CN100472299C

CN100472299C - 液晶配向系统

Info

Publication number: CN100472299C
Application number: CNB2007101055266A
Authority: CN
Inventors: 李金扬; 唐煌钦; 张瀛方; 谢文宗; 蔡陈德
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: CN101126870A

Abstract

本发明公开一种液晶配向系统，主要是于具有液晶分子排列的配向膜表面，运用数个等离子体产生装置对该配向膜进行处理，以使液晶分子呈具备预倾角的排列。相比于现有技术，本发明是以可调变方向与角度的方式对配向膜表面进行改质，从而由单次制造过程达成预倾角配向稳定性的效果，由此克服现有技术的缺失。

Description

液晶配向系统

技术领域

本发明涉及一种基材表面配向技术，尤其涉及一种液晶配向系统。

背景技术

随着网络与视频科技的发展，平面显示器的应用已愈来愈重要且深入人们的日常生活，其中由于液晶显示器(LCD)相比于传统显像管平面电视而言，具有重量轻、体积小、全彩显示、无辐射、数字化、高画质、省电等优点，俨然成为下世代平面显示器的主流。

液晶显示器是利用电场控制液晶的几何变化来改变光的传输路径与相位，并且与偏光片(Polarizer)搭配进而产生亮暗的效果，再加上驱动电路与彩色滤光片(Color Filter)的配合而产生灰阶与色彩的表现。当中，尤以液晶面板制造中的液晶配向技术扮演着重要且关键的角色。液晶配向制造除了扮演着控制液晶排列次序及方向的重大任务外，另外还维系着如视角、响应速度、对比及色彩表现等攸关高品质显示特性。

由于液晶显示器的制造技术精进促使显示品质提升，且随着单位生产成本降低，应用范围亦随之扩展延伸至资讯家电(IA)产品，电视用的液晶显示器已成为未来可期的应用产品。所以，业者皆致力研发电视用的液晶显示器，而目前在液晶显示器应用上，最需要克服的问题即为广视角与高速响应两方面。

目前市面上的主流广视角技术有扭转向列(Twisted Nematic，TN)、超扭转向列(Super Twisted Nematic，STN)、广域垂直排列(Multi-domainVertical Alignment，MVA)、平面切换(In Plane Switching，IPS)等几种液晶模式，但由于液晶的响应时间(response time)不够快，因而有人提出光学补偿弯曲排列(Optically Compensated Bend，OCB)技术。OCB技术是兼具广视角与高速响应优点的技术，在广视角方面，搭配位相差板最优化设计后，例如可达到上下140度、左右160度，而响应速度目前可达全灰阶小于7ms，15.2时面板响应速度则仅有3ms。此外，由于OCB技术将液晶分子形成弓状排列，即使在低温环境下，亦能显示少残像的动画；并且，即使在例如-20℃的低温环境下，仍能保持40ms的响应速度，而拥有低温响应优于其他液晶模式10倍以上的特色。

但是，应用OCB液晶的液晶显示器虽具有视角大且响应速度提升等优点，但在OCB的弯曲型(Bend)液晶模式下，为了将液晶分子由斜展(splay)状态转换为弯曲状态、并使液晶分子保持弯曲状态而不再返回放射状态，要将各液晶分子依据补偿角度以不同预倾角形式排列，而在液晶转换过程中会有弯曲斜展转换(bend-splay transfer)的过程。此时，在液晶内部的弹性位能(Elastic Energy)的带动下形成斜展的速度很快，但要恢复为弯曲状态时，则液晶分子的预倾角会不稳定，而这也是应用OCB技术进行量产化时最为困难的程序。

为解决这一问题，目前相关的技术均是使用混合垂直用高分子配向膜与水平用高分子配向膜的方式，来制作出一微结构表面。同时，由于为了避免混合两种截然不同的高分子材料时难以结合界面的问题，现行方式是如图7A所示，首先制备一基材5，且该基材5表面预先形成一导电层51及一配向膜53，接着如图7B所示对该配向膜53中的为配向液晶进行刷磨式(Rubbing)配向，来令液晶分子如图7C所示呈同一方向的排列。

然而，刷磨式配向于预倾角的稳定性方面仍旧不佳。同时，在刷磨制造过程中，摩擦薄膜时造成的尘屑污染(Dust)、静电残留(StaticCharge)、刷痕的产生(Rubbing Defect)等问题均容易造成制造过程良率降低及可靠度不佳。所以，此种现有技术仍存在相当多需要突破的困难点。

再者，由上可知非刷磨式的配向技术已是必然的研发趋势，而目前的发展概以光配向(Photo alignment)、离子束配向(Ion beamalignment)以及等离子体束配向(Plasma beam alignment)三种技术为主。

光配向技术虽具有均匀性良好的特色，然而目前尚有例如锚定能及残像等技术瓶颈尚待突破，且使用曝光机的灯泡寿命以及灯源闪烁等问题均严重影响其稳定性。

离子束配向技术需要使用高真空及静电消除的设备，故而成本十分昂贵；况且，所使用的离子枪寿命问题亦尚未克服，所以离子束配向技术目前仍处于实验室发展阶段。

等离子体束配向技术如图8所示，是利用诸如一制程腔体提供单一等离子体产生装置6产生单一等离子体束61，垂直且来回扫描式地对基材63的配向膜进行配向。然而，利用此技术所得的成果虽几乎已达市售产品的标准，但由于等离子体束配向技术是由单一等离子体产生装置采用多次来回扫描的方式对配向膜进行改质，故制造过程时间较长，难以调整方向，而不利于量产。同时，等离子体产生装置来回扫描时所产生的震动亦会造成制造过程的不稳定性。

因此，如何有效解决前揭背景技术所存在的问题，乃成为目前业界亟待克服的课题。

发明内容

鉴于以上所述背景技术的缺点，本发明的一目的即在提供一种可稳定预倾角的液晶配向系统。

本发明的次一目的即在提供一种有利于量产的液晶配向系统。

本发明的另一目的即在提供一种可提升制造过程稳定性的液晶配向系统。

为达成上述及其它目的，本发明提供一种液晶配向系统，该液晶配向系统应用于对基材表面的配向膜进行配向，且配向系统包括：机台，具有制程空间；基材移载机构，设于该制程空间，用于移载该基材进行配向；以及数个等离子体产生装置，以可调变方向与角度地设于该制程空间并分别排列面对该基材移载机构，用于对该配向膜进行改质，以使该基材表面形成均匀且规则性分子键结的配向膜，从而藉单次制造过程即达成预倾角稳定配向的效果。

在前述的配向系统中，该制程空间可为单一式腔体及连续式腔体的其中之一。该数个等离子体产生装置产生数个等离子体束，且该等离子体产生装置可呈选自包括并联排列、串联排列及交叉排列的至少其中之一而设于该制程空间。该制程空间的操作环境可为常压或真空。该制程空间的压力范围为介于760Torr至1×10^-5Torr之间者为佳。该等离子体产生装置面对于该基材表面的法线方向的角度范围介于0°至90°之间，基材与等离子体产生装置可垂直、倾斜任一角度或旋转任一角度摆放。该基材移载机构可同时移载数个基材进行配向膜的配向，其中，数个基材的设置方式包括选自水平或垂直于配向系统、垂直于等离子体束或形成一倾斜角度、以及数个基材相互平行或相互形成一夹角的其中一种。各该等离子体产生装置产生相同或不同能量的等离子体源。该等离子体产生装置可选自阳极层推进器等离子体源、电晕放电、等离子体辉光放电、喷射等离子体、等离子体火炬、表面介电质放电、共平面扩散表面放电及铁电放电的其中之一，但不以此为限。在一实施例中，该基材移载机构可环设于数个等离子体产生装置的外侧；而在另一实施例中，数个等离子体产生装置可环设于基材移载机构的外侧。

在一实施例中，可运用数个等离子体产生装置以产生可调变方向与角度的等离子体束对该配向膜进行改质。在另一实施例中，可运用数个等离子体产生装置的等离子体束及基材间的相对移动，以可调变方向与角度的等离子体束对该配向膜进行改质。此外，尚可于采用单向移动该等离子体束的配置下，针对可调变方向与角度的基材进行该配向膜的改质，亦可运用数个等离子体产生装置的等离子体束及基材间的相对移动的配置下，针对可调变方向与角度的基材进行该配向膜的改质。

相比于现有技术，本发明所提出的液晶配向系统，主要是利用具备高能量等离子体特性的数个等离子体产生装置以可调变方向与角度的方式对配向膜表面进行改质，使得液晶分子具有特定角度(0°至90°)高稳定性的排列，以解决现有技术无法确实且安定地做成弯曲配向而造成的量产化难题，如此便提供可稳定预倾角的液晶配向系统。

同时，由于数个等离子体产生装置(multi-sources)架设于制程空间内，仅需以单次扫描处理即可达成配向的要求，而达到快速配向的效果，大幅度缩短制造过程时间，进而有利于量产，并且可以减少现有技术中等离子体产生装置往复扫描所产生震动引起的不稳定性，从而提升制造过程稳定性。

附图说明

图1A至1C是本发明液晶配向系统的制法实施例的示意图；

图2是本发明液晶配向系统的示意图，其中显示液晶配向系统的实施状态；

图3是显示基材与等离子体束间的相对配置关系呈并联排列的示意图；

图4A及4B是显示基材与等离子体束间的相对配置关系的第二实施例示意图，其中图4A的基材呈相互夹设一角度排列，图4B的基材则呈相互平行排列；

图5A及5B是显示基材与等离子体束间的相对配置关系的第三实施例示意图，其中图5A的基材设置于等离子体产生装置的外侧并呈直角的移载方式，图5B的基材设置于等离子体产生装置的外侧并呈环形的移载方式；

图6是本发明液晶配向系统的第四实施例的示意图；以及

图7A至7C是显示现有液晶配向系统的示意图；

图8是显示另一现有液晶配向系统的示意图。

主要元件符号说明

1 配向系统

11 制程空间

111 第一开口

113 第二开口

13 基材移载机构

15 等离子体产生装置

155 等离子体束

3 基材

31 导电层

33 配向膜

6 等离子体产生装置

61 等离子体束

63 基材

B1、B2 箭头

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，所属技领域中普通技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。应注意的是，本实施例中的液晶配向系统及应用该系统的配向制法是以诸如电视用的液晶显示器为例来说明，但并非以此为限。此种具备预倾角的配向方式还可应用于诸如双稳态液晶(BistableLCD)、电子书用的显示器等，故下列实施例中所述的仅为例示性说明，在此先说明。

图1至3是依本发明优选实施例所绘制的附图。首先，参阅图1A至1C，是显示本发明液晶配向系统的制法实施例流程示意图。

如图1A所示，本发明所提供液晶配向系统的制法，是首先制备一基材3，且该基材3表面预先形成一导电层31及一配向膜33。

在本实施例中，该基材3为一液晶面板所使用的玻璃基板，而该导电层31的材料可为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，亦即表面形成导电层31的基材3是例如一ITO玻璃基板，但此导电层并非以此为限，亦可使用其他适用于显示器的导电层。当然，所属技术领域中普通技术人员应均可理解具有导电层31的基材3并非以本实施例中所示的玻璃基板为限，在其他实施例中亦可选用具有不同材质的导电层的基材，例如塑胶基板、金属软板或其他适当基材。

该配向膜33具有液晶分子排列，例如采用垂直配向(VerticalAlignment)、扭转向列、超扭转向列、广域垂直排列、平面切换、光学补偿弯曲模式、铁电液晶(Ferroelectric liquid crystal，FLC)或其他等效方式形成。由于对液晶分子排列的配向膜进行改质较易于通过制造过程参数调控液晶分子的倾斜角度(90至0度)与光电特性，故在本实施例中是于该基材3表面先形成液晶分子例如呈垂直排列的配向膜33。

同时，该配向膜33可选择为有机薄膜、无机薄膜或有机及无机相混的薄膜，包括如聚醯亚胺、压克力以及聚乙烯基肉桂酸(PVCN)等的有机化合物或如玻璃、石英、金、ITO、硅、氮硅化合物、非晶形硅氢(hydrogenated amorphous silicon)、非晶形碳氢(hydrogenatedamorphous carbon，a-C：H)、类钻碳(Diamond-Like Carbon，DLC)、硅氧化合物(SiO_x)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化铈(CeO₂)、氧化锡(SnO₂)、氧化锌钛(ZnTiO₂)以及氧化铟钛(InTiO₂)等的无机化合物的至少其中之一。此外，由于对该基材3的导电层31表面进行镀膜以形成该配向膜33以及刷磨式配向与垂直配向等技术均为现有，故于此不再赘述。

接着，如图1B所示，以可调变方向与角度的等离子体束155对该配向膜33进行改质，以使该基材3表面如图1C所示形成均匀且规则性分子键结的配向膜33，并达成该液晶分子呈预倾角稳定配向的效果。

如图2所示，前述以可调变方向与角度的方式对该配向膜33表面进行改质可运用一配向系统1，该配向系统1包括具有制程空间11的机台、设于该制程空间11的基材移载机构13、分别排列面对该基材移载机构13的数个等离子体产生装置15。

该制程空间11具有一第一开口111及一相对的第二开口113。在本实施例中，该第一开口111为一进料口(inlet)，该第二开口113则为一出料口(outlet)。同时，虽在本实施例中，该制程空间体11为单一式腔体，但是，在其他实施例中，该制程空间11亦可为连续式腔体，即，可连接数个该制程空间11，并可依厂房空间大小做方向的改变。

该基材移载机构13设于该制程空间11下方，用于移载该基材3进行配向。由于该基材移载机构13可为任何用于传输基材的移载机构，且相关的移载机构已广泛应用于产业中，而为所属技术领域中普通技术人员所能理解者，故于此不再多作说明。

该等离子体产生装置15以产生可调变方向与角度的等离子体束(容后陈述)设于该制程空间11并分别排列于该基材移载机构13之上，用于对该配向膜33进行改质。在本实施例中，可依功能需求任意调整各该等离子体产生装置15的倾斜角度，各该等离子体产生装置15的倾斜角度介于该等离子体产生装置面对于该基材3表面的法线方向为0°至90°之间，只要令该配向膜33中液晶分子排列的倾斜程度介于0°起至90°间的角度范围即可。

同时，各该等离子体产生装置15可具备相同或不同的能量与角度，且各该等离子体产生装置15可依不同能量产生不同等离子体束155。在本实施例中，该等离子体产生装置15在常压或真空(760至1×10^-5torr)的压力环境的条件下产生具有高能量的等离子体源以对外提供等离子体束155，且数个等离子体产生装置15中，可以依功能需求而使任意调整各该等离子体产生装置15的倾斜角度。该等离子体产生装置15的倾斜角度例如介于0°至90°之间，可以依功能需求而使基材3与等离子体产生装置15垂直、倾斜任一角度或旋转任一角度摆放，而非本实施例中所示的为限。

在本实施例中，该等离子体产生装置15例如为阳极层推进器(Anode Layer Thruster，ALT)等离子体源；同时，如图3所示，对该基材3而言，各该等离子体产生装置15呈并联排列，但各该等离子体产生装置15亦可呈交叉排列，且在其他实施例中各该等离子体产生装置15亦可为并联排列、串联排列及交叉排列的至少其中之一而设于该制程空间11，而不以本实施例中所示的为限。

同时，利用该等离子体产生装置15所产生具有高能量的等离子体源以对外提供等离子体束。在本实施例中，该等离子体源为混合选自电子、离子、自由基以及中性粒子的至少其中二者；在其他实施例中，该等离子体源亦可为电子、离子、自由基或中性粒子的其中之一。此外，该等离子体产生装置15产生等离子体源所使用的制程气体可为例如空气、干燥空气、氧气、氮气、氩气、水气或其他可在前述压力环境中解离成等离子体态的气体。

在本实施例中，该制程空间11的压力范围介于760Torr至1×10^-5Torr之间，亦即，于常压或真空的压力环境为760Torr至1×10^-5Torr的条件产生该等离子体源，而该等离子体产生装置15面对于该基材3表面的法线方向的角度范围介于0°至90°之间，在以可调变方向与角度地对该配向膜33进行改质的步骤后，便得令该液晶分子的倾斜角度介于0°至90°之间。同时，经等离子体改质的配向膜33表面，预倾角可稳定维持在8～10度，使得光学补偿弯曲排列(OCB)液晶可迅速地从斜展状态转换为弯曲状态，同时，OCB液晶分子在特定预倾斜角时(如45～55度)亦能保持稳定，不会随时间而有衰退的现象。

应注意的是，虽本实施例的配向系统1应用于液晶配向(LiquidCrystal Alignment)，但该配向系统1可应用于其他须量产设计的产业中，例如斜向镀膜(Oblique deposition)、保护过度涂布(ProtectiveOver-Coating)、基板清洁(Substrate Cleaning)、离子辅助沉积(Ion-assisted Deposition)、光学涂布(Optical Coatings)、溅镀处理(Sputtering Processing)、印刷电路板清洁(PCB Cleaning)及航天科技的推进器(Thruster for spacetechnology)等，只要根据各制造过程所需要的等离子体束的浓度以及散射角度，符合各该制造过程最佳参数设计及最快的处理效率即可。

同时，针对该等离子体产生装置15，可施加不同能量来达到不同目的，包含液晶配向、清洁、镀膜、加热、退火和表面改质等。而且，可依制造过程需要，分别调整各该等离子体产生装置15的等离子体发散角度，而达到不同的等离子体源准直性，其中，例如可通过改变该等离子体产生装置15本身的机构设计或外加装置，以调整各该等离子体产生装置15的等离子体发散角度。

相比于现有技术，在本实施例中，采用单向移动该基材3，以可调变方向与角度的配向系统1对该配向膜33进行改质。如此，便可通过调整该制程空间11的真空度、气体流量(例如为5至100sccm，但不限于此)、数个等离子体产生装置15间的距离、角度与能量、电压(例如为200至800伏特，但不限于此)、预倾角以及处理时间(例如为5至150秒，但不限于此)等制造过程参数，使该基材3以特定速度经过此多支等离子体产生装置15扫描，即可一次达到所需求的配向效果。因此，不仅可缩短制造过程时间，更可加快量产速度，而有利于量产，并可提升制造过程的稳定性。当然，在其他实施例中，亦可以往复移动该基材3的方式进行制造过程。

由于本实施例是由数个等离子体产生装置15以可调变方向与角度地对该配向膜33进行改质，以使该基材3表面形成均匀且规则性分子键结的配向膜33，从而藉单次制造过程即达成预倾角，并达成该液晶分子呈预倾角稳定配向的效果。当然，为了避免配向后特性衰退，造成配向的不稳定性，可在配向同时加入含氢气体做钝化处理，或在配向之后加入含氢气体做钝化处理，因为氢原子可以与经过等离子体束处理后所产生的悬挂键结合，藉以改善配向的稳定性，避免因不稳定的配向膜化学键结发生改变，促使该配向膜33拥有稳定的预倾角。

参阅图4A、4B，是显示基材与等离子体束间的相对配置关系的第二实施例示意图。该液晶配向系统及应用于该系统的制法与前述实施例大致上相等，故不在此赘述，而其最大不同之处为，该基材移载机构13可移载数个基材3，同时进行等离子体束155对基材3配向膜的配向。其中，该数个基材3的配置方式，为选自包括水平或垂直于配向系统、垂直于等离子体束155或形成一倾斜角度、以及数个基材3相互平行或相互形成一夹角的其中一种。

参阅图5A，为本发明所提出的液晶配向系统的第三实施例。该液晶配向制法及应用于该制法的配向系统与前述实施例大致上相等，故不在此赘述，而其配向系统最大不同之处为，该基材移载机构13移载软性的基材3并环绕于设置在中心的数个等离子体产生装置15的外侧。换言之，即为中心的数个等离子体产生装置15所产生的等离子体束155可连续向四周进行配向膜33的配向，故基材3仅需利用基材移载机构13移载并环绕于四周即可，且若需调整多重等离子体束155的角度及倾斜角度也非常方便，仅需旋转中心轴或使中心轴偏移一角度即可。在图5B所示的实施例中，该基材移载机构13环形设置于数个等离子体产生装置15的外侧，且非以直角设置为限。

参阅图6，为本发明所提出的液晶配向系统的第四实施例示意图。该液晶配向系统及应用于该系统的制法与上述实施例大致上相等，故不在此赘述，而其配向系统最大不同之处为，该基材移载机构13为一中心轴的用途，是以中心轴外缘移载软性的基材3，并使移载的基材3受环绕于四周的数个等离子体产生装置15提供的等离子体束155进行配向。换言之，基材3可于中心轴处连续接受配向膜33的配向，故基材移载机构13的设计即可简单化，也使得机台的设计得以有效的缩减，且若需调整基材3受配向的倾斜角度也非常方便，仅使中心轴偏移一角度即可。

相比于现有技术，本发明所提出的液晶配向系统及应用该系统的制法，主要是运用数个等离子体产生装置以可调变方向与角度的方式对配向膜表面进行改质，以使液晶分子呈预倾角的排列，并形成均匀且具等向性的配向膜，因此所制成配向膜的均匀性良好、锚定能强且具预倾角。

同时，因为运用数个等离子体产生装置15对该配向膜表面进行配向之故，因此单次制造过程便可完成配向制造过程，并无现有技术来回扫描所产生的问题，且节省制造过程时间、简化制造过程步骤。此外，本发明以数个等离子体产生装置(等离子体束)代替刷磨式配向不仅利用微量的能量就可达到具备预倾角的效果，更具有较佳的稳定性。所以，本发明相对已解决背景技术所存在的问题。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修饰与改变。

Claims

1.一种液晶配向系统，应用于对基材表面的配向膜进行配向，包括：

机台，具有制程空间；

基材移载机构，设于该制程空间，用于移载该基材进行配向；以及

数个等离子体产生装置，以可调变方向与角度地设于该制程空间并分别排列面对该基材移载机构，用于对该配向膜进行改质，以使该基材表面形成均匀且规则性分子键结的配向膜，从而藉单次制造过程即达成预倾角稳定配向的效果。

2.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该制程空间为单一式腔体及连续式腔体的其中之一。

3.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该基材摆设方式选自包括水平、水平旋转角度、垂直及倾斜角度的其中一种。

4.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该基材移载机构同时移载数个基材进行配向膜的配向。

5.根据权利要求4所述的液晶配向系统，其中，该数个基材的设置方式选自包括水平或垂直于配向系统、垂直于等离子体束或形成一倾斜角度、以及数个基材相互平行或相互形成一夹角的其中一种。

6.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该基材移载机构环设于数个等离子体产生装置的外侧。

7.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该数个等离子体产生装置环设于基材移载机构的外侧。

8.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该等离子体产生装置为产生等离子体源及离子源的其中之一。

9.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该数个等离子体产生装置选自并联排列、串联排列的至少其中之一。

10.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该制程空间的操作条件为介于常压与真空的压力环境中。

11.根据权利要求10所述的液晶配向系统，其中，该制程空间的压力环境为介于760Torr至1×10^-5Torr之间。

12.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，该等离子体产生装置面对于该基材表面的法线方向的角度范围介于0°至90°之间。

13.根据权利要求1所述的液晶配向系统，其中，各该等离子体产生装置产生相同或不同能量的等离子体源。