CN100376947C - 液晶显示面板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示面板的制造方法。首先，提供相互平行设置的上基板与下基板。然后，在上基板与下基板之间形成液晶层，其中液晶层具有以重量百分比浓度约0.01%～0.3%混合于其中的光聚合高分子单体。接合上基板与下基板。接着，在上基板与下基板之间产生电位差。最后，对光聚合高分子单体提供能量，以使光聚合高分子单体聚合。

Description

液晶显示面板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置，且特别涉及一种利用液晶以控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display)的原理是利用液晶分子的排列方向，会改变入射光偏极方向的机制，而设计出来的显示器。由于液晶显示器占空间小、面板厚度薄、重量轻、可平面直角显示、低耗电量、无电磁波辐射、无热辐射等优越特性，使得液晶显示器逐渐取代CRT(Cathode RayTube)映像管监视器。

然而，对于已知的液晶显示器而言，当背光源的入射光通过偏极片、液晶及配向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，换言之，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。假如使用者从一个斜的角度观看一个全白的画面，则可能将看到黑色或是色彩失真的现象。目前有一种横向电场切换(In-Plane Switching)技术，横向电场切换技术属于液晶显示面板广视角技术的一种，过去液晶显示显示器采用的液晶分子光阀是以上下为开或关的动作，横向电场切换技术则将液晶分子的旋转改为横向，因此横向电场切换也有水平转动的意思。透过横向电场切换技术，可以将面板的上下左右视角提升至各170度左右。

另外有一种多象限垂直配向(Multi-Domain Vertical Alignment，MVA)的技术也被提出来解决视角过小的问题。多象限垂直配向技术就是利用突出物使液晶静止时并非传统的直立式，而是偏向某一个角度静止；当施加电压让液晶分子改变成水平以让背光通过则更为快速，这样便可以大幅度缩短显示时间，也因为突出物改变液晶分子倾倒方向，让视角更为宽广。

但这两种技术都有透光度不佳的问题，这使得背光模块将耗费更高的能量来达到足够的亮度。特别是利用多象限垂直配向技术的液晶显示器，由于突出物将阻挡光线通过，因此一般而言，这种液晶显示面板在显示全白画面时会有偏暗的情况。虽然有些制造商会让突出物之间保持足够的距离来让透光度增加，但这样的作法将使液晶显示面板的反应速度趋缓，反而制造了另一个问题。

此外，已知的液晶显示器在大视角的画面将产生色偏(Color Shift)的现象，因此有些制造者提出了低色偏液晶显示面板的象素结构的改良方案。参照图1，其绘示已知的低色偏液晶显示面板的象素结构。在图1中，低色偏液晶显示面板的象素结构由下基板120、上基板110、共同电极层130及液晶层140构成。其中，上基板110与下基板120相互平行设置。共通电极层130则设置于上基板110的下表面，并具有分隔结构132，以将上基板110与下基板120之间区分为第一区142及第二区144，而第一区142及第二区144分别提供不同的第一电位差及第二电位差。液晶层140设置于上基板110与下基板120之间。值得注意的是，位于第一区142的液晶分子146与位于第二区的液晶分子148在亮态时的倾倒角度不相同，以让使用者在观视大视角的画面时所产生色偏现象减缓。

但这种低色偏液晶显示面板的象素结构将导致反应速度变慢的问题，有些制造者为了提高反应速度而提高第一电位差或第二电位差。但过高的第一电位差或第二电位差将使液晶层的液晶分子产生逆流(Backflow)效应，反而让反应速度变慢。

因此，目前应用到上述各种显示技术的液晶显示器所面临到的共同问题就是反应速度不足的问题，使得如何能加快液晶显示器的反应速度成为一个重要的课题。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种液晶显示面板的制造方法，其制造出的液晶显示面板可具有高反应速度的特性。

一种液晶显示面板的制造方法。首先，提供相互平行设置的上基板与下基板。然后，在上基板与下基板之间形成液晶层，其中液晶层具有混合于其中的光聚合高分子单体。为了让液晶显示面板同时兼顾高反应速度及高对比，此光聚合高分子单体系以重量百分比浓度约0.01％～0.3％混合于液晶层中，然此重量百分比浓度将视光聚合高分子单体的种类而改变。接合上基板与下基板。接着，在上基板与下基板之间产生电位差。最后，对光聚合高分子单体提供能量，以聚合光聚合高分子单体。

此外，在上基板与下基板之间所产生的电位差介于约3伏特～50伏特，以使液晶层的液晶扭转，并使光聚合高分子单体沿着液晶层的液晶排列。如此一来，光聚合高分子单体在聚合后即可具有配向的效果。若考虑量产上的便利性，上述电位差的优选范围为约3伏特～16伏特。另外，若为了使制造出来的液晶显示面板具有较佳的对比，此电位差的范围可介于约3伏特～5.5伏特。

混合于液晶层中的光聚合高分子单体可具有光聚合(UV curable)的特性，例如光二聚(photodimerization)高分子化合物、光解(photodecomposition)高分子化合物和光异构化(photoisomeriztion)高分子化合物。光二聚高分子化合物，例如具有肉桂酸酯(cinnamate)感光基的高分子衍生物或具有香豆素(coumarin)感光基的高分子衍生物，在高分子侧链中导入带有不饱和双键的感光基团，经线性偏极光照射后，进行光二聚反应，引致高分子表面产生光学异向性，进而诱导液晶分子朝特定方向排列。光解高分子化合物，例如聚醯亚胺，由于热稳定性高且为非感旋光性高分子，在利用具有较高能量的紫外光照射下，可导致聚醯亚胺键合不均向的断裂，以产生诱导液晶排列的效果。光异构化高分子化合物，例如含有偶氮苯(azobenzene)的高分子，主要的光化学机制为光诱导的顺式反式结构互变(cis-trans transition)，利用这样的构形转变造成异向性而诱导液晶分子排列。

提供能量的步骤的作业时间可介于约50秒～1000秒，以使光聚合高分子单体完全聚合，然此作业时间将视混合于光聚合高分子单体的浓度而定。若考虑量产上的便利性，上述作业时间的优选范围则可为约20秒～400秒。

上述提供能量的步骤可为对光聚合高分子单体照射紫外光，其中此紫外光的波长介于约200纳米～400纳米。如此一来，光聚合高分子单体即可在短时间内获得足够的能量而聚合，以对该液晶层的液晶形成配向。

更具体地说，其中提供能量于光聚合高分子单体的步骤为提供能量(例如：紫外光)于光聚合高分子单体，以聚合光聚合高分子单体使其转换成配向结构。其中，配向结构接触性形成于上基板或下基板上，以在上基板或下基板上诱导液晶分子排列，进而加速液晶显示面板的反应速度。

根据不同的显示需要，液晶层可为垂直配向型(Vertical Alignment；VA)液晶、多象限垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment；MVA)液晶或图像垂直调整(Patterned Vertical Alignment；PVA)液晶。此外，液晶层也可为其它种类的液晶，例如横向电场切换(In-Plane Switching)液晶，也应符合本发明的精神与范围。

本发明的另一目的是在提供一种液晶显示面板的制造方法，其制造出的液晶显示面板可同时具有低色偏及高反应速度的特性。

一种液晶显示面板的制造方法。首先，提供相互平行设置的上基板与下基板。接着，在上基板与下基板之间形成液晶层，其中液晶层包含混合于其中的光聚合高分子单体。接合上基板与下基板。然后，在上基板与下基板之间的第一区以及第二区分别提供第一电位差及第二电位差，其中第一电位差及第二电位差不相等。最后，对光聚合高分子单体提供能量，以聚合光聚合高分子单体。

由于液晶层中的光聚合高分子单体的重量百分比浓度若超过0.3％，将使得液晶显示面板的对比下降。因此，为了让液晶显示面板同时具有高反应速度及高对比，此光聚合高分子单体以重量百分比浓度约0.01％～0.3％混合于液晶层中，并以优选约0.1％～0.3％，然此重量百分比浓度将视光聚合高分子单体的种类而改变。

此外，上述第一电位差或第二电位差介于约3伏特～50伏特，以使液晶层的液晶扭转，并使光聚合高分子单体沿着液晶层的液晶排列。如此一来，光聚合高分子单体在聚合后即可具有配向的效果。若考虑量产上的便利性，上述第一电位差或第二电位差的优选范围为约3伏特～16伏特。另外，若为了使制造出来的液晶显示面板具有较佳的对比，此第一电位差或第二电位差的范围系可介于约3伏特～5.5伏特。

混合于液晶层中的光聚合高分子单体可具有光聚合(UV curable)的特性，例如光二聚(photodimerization)高分子化合物、光解(photodecomposition)高分子化合物和光异构化(photoisomeriztion)高分子化合物。光二聚高分子化合物，例如具有肉桂酸酯(cinnamate)感光基的高分子衍生物或具有香豆素(coumarin)感光基的高分子衍生物，在高分子侧链中导入带有不饱和双键的感光基团，经线性偏极光照射后，进行光二聚反应，引致高分子表面产生光学异向性，进而诱导液晶分子朝特定方向排列。光解高分子化合物，例如聚醯亚胺，由于热稳定性高且为非感旋光性高分子，在利用具有较高能量的紫外光照射下，可导致聚醯亚胺键合不均向断裂，以产生诱导液晶排列的效果。光异构化高分子化合物，例如含有偶氮苯(azobenzene)的高分子，主要的光化学机制为光诱导的顺式反式结构互变(cis-trans transition)，利用这样的构形转变造成异向性而诱导液晶分子排列。

此外，在本发明的优选实施方式中，上述液晶显示面板的制造方法更可在上基板与下基板之间提供辅助电位差，以进一步地使光聚合高分子单体沿着液晶层的液晶排列。其中该辅助电位差、该第一电位差及该第二电位差不相等。

提供能量的步骤的作业时间可介于约50秒～1000秒，以使光聚合高分子单体完全聚合，然此作业时间将视混合于光聚合高分子单体的浓度而定。若考虑量产上的便利性，上述作业时间的优选范围则可为约20秒～400秒。

上述提供能量的步骤可为对光聚合高分子单体照射紫外光，其中此紫外光的波长介于约200纳米～400纳米。如此一来，光聚合高分子单体即可在短时间内获得足够的能量而聚合，以对该液晶层的液晶形成配向。

更具体地说，其中提供能量于光聚合高分子单体的步骤为提供能量(例如：紫外光)于光聚合高分子单体，以聚合光聚合高分子单体使其转换成配向结构。其中，配向结构接触性形成于上基板或下基板上，以在上基板或下基板上诱导液晶分子排列，进而加速液晶显示面板的反应速度。

根据不同的显示需要，液晶层系可为垂直配向型(Vertical Alignment；VA)液晶、多象限垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment；MVA)液晶或图像垂直调整(Patterned Vertical Alignment；PVA)液晶。此外，液晶层亦可为其它种类的液晶，例如横向电场切换(In-Plane Switching)液晶，也应符合本发明的精神与范围。

因此，运用本发明公开的液晶显示面板的制造方法具有下列优点：(1)可增加反应速度；(2)在增加反应速度的同时兼顾液晶显示面板的对比；(3)适用于各种液晶显示面板，如垂直配向型液晶显示面板、多象限垂直配向液晶显示面板、图像垂直调整液晶显示面板或横向电场切换液晶显示面板。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施方式更明显易懂，所附图式的详细说明如下：

图1为绘示已知的低色偏液晶显示面板的象素结构。

图2A～2D为绘示根据本发明优选实施方式的液晶显示面板制造方法的部分流程剖面图。

图3A及图3B分别绘示混合有重量百分比浓度0.1％及0.2％光聚合高分子单体的液晶显示面板与已知的液晶显示面板的反应时间曲线图。

主要组件符号说明

110：上基板

120：下基板

130：共通电极层

132：分隔结构

140：液晶层

142：第一区

144：第二区

146：液晶分子

148：液晶分子

210：上基板

220：下基板

230：液晶层

232：液晶分子

234：光聚合高分子单体

本中请若有化学式时，最能揭示发明特征的化学式为：

光聚高分子单体的化学结构式

具体实施方式

参照图2A～2D，其绘示根据本发明优选实施方式的液晶显示面板制造方法的部分流程剖面图。在图2A中，首先提供相互平行设置的上基板210与下基板220，并接合上基板210与下基板220。然后，在上基板210与下基板220之间形成液晶层230，其中液晶层230具有液晶分子232与光聚合高分子单体234。为了让液晶显示面板同时具有高反应速度及高对比，此光聚合高分子单体234以重量百分比浓度约0.01％～0.3％混合于液晶层230中，然此重量百分比浓度将视光聚合高分子单体234的种类而改变。当然本发明亦可采用液晶滴注法(One Drop Fill，ODF)，在灌注液晶层230后再进行上基板210和下基板220间的相互接合。

混合于液晶层230中的光聚合高分子单体234的结构式可包含：

其中，R为不可旋转的刚体结构。举例来说，此光聚合高分子单体234系可为光二聚(photodimerization)高分子化合物、光解(photodecomposition)高分子化合物和光异构化(photoisomeriztion)高分子化合物。光二聚高分子化合物，例如具有肉桂酸酯(cinnamate)感光基的高分子衍生物或具有香豆素(coumarin)感光基的高分子衍生物，在高分子侧链中导入带有不饱和双键的感光基团，经线性偏极光照射后，进行光二聚反应，引致高分子表面产生光学异向性，进而诱导液晶分子朝特定方向排列。光解高分子化合物，例如聚醯亚胺，由于热稳定性高且为非感旋光性高分子，在利用具有较高能量的紫外光照射下，可导致聚醯亚胺键合不均向断裂，以产生诱导液晶排列的效果。光异构化高分子化合物，例如含有偶氮苯(azobenzene)的高分子，主要的光化学机制为光诱导的顺式反式结构互变(cis-trans transition)，利用这样的构形转变造成异向性而诱导液晶分子排列。

根据不同的显示需要，液晶层230可为垂直配向型(Vertical Alignment；VA)液晶、多象限垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment；MVA)液晶或图像垂直调整(Patterned Vertical Alignment；PVA)液晶。此外，液晶层230也可为其它种类的液晶，例如横向电物切换(In-Plane Switching)液晶，也应符合本发明的精神与范围。

接着参照图2B，在上基板210与下基板220之间产生电位差，以使液晶层230的液晶分子232扭转，并使光聚合高分子单体234沿着液晶层230的液晶分子232排列。其中，产生于上基板210与下基板220间的电位差介于约3伏特～50伏特。若考虑量产上的便利性，上述电位差的优选范围为约3伏特～16伏特。另外，若为了使制造出来的液晶显示面板具有较佳的对比，此电位差的范围可介于约3伏特～5.5伏特。

然后参照图2C，对光聚合高分子单体234提供能量，以聚合光聚合高分子单体234。更具体地说，此提供能量的步骤可为对光聚合高分子单体234照射紫外光，其中此紫外光的波长介于约200纳米～400纳术。如此一来，光聚合高分子单体234即可在短时间内获得足够的能量而聚合，以对该液晶层230的液晶分子形成配向。而提供能量的步骤作业时间(换言之，紫外光的照射时间)可介于约50秒～1000秒，以使光聚合高分子单体完全聚合，然此作业时间将视混合于光聚合高分子单体的浓度而定。若考虑量产上的便利性，上述作业时间的优选范围则可为约20秒～400秒。

最后参照图2D，聚合后的高分子单体234将转变成配向结构。其中，配向结构接触性形成于上基板210或下基板220上，以在上基板210或下基板220上诱导液晶分子232排列，进而加速液晶显示面板的反应速度。

本发明的另一优选实施方式为将此液晶显示面板制造方法应用于制造如图1所绘示的低色偏液晶显示面板，其制造步骤与上述实施方式类似，在此不再赘述。只是在本实施方式中，在上基板与下基板之间产生电位差的步骤可为：分别对上基板与下基板之间的第一区与第二区提供不同的第一电位差与第二电位差。此外，为了进一步地使光聚合高分子单体沿着液晶层的液晶排列，制造者更可依需要在于上基板与下基板之间提供辅助电位。其中，第一电位差、第二电位差与辅助电位差不相等。

以下举出本发明数个实施例之实验数据，以说明本发明所揭示之液晶显示面板的制造方法确实具有以上述之功效。

实施例一

本实施例用以说明本发明公开的液晶显示面板的制造方法确实具有加快液晶显示面板的反应速度的功效。在本实施例中，上基板与下基板之间的距离为4微米，暗态电压为0.5伏特，亮态电压为4.6～6.0伏特。此外，施加能量的方法为以紫外光曝光光聚合高分子单体，曝光时间为200秒～400秒，而曝光时所施加的电位差为16伏特。参照图3A及图3B，其分别绘示混合有重量百分比浓度0.1％及0.2％光聚合高分子单体的液晶显示面板与已知的液晶显示面板的反应时间曲线图。横轴表示亮态电压(伏特)，而纵轴表示反应时间(毫秒)。在图3A及3B中，图样(×)系表示已知的液晶显示面板的反应时间。另外，在图3A中，图样(●)、图样(◆)、及图样(▲)分别表示混和有重量百分比浓度0.1％光聚合高分子单体且曝光时间为200秒、300秒及400秒的液晶显示面板的反应时间，而在图3B中，图样(●)、图样(◆)、及图样(▲)分别表示混和有重量百分比浓度0.2％光聚合高分子单体且曝光时间为200秒、300秒及400秒的液晶显示面板的反应时间。由图3A与图3B可知，已知的液晶显示面板的反应时间约介于22毫秒～26毫秒之间，且当亮态电压超过5伏特后，由于逆流效应导致反应时间随着亮态电压升高而趋缓。反之，混和有光聚合高分子单体的液晶显示面板，其反应时间确实较习知的液晶显示面板迅速，且当亮态电压超过5伏特后，反应时间亦未发生趋缓的问题。

实施例二

本实施例用以证实依照本发明公开的光聚合高分子单体的重量百分比浓度范围确实能使液晶显示面板具有较佳的对比。在本实施例中，上基板与下基板之间的距离为4微米，暗态电压为0.5伏特，亮态电压为5.5伏特。另外，施加能量的方法为以紫外光曝光光聚合高分子单体，曝光时间为200秒，而曝光时所施加的电位差为16伏特。表1列出在混合有重量百分比浓度0.1％～0.3％光聚合高分子单体的液晶显示面板与已知的液晶显示面板在亮态与暗态时的亮度值(nit)，以及这些液晶显示面板的对比。

表1不同重量百分比浓度的光聚合高分子对液晶显示面板的对比的影响

	已知	光聚合高分子(重量百分比浓度)
					0.1％	0.2％	0.3％
		暗态	0.675	0.641				0.718	0.861
亮态	474.4				475.3	485.2	470.5
		对比	675.95	741.61				675.95	546.78

由表1可知，当光聚合高分子的重量百分比浓度在0.1％～0.2％时，其对比与已知的液晶显示面板相比较高。特别是当光聚合高分子的重量百分比浓度在0.1％时，其对比高达741.61。

实施例三

本实施例用以证实依照本发明公开的电位差的范围确实使液晶显示面板具有较佳的对比。在本实施例中，上基板与下基板之间的距离为4微米，暗态电压为0.5伏特，亮态电压为5.5伏特。另外，施加能量的方法为以紫外光曝光光聚合高分子单体，曝光时间为200秒，而光聚合高分子单体的重量百分比浓度为0.2％。表2为对混合有0.2％的光聚合高分子聚合物的液晶显示面板而言，曝光时施加不同的电位差对其亮态与暗态的亮度值(nit)及对比的影响，并将此结果与已知的液晶显示面板比较。

表2不同电位差对液晶显示面板的对比的影响

	已知	电位差(伏特)
					3	5.5	16
		暗态	0.32	0.2399				0.3378	0.3378
亮态	232.5				244.5	254	250.7
		对比	726.56	1019.17				725.92	742.16

由表2可知，曝光时施加3伏特～16伏特的电位差的确能使液晶显示器具有较佳的对比。特别是当曝光时施加的电位差为3伏特时，其对比高达1019.17。

实施例四

本实施例用以证实依照本发明公开的电位差的范围，在光聚合高分子聚合物的重量百分比为0.3％的情况下，仍能使液晶显示面板具有较佳的对比。在本实施例中，上基板与下基板之间的距离为4微米，暗态电压为0.5伏特，亮态电压为5.5伏特。另外，施加能量的方法为以紫外光曝光光聚合高分子单体，曝光时间为200秒，而光聚合高分子聚合物的重量百分比为0.3％。表3列出对混合有0.3％的光聚合高分子聚合物的液晶显示面板而言，曝光时施加不同的电位差对其亮态与暗态的亮度值(nit)及对比的影响。

表3不同电位差对液晶显示面板的对比的影响

	电位差(伏特)
					1	3	5.5	16
	暗态	0.6227	0.4584	0.4713					0.8605
亮态					452.9	463.9	455.3	470.5
	对比	727.32	1012	966.05					546.78

由表2及表3可知，不论光聚合高分子聚合物的重量百分比浓度为0.2％或0.3％，曝光时施加3伏特～5.5伏特的电位差都能让液晶显示面板具有良好的对比。特别是当曝光时施加的电位差为3伏特时，其对比高达1012。

由上述本发明优选实施方式可知，应用本发明具有下列优点。

(1)可增加液晶显示面板的反应速度；

(2)在增加反应速度的同时兼顾液晶显示面板的对比；以及

(3)适用于各种液晶显示面板，如垂直配向型液晶显示面板、多象限垂直配向液晶显示面板、图像垂直调整液晶显示面板或横向电场切换液晶显示面板。

虽然本发明已以优选实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当已所附权利要求界定者为准。

Claims (12)

1.一种液晶显示面板的制造方法，包含：

提供上基板与下基板，其中该上基板与该下基板相互平行设置；

在该上基板与该下基板之间形成液晶层，其中该液晶层包含光聚合高分子单体，且该光聚合高分子单体以重量百分比浓度0.01％～0.3％混合于该液晶层中；

接合该上基板与该下基板；

在该上基板与该下基板之间产生电位差；以及

提供能量于该光聚合高分子单体，以聚合该光聚合高分子单体。

2.权利要求1的制造方法，其中该电位差介于3V～50V。

3.权利要求1的制造方法，其中该电位差介于3V～16V。

4.权利要求1的制造方法，其中该电位差介于3V～5.5V。

5.权利要求1的制造方法，其中该光聚合高分子单体包含光二聚高分子化合物。

6.权利要求1的制造方法，其中该光聚合高分子单体包含光异构化高分子化合物。

7.权利要求1的制造方法，其中该光聚合高分子单体的结构式包含：

其中，R为不可旋转之刚体结构。

8.权利要求1的制造方法，其中该提供该能量的步骤的作业时间为50秒至1000秒。

9.权利要求1的制造方法，其中该提供该能量的步骤的作业时间为20秒至400秒。

10.权利要求1的制造方法，其中该能量包含紫外光。

11.权利要求10的制造方法，其中该能量的波长为200纳米至400纳米。

12.权利要求1的制造方法，其中该提供该能量于该光聚合高分子单体的步骤包含：提供该能量于该光聚合高分子单体，以聚合该光聚合高分子单体使其转换成配向结构，其中该配向结构接触性形成于该上基板及该下基板中的至少一个上。

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