TWI459098B - 光配向膜及其製作方法 - Google Patents

Description

光配向膜及其製作方法

本發明有關於液晶顯示器，且特別是有關於光配向膜及其製作方法。

液晶顯示面板主要由主動元件陣列基板、對向基板以及一液晶層所組成。當在對向基板與主動元件陣列基板之間施加電場時，液晶層內的液晶分子便會受到電場的作用而產生偏轉，使得液晶層具有相應於此電場的光線穿透率。如此一來，液晶顯示面板便可以依據對向基板與主動元件陣列基板之間的電場大小，而顯示不同的灰階畫面。為了使液晶分子快速反應以及滿足廣視角的需求，必須令液晶分子在多個區域呈不同方向的傾倒排列，也就是多區域(multi-domain)配向。

目前，最常見的做法大致可以採取配置凸塊(protrusions)、改變邊緣電場(fringe field)或是光配向(photo alignment)的方式，來使液晶分子產生多區域配向效果。然而，改變邊緣電場的方式會使製程變得複雜，而配置凸塊會犧牲顯示區開口率。為了避免前述兩者的缺點，可以採用光配向的方式來形成多區域配向。

多區域光配向技術是利用線性極化紫外光來進行曝光製程，使得液晶顯示器之光配向膜具有多個配向方向。然而，多區域光配向製程需要使用多個昂貴的光罩才能使配向膜具有多個配向方向，以致於使製作成本大幅提昇。

本發明一實施例提供一種光配向膜的製作方法，包括提供一光配向材料層，具有至少一畫素對應部；以及對畫素對應部進行不同配向方向的一全曝光製程與一局部曝光製程，其中全曝光製程包括對畫素對應部之整體照光，局部曝光製程包括僅對畫素對應部之局部照光，進行過全曝光製程與局部曝光製程的畫素對應部具有一曝光過一次的一次照光區以及一曝光過二次的二次照光區，且局部位於二次照光區，光配向材料層之位於一次照光區中的部分具有一第一配向方向，局部具有一不同於第一配向方向的第二配向方向。

本發明一實施例提供一種光配向膜包括至少一畫素對應部，僅具有相連的一曝光過一次的一次照光區以及一曝光過二次的二次照光區，且畫素對應部之位於一次照光區的部份具有一第一配向方向與一預傾角，畫素對應部之位於二次照光區的部份具有一不同於第一配向方向的第二配向方向與預傾角。

以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，以簡化或是方便標示。再者，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。

第1A圖至第1B圖繪示申請人所知的一種光配向膜的製程上視圖。第2A圖至第2B圖分別繪示第1A圖至第1B圖沿I-I’線段的剖面圖。值得注意的是，第1A圖至第1B圖與第2A圖至第2B圖的實施例是申請人所知的一種用於液晶顯示器中的光配向膜的製作方法，而並非習知技術。此外，為簡化起見，第1A圖至第1B圖省略繪示光罩的開口的外框。

請同時參照第1A圖與第2A圖，提供一用於液晶顯示器中的光配向材料層110，光配向材料層110具有多個畫素對應部112，每一個畫素對應部112係對應液晶顯示器的一畫素，以控制該畫素中的液晶分子的預傾角與配向方向。值得注意的是，為簡化起見，在此僅繪示單一個畫素對應部112及其對應的製程處理(如光罩、曝光的光線等)。

接著，在畫素對應部112上配置一第一光罩120，且第一光罩120的開口122暴露出畫素對應部112的一第一區域A1。以第一光罩120為罩幕對第一區域A1進行一第一曝光製程，以使畫素對應部112之位於第一區域A1的部份具有一第一配向方向V1與一第一預傾角。在此，預傾角是指液晶分子的長軸方向(director)與光配向材料層表面的夾角。

然後，請同時參照第1B圖與第2B圖，移除第一光罩120，並在畫素對應部112上配置一第二光罩130，且第二光罩130的開口132暴露出畫素對應部112的一第二區域A2。以第二光罩130為罩幕對第二區域A2進行一第二曝光製程，以使畫素對應部112之位於第二區域A2的部份具有一第二配向方向V2與一第二預傾角。第一區域A1與第二區域A2之間存在一重疊區域OV。然後，移除第二光罩130。

值得注意的是，在第一曝光製程與第二曝光製程中，第一光罩120與第二光罩130相對於畫素對應部112難以避免地會存在有對位誤差，對位誤差可能會使第一區域A1與第二區域A2彼此分離或部分重疊，使畫素對應部112的部份區域有配向不良的情形，而不利於液晶分子快速反應，以致於影響液晶顯示面板的顯示效果。

第3A圖至第3C圖繪示本發明一實施例之光配向膜的製程上視圖。第4A圖至第4B圖分別繪示第3A圖至第3B圖沿I-I’線段的剖面圖，第4C圖繪示第3C圖沿II-II’線段的剖面圖，且還額外繪示配置於光配向材料層上的液晶分子。此外，為簡化起見，第3B圖省略繪示光罩的開口的外框。

首先，請同時參照第3A圖與第4A圖，提供一光配向材料層310，其適於用在液晶顯示器中。光配向材料層310的材質例如為聚醯亞胺(Polyimide，PI)或是其他適合的光配向材料。在本實施例中，光配向材料層310的材質為一第二次配向主導的光配向材料。

光配向材料層310具有多個畫素對應部312，每一個畫素對應部312係對應液晶顯示器的一畫素，以控制畫素中的液晶分子的預傾角與配向方向。值得注意的是，為簡化起見，在此僅繪示單一個畫素對應部312及其對應的製程處理(如光罩、曝光的光線等)。本領域具有通常知識者當可知道本實施例亦可對其他未繪示的畫素對應部進行相同的製程。

接著，對尚未曝光過的畫素對應部312進行一全曝光製程，以使畫素對應部312具有第一配向方向V1以及一第一預傾角θ1(如第4C圖所示)。詳細而言，全曝光製程係為對畫素對應部312之整體照射一第一光線L1。在一實施例中，如第3A圖與第4A圖所示，進行全曝光製程的方法可以是不使用光罩而直接對光配向材料層310之整體照光。

第5A圖繪示本發明另一實施例之光配向膜的製程上視圖。第5B圖繪示第5A圖沿I-I’線段的剖面圖。在另一實施例中，如第5A圖與第5B圖所示，進行全曝光製程的方法也可以是在畫素對應部312上配置一光罩510，光罩510具有一開口512，且開口512暴露出畫素對應部312之整體，然後，利用光罩510對畫素對應部312之整體照光。此外，開口512也可同時暴露出多個畫素對應部，或者是暴露出光配向材料層310之整體。

之後，請同時參照第3B圖與第4B圖，在畫素對應部312上配置一光罩320，光罩320具有一開口322，且開口322僅暴露出畫素對應部312之局部。之後，以光罩320為罩幕，對畫素對應部312進行一局部曝光製程，以使畫素對應部312之局部具有一第二配向方向V2以及一第二預傾角θ2(如第4C圖所示)。詳細而言，局部曝光製程係為僅對畫素對應部312之局部照射一第二光線L2，且第一配向方向V1不同於第二配向方向V2。

值得注意的是，由於本實施例之光配向材料層310是採用第二次配向主導的光配向材料，因此，依序經歷過全曝光製程與局部曝光製程的畫素對應部312，於局部曝光製程中曝光的部份會受到局部曝光製程的主導而具有第二配向方向V2以及第二預傾角θ2(如第4C圖所示)。

然後，請同時參照第3C圖與第4C圖，移除光罩320。進行過全曝光製程與局部曝光製程的畫素對應部312具有一曝光過一次的一次照光區E1以及一曝光過二次的二次照光區E2，且一次照光區E1與二次照光區E2相連。詳細而言，如第4B圖所示，在局部曝光製程中，畫素對應部312之曝光的部分(即開口322暴露出的部分)係位於二次照光區E2，而畫素對應部312之被光罩320遮蔽的部分係位於一次照光區E1。

此時，畫素對應部312之位於一次照光區E1中的部分具有第一配向方向V1以及第一預傾角θ1，而畫素對應部312之位於二次照光區E2中的部分則具有第二配向方向V2以及第二預傾角θ2。在一實施例中，第一配向方向V1相反於第二配向方向V2。第一預傾角θ1例如是約相等於第二預傾角θ2。一次照光區E1的面積例如約相等於二次照光區E2的面積。在一實施例中，局部曝光製程對畫素對應部312的照光面積(亦即二次照光區E2的面積)與全曝光製程對畫素對應部312之整體的照光面積(亦即一次照光區E1與二次照光區E2的面積總和)之比值約為0.3～0.7。換言之，一次照光區E1的面積與二次照光區E2的面積的比為3：7～7：3(亦即兩者比值約為0.428～2.333)。

在一實施例中，在光配向材料層310的單位照光面積中，局部曝光製程所施加的總照光能量大於全曝光製程所施加的總照光能量。舉例來說，局部曝光製程的照光強度可大於全曝光製程的照光強度，或者是局部曝光製程的照光時間大於全曝光製程的照光時間。

由於光配向材料在經歷過一次曝光製程之後對後續的曝光製程的敏感度可能會下降，因此，可藉由提升局部曝光製程所施加的總照光能量來增加第二預傾角θ2，以使第二預傾角θ2大致相等於第一預傾角θ1。在一實施例中，第一預傾角θ1約相等於第二預傾角θ2，且第一配向方向V1相反於第二配向方向V2。

值得注意的是，本實施例係以一全曝光製程與一局部曝光製程取代第1A圖至第1B圖的製作方法中的二局部曝光製程。由於全曝光製程可毋須使用光罩，故可有效避免對位誤差的問題，並可大幅降低製作成本。再者，以全曝光製程搭配局部曝光製程可於光配向材料層310上輕易地形成僅二個具有約略相同的預傾角且配向方向不同的配向區域，而可避免第1A圖至第1B圖的製作方法會額外產生一重疊區域的問題，故可有助於液晶分子快速反應，從而提升液晶顯示面板的顯示效果。

第6A圖至第6C圖繪示本發明一實施例之光配向膜的製程上視圖。第7A圖至第7B圖分別繪示第6A圖至第6B圖沿I-I’線段的剖面圖，第7C圖繪示第6C圖沿II-II’線段的剖面圖，且還額外繪示配置於光配向材料層上的液晶分子。此外，為簡化起見，第6A圖省略繪示光罩的開口的外框。

值得注意的是，本實施例係相似於第3A圖至第3C圖的實施例，兩者差異之處僅在於本實施例的光配向材料層310係採用第一次配向主導的光配向材料，因此，進行局部曝光製程與全曝光製程的順序與第3A圖至第3C圖的實施例相反。本實施例中的元件的標號與第3A圖至第3C圖的實施例中的元件標號相同者代表兩者結構、材質相似，於此不再贅述。

首先，請同時參照第6A圖與第7A圖，提供一光配向材料層310，其具有多個畫素對應部312。值得注意的是，為簡化起見，在此僅繪示單一個畫素對應部312及其對應的製程處理(如光罩、曝光的光線等)。本領域具有通常知識者當可知道本實施例亦可對其他未繪示的畫素對應部進行相同的製程。

接著，在畫素對應部312上配置一光罩610，光罩610具有一開口612，且開口612僅暴露出畫素對應部312之局部。之後，以光罩610為罩幕，對尚未曝光過的畫素對應部312進行一局部曝光製程，以使畫素對應部312之局部具有一第一配向方向V1以及一第一預傾角θ1(如第7C圖所示)。詳細而言，局部曝光製程係為僅對畫素對應部312之局部照射一第一光線L1。

之後，請同時參照第6B圖與第7B圖，移除光罩610，並進行全曝光製程，以使畫素對應部312之局部(亦即局部曝光的部份)以外的部分具有一第二配向方向V2以及一第二預傾角θ2(如第7C圖所示)。詳細而言，全曝光製程係為對畫素對應部312之整體照射一第二光線L2。在一實施例中，如第6B圖與第7B圖所示，進行全曝光製程的方法可以是不使用光罩而直接對光配向材料層310之整體照光。

然後，請同時參照第6C圖與第7C圖，由於本實施例之光配向材料層310是採用第一次配向主導的光配向材料，因此，依序經歷過局部曝光製程與全曝光製程的畫素對應部312，於局部曝光製程中曝光的部份會受到局部曝光製程的主導而始終具有第一配向方向V1以及第一預傾角θ1。

進行過局部曝光製程與全曝光製程的畫素對應部312具有一曝光過一次的一次照光區E1以及一曝光過二次的二次照光區E2，且一次照光區E1與二次照光區E2相連。

此時，畫素對應部312之位於一次照光區E1中的部分具有第二配向方向V2以及第二預傾角θ2，而畫素對應部312之位於二次照光區E2中的部分則具有第一配向方向V1以及第一預傾角θ1。在一實施例中，第一配向方向V1相反於第二配向方向V2。第一預傾角θ1例如是約相等於第二預傾角θ2。一次照光區E1的面積例如約相等於二次照光區E2的面積。在一實施例中，局部曝光製程對畫素對應部312的照光面積(亦即二次照光區E2的面積)與全曝光製程對畫素對應部312之整體的照光面積(亦即一次照光區E1與二次照光區E2的面積總和)之比值約為0.3～0.7。換言之，一次照光區E1的面積與二次照光區E2的面積的比為3：7～7：3(亦即兩者比值約為0.428～2.333)。

在一實施例中，在光配向材料層310的單位照光面積中，局部曝光製程所施加的總照光能量大於全曝光製程所施加的總照光能量。舉例來說，局部曝光製程的照光強度可大於全曝光製程的照光強度，或者是局部曝光製程的照光時間可大於全曝光製程的照光時間。

第8A圖繪示本發明另一實施例之光配向膜的製程上視圖。第8B圖繪示第8A圖沿I-I’線段的剖面圖。在另一實施例中，如第8A圖與第8B圖所示，進行全曝光製程的方法也可以是在畫素對應部312上配置一光罩810，光罩810具有一開口812，且開口812暴露出畫素對應部312之整體，然後，利用光罩810對畫素對應部312之整體照光。此外，開口812也可同時暴露出多個畫素對應部，或者是暴露出光配向材料層310之整體。

第9圖繪示本發明一實施例之液晶顯示器的剖面圖。如第9圖所示，光配向材料層310a、310b可以分別形成在一液晶顯示器900的一第一基板910與一第二基板920上。詳細而言，液晶顯示器900包括第一基板910、一與第一基板相910對設置的第二基板920、以及一夾於第一基板910與第二基板920之間的液晶層930，光配向材料層310a位於第一基板910與液晶層930之間，光配向材料層310b位於第二基板920與液晶層930之間。光配向材料層310a、310b可對液晶層930中的液晶分子(未繪示)進行配向，以使液晶分子具有第一預傾角與第二預傾角(如第4C圖與第7C圖所示)。第一基板910可為顯示基板與對向基板其中之一，且第二基板920可為顯示基板與對向基板其中之另一。在另一實施例中，光配向材料層(未繪示)可僅位於第一基板910(或第二基板920)上。

綜上所述，本發明係以一全曝光製程與一局部曝光製程取代申請人所知的光配向膜的製作方法(二局部曝光製程)。由於本發明的全曝光製程可毋須使用光罩，故可有效避免或減輕對位誤差的問題，並可大幅降低製作成本。再者，本發明可於畫素對應部上形成僅二個具有相同的預傾角且配向方向不同的配向區域，故可有助於液晶分子快速反應，從而提升液晶顯示面板的顯示效果。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110、310、310a、310b．．．光配向材料層

112、312．．．畫素對應部

120．．．第一光罩

122、132、322、512、612、812．．．開口

130．．．第二光罩

320、510、610、810．．．光罩

900．．．液晶顯示器

910．．．第一基板

920．．．第二基板

930．．．液晶層

A1．．．第一區域

A2．．．第二區域

E1．．．一次照光區

E2．．．二次照光區

L1．．．第一光線

L2．．．第二光線

OV．．．重疊區域

V1．．．第一配向方向

V2．．．第二配向方向

θ1．．．第一預傾角

θ2．．．第二預傾角

第1A圖至第1B圖繪示申請人所知的一種光配向膜的製程上視圖。

第2A圖至第2B圖分別繪示第1A圖至第1B圖沿I-I’線段的剖面圖。

第3A圖至第3C圖繪示本發明一實施例之光配向膜的製程上視圖。

第4A圖至第4B圖分別繪示第3A圖至第3B圖沿I-I’線段的剖面圖，第4C圖繪示第3C圖沿II-II’線段的剖面圖，且還額外繪示配置於光配向材料層上的液晶分子。

第5A圖繪示本發明另一實施例之光配向膜的製程上視圖。

第5B圖繪示第5A圖沿I-I’線段的剖面圖。

第6A圖至第6C圖繪示本發明一實施例之光配向膜的製程上視圖。

第7A圖至第7B圖分別繪示第6A圖至第6B圖沿I-I’線段的剖面圖，第7C圖繪示第6C圖沿II-II’線段的剖面圖，且還額外繪示配置於光配向材料層上的液晶分子。

第8A圖繪示本發明另一實施例之光配向膜的製程上視圖。

第8B圖繪示第8A圖沿I-I’線段的剖面圖。

第9圖繪示本發明一實施例之液晶顯示器的剖面圖。

310．．．光配向材料層

312．．．畫素對應部

E1．．．一次照光區

E2．．．二次照光區

V1．．．第一配向方向

V2．．．第二配向方向

θ1．．．第一預傾角

θ2．．．第二預傾角

Claims (18)

1. 一種光配向膜的製作方法，包括：提供一光配向材料層，具有至少一畫素對應部，該光配向材料層為一第一次配向主導的光配向材料或一第二次配向主導的光配向材料；以及對該畫素對應部進行不同配向方向的一全曝光製程與一局部曝光製程，其中該全曝光製程包括對該畫素對應部之整體照光，該局部曝光製程包括對該畫素對應部之一部分照光，其中當該光配向材料層為該第二次配向主導的光配向材料時，先對該畫素對應部進行該全曝光製程，再接著對該畫素對應部進行該局部曝光製程，其中當該光配向材料層為該第一次配向主導的光配向材料時，先對該畫素對應部進行該局部曝光製程，再接著對該畫素對應部進行該全曝光製程。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中當該光配向材料層的材質為該第二次配向主導的光配向材料時，該全曝光製程使該畫素對應部具有一第一配向方向，且該局部曝光製程使該畫素對應部之該部分具有一不同於該第一配向方向的第二配向方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中當該光配向材料層的材質為該第一次配向主導的光配向材料時，該局部曝光製程使該畫素對應部之該部分具有一第一配向方向，且該全曝光製程使該畫素對應部之 該部分以外的部分具有一不同於該第一配向方向的第二配向方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中進行該全曝光製程的步驟包括：不使用光罩而直接對該光配向材料層之整體照光。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中進行該全曝光製程的步驟包括：利用一具有一開口的光罩，對該畫素對應部之整體照光，其中該開口至少暴露出該畫素對應部之整體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中進行該局部曝光製程的步驟包括：利用一具有一開口的光罩，對該畫素對應部之該部分照光，其中該開口僅暴露出該畫素對應部之該部分。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中在該光配向材料層的單位照光面積中，該局部曝光製程所施加的總照光能量大於該全曝光製程所施加的總照光能量。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光配向膜的製作方法，其中該局部曝光製程的照光強度大於該全曝光製程的照光強度。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光配向膜的製作方法，其中該局部曝光製程的照光時間大於該全曝光製程的照光時間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中進行過該全曝光製程與該局部曝光製程的該畫素 對應部具有一曝光過一次的一次照光區以及一曝光過二次的二次照光區，且該部分位於該二次照光區，其中位於該一次照光區中的該光配向材料層具有一第一配向方向，該部分具有一不同於該第一配向方向的第二配向方向。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光配向膜的製作方法，其中該第一配向方向相反於該第二配向方向。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中該局部曝光製程對該部分的照光面積與該全曝光製程對該畫素對應部之整體的照光面積之比值約為0.3~0.7。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光配向膜的製作方法，其中提供該光配向材料層的方法包括：將該光配向材料層形成於一液晶顯示器的一第一基板上，其中該液晶顯示器包括該第一基板、一與該第一基板相對設置的第二基板、以及一夾於該第一基板與該第二基板之間的液晶層，該光配向材料層位於該第一基板與該液晶層之間。
14. 一種光配向膜，包括：至少一畫素對應部，僅具有相連的一曝光過一次的一次照光區以及一曝光過二次的二次照光區，且該畫素對應部之位於該一次照光區的部份具有一第一配向方向與一預傾角，該畫素對應部之位於該二次照光區的部份具有一不同於該第一配向方向的第二配向方向與該預傾角。
15. 如申請專利範圍第14項所述之光配向膜，其中該 第一配向方向與該第二配向方向方向相反。
16. 如申請專利範圍第14項所述之光配向膜，其中該一次照光區的面積相等於該二次照光區的面積。
17. 如申請專利範圍第14項所述之光配向膜，其中該一次照光區的面積與該二次照光區的面積之比值約為0.428~2.333。
18. 如申請專利範圍第14項所述之光配向膜，其中該光配向材料層係位於一液晶顯示器的一第一基板上，且該液晶顯示器包括該第一基板、一與該第一基板相對設置的第二基板、以及一夾於該第一基板與該第二基板之間的液晶層，該光配向材料層位於該第一基板與該液晶層之間。