CN1632649A - 液晶面板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ODF液晶面板及其制造方法，液晶面板包括一上基板与一下基板，该方法包括下列步骤：1)在该下基板上表面及上基板的下表面涂布一配向膜的初始材料，包括PI与PAA。2)进行一硬烤步骤以使PAA转化成PI，且此时配向膜的PI含量为其完全转化时的70％～90％。3)形成一框胶于该下基板上表面的周围部分。4)提供至少一液晶液滴于该下基板的中央部分。5)于低空气浓度下，将上、下基板叠合。

Description

液晶面板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种液晶面板及其制造方法，特别是关于一种ODF(One DropFill)的液晶面板及其制造方法。

背景技术

液晶面板是平面显示器中的关键元件，其主要结构是二片基板之间封装有液晶(Liquid Crystal)。上述二片基板之中，其中一基板具有阵列排列的像素电极，用以控制液晶分子的旋转角度；另一基板则具有彩色滤光膜，用来使液晶面板得以呈现出彩色的影像。液晶则通常被夹层在此二片基板之间，且在二片基板间的周围部分是利用框胶(sealant)以完成液晶的封装。

习知的液晶面板制造方法利用图1A-C来说明。如图1A所示，首先将对封的二片基板12置入真空槽(chamber)10中，二片基板12包括上基板121与下基板123，其中一者具有阵列排列的像素电极，另一者具有彩色滤光膜；此时框胶13已环绕在二片基板12之间的周围部分，仅保留一开口14，以便于在后续注入液晶。此时，通过抽气来降低真空槽10内的气压，并进行一真空热回火(vacuum anneal)步骤，以确保水气能被完全抽除。其中，开口14的孔径约为1cm，尺寸较小(7时以下)的液晶面板通常保留一个开口14，而尺寸较大(大于15时)的液晶面板则可能保留二个以上的开口14。

如图1B所示，接着则进行注入液晶的步骤，将液晶皿16(LC boat)对准上述的开口14，接着则对真空槽10注入气体(通常为氮气之类的惰性气体)，使得二片基板12内部的气压小于其外部的气压，利用此压差以及二片基板12之间的毛细现象，液晶皿16中的液晶可充满二片基板12间(以图1B为例由下往上地充满)。在完成液晶的注入后，接着对该开口14补入框胶，完成最后的封装。完成封装的二片基板12则如图1C所示。

然而，上述此种利用压差以及毛细现象以注入液晶的方法通常在注入液晶的步骤中耗时甚巨。尺寸较小的液晶面板约需时3-5小时来完成液晶的注入；而尺寸较大的液晶面板甚至可能需要超过一天的时间。

因此在习知技术中，发展出了另外一种称为ODF(One Drop Fill)的液晶注入技术。例如，美国第5,263,888号专利所揭示的技术即为一例。以下则利用图2A-C简介ODF技术。

如图2A所示，其对于上述二片基板12中的任一片基板121(以下简称为“下基板121”)先进行框胶13的设置。框胶13设置于下基板121上表面的周围部分。

接着如图2B所示，利用ODF技术中特有的鸭嘴形滴管(nozzle tip)20，在下基板121的上表面滴入液晶22。此种鸭嘴形滴管20可借着滴入“一滴”液晶22，而使得液晶22逐渐铺满下基板121上表面，因此此种液晶注入技术得到ODF-One Drop Fill的称呼。

ODF技术的发展主要是着眼于改善图1A-C所述液晶注入时间过于耗时的问题，因此在实际施行ODF技术时，并不限定于一个鸭嘴形滴管20或一滴液晶22，可如图2B所示，利用多个鸭嘴形滴管20来加速液晶22的注入。利用上述技术，不论液晶面板尺寸的大小，我们可以在几分钟内即将面板所需的液晶滴下完成。

最后则如图2C所示，将下基板121移入真空槽10之中。二片基板12中的另外一片基板123(以下简称“上基板123”)此时亦置入真空槽10中。在低空气浓度下(通常指小于1pa)，上基板123由上往下，与下基板121将液晶22夹层于二者之间；藉由下基板121上表面的框胶13则可结合上、下基板123、121。后续对框胶13照射紫外光并且加热使其固化。

值得一提的是，上基板123的下表面与下基板121的上表面是会涂布有配向膜，直接与液晶22接触，用来控制液晶22的分子在未受电压调控时的排列方向。一般而言，上、下基板123、121的配向膜可使得液晶22具有特定的方向性，在结合上、下基板123、121时需要精确地调准二者的配向膜的耦合角度。此一角度调准(aligner)的步骤亦是影响液晶面板品质甚巨的关键步骤。在ODF技术中，是在图2C上、下基板123、121结合之前来进行角度调准步骤；而在更习知的液晶面板制造方法中，则在图1A所示二片基板12对封之前即已进行角度调准步骤。

ODF技术具有一重大的缺点。请参照图3，图3为一利用ODF技术制造的液晶面板立体示意图。液晶面板8显示影像时会出现如图3所示的雾点(mura)24，此些雾点24形成的位置恰与图2B所示，鸭嘴形滴管20在下基板121上表面滴入液晶22液滴的位置相符合。且此种雾点24在图1A-C所示更习知的液晶面板制造方法中是不存在。因此一般推论雾点24的形成与ODF技术有关，而将此些雾点24称为ODF mura。

本发明人认为上述ODF mura现象的成因，是因为鸭嘴形滴管20滴入液晶22(图2B所示)的步骤并非在真空槽10之中进行，且在滴入液晶22之前亦无施以真空热回火。因此，可能有部分的水气附着于下基板121上表面的配向膜中。配向膜的材料通常由聚亚酰氨(polyimide，俗称PI)与聚酰胺酸(polyamicacid，俗称PAA)混合而成。PI的化学式表示如式一：

PAA含有酸根，因此容易吸水。PAA的化学式表示如式二：

虽然图2C的步骤是移至真空槽10中进行，然而在图2B液晶液滴22滴入下基板121上表面时，部分水气已被液晶22液滴覆盖而无法被抽干，造成上述该些雾点24以及ODF mura现象。然而，习知ODF技术不在真空槽10中进行液晶液滴滴入的步骤的原因，是因为此步骤不易在真空槽10中操作，且相关的器具(例如鸭嘴形滴管20)亦不易置入真空槽10之中。若为了ODF技术而特制合用的真空槽，则又不符合成本效益。

如此说来，如何改善ODF mura现象，使得液晶面板相关产业得以利用ODF技术可缩短液晶注入时间的优势，而有利于产业的竞争力，是当前技术发展的重点。且新发展的技术需要符合成本效益，以使新技术得以真正应用于液晶面板的生产线上。

因此，对于从事液晶面板相关领域的研发人员而言，莫不致力于解决习知技术所仍然具有的缺点，以期能够更进一步提高液晶面板产品的品质，并有助产业的发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种ODF(One Drop Fill)液晶面板及其制造方法，来改善习知技术中的ODF mura现象。

本发明的另一目的在于提供一种液晶面板及其制造方法，使新发展的ODF技术符合成本效益，得以真正应用于液晶面板的生产线上。

为此，本发明提出了一种液晶面板制造方法，该液晶面板包括一上基板与一下基板，该方法包括下列步骤：涂布一配向膜的初始材料于该下基板上表面以及该上基板下表面，该初始材料包括聚亚酰氨(polyimide，PI)与聚酰胺酸(polyamic acid，PAA)；进行一硬烤步骤(post bake)以使聚酰胺酸(PAA)转化成聚亚酰氨(PI)，其中，该硬烤步骤持续至该配向膜的聚亚酰氨(PI)含量为完全转化时的70％～90％；形成一框胶于该下基板上表面的周围部分；提供至少一液晶液滴于该框胶围绕的该配向膜上；且叠合该上基板与该下基板，使该液晶液滴被封装于该上、下基板与该框胶所包围的区域中。

较佳的，该配向膜的初始材料的聚亚酰氨含量，为完全转化时的40％～65％。

较佳的，在该形成该框胶的步骤前，更包括一磨擦定向步骤。

较佳的，将该上基板与该下基板叠合的步骤前，更包括一角度调准(aligner)步骤。

较佳的，在该硬烤步骤之后更包括一侦测步骤，以确定该配向膜的聚亚酰氨含量介于完全转化时的70％～90％。

较佳的，该侦测步骤利用傅氏红外线光谱仪(FTIR)。

较佳的，该侦测步骤是将该配向膜与其完全转化的一参考样本(reference)进行比较；该参考样本的形成条件是以摄氏300度硬烤(PI postbaking)约60分钟。

较佳的，该侦测步骤是侦测C-N键(1380cm^-1)对苯环(benzene ring，1510cm^-1)的光吸收比率。

较佳的，该侦测步骤是侦测C＝O键(1780cm^-1)对苯环(benzene ring，1510cm^-1)的光吸收比率。

较佳的，该硬烤步骤的温度介于摄氏180度～240度。

较佳的，在一低空气浓度下，将该上基板与该下基板叠合；该低空气浓度是指小于1Pa。

本发明还进一步提出了一种液晶面板，包括：一下基板；一配向膜形成于该下基板上表面及上基板的下表面，其中该配向膜包括70％～90％的聚亚酰氨；

一框胶形成于该配向膜上表面的周围部分；一上基板，透过该框胶结合于该下基板；及一液晶分子，充填于该上基板与该下基板间。

液晶面板包括一上基板与一下基板。本发明ODF液晶面板制造方法首先在下基板上表面涂布一配向膜的初始材料，包括聚亚酰氨(polyimide，PI)与聚酰胺酸(polyamic acid，PAA)。接着则进行一硬烤步骤以使PAA转化成聚亚酰氨PI。其中该硬烤步骤的温度介于摄氏180度～240度。且此时配向膜的PI含量为完全转化时的70％～90％。在下基板的配向膜设置完成之后，形成一框胶于下基板上表面的周围部分。

接续提供至少一液晶液滴于下基板的中央部分。其利用ODF技术中特有的鸭嘴形滴管(nozzle tip)，以在下基板的上表面滴入液晶。实施时可利用多个鸭嘴形滴管以加速液晶的注入速度，以缩短制程时间。

将已完成液晶注入的下基板移至真空槽之中，于低空气浓度下，将上基板与下基板叠合。上基板下表面已形成有另一配向膜，让液晶具有特定的方向性。而在将上基板与下基板叠合之前，更包括一角度调准的步骤，其在真空槽的低空气浓度的环境下，精确地调准上基板的配向膜与下基板的配向膜的耦合角度。之后才藉由框胶以结合上、下基板，并完成本发明ODF液晶面板的制造。上、下基板之间的周围部分为框胶，而液晶被封装于上、下基板与框胶所包围的区域中。

本发明提供了一种ODF液晶面板的制造方法，改善了习知的ODF mura现象，使得液晶面板相关产业得以利用ODF技术缩短液晶注入时间的优势，而有利于产业的竞争力。且本发明不需要特制的真空槽，可延用既有的真空槽设备，却可改善配向膜吸附水气的问题。因此，本发明可说符合了成本效益，而得以真正应用于液晶面板的生产线上。本发明同时达到了缩短液晶面板整体制程时间、附合成本效益与提升液晶面板品质...等产业发展的需求，将大幅提升产业的竞争力。

附图说明

图1A-C表示习知液晶面板制造方法；

图2A-C简介习知ODF技术；

图3为一利用ODF技术制造的液晶面板立体示意图；

图4A～D表示本发明ODF液晶面板制造方法；

图5为一FTIR光谱；以及

图6为本发明液晶面板侧剖面示意图。

附图标号说明：

液晶面板8          真空槽10

二片基板12         开口14

液晶皿16           下基板121、321

框胶13、33         鸭嘴形滴管20、40

液晶22、42         上基板123、323

雾点24             配向膜35、37

具体实施方式

请参照图4A～图4D，其表示本发明ODF液晶面板制造方法。液晶面板32包括一上基板323与一下基板321。如图4A，其首先在下基板321上表面涂布一配向膜35的初始材料，包括聚亚酰氨(polyimide，PI)与聚酰胺酸(polyamicacid，PAA)。接着进行一硬烤步骤(post bake)来使聚酰胺酸(PAA)转化成聚亚酰氨(PI)，如式三：

其中该硬烤步骤的温度介于摄氏180度～240度。且此时配向膜35的聚亚酰氨(PI)含量为完全转化时的70％～90％。

请继续参照图4A，此时若是液晶面板32为TN-TFT mode、IPS mode或是OCB mode，则接续进行一摩擦定向步骤，来使配向膜35具有一特定的方向性。摩擦定向步骤是对配向膜35的表面施予例如绒布滚轮，进行接触式的顺向机械摩擦行为。摩擦所供的能量使得PI高分子主链因延伸而顺向排列，达到赋予配向膜一特定方向性的目的。此步骤具有可在常温操作，且操作时间极短的好处，非常有利于产品的量产。另一实施例中，若液晶面板32为VA mode，则可不经由摩擦配向处理。

请参照图4B。在下基板321的配向膜35设置完成之后，则形成一框胶33于下基板321上表面的周围部分。接续的步骤则如图4C，提供至少一液晶42液滴于框胶33围绕的下基板321上。其利用ODF技术中特有的鸭嘴形滴管(nozzle tip)40，以在下基板321的上表面(即配向膜35)滴入液晶42。实施时可如图4C所示，利用多个鸭嘴形滴管40来加速液晶42的注入速度，来缩短制程时间。不论液晶面板32尺寸大小，可在短短的1-2分钟内完成液晶42的注入。

请参照图4D。此时将已完成液晶42注入的下基板321移至真空槽10之中，此时亦将上基板323移入真空槽10之中，于低空气浓度下(1pa以下)，将上基板323与下基板321叠合。上基板323下表面已形成有另一配向膜37，且具有特定的方向性。而在将上基板323与下基板321叠合之前，更包括一角度调准(aligner)的步骤，其在真空槽10的低空气浓度的环境下，精确地调准上基板323的配向膜37与下基板321的配向膜35的耦合角度。之后才通过框胶33来结合上、下基板323、321，我们可以利用紫外线光照射的方法加上热硬化使框胶33固化，以完成本发明ODF液晶面板32的制造。上、下基板323、321之间的周围部分为框胶33，而液晶42被封装于上、下基板323、321与框胶33所包围的区域中。

相较于习知技术，本发明藉由控制下基板321的配向膜35其中的材料组成，而使配向膜35具低吸水性。配向膜35的初始材料包括PI与PAA。PI具有高机械强度、耐热性佳、电气绝缘性佳、耐化学溶剂及辐射线...等材料特性的高分子材料。因此，即使PI与液晶42直接接触，或者在液晶面板32操作时有热能与电压的环境下，PI亦能有很好的材料稳定性，而足以提供液晶面板32稳定的显示品质。

然而PI的印刷性不佳，不容易直接涂布或附着于下基板321或上基板323表面。因此典型的作法是会将PI与PAA混合以有利于涂布，之后才以硬烤步骤(post bake)以使PAA转化成PI(式三)。但是习知技术中往往未考虑到大量侧链基(side chain)会造成PAA经过硬烤步骤后实际聚合成PI的转化率并不高。如此一来则造成习知技术中，水气被含有酸根的PAA吸附，且在液晶(图2B标号22)滴入后造成水气无法被抽干的习知缺点，进而导致ODF mura现象。

本发明人在反复的实验中发现，当配向膜35在硬烤步骤之后，其中的PI含量若可达到其完全转化(PAA转化成PI)时的70％(含)以上时，则液晶面板32在出厂前的光电测试时则不见ODF mura现象。但若100％转化，缺乏PAA则会致使配向膜35的印刷性与附着力低落。因此实际适合以避免ODF mura现象的PI含量为其完全转化时的70％～90％。而有较佳效果的实施例则介于75％～80％。

为了维持液晶面板32产品品质的稳定，因此在本发明中，可藉由一侦测步骤来确定在滴入液晶42之前，配向膜35的PI已达到所需的含量。此侦测步骤是利用傅氏红外线光谱仪(FTIR)来进行，以侦测imidization ratio来侦测PI的转化率。而其中利用所使用的PI完全转化的参考样本(以下简称Reference)来与图4A已完成硬烤步骤的配向膜35样本(以下简称Sample)进行比较。Reference具有100％的PI，0％的PAA，此reference PI的硬烤(PI post baking)温度为摄氏300度60分钟。此侦测步骤利用了PI的分子式(如式一)所具有的C-N键、苯环(benzene ring)与C＝O键来进行Sample的PI转化率的侦测。

请参照图5，其为一PI配向膜的FTIR光谱。横轴为光频率，而纵轴为光吸收强度。曲线I表示低PI转化率(30％)的Sample I。曲线II表示中PI转化率(80％)的Sample II。曲线III表示已完全转化的Reference(100％PI)。其中在1380cm^-1的讯号表C-N键，1510cm^-1的讯号表苯环(benzene ring)，1780cm^-1的讯号表C＝O键。

本发明一实施例中是以下式求得PI转化率：

    imidization ratio＝(X/Y)*100％

其中X表示Sample的C-N键(1380cm^-1)对苯环(1510cm^-1)的光吸收比率；Y表示Reference的C-N键(1380cm^-1)对苯环(1510cm^-1)的光吸收比率。由图5与上式可知，当PI的转化率越高，则上式的imidization ratio值会越大。

本发明另一实施例中以下式求得PI转化率：

    imidization ratio＝(Z/Y)*100％

其中Z表示Sample的C＝O键(1780cm^-1)对苯环(1510cm^-1)的光吸收比率；Y表示Reference的C＝O键(1780cm^-1)对苯环(1510cm^-1)的光吸收比率。由图5与上式可知，当PI的转化率越高，则上式的imidization ratio值会越大。

如上所述，本发明藉由该侦测步骤，在确定配向膜35中的PI含量为其完全转化时的70％～90％的情况下，再接续进行后续的步骤。如此一来可有效地避免ODF mura现象，解决习知ODF技术的缺点。

请参照下表一，其为一PAA转化为PI的表列实验数据：

	PI初始含量	PI最终含量	吸水率	印刷性	ODF mura
						样本一	0％	30％	1.50％	良好	明显
样本二	50％	80％	0.60％	良好	无
						样本三	100％	100％	0.30％	差	无

由表一以及本案发明人反复实验所累积的结果可知，经硬烤步骤的配向膜35的PI含量若小于完全转化时的40％，则液晶面板32会有明显的ODF mura现象产生。若经硬烤步骤的配向膜35的PI含量大于完全转化时的70％，ODFmura现象则可明显改善。

但若要达到70％以上的PI转化率，且考虑到硬烤步骤的温度过高恐怕会对上、下基板323、321造成损坏(特别是其中具有彩色滤光膜的基板)；因此，温度限制在摄氏180度～240度的硬烤步骤中，配向膜35的初始材料至少要含有40％以上的PI，才足以达成上述70％PI转化率的目的。然而配向膜35初始材料PI的含量亦不能过高，如表一所示，含有100％PI的配向膜35初始材料将完全失去印刷性，将无法涂布或附着于下基板321或上基板323表面。含有40％～65％PI的配向膜35初始材料为实施时可兼顾印刷性与改善ODF mura现象的有效范围。

因此，本发明提供了一种液晶面板32，其可利用ODF的技术以制造，然而已有效改善习知的ODF mura现象。可参照图6，图6为本发明液晶面板侧剖面示意图。液晶面板32包括下基板321、配向膜35、框胶33、上基板323以及液晶分子42。其中，配向膜35形成于下基板321上表面，其中配向膜35包括70％～90％的聚亚酰氨。框胶33形成于配向膜35上表面的周围部分。上基板323透过框胶33结合于下基板321，其下表面可为配向膜37。液晶分子42则充填于上基板323与下基板321间。

综合以上所述，本发明提供了一种ODF液晶面板的制造方法，改善了习知的ODF mura现象，使得液晶面板相关产业得以利用ODF技术缩短液晶注入时间的优势，而有利于产业的竞争力。且本发明不需要特制的真空槽，可延用既有的真空槽设备，却可改善配向膜吸附水气的问题。因此，本发明可说符合了成本效益，而得以真正应用于液晶面板的生产线上。本发明同时达成了缩短液晶面板整体制程时间、附合成本效益与提升液晶面板品质...等产业发展的需求，将大幅提升产业的竞争力。

本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体，仅止于上述实施例尔。对熟悉此项技术者，当可轻易了解并利用其它元件或方式来产生相同的功效。是以，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在申请专利范围内。

Claims (14)

1.一种液晶面板制造方法，该液晶面板包括一上基板与一下基板，该方法包括下列步骤：

涂布一配向膜的初始材料于该下基板上表面以及该上基板下表面，该初始材料包括聚亚酰氨与聚酰胺酸；

进行一硬烤步骤以使聚酰胺酸转化成聚亚酰氨，其中，该硬烤步骤持续至该配向膜的聚亚酰氨含量为完全转化时的70％～90％；

形成一框胶于该下基板上表面的周围部分；

提供至少一液晶液滴于该框胶围绕的该配向膜上；且

叠合该上基板与该下基板，使该液晶液滴被封装于该上、下基板与该框胶所包围的区域中。

2.如权利要求1所述的液晶面板制造方法，其特征是，该配向膜的初始材料的聚亚酰氨含量，为完全转化时的40％～65％。

3.如权利要求1所述的液晶面板制造方法，其特征是，在该形成该框胶的步骤前，更包括一磨擦定向步骤。

4.如权利要求1所述的液晶面板制造方法，其特征是，将该上基板与该下基板叠合的步骤前，更包括一角度调准步骤。

5.如权利要求1所述的液晶面板制造方法，其特征是，在该硬烤步骤之后更包括一侦测步骤，以确定该配向膜的聚亚酰氨含量介于完全转化时的70％～90％。

6.如权利要求5所述的液晶面板制造方法，其特征是，该侦测步骤利用傅氏红外线光谱仪。

7.如权利要求6所述的液晶面板制造方法，其特征是，该侦测步骤是将该配向膜与其完全转化的一参考样本进行比较。

8.如权利要求7所述的液晶面板制造方法，其特征是，该参考样本的形成条件是以摄氏300度硬烤约60分钟。

9.如权利要求6所述的液晶面板制造方法，其特征是，该侦测步骤是侦测C-N键对苯环的光吸收比率。

10.如权利要求6所述的液晶面板制造方法，其特征是，该侦测步骤是侦测C＝O键对苯环的光吸收比率。

11.如权利要求1所述的液晶面板制造方法，其特征是，该硬烤步骤的温度介于摄氏180度～240度。

12.如权利要求1所述的液晶面板制造方法，其特征是，在一低空气浓度下，将该上基板与该下基板叠合。

13.如权利要求12所述的液晶面板制造方法，其特征是，该低空气浓度是指小于1Pa。

14.一种液晶面板，包括：

一下基板；

一配向膜形成于该下基板上表面及上基板的下表面，其中该配向膜包括70％～90％的聚亚酰氨；

一框胶形成于该配向膜上表面的周围部分；

一上基板，透过该框胶结合于该下基板；及

一液晶分子，充填于该上基板与该下基板间。

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