发明名称 液晶配向膜及其制造方法、及使用该液晶配向膜之液晶显示装置及其制造方法
摘要 提供一种液晶配向膜之制造方法,藉由光照射以形成液晶配向膜,即可不须经研光处理而高效率地制作出均一且薄之使用于液晶显示面板之液晶配向膜,并提供一种使用该液晶配向膜之液晶显示板面及其制造方法。在形成有透明电极之玻璃基板1的表面,涂布厚0.1~0.2μm之能量射束感应性树脂(例如感光性树脂)之以酚醛树脂为主成分之配合有二叠氮奈崑系感光剂之正光阻剂,经乾燥后形成感光性膜。接着使用光罩并在紫外线(365nm)下曝光,在曝光部2’,空气中的水分将与光阻剂反应而产生-COOH基。此时CH3(CH2)18SiC13将进行脱盐酸反应,而形成含碳链8之化学吸付单分子膜6,藉此以得出液晶配向膜。
申请公布号 TW515926 申请公布日期 2003.01.01
申请号 TW086109496 申请日期 1997.07.05
申请人 松下电器产业股份有限公司 发明人 小川一文
分类号 G02F1/1337 主分类号 G02F1/1337
代理机构 代理人 林镒珠 台北市长安东路二段一一二号九楼
主权项 1.一种液晶配向膜,系将具有直链状的碳链及矽之矽烷系界面活性剂,经由基板表面上之照射能量射束会产生包含活性氢的官能基之能量射束感应性树脂膜,进行化学吸附以形成被膜,且前述直链状之碳链系朝特定的方向配向。2.如申请专利范围第1项之液晶配向膜,其中前述界面活性剂所构成之被膜,系以条纹状的形状并透过与前述基板表面之共轭结合而固定在能量射束感应性之树脂膜上。3.如申请专利范围第2项之液晶配向膜,其中前述经固定之界面活性剂所构成的被膜,系透过具有矽氧烷结合之被膜而固定在能量射束感应性的树脂膜。4.如申请专利范围第1或第2或第3项之液晶配向膜,其中矽烷系界面活性剂,系使用含直链状烃基与氯甲矽烷基之氯矽烷系界面活性剂。5.如申请专利范围第4项之液晶配向膜,其中氯矽烷系界面活性剂之直链状烃基的部分氢,至少为经氟原子取代者。6.如申请专利范围第4项之液晶配向膜,其中含直链状烃基与氯甲矽烷基之氯矽烷系界面活性剂,系将复数种分子长度不同的氯矽烷系界面活性剂混合使用之。7.一种液晶配向膜,是在形成有所要的电极之基板表面上所形成之单分子状被膜,其特征在于:构成前述被膜的分子,经共价结合固定于基板上后,用有机溶剂洗净前述分子再将基板朝所要的方向立起,藉由液体之切过以形成所要的倾斜,藉以朝特定的方向配向并以一端结合固定于前述基板表面。8.如申请专利范围第7项之液晶配向膜,其中构成被膜之分子系含碳链或矽氧烷结合链。9.如申请专利范围第8项之液晶配向膜,其中碳链中部分的碳系具有光学活性。10.如申请专利范围第7或第8或第9项之液晶配向膜,其中构成被膜的分子之两端系含有Si。11.如申请专利范围第7或第8或第9项之液晶配向膜,其中构成被膜之分子,系将复数种分子长不同的化学吸附分子混合以形成出,且经固定之被膜形成有分子程度的凹凸。12.一种液晶配向膜,是在形成有所要的电极之基板表面上所形成之单分子状被膜,其特征在于:构成前述被膜的分子系含碳链或矽氧烷结合链,前述碳链或矽氧烷结合链的至少一部分含有至少1个可控制被膜的表面能之官能基,且被膜的临界表面能被控制成15mN/m~56mN/m间之所要的値。13.如申请专利范围第12项之液晶配向膜,其中构成被膜之分子,系将复数种临界表面能不同的矽系界面活性剂混合使用之,以将所固定的被膜控制成所要的临界表面能値。14.如申请专利范围第12或第13项之液晶配向膜,其中用以控制表面能之官能基系使用:择自由三氟化碳基(-CF3)、甲基(-CH3)、乙烯基(-CH=CH2)、乙炔基(碳-碳之3键结合)、苯基(-C6H5)、芳基(-C6H4-)、卤素原子、烷氧基(-OR,R代表烷基,以碳数1~3之烷基为较佳。)、氰基(-CN)、胺基(-NH2)、羟基(-OH)、羰基(=CO)、酯基(-COO-)及羧基(-COOH)所构成群中之至少1个有机基。15.如申请专利范围第12或第13项之液晶配向膜,其中构成被膜之分子的末端系含有Si。16.一种液晶配向膜,系将具有能量射束感应性基及热反应性基之在可见光域呈透明的树脂膜,直接或透过任意的薄膜以间接地在电极上形成之,且至少使得能量射束感应性基进行交联反应。17.如申请专利范围第16项之液晶配向膜,其中在树脂膜中,系使用能量射束感应性基及热反应性基作为侧链基而导入之。18.如申请专利范围第16项之液晶配向膜,其中在树脂摸中,系使用能量射束感应性基及热反应性基及烃基作为侧链基而导入之。19.如申请专利范围第16项之液晶配向膜,其中树脂膜的表面系形成有条纹状的凹凸。20.如申请专利范围第16~19项中任一项之液晶配向膜,系热反应性基进行交联反应。21.如申请专利范围第16项之液晶配向膜,其中树脂膜系使用下述式(化1)所代表的物质。22.一种液晶配向膜之制造方法,系具备:涂布形成步骤,在形成有电极之既定的基板表面,直接或透过任意的薄膜以间接地,藉由能量射束以涂布并形成用以产生含活性氢的官能基之能量射束感应性树脂膜;照射步骤,以任意的图案对前述树脂膜的表面照射能量射束;配向固定步骤,令前述照射后的树脂膜接触含有矽烷系界面活性剂(具有直链状的碳链及Si基)之化学吸附液后,藉由不致溶解前述树脂膜之溶剂以实施洗净,以选择性的在前述照射后的部分形成1层前述界面活性剂所构成的单分子膜,且对前述界面活性剂分子中的直链状碳链施加配向固定。23.如申请专利范围第22项之液晶配向膜之制造方法,其中能量射束系择自电子束、X射线、或波长100nm~1m之光所构成群中之至少1者。24.如申请专利范围第23项之液晶配向膜之制造方法,其中化学吸附液,系含有氯矽烷系之界面活性剂(至少含直链状碳链与氯甲矽烷基),且含有不致破坏能量射束感应性树脂膜之溶剂。25.如申请专利范围第23或第24项之液晶配向膜之制造方法,其中能量射束为择自紫外线、可见光及红外线所构成群中之任一者,且能量射束感应性的树脂膜为感光性树脂膜。26.如申请专利范围第25项之液晶配向膜之制造方法,其中感光性树脂膜,系含有择自式(化2)基、(化3)基及(化4)基所构成群中之至少1有机基之聚合物膜或单体膜。27.如申请专利范围第22或第23或第24项之液晶配向膜之制造方法,系使用含氟化碳基之溶媒作为非水系溶媒。28.一种单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,系具备:结合固定步骤,令形成有电极之基板接触化学吸附液,令前述吸附液中之界面活性剂分子与基板表面进行化学反应,以使得前述界面活性剂分子之一端结合固定在基板表面;配向步骤,经有机溶剂洗净后,再将基板朝所要的方向立起并进行液体切过,以将前述固定后之分子配向成朝液体切过之方向。29.如申请专利范围第28项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,该固定后的分子经配向后,系使用透过偏光板以朝所要的方向偏光之光实施曝光,以使得前述界面活性剂分子之方向在具有所要的倾斜之状态下朝向特定的方向。30.如申请专利范围第28或第29项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中界面活性剂,系使用含直链状烃基或矽氧烷结合链与氯甲矽烷基、或烷氧甲矽烷基或异氰酸甲矽烷基之矽烷系界面活性剂。31.如申请专利范围第30项所述之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中含直链状烃基或矽氧烷结合链与氯甲矽烷基、或烷氧甲矽烷基或异氰酸甲矽烷基之矽烷系界面活性剂,系将复数种分子长不同的矽烷系界面活性剂混合使用之。32.如申请专利范围第30项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中烃基中的部分碳系具有光学活性。33.如申请专利范围第30项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中烃基或矽氧烷结合链的末端系含有卤素原子或甲基(-CH3)、苯基(-C6H5)、氰基(-CN)、羟基(-OH)、羧基(-COOH)、胺基(-NH2)、或三氟化碳基(-CF3)。34.如申请专利范围第29项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中曝光所用之光,系择自波长436nm、405nm、365nm、254nm及248nm所构成群中之至少1光线。35.如申请专利范围第30项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中界面活性剂,系使用含直链状烃基、或矽氧烷结合链与氯甲矽烷基、或异氰酸甲矽烷基之矽烷系界面活性剂,洗净用有机溶媒系使用不含水之非水系有机溶媒。36.如申请专利范围第35项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中非水系之有机溶媒,系使用含烷基、氟化碳基、或氯化碳基、或矽氧烷基之溶媒。37.如申请专利范围第28或第29项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中在界面活性剂分子藉由一端以进行固定之步骤前,系形成含有多数SiO基之被膜,透过此膜以形成单分子状的被膜。38.一种单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,系具备:结合固定步骤,令形成有电极的基板接触由矽烷系界面活性剂(含有碳链或矽氧烷结合链,且前述碳链或矽氧烷结合链中的一部分包含至少1个可控制被膜表面能之官能基)所制作出之化学吸附液,而令前述吸附液中之界面活性剂分子与基板表面进行化学反应,以使得前述界面活性剂分子藉由一端而结合固定在基板表面。39.如申请专利范围第38项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中界面活性剂,系使用含直链状碳链、或矽氧烷结合链与氯甲矽烷基、或烷氧甲矽烷基、或异氰酸甲矽烷基之矽烷系界面活性剂。40.如申请专利范围第38或第39项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中界面活性剂,系将临界表面能不同之复数种矽系界面活性剂混合使用之。41.如申请专利范围第38或第39项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中碳链或矽氧烷结合链的末端、或主链内、或侧链上,系结合上择自由三氟化碳基(-CF3)、甲基(-CH3)、乙烯基(-CH=CH2)、烯丙基(-CH=CH-)、乙炔基(碳-碳之3键结合)、苯基(-C6H5)、芳基(-C6H4-)、卤素原子,烷氧基(-OR,R代表烷基,以碳数1~3之烷基为较佳。)、氰基(-CN)、胺基(-NH2)、羟基(-OH)、羰基(=CO)、酯基(-COO-)及羧基(-COOH)所构成群中之至少1个有机基。42.如申请专利范围第38或第39项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中在界面活性剂分子藉由一端以结合固定在基板表面后,进行配向步骤,在使用有机溶剂洗净后,再将基板朝所要的方向立起并进行液体切过,以将前述固定后之分子配向成朝液体切过之方向。43.如申请专利范围第42项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中在进行分子配向之步骤后,透过偏光膜以实施曝光,以使得前述配向后的分子朝所要的方向再配向。44.如申请专利范围第42项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中界面活性剂,系使用含直链状烃基、或矽氧烷结合链与氯甲矽烷基、或异氰酸甲矽烷基之矽烷系界面活性剂,洗净用有机溶媒系使用不含水之非水系有机溶媒。45.如申请专利范围第44项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中非水系之有机溶媒,系使用含烷基、氟化碳基、或氯化碳基、或矽氧烷基之溶媒。46.如申请专利范围第38或第39项之单分子膜状的液晶配向膜之制造方法,其中在界面活性剂分子藉由一端以进行固定之步骤前,实施用以形成含SiO基的被膜之步骤,而透过此膜以形成单分子膜状的被膜。47.一种液晶配向膜之制造方法,系具备:涂布形成步骤,在形成有电极之既定的基板表面,直接或透过任意的薄膜而间接地,涂布并形成具有能量射束感应性基及热反应性基之在可见光域呈透明之树脂膜;反应交联步骤,至少透过任意的光罩以对树脂膜照射能量射束,而使得能量射束感应性基产生反应并交联之。48.如申请专利范围第47项之液晶配向膜之制造方法,其中在对能量射束感应性基实施反应交联的步骤之前或后,系付加藉由加热以对热反应性基实施反应交联之步骤。49.如申请专利范围第47或第48项之液晶配向膜之制造方法,其中能量射束感应性基为感光性基,透过光罩以照射紫外光而令树脂膜内的感光性基反应,而使得主链间进行交联反应,同时对侧链基实施配向固定。50.如申请专利范围第47或第48项之液晶配向膜之制造方法,系使用偏光膜或绕射光栅作为光罩以进行曝光。51.如申请专利范围第47或第48项之液晶配向膜之制造方法,在曝光时,系曝光到树脂膜的表面可形成凹凸之程度。52.一种液晶显示装置,系在一对基板的表面形成电极,并在该电极的表面形成配向膜,而透过前述配向膜以将液晶夹在前述2互相对向的电极间;其特征在于:前述至少1配向膜系,将具有直链状碳链之矽烷系界面活性剂,透过能量射束感应性被膜(藉由照射能量射束以产生含活性氢之官能基)而进行化学吸附以形成出,且前述直链状的碳链系配向成朝既定的方向。53.一种液晶显示装置,系使用由具有直链状碳链或矽氧烷结合链之矽烷系界面活性剂所构成之单分子状的被膜以作为液晶用的配向膜,且用以构成前述被膜之分子具有所要的倾斜且朝向特定的方向、并藉由一端以结合固定在基板表面;前述被膜系,直接或透过其他的被膜以间接地,而形成在至少1基板(在2基板表面形成2对向电极)的电极侧表面,而透过前述配向膜以将液晶夹在前述2互相对向的电极间。54.如申请专利范围第53项之液晶显示装置,其中在形成有2对向电极之2基板表面上,分别形成前述作为配向膜之被膜。55.如申请专利范围第53或第54项之液晶显示装置,其中基板表面的被膜系含有复数个图案的配向方向不同的部分。56.如申请专利范围第53项之液晶显示装置,其中系在一基板表面形成有相对向之电极。57.一种液晶显示装置,系使用含碳链或矽氧烷结合链的分子所构成之被膜以作为液晶用配向膜,且前述碳链或矽氧烷结合链之至少部分系含有可控制被膜表面能之至少1官能基;前述被膜系,直接或透过其他的被膜以间接地,而形成在至少1基板(在2基板表面形成有2对向电极)的电极侧表面,而透过前述配向膜以将液晶夹在前述2互相对问的电极间。58.如申请专利范围第57项之液晶显示装置,其中在形成有2对向电极之2基板表面上,分别形成前述作为配向膜之被膜。59.如申请专利范围第57或第58项之液晶显示装置,其中基板表面的被膜系由复数个图案的配向方向不同的部分所构成。60.如申请专利范围第57项之液晶显示装置,其中系在一基板表面形成有相对向之电极。61.一种液晶显示装置,系在2对向电极之至少一电极上形成液晶配向膜,该液晶配向膜系将具有能量射束感应性基及热反应性基之在可见光域呈透明的树脂膜,直接或透过任意的薄膜以间接地在电极上形成之,且至少使得能量射束感应性基进行交联反应者;藉此以形成透过树脂膜而将液晶夹在2对向电极间之构造。62.一种液晶显示装置之制造方法,系具备:涂布步骤,首先在具有被载置成矩阵状的第1电极群之第1基板上,直接或间接地透过任意的薄膜,以涂布可藉由能量射束而形成含活性氢的官能基之能量射束感应性树脂膜;照射步骤,在任意的图案下以能量射束照射前述树脂膜的表面;配向固定步骤,令前述经照射后之付树脂膜的基板接触含矽烷系界面活性剂(具备直链状的碳链及矽)之化学吸附液后,使用不致溶解前述树脂膜之溶剂施加洗净,以在前述被照射的部分选择性地形成1层前述界面活性剂所构成的单分子膜,并对前述直链状的碳链实施配向固定;接着固定步骤,将前述具有第1电极群之第1基板与具有第2电极、或第2电极群之第2基板,在第1电极与第2电极定位成互相对向且保持既定间隙之状态下进行接着固定;及注入步骤,将既定的液晶注入前述第1与第2基板间。63.一种液晶显示装置的制造方法,系具备:结合固定步骤,首先在具有被载置成矩阵状的第1电极群之第1基板上,直接或间接地透过任意的薄膜后,令其接触化学吸附液以让前述吸附液中之界面活性剂分子与基板表面产生化学反应,而使得前述界面活性剂分子之一端结合固定在基板表面;配向步骤1,经有机溶剂洗净后,再将基板朝所要的方向立起,而藉由液体之切过以将前述被固定的分子朝液体切过的方向配向;配向步骤2,使用透过偏光板以朝所要的方向偏光之光实施曝光,以使得前述界面活性剂分子之方向在具有所要的倾斜之状态下朝向特定的方向;接着固定步骤,将前述具有第1电极群之第1基板与第2基板、或具有第2电极或第2电极群之第2基板,在电极面向内侧且基板间保持既定间隙之状态下进行接着固定;及注入步骤,将既定的液晶注入前述第1与第2基板间。64.如申请专利范围第63项之液晶显示装置的制造方法,其中在使用透过偏光板以朝所要的方向偏光之光实施曝光,以使得前述界面活性剂分子之方向在具有所要的倾斜之状态下朝向特定的方向之配向步骤2中,系将图案状的光罩重叠在前述偏光板上以实施曝光,并进行复数次之该曝光,以在同一面内之配向膜内设置复数个图案状的配向方向不同的部分。65.一种液晶显示装置之制造方法、系具备:结合固定步骤,首先在具有被载置成矩阵状的第1电极群之第1基板上,直接或间接地透过任意的薄膜后,令其接触使用矽烷系界面活性剂(具备碳链或矽氧烷结合链,且前述碳链或矽氧烷结合链之至少一部分系包含至少1个可控制被膜的表面能之官能基)所制作出之化学吸附液,以让前述吸附液中之界面活性剂分子与基板表面产生化学反应,而使得前述界面活性剂分子之一端结合固定在基板表面;配向步骤,经有机溶剂洗净后,将基板朝所要的方向立起并实施液体切过,以将前述被固定的分子朝液体切过的方向配向;接着固定步骤,将前述具有第1电极群之第1基板与第2基板、或具有第2电极或第2电极群之第2基板,在第1电极面向内侧且基板间保持既定间隙之状态下进行接着固定;及注入步骤,将既定的液晶注入前述第1与第2基板间。藉此方法,即可有效率地制造出液晶显示装置。66.如申请专利范围第65项之液晶显示装置的制造方法,其中在将被固定的分子施加配向之步骤后,系再进行下述步骤:使用透过偏光板以朝所要的方向偏光之光实施曝光,以使得前述界面活性剂分子之方向在具有所要的倾斜之状态下朝向特定的方向。67.如申请专利范围第66项之液晶显示装置的制造方法,其中在使用透过偏光板以朝所要的方向偏光之光实施曝光,以使得前述界面活性剂分子之方向在具有所要的倾斜之状态下朝向特定的方向之配向步骤2中,系将图案状的光罩重叠在前述偏光板上以实施曝光,并进行复数次之该曝光,以在同一面内之配向膜内设置复数个图案状的配向方向不同的部分。68.一种液晶显示装置的制造方法,系具备:涂布步骤,首先在具有被载置成矩阵状的第1电极群之第1基板上,直接或间接地透过任意的薄膜,以涂布具有能量射束感应基及热反应性基之在可见光域呈透明之树脂膜;反应交联步骤,至少透过任意的光罩以照射能量射束而令能量射束感应性基反应交联;接着固定步骤,将前述具有第1电极群之第1基板与具有第2电极、或第2电极群之第2基板,在第1电极与第2电极定位成互相对向之状态下进行接着固定;及注入步骤,将既定的液晶注入前述第1与第2基板间。图式简单说明:图1系用以说明本发明的实施例1中液晶配向膜制作的曝光步骤之剖面概念图。图2系将图1的A部分扩大至分子程度之概念图,系显示藉由曝光而形成于基板表面之-COOH基部分。图3系将图1的A部分扩大至分子程度之概念图,系显示形成有化学吸付膜之亲油性的表面部分。图4系显示使用本发明的实施例1所制作出之液晶配向膜而制作出的液晶格内之液晶的配向状态之剖面概念图。图5系用以说明本发明的实施例2中液晶配向膜制作的曝光步骤之剖面概念图。图6系将图5的B部分扩大至分子程度之概念图,系显示藉由曝光而形成于基板表面之-COOH基部分。图7系将图5的B部分扩大至分子程度之概念图,系显示形成有化学吸付膜之亲油性的表面部分。图8系本发明的实施例3中藉由第2次曝光以形成新的羧基的步骤之说明图。图9系用以说明本发明的实施例3中形成有矽氧烷单分子膜的状态之扩大至分子程度为止之剖面概念图。图10系用以说明本发明的实施例4中形成有矽氧烷单分子膜的状态之扩大至分子程度为止之剖面概念图。图11系用以说明本发明的实施例4中的液晶显示装置制造之剖面概念图。图12系用以说明本发明的实施例5中单分子膜状的液晶配向膜制作时所用的化学吸付步骤之剖面概念图。图13系用以说明本发明的实施例5中单分子膜状的液晶配向膜制作时所用的洗净步骤之剖面概念图。图14系用以说明本发明的实施例5中溶媒洗净后单分子膜状的液晶配向膜内的分子配向状态之扩大至分子程度之剖面概念图。图15系本发明的实施例6中用以使得藉由曝光而吸付的分子再配向之曝光步骤的概念图。图16系用以说明本发明的实施例6中光配向后单分子膜状的液晶配向膜内的分子配向状态之概念图。图17系用以说明本发明的实施例6中光配向后化学吸付单分子膜的分子配向状态之扩大至分子程度之剖面概念图。图18系用以说明本发明的实施例8中形成有氯矽烷单分子膜的状态(在与空气中的水分反应前)之扩大至分子程度为止的剖面概念图。图19系用以说明本发明的实施例8中形成有矽烷烷单分子膜的状态之扩大至分子程度为止的剖面概念图。图20系用以说明本发明的实施例9中液晶显示装置的制造之剖面概念图。图21系显示本发明的实施例11中在相对于拉出方向呈垂直方向进行FTIR测定所得之吸收峰。图22系显示本发明的实施例11中在相对于拉出方向呈平行方向进行FTIR测定所得之吸收峰。图23系用以说明本发明的实施例12中单分子膜状的液晶配向膜制作中所用之化学吸付步骤的剖面概念图。图24系用以说明本发明的实施例12中单分子膜状的液晶配向膜制作时所用的洗净步骤之剖面概念图。图25系用以说明本发明的实施例12中溶媒洗净后单分子膜状的液晶配向膜内的分子配向状态之扩大至分子程度之剖面概念图。图26系本发明的实施例12中用以使得藉由曝光而吸付的分子再配向之曝光步骤的概念图。图27系用以说明本发明的实施例12中光配向后单分子膜状的液晶配向膜内的分子配向状态之概念图。图28系用以说明本发明的实施例12中光配向后化学吸付单分子膜的分子配向状态之扩大至分子程度之剖面概念图。图29系用以说明本发明的实施例13中形成有氯矽烷单分子膜的状态(在与空气中的水分反应前)之扩大至分子程度为止的剖面概念图。图30系用以说明本发明的实施例13中形成有矽烷烷单分子膜的状态之扩大至分子程度为止的剖面概念图。图31系用以说明本发明的实施例14中液晶显示装置的制造之剖面概念图。图32系本发明的实施例18中液晶配向膜的制造步骤剖面图。图33系显示本发明的实施例18中液晶配向膜中的具有感光性及热硬化性的树脂之分光感度特性图。图34系本发明的实施例19中液晶显示装置的剖面图。
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