CN101271229A - 用于液晶显示装置的取向层的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液晶显示装置的取向层的制造方法，该方法包括通过在基板上涂覆取向材料形成取向材料层；在取向材料层上照射UV光线并进行预烘烤；并对取向材料层进行后烘烤。

Description

用于液晶显示装置的取向层的制造方法
本申请要求于2007年3月21日在韩国提交的韩国专利申请第P2007-0027690的权益，因此在这里全文引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)装置，尤其涉及一种用于LCD装置的取向层的制造方法。
背景技术
传统的LCD装置利用液晶分子的光学各向异性和偏振特性进行图像显示。液晶分子由于其瘦长的形状具有排列的取向特性。因此，可通过在液晶分子上施加电场控制液晶分子的排列方向。因此，当向液晶分子施加电场时，光线的偏振特性根据液晶分子的排列变化，从而使得LCD装置进行图像显示。形成至少一个取向层以确定液晶分子的初始取向。
图1所示的是传统LCD装置的透视图，而图2所示的是传统LCD的截面图。
参考图1和图2，LCD装置包括阵列基板B1，彩色滤光片基板B2和设置其间的液晶层40。在阵列基板B1中，在第一基板10上形成栅极线12、数据线24、薄膜晶体管(TFT)T和像素电极28。栅极线12和数据线24彼此交叉限定了像素区域P，而TFTT形成在栅极线12和数据线24的交叉区域上。位于每个像素区域P中的像素电极28与TFTT连接并通过TFTT接收电压。TFTT包括栅极14、栅极绝缘层16、包括活性层18a和欧姆接触层18b的半导体层18、源极20和漏极22。栅极14连接到栅极线12上，位于栅极绝缘层16上的半导体层18对应于栅极14。在半导体层18上形成源极20和漏极22并将它们彼此分开设置。源极20连接到数据线24上。暴露漏极22一部分的钝化层26在TFTT上形成，在钝化层26上形成像素电极28以使得像素电极28连接到漏极22的一部分上。另外，由聚酰亚胺形成的第一取向层42形成在具有像素电极28的第一基板10的整个表面上。
在彩色滤光片基板B2中，在面对第一基板10的第二基板30上形成黑色矩阵32、彩色滤光片层34和公共电极36。在第二基板30上形成黑色矩阵32，并具有点阵形状。黑色矩阵32对应于第一基板10上的非显示区域。第一基板10的非显示区域包括栅极线12、数据线24和TFT T。彩色滤光片层34包括子彩色滤光片34a、34b和34c，具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的其中一个的每个子彩色滤光片34a、34b和34c对应于每个像素区域P。尽管未示出，在黑色矩阵32和彩色滤光片层34形成有平坦层。在黑色矩阵32和彩色滤光片层34上形成公共电极36。公共电极36和像素电极28产生一电场以通过该电场驱动液晶层40。另外，在公共电极36上形成第二取向层44。
形成取向层以确定液晶层的液晶分子的初始取向。执行分为接触型和非接触型的取向过程以使得取向层具有取向特性。在接触型取向过程中，采用摩擦布(rubbing cloth)。在取向层和摩擦布之间进行物理摩擦以在取向层的一个表面上形成那个多个凹槽。由于这些凹槽，取向层具有取向特性，液晶分子具有预定取向。另一方面，在非接触型取向过程中，在取向层上进行光学反应以使得取向层具有各向异性。液晶分子由于上述各向异性具有预定取向。
不利的是，由于在接触型取向过程中需要的额外的程序，例如更换摩擦布，接触型取向过程增加了LCD的生产成本。因此，非接触型取向过程成为重要的研究和发展目标。特别是，当摩擦取向层使之具有多个初始取向时，在一个像素区域中需要多个区域时，非接触型取向过程得到了广泛的应用。
在非接触型取向过程中，由包括光学功能群的聚酰亚胺树脂形成取向层。例如，包括环丁烷二酐(cyclobutane dianhydride)(CBDA)的光学功能群。
图3所示的是根据现有技术用于形成取向层的聚酰亚胺树脂的结构图。一般的，聚酰亚胺是具有亚胺环并由芳香酐和二胺合成的聚合物材料。特别的，光化反应亚胺具有光学功能群，例如图3中所示的环丁烷二酐(CBDA)。当照射紫外光(UV)时，环丁烷二酐(CBDA)环打开使得具有光学功能群的光化反应亚胺变成马来酰亚胺(MI)和光学-氧化反应物。
图4所示的是包括环丁烷二酐(CBDA)环和氧化二苯胺(ODA)的聚酰亚胺树脂在经过UV RAY照射前后的结构图，而图5所示的是聚酰亚胺树脂的二向色性和吸光度的图。
参考图4和5，当将UV RAY照射到包括环丁烷二酐(CBDA)环和氧化二苯胺(ODA)群的聚酰亚胺上时，CBDA环打开从而产生马来酰亚胺(MI)和光学-氧化反应物。在图4中，1376cm-1、1240cm-1和1501cm-1表达的是红外线吸收波段。可采用傅立叶变换红外线(FT-IR)光谱测量红外线吸收波段。由UV RAY照射得到的马来酰亚胺(MI)具有1397cm-1的红外线吸收波段。另外，如图5所示，具有1397cm-1的红外线吸收波段的马来酰亚胺(MI)的红外吸收曲线50和二向色性取向52彼此重叠。马来酰亚胺(MI)的红外吸收曲线50和二向色性取向52如图5(b)所示。可确定马来酰亚胺(MI)具有非取向性，且不会影响取向层的特性。
另外，当光学分解聚酰亚胺时，将不仅产生主反应的产物马来酰亚胺(MI)，还将产生副反应中的不理想的产物。副反应将减少聚酰亚胺的分子重量，从而降低由聚酰亚胺形成的取向层的抗热性能。因此，具有传统光-取向的取向层的LCD装置将产生一些问题，例如残留图像。
发明内容
因此，本发明致力于提供一种用于液晶显示装置的取向层的制造方法，充分避免了由于现有技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题。
本发明另外的优点、目的和特点将在以下的描述中提出，其中一部分本领域的普通技术人员可从描述中明显看出，或者通过对发明的实践领会到。本发明的目的和其他优点可从文字描述和权利要求以及附图中特别指出的结构中了解和获得。
为了达到这些目标和其他优点，并且依照本发明的目的，如这里实施例和全面描述的，一种用于液晶显示装置的取向层的制造方法包括通过在基板上涂覆取向材料形成取向材料层；在取向材料层上照射UV光线并进行预烘烤；并对取向材料层进行后烘烤。
可以理解，上述总体描述和以下的用于实施和解释的具体描述都是为了对本发明的权利要求提供进一步的解释。
附图说明
附图提供对本发明的进一步的理解，其包含在说明书中并构成说明书的一部分，说明本发明的实施例并且和说明书一起用于解释本发明的原理。
图1所示的是传统LCD装置的透视图。
图2所示的是传统LCD的截面图。
图3所示的是根据现有技术用于形成取向层的聚酰亚胺树脂的结构图。
图4所示的是包括环丁烷二酐(CBDA)环和氧化二苯胺(ODA)的聚酰亚胺树脂在经过UV RAY照射前后的结构图。
图5所示的是聚酰亚胺树脂的二向色性和吸光度的图。
图6A到6C所示的是根据本发明的具有取向层的彩色滤光片基板的制造程序。
图7所示的是在取向层中的羰基群吸收图。
图8所示的是相对于时间的相关密度图。
图9所示的是进行后烘烤(PB)前后根据UV密度的延迟值的差别图。
图10所示的是在后烘烤(PB)程序前后根据UV密度的取向层的玻璃化温度图。
具体实施方式
下面将详细参考描述本发明的优选实施例，其实施例在附图中示出。
用于制造取向层的取向材料包括具有图3中所示的环丁烷二酐(CBDA)的聚酰亚胺树脂。具有优良性能的取向层的制造方法根据图6A到6C进行描述。
图6A到6C所示的是根据本发明的具有取向层的彩色滤光片基板的制造程序。
首先，在图6A中，在具有多个像素区域P的基板100上形成黑色矩阵102。黑色矩阵102具有对应于每个像素区域P的点阵形状。尽管未示出，LCD装置具有对向基板。在对向基板上，形成栅极线、数据线和薄膜晶体管，且黑色矩阵102对应上述元件。之后，在具有黑色矩阵102的基板100上形成对应于每个像素区域P的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)彩色滤光图案102a、102b和102c。更具体的说，在具有黑色矩阵102的基板100的整个表面上涂覆彩色树脂，并图案化彩色树脂层以形成红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)彩色滤光图案102a、102b和102c中的一个。例如，在第一像素线上设置红色(R)滤光图案102a，在第二像素线上设置绿色(G)滤光图案102b，在第三像素线上设置蓝色(B)滤光图案102c。这里表示为条状型。考虑到色纯度和电子特性，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)彩色滤光图案102a、102b和102c具有不同的厚度。
因此，如图6B所示，在红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)彩色滤光图案102a、102b和102c上形成平坦层106以形成平坦的顶面。平坦层可由绝缘聚合物树脂形成。之后，在平坦层106上形成公共电极108。公共电极108包括透明的导电材料，例如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)。如果彩色滤光片基板用于平面内转换(IPS)模式的LCD装置中，则不需要公共电极。
如图6C所示，在公共电极108上形成取向材料层(未示出)，之后在取向材料层(未示出)上进行取向过程以形成取向层110。通过取向过程，取向层110具有取向层110的特性。取向材料包括具有环丁烷二酐(CBDA)的聚酰亚胺。
当形成取向层110时，需要在光分解中最小化氧化作用并激化反应率，从而最小化马来酰亚胺(MI)的寿命并防止由于马来酰亚胺(MI)的副反应。
为了这样，在取向过程中，在取向材料层(未示出)上照射紫外(UV)光。同时，加热取向材料层(未示出)。也就是，取向过程的第一条件是进行UV RAY照射并在同时加热取向材料层(未示出)。加热程序可称为预烘烤程序。预烘烤程序可在大约25摄氏度到大约230摄氏度的温度范围内进行。由于这些程序，同时出现了光反应和热交联反应。因此，当环丁烷二酐(CBDA)进行光分解时，从网状结构中产生并激化了大量的马来酰亚胺(MI)，且由于第一条件防止了马来酰亚胺(MI)的副反应。结果，克服了由于马来酰亚胺(MI)的副反应导致的现有技术的问题。
另外，取向过程的第二个条件时在氮气而非氧气的氛围中进行以最小化氧化作用。图7所示的是在取向层中的羰基群吸收图。附图标记120a表示在氮气氛围下进行取向过程时取向层中的羰基群的第一吸收图，而附图标记120b表达的是在氧气氛围下进行取向过程时取向层中的羰基群的第二吸收图。如图7所示，第二吸收图120b具有比第一吸收图120a更大的宽度。在氧气氛围中进行取向过程比在氮气氛围中进行更加激化了氧化作用。氧化作用对取向特性具有不好的影响。因此，优选在氮气氛围中而非氧气氛围中进行取向过程。
取向过程的第三条件是用于照射的UV RAY具有大约0.05J/cm2到大约3J/cm2的能量密度。这个条件可通过图8所示的相对于时间的相关密度图进行理解。如图8所示，当样品的温度是170摄氏度、200摄氏度和230摄氏度之一时，UV RAY的能量密度是1J/cm2，马来酰亚胺(MI)的出现和消失达到平衡状态。也就是说，当UV RAY的能量密度是大约1J/cm2，马来酰亚胺(MI)的产量达到最大值。在其他的能量密度值，提高了生产率从而降低了取向层的特性。因此，需要控制能量密度。例如，能量密度在0.05J/cm2到大约3J/cm2的范围内。
取向过程的第四个条件是在进行UV RAY照射和加热后进行后烘烤程序。如在第一条件中解释的加热过程称为第一烘烤程序，后烘烤程序可称为第二烘烤程序。图9解释了为什么需要进行第二烘烤程序的原因。图9所示的是进行后烘烤(PB)前后根据UV密度的延迟值的差别图。如图9所示，进行后烘烤(PB)后的取向层比进行后烘烤前具有更大的延迟值。取向层具有更高的延迟值，则取向层将具有更高的各向异性特性。因此，当进行后烘烤时，取向层具有更好的性能。
另外，温度特性依赖于后烘烤程序。这结合图10所示的在后烘烤(PB)程序前后根据UV密度的取向层的玻璃化温度来解释。如图10所示，当照射UV RAY时，经过后烘烤(PB)之后的取向层具有比经过后烘烤(PB)之前的取向层更高的玻璃化温度。这是因为通过后烘烤(PB)程序，马来酰亚胺(MI)具有网状结构。后烘烤程序的温度可在25摄氏度到230摄氏度的范围内。
在上述后烘烤程序之前进行清洗程序可使得取向层具有更优良的性能。这是因为通过清洗程序可移除副反应产物。在清洗程序中，清洗溶液可包括异丙醇。取向层由清洗溶液进行清洗，之后，用去离子水对取向层进行进一步清洗。清洗程序后，吹干取向层。
具有在第一、第二和第三条件下进行光学取向形成的取向层的LCD装置产生的黑色图像具有如表1所示的亮度。取向层中的黑色图像的亮度在点1到6上进行测量。通过在不同UV能量密度下的光学取向程序得到四个样品，而第五个样品是通过摩擦布摩擦由“R/B PI”表示的传统的聚酰亚胺取向层得到的。
Figure A20071030834800091
表1
在表1中，根据本发明的具有光学取向的取向层的LCD装置的黑色图像具有大约1.1到1.2的亮度，而具有传统取向层的LCD装置具有大约1.6的亮度。由于根据本发明的LCD装置中的黑色图像与传统LCD装置中的黑色图像相比具有较低的亮度，本发明的对比度得到提高。在传统LCD装置中的黑色图像的相对高的亮度是由于在摩擦过程中的摩擦布的擦伤导致的。在本发明中，由于采用光学取向得到取向层，将不会出现例如擦伤的问题。
如上所述，具有包括环丁烷二酐(CBDA)环的聚酰亚胺树脂的取向材料层涂覆在基板上。在氮气氛围下，具有能量密度为大约0.05J/cm2到大约3J/cm2的UV光线照射到取向层上，同时在取向层上进行预烘烤程序。预烘烤程序的温度范围是大约25摄氏度到230摄氏度。之后，清洗具有取向材料层的基板。最后，在大约25摄氏度到230摄氏度的温度范围内进行后烘烤程序。结果制造完成取向层。在这种情况下，预烘烤和后烘烤程序的温度通过考虑在彩色滤光片基板上的平坦层的温度特性确定。当平坦层具有优良温度特性时，可增大预烘烤和后烘烤程序的温度。
在本发明中，通过UV光线对取向层进行光学取向。同时进行预烘烤。另外，由于在氮气氛围下进行光学取向过程，可最小化副反应。因此，取向层具有优良的性能。
另外，由于UV RAY具有大约0.05J/cm2到大约3J/cm2的范围内的能量密度，马来酰亚胺(MI)的产率达到最大。
另外，由于后烘烤提高了延迟值。另外，由于在预烘烤程序和后烘烤程序之后进行清洗程序，移除了副反应产物从而进一步提高了取向层的性能。
显然在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对本发明的有机电致发光器件及其制造方法做出各种改进和变型。因此，本发明覆盖所有落入所附权利要求及其等效物所包含的范围之内的改进和变型。

Claims (8)

1、一种用于液晶显示装置的取向层的制造方法，包括：
通过在基板上涂覆取向材料形成取向材料层；
在取向材料层上照射UV光线并进行预烘烤；并
对取向材料层进行后烘烤。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料包括具有环丁烷二酐(CBDA)的聚酰亚胺，其中聚酰亚胺表示为：
Figure A20071030834800021
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述R包括二胺和包括氧化二苯胺(ODA)的氢化物之一。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UV光线具有大约0.05J/cm2到大约3J/cm2的范围内的能量密度。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预烘烤和后烘烤中的至少一个步骤在大约25摄氏度到230摄氏度的温度范围内进行。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述预烘烤步骤之后和所述后烘烤步骤之前清洗所述取向材料层。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于清洗步骤的清洗溶液包括包括异丙醇的有机溶剂和有机溶剂与去离子水的混合溶液中的一个。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述取向层、照射UV光线和预烘烤以及后烘烤中的至少一个步骤在氮气氛围下进行。
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