CN1804704A - 稳定液晶配向层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种稳定液晶配向层的方法，其中该液晶配向层是用于一液晶显示器中。本发明的方法包含：提供一基板；形成一薄膜于该基板上；以及将该薄膜暴露于含有惰性气体与含氢气体的混合等离子体中，以同步配向且钝化该薄膜，形成一钝化的液晶配向层。
Description
技术领域
本发明有关一种稳定液晶配向层的方法，更特别地，本发明有关一种利用等离子体稳定液晶配向层的方法。
背景技术
在液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的制造过程中，液晶层的配向效果成为决定LCD品质良窳的关键。在目前最广为使用的LCD中，如扭转向列型LCD(TN-LCD)、超扭转向列型LCD(STN-LCD)以及板内切换型LCD(IPS-LCD)等，皆必须形成稳定且均匀的配向层，且液晶分子与配向层之间必须达到W＞10-4J/cm2的强锚定能(anchoring energy)以及符合各种配向特性所需的预倾角。甚至必须将配向层图案化以增大LCD的视角。除此之外，关于电光表现所需的较低RDC以及对于VHR的要求，皆与配向方法及配向材质息息相关。
面对上述的要求，传统的配向方式已无法符合面板良率所要求的标准，因此近来发展出非接触式配向方法，包含光配向、等离子体束以及离子束配向。在这些方法中，将配向层倾斜，以粒子(原子、离子、电子或是其混合物)束处理该配向层，往往造成非等向性沉积或是对于已沉积的部分造成蚀刻。后者是如美国专利4,153,529中所揭示的利用氩离子进行粒子束配向。此外，美国专利5,770,826则是以能量较低(50-600V)的离子，处理配向层的最表层，将不良的影响最小化。上述的方法中，虽然是以低能量的离子进行「温和」的处理，但是所形成的液晶配向，其稳定度仍难以持续数个月。
关于配向稳定度退化的原因，应考量配向材质的离子所造成的影响。在50eV至5,000eV的能量范围中进行液晶配向时，离子与配向层的中性分子碰撞，造成化学键的断裂，而这些断裂的化学键所形成的自由基，是具有高度反应性，这些具高度反应性的自由基与液晶分子发生作用时，会造成液晶分子的退化(degradation)。配向层吸收退化过程中所产生的杂质，造成边界状况与液晶配向系数的改变。由于这些过程是缓慢进行，因而形成液晶盒(cell)的缓慢退化。
为了将配向层的反应性降到最低，美国专利6,485,614B2揭示以氢原子钝化由离子束配向的配向层。由于氢原子具有高反应性，因而可将离子碰撞过程中所形成断裂的化学键中和反应。为了达到上述目的，氢气分子必须解离为氢原子。该篇美国专利揭示在反应腔室中，于配向层附近设置加热的钨丝，用以将氢气解离为氢原子。当配向层以氩离子(Ar+)轰击之后，将氩气抽出并充入氢气，此时加热的钨丝将氢气解离为氢原子，进而与钝化配向层。该篇美国专利借由近缘X-射线吸收精细结构(near-edge x-ray absorption fine structure；NEXAFS)光谱分析，侦测到碳-氢(C-H)键结的增加，以确认配向层的钝化。必须注意的是：该篇美国专利是将「配向」与「钝化」分别在两个不同步骤进行，且需要不同的设备进行配向过程与钝化过程，因此该项技术在设备面、时程面以及成本面仍不尽理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定液晶配向层的方法和一种制作液晶盒(cell)的方法，其中该液晶配向层和该液晶盒是用于一液晶显示器中，该方法不但可强化液晶于配向层上的锚定能(anchoring energy)，更可达到制程设备简单、制程时间短以及成本低的优点。
本发明的一方面提供一种稳定液晶配向层的方法包含：提供一基板；形成一薄膜于该基板上；以及将该薄膜暴露于含有惰性气体与含氢气体的混合等离子体中，以同步配向且钝化该薄膜，形成一钝化的液晶配向层。
根据上述构想，该薄膜为有机材料、无机材料与多层材料薄膜其中的一。
根据上述构想，该有机材料较佳为聚酰亚胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸盐(polyvinylcinnamate；PVNC)与聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其中之一。
根据上述构想，该无机材料较佳为玻璃、石英、氧化铟锡(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、类钻石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其中之一。
根据上述构想，该多层材料薄膜可为上述材料的组合。
根据上述构想，该惰性气体的含量较佳是大于或等于氢气的含量。
根据上述构想，该惰性气体的含量较佳是氩气。
根据上述构想，该方法是借由一阳极层粒子束源装置提供该混合等离子体。
本发明的另一方面提供一种制作液晶盒(cell)的方法，该方法包含：提供一第一电极与一第二电极；分别形成一第一薄膜与一第二薄膜于该第一电极与该第二电极上；将该第一薄膜与该第二薄膜暴露于含有一惰性气体与含氢气体的混合等离子体中，以同步配向且钝化该第一薄膜与该第二薄膜，形成钝化的第一配向层与第二配向层；以及提供一液晶层，其是位于该第一配向层与该第二配向层之间。
根据上述构想，该第一薄膜与该第二薄膜为有机材料、无机材料与多层材料薄膜其中之一。
根据上述构想，该有机材料较佳为聚酰亚胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸盐(polyvinylcinnamate；PVNC)与聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其中之一。
根据上述构想，该无机材料较佳为玻璃、石英、氧化铟锡(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、类钻石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其中之一。
根据上述构想，该多层材料薄膜可为上述材料的组合。
根据上述构想，该惰性气体的含量较佳是大于或等于氢气的含量。
根据上述构想，该惰性气体的含量较佳是氩气。
根据上述构想，该方法是借由一阳极层粒子束源装置提供该混合等离子体。
本发明的又一方面提供一种制作配向层的方法，该方法包含：提供一基板；形成一薄膜于该基板上；以及以一等离子体束轰击该薄膜，以同步配向且钝化该薄膜，形成该配向层，其中该等离子体束包含氩气与氢气。
根据上述构想，该薄膜为有机材料、与无机材料与多层材料薄膜其中之一。
根据上述构想，该有机材料较佳为聚酰亚胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸盐(polyvinylcinnamate；PVNC)与聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其中之一。
根据上述构想，该无机材料较佳为玻璃、石英、氧化铟锡(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、类钻石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其中之一。
根据上述构想，该多层材料薄膜可为上述材料的组合。
根据上述构想，是借由一阳极层粒子束源装置提供该等离子体束。
附图说明
图1是根据本发明，说明一种稳定液晶配向层的方法。
图2是根据本发明，说明不同的氩气与氢气混合比例，所得液晶分子与配向层之间的预倾角(pretilt angle)与时间的关系图。
图3是根据本发明的第一实施例，说明稳定液晶配向层的方法。
图4是根据本发明的第一实施例，说明该液晶盒的预倾角稳定性。
图5A与图5B是根据本发明的第二实施例，说明一种用于液晶显示器的液晶盒的制作方法。
图6是根据本发明的第三实施例，用以说明一种制作液晶配向层的方法。
具体实施方式
本发明所提供稳定液晶配向层的方法，将可由以下的实施例说明而得到充分了解，并使得熟习本技术的人士可以据以完成的，然而本发明的实施型态并不限制于下列实施例中。
请参阅图1，本发明提供一种稳定液晶配向层的方法，其中该液晶配向层适用于一液晶显示器中，该方法包含提供一基板11，接着形成一薄膜12于该基板11上，以及将该薄膜12在一真空腔室中暴露于混合惰性气体与含氢气体的环境中，并借由一阳极层粒子束源装置而产生该惰性气体与含氢气体的混合等离子体，进行配向与钝化作用，以形成一钝化的液晶配向层12′。根据本发明，薄膜12可为有机材料、无机材料与多层膜材料，其中该有机材料为聚酰亚胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸盐(polyvinylcinnamate；PVNC)或是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)，而该无机材料为玻璃、石英、氧化铟锡(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、类钻石碳膜(diamond-likecarbon；DLC)或是非晶硅(amorphous silicon)，而该多层膜材料可为上述材料的组合。根据本发明，该惰性气体可以是氩气或是其他惰性气体；该含氢气体可以是氢气、甲烷、乙烷或是其他烷类气体。本发明还提出该惰性气体与含氢气体的混合等离子体是包含氩与氢气的混合等离子体，用以轰击配向层，进而得到同时完成配向与钝化作用的配向层。
以氩气与氢气的组合为例，在真空腔室中混合不同比例的氩气与氢气，并借由一阳极层粒子束源装置而产生混合氩气与氢气的等离子体束，对薄膜进行配向与钝化作用的实验后，本发明发明人发现不同的氩气与氢气混合比例，皆可使得受到配向与钝化后的配向层，具有较长时间稳定的预倾角(pretilt angle)，其中所提供混合氩气与氢气的环境中，氩气的含量较佳是大于或等于氢气的含量(如图2所示)。
再者，经本发明发明人悉心试验后得知含有惰性气体与氢气的等离子体束，其轰击配向层的条件可为：(1)等离子体束与基板之间的距离范围可为2公分至30公分；(2)等离子体束的入射角度范围为20°至80°；(3)等离子体束的能量范围为200eV至800eV；以及(4)等离子体束的轰击时间范围为数秒至30分钟。
请参阅图3，其是用以说明本发明的第一实施例。如图3中所示，本发明提供一玻璃基板31，在该玻璃基板31上覆盖一聚酰亚胺(polyimide)层32，而后将载有该聚酰亚胺(polyimide)层32的该玻璃基板31置于一真空腔室33中，在该腔室33中通入氩气与氢气，接着借由阳极层粒子束源装置34而提供含有氩气与氢气的混合等离子体束，以轰击该聚酰亚胺(polyimide)层32，进而同时对该聚酰亚胺(polyimide)层32进行配向(alignment)与钝化(passivation)作用，其中该腔室33的操作压力(operation pressure)为2×10-5陶尔(Torr)。在此实施例中，该腔室33中所通入的氩气与氢气的含量比例为1∶1，且用以轰击该聚酰亚胺(polyimide)层32的等离子体束条件如下：入射角为70°、电流密度为7微安培/平方公分、等离子体束能量为600eV，以及轰击时间为5分钟。
将经由上述第一实施例所配向与钝化的两片配向层，用于液晶盒(liquidcrystal cell)的制备，当该两配向层相距20微米，且在该两配向层中注入液晶后，可得到具有高品质液晶配向的液晶盒，并在检测后得知其中液晶分子与配向层表面的预倾角(pretilt angle)可达4.1度。进一步检测此液晶盒的预倾角稳定性，其结果如图4所示，相较于仅以氩气等离子体轰击的配向层(以·表示)，本发明所提供以氩气与氢气的混合等离子体束所轰击的配向层(以■表示)具有较大的预倾角，且其预倾角具有长时间的稳定效果。
在上述的第一实施例中，等离子体束包含氩离子、加速的氩原子、氢原子以及未加速的氩原子与氢原子。由于氩气等离子体中的氩离子与氩原子可对该聚酰亚胺(polyimide)层32进行配向作用，而同时氢气等离子体可将等离子体束配向过程中所形成断裂的化学键中和反应，故能钝化聚酰亚胺(polyimide)层32，达到同时配向与钝化配向层的效果，并且由于氢气等离子体对于配向层的钝化作用，可使得处理后的配向层能持续保有一定的预倾角(pretilt angle)，亦即可强化液晶于配向层上的锚定能(anchoring energy)，使处理过后的配向层不易变质，达到配向层具长时间稳定的效果。
请参阅图5A与图5B，其是根据本发明的第二实施例，说明一种用于液晶显示器的液晶盒的制作方法。如图5A和5B中所示，在一真空腔室50中，提供一第一基板51与一第二基板52，在该第一基板51上形成一第一电极53与一第一薄膜54，在该第二基板52上形成至少两个第二电极55与一第二薄膜56，而后在该腔室50中通入氩气与氢气，接着借由阳极层粒子束源装置(未显示于图中)而提供氩气与氢气的混合等离子体束，以轰击该第一薄膜54与第二薄膜56，进而同时对该第一薄膜54与第二薄膜56进行配向(alignment)与钝化(passivation)作用，而后抽出氩气与氢气，并注入液晶层57，经由封胶之后即得该液晶盒500。
请参阅图6，其是根据本发明的第三实施例，用以说明一种制作液晶配向层的方法。在一腔室60中，提供一基板61，接着在该基板61上形成一薄膜62，以及直接提供惰性气体离子(例如氩气)与氢气的混合等离子体，用以将该薄膜62进行配向与钝化。根据本发明，薄膜62可为有机材料、无机材料或多层膜材料，其中该有机材料为聚酰亚胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸盐(polyvinylcinnamate；PVNC)或是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)，而该无机材料为玻璃、石英、氧化铟锡(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、类钻石碳膜(diamond-like carbon；DLC)或是非晶硅(amorphous silicon)，而该多层膜材料可为上述材料的组合。
综上所述，本发明借由同时提供惰性气体与氢气的混合等离子体，而在同一步骤中对液晶配向层进行配向与钝化作用，不但可强化液晶于配向层上的锚定能(anchoring energy)、延长液晶分子与配向层之间预倾角的稳定时间，更可达到制程设备简单、制程时间短以及成本低的优点。
Claims (12)
1.一种稳定液晶配向层的方法，其中该液晶配向层是用于一液晶显示器中，该方法包含：
提供一基板；
形成一薄膜于该基板上；以及
将该薄膜暴露于一惰性气体与含氢气体的混合等离子体中，以同步将该薄膜配向与钝化，形成一钝化的液晶配向层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该薄膜为有机材料、无机材料与多层材料薄膜其特征在于之一。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于该有机材料为聚醯亚胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸盐(polyvinylcinnamate；PVNC)与聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其特征在于之一。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于该无机材料为玻璃、石英、氧化铟锡(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、类钻石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其特征在于之一。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该惰性气体的含量是大于或等于该含氢气体的含量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该混合等离子体是藉由一阳极层粒子束源装置提供。
7.一种制作液晶盒(cell)的方法，其特征在于该液晶盒是用于一液晶显示器中，该方法包含：
提供一第一电极与一第二电极；
分别形成一第一薄膜与一第二薄膜于该第一电极与该第二电极上；
将该第一薄膜与该第二薄膜暴露于一惰性气体与含氢气体的混合等离子体中，以同步配向且钝化该第一薄膜与该第二薄膜，形成钝化的第一配向层与第二配向层；以及
提供一液晶层，其是位于该第一配向层与该第二配向层之间。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于该第一薄膜与该第二薄膜为有机材料、无机材料与多层材料薄膜其特征在于之一。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于该有机材料为聚酰亚胺、聚乙烯肉桂酸盐与聚甲基丙烯酸甲酯其中之一。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于该无机材料为玻璃、石英、氧化铟锡、硅、氧化硅、类钻石碳膜以及非晶硅其中之一。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于该惰性气体的含量是大于或等于该氢气的含量。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于该混合等离子体是借由一阳极层粒子束源装置提供。
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