TWI362540B - A method to form alignment layers on a substrate of an lcd - Google Patents
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1362540 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一個液晶顯示器(LCD),尤其是有關 於一種在基板上形成有機配向層之方法及裝置,以對多象 限垂直配向(multi-domain vertical alignment)液晶顯示哭 中的液晶分子配向。 【先前技術】
液晶顯示器(LCD)從最初用在如電子計算機和數字顯 不電子錶之簡單的單色顯示器變成主導顯示器的科技,lcD 目前取代了陰極射線管(CRT)而經常使用在電腦顯示器及 電視顯示器,且在克服各種LCD缺點後的品質更為改善, 例如,主動式陣列顯示器(利用薄膜電晶體)取代被動矩陣 顯示器以改善解析度、肖比 '視角、反應時間,並 殘影(ghosting)。 _ 然而,習用LCD最主要的缺點就在於視角非常窄而 十較低,即使主動式矩陣的視角仍然遠小於習用陰極 射^管(CRT).W器的視角,特別是—個觀看^直接在 :前方可接收到高品質的影像,但若纟LCD側方則無 =收到高品質的影像。多象限垂直配向液晶顯示器(mva 3用來改善LCD的視角與對比,但MVA LCD的主要 缺點則是製造成本較 係表示多象…a ,看第-A與一 B圖所示,其 結構盘像+ λ 向液晶顯示器(_ LCD)(⑽)之基本 叫1_ ,更清楚地說,第—八與-已圖所示的_ (〇〇)可操作用以表示灰階。 5 1362540 MVA LCD(1〇〇)具有第一偏光板(1〇5)、第一基板 (1 10)、第一電極(120)、第一配向層(125)、液晶㈠35 137)、 第二配向層(140)、第二電極(145)、第二基板(15〇)、第二 偏光板(1 55)以及突出物(16〇),典型的配向層(125、14〇) 是用一層聚亞醯胺(PI)薄膜塗層所形成的,一光源(圖中未 示)從設置在第一基板(110)上的第一偏光板(1〇5)射出第 一偏光板(105)的偏極性方向通常是指第一方向,而第二偏 光板(155)的偏振光是垂直於第一偏光板(1〇5),因此從 • 光源射出的光無法穿透第一偏光板(1〇5)以及苐二偏光板 (155),除非光的偏極性在第一偏光板(1〇5)以及第二偏光 板(1 55)之間旋轉90度才行。在此加以說明,第一圖中只 有非常少的液晶被表示出來。在實際的顯示器中,液晶分 子疋像桿狀結構,其寬度大約是5埃(angstroms),而長度 - 大約是20〜25埃。因此一個尺寸為1 00微米(/_/m)的寬度、 300微米的長度以及3微米的高度的像素中大概有超過] 千萬個液晶分子。 鲁 在第一 A圖中,液晶(135,137)是直立式排列,特別的 是配向層(1 25,1 40)將液晶排列在所要的靜止位置,使其呈 直立式排列。在直立式的排列中’液晶(135,137)將不會旋 轉從燈源發射出來的光之偏極性,因此,第二偏光板(彳55) 遮蔽了在第一方向藉由第一偏光板(1〇5)偏極化的光,所以 M\/A LCD (1〇〇)的像素可提供一個在光學上完全黑色的 狀悲,結果Μ V A L C D (1 0 0)可在任何顏色與任何基板間隙 提供非常高的對比。請參看第一 B圖所示,當電壓施加在 1362540 第一電極(120)與第二電極(彳45)之門吐 之間時,則該液晶(135,137) 重新定位於呈偏斜狀態,特別的县 竹乃j的疋藉由突出物(1 6〇)使液晶 (135)傾向至左邊以形成第—旁 战弟象限,而液晶(137)傾向至右 邊以形成第二象限。處於傾向位置的液晶將從第一偏光板 (105)透出之偏振光的偏極性旋轉9〇 $,使該光能繼續穿 透弟一偏光板(155)。傾斜的程产妒松逢丨t j枉度把控制光之偏極化的旋 轉,因此穿透LCD之光的κ> (如像素的允度)部分是取決於 電場所施加的電壓。而複數個象限(例如液晶(135)與液晶 (137))的產生就可增加MVA咖的視角)。通常一個單 -薄膜電晶體(TFT)用於各個像素中,然而在彩色顯示器 中,一個彩色像素被劃分為三個顏色單元,且每個顏色單 元(通常是紅、綠、藍色)都各有一個獨立的τρ丁。 MVA LCD的主要缺點就是在製作LCD時的成本較高,
雖然聚亞醯胺的材料成本很低,但形成配向層(12514〇)的 方法郃非常耗費成本。再者,習用的聚亞醯胺方法會產生 灰塵以及顆粒狀的汙染物,@此需要昂貴的清潔設備與花 費。配向層製造成本的減少可以大量減少製造液晶螢幕的 整體費用。另外,習用的MVA配向層製造方法每次僅能 加工單一個基板,因此導致非常低的產率。 另一個於MVA LCD製造配向層的常見方法為在高真 空室中將如二氧化矽(Silicon Dioxide, Si02)或氧化矽 (Silicon Monoxide,SiO)與矽氧化合物(Si〇x)之無機材料 熱热锻(thermal evaporation)在基板上。此方法可以制 造出一個穩定的直立式液晶配向層。然而該方法須在高真 7 1362540 工至中進行,且僅可實施在小基板(通常為小於彳〇英吋) 上,忒製造出來的液晶配向層對於表面清潔度及質地非常 敏感,且與二氧化矽蒸鍍的角度相關,只有—些蒸鍍角^ 才能製造出欲得到的液晶配向角度。再者,此 二二 ^ ^, 乃壬母次亦 僅此加工早一或是非常少量的基板(一般而言不超過6個 基板),因此,此方法並不適合用於大量的批次製程, 能用於超過10英〇寸的基板,而且此方法通常因= raj· . π 衣 tfij 的 顆粒汙染物而有高不良率,❺此之外,以一氧化 配向層具有受潮濕的問題。 因此需要一個在MVA液晶顯示器中製造配向層的低 成本製程及裝置。另外在此低成本的方法中亦能讓二固基 板在同時間加工(如批次製造方法)。 土 【發明内容】
本發明係-種在多象限垂直配向液晶顯示器(MVA LCD)基板上製作配向層的低成本製程及裝i,並製作方法 係將-基板放置於真空室中,淨化該真空室且接著填充惰 性氣體,重複數次該真空室的淨化與填充以排除真空室中 的水蒸氣。再者,該惰性氣體可被事先㈣,使得基板在 淨化與再填充步驟中被加溫,該配向層接著藉由使用石夕烧 材料的氣相沉積法形成於基板上。 使用本發明之方法很容易達成批次製作複數基板,例 如,許多基板(通常是80〜120個基板)可-起放置在該直 空室中以方便同時在全部基板上製作配向^,因此本發明 之製程可在@產率以及低成本下製造非常薄的有機液晶配 8 1362540 向層。 而且本發明可使用對環境無毒性之(物質安全資 料)特性的材料(全氟辛基三乙氧基矽烷(ih ih 2h,2h_
Pe「fiU〇r〇〇cty丨t「iethoxysilane,PF〇TES))以製造直立式 π
配向層。A多數其他的矽烷材料都是有毒的,因此並不適 合作為LC配向層,然而,藉由特定的石夕院材料用於化學 氣相沉積法使得最後塗佈於基板上的材料為無毒,除此之 外’本發明所使用的如全氟辛基三乙氧基㈣、三甲基石夕 烧基二乙胺、十人烧基三乙氧基㈣以及三氯錢的石夕院 材料,其係可附著於1T0(lndium Tin Oxide銦錫氧化物) 或其他材牙斗上’ it些材料可被用於直接形成液晶配向層或 被用於作為-附著於ιτ〇的中間層,以讓其他無法附著於 TO的石夕烧附著其上。特別的是於之後所述之本發明實施 例中係使用全a辛基三乙氧基魏,這是由於其對環境為 無毒性質、絕佳的msdsm以及對於丨τ〇以及其他特料 的高附著性。 再者在本發明中,電躁法係可被結合在氣相沉積步 驟中’該《法係在氣相沉積法中尚未讓基板接觸到可能 污染表面的氣體前,提供基板之基板的電衆清 。在 其它情形中’ t毀輔助氣相沉積法被用於提供直立式液晶 配向層的塗佈材料以及製造被塗佈的材料,電漿的產生刺 激了化4*物質並產生與基板更活潑的反應^除此之外, 本發明使用如四氟甲烷或六氟丙烯之材料以製造聚四氟乙 烯等含敦材料,其係可附著於丨丁〇以及其他材料上,這此 9 1362540 材料可被用於直接形成液晶配向層或作為一在丨τ〇上的中 間附著層’以供其他無法附著於|Τ〇上的石夕院附著。 【實施方式】 請參看第二圖所示,其係習用於多象限垂直配向液晶 顯示器中形成配向層傳統方法(200)的流程圖,習用方法 (200)需要利用許多不同的機器,例如基板清洗機、聚亞醯 胺塗佈機、聚亞醯胺預硬化爐、聚亞醯胺後硬化爐、超音 波清洗機以及複數個基板載/卸機。在製造過程中,在具有 一個或多個基板的LCD中,複數個基板會先被承載於卡匣 上,再放置於機器上以進行之後步驟。 在承載基板步驟(204)時,該基板會被承載至一卡匣 中,且被放置在第一基板載/卸機中;在卸下基板至輸送帶 步驟(206>中’第一基板載/卸機從卡匣中卸下基板,並且 將其放置在輸送帶上以前往基板清洗機;纟清洗及乾燥基 板步驟(2〇8>中,該清洗機之後會將基板進行-連串的清洗 並乾燥;之後在承載基板步驟(212)中,該基板會藉由第二 載/卸機被承載至第二卡匣中;在卸下基板至輸送帶步驟 = 14)中’於第二卡£中的基板會接著被卸下至輸送帶以 J 4水亞醯胺塗佈機;在聚亞醯胺薄膜塗佈步驟(216)中, 乂來亞醯月女塗佈機一連串地將聚亞醯胺薄膜塗佈在每一個 :板上’在聚亞醯胺預烘烤步驟(220)中’每一個基板接著 _、皮輸送ν傳送至聚亞酿胺預烘烤爐以依序進行預硬化聚 亞醯胺薄膜。 在聚亞酿胺薄膜檢驗步禅(224)中,每-個基板會個別 10 Γ362540 地被檢驗’若沒通過檢驗的基板則會被移除;在承載基板 步驟(226}中’通過檢驗的基板會被承載至第三卡匣以準備 硬化;在卸下基板至輸送帶步驟(228}中,該基板會從第三 卡匣被卸下並置放在輸送帶以前往聚亞醯胺硬化爐;之後 在聚亞醢胺薄膜硬化步驟(230)中,該聚亞醯胺爐依序將每 一個基板上的聚亞醯胺薄膜硬化;接著在承載基板步稱 (232)中,另一個載/卸機從聚亞醯胺硬化爐中將基板承載 至弟四卡匣以準備進行基板的清洗;在卸下基板至輸送帶 步驟(234)中,一基板載/卸機將基板從第四卡匣卸除,並 將其放置於輸送帶上以前往超音波清洗機以及刷洗機;在 超音波清洗步驟(236)中,該超音波清洗機以及刷洗機一連 串地將基板進行超音波的清洗及刷洗;在基板乾燥步驟 (240)中,基板被乾燥;最後,在承載基板步驟(244)中, 一基板載/卸機將基板從超音波清洗與刷洗機輸送帶承載至 第五卡歴_。 因此,利用習用方法(200)製造LCD配向層係包括昂 貴的機械裝置以及幾個作動密集或昂貴的自動化載卸步 驟而且每一個使用在習用方法(2〇〇)的機器都需耗費數百 萬^元’再者,習用方法(2〇〇)損耗大量的水,並且製造出 ^量的廢棄物或塵粒’另外’很多用於習用方法(200)的機 器只能依序對基板加卫,因此導致彳艮低的產率。 請參看第三A圖所示,其係本發明MVA LC[)之 配向層_實施例製造方 日日 )们,现轾圖,此一新穎方法 a的執行需要利用基板載/卸機以及真空供烤,氣柄塗 11 Γ362540 佈機,該真空烘烤/氣相塗佈機可由不同的來源所提供,例 如 Yield Engineering Systems Inc., of San Jose 的 Model 1224 ^在將基板承載至卡匣步驟(3〇2)中,該基板被承載 至卡S中;之後在承載卡匣至真空室步驟(3〇4)申,該基板 載/卸機承載該卡匣至真空烘烤/氣相塗佈機;賭自Yje|d
Engineering Systems 的 Model 1224 可支撐寬度達 16 英 吋且長度長達17英吋的基板,具有大尺寸的基板可藉由 本發明揭露的塗佈過程以大型的塗佈機加工,例如在本發 明之一實施例中,四個卡J£中的每一個卡匣都承載了總共 具有非常大尺寸(例如1 50公分X 1 80公分)的20~25個基 板’且被放置在塗佈室中’因此在這個實施例中,8 〇至 1 00個大尺寸基板可同時在一個沉積步驟中被加工。 在真空室淨化步辣(308)中,其係為了完全地移除可能 存在於真空室或基板的水蒸氣,特別的是,該真空室被排 氣至如10〜30毫托耳(mj||jt〇rrs)的低壓,再於8〇〜2〇〇。〇 下填充已預先加熱的惰性氣體,如氮氣,其中排氣/再填充 氮氣的步驟可以重複數次,以確保水蒸氣完全從真空室被 移除°另外由於預先加熱的惰性氣體以及真空室的加熱元 件,使彳于基板能夠達到更適合氣相沉積的溫度(如下所述)。 接著在第一低壓穩定步驟(312)中,該真空室係保持在 低壓(約1托耳)下大約1〇分鐘,第一低壓穩定步驟(312> 可讓整個基板被加熱到設定溫度,因此,較厚的基板在這 個低壓過程的時間會比較薄的基板長。 而貫際上配向層係形成於第一氣相沉積步驟(316a}以 12 1362540
及-個選擇性的第二氣相沉積步驟(324a卜根據本發明特 別的實施例,氣相沉積所包含的技術有化學氣相沉積 '物 理氣相沉積或二者的合併,然而,在本發明大部分的實施 例中,氣相沉積係包括至少一些化學反應,例如在本發曰^ 的一些實施例中,矽烷(SMane)化學物會直接從原料瓶抽至 氣相反應室中’而在將矽烷轉移至氣相反應室前,該原料 瓶可將内部氣體排空並填充如氮氣的惰性氣體以減少化學 物的降解(chemical degradation)。而用於第一氣相沉積步 称(31 6a}的各參數會根據使用的化學物不同而有所改變, 然基本上時間是5~ 1 0分鐘,溫度為1 50。(:。在第一氣相 沉積步驟(316a)進行中,一測定量的化學物先被引入蒸氣 里瓶中’再直接導入氣相反應室中。各種妙烧物質皆可被 使用,例如氨基矽烷(amino silanes)、矽烷環氧樹酯(epoxy silanes)以及硫醇基石夕烧(mercapto silanes),這些石夕院物 質可被用來構成直立式或平行式的液晶配向層。在本發明 的一實施例中,該矽烷物質為1 00%的純全氟辛基三乙氧 基石夕烧(1 H,1 H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane, PFOTES);在另一個本發明之實施例中,該矽烷物質為 100% 的純三甲基矽烷基二乙胺 (Trimethylsiyldiethylamine);另一個合適的矽烷物質包括 三氣矽烷(Trichlorosilane)、3-胺丙基三乙氧基矽烷 (3-Aminopropyltriethoxysilane)、十八烧基三乙氧基石夕烧 (Octyltriethoxysilane)、二曱基十八烧基[3-(三甲氧甲石夕烧 基)丙基]氣化銨(Dimethyle octadecyl[3-(trimethoxysilyl) 13 Γ362540 propyl]ammonium chloride, DMOAP)、二氧基二氯石夕院 (Dimethyldichlorosilane)以及 L- α -膽驗磷脂(L-alpha- phosphatidylcholine)。這些 4匕學物可從 Alfa Aesar 公司(a Johnson Matthey Company of Windham, NH 或 / 和 Sigma-Aldrich Co「p of St. Louis, M〇.)獲得。 在第一氣相沉積步驟(31 6a)之後,該氣相反應室中的 化學物被第一化學淨化步驟(320)所淨化,特別的是該氣相 反應室被排空再被如氮氣之惰性氣體所充滿,重複多次後 φ 移除化學物’在真空排放管線中的一氣體排放管可被用來 防止矽烷化學物質進入真空泵内。若一第二氣相沉積的流 程(例如前述第二氣相沉積步驟(324a))未被使用,則第二 低壓穩定步驟(322)、第二氣相沉積步驟《324a)以及第二化 學淨化步驟(326}將被省略’接著若有需要,該真空室在增 壓與冷卻步驟(328}中可正常增壓以及允許被冷卻,之後卡 S可在卸除卡匣步驟(330)中藉由載/卸機被卸下。 然而’若想進行第二氣相沉積步驟,則在第二低壓穩 籲 定步驟(322)_該真空室則會被排空以維持在低壓(如1托 耳)大約10分鐘,該第二低壓穩定步驟(322)可讓全部的基 板都被加熱到設定的溫度,在第二氣相沉積步驟(324a)中, 化學物質會如同前述第一氣相沉積步驟(316a)一樣直接從 原料瓶抽至氣相反應室中,在第二氣相沉積步驟(3243)之 後的第二化學淨化步驟(326)中,該真空室會排除化學物 質’特別的是該真空室會先排空,再重新灌入如氮氣的惰 性氣體,重複多次以移除化學物,若需要,在增壓與冷卻 1362540 步驟(328)中該真空室會被正常增壓並且可被冷卻,接著該 卡匣可在卸除卡匣步驟(330)中藉由載/卸機被卸除。經過 兩次的氣相沉積步驟,該第二化學物可在蒸氣之間沒有任 何交互作用的情形下沉積於第一化學物的上方。然而,在 本發明之一些實施例中,第一化學淨化步驟(320)被省略, 而當第一化學淨化步驟(320)被省略時,該第一化學物可在 第一氣相沉積步轉(316a)中被注入,而第二化學物可在第 氣相沉積步称(324a)中被注入,因此第
可能會被混合或產生交互作用以形成一新的化學物層。在 大多數的MVA LCD的電極通常會用氧化銦錫(|ndjum Tjn Oxide, ITO))以及氧化銦鋅(|ndium Zinc Oxide, IZO),其 皆為透明導電物質,大部分的矽烷物質不會附著於丨T〇或 IZ◦上,例如矽烷物質DM〇ap會附著於玻璃基材上,但 不會附著於ITO或IZO上,然而氟辛基三乙氧基矽烷、三 甲基矽烷基二乙胺、辛基三乙氧基矽烷和三氟矽烷會良好 地附者於IT0與IZO上。除此之外,4艮多材料都不會附著 於ITO或IZ0上,而會附著於氟辛基三乙氧基石夕烧、三甲 基矽烷基二乙胺和三氟矽烷。因A,本發明的一些實施例 "中,在第-氣相沉積步称(316a),許多黏性對準層材料如 氟辛基三乙氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷和三氟矽烷會沉 積於丨TO或IZ0電極上,之後在第二氣相沉積步卵24a) 中’沉積第二配向層材料在較具有黏性之材料上用來形成 液晶配向層。 電漿法係結合於氣相 再者,在本發明—些實施例中 15 Γ362540 沉積法中,特別的是一 初始步驟中,在某 一個合適的電漿系統會被設置於氣相
1224P 〇 。月參看第二B圖所示,其係本發明一些包括電漿法之 • 方法(300b)的實施例,因為該方法(300b)與第三A圖的方 法(300)相似,因此下述只敘述其不同之處。特別的是在真 空室淨化步驟(308)之後的電漿低壓穩定步驟(3〇9)中,該 真空至會維持在一低壓(例如100〜300毫托耳(mj||jt〇rrs)) 約1 0〜20分鐘以準備進行電漿清潔。 • 接著’在電漿清潔步驟(310)中,此步驟係用於清潔基 板。基本上是於電漿清潔流程中使用一流程方法,例如, 揭露在Dommann等人之美國專利第6,203,637號「一個 ® 清潔方法、傾倒方法、連接方法及一工作部件組的使用方 法(Use of a cleaning process, a leaning process, a connection process and a workpiece pair)」的氫氣法, 其可用在本發明之某些實施例中。在本發明的其他實施例 中,電漿清潔法包括以氬氣或氧氣之加工氣體的回充填。 在本發明另外一些實施例中,電漿清潔法系包括以熱絲產 生一個低壓直流電漿,電漿的低能離子以及原子團會與基 板表面髒污反應以形成活潑的化合物。又一些其他本發明 16 Γ362540 之實施例中,如滅鑛等電漿物理:主,切丄 果物理/月泳法亦可被用在該電漿 清潔法中。 藉由將電漿清潔法與氣相沉積法結合至一項儀器中, 基板就可在氣相沉積前經過電漿處理,而且因為不用曝命 於大氣環境下’且不用轉送至不同的儀器,因此不會接: 到可能污染基板的氣體(例如環境中的氣體)。
除了電漿清潔之外’方法(3〇〇b)也可用電漿輔助氣相 沉積法,特別的是,第一氣相沉積步驟(316a)可被第—電 漿辅助氣相沉積步驟(316b>所取代,在本發明之一實施例 中,電漿在第一電漿輔助氣相沉積步驟(3161^被使用特 別的是電漿的產生能激發化學物質,並且讓化學物質更活 潑地與基板反應。在本發明之_些實施例中,㈣毁輔助 氣相沉積法還包括減壓至小於1〇〇毫托耳(mT〇「「),接著 回充填加工氣體。另外,在本發明之—些實施例中,該加 工氣體的激發可藉由在氣相沉積塗佈室外的電漿來源所達 成,電漿辅助氣相沉積非常適合六氟丙烯 (hexaf丨Uoropropylene,HFP)氣體,因此,本發明之實施例 在能夠使用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)塗佈方法下能 維持氣相沉積法的低成本以及基板尺寸級的製程。第二電 漿辅助氣相沉積步驟(324b)與上述第一電漿輔助氣相沉積 步驟(31 6b)相似,可代替第二氣相沉積步驟(324句,儘管 方法(300b)包括有電漿清潔以及電漿輔助氣相沉積,但本 發明其他實施例可在沒有使用電漿輔助氣相沉積下利用電 漿清潔,再於另外的實施例中可能在沒有電漿清潔的狀況 17 Γ362540 下利用電漿輔助氣相沉積。 二發明中利用電聚輔助氣相沉積可讓如四氣甲燒
4)夕虱甲燒(CFx)、聚四氟乙烯cf2-CF -CF . μ (CfV)n)等含氟聚合物沉積 2 2 P 式液晶配向層,且無毒性,並且不; 各種起始物質可被用於本發:不::本殘^ e t月例如本發明之一實施例就 "广f院,第二個實施传J適用六氟丙稀
“xafl嶋propylene,c3f6 (HFp)),而另—個本發明的實 彳反應可藉著少里氫氣伴隨著四氣甲烧或H 而被加 強:本發明之其他實施例可用如含氟聚合物膜的多氟甲烧 與氟烷基、氫氟烷基、帛氟烷基'氟苯及不飽合物的含氟 單體。 因此,本發明的新穎方法藉由比習用還少的裝置以及 - 勞力或自動化設備(如载/卸基板裝置)就可製造配向層,執 盯本發明之方法的裝置成本估計只有習用方法所需的裝置 成本的20/〇就可在液晶顯示器中形成配向層。再者,由於 • 4匕學廢棄物及廢水大量的減少也因此降低成纟,除此之 外,由於所需的機器少,因此所需的工廠空間也隨之大量 減少。 本發明另一個優點就是可以批次加工基板。如上所 遂’習用聚亞醯胺配向層形成方法的許多部分都是以連續 式處理基板(如在同一時間),因此,本發明比習用方法有 更佳的生產率’此高產率可以降低配向層的製造成本,而 且此批次處理方法可降低製造成本以及材料成本。 / 18 Γ362540 本發明除了成本上的優勢外,利用本發明技術所製造 的配向層以及基板在功能上提供許多較習用配向層為佳的 ’··特別疋利用本發明所形成的配向層可以做的較薄, 亚且較習用配向層均勻,例如,利用本發明所製作的配向 層厚度一般僅有5〜10埃(A),而習用配向層厚度則為 〇 3000埃(A),這種非常薄的配向層相較於較厚的聚亞 胺配向層有5午多優點,例如在配向層中所形成的電壓降 在薄的配向層中會明顯的降低。除此之外,薄配向層不需 • 要非常昂貴的聚亞醯胺對準遮罩(mask),而且利用氣相沉 積法的汙染機會比液態塗抹的汙染機會少报多。 該基板的表面清潔在塗佈膜於基板表面的黏著強度方 面扮演了相當重要的角色,用於TFT LCD產業中的習用 電漿清潔方法以及習用基板清潔方法可在開始進行方法 • (3〇〇a)前清洗基板,電漿的清潔可在承載基板至氣相沉積 系統(如承載基板至卡匣步驟(302))前於一分離式電漿清潔 系統令被執行,電漿清潔可選擇性地結合於氣相沉積系統 • 作為一内部(in_site)系統,使電漿清潔步驟可在氣相沉積 法(如第一氣相沉積步驟(316a))前執行。 該基板的材料也在塗佈膜於基板表面的黏著強度方面 扮演了相當重要的角色,一般而言,如二氧化矽(siMc〇n dioxide, Si02),一 氧化矽(silicon monoxide, SiO)以及氧矽 化物(silicon Oxide, SiOx)、氮化矽(Si3N4)、氮矽化物 (silicon nitride, SiNx), and 氮氧化矽物(Si丨jC0n oxynitride, SiOxNy)等矽基材對於矽烷材料而言皆為具有良好的黏性 19 ι^ΟΖΜΟ 強度所以這些材料的薄膜皆適合作為本發明之實施例的 基板表面材料,例如本發明之一實施例中,一薄的黏著層 係塗佈於~冷士 ' 塗有丨το層的基板以促進矽烷材料塗佈於丨τ〇 土板表面遠溥的黏著層可為任何一種以上所述的石夕基 材。 虽使用上述特別的真空烘烤/氣相塗佈機提供了許多優 點’在本發明之實施例可用較少複雜的裝置即可完成例 如在習用光阻製程中被用於沉積六曱基二矽氮 (hexamethyldisilazane,HMDS,如同光阻黏著增強劑)的
習用裝置可被用於執行本發明一些實施例。該Lpcvd(低 壓化學氣相沉積法)或簡單的氣相沉積法可用於HMDS的 沉積’然而,HMDS並非用作為MVA LCD的LC配向層, 因為HMDS所製造的是一個平行、非直立的|_c配向層, 另外’ HMDS並不會黏著於ιτο層上,但用於沉積HMDS 的方法可在對應的壓力、溫度及時間調整下被用於沉積其 他碎烧材料。 請參看第四A圊所示’其係製造本發明一實施例的 MVA LCD之液晶配向層的新穎方法(4〇〇a)流程圖,該新穎 方法(400a)可利用習用裝置來執行,例如日本東京的Tokyo 〇hka Kogyo CO.、日本東京的 Active C〇.,LTD of Sakitama、日本東京的Electron of 丁〇kyo以及美國加州 舊金山的 Aviza Technology 〇f San Francisco 的 HMDS 沉積系統。一般而言,ΗMDS沉積系統係連續式地加工基 板,因此ΗMD$沉積系統是執行一連亊的矽烧氣相沉積, / 20 3外的裝置係被用於執行批次的硬化步驟。 此—新穎的方法(400a)與方法(3〇〇a)相似,然而,由 於备用裝置額外的步驟限制而必需適當地硬化配向層在 承栽基板於卡匣步驟(4〇2)中,該基板最初先被承載至卡匠 内,接著在卸除基板至輸送帶步驟(404)中’基板被卸下而 依序放置在輸送帶上’使其將基板依序送往真空室中。在 真空室淨化步驟(408)中’其係完全地將可能出現於真空室 或基板上的水蒸氣移除,特別的是該真空室先被排氣至如 10 30晕托耳(mj||jt〇rrs)的低壓’再填充預熱至8〇〜2〇〇。^ 的惰性氣體,如氮氣,其中排氣/再填充氮氣的步驟可以重 複數次,以確保水蒸氣完全從真空室被移除。另外由於預 先加熱的惰性氣體以及真空室中的加熱元件,該基板會達 到可幫助氣相沉積的溫度(如下所述)。 接著在第一低壓穩定步驟(41 2)中,該真空室係保持在 低壓(約1托耳)下大約1 〇分鐘,第一低壓穩定步称(412) 可讓整個基板被加熱到設定的溫度,因此,較厚的基板在 這個低壓過程的時間會比較薄的基板長。 而實際上配向層係形成於第一氣相沉積步驟《416a)以 及一個選擇性的第二氣相沉積步驟(424a)中,特別的矽烷 化學物會直接從原料瓶抽至氣相反應室中,而在將石夕烧轉 移至氣相反應室前,該原料瓶可將内部氣體排空並填充如 氮氣的惰性氣體以減少化學物的降解(chemica| degradation) »而用於第一氣相沉積步驟(416a)的各參數 會根據使用的化學物不同而有所改變,然而,基本上時間 21 1362540 是5〜10分鐘’溫度為150°C。在第一氣相沉積步琢(416a} 進行時,一測定量的化學物先被引入蒸氣量瓶中,再直接 導入氣相反應室中。如同第三A圖中,各種石夕烧物質可被 使用’例如氨基矽烷(amino silanes)、矽烷環氧樹酯(epoxy silanes)以及硫醇基石夕烧(mercapto silanes) ° 在第一氣相沉積步禅(41 6a)之後’該氣相反應室中的 化學物被第一化學淨化步驟(420)所淨化,特別的是該氣相 反應室被排空再被如氮氣之惰性氣體所充滿,重複多次後 移除化學物’在真空排放管線中的一氣體排放管可被用來 防止矽烷化學物質進入真空泵内。若一第二氣相沉積的流 程(例如前述第二氣相沉積步驟(424a})未被使用,則若有 需要,該真空室可在增壓與冷卻步驟(428)中被正常增壓以 及被冷卻’之後基板可在承載基板至卡匣步驟(430)中藉由 載/卸機被承載至卡匣中。 然而’若想進行第二氣相沉積步驟,則在第二低壓穩 定步驟(422)令該真空室則會被排空以維持在低壓(如1托 耳)大約10分鐘’該第二低壓穩定步驟(422)可讓全部的基 板都被加熱到一樣的溫度。在第二氣相沉積步驟(424a)中, 化學物質會如同前述第一氣相沉積步驟(416a)一樣直接從 原料瓶抽至氣相反應室中。 在第二氣相沉積步驟(424a)之後的第二化學淨化步驟 (426)中’該真空室會排除化學物質,特別的是該真空室會 先排空’再重新灌入如氮氣的惰性氣體,重複多次後以移 除化學物’若需要,在增壓與冷卻步驟(428)中該真空室會 22 1362540 被正常增壓並且可被冷卻,接著該基板可在承載基板至卡 S步驟(430)中藉由載/卸機被承載至卡匣中。 在承載卡匣至硬化烘烤機步驟(434)中,該具有基板的 卡匣接著被承載至硬化烘烤機中,而在硬化步驟(438)中, 位於硬化烘烤機内的配向層會被硬化,特別的是該硬化步 驟是在硬化爐中執行的,而溫度是在80〜200 °C下操作 30~120分鐘,該硬化爐是日本東京的ESpEc c〇rp,Osaka, Japan、Yamato Scientific Co·,Ltd、台灣台北的 CSUN Manufacturing Ltd.以及台灣台南的 Contrel Corporation 所提供,最後,在卸除卡匣步驟(442)中,於卡匣中已完成 的基板會被卸下。 如同方法(300a),電漿清潔或其他基板清潔步驟也可 以被使用在方法(400a)。本發明之一些實施例在開始方法 (4 0 0 a)別會先執行清潔步驟,而本發明其他實施例會在第 一氣相沉積步驟(41 6a)前執行電漿或基板清潔。例如第四 B圖所示的方法(400b) ’其係包括電漿清潔以及電漿輔助 氣相沉積’因為方法(400b>與第四A圖的方法(400a)相似, 其不同之處如下所述,其中特別的是在真空室淨化步驟 (408}之後的電漿低壓穩定步驟(4〇9),該真空室會維持在 低壓(例如100毫托耳至300毫托耳)約1〇〜20分鐘以準備 進行電漿清潔’之後在電漿清潔步驟(41 〇)的一個如上所述 的電聚清’/!·'法會被執行以清潔基板,再者,方法(4 〇 〇 &)中, 第一氣相沉積步驟{41 6a)被第一電漿輔助氣相沉積步驟 (416b)取代,而第二氣相沉積步驟(424a)被第二電漿輔助 23 1362540 氣相沉積步驟(424b)取代,該電漿輔助氣相沉積步驟如同 之前所述。 本發明也可以用於需要平行配向液晶的LCD,例如當 沒有電壓施加於液晶時具有與基板表面平行方向之液晶的 配向層,這種平行液晶配向層的適當材料包括六甲基二石夕 氮(hexamethyldisilazane C6H19Si2N)、各種二氣石夕烧衍生 物(dichlorosilanes derivatives)(例如二曱基二氣石夕烧 (dimethyl dichlorosilanes)、二苯基二氣石夕烧(diphenyl dichlohosilanes))、各種三氣矽烧衍生物(trichlorosilanes derivatives)( 例 如 甲 基三 氣矽 烷 (Methyl trichlorosilanes)、乙基三氣矽烷(Ethyl trichlorosilanes)、 苯基三氣矽烷(Phenyl trichlorosilanes)、乙烯基三氣石夕烧 (Vinyl trichlorosilanes)、硬脂三氣矽烷(Stearyl trichlorosilanes))、二曱基二乙基矽烷(Dimethyl DES)、 各種三甲氧基石夕烧衍生物(trimethoxysilane derivative)(例 如曱基三曱氧基石夕烧(Methyl trimethoxysilane)、乙稀基三 曱氧基矽烧(Vinyl· trimethoxysilane)、3-胺丙基三曱氧基 矽烷(3-Aminopropy| trimethoxysilane)、N-3-胺乙基-3-胺 丙基二曱氧基石夕烧(N-3-Aminoethyl-3-Aminop「〇p|y trimethoxysilane))。一般而言,該形成的液晶配向層係和 LC材料、配向層材料以及沉積條件有關。在本發明之一實 施例中,二基板表面皆加工有此平行配向層,這種型態的 表面處理是可實施於使用賓-主型(Guest-Host)LC材料、 膽固醇液晶材料或膽固醇高分子液晶材料的LCD。於本發 24 1362540 明另一實施例中,混雜型(hybrid)配向層的lcd的製作係 -基板為直立式LC配向層,而另一個基板為平行式匕配 向層’這種型態的混雜型表面處理可實施於向列型 (nematic)LC材料或賓-主型Lc材料的lcd。 其他可由本發明所得知的優點有:改4 LC配向層的 錫定能強度(anchoring strength),特別是在平行配向層材 料上,雖然該塗佈材料的厚度非常薄,但所得到的Lc配 向層之附著強度卻非常強,因此,該材料可被用於全面塗 ♦ 佈於其他LC配向層上以維持一樣的匕〇配向角同時改善lc 配向層之附著強度。關於直立式配向層材料,所塗佈之材 料的厚度也非常薄,而且所得到的Lc配向層之附著強度 亦非常強’因此直立式配向層材料也可被用來全面塗佈於 其他LC配向層上,以改善具有良好Lc配向角度之Lc配 • 自層的附著強度’除此之外,很多用於實施例中的材料對 於水及水蒸氣有低的可滲透性,因此配向層也可以作為溼 氣屏障層,本發明之方法也可選擇性地用於形成渔氣屏障 層 本發明也可用於需要有液晶預傾角的LCD,例如即使 沒有施加電壓於液晶亦可維持液晶在稍微傾斜狀態的配向 層。在本發明之一實施例中,光敏感材料以及光配向 (ph〇t〇-alignment)法係被用以製造具有傾斜配向層以及均 勻平面(homogenous p丨aner)的LC配向層,這些Lc配向 層可被用來製作單一象限和多象限扭轉向列型(twjsted nematic,TN)、電力誘導雙折射型(e|ectrjca丨丨y induced 25 1362540 bl「efnngence mode,ECB)、共平面切換型(丨n p丨扣㊀ ―9, IPS)以及多象限垂直配向液晶顯示器(MVA LCDs)。本發明也可以用來製作混雜型lcd的上下兩配向 層,-側基板為垂直配向,另—側為平行配向或是傾斜平 行配向。本發明除了可用來製作液晶配向I,也可用來製 作應用在|人性(可撓式)基板液晶顯示器的防水氣隔離層。
在本發明各種實施例中,上述揭露用以製作液晶顯示 Μ配向層的新穎結構及方& ’上述本發明纟種結構與方 法=實施例僅用於說明本發明的原則,並非有意將本發明 =祀圍限制在所述的特別實施例,例#,於本領域具有通 “:哉者可鑑於上述的揭露而界定其它真空室淨化步驟, 低壓穩定步驟、氣相沉積步驟、化學淨化步驟、化學物質、 '孤 >、二至、真空烘烤/氣相塗佈機等,並且根據本發明的 :則選擇性地使用這些特徵去設計一個方法,因此本發明 僅侷限於下述的申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 —第—八及B圖係習用之多象限垂直配向LCD(MVA|_CD) 像素的示意圖。 第二圖係習用製造MVA LCD配向層的方法流程圖。 之弟三A及B圖係本發明製造MVA液晶顯示器配向層 方法的兩流程實施例流程圖。 之第四A及B圖係本發明製造MVA液晶顯示器配向層 方去的兩流程實施例流程圖。 【主要元件符號說明】 26 1362540 (1〇〇)多象限垂直配向液晶顯示器(MVA LCD) (105)第一偏光板(110)第一基板 (120)第一電極 (125)第一配向層 ( 135) ( 137)液晶(140)第二配向層 (145)第二電極 (150)第二基板 (155)第二偏光板 (160)突出物 (200)形成配向層之傳統方法 ( 204)承載基板步驟
(206)卸下基板至輸送帶步驟 (208)清洗及乾燥基板步驟 (212)承載基板步驟 (214)卸下基板至輸送帶步驟 (216)聚亞醯胺薄膜塗佈步驟 (220)聚亞酿胺預洪烤步驟 (224)聚亞醯胺薄膜檢驗步驟 ( 226)承載基板步驟
( 228 )卸下基板至輸送帶步驟 ( 230)聚亞醯胺薄膜硬化步驟 ( 232)承載基板步驟 ( 234)卸下基板至輸送帶步驟 (2 3 6 )超音波清洗步驟 ( 240)基板乾燥步驟 (244 )承載基板步驟 (300a)
(300b) MVA LCD 之液晶配向層的製造方 27 1362540 (302)將基板承載至卡匣步驟 ( 304)承載卡匣至真空室步驟 (308 )真空室淨化步驟 (309)電漿低壓穩定步驟 (31 0 )電漿清潔步驟 (31 2 )第一低壓穩定步驟 (316a)第一氣相沉積步驟 • ( 316b)第一電漿輔助氣相沉積步驟 (320)第一化學淨化步驟 (322)第二低壓穩定步驟 (324a)第二氣相沉積步驟 . (324b)第二電漿辅助氣相沉積步驟 - (326)第二化學淨化步驟 (328 )增壓與冷卻步驟 (330)卸除卡E步驟 Φ ( 400a) ( 400b) MVA LCD之液晶配向層的製造方 法 (402)承載基板於卡匣步驟 ( 404)卸除基板至輸送帶步驟 (408)真空室淨化步驟 ( 409)電漿低壓穩定步驟 (4 1 0 )電漿清潔步驟 (41 2 )第一低壓穩定步驟 28 1362540 (416a)第一氣相沉積步驟 (416b)第一電漿輔助氣相沉積步驟 (420)第一化學淨化步驟 (422 )第二低壓穩定步驟 (424a)第二氣相沉積步驟 (424b)第二電漿輔助氣相沉積步驟 (426 )第二化學淨化步驟 (428 )增壓與冷卻步驟 φ ( 43〇)承載基板至卡E步驟 (434)承載卡匣至硬化烘烤機步驟 (438)硬化步驟 (442 )卸除卡匣步驟 29
Claims (1)
- 丄叫540修正替換百 十、申請專利範圍: 1 .一種在液晶顯*器之基板上形成配向層的 係包括: /、 在真空室中放置一基板; 淨化該真空室;以及 利用氣相沉積法沉積配向層; △ ·其中,該淨化真空室尚包括:排空該真空室至低壓狀 …以及再於真空室中填充惰性氣體,且該惰性氣體是預熱 至80〜2〇〇 C的溫度,其係包括μ與綱。c,該低壓為 〇毫托耳,其係包括10毫托耳以及毫托耳。 、2如申明專利範圍第丄項所述之方法’其中該利用氣 積法"L積配向層係包括利用化學氣相沉積法沉積該配 产3.如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該利用 :相沉積法沉積配向層係包括利用電㈣助氣相沉積法沉 積該配向層。 申明專利1巳圍第3項所述之方法’其中用於該 電立輔助氣相沉積法的電製來源是設置在真空室外。 申°月專利範圍第1項所述之方法’其中該淨化 真空室係將水蒸氣從真空室中移除。 亩如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該淨化 真空室尚包括: 排空該真空室—段時間至低壓狀態;以及 再於真空室中填充惰性氣體一段時間。 30 13b'2MU j傣正替換頁 '其中該惰性 7如申请專利範圍第1項所述之方法 氣體是氮氣。 8 .如申請專利範圍第丄項所述之方法 基板上執行低壓穩定步驟。 9 .如申請專利範圍第8項所述之方法 穩定步驟係包括: 排空真空室至低壓;以及 維持低壓一段時間。 壓二:申請專利範圍第9項所述之方法,其t該低 係1托耳’而該一段時間是1〇分鐘。 用氣ϋ.如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該利 '儿積法沉積配向層尚包括氣化至少—種化學物質。 用氣I,2·如巾請專利範圍第11項所述之方法,其中該利 用礼相沉積法沉積配向層尚包括: 從一具有化學物質的原料瓶中排空氣體;以及 以惰性氣體充填原料瓶。 風1 3.如申請專利範圍第1丄項所述之方法 干物質係包括矽烷物質。 風1 4 .如申請專利範圍第^丄項所述之方法 物質係包括過氟辛基三乙氧基矽烷。 風1 5 .如申請專利範圍第1 1項所述之方法 物貝係包括十八烷基三乙氧基矽烷。 1 6 ·如申請專利範圍第1 1項所述之方法 予物質係包括三氣矽烷。 其尚包括在 其中該低壓 其中該化 其中該化 其中該化 其中該化 31 % 丄 1 7 ·如申請專利範圍第^丄項所述之方法,其 學物質係包括含氟聚合物。 Λ 1 8.如申請專利範圍第丄7項所述之方法,其 氟聚合物係包括聚四氟乙烯。 。3 其尚包括在 ’其中淨化 其中該配 其中該配 1 9 如申請專利範圍第1項所述之方法, 以氣相沉積法沉積配向層後淨化該真空室。 2 〇·如申請專利範圍第1 g項所述之方法 該真空室尚包括: 排空該真空室;以及 填充惰性氣體於真空室中。 2 1 如申睛專利範圍第1項所述之方法 向層具有小於800埃的厚度。 2 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法 向層具有小於5〇埃的厚度。 —如申睛專利範圍第1項所述之方法,其尚包括 在利用氣相况積法沉積該配向層後硬化該基板。° 2 4 ·如申請專利範圍第2 3項所述之方法,t 括承載該基板於卡匣内。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項所述之方 括將卡E承载至烘烤爐中。 ”尚包 2 6 .如申請專利範圍第2 3項所述之方法, 硬化步驟係操作於80〜200。(:。 、忒 2 7 .如申請專利範圍第2 3項所述之 硬化步驟係操作30〜120分鐘。 其中該 32 1362540 月)。日修正替拖百 2 8 .如申請專利範圍第i項所述之方法’其係在故 置基板於真空室前尚包括清洗該基板。 2 9 .如申請專利範圍第2 g頊所述之方法,其中清 泳該基板係包括利用電漿清洗該基板。 3 〇 ·如申請專利範圍第工項所述之方法,其尚包括 在以氣相沉積法沉積該配向層前清潔該基板。 3 1 ·如申請專利範圍第3 0項所述之方法,其中清 潔該基板係包括以電漿清潔該基板。 月 3 2 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法,其中該 電漿清潔步驟係發生在真空室中。 3 3 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法,其中在 電漿清潔前尚包括電漿低壓穩定步驟。 34.如申請專利範圍第丄項所述之方法,其中以氣 相沉積法沉積配向層前尚包括沉積一薄的黏著層。 孔 3 5 .如申請專利範圍第3 4項所述之方法,其 薄的點著層係包括;5夕基材。 '、S 3 6 .如申請專利範圍第3 5項所述 „ 义·,其巾兮 石夕基材係包括氧矽化物。 、 3 7 .如申請專利範圍第3 5項所述之方法,复 石夕基材係包括氮矽化物。 其中該 3 8 .如申請專利範圍第3 5項所述之方法, 石夕基材係包括氮氧化矽物。 ’其中該 3 9 ·如申請專利範圍第1項所述之方法, 向層對於水及水蒸氣具有低滲透性。 其中該配 33 1362540 K年又月日條正替換頁 4 0 ·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該配 向層係溼氣屏障層。 4 1 .如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該配 向層專門用於溼氣屏障層。34
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