CN1881020A - 液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

制造液晶显示(LCD)器件的方法包括制备至少第一基板，在所述至少第一基板上涂敷取向材料，在预定方向上将取向材料的主链定向，以及将偏振紫外(UV)光照射到其主链已经在预定方向上定向的取向材料上，从而形成定向层。

Description

液晶显示器件及其制造方法

本申请要求2005年6月14日提交的韩国专利申请第P2005-0051036号的优先权，其在此全文引用以供参考。

技术领域

本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件，尤其涉及一种用于LCD器件中液晶初始取向的定向层。

背景技术

在具有仅仅几厘米厚度的显示屏的超薄平板显示器件中，由于LCD具有低驱动电压、低功耗和轻便的特点，LCD器件已经被广泛用作笔记本电脑、电视、太空船和航天器的监视器。

通常，LCD器件包括在其上形成滤色层的滤色片基板、面向滤色片基板并具有在其上形成薄膜晶体管的薄膜晶体管基板以及形成于这些基板之间的液晶层。

在这种LCD器件中，通过施加电压来改变液晶层的排列，从而控制光的透射率，由此产生图像。为了影响液晶的排列，在薄膜晶体管基板和/或滤色片基板上形成电极用于施加电压。在扭曲向列(TN)模式LCD器件中，例如像素电极位于薄膜晶体管基板上，公共电极位于滤色片基板上，从而在两个基板之间产生垂直电场。在共平面开关(IPS)模式LCD器件中，例如像素电极和公共电极彼此平行地位于薄膜晶体管基板上，从而产生水平电场。

图1是图解现有技术TN模式LCD器件的分解透视图。如图1中所示，薄膜晶体管基板10包括栅线12、与栅线12交叉的数据线14、形成在栅线12和数据线14交叉部处的薄膜晶体管T、和与薄膜晶体管T连接的像素电极16。滤色片基板20包括阻止光泄漏的遮光层(或黑矩阵)22、红、绿和蓝滤色层24、和形成在滤色片基板20上的公共电极25。这样，在薄膜晶体管基板10上的像素电极16和滤色片基板20上的公共电极25之间产生垂直电场，由此可控制液晶的排列。

将上述构造的基板10和20彼此粘结，从而形成在基板10和20之间形成有液晶层的单个液晶面板。如果液晶层在基板10和20之间任意定向，则很难在液晶层中获得分子的一致排列。因而，尽管在附图中没有示出，在薄膜晶体管基板10和/或滤色片基板20中还形成有用于液晶初始取向的定向层。

形成用于液晶初始取向的定向层的方法的实例包括摩擦取向方法和光取向方法。在摩擦取向方法中，在将例如聚酰亚胺的有机聚合物薄薄地涂敷在基板上之后，转动缠绕着摩擦布的摩擦辊，摩擦从而使该有机聚合物沿恒定的方向取向。然而，摩擦取向方法具有下列缺点。由于摩擦布和有机聚合物之间的摩擦产生的静电，污染物，例如灰尘会粘附到基板的表面。此外，当摩擦布的排列错位时，会产生光泄漏的问题。摩擦取向方法存在的这些问题是由于用于在摩擦辊和基板之间提供物理接触的机械装置导致的。

为了解决摩擦取向方法的这些问题，已经做了各种研究来在无需物理接触的情况下提供制造取向层的方法。因而，替代使用摩擦取向方法，已经提出了使用光取向方法。光取向方法通过将偏振紫外(UV)光照射到具有光反应化合物的取向材料上来制造定向层。为了使液晶实现取向，定向层必须具有各向异性结构，其在当光反应化合物与偏振紫外光各向异性反应时而形成。

尽管光取向方法可以克服与上述摩擦取向方法相关的问题，但光取向方法具有一些列的问题，即锚定能量较低，由此产生了残留影像问题，更具体的说，因为在光取向方法中使用偏振紫外光，所以只有与紫外光的偏振方向相同的光反应化合物经历了光反应，由此不能形成理想的各向异性结构。

特别地，涂覆在基板上的取向材料是任意的排列，不具有特定的方向。因此，如果只有与紫外光的偏振方向相同的光反应化合物经历光反应，则降低了响应率和获得了太低的各向异性，。结果，光取向方法提供了较低的锚定能量并产生了残留影像问题。为了解决由光取向方法中降低的响应率导致的这些问题，已经研究了各种方法。

首先，有一种方法，其通过当照射紫外光时加热基板来提高响应率。然而，这种方法不适合大规模的生产，因为如果基板的尺寸变大，则设置加热基板的加热装置变得很困难。

其次，还有一种方法，其通过提高定向层的光反应化合物的密度来提高响应率。然而，这种方法导致了太大量的反应化合物。在这种情形中，由于这种大量反应化合物导致的位阻，液晶取向不是很好。

最后，还有的一种方法是通过使用具有较低分子量的定向层来提高响应率。然而，这种方法不能提供稳定的液晶取向。

发明内容

因此，本发明涉及一种制造LCD器件的方法，其基本克服了由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种制造LCD器件的方法，其中在形成定向层过程中提高了光响应率。

本发明的另一个目的是提供一种制造LCD器件的方法，其中LCD器件具有高锚定能量的定向层。

在下面的描述中列出了本发明的其它特征和优点，一部分从描述变得显而易见，或通过实践本发明可以领会到。通过在所写说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的这些和其它的优点。

为了获得这些和其它的优点并依照本发明的目的，如这里广义和具体描述的，制造液晶显示(LCD)器件的方法包括制备至少第一基板，在所述至少第一基板上涂敷取向材料，使取向材料的主链沿预定的方向取向，以及将偏振紫外(UV)光照射到其主链已经在预定方向上取向的取向材料上，从而形成定向层。

在另一个方面中，液晶显示(LCD)器件包括至少一个基板和在该基板上的定向层，其中定向层包括具有适于通过摩擦工序来取向的主链和适于通过光照射来取向的光反应支链。

应当理解，前面一般性的描述和下面的详细描述都是示意性的和说明性的，意在提供本权利要求书所要保护的本发明进一步的解释。

附图说明

所附的附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，并结合构成本说明书的一部分，示出本发明的各种实施方式，而且与下面的描述一起用来说明本发明的原理。在附图中：

图1是图解现有技术TN模式LCD器件的分解透视图；

图2是图解在确定摩擦强度过程中辊和表面之间的各种尺寸关系的视图；

图3A到3E是图解依照本发明一个实施方式制造LCD器件的方法的工序图；

图4A到4C图解了依照本发明一个实施方式的光取向方法；和

图5是本发明示列性化合物组分的结构式图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的优选实施方案，在附图中图解了其实施例。在任何时候，整个附图中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。

在照射偏振紫外(UV)光来使取向材料的支链取向的步骤之前，本发明包括使取向材料的主链沿预定的方向取向的步骤，从而提高响应率。特别地，通过增加经历光反应的光反应化合物来提高取向材料的响应率。随着响应率提高，定向层的各向异性特性也提高了，由此获得了高锚定能量。

在本发明的一个实施方式中，通过软摩擦工序来执行将取向材料的主链取向的步骤。软摩擦工序不是取向液晶的取向工序。因此，软摩擦工序不同于取向液晶一般工序的硬摩擦工序。例如，以大约20mm到大约160mm范围内的摩擦强度执行软摩擦工序。

摩擦强度(RS)由方程1表示：

RS＝Nl(1+2πrn/60V)，     [方程1]

其中“N”是摩擦次数，“l”是摩擦深度，“r”是辊的半径，“n”是每分钟的转数(rpm)，“V”是辊的移动速率。

因为摩擦强度依赖于摩擦次数、摩擦深度、辊的半径、rpm、和辊的移动速率，所以通过适当调整每个值可控制摩擦强度。在本发明的一个实施方式中，可在大约20mm到大约160mm范围内控制摩擦强度。

因为摩擦次数、辊的半径、和辊的移动速率取决于LCD器件的基板和生产线，所以摩擦强度依赖于摩擦深度。因此实际上可通过调整摩擦深度来控制摩擦强度。

摩擦深度可由方程2表示：

l＝r-(r²-(m/2)²)^0.5，[方程2]

其中“l”是摩擦深度，“r”是辊的半径，“m”是标记(mark)宽度。(见图2)

摩擦深度取决于标记宽度。因此通过控制标记宽度可控制摩擦深度，由此控制摩擦强度。例如，通过使用一般的摩擦装置将标记宽度设置在大约6mm到14mm的范围内，可获得大约20mm到大约160mm范围内的摩擦强度。

表1显示了基于使用一般摩擦装置变化标记宽度的摩擦强度(RS)。为了举例的目的，摩擦次数(N)设为两次，辊的半径(r)在67.06mm的范围内，辊的rpm(n)设为600/分钟，辊的移动速率设为20mm/s。为了大规模生产，摩擦次数(N)设为一次。

标记宽度(mm)	摩擦强度(mm)
		6	28.0
7	36.6
		8	49.8
9	64.2
		10	79.0
11	95.6
		12	113.9
13	133.7
		14	155.1
15	178.1
		16	202.7
17	229.0
		18	256.8
19	286.3
		20	317.4

图3A到3E图解了依照本发明一个实施方式制造LCD器件的方法。首先，如图3A中所示，制备下基板100和上基板200。在不脱离本发明范围的情况下，根据LCD器件的模式对于下基板100和上基板200的结构中可做各种修改。

在TN模式LCD器件中，例如下基板100包括彼此交叉从而限定像素区域的栅线和数据线、形成在栅线和数据线交叉区域中的薄膜晶体管，其中薄膜晶体管包括栅极电极、源极电极和漏极电极、与薄膜晶体管的漏极电极相连的像素电极。TN模式LCD器件的上基板200包括用于遮蔽光泄漏的遮光层、红，绿和蓝滤色层、和形成在滤色层上的公共电极。

在IPS模式LCD器件中，例如下基板100包括彼此交叉从而限定像素区域的栅线和数据线、形成在栅线和数据线交叉区域中的薄膜晶体管，其中薄膜晶体管包括栅极电极、源极电极和漏极电极、与薄膜晶体管的漏极电极相连的像素电极、以及与像素电极平行设置的公共电极。IPS模式LCD器件的上基板200包括用于遮蔽光泄漏的遮光层、红，绿和蓝滤色层、和形成在滤色层上的涂敷层。

然后，如图3B中所示，分别在下基板100和上基板200上涂敷定向层300a和300b。尽管附图中在上基板100和200上都形成定向层300a和300b，但在不脱离本发明范围的情况下也可仅在一个基板上形成定向层。

例如通过在基板100和200上印刷定向层来完成定向层300a和300b的涂敷，并将印刷的定向层固化。例如在将取向材料溶解在有机溶剂中之后通过旋涂或辊涂来完成印刷定向层的步骤。此外，例如在大约60℃与大约80℃之间和在大约80℃与大约230℃之间的温度范围通过两次固化来执行将印刷的定向层固化的步骤。在不脱离本发明范围的情况下可使用其它的涂敷和固化工序。

如图5中所示，依照本发明的取向材料具有通过摩擦可被取向的主链(即骨架)，如聚合物主链、和通过照射可被取向的光反应支链，如具有肉桂酰部分、偶氮耦合、香豆素、查耳酮等的材料。

作为例子，定向层300a和300b可由从下列物质的组选出的聚合材料形成：聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚降冰片烯、苯基马来酰亚胺共聚物、聚肉桂酸乙烯酯、聚偶氮苯、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚亚苯基邻苯二甲酰胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、和聚甲基丙烯酸甲酯。此外，经过光分解、光二聚或光异构化的任何材料都可用于定向层300a和300b。

更具体地说，定向层300a和300b可由下列化学式1的聚酰亚胺、下列化学式2的苯基马来酰亚胺共聚物、下列化学式3的聚降冰片烯、或下列化学式4的聚酰胺酸形成。在化学式中，“m”和“n”是不小于1的整数。

化学式1：

化学式2：

化学式3：

化学式4：

然而，在不脱离本发明范围的情况下可使用具有光反应支链聚合物主链的其它材料。

如图3C中所示，在涂敷有定向层300a和300b的基板100和200上执行软摩擦工序。更具体地说，通过在理想的取向方向上用带有摩擦布520的摩擦辊500摩擦定向层300a和300b来执行所述软摩擦工序。根据上面所述通过改变各种值，如在大约6mm到大约14mm范围内改变标记宽度，用在大约20mm到大约160mm范围内的摩擦强度执行软摩擦工序。作为另一个例子，通过将摩擦数设为1在大约20mm到大约160mm的摩擦强度范围内执行软摩擦工序。

如图3D中所示，使用紫外光照射装置600将偏振紫外光照射到具有经过软摩擦的定向层300a和300b的基板100和200上。之后，如图3E中所示将基板100和200彼此粘结。例如，通过真空注入方法或液晶滴注方法将基板100或200彼此粘结。

真空注入方法包括在基板100和200彼此粘结之后在真空状态下利用压差注入液晶。液晶滴注方法包括在将液晶滴加到任意一个基板上后将基板彼此粘结。液晶滴注方法一般对于较大尺寸的基板更加有利，因为真空注入方法增加了液晶注入的时间，这会导致生产率下降。

摩擦处理和UV照射处理被进行得使根据摩擦处理的定向层的定向方向变得与根据UV照射处理的定向层的定向方向相同。

依照本发明的软摩擦工序和紫外光照射工序需这样进行，，即从软摩擦工序获得的定向层的取向方向应与从紫外光照射工序获得的定向层的取向方向相同。到此为止，根据定向层的种类可以适当地控制紫外光的偏振方向。换句话说，根据施加给基板的取向材料与紫外光之间的反应种类，紫外光取向方法分为光分解反应、光异构反应和光二聚反应。

如说明光分解反应的图4A中所示，当偏振紫外光照射到聚合物定向层上时，位于偏振方向上的支链被分解。因而，只有与偏振方向垂直的支链保留下来，由此使液晶在该方向上取向。

如说明光异构反应的图4B中所示，当偏振紫外光照射到聚合物取向材料上时，顺式聚合物材料转变为反式聚合物材料，反之亦然。在顺式聚合物材料的情形中，支链平行于基板取向，从而液晶平行于基板取向(即均匀取向)。在反式聚合物材料的情形中，支链垂直于基板定向，从而液晶垂直于基板取向(即同向取向)。

如说明光二聚反应的图4C中所示，当偏振紫外光照射时，平行于偏振方向的双键(由箭头表示)断裂并结合到相邻的分子上。结果，液晶沿着诱发各向异性的方向定向取向(即与偏振方向垂直或水平)取向。

在照射取向材料时，偏振紫外光的照射波长设在大约200nm到大约400nm的范围中。至于偏振紫外光，可以使用部分偏振紫外光或线性偏振紫外光。因此，偏振紫外光可倾斜地和垂直地照射到基板上。例如，大约60°或更小的照射角度用于倾斜照射。通过扫描型曝光法或整体曝光法方法执行偏振紫外光的照射。在不脱离本发明范围的情况下可使用其它角度和其它类型的曝光法。

由于是将偏振紫外光照射到在沿预定方向上取向后的取向材料上，，因此，可以通过增加经历光反应的光反应化合物来提高响应率。随着响应率的提高，定向层的各向异性特性也提高了。结果获得了高锚定能量，由此阻止了残留影像。

在不脱离本发明精神或范围的情况下，本发明的制造液晶显示器件的方法可以做各种修改和变化，这对于本领域熟练技术人员来说是显而易见的。因而本发明意在覆盖落入所附权利要求及其等价物范围内的本发明的修改和变化。

Claims (19)

1.一种制造液晶显示器件的方法，包括：

制备至少一第一基板；

在所述至少第一基板上涂敷取向材料；

在预定方向上将取向材料的主链实现取向；

将偏振紫外光照射到其主链已经在预定方向上取向的取向材料上，从而形成定向层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将取向材料的主链实现取向的步骤包括执行软摩擦工序。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用在大约20mm到大约160mm范围内的摩擦强度执行所述软摩擦工序。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用在大约6mm到大约14mm范围内的标记宽度执行所述软摩擦工序。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述软摩擦工序只摩擦取向材料一次。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用部分偏振紫外光或线性偏振紫外光来执行照射紫外光的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，偏振紫外光具有大约200nm到大约400nm范围内的照射波长。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，偏振紫外光垂直地或倾斜地照射到基板。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料是光分解反应材料、光异构反应材料、和光二聚材料中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料是从下列物质的组选出的聚合材料：聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚降冰片烯、苯基马来酰亚胺共聚物、聚肉桂酸乙烯酯、聚偶氮苯、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚亚苯基邻苯二甲酰胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、和聚甲基丙烯酸甲酯。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料选自下列物质的组：化学式1的聚酰亚胺、化学式2的苯基马来酰亚胺共聚物、化学式3的聚降冰片烯、和化学式4的聚酰胺酸，其中

化学式1是

化学式2是

化学式3是

化学式4是

其中n和m是不小于1的整数。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料主链的所述预定定向方向基本与偏振紫外光的偏振方向相同。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：

制备第二基板；和

将第一和第二基板彼此粘结。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将第一和第二基板彼此粘结的步骤包括将液晶滴落到第一和第二基板的任意一个上。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，：

制备第一基板的步骤包括形成彼此交叉从而在每个交叉部处确定像素区域的栅线和数据线、在栅线和数据线的每个交叉区域上形成薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅极电极、源极电极和漏极电极、以及形成与薄膜晶体管的漏极电极连接的像素电极，和

制备第二基板的步骤包括形成用于遮蔽光泄漏的遮光层、形成红，绿和蓝滤色层、和在滤色层上形成公共电极。

16.一种液晶显示器件，包括：

至少一个基板；和

在基板上的定向层，其中定向层包括具有适于通过摩擦工序来定向的主链和适于通过照射来定向的光反应侧链。

17.根据权利要求16所述的器件，其特征在于，光反应侧链是光分解反应材料、光异构反应材料、和光二聚材料中的任意一种。

18.根据权利要求16所述的器件，其特征在于，所述主链是从下列物质的组选出的聚合材料：聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚降冰片烯、苯基马来酰亚胺共聚物、聚肉桂酸乙烯酯、聚偶氮苯、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚亚苯基邻苯二甲酰胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、和聚甲基丙烯酸甲酯。

19.根据权利要求16所述的器件，其特征在于，所述材料选自下列物质的组：化学式1的聚酰亚胺、化学式2的苯基马来酰亚胺共聚物、化学式3的聚降冰片烯、和化学式4的聚酰胺酸，其中

化学式1是

化学式2是

化学式3是

化学式4是

其中n和m是不小于1的整数。

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