CN101556406A - 显示器基板和液晶盒的制作方法 - Google Patents

显示器基板和液晶盒的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种显示器基板的制作方法，是先提供一块基板，再对这块基板进行配向薄膜涂布与配向处理，然后在此经过配向处理后的基板表面上涂布一层光反应型单体材料。接着，选择性在光反应型单体材料层的部分区域进行紫外光照射，然后将未曝光区域的单体材料移除，可使液晶分子在曝光区域与未曝光区域表面的排列具有不同的预倾角。本发明还公开了一种液晶盒的制作方法。

Description

显示器基板和液晶盒的制作方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器的制作技术，且特别涉及一种工艺简单、成本低的显示器基板(display substrate)和液晶盒(liquid crystal cell)的制作方法。
背景技术
为满足多象限(multi-domain)配向、半反半穿模式或是高预倾角的配向等需求，液晶显示器开发者不断地追求在不同区域产生不同预倾角的配向效果。常见的方法是利用UV光照射方式来改变配向表面的预倾角，如美国专利专利号US 6,852,374B2以及US 5,909,265；或者，再配合使用磨擦(rubbing)定向来形成垂直-水平配向交错区域，如美国专利专利号US 7,060,420B2。也有利用光刻蚀刻技术在表面上制作沟槽状结构，然后注入不同配向效果的聚亚酰胺(polyimide，PI)材料的方法，如美国专利公开号US 2007/0154657A1。还有的方法是利用混合型聚亚酰胺材料来产生类似的效果，如美国专利公开号US 2005/0260334A1。但是，这些方式通常是耗费时间、工艺繁琐、或是不易控制。
发明内容
本发明提供一种显示器基板的制作方法，以便使液晶在基板表面上具有不同预倾角(pretilt angle)的配向区域。
本发明另提供一种液晶盒的制作方法，可以轻易地在不同区域产生不同预倾角的液晶配向效果，这种方法不仅经济又快速，且利用现有的机台即可达成。
本发明提出一种显示器基板的制作方法，是先提供一块基板，再于基板上涂布配向薄膜，之后对配向薄膜进行配向处理。然后，在此经过配向处理后的配向薄膜上涂布一层光反应型单体材料。接着，选择性在光反应型单体材料的部分区域进行紫外光(UV)照射，然后将未曝光区域的光反应型单体材料移除，可使曝光后的区域与未曝光区域的表面产生不同预倾角的液晶配向效果。
本发明再提出一种显示器基板的制作方法，是先提供一块基板，再于基板上涂布配向薄膜，然后在配向薄膜表面上涂布一层光反应型单体材料。接着，选择性在光反应型单体材料的部分区域进行UV光照射，然后将未曝光区域的单体材料移除，再对配向薄膜与曝光后的光反应型单体材料进行配向处理，以使曝光后的区域与未曝光区域的表面产生不同预倾角的液晶配向效果。
本发明另提出一种液晶盒的制作方法，包括先提供第一基板与第二基板，再对上述两块基板中的至少一个进行以下步骤：在第一与第二基板其中至少一个上涂布配向薄膜，再对配向薄膜进行配向处理，然后在经过配向处理后的配向薄膜上涂布一层光反应型单体材料层，接着选择性对光反应型单体材料层的部分区域进行UV光照射，然后移除未曝光区域的光反应型单体材料，可使曝光后的区域与未曝光区域的表面产生不同预倾角的液晶配向效果。随后，面对面组合第一基板与第二基板，再于第一与第二基板之间提供液晶层。
本发明又提出一种液晶盒的制作方法，包括先提供第一基板与第二基板，再对上述两块基板中的至少一个进行以下步骤：在第一与第二基板其中至少一个上涂布配向薄膜，然后在配向薄膜的表面上涂布一层光反应型单体材料层。接着，选择性对光反应型单体材料层的部分区域进行UV光照射，再移除未曝光区域的光反应型单体材料。然后，对上述配向薄膜与曝光后的光反应型单体材料层进行一道配向处理，以使曝光后的区域与未曝光区域的表面产生不同预倾角的液晶配向效果。随后，面对面组合第一基板与第二基板，再于第一与第二基板之间提供液晶层。
在本发明的其中一个实施例中，上述光反应型单体材料层的厚度在100埃～2000埃之间。
在本发明的其中一个实施例中，上述面对面组合第一基板与第二基板的方式包括将配向方向以平行的方式进行组合。
在本发明的上述实施例中，液晶盒包括扭曲向列(TN)液晶盒、平面转换(IPS)液晶盒、垂直配向(VA)液晶盒、聚亚酰胺单元(pi-cell)液晶盒、负型(negative)pi-cell液晶盒或斜展态弯曲态元件(splay bend device，SBD)液晶盒。此外上述液晶盒也可以是双稳态扭曲向列(bistable twisted nematic，BTN)液晶盒。
在本发明的各实施例中，上述的光反应型单体材料包括反应性液晶单体(reactive liquid crystal monomer)、正型光致抗蚀剂材料或是负型光致抗蚀剂材料。
在本发明的各实施例中，上述的配向处理包括离子束配向(ion beamalignment)、紫外光配向(UV alignment)、等离子体配向(plasma alignment)、斜向蒸镀、或是摩擦配向(rubbing)，以使基板的表面具有异向性。
在本发明的各实施例中，上述配向薄膜包括有机膜或是无机膜。其中，有机膜可为聚酰亚胺(polyimide)、聚酰胺酸(polyamic acid，PAA)、聚酰胺(polyamide)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙烯醇肉桂酸酯(polyvinylcinnamate，PVCi)或其他类高分子薄膜，而无机膜可为类金刚石碳膜(diamond-like carbon，DLC)、氧化铟锡(ITO)、氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)。
在本发明的各实施例中，上述的光反应型单体材料可以使液晶具有水平排列特性或是垂直排列特性。
在本发明的各实施例中，上述涂布光反应型单体材料层的方式包括旋转涂布(spin coating)、网印、凸板印刷、喷墨印刷或是纳米压印(nano-imprinting)。
在本发明的各实施例中，上述移除未曝光区域的光反应型单体材料的方法包括使用乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、显影液或其他适合溶剂清洗。
本发明因采用涂布在配向处理过的基板上的光反应型单体材料层，并配合曝光使曝光区域发生反应，再用上述方法将选择的区域移除，即可轻易在基板上的不同区域产生不同预倾角的液晶配向效果。因此，本发明的制作方法明显比已知技术简易且效率高。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1D是依照本发明的第一实施例的一种显示器基板的制作流程剖面示意图。
图2A至图2D是依照本发明的第二实施例的一种显示器基板的制作流程剖面示意图。
图3是依照本发明的第三实施例的一种液晶盒的制作步骤图。
图4是依照本发明的第四实施例的高预倾角的一种光学补偿弯曲(OCB)液晶盒的制作步骤图。
附图标记说明
100：基板                       102：配向薄膜
104：配向处理                   106：光反应型单体材料层
108：曝光区域                   110：掩模
112：UV光                       114：未曝光区域
300～318、400～430：步骤
具体实施方式
下文中请参照附图，以便充分了解本发明，且附图中显示本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同形式来实践，且不应将其解释为限于下文所陈述的实施例。实际上提供这些实施例是为使本发明的披露更详尽且完整，且并将本发明的范畴完全传达至所属技术领域的技术人员。而在图式中，为明确起见可能将各层以及区域的尺寸及其相对尺寸作夸张的描绘。
图1A至图1D是依照本发明的第一实施例的一种显示器基板的制作流程剖面示意图。
请参照图1A，提供一块基板100，这块基板100的材料种类不限，可以是玻璃、石英、塑胶、硅基材料或是其他适合应用于显示器的基板材料。然后，在这块基板100上涂布配向薄膜102。举例来说，上述配向薄膜102可为有机膜或是无机膜，其中有机膜的例子为聚酰亚胺(polyimide)、聚酰胺酸(polyamic acid，PAA)、聚酰胺(polyamide)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙烯醇肉桂酸酯(polyvinyl cinnamate，PVCi)或其他类高分子薄膜，而无机膜的例子为类金刚石碳膜(diamond-like carbon，DLC)、氧化铟锡(ITO)、氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)。当然，本发明所属技术领域中具有通常知识者可依照所需，选择其他有机膜或无机膜当作配向薄膜102。随后，对配向薄膜102进行一道配向处理104，其中的配向处理104譬如离子束配向(ion beamalignment)、紫外光配向(UV alignment)、等离子体配向(plasma alignment)、斜向蒸镀、或是摩擦配向(rubbing)，以使基板100的表面具有异向性。
然后，请参照图1B，在经过配向处理后的基板100的表面上涂布一层光反应型单体材料(photoreactive monomer material)106。而涂布光反应型单体材料106的方式例如旋转涂布(spin coating)、网印、凸板印刷、喷墨印刷或是纳米压印(nano-imprinting)等方式。至于光反应型单体材料106则可例如反应性液晶单体(reactive liquid crystal monomer)、正型光致抗蚀剂材料或是负型光致抗蚀剂材料，而且上述光反应型单体材料层106可以使液晶具有水平排列特性或垂直排列特性。举例来说，当上述经配向处理过的配向薄膜102为水平配向(亦即角度范围在0～20度之间)时，则选用垂直类型反应性液晶单体层；若前述配向薄膜102为垂直配向(亦即角度范围在70～90度之间)，则选用水平类型反应性液晶单体层。
接着，请参照图1C，选择性对欲曝光区域108的光反应型单体材料106进行UV光照射。如图所示，可通过一个具有图案的掩模110，并利用UV光112进行曝光，使照光的区域108的光反应型单体材料106固化(curing)，未曝光区域114的光反应型单体材料106则维持原有材料性质。
之后，请参照图1D，移除未曝光区域114的光反应型单体材料(未绘示)，而使曝光后的光反应型单体材料106a的表面116与未曝光区域114的配向薄膜102的表面118产生不同预倾角的液晶配向效果。上述移除方法可使用乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、显影液或其他适合的溶剂清洗。
由以上第一实施例所制作的显示器基板可以取代显示器中的其中一个基板；或者可取代显示器中的所有基板；换句话说，第一实施例的显示器基板除可在部分区域形成垂直排列型(VA)或水平排列型(Homogeneous)液晶配向之外，还可利用上、下基板配向的差异而产生垂直与水平的混成分子排列向列(hybrid aligned nematic，HAN)液晶配向。
图2A至图2D是依照本发明的第二实施例的一种显示器基板的制作流程剖面示意图。其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同或相似的元件。
请参照图2A，提供基板100，并在这块基板100上涂布配向薄膜102。
然后，请参照图2B，在涂布有配向薄膜102的基板100的表面上涂布光反应型单体材料106。
接着，请参照图2C，选择性对欲曝光区域108的光反应型单体材料106进行UV光照射。而且与第一实施例相同，可通过具有图案的掩模110，并利用UV光112进行曝光，使照光的区域108的光反应型单体材料106固化，未曝光区域114的光反应型单体材料106则维持原有材料性质。
之后，请参照图2D，移除未曝光区域114的光反应型单体材料(未绘示)，再对配向薄膜102与曝光后的光反应型单体材料106a进行配向处理104，以使曝光后的光反应型单体材料106a的表面116与未曝光区域114的配向薄膜102的表面118产生不同预倾角的液晶配向效果。
以上第二实施例的各层材料以及工艺可参照第一实施例所述，因此不再赘述。
图3则是依照本发明的第三实施例的一种液晶盒的制作步骤图。其中液晶盒可为TN液晶盒、IPS液晶盒、VA液晶盒、pi-cell液晶盒、负型(negative)pi-cell液晶盒或斜展态弯曲态元件(splay bend device，SBD)液晶盒；或是双稳态扭曲向列(bistable twisted nematic，BTN)液晶盒。
请参照图3，于步骤300中，先提供第一基板与第二基板，而且两基板的材料可相同或不同，详细请参照第一实施例。
然后，进行步骤302，对第一基板与第二基板其中至少一个进行以下步骤304～314：
步骤304：涂布配向薄膜。所述配向薄膜可以是如聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯或其他类高分子薄膜的有机膜或是如类金刚石碳膜、氧化铟锡、氧化硅或氮化硅的无机膜。
然后，可选择进行步骤306或直接进行步骤308，步骤306是对配向薄膜进行配向处理，其中的配向处理例如离子束配向、紫外光配向、等离子体配向、斜向蒸镀、或是摩擦配向。至于步骤308为：在配向薄膜表面上涂布一层光反应型单体材料层，其中光反应型单体材料层的厚度约在100埃～2000埃之间，而涂布此层的方式例如旋转涂布、网印、凸板印刷、喷墨印刷或是纳米压印。此外，上述光反应型单体材料层可为反应性液晶单体层、正型光致抗蚀剂材料层或是负型光致抗蚀剂材料层，并可以使液晶具有水平排列特性或垂直排列特性。
步骤310：选择性对光反应型单体材料层的部分区域进行UV光照射，当光反应型单体材料层为反应性液晶单体层时，曝光区域会转变为液晶聚合物(LCP)。
步骤312：移除未曝光区域的光反应型单体材料层，其方法譬如使用乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、显影液等溶剂清洗。
此时，如在步骤308之前未施行步骤306，则需进行步骤314：对配向薄膜与曝光后的光反应型单体材料层进行配向处理，而使曝光后的区域与未曝光区域产生不同预倾角的液晶配向效果。
在步骤310之后进行步骤316，面对面组合第一基板与第二基板，其中组合基板的方式利用目前技术即可，如经由间隙子洒布及框胶涂布等程序将基板组立，故不再赘述。
接着，于进行步骤318，在第一与第二基板之间提供液晶层。
第三实施例的制作方法可用以制作具高预倾角特性的液晶显示器或是半反半穿特性的液晶显示器。
下表一是根据第三实施例的流程所制作的液晶盒在电压保持率(voltageholding ratio，VHR)与残余电流(residual direct current，RDC)上的电特性测量结果。其中，于步骤314使用的光反应型单体材料层是反应性液晶单体层，其厚度约100埃。在步骤318是用丁酮将未曝光区域洗掉。
表一
Figure A20081009167200121
结果数值是在同一条件的不同样品进行测量所得，且由表一可知依照第三实施例制作的液晶盒的电特性能够保持VHR＞99％、RDC＜200mV。
图4则是依照本发明的第四实施例的高预倾角的光学补偿弯曲(Optically Compensated Bend，OCB)液晶盒的制作步骤图。
请参照图4，于步骤400中，先提供第一基板与第二基板，而且两基板的材料可相同或不同，详细请参照第一实施例。
然后，进行步骤402，对第一基板与第二基板其中至少一个进行以下步骤404～414：
步骤404：涂布配向薄膜。所述配向薄膜可以是如聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯或其他类高分子薄膜的有机膜或是如类金刚石碳膜、氧化铟锡、氧化硅或氮化硅的无机膜。
然后，可选择进行步骤406或直接进行步骤408，步骤406是对配向薄膜进行配向处理，其中的配向处理例如离子束配向、紫外光配向、等离子体配向、斜向蒸镀、或是摩擦配向。至于步骤408为：在配向薄膜表面上涂布一层光反应型单体材料层，其中光反应型单体材料层的厚度约在1000埃，而涂布此层的方式例如旋转涂布、网印、凸板印刷、喷墨印刷或是纳米压印。此外，上述光反应型单体材料层可为反应性液晶单体层、正型光致抗蚀剂材料层或是负型光致抗蚀剂材料层，并可以使液晶具有水平排列特性或垂直排列特性。
步骤410：选择性对光反应型单体材料层的部分区域进行UV光照射，当光反应型单体材料层为反应性液晶单体层时，曝光区域会转变为液晶聚合物(LCP)。
步骤412：移除未曝光区域的光反应型单体材料层，其方法譬如使用乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、显影液等溶剂清洗。
此时，如在步骤408之前未施行步骤406，则需进行步骤414：对配向薄膜与曝光后的光反应型单体材料层进行配向处理，而使曝光后的区域与未曝光区域产生不同预倾角的液晶配向效果。
在步骤410之后进行步骤420，将配向方向以平行的方式，面对面组合第一基板与第二基板，其中组合基板的方式利用目前技术即可，如经由间隙子洒布及框胶涂布等程序将基板组立，故不再赘述。
接着，于进行步骤430，在第一与第二基板之间提供液晶层。
综合以上所述，本发明只需利用单一配向处理后的表面再上一层光反应型单体材料层，接着以现有的UV曝光机进行曝光，使照射区域的单体材料进行反应，再利用溶剂将未曝光区域的单体材料移除，即可轻易在表面上的不同区域产生不同预倾角的液晶配向效果。此外，不同预倾角的配向区域大小可以经由掩模量化控制，故工艺简易且效率高。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的为准。

Claims (29)

1.一种显示器基板的制作方法，包括：
提供基板；
在该基板上涂布配向薄膜；
对该配向薄膜进行配向处理；
在经过该配向处理后的该配向薄膜上涂布光反应型单体材料；
选择性对该光反应型单体材料的部分区域进行紫外光照射；以及
移除未曝光区域的该光反应型单体材料，而使曝光后区域与该未曝光区域的表面产生不同预倾角的液晶配向效果。
2.一种显示器基板的制作方法，包括：
提供基板；
在该基板上涂布配向薄膜；
在涂布有该配向薄膜的该基板的表面上涂布光反应型单体材料；
选择性对该光反应型单体材料的部分区域进行紫外光照射；
移除未曝光区域的该光反应型单体材料；以及
对该配向薄膜与曝光后的该光反应型单体材料进行配向处理，以使曝光后区域与该未曝光区域的表面产生不同预倾角的液晶配向效果。
3.如权利要求1或2所述的显示器基板的制作方法，其中该光反应型单体材料包括反应性液晶单体、正型光致抗蚀剂材料或是负型光致抗蚀剂材料。
4.如权利要求1或2所述的显示器基板的制作方法，其中该配向处理包括离子束配向、紫外光配向、等离子体配向、斜向蒸镀、或是摩擦配向，以使该基板的表面具有异向性。
5.如权利要求1或2所述的显示器基板的制作方法，其中该配向薄膜包括有机膜或是无机膜。
6.如权利要求5所述的显示器基板的制作方法，其中该有机膜包括聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯或其他类高分子薄膜。
7.如权利要求5所述的显示器基板的制作方法，其中该无机膜包括类金刚石碳膜、氧化铟锡、氧化硅或氮化硅。
8.如权利要求1或2所述的显示器基板的制作方法，其中该光反应型单体材料可以使液晶具有水平排列特性或垂直排列特性。
9.如权利要求1或2所述的显示器基板的制作方法，其中涂布该光反应型单体材料层的方式包括旋转涂布、网印、凸板印刷、喷墨印刷或是纳米压印。
10.如权利要求1或2所述的显示器基板的制作方法，其中移除未曝光区域的该光反应型单体材料的方法包括使用乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮或显影液清洗。
11.一种液晶盒的制作方法，包括：
a)提供第一基板与第二基板；
b)对该第一基板与该第二基板其中至少一个进行以下步骤：
在该第一基板与该第二基板其中至少一个上涂布配向薄膜；
对该配向薄膜进行配向处理；
在经过该配向处理后的该配向薄膜上涂布光反应型单体材料层；
选择性对该光反应型单体材料层的部分区域进行曝光聚合；以及
移除未曝光区域的该光反应型单体材料层，而使曝光后区域与该未曝光区域的表面产生不同预倾角的液晶配向效果；
c)面对面组合该第一基板与该第二基板；以及
d)在该第一基板与该第二基板之间提供液晶层。
12.一种液晶盒的制作方法，包括：
a)提供第一基板与第二基板；
b)对该第一基板与该第二基板其中至少一个进行以下步骤：
在该第一基板与该第二基板其中至少一个上涂布配向薄膜；
在该配向薄膜的表面上涂布光反应型单体材料层；
选择性对该光反应型单体材料层的部分区域进行曝光聚合；
移除未曝光区域的该光反应型单体材料层；以及
对该配向薄膜与曝光后的该光反应型单体材料层进行配向处理，以使曝光后区域与该未曝光区域表面产生不同预倾角的液晶配向效果；
c)面对面组合该第一基板与该第二基板；以及
d)在该第一基板与该第二基板之间提供液晶层。
13.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤b中的该光反应型单体材料层包括反应性液晶单体层、正型光致抗蚀剂材料层或是负型光致抗蚀剂材料层。
14.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤b中的该配向处理包括离子束配向、紫外光配向、等离子体配向、斜向蒸镀、或是摩擦配向。
15.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤a中的该配向薄膜包括有机膜或是无机膜。
16.如权利要求15所述的液晶盒的制作方法，其中该有机膜包括聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯或其他类高分子薄膜。
17.如权利要求15所述的液晶盒的制作方法，其中该无机膜包括类金刚石碳膜、氧化铟锡、氧化硅或氮化硅。
18.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤b中的该光反应型单体材料层可以使液晶具有水平排列特性或垂直排列特性。
19.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤b中的涂布该光反应型单体材料层的方式包括旋转涂布、网印、凸板印刷、喷墨印刷或是纳米压印。
20.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤b中移除未曝光区域的该光反应型单体材料层的方法包括使用乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮或显影液清洗。
21.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤b中的该光反应型单体材料层的厚度在100埃～2000埃之间。
22.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中步骤c包括将配向方向以平行的方式，面对面组合该第一基板与该第二基板。
23.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中该液晶盒为扭曲向列液晶盒。
24.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中该液晶盒为平面转换液晶盒。
25.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中该液晶盒为垂直配向液晶盒。
26.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中该液晶盒为聚亚酰胺单元液晶盒。
27.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中该液晶盒为负型聚亚酰胺单元液晶盒。
28.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中该液晶盒为斜展态弯曲态元件液晶盒。
29.如权利要求11或12所述的液晶盒的制作方法，其中该液晶盒为双稳态扭曲向列液晶盒。
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