專利名稱：穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒?，更特別地，本發(fā)明有關(guān)一種利用等離子體穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
在液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)的制造過程中，液晶層的配向效果成為決定LCD品質(zhì)良窳的關(guān)鍵。在目前最廣為使用的LCD中，如扭轉(zhuǎn)向列型LCD(TN-LCD)、超扭轉(zhuǎn)向列型LCD(STN-LCD)以及板內(nèi)切換型LCD(IPS-LCD)等，皆必須形成穩(wěn)定且均勻的配向?qū)?，且液晶分子與配向?qū)又g必須達到W＞10-4J/cm2的強錨定能(anchoring energy)以及符合各種配向特性所需的預傾角。甚至必須將配向?qū)訄D案化以增大LCD的視角。除此之外，關(guān)于電光表現(xiàn)所需的較低RDC以及對于VHR的要求，皆與配向方法及配向材質(zhì)息息相關(guān)。
面對上述的要求，傳統(tǒng)的配向方式已無法符合面板良率所要求的標準，因此近來發(fā)展出非接觸式配向方法，包含光配向、等離子體束以及離子束配向。在這些方法中，將配向?qū)觾A斜，以粒子(原子、離子、電子或是其混合物)束處理該配向?qū)樱斐煞堑认蛐猿练e或是對于已沉積的部分造成蝕刻。后者是如美國專利4,153,529中所揭示的利用氬離子進行粒子束配向。此外，美國專利5,770,826則是以能量較低(50-600V)的離子，處理配向?qū)拥淖畋韺樱瑢⒉涣嫉挠绊懽钚』Ｉ鲜龅姆椒ㄖ?，雖然是以低能量的離子進行「溫和」的處理，但是所形成的液晶配向，其穩(wěn)定度仍難以持續(xù)數(shù)個月。
關(guān)于配向穩(wěn)定度退化的原因，應(yīng)考量配向材質(zhì)的離子所造成的影響。在50eV至5,000eV的能量范圍中進行液晶配向時，離子與配向?qū)拥闹行苑肿优鲎?，造成化學鍵的斷裂，而這些斷裂的化學鍵所形成的自由基，是具有高度反應(yīng)性，這些具高度反應(yīng)性的自由基與液晶分子發(fā)生作用時，會造成液晶分子的退化(degradation)。配向?qū)游胀嘶^程中所產(chǎn)生的雜質(zhì)，造成邊界狀況與液晶配向系數(shù)的改變。由于這些過程是緩慢進行，因而形成液晶盒(cell)的緩慢退化。
為了將配向?qū)拥姆磻?yīng)性降到最低，美國專利6,485,614B2揭示以氫原子鈍化由離子束配向的配向?qū)?。由于氫原子具有高反?yīng)性，因而可將離子碰撞過程中所形成斷裂的化學鍵中和反應(yīng)。為了達到上述目的，氫氣分子必須解離為氫原子。該篇美國專利揭示在反應(yīng)腔室中，于配向?qū)痈浇O(shè)置加熱的鎢絲，用以將氫氣解離為氫原子。當配向?qū)右詺咫x子(Ar+)轟擊之后，將氬氣抽出并充入氫氣，此時加熱的鎢絲將氫氣解離為氫原子，進而與鈍化配向?qū)?。該篇美國專利借由近緣X-射線吸收精細結(jié)構(gòu)(near-edge x-ray absorption fine structure；NEXAFS)光譜分析，偵測到碳-氫(C-H)鍵結(jié)的增加，以確認配向?qū)拥拟g化。必須注意的是該篇美國專利是將「配向」與「鈍化」分別在兩個不同步驟進行，且需要不同的設(shè)備進行配向過程與鈍化過程，因此該項技術(shù)在設(shè)備面、時程面以及成本面仍不盡理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ê鸵环N制作液晶盒(cell)的方法，其中該液晶配向?qū)雍驮撘壕Ш惺怯糜谝灰壕э@示器中，該方法不但可強化液晶于配向?qū)由系腻^定能(anchoring energy)，更可達到制程設(shè)備簡單、制程時間短以及成本低的優(yōu)點。
本發(fā)明的一方面提供一種穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ò峁┮换?；形成一薄膜于該基板上；以及將該薄膜暴露于含有惰性氣體與含氫氣體的混合等離子體中，以同步配向且鈍化該薄膜，形成一鈍化的液晶配向?qū)印?br> 根據(jù)上述構(gòu)想，該薄膜為有機材料、無機材料與多層材料薄膜其中的一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該有機材料較佳為聚酰亞胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸鹽(polyvinylcinnamate；PVNC)與聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該無機材料較佳為玻璃、石英、氧化銦錫(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、類鉆石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該多層材料薄膜可為上述材料的組合。
根據(jù)上述構(gòu)想，該惰性氣體的含量較佳是大于或等于氫氣的含量。
根據(jù)上述構(gòu)想，該惰性氣體的含量較佳是氬氣。
根據(jù)上述構(gòu)想，該方法是借由一陽極層粒子束源裝置提供該混合等離子體。
本發(fā)明的另一方面提供一種制作液晶盒(cell)的方法，該方法包含提供一第一電極與一第二電極；分別形成一第一薄膜與一第二薄膜于該第一電極與該第二電極上；將該第一薄膜與該第二薄膜暴露于含有一惰性氣體與含氫氣體的混合等離子體中，以同步配向且鈍化該第一薄膜與該第二薄膜，形成鈍化的第一配向?qū)优c第二配向?qū)?；以及提供一液晶層，其是位于該第一配向?qū)优c該第二配向?qū)又g。
根據(jù)上述構(gòu)想，該第一薄膜與該第二薄膜為有機材料、無機材料與多層材料薄膜其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該有機材料較佳為聚酰亞胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸鹽(polyvinylcinnamate；PVNC)與聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該無機材料較佳為玻璃、石英、氧化銦錫(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、類鉆石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該多層材料薄膜可為上述材料的組合。
根據(jù)上述構(gòu)想，該惰性氣體的含量較佳是大于或等于氫氣的含量。
根據(jù)上述構(gòu)想，該惰性氣體的含量較佳是氬氣。
根據(jù)上述構(gòu)想，該方法是借由一陽極層粒子束源裝置提供該混合等離子體。
本發(fā)明的又一方面提供一種制作配向?qū)拥姆椒?，該方法包含提供一基板；形成一薄膜于該基板上；以及以一等離子體束轟擊該薄膜，以同步配向且鈍化該薄膜，形成該配向?qū)?，其中該等離子體束包含氬氣與氫氣。
根據(jù)上述構(gòu)想，該薄膜為有機材料、與無機材料與多層材料薄膜其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該有機材料較佳為聚酰亞胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸鹽(polyvinylcinnamate；PVNC)與聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該無機材料較佳為玻璃、石英、氧化銦錫(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、類鉆石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，該多層材料薄膜可為上述材料的組合。
根據(jù)上述構(gòu)想，是借由一陽極層粒子束源裝置提供該等離子體束。


圖1是根據(jù)本發(fā)明，說明一種穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ā?br> 圖2是根據(jù)本發(fā)明，說明不同的氬氣與氫氣混合比例，所得液晶分子與配向?qū)又g的預傾角(pretilt angle)與時間的關(guān)系圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，說明穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ā?br> 圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，說明該液晶盒的預傾角穩(wěn)定性。
圖5A與圖5B是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，說明一種用于液晶顯示器的液晶盒的制作方法。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，用以說明一種制作液晶配向?qū)拥姆椒ā?br> 具體實施例方式
本發(fā)明所提供穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒?，將可由以下的實施例說明而得到充分了解，并使得熟習本技術(shù)的人士可以據(jù)以完成的，然而本發(fā)明的實施型態(tài)并不限制于下列實施例中。
請參閱圖1，本發(fā)明提供一種穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ǎ渲性撘壕湎驅(qū)舆m用于一液晶顯示器中，該方法包含提供一基板11，接著形成一薄膜12于該基板11上，以及將該薄膜12在一真空腔室中暴露于混合惰性氣體與含氫氣體的環(huán)境中，并借由一陽極層粒子束源裝置而產(chǎn)生該惰性氣體與含氫氣體的混合等離子體，進行配向與鈍化作用，以形成一鈍化的液晶配向?qū)?2′。根據(jù)本發(fā)明，薄膜12可為有機材料、無機材料與多層膜材料，其中該有機材料為聚酰亞胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸鹽(polyvinylcinnamate；PVNC)或是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)，而該無機材料為玻璃、石英、氧化銦錫(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、類鉆石碳膜(diamond-likecarbon；DLC)或是非晶硅(amorphous silicon)，而該多層膜材料可為上述材料的組合。根據(jù)本發(fā)明，該惰性氣體可以是氬氣或是其他惰性氣體；該含氫氣體可以是氫氣、甲烷、乙烷或是其他烷類氣體。本發(fā)明還提出該惰性氣體與含氫氣體的混合等離子體是包含氬與氫氣的混合等離子體，用以轟擊配向?qū)?，進而得到同時完成配向與鈍化作用的配向?qū)印?br> 以氬氣與氫氣的組合為例，在真空腔室中混合不同比例的氬氣與氫氣，并借由一陽極層粒子束源裝置而產(chǎn)生混合氬氣與氫氣的等離子體束，對薄膜進行配向與鈍化作用的實驗后，本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)不同的氬氣與氫氣混合比例，皆可使得受到配向與鈍化后的配向?qū)?，具有較長時間穩(wěn)定的預傾角(pretilt angle)，其中所提供混合氬氣與氫氣的環(huán)境中，氬氣的含量較佳是大于或等于氫氣的含量(如圖2所示)。
再者，經(jīng)本發(fā)明發(fā)明人悉心試驗后得知含有惰性氣體與氫氣的等離子體束，其轟擊配向?qū)拥臈l件可為(1)等離子體束與基板之間的距離范圍可為2公分至30公分；(2)等離子體束的入射角度范圍為20°至80°；(3)等離子體束的能量范圍為200eV至800eV；以及(4)等離子體束的轟擊時間范圍為數(shù)秒至30分鐘。
請參閱圖3，其是用以說明本發(fā)明的第一實施例。如圖3中所示，本發(fā)明提供一玻璃基板31，在該玻璃基板31上覆蓋一聚酰亞胺(polyimide)層32，而后將載有該聚酰亞胺(polyimide)層32的該玻璃基板31置于一真空腔室33中，在該腔室33中通入氬氣與氫氣，接著借由陽極層粒子束源裝置34而提供含有氬氣與氫氣的混合等離子體束，以轟擊該聚酰亞胺(polyimide)層32，進而同時對該聚酰亞胺(polyimide)層32進行配向(alignment)與鈍化(passivation)作用，其中該腔室33的操作壓力(operation pressure)為2×10-5陶爾(Torr)。在此實施例中，該腔室33中所通入的氬氣與氫氣的含量比例為1∶1，且用以轟擊該聚酰亞胺(polyimide)層32的等離子體束條件如下入射角為70°、電流密度為7微安培/平方公分、等離子體束能量為600eV，以及轟擊時間為5分鐘。
將經(jīng)由上述第一實施例所配向與鈍化的兩片配向?qū)?，用于液晶?liquidcrystal cell)的制備，當該兩配向?qū)酉嗑?0微米，且在該兩配向?qū)又凶⑷胍壕Ш?，可得到具有高品質(zhì)液晶配向的液晶盒，并在檢測后得知其中液晶分子與配向?qū)颖砻娴念A傾角(pretilt angle)可達4.1度。進一步檢測此液晶盒的預傾角穩(wěn)定性，其結(jié)果如圖4所示，相較于僅以氬氣等離子體轟擊的配向?qū)?以·表示)，本發(fā)明所提供以氬氣與氫氣的混合等離子體束所轟擊的配向?qū)?以■表示)具有較大的預傾角，且其預傾角具有長時間的穩(wěn)定效果。
在上述的第一實施例中，等離子體束包含氬離子、加速的氬原子、氫原子以及未加速的氬原子與氫原子。由于氬氣等離子體中的氬離子與氬原子可對該聚酰亞胺(polyimide)層32進行配向作用，而同時氫氣等離子體可將等離子體束配向過程中所形成斷裂的化學鍵中和反應(yīng)，故能鈍化聚酰亞胺(polyimide)層32，達到同時配向與鈍化配向?qū)拥男Ч⑶矣捎跉錃獾入x子體對于配向?qū)拥拟g化作用，可使得處理后的配向?qū)幽艹掷m(xù)保有一定的預傾角(pretilt angle)，亦即可強化液晶于配向?qū)由系腻^定能(anchoring energy)，使處理過后的配向?qū)硬灰鬃冑|(zhì)，達到配向?qū)泳唛L時間穩(wěn)定的效果。
請參閱圖5A與圖5B，其是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，說明一種用于液晶顯示器的液晶盒的制作方法。如圖5A和5B中所示，在一真空腔室50中，提供一第一基板51與一第二基板52，在該第一基板51上形成一第一電極53與一第一薄膜54，在該第二基板52上形成至少兩個第二電極55與一第二薄膜56，而后在該腔室50中通入氬氣與氫氣，接著借由陽極層粒子束源裝置(未顯示于圖中)而提供氬氣與氫氣的混合等離子體束，以轟擊該第一薄膜54與第二薄膜56，進而同時對該第一薄膜54與第二薄膜56進行配向(alignment)與鈍化(passivation)作用，而后抽出氬氣與氫氣，并注入液晶層57，經(jīng)由封膠之后即得該液晶盒500。
請參閱圖6，其是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，用以說明一種制作液晶配向?qū)拥姆椒?。在一腔?0中，提供一基板61，接著在該基板61上形成一薄膜62，以及直接提供惰性氣體離子(例如氬氣)與氫氣的混合等離子體，用以將該薄膜62進行配向與鈍化。根據(jù)本發(fā)明，薄膜62可為有機材料、無機材料或多層膜材料，其中該有機材料為聚酰亞胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸鹽(polyvinylcinnamate；PVNC)或是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)，而該無機材料為玻璃、石英、氧化銦錫(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、類鉆石碳膜(diamond-like carbon；DLC)或是非晶硅(amorphous silicon)，而該多層膜材料可為上述材料的組合。
綜上所述，本發(fā)明借由同時提供惰性氣體與氫氣的混合等離子體，而在同一步驟中對液晶配向?qū)舆M行配向與鈍化作用，不但可強化液晶于配向?qū)由系腻^定能(anchoring energy)、延長液晶分子與配向?qū)又g預傾角的穩(wěn)定時間，更可達到制程設(shè)備簡單、制程時間短以及成本低的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ǎ渲性撘壕湎驅(qū)邮怯糜谝灰壕э@示器中，該方法包含提供一基板；形成一薄膜于該基板上；以及將該薄膜暴露于一惰性氣體與含氫氣體的混合等離子體中，以同步將該薄膜配向與鈍化，形成一鈍化的液晶配向?qū)印?br> 2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該薄膜為有機材料、無機材料與多層材料薄膜其特征在于之一。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該有機材料為聚醯亞胺(polyimide)、聚乙烯肉桂酸鹽(polyvinylcinnamate；PVNC)與聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)其特征在于之一。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該無機材料為玻璃、石英、氧化銦錫(ITO)、硅、氧化硅(SiO2、SiOx)、類鉆石碳膜(diamond-like carbon；DLC)以及非晶硅(amorphous silicon)其特征在于之一。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該惰性氣體的含量是大于或等于該含氫氣體的含量。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該混合等離子體是藉由一陽極層粒子束源裝置提供。
7.一種制作液晶盒(cell)的方法，其特征在于該液晶盒是用于一液晶顯示器中，該方法包含提供一第一電極與一第二電極；分別形成一第一薄膜與一第二薄膜于該第一電極與該第二電極上；將該第一薄膜與該第二薄膜暴露于一惰性氣體與含氫氣體的混合等離子體中，以同步配向且鈍化該第一薄膜與該第二薄膜，形成鈍化的第一配向?qū)优c第二配向?qū)?；以及提供一液晶層，其是位于該第一配向?qū)优c該第二配向?qū)又g。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該第一薄膜與該第二薄膜為有機材料、無機材料與多層材料薄膜其特征在于之一。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該有機材料為聚酰亞胺、聚乙烯肉桂酸鹽與聚甲基丙烯酸甲酯其中之一。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該無機材料為玻璃、石英、氧化銦錫、硅、氧化硅、類鉆石碳膜以及非晶硅其中之一。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該惰性氣體的含量是大于或等于該氫氣的含量。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該混合等離子體是借由一陽極層粒子束源裝置提供。
全文摘要
本發(fā)明提供一種穩(wěn)定液晶配向?qū)拥姆椒ǎ渲性撘壕湎驅(qū)邮怯糜谝灰壕э@示器中。本發(fā)明的方法包含提供一基板；形成一薄膜于該基板上；以及將該薄膜暴露于含有惰性氣體與含氫氣體的混合等離子體中，以同步配向且鈍化該薄膜，形成一鈍化的液晶配向?qū)印?br> 文檔編號G02F1/133GK1804704SQ20051000419
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者劉品均, 李政道, 李金揚, 熊明德, 歐雷格, 安德烈, 陸斯蘭 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院