專利名稱：液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器(LCD)裝置領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種垂直配向(vertical aligned)液晶顯示器裝置以及一種制造該液晶顯示器裝置的方法。
背景技術(shù)：
由于低暗態(tài)(low dark state)和高對(duì)比度，在高分辨率和投影顯示器中，垂直配向(vertical alignment)很重要。通常的黑暗模式(black mode)可以使TFT顯示屏和硅基液晶微顯示屏具有更好的對(duì)比度和色彩性能。在此應(yīng)用中，襯底可以是，例如，涂有配向?qū)?alignment layer)且其后填充具有負(fù)介電各向異性的ITO玻璃或CMOS硅片。
有多種可達(dá)到垂直配向的方法，既有干式的方法又有濕式的方法，包括其中有聚酰亞胺溶液、SiOx、SixNy、氟化鈣、有機(jī)聚合物層的離子研磨。
濕式方法具有工藝成熟和周期較短等優(yōu)點(diǎn)。但是，所須的機(jī)械拋光過(guò)程會(huì)產(chǎn)生許多灰塵，這會(huì)大大影響最后產(chǎn)率。對(duì)于小象素尺寸顯示器來(lái)講，此影響是巨大的。對(duì)于聚酰亞胺來(lái)說(shuō)，可靠性也是個(gè)問(wèn)題較強(qiáng)和延長(zhǎng)的光強(qiáng)度將破壞此聚合物涂層的性能，使得亮度和顏色發(fā)生變化。
干式方法可以去掉拋光過(guò)程、并還可提供較好的光穩(wěn)定性。SiOx是產(chǎn)生垂直配向(homeotropic alignment)的最常用的方法。通過(guò)兩步角度氣相沉積過(guò)程(two-step angle vapor deposition)能制造傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)配向?qū)?，以便獲得預(yù)傾斜角度和均勻性。有如下兩個(gè)問(wèn)題對(duì)于入射角(incident angle)和厚度控制的敏感性。沉積角度或厚度的很小的變化會(huì)導(dǎo)致性能的變化，結(jié)果就是很難在大規(guī)模生產(chǎn)中使用該方法。而且，兩步沉積也是不具有成本效率。每次沉積的周期時(shí)間將大于一個(gè)小時(shí)，使得生產(chǎn)率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服這些缺點(diǎn)。
本發(fā)明提供一種液晶顯示器裝置，包括多個(gè)襯底、涂覆在所述襯底上的垂直配向膜、以及在相鄰襯底之間的向列型液晶混合體。
在本發(fā)明的LCD實(shí)施例中，提供了帶有單域或多域的全透型、反射型或透反射型的液晶顯示器，以及具有高光穩(wěn)定性(photostability)、高對(duì)比度和穩(wěn)定的初期傾斜角(pretilt angle)的垂直配向?qū)踊騼A斜的垂直配向?qū)印?br> 本發(fā)明顯示了一種簡(jiǎn)單且有成本效率的方法來(lái)制造配向?qū)?。在較短的周期時(shí)間內(nèi)用一步沉積產(chǎn)生理想的性能。
本發(fā)明提供了一種在ITO玻璃和硅片上制造具有相同的垂直配向性能的配向?qū)拥目尚蟹椒?。該ITO玻璃可以是用于TN/STNLCD顯示器的正常拋光的碳酸石灰(sodalime)玻璃，或用于反射模式的微顯示器的匹配多層(indexmatching multi-layer)ITO硼硅酸鹽玻璃。該硅片可以是裸露的拋光的反射晶片或CMOS Al鏡面處理的硅片。通過(guò)傾斜的等離子沉積方法，可以采用氟化氣體在襯底上沉積一層氟化類金剛石碳(F-DLC)層。
在本發(fā)明中，提供了具有相同的配向膜的垂直配向或傾斜的垂直配向液晶顯示器裝置。用于此薄膜沉積的沉積室具有一沉積源、以及一襯底，該襯底以一角度傾斜固定，使得分子的入射角相對(duì)于該襯底的法線形成一傾斜角。
該配向?qū)涌梢杂傻入x子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積或?yàn)R射沉積來(lái)形成。該襯底可以接地或浮置(grounded or floated)。在沉積過(guò)程中，連接到該襯底的外部電源提供了理想的偏壓(bias)。該偏壓的范圍可以是+1000V至-1000V，優(yōu)選是+300V至-300V。該氟化碳配向?qū)拥暮穸瓤梢詮拇蠹s5nm至2000nm。該薄膜還可以包括少于15％，優(yōu)選是少于5％的其他元素成分，例如Si、O、Ar、N、Ne、Kr、He、Al、Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Co、Mg、Ag、Pt、Ca、B、Cl、Br、I、In、Sn、Pb、Ta、Ti、V、Ba、Na、K、Li、Mn、Ga、Ge、Sb、P、S、Se等，或上述元素的混合。
該沉積可以是用工作氣體或氣體混合物來(lái)形成等離子體。該氣體可以是烴氣、氫氣、氟化烴氣、或上述氣體的混合物。該優(yōu)選氣體包括但不局限于CH4、C2H2、C2H4、C2H6、H2、HF、CFH3、CF2H2、CF3H、CF4、C2F6、C4H8等。
用于本發(fā)明的該真空室具有的真空度范圍是從100托(Torr)至1×106托。


下列附圖用于幫助理解在本發(fā)明中使用的設(shè)備和晶元結(jié)構(gòu)。下面將參考這些附圖詳細(xì)描述這些附圖，以更好地理解本發(fā)明的構(gòu)思。
圖1示出了帶有無(wú)機(jī)配向?qū)拥囊壕э@示器的晶元結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是沉積室示意圖，示出了各個(gè)零件的相對(duì)位置和排列；通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，以一傾斜角，將配向?qū)映练e在襯底上；圖3示出了全透垂直配向顯示器，其具有晶元間隙20μm，用于通過(guò)晶元旋轉(zhuǎn)方法進(jìn)行的初期傾斜測(cè)量。
圖4示出了使用Bertrand鏡頭(Bertrand lens)的顯微鏡下觀察的同消色線圖(isogyre diagram)，顯示了單軸結(jié)構(gòu)的干涉圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的傾斜(tilted)的垂直排列型液晶顯示器(homeotropic liquidcrystal)的基本的晶元結(jié)構(gòu)如圖1所示。其可以是帶有襯底1、7、導(dǎo)電電極2、6和配向?qū)?、5的全透式、反射式或透反射式(transflective)液晶顯示器。其填充具有負(fù)介電各向異性的液晶4。液晶的分子8與襯底的法線排列成一直線，以限定一傾斜的傾角9。
垂直排列型液晶顯示器的襯底1、7的厚度基本上在0.1至5mm范圍內(nèi)，優(yōu)選是0.2至3mm。該厚度可以不同，其取決于所使用的材料。為設(shè)計(jì)考慮，該襯底可以是多層結(jié)構(gòu)，例如，帶有金屬Al作為鏡面的CMOS硅片。
設(shè)置有導(dǎo)電電極2、6，其厚度范圍是10A至5000A，更優(yōu)選是100A至2000A。該電極的厚度可以不同，或者是多層，其取決于薄膜特性。
設(shè)置有用于液晶配向的無(wú)機(jī)配向膜3、5，其厚度基本上在50A至20000A的范圍內(nèi)，更優(yōu)選是100A至2000A。該配向?qū)拥暮穸瓤梢圆煌?，或者是多層，其取決于薄膜特性。
還設(shè)置有液晶4，其具有負(fù)介電各向異性。其由E.M.Merck公司提供，型號(hào)MLC-6608、MLC6609和MLC6610。還可以應(yīng)用由其他供應(yīng)商提供的其他合適的具有負(fù)介電各向異性的液晶。
對(duì)于具有與圖1相同結(jié)構(gòu)的具有傾斜的垂直配向的反射模式顯示器，襯底1、7在頂部上具有導(dǎo)電電極2、6。該無(wú)機(jī)配向膜3、5通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積以傾斜角度來(lái)沉積。液晶分子8以相對(duì)于襯底法線9限定的傾斜角在配向?qū)由吓帕谐芍本€(對(duì)準(zhǔn))。初期角度的一致性和大小可以被測(cè)量或顯示于顯示器的對(duì)比度。
高質(zhì)量的垂直排列型液晶顯示器必須在晶元上顯示一致的對(duì)比度。通過(guò)在交叉偏振光鏡下觀察開(kāi)/關(guān)性能，可以進(jìn)行直接觀察。在關(guān)的狀態(tài)下觀察，不應(yīng)該有任何顏色的變化。通過(guò)晶元旋轉(zhuǎn)方法和用同消色線圖檢測(cè)，可以測(cè)量該初期傾斜角。圖3示出了用于晶元旋轉(zhuǎn)方法的具有晶元間隙20μm的全透顯示器。該同消色線圖顯示了具有初期傾斜角的垂直配向特性。象素尺寸為12μm的反射模式的微顯示器也被形成，并顯示了良好的垂直配向。
在圖2中，顯示了薄膜沉積系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括帶有沉積源的真空室、一遮板(shutter)、以及一被處理的襯底。該襯底處于相對(duì)于該襯底法線的一傾斜角的位置。該配向?qū)涌梢杂傻入x子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積或?yàn)R射沉積來(lái)形成。該襯底可以接地或浮置。在沉積過(guò)程中，連接到該襯底的外部電源提供了理想的偏壓。該偏壓的范圍是+300V至-300V。對(duì)于本發(fā)明的發(fā)明者所做的試驗(yàn)，該氟化碳配向?qū)拥暮穸确秶菑拇蠹s100A至1000A。該沉積使用工作氣體或氣體混合物來(lái)形成等離子體。該氣體可以是烴氣、氫氣、氟化烴氣、或上述氣體的混合物。該優(yōu)選氣體包括但不局限于CH4、C2H2、C2H4、C2H6、H2、HF、CFH3、CF2H2、CF3H、CF4、C2F6、C4H8等。用于本發(fā)明的該真空室具有的真空范圍是從100托至1×106托。
因此，本發(fā)明提供了一種光穩(wěn)定的垂直配向或傾斜的垂直配向液晶顯示器。雖然本發(fā)明以幾個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)做各種改型。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器裝置，包括至少兩個(gè)襯底、一涂覆在所述襯底上的垂直配向膜、以及一在相鄰襯底之間的向列型液晶混合體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述垂直配向膜包括一傾斜的垂直配向膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述垂直配向膜包括一單個(gè)域、兩個(gè)域或四個(gè)域的垂直配向膜。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中該垂直配向膜包括一無(wú)定形氟化碳膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述氟化碳垂直配向膜包括氫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中所述氟化碳垂直配向膜包括少于15％，優(yōu)選是少于5％的其他元素的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)例如Si、O、Ar、N、Ne、Kr、He、Al、Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Co、Mg、Ag、Pt、Au、Ca、B、Cl、Br、I、In、Sn、Pb、Ta、Ti、V、Ba、Na、K、Li、Mn、Ga、Ge、Sb、P、S、Se等，或上述元素的混合。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述垂直配向膜的厚度在5nm至2000nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選10nm至100nm。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述垂直配向膜具有在可見(jiàn)光范圍內(nèi)大于50％的透明度，優(yōu)選大于75％。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述垂直配向膜可以是絕緣或?qū)щ姷模娮柘禂?shù)范圍是從1×102至1×1014Ωcm。
10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中該裝置被被動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其中該裝置被主動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)通過(guò)一薄膜晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)通過(guò)CMOS來(lái)實(shí)現(xiàn)。
14.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中每個(gè)所述襯底包括一電極，該電極具有一涂覆導(dǎo)電薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，包括在所述電極頂部上的一緩沖層，以減小裝置的泄漏電流，和/或改善光耦合和/或減小所述配向?qū)拥暮穸取?br> 16.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述垂直配向膜通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積來(lái)形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述垂直配向膜通過(guò)濺射沉積來(lái)形成。
18.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的液晶顯示器裝置的方法，其中所述垂直配向膜通過(guò)濺射沉積來(lái)形成。
19.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的液晶顯示器裝置的方法，其中所述垂直配向膜通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積來(lái)形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中在該垂直配向膜的沉積過(guò)程中，每個(gè)襯底被支撐在與該沉積源成一角度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中在該襯底的平面和沉積平面之間的角度介于±0°和±90°之間，優(yōu)選是介于±1°和±90°之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中在該襯底的平面和沉積平面之間的角度介于±0°和±89°之間，優(yōu)選是介于±1°和±89°之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積通過(guò)一裝置來(lái)執(zhí)行，該裝置包括一支撐一襯底的襯底支架、一用于通過(guò)一電源由工作氣體形成等離子體的等離子體裝置、以及一真空室。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述等離子體是一電容耦合DC和/或RF等離子體。
25.根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述等離子體是一感應(yīng)耦合RF等離子體。
26.根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述等離子體是一微波感應(yīng)等離子體或電子回旋共振微波等離子體。
27.根據(jù)權(quán)利要求23至26中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述工作氣體選自由烴氣、氫氣、氟化烴氣、或上述氣體的混合物所組成的組。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述工作氣體選自由C2H2、C2H4、C2H6、HF、CFH3、CF2H2、CF3H、CF4、C2F6、C4H8等組成的組。
29.根據(jù)權(quán)利要求18或20至22所述的方法，其中所述濺射沉積通過(guò)一裝置來(lái)執(zhí)行，該裝置包括一靶、一固定一襯底的襯底支架、一用于在該靶和該襯底支架之間形成等離子體的等離子體裝置、以及一真空室。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述靶包括石墨、PTFE以及主要包括碳元素的其他固體材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的方法，其中所述等離子體是一DC或RF等離子體。
32.根據(jù)權(quán)利要求29至31中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述工作氣體選自由AR、He、Kr、N2、烴氣、氫氣、氟化烴氣、或上述氣體的混合物所組成的組。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述工作氣體選自由CH4、C2H2、C2H4、C2H6、H2、HF、CFH3、CF2H2、CF3H、CF4、C2F6、C4H8組成的組。
34.根據(jù)權(quán)利要求23至33中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底支架是接地或浮置的。
35.根據(jù)權(quán)利要求23至34中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底支架在沉積過(guò)程中受偏壓，該偏壓的范圍是+1000V至-1000V，優(yōu)選是+300V至-300V。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述襯底偏壓是DC偏壓或具有任意波形的脈沖偏壓。
37.根據(jù)權(quán)利要求23至36中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底具有的溫度范圍是從室溫至600℃。
38.根據(jù)權(quán)利要求23至37中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底支架能被旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)或固定。
39.根據(jù)權(quán)利要求23至38中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述真空室具有的真空度范圍是從760托至1×10-6托，優(yōu)選從10托至1×10-5托。
40.一種液晶顯示器裝置，包括一對(duì)襯底；一垂直配向膜，其涂覆在所述襯底上并包括一無(wú)定形氟化碳薄膜；一具有一負(fù)介電各向異性的向列型液晶混合體，其通過(guò)所述垂直配向膜排列，而不使用垂直配向劑，其中所述無(wú)定形氟化碳薄膜是一至少包括元素F和C的固體薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液晶顯示器裝置，其包括至少兩個(gè)襯底、一涂覆在所述襯底上的垂直配向膜、以及一在相鄰襯底之間的向列型液晶混合體。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1580909SQ20041005751
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月12日
發(fā)明者高志·強(qiáng), 楊偉梁, 喬治·李 申請(qǐng)人:瓦智能Bvi有限公司, 特倫斯·萊斯莉·約翰遜