整個(gè)表面上。
由于作用在基板420的表面上的離子束410具有均勻的能量，所以在基板420上形成的配向?qū)泳哂芯鶆虻娜∠蛱匦浴?br> 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，還可以將離子束釋放介質(zhì)404設(shè)計(jì)為不是傾斜而是垂直設(shè)置，以使離子束410可以沿垂直于離子束釋放介質(zhì)404的縱軸的方向而釋放。離子束加速介質(zhì)405設(shè)計(jì)為平行于基板420，以使從離子束加速介質(zhì)405加速的離子束到基板420的傳播距離在整個(gè)基板420上相等。
在這種情況下，根據(jù)離子束加速介質(zhì)405相對(duì)于與其縱軸垂直的方向所傾斜的傾斜角度，以預(yù)定角度釋放穿過離子束加速介質(zhì)405的穿透部分的離子束410。
在根據(jù)傾斜角度的方向上釋放離子束意味著在垂直于離子束源的方向上的離子束釋放角度隨著基板傾斜角度的增加而增加。即，以相對(duì)于與離子束源400垂直的方向的預(yù)定角度釋放離子束，因而離子束410可以相對(duì)于基板420以所需的角度進(jìn)行輻照。
配向?qū)铀玫木埘啺返幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)可分為主鏈和支鏈。主鏈用于按照特定方向排列液晶分子，而支鏈用于形成預(yù)傾角。
特別地，將支鏈設(shè)計(jì)為通過與輻照的離子束反應(yīng)而在預(yù)定部分切斷，以使液晶分子能夠具有特定的取向。
由于從離子束源400到基板420的上部與下部的傳播距離相等，所以在上述的離子束輻照設(shè)備中，離子束均勻地作用于基板420的整個(gè)表面。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的離子束輻照設(shè)備中離子束源與基板之間的關(guān)系。
在附圖中，省略了等離子體生成區(qū)、陰極和陽(yáng)極。只顯示了通過離子束釋放介質(zhì)和離子束加速介質(zhì)的穿透部分501進(jìn)行離子束輻照的路徑。
離子束源500可以以預(yù)定角度θ1傾斜，該角度與基板520的傾斜角度相同，傾斜基板520以在液晶中形成預(yù)傾角。因此，進(jìn)行輻照的離子束510穿過離子束源500的穿透部分501到達(dá)基板520的表面。在這一點(diǎn)上，離子束510的傳播距離在整個(gè)基板520上變得一致。
根據(jù)離子束源500的傾斜角度，以預(yù)定角度釋放穿過離子束源500的穿透部分501的離子束510。因此，液晶分子的預(yù)傾角由離子束510的輻照角度θ2確定。
因?yàn)闊o論離子束510落在基板520的何處，它在離子束源500與基板520之間的傳播距離都相同，所以落在單位面積中的離子束的數(shù)量和離子束510的速度在基板520的整個(gè)表面上變得均勻。因此，施加給配向?qū)由喜颗c下部區(qū)域的離子束能量變得彼此相同。
如上所述，通過對(duì)離子束源500進(jìn)行取向使其與基板520平行，并以相對(duì)于離子束源500的法線的預(yù)定角度θ2把離子束510輻照到配向?qū)由希ㄟ^配向?qū)尤∠虻囊壕Х肿泳哂芯鶆虻念A(yù)傾角。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，很顯然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種改進(jìn)和變化。因此，如果這些改進(jìn)和變化落在所附權(quán)利要求
及其等同物的范圍內(nèi)，則本發(fā)明涵蓋這些改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種離子束輻照設(shè)備，其包括支撐基板的夾具；以及離子束源，其距離基板預(yù)定距離，并傾斜以基本平行于基板，并向基板輻照離子束。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，離子束源包括離子發(fā)生器，用于將注入氣體離子化成離子和電子；釋放器，用于將離子作為離子束釋放；以及加速器，用于將所釋放的離子束朝向基板加速。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的離子束輻照設(shè)備，其中，加速器基本平行于基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的離子束輻照設(shè)備，其中，釋放器基本平行于基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的離子束輻照設(shè)備，其中，離子發(fā)生器基本平行于基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的離子束輻照設(shè)備，其中，釋放器與加速器基本平行于基板和離子發(fā)生器，該基板和離子發(fā)生器以不同于加速器和釋放器的角度傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，基板包括在其表面上形成的配向?qū)印?br>8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，離子束由從包括Ar、Kr、Xe的氣體組中選擇的惰性氣體形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，從離子束源相對(duì)于離子束源的垂直方向成一個(gè)角度釋放離子束，并且該角度對(duì)應(yīng)于基板的傾斜角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，從離子束源相對(duì)于離子束源的垂直方向成一個(gè)角度放電離子束，并且該角度等于基板的傾斜角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，離子束以約40°-50°的角度輻照基板。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，離子束以約40°-60°的角度輻照基板。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的離子束輻照設(shè)備，其中，離子束以約10°-20°的角度輻照基板。
14.一種向基板輻照離子束的方法，其包括以第一角度支撐具有配向?qū)拥幕?；產(chǎn)生離子束，以向整個(gè)基板輻照離子，其中，離子束在整個(gè)基板上以相同的角度和能量轟擊基板，并且所有離子束傳播基本相同的距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其中，生成離子束的方法包括將注入氣體離子化成離子和電子將離子作為離子束釋放；以及朝向基板加速所釋放的離子束。
16.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其中，注入氣體選自Ar、Kr、以及Xr的組。
17.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其中，離子束以大約40°-50°的角度輻照基板。
18.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其中，離子束以大約40°-60°的角度輻照基板。
19.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其中，離子束以大約10°-20°的角度輻照基板。
專利摘要
公開了一種離子束輻照設(shè)備，其包括支撐基板的夾具；以及離子束源，其距離基板預(yù)定距離，并傾斜以基本平行于基板，并向基板輻照離子束。
文檔編號(hào)G21K5/04GKCN1638013SQ200310121497
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年12月18日
發(fā)明者李潤(rùn)復(fù), 咸溶晟 申請(qǐng)人:Lg.飛利浦Lcd有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan