CN101968589B

CN101968589B - 液晶配向制程

Info

Publication number: CN101968589B
Application number: CN 201010522751
Authority: CN
Inventors: 苏峻纬; 连詹田
Original assignee: CPT Video Wujiang Co Ltd; Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Wujiang Fenhu Technology Entrepreneurship Service Co ltd
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: CN101968589A

Abstract

一种液晶配向制程，包含：提供一第一基板及一第二基板，并于该两基板间形成一液晶容置空间；灌注一液晶组合物于该液晶容置空间，其中该液晶组合物包含液晶分子、一第一单体材料及一第二单体材料；以及于该两基板间施加电压，使所述液晶分子以一预倾角排列，并使用混合多波段的光线进行曝光制程，以使该第一单体材料及该第二单体材料产生聚合反应，而于该两基板相对的表面形成液晶配向聚合物。所述液晶配向制程能够提升曝光的效率，降低制造的时间成本，并解决液晶配向层的制作时所致的高成本与废物污染的问题。

Description

液晶配向制程

技术领域

本发明是关于一种液晶面板的制程，特别有关一种液晶配向制程。

背景技术

液晶分子的配向控制技术是制造液晶显示器(liquid crystal display)最重要的基本技术之一。液晶显示器所显示的画面质量与液晶配向的优劣有关，只有使面板内的液晶材料呈稳定且均匀的排列，才能呈现高质量的画面。一般用来使液晶分子定向排列的薄层，称为液晶配向层(alignment layers)。

液晶配向技术因其应用原理的不同可区分为多种，例如：多区域垂直配向(multi-domain vertical alignment，MVA)技术以及聚合物稳定型垂直配向(polymer sustained alignment，PSA)技术。

中国台湾专利公告第I325081号案揭示一种多区域垂直配向技术。请参阅图1A及图1B，图1A显示传统多区域垂直配向液晶面板中像素结构的示意图，图1B显示图1A中像素结构的剖面示意图。如图1B所示，传统多区域垂直配向液晶面板包含第一基板12、与第一基板12平行设置的第二基板14以及设置于第一基板12与第二基板14间的液晶分子15。如图1A所示，第一基板12上具有由扫描线122、122’与数据线124、124’定义出的像素区100，像素区100内包含储存电容导线(storage capacitor bus line)126，其与扫描线122、122’平行设置并贯穿像素区100。

如图1A及图1B所示，传统多区域垂直配向液晶面板藉由在像素区100中设置凸块(bump)125以将液晶分子15配向。凸块125具有许多呈不同角度倾斜的倾斜面，可使液晶分子15沿着不同的方向倾倒，如此可使像素区100形成多个显示区域，而获得广视角的特性。但是，传统多区域垂直配向技术会影响面板开口率，导致面板穿透率降低，且有亮态暗纹与暗态漏光的缺点，显示画面的质量不佳。

美国专利公告第6,903,787号案揭示一种聚合物稳定型垂直配向技术。请参阅图2A至图2C，其显示习知的聚合物稳定型垂直配向制程，利用液晶配向聚合物来进行液晶分子的配向。如图2A所示，提供两平行基板，亦即第一基板22及第二基板24，其相对的表面分别设有第一导电层221及第二导电层241，在两导电层221、241上各预先涂布一聚酰亚胺(polyimide，PI)配向膜223、243，聚酰亚胺的分子具有酰亚胺基(imide)，使高分子主链具有很高的刚硬性(rigidity)及很强的分子间作用力，PI配向膜能够用于辅助配向。然后，将液晶分子252及高分子单体254灌注于该两基板22、24组成的液晶容置空间25，更明确地，是位于PI配向膜223、243之间。如图2B所示，在第一基板22上的第一导电层221及第二基板24上的第二导电层241施加电压261，使两导电层221、241间具有电压差，该电压差使得液晶分子252偏转，产生预倾角。而且，以紫外光(ultraviolet light，UV)262进行曝光制程，使高分子单体254产生聚合反应。如图2C所示，高分子单体254聚合后于第一基板22侧及第二基板24侧分别形成聚合物配向层228、248，聚合物配向层228、248具有将液晶分子252配向的功能。

此外，中国台湾专利公开第200944901号案亦揭示一种利用单体材料形成聚合物以配向液晶分子的技术，在单体材料进行曝光方面，其采用两道曝光制程。为避免对液晶分子造成伤害，第一道曝光制程选用波长大于290nm的光线，使部份的单体材料聚合形成两聚合物稳定配向层，而第二曝光制程选用290-340nm的光线，使剩余的单体材料聚合。该专利可解决单体材料残留量过高，而导致液晶面板在残像测试(image sticking test)表现不佳的问题。

相较于多区域垂直配向技术，聚合物稳定型垂直配向技术可使液晶分子排列较为稳定，而且不需要凸块结构，故无亮态暗纹与暗态漏光问题，同时还可提升面板穿透率与降低暗态辉度。

然而，美国专利公告第6,903,787号案所揭示的液晶配向制程，仍需要预先涂布PI配向膜，而一般PI涂布制程至少需要涂布机、烘烤机、加温板及冷却板等设备，涂布PI配向膜导致制程上的设备昂贵，成本难以降低。而且，PI涂布制程需使用PI液，制程中排出的高温废气对于环境会造成重大的伤害。台湾专利公开第200944901号案所揭示的液晶配向制程，采用两道曝光制程以聚合单体材料，其曝光过程中需要选用不同波段的UV灯管及滤波片，如此将增加制造的时间成本，使得整体制造成本提高。

因此，如何改善公知聚合物稳定型垂直配向制程需预先制作PI配向膜所产生的制造成本与废物污染的问题，并降低以多道曝光制程照射单体材料所产生的制造成本，实为目前产业中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种液晶配向制程，以提升曝光的效率，降低制造的时间成本。

本发明的另一目的在于提供一种液晶配向制程，以解决液晶配向层的制作时所致的高成本与废物污染的问题。

根据前述目的，本发明提供一种液晶配向制程，包含：提供一第一基板及一第二基板，并于该两基板间形成一液晶容置空间；灌注一液晶组合物于该液晶容置空间，该液晶组合物包含液晶分子、一第一单体材料及一第二单体材料；该两基板间施加电压，使所述液晶分子以一预倾角排列；以及利用混合多波段的光线进行曝光制程，以使该第一单体材料及该第二单体材料分别产生聚合反应，而于该两基板相对的表面形成液晶配向聚合物。

本发明的另一方面提供一种液晶配向制程，包含：提供一第一基板及一第二基板，并于该两基板间形成一液晶容置空间；灌注一液晶组合物于该液晶容置空间，该液晶组合物包含液晶分子、一第一单体材料、一第二单体材料及一聚合起始剂；于该两基板间施加电压，使所述液晶分子以一预倾角排列；以及利用混合多波段的光线进行曝光制程，以使该第一单体材料及该第二单体材料分别产生聚合反应，该第二单体材料聚合产生一第二聚合物配向层形成于该两基板相对的表面上，该第一单体材料聚合产生一第一聚合物配向层形成于该第二聚合物配向层的表面上。

本发明中，由于使用混合多波段的光线进行曝光制程以将第一单体材料及第二单体材料聚合形成第一聚合物配向层及第二聚合物配向层，相较于以单一波段的光线多次照射的方式，本发明能够降低制造的时间成本，不需频繁地置换不同波段的UV灯管及滤波片，能够提升曝光制程的效率，而应用本发明形成的聚合物配向层亦能保持液晶分子的配向质量，液晶分子能够稳定地排列。

本发明利用高分子单体聚合形成用以配向液晶分子的结构，不需另外涂布PI配向膜，故不需一般PI涂布制程所需的昂贵设备，因此可以达到制程简单化与快速制程的特性，且能够降低生产成本。本发明也不需要有机溶剂(Solvent)清洗APR板，符合当代所提倡的绿色节能减碳制程。此外，本发明也不需要在面板的像素区中设置凸块(bump)结构来配向液晶分子，因此可达到高亮度及高对比(暗态无漏光)面板的光学特性。

附图说明

图1A显示传统多区域垂直配向液晶面板中像素结构的示意图。

图1B显示图1A中像素结构的剖面示意图。

图2A至图2C显示公知的聚合物稳定型垂直配向制程的流程图。

图2A显示提供液晶分子及高分子单体置于液晶容置空间中。

图2B显示于两基板间施加电压并进行曝光制程。

图2C显示高分子单体聚合后形成聚合物配向层用于液晶分子的配向。

图3A至图3D显示依本发明实施的液晶配向制程的流程图。

图3A显示提供液晶分子、第一单体材料及第二单体材料置于液晶容置空间中。

图3B显示于两基板间施加电压并进行曝光制程。

图3C显示第二单体材料聚合后形成第二聚合物配向层。

图3D显示第一单体材料聚合后形成第一聚合物配向层于第二聚合物配向层的表面上，第一聚合物配向层用于液晶分子的配向。

图4A显示两种不同UV光波长(或光波段)的混合灯管装置。

图4B显示三种不同UV光波长(或光波段)的混合灯管装置。

具体实施方式

请参阅图3A至图3D，其显示依本发明实施的液晶配向制程的流程图。如图3A所示，提供一第一基板32及一与该第一基板32平行的第二基板34，第一基板32可为薄膜晶体管数组基板(TFT array substrate)，第二基板34可为对向基板，或为彩色滤光片基板(color filter substrate，CFsubstrate)。在第一基板22与第二基板24相对的表面上分别设有第一导电层321及第二导电层341，导电层321、341可为透明的铟锡氧化薄膜(ITOfilm)。该两基板32、34间形成一液晶容置空间35，更明确而言，中位于两导电层321、341之间。

如图3A所示，将一液晶组合物350灌注于该液晶容置空间35，该液晶组合物350包含液晶分子352、第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356，该液晶组合物350也可包含聚合起始剂(未图示)，将聚合起始剂一起灌注于该液晶容置空间35，使用聚合起始剂能够加速第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356的聚合反应。

如图3B所示，于该两基板32、34间施加电压361，使液晶分子352以一预倾角排列。具体而言，可在第一基板32上的第一导电层321及第二基板34上的第二导电层341施加电压361，使两导电层321、341间具有电压差，该电压差使得液晶分子352偏转，产生预倾角。

如图3B所示，并使用混合多波段的光线362进行曝光制程，以使第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356产生聚合反应。混合多波段的光线362包含至少两个波段的光线，此两个波段的波长可互相重迭，亦可为波长不连续的、彼此独立的两个波段。又，此两个波段可分别由两个独立的光源发出，或由一个光源发出的两个可辨波段。具体而言，混合多波段的光线362可包含紫外光(ultraviolet light，UV)波段的光线。于一实施例中，混合多波段的光线362同时照射第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356，亦即单体材料354、356同时接受至少两个波段的光线，另外，混合多波段的光线362也可同时照射聚合起始剂。于另一实施例中，仅使用一道曝光制程来聚合第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356，亦即单体材料354、356仅透过一道曝光制程即完成聚合反应。

如图3C及图3D所示，利用混合多波段的光线362进行曝光制程后，第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356聚合而于两基板32、34相对的表面形成液晶配向聚合物389，液晶配向聚合物389包含第一聚合物配向层390、390’及第二聚合物配向层380、380’，液晶配向聚合物389具有将液晶分子252配向的功能。如图3C所示，第二聚合物配向层380、380’是由第二单体材料(B)356聚合产生，分别形成于两基板32、34相对的表面上。如图3D所示，第一聚合物配向层390、390’是由第一单体材料(A)354聚合产生，分别形成于第二聚合物配向层380、380’的表面上。

本发明中，由于使用混合多波段的光线362进行曝光制程以将第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356聚合形成第一聚合物配向层390、390’及第二聚合物配向层380、380’，相较于以单一波段的光线多次照射的方式，本发明能够降低制造的时间成本，不需频繁地置换不同波段的UV灯管及滤波片，能够提升曝光制程的效率，而应用本发明形成的聚合物配向层亦能保持液晶分子的配向质量，液晶分子能够稳定地排列。

于一实施例中，第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356分别为具有亲水基结构及具有亲油基结构的高分子单体。在利用混合多波段的光线362进行曝光的过程中，具有亲油基结构的第二单体材料(B)356聚合于两基板32、34的表层，渐渐形成第二聚合物配向层380、380’，其稳固附着在两基板32、34上，藉由凡德瓦力干扰液晶分子352辅助配向，与传统的PI配向膜具有类似的功能。具有亲水基结构的第一单体材料(A)354聚合成第一聚合物配向层390、390’形成于第二聚合物配向层380、380’的表面，第一单体材料(A)354具有侧链基(side chain)，聚合而成的第一聚合物配向层390、390’则由复数个侧链接构形成，其具有连结第二聚合物配向层380、380’与液晶分子352的特性，并用以限制液晶分子352，使其以该预倾角排列。

于一实施例中，第二单体材料(B)356为具亲油性结构、长链、非极性的高分子单体，且一端具有PI基，另一端具有干扰基，即具双官能连接基。第一单体材料(A)354为具亲水基结构、短链、极性的高分子单体，且具有侧链基。在利用混合多波段的光线362进行曝光的过程中，第二单体材料(B)356的PI基聚合于两基板32、34的表层，第二单体材料(B)356渐渐形成第二聚合物配向层380、380’，其稳固附着在两基板32、34上。第一单体材料(A)354的侧链基会连结液晶分子352与第二单体材料(B)356的干扰基，第一单体材料(A)354聚合成第一聚合物配向层390、390’形成于第二聚合物配向层380、380’的表面，但第一聚合物配向层390、390’不是实体层，其利用电磁力、以超距力形式限制液晶分子352，使其以预倾角排列。

本发明中，第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)可分别采用如下：

(单体A)

(单体B)

其中R¹及R²可为氢、甲基、卤素或氰基，m、n、l为≥1的整数，而A可为下列基团：

及

其中X为C≥1的烷基或卤烷基。另外，聚合起始剂可采用具有如下化学式的结构：

由上，第一单体材料(A)354及第二单体材料(B)356分别聚合形成第一聚合物配向层390、390’及第二聚合物配向层380、380’，第二聚合物配向层380、380’与传统利用涂布方式形成的PI配向膜具有类似的功能。本发明利用高分子单体聚合形成用以配向液晶分子352的结构，不需另外涂布PI配向膜，故不需一般PI涂布制程所需的昂贵设备，因此可以达到制程简单化与快速制程的特性，且能够降低生产成本。本发明也不需要有机溶剂(Solvent)清洗APR板，符合当代所提倡的绿色节能减碳制程。此外，本发明也不需要在面板的像素区中设置凸块(bump)结构来配向液晶分子352，因此可达到高亮度及高对比(暗态无漏光)面板的光学特性。

当单体材料(A)、单体材料(B)及聚合起始剂(C1或C2)的吸收波长的范围分别为200nm-220nm、310nm-365nm、254nm-300nm(C1)、254nm-320nm(C2)，如下表一所示。一般液晶分子的吸收波段是300nm以下，当液晶分子照射到低波段的UV光，液晶分子原有的特性容易被破坏，传统的UV照光是加入滤波片，将波长300nm以下的光线滤除，以保护液晶分子免受破坏。

单体	UV吸收波长(nm)
		A	200-220
B	310-365
		C1	254-300(强光源＞100mW)
C2	254-320(弱光源＜20mW)

表一

本发明在以混合多波段的光线进行曝光制程时，可根据选用的波段，决定各波段的曝光时间、能量，以持续曝光或间歇曝光的方式，在不对液晶分子造成严重破坏的前提下，来进行曝光制程。曝光过程中，可能选用波长300nm以下的光线，但其曝光时间、能量受到控制，以免破坏液晶分子。由于各波段的曝光时间、能量是可改变的，混合多波段的光线中可能至少会有两个波段其照射的时间长短不同。

本发明中，混合多波段的光线可包含位于单体材料(A)的吸收波长范围内的波段(即200nm-220nm内)，或包含位于单体材料(B)的吸收波长范围内的波段(即310nm-365nm内)，或包含位于聚合起始剂(C1或C2)的吸收波长范围内的波段(即254nm-300nm或254nm-320nm内)。

由表一可知单体材料(A)的吸收波段非常的低(200nm-220nm)，因此必需搭配使用吸收UV能量较低的高反应型起始剂，如聚合起始剂(C1或C2)。当使用聚合起始剂时，以UV照光，如使用254nm-320nm或254nm-300nm UV波段照光，聚合起始剂会加速释放出电子对，进而加速单体材料(A)的聚合反应，如此可避免使用200nm-220nm低波段的UV光。因此，混合多波段的光线其较佳的波段组合可为包含位于单体材料(A)的吸收波长范围内的波段(即200nm-220nm内)及位于聚合起始剂(C1或C2)的吸收波长范围内的波段(即254nm-300nm或254nm-320nm内)。于其它实施例中，混合多波段的光线其较佳的波段组合可为包含位于第二单体材料的吸收波长范围内的波段及位于聚合起始剂的吸收波长范围内的波段。

同时将单体材料(A)、单体材料(B)及聚合起始剂(C1或C2)和液晶分子混合在一起时，由于每个单体的吸收波长不同，因此在UV照光的技术上有很大的困难性。本发明可利用数个不同低能量(60mW以下)的单一波段(或单一波长)UV灯源来制作UV多波段光源，如图4A及图4B所示，分别显示两种不同UV光波长(或光波段)或是三种不同UV光波长(或光波段)的混合灯管装置。利用此装置可方便控制各UV感应高分子的反应生成、聚合，也可避免破坏液晶分子原有的特性。混合型的UV波段选择，亦即UV1、UV2、UV3的波长或波段的选择，可以根据表一选择不同的单一波长(或单一波段)混合而制成多波长(或多波段)光源。

综上所述，虽然本发明已用较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前述的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种液晶配向制程，其特征在于，包含：

提供一第一基板及一第二基板，并于该两基板间形成一液晶容置空间；

灌注一液晶组合物于该液晶容置空间，该液晶组合物包含液晶分子、一第一单体材料及一第二单体材料；

于该两基板间施加电压，使所述液晶分子以一预倾角排列；以及

利用混合多波段的光线进行曝光制程，以使该第一单体材料及该第二单体材料分别产生聚合反应，而于该两基板相对的表面形成液晶配向聚合物，所述混合多波段的光线中至少有两个波段其照射的时间长短不同。

2.如权利要求1所述的液晶配向制程，其特征在于，

于曝光进行的步骤中，所述混合多波段的光线包含位于该第一单体材料的吸收波长范围内的波段，或包含位于该第二单体材料的吸收波长范围内的波段。

3.如权利要求1所述的液晶配向制程，其特征在于，该第一单体材料及该第二单体材料分别为具有亲水基结构及具有亲油基结构的高分子单体，该第一单体材料为具短链、极性的高分子单体，该第二单体材料为具长链、非极性的高分子单体。

4.如权利要求1所述的液晶配向制程，其特征在于，该液晶组合物还包含一聚合起始剂，于曝光进行的步骤中，所述混合多波段的光线包含位于该聚合起始剂的吸收波长范围内的波段。

5.如权利要求1所述的液晶配向制程，其特征在于，该液晶组合物还包含一聚合起始剂，于曝光进行的步骤中，所述混合多波段的光线包含位于该第一单体材料的吸收波长范围内的波段及位于该聚合起始剂的吸收波长范围内的波段，或包含位于该第二单体材料的吸收波长范围内的波段及位于该聚合起始剂的吸收波长范围内的波段。

6.一种液晶配向制程，其特征在于，包含：

灌注一液晶组合物于该液晶容置空间，该液晶组合物包含液晶分子、一第一单体材料、一第二单体材料及一聚合起始剂；

利用混合多波段的光线进行曝光制程，以使该第一单体材料及该第二单体材料分别产生聚合反应，该第二单体材料聚合产生一第二聚合物配向层形成于该两基板相对的表面上，该第一单体材料聚合产生一第一聚合物配向层形成于该第二聚合物配向层的表面上，所述混合多波段的光线中至少有两个波段其照射的时间长短不同。

7.如权利要求6所述的液晶配向制程，其特征在于，于曝光进行的步骤中，所述混合多波段的光线包含位于该第一单体材料的吸收波长范围内的波段，或包含位于该第二单体材料的吸收波长范围内的波段，或包含位于该聚合起始剂的吸收波长范围内的波段。

8.如权利要求6所述的液晶配向制程，其特征在于，该第二聚合物配向层稳固附着在该两基板上，该第一聚合物配向层由复数个侧链接构形成，所述侧链接构的一端固定在该第二聚合物配向层，并用以限制所述液晶分子，使其以该预倾角排列。