TWI305596B - Method for forming alignment layer of lcd - Google Patents

Description

1305596 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種形成液晶顯示器(LCD)之配向 層的方法’特別是關於一種當經由滴下式液晶注入 (ODF)製程形成配向層時，能防止晝質不一致_⑻ 之瑕疵之液晶顯示器之配向層之形成方法。 【先前技術】 、一般先前技術所知，液晶顯示器可製造為輕巧型 並具低耗電之功能，因此該種液晶顯示器（而非陰極 射線管(CRT))，已經被運用於各種資訊產品或視訊產 品。尤其，相對於陰極射線管（CRT)型顯示器，薄膜 1晶體（TFT)液晶顯示器可給予大型顯示屏幕較 佳之影像品質，因此在筆記型電腦和螢幕市場，薄膜 電晶體（TFT)液晶顯示器已成為主要焦點。此外， 預期液晶顯示器也許將進展到電視全球市場。 此種液晶顯示器主要包含一具有像素電極之下 =(薄膜電晶體陣列基板)；一上基板（彩色濾光 片基板），具有一共同電極和一液晶層，排列於下基 板和上基板之間。此外，一配向層，其為一有機高分 ::I在各基板之内部最上部份形成，以將液晶配 ,;預疋之方向，而一偏振光板係依附於各基板之外 =面。當有機高分子層被塗佈於基板之後，該有機高 分子層受到一摩擦製程以具有異向性。 同 1305596 在大多數情況中，液晶層係經由使用滲透壓、透 過液晶注入製程而形成。然而，當液晶顯示器之尺寸 變大，往往會發生液晶沒有經由液晶注入製程徹底的 被注入到液晶顯示器中，造成該液晶顯示之瑕疵。尤 其，因為將液晶注入基板之間需要較長之時間，如果 液晶層係經由液晶注入製程而形成，則該液晶顯示器 之生產力也許會降低。 為了解決上述問題，目前已提出一種滴下式液晶 •注入(ODF)製程，能簡化製造過程並且提昇液晶顯示 器之生產。根據上述滴下式液晶注入（〇DF)製程，將 預定量之液晶滴入下基板，接著在一真空環境下，將 該下基板與一上基板結合，藉此形成一液晶層。 茲將簡述經使用一習見之滴下式液晶注入（〇DF) 製程來製造液晶顯示器之方法。 首先’預備一經過陣列製程之下基板，和一經過 ❿彩色濾光片製程之基板。接著，將一配向材料分別塗 佈在上、下基板。之後，該配向材料係在液晶獲得等 向性之情況下受到摩擦製程。 寸 接著，在洗淨該上、下基板之後，將一密封劑塗 佈於上基板之邊緣部分。此時，亦可將該密封劑塗佈 於下基板。其後，將該下基板導入一液晶點膠機，接 著，將預定量之液晶滴在與液晶顯示器之〜 . 嗎不區對 應之下基板之一預定部分。 1305596 接著’該上、下基板被導入一真空腔體，其中由 於施加真空壓，所述下基板係與上基板相互連結，並 •^以液晶填滿一形成於上、下基板之間之間隙。接 著’如果施加於上基板之邊緣的密封劑已經過烘烤， 則所述滴下式液晶注入（ODF)製程即已完成。 然而’當液晶顯示器之尺寸變大，則必須設置一 具有較佳特性之配向層，能將由滴下式液晶注入 (ODF)製程產生之瑕疵減至最小。此外，由於難以形 • 成與大型基板一致之配向層，晝質不一致之瑕疵也許 會在經由滴下式液晶注入（ODF)製程形成配向層時 產生，降低該顯示器之可信賴可度。 詳言之，根據一習見之配向層形成方法，一種含 有聚醯亞胺（PI)和聚醯胺酸（PAA)之有機高分子材 料的混合溶液’係被塗佈於該基板，接著以大約攝氏 8 0度之溫度預備硬化該混合溶液，用以揮發含於該 籲混合溶液之一溶劑，以及將該有機高分子材料配向。 接者’所述混合溶液在攝氏大約1 8 0至2 3 0度之溫 度下徹底的烘烤’藉此形成該配向層。接著，藉由一 配向轉軸以機械式磨擦該配向層。 如果使用一熱壓製程或液晶注入製程將習見製 程方法用於I見之液晶晶胞製程，則該習見方、去並不 會降低配向層之性能。然而，如果使用滴下式液晶注 入（ODF)製程而將習見之製程方法用於習見之液晶 1305596 晶胞製程，則當該滴下式液晶注入（ODF)製程實施 時，垂直和水平之張力被施加於該配向層，因此液晶 和配向層表面之間之配列排序也許會變差。結果，晝 質不一致之瑕疯可能出現於配向層，因此降低液晶顯 示器之影像品質。 【發明内容】 按，本發明在解決發生於先前技術中之問題，而 • 本發明之一目的在提出一種形成液晶顯示器之配向 層之方法’即使是經由滴下式液晶注入（〇df)製程而 形成之大型液晶顯示器之配向層，也能防止該配向層 性能之降低。 為了達成上述目的，根據本發明提出一種在具有 一像素電極之上基板及具有共同電極之下基板之内 部最上部形成一配向層之方法，以致該配向層具有一 • 高度排序之配向表面，用以將液晶配列於一預定方 向，該方法包括以下步驟··將一包含一溶劑和有機高 分子材料（含有聚醯亞胺、聚醯胺酸）之混合溶液塗 佈於基板上；將所述混合溶液以不同溫度預備硬化兩 次，藉此揮發該溶劑，並且在有機高分子材料和溶劑 之間獲致穩定之相分離，同時在配向層上形成高度排 序之配向表面；及在攝氏大約18〇至24〇度之溫度 1305596 將經過預備硬化之混合溶液徹底地烘烤。 根據本發明之較佳具體實施例，所述預備硬化製 程包括第一預備硬化製程，係於大約-35至-50psi (碎吋）之真空壓下以低於攝氏5〇度之溫度實施， 以及第一預備硬化製程，係於與第一預備硬化製程一 樣之真空壓下以介於攝氏大約5〇至75度之溫 施。 只 【實施方式】 兹將參照附加圖示說明本發明。 “液晶顯不器，包括一具有一用以驅動液晶之像 素電極之下基板、一具有共同電極之上基板、及一配 列於該上、下基板之間之液晶層。此外，一配向層係 =成於各基板之内部之最上部，以將液晶配列於一預 疋方向所述配向層在塗佈於基板之後接受一摩擦製 程’使其具有異向性。 為了形成該配向層，一包含聚醯亞胺（P丨）和聚醯 胺酸（PAA)之混合溶液被塗佈於基板，接著該混合溶 液在高溫環境下接受預備硬化，藉此揮發包含於該混 /谷液之/谷劑，並且在有機高分子和溶劑之間獲致 相刀離。之後，經過預備硬化之混合溶液在高溫環境 下經過徹底的烘烤，因此形成所述配向層。然而，隨 著液晶顯示器之尺寸加大，由於實施滴下式液晶注入 (〇DF)製程時加諸之垂直和水平張力，經由上述製程 1305596 形成之配向層之性能也許會降低，因此降低液晶顯示 器之影像品質。 為了解決上述問題，根據本發明，所述預備硬化 製程係在比習見之預備硬化溫度更低之預定溫度下 實施兩次，藉以獲得有機高分子材料和溶劑之間之穩 定的相分離，同時在該配向層上形成一高度排序之配 向表面。因此’即使液晶層係在下述液晶晶胞製程中 經由滴下式液晶注入（〇DF)製程而形成，該配向層之 性能亦不會降低。 第1圖係一方塊圖，說明根據本發明之一具體實 把例之形成-具有高度排序之配向表面之配向層之 方法。第2圖係說明在—預備硬化製造過程中之基板 溫士’該製程係依本發明之一具體實施例所形成一具 有局度排序之配向表面之配向層之方法的一部份。茲 將參照第1圖和第2圖說明本發明。 “丄先’準備一經過陣列製程和彩色濾光片製程之 土接著，—包含以預定比率相互混合之溶劑 回、刀子材料（含有聚醯亞胺（PI)和聚醯胺酸 混口冷液被塗佈於基板。此時，該混合溶液 酸二所述溶劑和聚醢亞⑯㈣或溶劑和聚醯胺 其如之以該混合溶液（亦即，配向材料）塗佈之 導入-具有-包含真空孔和支撐腳位之導熱 1305596 置。接著，將該支撐腳位上移，以將基板提高 熱板達大約3至8公釐。在此狀態下，該導熱 反加大約-35至一5〇psi之真空壓下加熱，此時該基板 度低於攝氏5〇度，最好介於攝氏40至50度（因 ::轉移i ’⑹此即首度預備硬化塗佈於基板之配向 、曾:°接著’㈣支#腳位下移’使得該基板置於該 V…板上。之後，該導熱板再度在相同之真空壓下被 加熱，^時該基板之溫度介於攝氏大約50至75度， 如=即第二次預備硬化塗佈於該基板之配向材料。當 實施上述第—和第二預備硬化製程時，包含於上述混 合溶液之溶劑可受到揮發，並且在該有機高分子材料 和溶劑之間可獲致穩定之相分離。料，在該配向層 上可形成一高度排序之配向表面。 其後，經過不同溫度之第一和第二預備硬化製程 之配向材料，在攝氏大約18〇至24〇度之溫度下受 到徹底之烘烤，因此形成所述配向層。 接著，藉由使用一配向轉軸以機械摩擦該配向層 之表面。 έ有溶劑、聚醯亞胺（PI)、及聚醯胺酸（PAA)之 混合溶液被塗佈於基板，以形成具有一適用於滴下式 液晶注入（0 D F)製程之高度排序之配向表面之配向 層’其須與下列等式1相符。 12 1305596 等式1 △Gm = Δ_ - Τ . ASm ΔΗγπ = V · Φ1Φ2 [S1-S2] 2 其中，V係總混合量，Φ係聚合物體積比，S 係聚合物溶解常數，Τ係指溫度，Sm係指熵變異數， Hm係指焓變異數，Gm為吉布斯自由能。 符合專式1之混合洛液被塗佈於所述基板（例 如：一玻璃基板、導電玻璃（ITO)基板或金屬基板）， 籲 以致能穩定的形成配向層之初始狀態。所述溶劑和溫 度係穩定形成該配向層之主因。舉例而言，如果該混 合溶液獲得少於25%之BC (Buthlcellosolve)溶劑， 則必須將以配向材料塗佈之基板之溫度維持在低於 攝氏75度，以獲得一穩定之聚醯亞胺（p|)層。尤其， 如果該配向層係以一用來控制液晶之配向之配向材 料組成’則所述混合溶液最好只具有少於1 〇%之 φ /谷劑。依此情況，能在有機高分子和溶劑之間獲得穩 疋之相分離，因此該配向層也許能具有一高度排序之 配向表面。 故，根據本發明，在符合等式1之配向材料被塗 佈於該基板，即在上述溫度狀態下實施第一和第二預 備硬化製程，因此可在該有機高分子材料和溶劑之間 獲致穩定之相分離。此外，所述高度排序之配向表面 可以形成於配向層，藉此能提升該配向層之表面均勻 13 1305596 度。因此，即使液晶層係在下列液晶晶胞製程中經由 滴下式液晶注入（ODF)製程而形成，亦可有效的防止 該配向層性能之降低。 此外，液晶之配向特性也許會對液晶顯示器之光 學特性造成影響’因此有必要適當的控制液晶之配向 特性。如上所述，所述配向層對於液晶之配向特性發 揮極大之影響。此外，在摩擦製程中有必要適當的調 整配向層之摩擦強度（RB)。 •亦即，即使該配向層具有一不正常之表面，當摩 擦製知實施之後’數個小孔形成於配向層之表面。在 此狀況下，如果液晶係經由滴下式液晶注入（〇DF)製 程而滴入該配向層之表面，則垂直張力也許會被加諸 於該配向層，因此大大降低了該配向層之穩定性。 因此’在穩定的形成該配向層之後，需以一適當 之RS值來實施摩擦製程，以改善該配向層之特性。 • 當使用一含有由棉或人造絲（其纏繞於該配向轉軸） 所組成之摩擦結構之配向轉軸來對該配向層之表面 進行摩擦製程時，最好在該配向層之全區設定適當之 RS值和一致之摩擦強度。 根據本發明，如果在扭轉向列型（TN)(液晶模式） 中使用棉織物進行摩擦製程，最好將RS值設定在35 至45之間。此外，如果在扭轉向列型模式中使用人 造絲織物來進行摩擦製程’最好將RS值設定在5〇 14 1305596 至55之間。當在邊緣場開關型（FFS)或平面電場切換 方式（IPS)(液晶模式）中施行摩擦製程，則將值 設定在28至45之間。此時’摩擦結構之繞線間隙 小於 1公董。 結果，本發明可促進所述配向層之均勻度和摩擦 製程之穩定性，因此有可能形成一具有高密度之聚^ 亞胺之配向層，並且有效的防止聚醯亞胺之配向層在 下述滴下式液晶注入（〇DF)製程中遭受損害。 依據本發明之形成配向層之方法，當實施第一和 第二預備硬化製㈢，所述基板㈣i的上下移動。 然而，在第一和第二預備硬化製程中亦可水平的移動 該基板。依此情況，以配向材料塗佈之基板，被導入 一具有二導熱板之裝置，其中基板所需之第一預備硬 化製程，係施行於具有較低溫度之第一導熱板，而基 板之第二預備硬化製程，係施行於具有較高溫度之^ 一導熱板。 水平之預備硬化製程，也許呈現出與上述垂直之 預備硬化製程一樣之烘烤效果。 根據本發明，以不同溫度狀況實施兩次預 製程，因此可達到介於該有機高分子和溶劑之間之穩 定的相分離，能讓該配向層具有一高度排序之配向^ ，。因此，即使配向層係經由滴下式液晶注入（〇df) 製程而形成，亦能防止該配向層性能之降低。 15 1305596 由於所述配向層之性能不會降低’因此即使當製 造大型的液晶顯示器時，液晶層係經由滴下式液晶注 入（ODF)製程而形成，該液晶顯示器之影像品質仍可 能提昇。 雖然本發明較佳具體實施例主要作為說明之 用，那些熟悉本技術的人將察覺到各種修改、增加及 替換’而沒有偏離揭示於下由 _ 、 乃I A卜之申请專利範圍中的範圍 和精神’均有其可能性。

16 !3〇5596 【圖式簡單說明】 第1圖係根據本發明之一具體實施例之一方塊 圖說明形成具有一高度排序之配向表面之配向層的 方法；及 第2圖係說明— 製程係為根據本發明 高度排序《配向表面

預備硬化製程中之基板溫度，該 之—具體實施例中形成具有/ 之配向層之方法的一部分。

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Claims (1)

1305596 17Γ7Γ 年 月 R修(更)正本 十、申請專利範園： 1:Ϊ:成液晶顯示器之配向層的方法，其係在具有 …电極之上基板之内邊最上部與具有一並同電 ::下基板之内邊最上部形成配向層的方法:該配 =有-高度排序之配向表面，用以將液晶配列 於預疋之方向，該方法包括以下步驟： i)將一包含-溶劑和有機高分子材料（含有聚酿 亞胺和聚醯胺酸）之混合溶液塗佈於該上基板 或下基板上； i〇以不同之溫度預備硬化該混合溶液兩次，藉以 揮發該溶劑’並且獲得介於有機高分子材^和 浴.間之穩定的相分離，同時在該配向層上 形成高度排序之配向表面；及 曰 iii)在攝氏180至240度之、、田浮π时/ 、 u度之，皿度下將經過預備硬化 之混合溶液徹底的烘烤。 2·如申請專利範圍第1項之形成液晶顯示器之配向 層的方法，其中該預備硬化製程包括第 製程，係在-35至-50pSi之直办厭B v 有更化 ^ 之真工壓且低於攝氏5〇 度之▲度下實施，及第二預備硬化製程，係在與 一預備硬化製程相似之真空壓和攝氏5〇至75、 之溫度下實施。 又 3.如申請專利範圍第1項之形成液晶顯示器 層的方法，其中該第一預備硬化製程係在攝氏4〇 至50度之溫度下實施。

曰修(更)正替换頁. 13〇5596 形成液晶顯示器之配向^其係在具有 極之上基板之内邊最上部與具有一共同電 虽之下基板之内邊最上部形成配向層的方法；該配 向層具有-兩度排序之配向表面，用以將液晶配列 於預定之方向，該方法包括以下步驟： i)將一包含一溶劑和有機高分子材料（含有聚醯 亞胺和聚醯胺酸）之混合溶液塗佈於該上基板 或下基板上； 丨丨）首先在-35至-50PSI·之真空壓、小於攝氏5〇 度之溫度下將該混合溶液預備硬化； III) 其次，在一35至一50psi之真空壓攝氏至 75度之溫度間，將混合溶液預備硬化，以獲得 在》亥有機南分子材料和溶劑之間之穩定的相 分離；及 IV) 在攝氏1 80至240度之溫度下將經過預備硬化 之混合溶液徹底的供烤。 5.如申請專利範圍第4項之形成液晶顯示器之配向 層的方法，其中第一預備硬化製程係在攝氏40至 50度之間之溫度下實施。 19