CN108205225A - 基板构件、包括该基板构件的液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于液晶显示装置的基板构件、包括该基板构件的液晶显示装置及其制造方法，一种基板构件，包括：基板；以及在所述基板上的取向膜，所述取向膜包括包含光取向材料和导电颗粒的取向材料。

Description

基板构件、包括该基板构件的液晶显示装置及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0172769号的权益，通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本公开内容涉及用于显示装置的基板，并且更具体地涉及包括单层结构的取向膜的基板，包括该基板的液晶显示装置以及制造该基板的方法。
背景技术
随着信息社会的进步，已经开发了处理和显示大量信息的显示装置。另外，具有薄轮廓、轻重量和低功耗的平板显示器(FPD)装置已经成为近期研究的主题。
因此，已经开发了具有优异的颜色再现性和薄轮廓的液晶显示(LCD)装置。LCD装置利用光学各向异性和液晶分子的偏振特性来显示图像。
LCD装置包括具有两个基板和两个基板之间的液晶层的液晶面板，以及液晶面板下方的背光单元。通过液晶面板中的电场改变液晶分子的取向方向，并且由于关于来自背光单元的光的透射率差异而显示图像。
LCD装置包括彼此面对并间隔开的下基板和上基板以及在下基板与上基板之间的液晶层。在下基板的内表面上形成有薄膜晶体管、像素电极和下取向膜，并且在上基板的内表面上形成有滤色器层、平坦化层和上取向膜。
在LCD装置中，通过摩擦工艺或通过紫外线照射工艺将下取向膜和上取向膜形成到取向材料层。
通过摩擦工艺与取向膜相邻的液晶层的液晶分子具有相对大的预倾角，通过紫外线照射工艺与取向膜相邻的液晶层的液晶分子具有相对小的预倾角。结果，通过紫外线照射工艺包括取向膜的LCD装置沿着对角线方向具有均匀的视角特性。
通过紫外线照射工艺的取向膜包括光反应基团，并且光反应基团分为异构化型、交联型和分解型。
诸如偶氮苯之类的异构化型光反应基团通过由约365nm波长的偏振紫外线进行异构化反应而具有单轴取向特性。诸如肉桂酸酯的交联型光反应基团通过由约313nm波长的偏振紫外线进行交联反应而具有单轴取向特性。诸如环丁烷二酐(CBDA)的分解型光反应基团通过由约254nm波长的偏振紫外线的分解反应而具有单轴取向特性。
这里，由于异构化型光反应基团和交联型光反应基团的取向膜具有相对较小的锚定能量，因此对比度降低。另外，引起诸如残像的劣化，并且降低可靠性。
由于分解型光反应基团的取向膜具有相对大的锚定能量，所以获得了适当的对比度。另外，防止了残像并获得了可靠性。
分解型光反应基团的取向膜具有约1015Ωcm的电阻率。由于与LCD装置中的取向膜上方的液晶层和取向膜下方的钝化层的电阻率相比，分解型光反应基团的取向膜的电阻率相对高，因此在操作期间产生的直流(DC)分量的电荷不被释放并且被累积在取向膜中。累积的电荷会导致残像和劣化，诸如yogore，而降低可靠性。
为了改善上述缺点，已经提出了包括具有相对低电阻率的下取向层和具有相对高电阻率的上取向层的双层结构的取向膜。
图1A和图1B分别是示出紫外线照射工艺之前和之后根据相关技术的双层结构的取向膜的图。
在图1A中，为了制造根据相关技术的双层结构的取向膜，在通过涂覆不包含光反应基团的第一取向材料和包含光反应基团的第二取向材料的混合取向材料来形成取向膜40之后，执行干燥处理。在干燥期间，第一取向材料和第二取向材料由于极性差和分子量差而被相分离，以形成下部的第一取向层42和上部的第二取向层44。
这里，第一取向材料包括均苯四甲酸二酐(PMDA)，第二取向材料包括环丁烷二酐(CBDA)。
第一厚度t1的第一取向层42具有约1011Ωcm至约1013Ωcm的电阻率，而第二厚度t2的第二取向层44具有约1015Ωcm的电阻率。第一取向材料和第二取向材料的混合比例为约7：3、约6：4、约5：5和约4：6中之一。整个取向膜40具有约1013Ωcm至约1014Ωcm的电阻率。
在干燥过程之后，第二取向层44的光反应基团通过加热工艺和紫外线照射工艺选择性地分解以产生光反应基团的分解副产物。
在分解副产物没有被去除的情况下，引起诸如亮点、残像和可靠性降低的劣化。结果，通过有机清洁工艺和热处理工艺去除分解副产物。
在图1B中，在有机清洁工艺和热处理工艺之后，由于去除了第二取向层44的光反应基团的分解副产物，所以第一取向层42具有第一厚度t1并且第二取向层44具有比第二厚度t2小的第三厚度t3。可以去除对应于第二厚度t2的约10％至约20％的第二取向层。
例如，当混合取向材料中的第一取向材料和第二取向材料的混合比例为约5:5且混合取向材料的取向膜40的厚度为约时，在紫外线照射工艺之前的第一厚度t1和第二厚度t2可以为约由于第二取向层44的约10％通过紫外线照射工艺分解，所以有机清洁工艺和热处理工艺之后的第三厚度t3可以是约
另外，当混合取向材料中的第一取向材料和第二取向材料的混合比例为约7:3且混合取向材料的取向膜40的厚度为约时，在紫外线照射工艺之前的第一厚度t1和第二厚度t2可以分别为约和约由于第二取向层44的约20％通过紫外线照射工艺分解，所以有机清洁工艺和热处理工艺之后的第三厚度t3可以是约
当取向膜的厚度减小时，材料的量减少并且制造成本降低。然而，当厚度减小到小于临界值时，LCD装置的残像特性和可靠性特性会劣化。具体地，在通过紫外线照射工艺形成的取向膜中，可能会严重地发生特性劣化。
由于液晶层由通过摩擦工艺的取向膜的表面的不平坦形状取向，所以取向膜的取向力不取决于取向膜的厚度。然而，由于液晶层由在通过紫外线照射工艺的取向膜的取向材料的聚合物链与液晶分子的苯环之间的范德华力取向并且范德华力与厚度成比例，所以取向膜的取向力与取向膜的厚度成比例。
结果，当通过紫外线照射工艺的取向膜的厚度减小时，取向膜的取向力减小并且没有获得在对比度、残像和可靠性方面的足够的特性。
在图1B中，例如，当第二取向层44具有约的第三厚度时，取向膜40具有相对强的取向力。结果，LCD装置在对比度、残像和可靠性方面具有足够的特性。然而，当第二取向层44具有约的第三厚度时，取向膜40具有相对弱的取向力。结果，LCD装置的对比度降低，LCD装置的残像水平增加，并且LCD装置在相对高的温度下的可靠性劣化。因此，在LCD装置中会发生劣化，例如yogore。
发明内容
实施方式涉及一种用于显示装置的基板、包括该基板的液晶显示装置以及制造该基板的方法，其中，由于紫外线照射在包括光取向材料和导电颗粒的取向材料上形成单层结构的取向膜，改善了诸如对比度、残像和可靠性的特性。
一个或更多个实施方式涉及一种用于触摸显示装置的基板、包括该基板的液晶显示装置以及制造该基板的方法，其中，由于紫外线照射在包括具有分解型光反应基团的光取向材料和导电颗粒的取向材料上形成单层结构的取向膜，减小了取向膜的厚度，降低了制造成本，并且增加了设计的自由度，所述触摸显示装置的寄生电容减小并且触摸感测特性和图像显示特性改善。
本公开内容的优点和特征将部分地在下面的描述中进行阐述，并且对于本领域的普通技术人员在研究以下内容时将部分地变得明显，或者可以从本公开内容的实践中习得。本文的实施方式的其他优点和特征可以通过在书面说明书和权利要求以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述都是说明性的，并且旨在提供对所要求保护的实施方式的进一步说明。
附图说明
本公开内容包括附图以提供对本公开内容的进一步理解，附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了本公开内容的实施方式并且与说明书一起用于解释本公开内容的实施方式的原理。
图1A和图1B分别是示出紫外线照射工艺之前和之后根据相关技术的双层结构的取向膜的图。
图2是示出根据本公开内容的实施方式的液晶显示装置的截面图。
图3是示出根据本公开内容的实施方式的形成取向膜的方法的流程图。
图4是示出在第一热处理工艺之前和之后根据本公开内容的实施方式的取向膜的结构的图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开内容的实施方式，其示例在附图中示出。在下面的描述中，当确定了与本文档相关的公知功能或配置的详细描述不必要地涉及本发明的实施方式的要点时，将省略其详细描述。所描述的处理步骤和/或操作的进展是一个示例；然而，步骤和/或操作的顺序不限于本文所阐述的顺序，并且除了必须以某种顺序发生的步骤和/或操作之外，可以如本领域已知的那样被改变。相似的附图标记通篇表示相似的元件。以下描述中使用的各个元件的名称仅为了便于书写说明书而选择，并且可能因此与实际产品中使用的不同。
图2是示出根据本公开内容的实施方式的液晶显示装置的截面图。
在图2中，根据本公开内容的实施方式的液晶显示(LCD)装置110包括：彼此面对并间隔开的第一基板120和第二基板160；在第一基板120和第二基板160之间的液晶层180；以及在第一基板120下方的背光单元(未示出)。第一基板120和第二基板160包括红色子像素区SPr、绿色子像素区SPg和蓝色子像素区SPb。
在第一基板120的内表面上形成彼此交叉以限定红色子像素区SPr、绿色子像素区SPg和蓝色子像素区SPb的栅极线(未示出)和数据线(未示出)。在红色子像素区SPr、绿色子像素区SPg和蓝色子像素区SPb中的每一个中形成有连接至栅极线和数据线的薄膜晶体管(TFT)T，并且薄膜晶体管(TFT)T包括栅电极122、半导体层126、源电极128和漏电极130。
在第一基板120的整个表面上方，在栅电极122和半导体层126之间形成有栅极绝缘层124，并且在TFT T上形成有钝化层132。这里，TFTT的栅电极122和源电极128可以分别连接至栅极线和数据线。
在红色子像素区SPr、绿色子像素区SPg和蓝色子像素区SPb中的每一个中在钝化层132上形成有连接至TFT T的漏电极130的像素电极134和与像素电极134间隔开的公共电极136。
在第一基板120的整个表面上方，在像素电极134和公共电极136上形成有第一取向膜138。像素电极134和公共电极136可以具有条形形状并且可以包括金属材料或透明导电材料。另外，像素电极134和公共电极136可以交替地布置在红色子像素区SPr、绿色子像素区SPg和蓝色子像素区SPb中的每一个中。
尽管在图2中像素电极134和公共电极136具有彼此相同的层，但是在另一实施方式中，像素电极134和公共电极136可以由于插入的绝缘层而具有彼此不同的层。
在红色子像素区SPr、绿色子像素区SPg和蓝色子像素区SPb的边界区域中在第二基板160的内表面上形成有黑矩阵162，并且在第二基板160的整个表面上方在黑矩阵162上形成有滤色器层164。滤色器层164包括分别对应于红色子像素区SPr、绿色子像素区SPg和蓝色子像素区SPb的红色滤色器166、绿色滤色器168和蓝色滤色器170。
在第二基板160的整个表面上方在滤色器层164上形成有平坦化层172，并且在第二基板160的整个表面上方在平坦化层172上有形成第二取向膜174。
在LCD装置110中，当TFT T根据栅极线的栅极电压导通时，数据线的数据电压通过TFT T施加至像素电极134。在具有数据电压的像素电极134和具有公共电压的公共电极136之间产生水平电场，并且液晶层180的液晶分子根据水平电场重新排列以显示图像。
在根据本公开内容的实施方式的LCD装置110中，第一取向层138和第二取向层174中至少之一是通过将偏振紫外线照射到包括具有分解型光反应基团的光取向材料和导电颗粒的取向材料上形成。
图3是示出根据本公开内容的实施方式的形成取向膜的方法的流程图，图4是示出在第一热处理工艺之前和之后根据本公开内容的实施方式的取向膜的结构的图。
在图3和图4中，为了使导电颗粒148均匀地分散到光取向材料146中，对导电颗粒148执行表面处理工艺(st10)。
导电颗粒148可以包括直径为约1nm至约999nm的金属颗粒或碳颗粒。例如，金属颗粒可以包括银(Ag)和铂(Pt)之一，并且碳颗粒可以包括碳纳米管(CNT)、石墨烯和碳黑之一。
具体地，碳纳米管具有如下优点：当碳纳米管混合到聚酰亚胺基团的取向材料中时，可以容易地控制电阻率水平并且可以根据碳纳米管的表面处理方法来控制分散度。
碳纳米管是根据直径具有导体性质或半导体性质的材料。结果，当碳纳米管混合到具有非导体性质的光取向材料146中时，随着碳纳米管的含量的增加和碳纳米管的长度增加，混合材料和整个取向膜的电阻率急剧下降。
因此，与单壁纳米管(SWNT)结构的碳纳米管相比，具有相对低电导率的多壁纳米管(MWNT)结构的碳纳米管可以优选地用作导电颗粒148。
另外，为了防止整个取向膜的电阻率急剧降低，碳纳米管可以具有小于约100nm的长度。
第一取向膜138和第二取向膜174的电阻率可以在不影响第一取向膜138和第二取向膜174的取向力的情况下通过添加含量大于0wt％且等于或小于约1.0wt％的导电颗粒148而减小。为了防止由于导电颗粒148的聚集而导致第一取向膜138和第二取向膜174中的渗滤阈值的过度和电网络路径的产生，在将导电颗粒148混合到光取向材料146之前对导电颗粒148执行表面处理。
可以通过使用诸如丙酮、异丙醇(IPA)或酰胺酸的表面处理溶液的浸渍方法执行对导电颗粒148的表面处理。例如，在将导电颗粒148浸入在表面处理液中后，通过对导电颗粒148进行干燥来去除溶剂并且使导电颗粒148的表面失活。结果，防止了导电颗粒148的聚集，并且导电颗粒148的分散性提高。
接下来，通过表面处理工艺将导电颗粒148混合到光取向材料146来形成取向材料(st12)。
由于导电颗粒的表面失活，防止了导电颗粒148的聚集并且增加了导电颗粒148的分散性。结果，导电颗粒148可以均匀地混合到光取向材料146。导电颗粒148可以相对于整个取向材料146具有大于0wt％且等于或小于约1.0wt％的含量。
当导电颗粒148的含量为0wt％时(即，当导电颗粒148未混合到光取向材料146时)，取向膜可以具有大于约1015Ωcm水平的电阻率，并且对比度、残像和高温可靠性的特性会劣化。当导电颗粒148的含量大于约1.0wt％时，取向膜通过在取向膜中产生的电网络路径可以具有小于约1010Ωcm水平的电阻率，并且LCD装置110可能由于像素电极134和公共电极136之间的电短缺而异常的工作。
这里，包括分解型光反应基团142和取向基团144的光取向材料146可以由以下化学式1表示。分解型光反应基团142的X可以包括由以下化学式2表示的碳数等于或多于4的环丁烷及其衍生物。分解型光反应基团142可以包括含有X的二酐，并且取向基团144的Y可以包括由以下化学式3表示的碳数等于或大于6的芳基。
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
这里，R1、R2、R3和R4中的每一个可以包括以下至少之一：氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、苯基、碳数为1至6的烷基、碳数为1至6的烷氧基、乙烯基(-(CH2)mCH＝CH2，m＝0至2)以及乙酰基(-(CH2)m-C≡CH，m＝0至2)。
另外，R6、R7、R8、R9和R10中的每一个可以包括以下至少之一：氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碳数为1至6的烷基、碳数为1至6的烷氧基、乙烯基(-(CH2)mCH＝CH2，m＝0至2)以及乙酰基(-(CH2)m-C≡CH，m＝0至2)。
光取向材料146可以具有聚酰胺酸型和可溶性聚酰亚胺型之一，完成的取向膜可以具有等于或大于80％的酰亚胺化率。除了导电颗粒之外的取向膜可以具有等于或大于约1015Ωcm的电阻率。
接下来，将包括光取向材料146和导电颗粒148的取向材料140涂覆在具有像素电极134和公共电极136的第一基板120或具有平坦化层172的第二基板160上，以形成取向材料层(未示出)(st14)。
接下来，对涂覆的取向材料层执行第一热处理工艺(加热工艺)(st16)。通过第一热处理，从取向材料层的光取向材料146的光反应基团142中除去水分(H2O)，以形成包含酰亚胺化的光反应基团152的酰亚胺化的光取向材料156。导电颗粒148被结合到酰亚胺化的光取向材料156的酰亚胺化的光反应基团152以形成酰亚胺化的取向材料150。
例如，可以在约200℃至约250℃的温度下执行约1000秒至约2000秒的第一热处理工艺。
在第一热处理之前可以执行用于除去溶剂的干燥过程。例如，可以在约50℃至约120℃的温度下执行约80秒至约120秒的干燥过程。
接下来，使偏振的紫外线照射到执行第一热处理工艺的取向材料层上(st18)。通过照射偏振的紫外线，与偏振的紫外线的偏振方向平行的酰亚胺化光反应基团152一部分分解，而与偏振的紫外线的偏振方向垂直的酰亚胺化光反应基团152的另一部分不分解而保留。偏振的紫外线可以具有约254nm的波长。
接下来，对偏振的紫外线所照射的取向材料层执行有机清洁处理(st20)。可以通过有机清洁处理去除光反应基团152的分解副产物。
接下来，可以对执行了有机清洁处理的取向材料层执行第二热处理以完成第一取向膜138或第二取向膜174(st22)。取向材料层中的分解副产物可以被汽化而除去，或者可以通过第二热处理工艺重新取向成与偏振的紫外线的偏振方向垂直。
此外，与偏振的紫外线的偏振方向不垂直的部分可以重新取向为垂直于偏振的紫外线的偏振方向。
例如，可以在约200℃至约250℃的温度下执行约1000秒至约2000秒的第二热处理工艺。
完成的第一取向膜138或完成的第二取向膜174可以具有约1013Ωcm至约1015Ωcm的水平的电阻率。
整个完成的第一取向膜138或完成的第二取向膜174有助于取向力。结果，即使当使用厚度为约的取向材料层的完成的第一取向膜138或完成的第二取向膜174具有约至约的厚度时，完成的第一取向膜138或完成的第二取向膜174也可以具有足够的取向力。因此，有机清洁工艺和热处理工艺的成本降低，并且制造成本降低。
因此，在基板、包括基板的LCD装置和制造基板的方法中，通过使用包含具有分解型光反应基团的光取向材料和导电颗粒的取向材料形成具有相对小的厚度和相对低的电阻率的单层结构的取向膜而不降低取向力。结果，对比度、残像和可靠性的特性得到改善，制造成本降低，并且设计的自由度增加。
以上已经描述了多个示例。然而，将理解的是，可以进行各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、装置或电路中的部件以不同的方式组合和/或被其他部件或其等同物替换或补充，则可以实现合适的结果。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种用于液晶显示装置的基板构件，包括：
基板；以及
在所述基板上的取向膜，所述取向膜包括包含光取向材料和导电颗粒的取向材料。
2.根据权利要求1所述的基板构件，其中，所述导电颗粒包括以下之一：具有银和铂之一的金属颗粒，以及具有碳纳米管、石墨烯和碳黑之一的碳颗粒。
3.根据权利要求2所述的基板构件，其中，所述碳纳米管具有多壁纳米管结构并且所述碳纳米管的长度小于100nm。
4.根据权利要求1所述的基板构件，其中，所述导电颗粒相对于所述取向材料具有大于0wt％且等于或小于约1.0wt％的含量。
5.根据权利要求1所述的基板构件，其中，所述光取向材料包括分解型光反应基团和取向基团并且由以下化学式1表示，
其中，所述分解型光反应基团包括具有X的二酐，
其中，所述分解型光反应基团的X包括由以下化学式2表示的碳数等于或大于4的环丁烷及其衍生物之一，
其中，所述取向基团的Y包括由以下化学式3表示的碳数等于或大于6的芳基：
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
其中，R1、R2、R3和R4中的每一个包括以下至少之一：氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、苯基、碳数为1至6的烷基、碳数为1至6的烷氧基、乙烯基(-(CH2)mCH＝CH2，m＝0至2)以及乙酰基(-(CH2)m-C≡CH，m＝0至2)，并且
其中，R6、R7、R8、R9和R10中的每一个包括以下至少之一：氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碳数为1至6的烷基、碳数为1至6的烷氧基、乙烯基(-(CH2)mCH＝CH2，m＝0至2)以及乙酰基(-(CH2)m-C≡CH，m＝0至2)。
6.根据权利要求1所述的基板构件，其中，所述光取向材料包括聚酰胺酸型和可溶性聚酰亚胺型之一。
7.根据权利要求1所述的基板构件，其中，所述取向膜具有等于或大于80％的酰亚胺化率。
8.一种液晶显示装置，包括：
彼此面对并间隔开的第一基板和第二基板；
在所述第一基板的内表面上的第一取向膜；
在所述第二基板的内表面上的第二取向膜；以及
在所述第一取向膜与所述第二取向膜之间的液晶层，
其中，所述第一取向膜和所述第二取向膜中至少之一包括包含光取向材料和导电颗粒的取向材料。
9.一种制造用于液晶显示装置的基板的方法，包括：
通过涂覆包括光取向材料和导电颗粒的取向材料在基板上形成取向材料层；
对所述取向材料层进行第一热处理以使所述取向材料酰亚胺化；
使紫外线照射到所述取向材料层上，用于向所述取向材料赋予取向特性；
对所述取向材料层进行有机清洁用于除去所述取向材料的分解副产物；以及
对所述取向材料进行第二热处理用于通过加强所述取向材料的取向特性来完成取向膜。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述导电颗粒包括以下之一：具有银和铂之一的金属颗粒；以及具有碳纳米管、石墨烯和碳黑之一的碳颗粒。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述碳纳米管具有多壁纳米管结构并且所述碳纳米管的长度小于100nm。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述导电颗粒相对于所述取向材料具有大于0wt％且等于或小于约1.0wt％的含量。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括在涂覆所述取向材料之前，对所述导电颗粒进行表面处理用于使所述导电颗粒均匀地分散到所述光取向材料中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过使用包括丙酮、异丙醇和酰胺酸之一的表面处理溶液的浸渍方法来执行对所述导电颗粒的表面处理。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括对所述取向材料层进行干燥用于除去所述取向材料层的溶剂。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在50℃至120℃的温度下对所述取向材料层进行干燥80秒至120秒，
其中，在200℃至250℃的温度下对所述取向材料层进行第一热处理1000秒至2000秒，并且
其中，在200℃至250℃的温度下对所述取向材料层进行第二热处理1000秒至2000秒。
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