[发明专利]液晶显示器取向层及其制作方法

说明书

本发明涉及一种液晶显示器取向层(LCD Aligner)及其制作方法，以大大减少制作LCD取向层所需的制作步骤，以降低制作成本，本发明的制作方法简易，关键是利用石版印刷(Lithography)术及深蚀刻(Etchback)方法制造。

目前在平面显示器技术开发中，包括有场发射显示器(FED；Field Emission Display)、等离子显示器(PDP；Plasma Display)及液晶显示器(LCD；LiquidCrystal Display)等，其中又以LCD技术较为成熟，由LCD应用的产品及市场销售值，每年均以倍数成长，可看出其重要性，其中薄膜晶体式液晶显示器(TFT LCD；Thin Film Transistor Liquid CrystalDisplay)的色彩及质量足以和阴极射线管(CRT；Cathode Ray Tube)竞争，但LCD受限于视角宽度不够，如今仍然无法取代大部分CRT的产品，CRT产品的主要缺点为体积大、重量重等。

传统TET LCD产品是利用液晶分子旋转模态(TN mode；Twist Nematic mode)的排列特性，以加电压等方式来控制液晶分子的排列，进而控制光线是否通过在显示器内的液晶，而表现出LCD画面的明暗度，其工作原理说明如下：首先，请参考图1(a)所示，当上下电极板之间不外加偏压时，光源射入的光线A经过偏光片B后，则和偏光片B的偏极方向平行的光线会通过，通过偏光片B的光线，将会随着旋转排列液晶分子C其相位角旋转九十度，如此恰能通过与偏光片B的相位差九十度的偏光片D，使LCD屏幕产生明亮的画面。

请参考图1(b)所示，当上下电极之间加有偏压时，液晶分子C的光轴会朝同一方向排列，失去旋光作用，故入射光线A经由偏光片B后，无法穿过与偏光片B的相位差九十度的偏光片D，而使得LCD屏幕产生暗黑的画面。

具有旋转模态的液晶分子C所以在上下电极板间旋转九十度，主要是受限于电极板上的取向层的线条，该上下取向层上的线条方向互成九十度，所以部分镶入上下取向层线条内的液晶分子会呈现旋转九十度的排列，由此可知，取向层的结构在液晶显示器的工作原理中起着重要的作用。

传统制作液晶显示器取向层方法，是利用真空蒸镀方法在基板E上沉积取向层F或利用滚轮(roller)及旋转(spin)等方法，在基板E上布上一层取向层F(该取向层的材料一般是聚酰胺(polyimide)，请阅图1(a)所示，之后，再利用刷磨法(Rubbing method)以毛布或光栅的光学取向等方式，对取向层取向，即制定取向层的线条G(请参考图2(b)，图中箭号方向表示刷磨方向)。其中，如果液晶显示器的取向层F未加以分割(请参考图3(a)所示)，则观察者由不同位置(即，不同视角)A₁、A₂和A₃所量测到的光线穿透率并不相同(如图3(b)所示)；此外，请参考图3(c)所示，(水平轴表示不同的视角范围，垂直轴表示光线穿透LCD的色泽对比度，同一条虚线代表该LCD明暗对比度等位曲线(例如：明亮度定为16/16，较暗定为313/16，更暗定为1/16等等)，实线代表不同视角范围的清晰度)，说明了观察者在不同视角范围内所观看的LCD屏幕的明暗对比度和清晰度均不相同，该图亦说明了视角不对称且视角宽度不够等问题。因此，针对以上LCD缺点，有人提出利用双区域(TD；Twp domain)或多区域旋转模态的液晶分子(如图4(a)所示，分为区域H和区域I)用来改善LCD的视角范围，用此取向层结构制造出的LCD，在视角方面确实大大得到改善(如图4(b)所示。但由于上下两基板利用刷磨法制作多区域分割取向层，需要至少三道以上的刷磨步骤，如此繁复的步骤会增加制作成本及工时(如图4(c)所示，箭号方向代表刷磨方向，基板E，取向层F，光致抗蚀剂J，取向层线条G)。此外，传统方法是以相位差补偿膜来解决彩色多频光源(如白光)所发出频谱不同的光线，而造成不同频谱光(例如：红、蓝和绿等光线)一同入射后，沿着液晶旋转角度会不一致，使得落在同一点屏幕上的各频谱光的强度不同的问题。请参考图5(a)所示，其为加有一层或两层相位差补偿膜(retardation film)的LCD的分解示意图(该LCD示意图，包括：偏光片B、相位差补偿膜K及取向层F等等，其中相位差补偿膜K，可单用一层K₁或两层K₂一起用)，其中应用相位差补偿膜可将不同频率的光旋转角度加以补偿，以改善色泽对比度，同时也能使液晶显示器视角更宽广，如图5(b)所示。