CN101852952A - 形成多种配向膜于一基板的方法及液晶显示器的画素结构 - Google Patents

Abstract

一种形成多种配向膜于一基板的方法及液晶显示器的画素结构，其中该画素结构包含数组配置的多个画素单元，该画素单元包含一第一基板、一第二基板、二第一配向膜以及二第二配向膜。第二基板与第一基板相对设置，二第一配向膜与二第二配向膜分设于第一基板及第二基板上，而各该第一配向膜实质上与二第二配向膜其中之一相对。该形成多种配向膜的方法则包含以下步骤：形成一凹槽于基板上，分隔每一该画素区域，并且将每一该画素区域分隔形成一第一次画素区与一第二次画素区。接着，形成一第一配向膜于该第一次画素区的该基板上，最后形成一第二配向膜于该第二次画素区的该基板上。

Description

形成多种配向膜于一基板的方法及液晶显示器的画素结构

本申请是申请人于2008年1月11递交的，申请号：200810003157.4，名称为“形成多种配向膜于一基板的方法及液晶显示器的画素结构”的分案申请。

【技术领域】

本发明关于应用于液晶显示器中之一画素结构及其形成方法；特别是具多种相异配向膜的画素结构及其形成方法。

【背景技术】

目前常见的液晶显示器，均利用外加电压的方式改变液晶分子的排列方向，进而产生液晶组件的光学特性变化。以扭转向列型(Twisted Nematic，简称TN)液晶显示器为例，其基本构造包含上、下二片导电玻璃基板、基板间注入向列型液晶、于上、下基板外侧的二片偏光板，以及一层涂布于导电玻璃基板上具摩擦形成极细沟槽的配向膜。由于液晶分子拥有液体的流动特性，很容易顺着沟槽方向排列，且因上、下导电玻璃基板上的配向膜沟槽偏差90度，因而当液晶填入上、下基板沟槽方向后，液晶分子会沿着上下基板沟槽方向排列，中间部份的液晶分子所受的束缚力较小，接近基板沟槽的液晶分子其所受的束缚力较大，整体而言，液晶分子将扭转90度排列。

当不施加电压，则进入液晶组件的光会随着液晶分子扭转方向前进，因上下两片偏光板和配向膜同向，故光可通过形成亮的状态；相反地，若施加电压时，液晶分子朝施加电场方式排列，垂直于配向膜配列，则光无法通过第二片偏光板，形成暗的状态，因而以此种亮暗交替的方式可做为显示用途。

另一方面，以垂直配向型(Vertical Alignment，简称VA)液晶显示器为例，其是利用突出物(Protrusion)使液晶于静止时呈现一预倾角(Pre-tilt Angle)；当施加电压于液晶分子时，可使液晶分子快速地倒向不同的方向，背部光源的光线得以较快的速度通过，大幅地缩短显示时间。此外，也因为突出物改变液晶分子配向，以不同视角来观看液晶显示器时，可具有不同配向的液晶分子互相补强，因而增加视角。

现有的薄膜晶体管液晶显示器中，在玻璃基板上皆涂布一配向膜材料以提供一定的配向。在TN型液晶显示器中，由于摩擦定向法仅能提供单一方向的配向，因此在容易发生在特定视角上有灰阶反转的情形发生。而在VA型液晶显示器中，在大视角的情况下亦容易发生大视角偏白(Color Wash-out)的现象，使观看者于大视角下，其所观看的画面彩度会大幅降低。

为解决上述问题，曾有专利提出通过显影蚀刻的方式对于配向膜进行图样化制程，或是利用等离子体方式对配向膜表面进行改质。然而，这些方法皆须增加额外的光阻涂布、曝光、显影、蚀刻等过程，不仅增加制程繁复性，亦同时增加处理时间与成本。综上所述，如何以简单的制程克服先前技术中不同配向膜配向的问题，实是此领域亟待解决的课题。

【发明内容】

本发明之一目的在于提供一种薄膜晶体管液晶显示器的画素结构，此画素结构包含数组配置的多个画素单元，各该画素单元包含一第一基板、一第二基板、二第一配向膜以及二第二配向膜。其中，第二基板与第一基板相对设置。二第一配向膜分设于第一基板及第二基板上，二第二配向膜分设于第一基板及第二基板上。第一配向膜与第二配向膜系属于不同的配向材料所构成，且各第一配向膜实质上与该二第二配向膜其中之一系相对设置。

本发明的另一目的在于提供一种形成多个配向膜于一基板的方法，其中该基板包含多个数组设置的画素区域，该方法包含：形成多个凹槽于该基板上，使各该画素区域形成二次画素区；形成一第一配向膜于该二次画素区其中之一；以及形成一第二配向膜于另一该次画素区，使得该基板上至少部份二相邻的画素区域，其第一配向膜系互相邻靠，且第二配向膜系互相邻靠。

本发明的又一目的在于提供一种形成多个配向膜于一基板的方法，其中该基板包含多个数组设置的画素区域，该方法包含：形成多个凹槽于该基板上，使各该画素区域形成二次画素区；形成一第一配向膜于该二次画素区其中之一；以及形成一第二配向膜于另一该次画素区，使得该基板上至少部份二相邻的画素区域，其第一配向膜系与第二配向膜系互相邻靠。

本发明通过对于液晶显示器的玻璃基板进行特殊处理，于不须额外增加显影蚀刻制程的条件下，在画素的不同区域涂布不同的配向膜材料，藉以克服TN模式下灰阶反转的问题，以及VA模式下大视角偏白的现象，提升液晶显示器的显示性能。

为让本发明的上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文系以较佳实施例配合所附图式进行详细说明。

【附图说明】

图1系绘示应用本发明于一实施例中液晶显示器的CF玻璃基板的实施态样；

图2A、图2B、图2C以及图2D系绘示一基板上形成配向膜的制造流程；

图3系绘示应用本发明于液晶显示器中TFT玻璃基板的实施态样；

图4A以及图4B分别显示本发明液晶显示器的画素结构中具有不同配向膜配置的画素单元的示意图；

图5A以及图5B分别显示本发明液晶显示器的基板上呈数组配置的多个画素单元；以及

图6A、图6B、图6C以及图6D分别显示本发明液晶显示器中CF、TFT基板上不同配向膜布局态样的示意图。

【具体实施方式】

本发明系针对应用于液晶显示器中的玻璃基板进行特殊处理，例如分别将本发明应用于液晶显示器的彩色滤光片(Color Filter，简称CF)玻璃基板以及薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)玻璃基板，其目的即系于不同的画素区域中涂布不同的配向膜材料，用以控制画素区域内液晶分子不同的预倾角，兹说明如下。

请参阅图1，其系一TFT液晶显示器中画素结构的部分示意图，其中画素结构包含多个以数组配置的画素单元(如图4A、图4B所示呈现数组配置的多个画素单元)。图中所显示的部分画素结构中包含一第一基板100、一第二基板200以及设置于第一基板100与第二基板200间的光阻间隙材(Photo Spacer，简称PS)300。其中，第二基板200与第一基板100系相对设置，液晶显示器的液晶层400乃填充于第一基板100与第二基板200间之间隙。于本实施例中，第一基板100系一CF玻璃基板，第二基板200系一TFT玻璃基板，且CF玻璃基板100上包含若干由红、绿、蓝三原色及/或其它颜色所组成的色阻110，TFT玻璃基板200上则包含若干画素储存电容210，彼此间隔设置。须说明者系其它设置于第一基板100、第二基板200上与本发明无关的组件兹以省略而未绘示。

图1所示的实施例系关于应用本发明于液晶显示器中CF玻璃基板的实施态样，须说明的是，如同此技术领域中具有通常知识者所能了解者，亦可将本发明应用于液晶显示器中TFT玻璃基板上，在此兹予省略而未详述。于本实施例中，至少一宽度为d长度为l的第一凹槽130系间隔地设置于第一基板100的色阻110上。于具体应用时，该凹槽的深度实质上为0.5至10微米，宽度实质上为1至50微米，其深度与宽度可随该凹槽在画素内的位置或设计而改变。此间隔的第一凹槽130可使整个画素结构的每个画素区域进一步区分为二个或二个以上的次画素区，以利每个画素区域涂布不同的配向膜材料，进而使每个画素区域中的液晶分子产生不同的预倾角排列(未显示)，以达到多域分割(Multi-Domain)的目的。此外，较佳地系将第一凹槽130安排设置于第一基板100上相对于第二基板200上画素储存电容210的对侧位置，以减少开口率损失。

本发明的特征之一系于第一基板100的第一凹槽130二端的色阻110上分别具有二不同配向材料之一第一配向膜10以及一第二配向膜20，该二配向材料系选自一扭转向列型(TN)配向材料、一垂直配向型(VA)配向材料、一水平回转型(In-PlaneSwitching，IPS)配向材料其中之一。而且，第一配向膜材料10与第二配向膜材料20二者的厚度可以相同或不同皆可，其厚度约在100至10,000埃之间。由于第一配向膜10与第二配向膜20具有不同的配向膜材料，因而应用本发明的液晶显示器中的每个画素区域即具有不同的配向膜材料。

请同时参阅图2A至图2D，其绘示如何于第一基板或第二基板上形成上述具有不同配向膜的画素区域的制造流程。请参阅图2A，其显示在第一基板100上具有数个第一凹槽130。其中，第一凹槽130的形成方法系通过在第一基板100上制作黑色矩阵(Black Matrix)的习知制程步骤中，额外地在画素的色阻中多留下一道(或多道)的黑色矩阵，因而本实施例并未增加额外的制程制作此第一凹槽130。接着于后续的色阻蚀刻制程中，于该黑色矩阵上方蚀刻出一宽度为d长度为l的凹槽，以形成该第一凹槽130。通过该第一凹槽130，第一基板100上之一画素区域内将形成一第一次画素区140与一第二次画素区150，而达到基板多域分割的目的。于具体应用时，该凹槽的深度实质上为0.5至10微米，宽度实质上为1至50微米，其深度与宽度可随该凹槽在画素内的位置或设计而改变。以下将详细叙述如何利用喷墨涂布制程将相同或不同的配向材料涂布于画素结构的不同画素区域上。

其次，进行第一次配向膜涂布，请参阅图2B，控制涂布喷墨液滴的大小与位置，使第一配向膜材料10仅涂布于第一凹槽130之一侧。接着，待第一配向膜材料10干燥后，再以类似的涂布方式，在凹槽130的另一侧涂布第二配向膜材料20，如图2C所示。最后，再进行一单一干燥制程以干燥第二配向膜材料20，如图2D所示。其中，实际应用时，图2B至图2D的制程亦可改为分别涂布二配向膜材料后，再统一进行一单一干燥制程以同时形成第一配向膜10与第二配向膜20。

接着请参阅图3，图中所示的实施例系关于应用本发明于液晶显示器中TFT玻璃基板的实施态样。于本实施例中，间隔地设置至少一第二凹槽230于第二基板200上。此间隔的第二凹槽230可使TFT玻璃基板上整个画素结构中每个画素区域进一步区分为二个或二个以上的次画素区，以利于后续制程中将不同的配向膜材料涂布于每个画素区域中，进而使每个画素区域中的液晶分子产生不同的预倾角排列。

于较佳实施态样中，制作此第二凹槽230的制程系利用于第二基板200上制作穿孔220(例如，接触孔)时，即在第二基板200的有机层上蚀刻出一宽度为d长度为l的凹槽，以达到多域分割的目的，该有机层可以为超高开口率(Ultra High Aperture，简称UHA)技术的透明材料或是数组上彩色滤光片(Color filter On Array，简称COA)技术中所使用的色阻。于具体应用时，该凹槽的深度实质上为0.5至10微米，宽度实质上为1至50微米，其深度与宽度可随该凹槽在画素内的位置或设计而改变。

须强调的是，本发明系于制作TFT玻璃基板的穿孔的际同步于该基板上形成第二凹槽230，因而本实施例亦无须增加额外的制程制作此凹槽230。此外，类似前述，较佳地系将第二凹槽230安排设置于第二基板200上画素储存电容210正上方的位置，以减少开口率损失。由于第二凹槽230将第二基板200上画素结构的每个画素区域进一步地间隔为二个次画素区，本发明可应用类似前述的方式将第一配向材料10与第二配向膜材料20涂布于第二凹槽230的二侧，其厚度约在100至10,000埃之间，使每个画素区域具有不同的配向膜材料。若进一步考量减少开口率损失的条件时，较佳地系将第二凹槽230安排设置于TFT玻璃基板上画素储存电容210位置的正上方以及利用穿孔220的位置，避免占用TFT玻璃基板上的其它位置，增加开口率及泄漏光线的可能性。

以上所述系关于本发明利用设置凹槽的方式将TFT玻璃基板或者CF玻璃基板上的画素区域区分为二个或二个以上的次画素区，以下所述者系根据前述内容的进一步应用。举例而言，可于一液晶显示器的TFT与CF玻璃基板上搭配不同的配向膜配置，以解决不同类型的液晶显示器所面临的不同显示问题。

请参阅图4A以及图4B，此二图分别系液晶显示器的画素结构中具有不同配向膜配置的画素单元的示意图，其中画素结构包含以数组配置的多个画素单元。各画素单元包含第一基板100、第二基板200、液晶层400、第一配向膜10以及第二配向膜20。其中，类似于前述内容，第一基板100系与第二基板200相对设置，液晶层400填充于第一基板100与第二基板200间之间隙。而第一配向膜10以及第二配向膜20系可通过改变配向膜材料、厚度、表面状态、摩擦方向等方式来达成。以下请参阅各图式，以详细说明本发明的数个具体实施应用。

以下所述者系关于第一、第二基板均施以多域分割处理制程的实施态样。请参阅图4A以及图4B，图中显示各画素单元中的第一基板100上设有至少一第ㄧ凹槽(未显示)，用以间隔第一基板100上的第一配向膜10及第二配向膜20。类似地，第二基板200上设有至少一第二凹槽(未显示)，用以间隔第二基板200上的第一配向膜10及第二配向膜20。因此，本实施例第一基板100、第二基板200上的各画素区域均具有二个次画素区。于后续配向膜的涂布制程中，二第一配向膜10以及二第二配向膜20即可分别地涂布于第一基板100、第二基板200上的二次画素区中。特别地，于每个画素区域中，各该第一配向膜10实质上与该二第二配向膜20其中之一相对。

详言的，于图4A所示的实施态样中，各该第一配向膜10实质上与该二第二配向膜20其中之一正向相对。于图4B所示的实施态样中，各该第一配向膜10实质上与该二第二配向膜20其中之一斜向相对。此二种实施态样均通过第一、第二基板间不同配向膜的配置，于每个画素区域的左右二侧产生不同的电场，以进一步产生不同液晶分子的预倾角排列，解决不同液晶显示器的显示问题。

举例而言，以图4A所示的实施态样为例。由于每个画素区域左右二侧的配向膜均具有一第一配向膜10以及一第二配向膜20，因此，于每个画素区域左右二侧的电场将可产生相同的电压差。此种配向膜配置的态样特别适用于TN型液晶显示器，可有效增加液晶层中液晶分子的预倾角，以缩短反应时间(Response Time)。其次，以图4B所示的实施态样为例，由于每个画素区域左右二侧的配向膜均以一种配向膜做为其配向材料，例如第4D图右侧以第一配向膜10涂布于第一、第二基板100、200上，左侧以第二配向膜20涂布于第一、第二基100、200板上。因此，使得每个画素区域左右二侧形成具不同压差的电场。此种配向膜配置的态样特别适用于VA型液晶显示器，因画素区域内具较大压差的电场侧边可用来增加液晶层中液晶分子的预倾角，缩短反应时间；另一方面，另外画素区域内具有较小压差的电场侧边则可用来避免介于其间的液晶分子产生过大的预倾角，因此可使显示器维持一定光线的穿透率，解决VA型液晶显示器大视角偏白的缺陷。

承上所述，应用本发明前述多域分割技术于整个液晶显示器中的CF玻璃基板或TFT玻璃基板时，可于CF玻璃基板或TFT玻璃基板上形成数种可能配向膜的布局态样。举例而言，请参阅图5A与图5B，图中显示液晶显示器中CF玻璃基板或TFT玻璃基板上呈数组配置的多个画素单元的相邻关系。其中，利用前述的凸块、第ㄧ凹槽及/或第二凹槽等分隔件50将CF玻璃基板或TFT玻璃基板上的每个画素单元60分隔为二个次画素区62，每个次画素区62以喷墨方式涂布第一配向膜10或第二配向膜20。

以图5A为例，形成多个等距或不等距的分隔件50于CF或TFT基板上，使各画素区域形成二次画素区。其次，形成第一配向膜10于该二次画素区62其中的ㄧ。最后，形成第二配向膜20于另一次画素区62，使得该基板上至少部份二相邻的画素区域，第一配向膜10系互相邻靠，且第二配向膜20系互相邻靠。亦即，于CF或TFT基板上，相邻次画素区的第一配向膜形成多个第一配向膜连续带12，相邻次画素区的第二配向膜形成多个第二配向膜连续带22，且各第一配向膜连续带12与各第二配向膜连续带22系彼此交替排列。

以图5B为例，形成多个等距或不等距的分隔件50于CF或TFT基板上，使各画素区域形成二次画素区。其次，形成第一配向膜10于该二次画素区62其中的ㄧ。最后，形成第二配向膜20于另一次画素区62，使得该基板上至少部份二相邻的画素区域，其第一配向膜10与第二配向膜20系互相邻靠。亦即，于CF或TFT基板上，相邻次画素区形成多个第一配向膜连续带12以及多个第二配向膜连续带22，其中每二条第一配向膜连续带12间彼此相邻，每二条第二配向膜连续带22间亦彼此相邻，且相邻二条第一配向膜连续带12与相邻二条第二配向膜连续带22间系交替排列。

进一步而言，以图5A与图5B所示的布局态样配合图4A以及图4B所示第一、第二基板间的配向膜配置，可形成数个具体实施态样的变化，兹说明如下。

请参阅图6A，其系以图4A搭配图5A之一实施例，一基板上的第一配向膜10实质上与另一基板上的第二配向膜20正向相对，且设于第一基板100上的第二配向膜20系互相邻靠，设于第二基板200上的第二配向膜20系互相邻靠。亦即，二基板间的第一、第二配向膜10、20系正向相对，且各基板上的各第一配向膜连续带12与各第二配向膜连续带22之间系彼此交替排列。

请参阅图6B，其系以图4A搭配图5B之一实施例，除二基板上的第一配向膜10、第二配向膜20正向相对外，且设于第一基板100上的第一配向膜10系互相邻靠，设于第二基板200上的第一配向膜10系互相邻靠。亦即，二基板间的第一、第二配向膜10、20系正向相对，且各基板上相邻二条第一配向膜连续带12与相邻二条第二配向膜连续带22之间系交替排列。

请参阅图6C，其系以图4B搭配图5A之一实施例，一基板上的第一配向膜10实质上与另一基板上的第二配向膜20斜向相对，且设于第一基板100上的第一配向膜10系互相邻靠，设于第二基板200上的第二配向膜20系互相邻靠。亦即，二基板间的第一、第二配向膜10、20系斜向相对，且各基板上的各第一配向膜连续带12与各第二配向膜连续带22之间系彼此交替排列。

请参阅图6D，其系以图4B搭配图5B之一实施例，除二基板上的第一配向膜10、第二配向膜20斜向相对外，且设于第一基板100上的第二配向膜20系互相邻靠，设于第二基板200上的第一配向膜10系互相邻靠。亦即，二基板间的第一、第二配向膜10、20系斜向相对，且各基板上相邻二条第一配向膜连续带12与相邻二条第二配向膜连续带22之间系交替排列。

综上所述，本发明于不须额外增加显影蚀刻制程的条件下，以多域分割技术分隔液晶显示器中玻璃基板的画素区域，使每个画素区域中能涂布不同的配向膜材料，产生数种配向膜配置的变化，并进而影响液晶层中液晶分子的预倾角排列方式，藉以提升液晶显示器的显示性能。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (7)

1.一种于基板上形成多种配向膜的方法，该基板包含多个数组设置的画素区域，该方法至少包含：

形成一凹槽于该基板上，分隔每一该画素区域，并且将每一该画素区域分隔形成一第一次画素区与一第二次画素区；

形成一第一配向膜于该第一次画素区的该基板上；以及

形成一第二配向膜于该第二次画素区的该基板上；

其中，形成该第一配向膜与该第二配向膜的方法包括一喷墨印刷法。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该基板包括一彩色滤光基板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该基板包括一数组基板。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该凹槽的深度实质上为0.5至10微米，宽度实质上为1至50微米。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该基板上至少部份二相邻的画素区域，其第一配向膜互相邻靠，且第二配向膜互相邻靠。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该基板上至少部份二相邻的画素区域，其第一配向膜与第二配向膜互相邻靠。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一配向膜以及该第二配向膜具有不同的配向材料。

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