專利名稱：液晶顯示器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示(LCD)器件，尤其涉及一種用于LCD器件中液晶初始取向的定向層。
背景技術：
在具有僅僅幾厘米厚度的顯示屏的超薄平板顯示器件中，由于LCD具有低驅動電壓、低功耗和輕便的特點，LCD器件已經(jīng)被廣泛用作筆記本電腦、電視、太空船和航天器的監(jiān)視器。
通常，LCD器件包括在其上形成濾色層的濾色片基板、面向濾色片基板并具有在其上形成薄膜晶體管的薄膜晶體管基板以及形成于這些基板之間的液晶層。
在這種LCD器件中，通過施加電壓來改變液晶層的排列，從而控制光的透射率，由此產生圖像。為了影響液晶的排列，在薄膜晶體管基板和/或濾色片基板上形成電極用于施加電壓。在扭曲向列(TN)模式LCD器件中，例如像素電極位于薄膜晶體管基板上，公共電極位于濾色片基板上，從而在兩個基板之間產生垂直電場。在共平面開關(IPS)模式LCD器件中，例如像素電極和公共電極彼此平行地位于薄膜晶體管基板上，從而產生水平電場。
圖1是圖解現(xiàn)有技術TN模式LCD器件的分解透視圖。如圖1中所示，薄膜晶體管基板10包括柵線12、與柵線12交叉的數(shù)據(jù)線14、形成在柵線12和數(shù)據(jù)線14交叉部處的薄膜晶體管T、和與薄膜晶體管T連接的像素電極16。濾色片基板20包括阻止光泄漏的遮光層(或黑矩陣)22、紅、綠和藍濾色層24、和形成在濾色片基板20上的公共電極25。這樣，在薄膜晶體管基板10上的像素電極16和濾色片基板20上的公共電極25之間產生垂直電場，由此可控制液晶的排列。
將上述構造的基板10和20彼此粘結，從而形成在基板10和20之間形成有液晶層的單個液晶面板。如果液晶層在基板10和20之間任意定向，則很難在液晶層中獲得分子的一致排列。因而，盡管在附圖中沒有示出，在薄膜晶體管基板10和/或濾色片基板20中還形成有用于液晶初始取向的定向層。
形成用于液晶初始取向的定向層的方法的實例包括摩擦取向方法和光取向方法。在摩擦取向方法中，在將例如聚酰亞胺的有機聚合物薄薄地涂敷在基板上之后，轉動纏繞著摩擦布的摩擦輥，摩擦從而使該有機聚合物沿恒定的方向取向。然而，摩擦取向方法具有下列缺點。由于摩擦布和有機聚合物之間的摩擦產生的靜電，污染物，例如灰塵會粘附到基板的表面。此外，當摩擦布的排列錯位時，會產生光泄漏的問題。摩擦取向方法存在的這些問題是由于用于在摩擦輥和基板之間提供物理接觸的機械裝置導致的。
為了解決摩擦取向方法的這些問題，已經(jīng)做了各種研究來在無需物理接觸的情況下提供制造取向層的方法。因而，替代使用摩擦取向方法，已經(jīng)提出了使用光取向方法。光取向方法通過將偏振紫外(UV)光照射到具有光反應化合物的取向材料上來制造定向層。為了使液晶實現(xiàn)取向，定向層必須具有各向異性結構，其在當光反應化合物與偏振紫外光各向異性反應時而形成。
盡管光取向方法可以克服與上述摩擦取向方法相關的問題，但光取向方法具有一些列的問題，即錨定能量較低，由此產生了殘留影像問題，更具體的說，因為在光取向方法中使用偏振紫外光，所以只有與紫外光的偏振方向相同的光反應化合物經(jīng)歷了光反應，由此不能形成理想的各向異性結構。
特別地，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，如果只有與紫外光的偏振方向相同的光反應化合物經(jīng)歷光反應，則降低了響應率和獲得了太低的各向異性，。結果，光取向方法提供了較低的錨定能量并產生了殘留影像問題。為了解決由光取向方法中降低的響應率導致的這些問題，已經(jīng)研究了各種方法。
首先，有一種方法，其通過當照射紫外光時加熱基板來提高響應率。然而，這種方法不適合大規(guī)模的生產，因為如果基板的尺寸變大，則設置加熱基板的加熱裝置變得很困難。
其次，還有一種方法，其通過提高定向層的光反應化合物的密度來提高響應率。然而，這種方法導致了太大量的反應化合物。在這種情形中，由于這種大量反應化合物導致的位阻，液晶取向不是很好。
最后，還有的一種方法是通過使用具有較低分子量的定向層來提高響應率。然而，這種方法不能提供穩(wěn)定的液晶取向。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明涉及一種制造LCD器件的方法，其基本克服了由于現(xiàn)有技術的限制和缺點導致的一個或多個問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造LCD器件的方法，其中在形成定向層過程中提高了光響應率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造LCD器件的方法，其中LCD器件具有高錨定能量的定向層。
在下面的描述中列出了本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，一部分從描述變得顯而易見，或通過實踐本發(fā)明可以領會到。通過在所寫說明書及其權利要求以及附圖中特別指出的結構可實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的這些和其它的優(yōu)點。
為了獲得這些和其它的優(yōu)點并依照本發(fā)明的目的，如這里廣義和具體描述的，制造液晶顯示(LCD)器件的方法包括制備至少第一基板，在所述至少第一基板上涂敷取向材料，使取向材料的主鏈沿預定的方向取向，以及將偏振紫外(UV)光照射到其主鏈已經(jīng)在預定方向上取向的取向材料上，從而形成定向層。
在另一個方面中，液晶顯示(LCD)器件包括至少一個基板和在該基板上的定向層，其中定向層包括具有適于通過摩擦工序來取向的主鏈和適于通過光照射來取向的光反應支鏈。
應當理解，前面一般性的描述和下面的詳細描述都是示意性的和說明性的，意在提供本權利要求書所要保護的本發(fā)明進一步的解釋。


所附的附圖被包括用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并結合構成本說明書的一部分，示出本發(fā)明的各種實施方式，而且與下面的描述一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中
圖1是圖解現(xiàn)有技術TN模式LCD器件的分解透視圖；圖2是圖解在確定摩擦強度過程中輥和表面之間的各種尺寸關系的視圖；圖3A到3E是圖解依照本發(fā)明一個實施方式制造LCD器件的方法的工序圖；圖4A到4C圖解了依照本發(fā)明一個實施方式的光取向方法；和圖5是本發(fā)明示列性化合物組分的結構式圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，在附圖中圖解了其實施例。在任何時候，整個附圖中將使用相同的附圖標記來指代相同或相似的部件。
在照射偏振紫外(UV)光來使取向材料的支鏈取向的步驟之前，本發(fā)明包括使取向材料的主鏈沿預定的方向取向的步驟，從而提高響應率。特別地，通過增加經(jīng)歷光反應的光反應化合物來提高取向材料的響應率。隨著響應率提高，定向層的各向異性特性也提高了，由此獲得了高錨定能量。
在本發(fā)明的一個實施方式中，通過軟摩擦工序來執(zhí)行將取向材料的主鏈取向的步驟。軟摩擦工序不是取向液晶的取向工序。因此，軟摩擦工序不同于取向液晶一般工序的硬摩擦工序。例如，以大約20mm到大約160mm范圍內的摩擦強度執(zhí)行軟摩擦工序。
摩擦強度(RS)由方程1表示RS＝Nl(1+2πrn/60V)， [方程1]其中“N”是摩擦次數(shù)，“l(fā)”是摩擦深度，“r”是輥的半徑，“n”是每分鐘的轉數(shù)(rpm)，“V”是輥的移動速率。
因為摩擦強度依賴于摩擦次數(shù)、摩擦深度、輥的半徑、rpm、和輥的移動速率，所以通過適當調整每個值可控制摩擦強度。在本發(fā)明的一個實施方式中，可在大約20mm到大約160mm范圍內控制摩擦強度。
因為摩擦次數(shù)、輥的半徑、和輥的移動速率取決于LCD器件的基板和生產線，所以摩擦強度依賴于摩擦深度。因此實際上可通過調整摩擦深度來控制摩擦強度。
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(fā)”是摩擦深度，“r”是輥的半徑，“m”是標記(mark)寬度。(見圖2)摩擦深度取決于標記寬度。因此通過控制標記寬度可控制摩擦深度，由此控制摩擦強度。例如，通過使用一般的摩擦裝置將標記寬度設置在大約6mm到14mm的范圍內，可獲得大約20mm到大約160mm范圍內的摩擦強度。
表1顯示了基于使用一般摩擦裝置變化標記寬度的摩擦強度(RS)。為了舉例的目的，摩擦次數(shù)(N)設為兩次，輥的半徑(r)在67.06mm的范圍內，輥的rpm(n)設為600/分鐘，輥的移動速率設為20mm/s。為了大規(guī)模生產，摩擦次數(shù)(N)設為一次。

圖3A到3E圖解了依照本發(fā)明一個實施方式制造LCD器件的方法。首先，如圖3A中所示，制備下基板100和上基板200。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，根據(jù)LCD器件的模式對于下基板100和上基板200的結構中可做各種修改。
在TN模式LCD器件中，例如下基板100包括彼此交叉從而限定像素區(qū)域的柵線和數(shù)據(jù)線、形成在柵線和數(shù)據(jù)線交叉區(qū)域中的薄膜晶體管，其中薄膜晶體管包括柵極電極、源極電極和漏極電極、與薄膜晶體管的漏極電極相連的像素電極。TN模式LCD器件的上基板200包括用于遮蔽光泄漏的遮光層、紅，綠和藍濾色層、和形成在濾色層上的公共電極。
在IPS模式LCD器件中，例如下基板100包括彼此交叉從而限定像素區(qū)域的柵線和數(shù)據(jù)線、形成在柵線和數(shù)據(jù)線交叉區(qū)域中的薄膜晶體管，其中薄膜晶體管包括柵極電極、源極電極和漏極電極、與薄膜晶體管的漏極電極相連的像素電極、以及與像素電極平行設置的公共電極。IPS模式LCD器件的上基板200包括用于遮蔽光泄漏的遮光層、紅，綠和藍濾色層、和形成在濾色層上的涂敷層。
然后，如圖3B中所示，分別在下基板100和上基板200上涂敷定向層300a和300b。盡管附圖中在上基板100和200上都形成定向層300a和300b，但在不脫離本發(fā)明范圍的情況下也可僅在一個基板上形成定向層。
例如通過在基板100和200上印刷定向層來完成定向層300a和300b的涂敷，并將印刷的定向層固化。例如在將取向材料溶解在有機溶劑中之后通過旋涂或輥涂來完成印刷定向層的步驟。此外，例如在大約60℃與大約80℃之間和在大約80℃與大約230℃之間的溫度范圍通過兩次固化來執(zhí)行將印刷的定向層固化的步驟。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可使用其它的涂敷和固化工序。
如圖5中所示，依照本發(fā)明的取向材料具有通過摩擦可被取向的主鏈(即骨架)，如聚合物主鏈、和通過照射可被取向的光反應支鏈，如具有肉桂酰部分、偶氮耦合、香豆素、查耳酮等的材料。
作為例子，定向層300a和300b可由從下列物質的組選出的聚合材料形成聚酰亞胺、聚酰胺酸、聚降冰片烯、苯基馬來酰亞胺共聚物、聚肉桂酸乙烯酯、聚偶氮苯、聚乙烯亞胺、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚亞苯基鄰苯二甲酰胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、和聚甲基丙烯酸甲酯。此外，經(jīng)過光分解、光二聚或光異構化的任何材料都可用于定向層300a和300b。
更具體地說，定向層300a和300b可由下列化學式1的聚酰亞胺、下列化學式2的苯基馬來酰亞胺共聚物、下列化學式3的聚降冰片烯、或下列化學式4的聚酰胺酸形成。在化學式中，“m”和“n”是不小于1的整數(shù)。
化學式1 化學式2 化學式3
化學式4 然而，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可使用具有光反應支鏈聚合物主鏈的其它材料。
如圖3C中所示，在涂敷有定向層300a和300b的基板100和200上執(zhí)行軟摩擦工序。更具體地說，通過在理想的取向方向上用帶有摩擦布520的摩擦輥500摩擦定向層300a和300b來執(zhí)行所述軟摩擦工序。根據(jù)上面所述通過改變各種值，如在大約6mm到大約14mm范圍內改變標記寬度，用在大約20mm到大約160mm范圍內的摩擦強度執(zhí)行軟摩擦工序。作為另一個例子，通過將摩擦數(shù)設為1在大約20mm到大約160mm的摩擦強度范圍內執(zhí)行軟摩擦工序。
如圖3D中所示，使用紫外光照射裝置600將偏振紫外光照射到具有經(jīng)過軟摩擦的定向層300a和300b的基板100和200上。之后，如圖3E中所示將基板100和200彼此粘結。例如，通過真空注入方法或液晶滴注方法將基板100或200彼此粘結。
真空注入方法包括在基板100和200彼此粘結之后在真空狀態(tài)下利用壓差注入液晶。液晶滴注方法包括在將液晶滴加到任意一個基板上后將基板彼此粘結。液晶滴注方法一般對于較大尺寸的基板更加有利，因為真空注入方法增加了液晶注入的時間，這會導致生產率下降。
摩擦處理和UV照射處理被進行得使根據(jù)摩擦處理的定向層的定向方向變得與根據(jù)UV照射處理的定向層的定向方向相同。
依照本發(fā)明的軟摩擦工序和紫外光照射工序需這樣進行，，即從軟摩擦工序獲得的定向層的取向方向應與從紫外光照射工序獲得的定向層的取向方向相同。到此為止，根據(jù)定向層的種類可以適當?shù)乜刂谱贤夤獾钠穹较颉Q句話說，根據(jù)施加給基板的取向材料與紫外光之間的反應種類，紫外光取向方法分為光分解反應、光異構反應和光二聚反應。
如說明光分解反應的圖4A中所示，當偏振紫外光照射到聚合物定向層上時，位于偏振方向上的支鏈被分解。因而，只有與偏振方向垂直的支鏈保留下來，由此使液晶在該方向上取向。
如說明光異構反應的圖4B中所示，當偏振紫外光照射到聚合物取向材料上時，順式聚合物材料轉變?yōu)榉词骄酆衔锊牧希粗嗳?。在順式聚合物材料的情形中，支鏈平行于基板取向，從而液晶平行于基板取?即均勻取向)。在反式聚合物材料的情形中，支鏈垂直于基板定向，從而液晶垂直于基板取向(即同向取向)。
如說明光二聚反應的圖4C中所示，當偏振紫外光照射時，平行于偏振方向的雙鍵(由箭頭表示)斷裂并結合到相鄰的分子上。結果，液晶沿著誘發(fā)各向異性的方向定向取向(即與偏振方向垂直或水平)取向。
在照射取向材料時，偏振紫外光的照射波長設在大約200nm到大約400nm的范圍中。至于偏振紫外光，可以使用部分偏振紫外光或線性偏振紫外光。因此，偏振紫外光可傾斜地和垂直地照射到基板上。例如，大約60°或更小的照射角度用于傾斜照射。通過掃描型曝光法或整體曝光法方法執(zhí)行偏振紫外光的照射。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可使用其它角度和其它類型的曝光法。
由于是將偏振紫外光照射到在沿預定方向上取向后的取向材料上，，因此，可以通過增加經(jīng)歷光反應的光反應化合物來提高響應率。隨著響應率的提高，定向層的各向異性特性也提高了。結果獲得了高錨定能量，由此阻止了殘留影像。
在不脫離本發(fā)明精神或范圍的情況下，本發(fā)明的制造液晶顯示器件的方法可以做各種修改和變化，這對于本領域熟練技術人員來說是顯而易見的。因而本發(fā)明意在覆蓋落入所附權利要求及其等價物范圍內的本發(fā)明的修改和變化。
權利要求
1.一種制造液晶顯示器件的方法，包括制備至少一第一基板；在所述至少第一基板上涂敷取向材料；在預定方向上將取向材料的主鏈實現(xiàn)取向；將偏振紫外光照射到其主鏈已經(jīng)在預定方向上取向的取向材料上，從而形成定向層。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，將取向材料的主鏈實現(xiàn)取向的步驟包括執(zhí)行軟摩擦工序。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，采用在大約20mm到大約160mm范圍內的摩擦強度執(zhí)行所述軟摩擦工序。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，采用在大約6mm到大約14mm范圍內的標記寬度執(zhí)行所述軟摩擦工序。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述軟摩擦工序只摩擦取向材料一次。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，采用部分偏振紫外光或線性偏振紫外光來執(zhí)行照射紫外光的步驟。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，偏振紫外光具有大約200nm到大約400nm范圍內的照射波長。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，偏振紫外光垂直地或傾斜地照射到基板。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料是光分解反應材料、光異構反應材料、和光二聚材料中的任意一種。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料是從下列物質的組選出的聚合材料聚酰亞胺、聚酰胺酸、聚降冰片烯、苯基馬來酰亞胺共聚物、聚肉桂酸乙烯酯、聚偶氮苯、聚乙烯亞胺、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚亞苯基鄰苯二甲酰胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、和聚甲基丙烯酸甲酯。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料選自下列物質的組化學式1的聚酰亞胺、化學式2的苯基馬來酰亞胺共聚物、化學式3的聚降冰片烯、和化學式4的聚酰胺酸，其中化學式1是 化學式2是 化學式3是 化學式4是 其中n和m是不小于1的整數(shù)。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，取向材料主鏈的所述預定定向方向基本與偏振紫外光的偏振方向相同。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括下述步驟制備第二基板；和將第一和第二基板彼此粘結。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，將第一和第二基板彼此粘結的步驟包括將液晶滴落到第一和第二基板的任意一個上。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，制備第一基板的步驟包括形成彼此交叉從而在每個交叉部處確定像素區(qū)域的柵線和數(shù)據(jù)線、在柵線和數(shù)據(jù)線的每個交叉區(qū)域上形成薄膜晶體管，該薄膜晶體管包括柵極電極、源極電極和漏極電極、以及形成與薄膜晶體管的漏極電極連接的像素電極，和制備第二基板的步驟包括形成用于遮蔽光泄漏的遮光層、形成紅，綠和藍濾色層、和在濾色層上形成公共電極。
16.一種液晶顯示器件，包括至少一個基板；和在基板上的定向層，其中定向層包括具有適于通過摩擦工序來定向的主鏈和適于通過照射來定向的光反應側鏈。
17.根據(jù)權利要求16所述的器件，其特征在于，光反應側鏈是光分解反應材料、光異構反應材料、和光二聚材料中的任意一種。
18.根據(jù)權利要求16所述的器件，其特征在于，所述主鏈是從下列物質的組選出的聚合材料聚酰亞胺、聚酰胺酸、聚降冰片烯、苯基馬來酰亞胺共聚物、聚肉桂酸乙烯酯、聚偶氮苯、聚乙烯亞胺、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚亞苯基鄰苯二甲酰胺、聚酯、聚氨基甲酸乙酯、和聚甲基丙烯酸甲酯。
19.根據(jù)權利要求16所述的器件，其特征在于，所述材料選自下列物質的組化學式1的聚酰亞胺、化學式2的苯基馬來酰亞胺共聚物、化學式3的聚降冰片烯、和化學式4的聚酰胺酸，其中化學式1是 化學式2是 化學式3是 化學式4是 其中n和m是不小于1的整數(shù)。
全文摘要
制造液晶顯示(LCD)器件的方法包括制備至少第一基板，在所述至少第一基板上涂敷取向材料，在預定方向上將取向材料的主鏈定向，以及將偏振紫外(UV)光照射到其主鏈已經(jīng)在預定方向上定向的取向材料上，從而形成定向層。
文檔編號G02F1/1337GK1881020SQ20061008282
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權日2005年6月14日
發(fā)明者樸修賢 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社