在液晶显示器的基板上形成排列层的方法

专利名称：在液晶显示器的基板上形成排列层的方法
技术领域：
本发明是有关于一种液晶显示器(LCD)，尤其有关于一种在基板上形成 有机排列层的方法及装置，以对多域垂直排歹U(multi-domain vertical alignment)
液晶显示器中的液晶分子排列。
背景技术：
液晶显示器(LCD)从最初用在如电子计算机和数字显示电子表的简单的 单色显示器变成主导显示器的科技，LCD目前取代了阴极射线管(CRT)而经 常使用在电脑显示器及电视显示器上，且在克服各种LCD缺点后的品质更 为改善，例如，有源式阵列显示器(利用薄膜晶体管)取代无源矩阵显示器以 改善分辨率、对比度、视角、反应时间，并且降低残影(ghosting)。
然而，常用LCD最主要的缺点就在于视角非常窄，而且对比度较低， 即使有源式矩阵的视角仍然远小于常用阴极射线管(CRT)显示器的视角，特 别是一个观看者如果直接在LCD前方可接收到高品质的图像，但如果在LCD 侧方则无法接收到高品质的图像。多域垂直排列液晶显示器(MVALCD)被用 来改善LCD的视角与对比度，但MVALCD的主要缺点则是制造成本较高。 请参看图1A与图1B所示，其表示多域垂直排列液晶显示器(MVALCD)IOO 的基本结构与像素功能，更清楚地说，图1A与图IB所示的MVA LCD100 可操作用以表示灰阶。
MVA LCD100具有第一偏光板105、第一基板110、第一电极120、第 一排列层125、液晶135和137、第二排列层140、第二电极145、第二基板 150、第二偏光板155以及突出物(protmsion)160，典型的排列层125、 140 是用一层聚亚酰胺(polyimide, PI)薄膜涂层所形成的，光源(图中未示)从设置 在第一基板110上的第一偏光板105射出，第一偏光板105的偏振性方向通 常是指第一方向，而第二偏光板155的偏振光是垂直于第一偏光板105，因 此，从光源射出的光无法穿透第一偏光板105以及第二偏光板155，除非光
的偏振性在第一偏光板105以及第二偏光板155之间旋转90度才行。在此
加以说明，图1中只有非常少的液晶被表示出来。在实际的显示器中，液晶
分子是像杆状结构，其宽度大约是5埃(angstroms)，而长度大约是20~25埃。 因此一个尺寸为100微米Oim)的宽度、300微米的长度以及3微米的高度的 像素中大概有超过1千万个液晶分子。
在图1A中，液晶135、 137是直立式排列，特别的是排列层125、 140 将液晶排列在所要的静止位置，使其呈直立式排列。在直立式的排列中，液 晶135、 137将不会旋转从灯源发射出来的光的偏振性，因此，第二偏光板 155遮蔽了在第一方向通过第一偏光板(105)偏振化的光，所以MVA LCD 100 的像素可提供一个在光学上完全黑色的状态，结果MVALCD IOO可在任何 颜色与任何基板间隙提供非常高的对比度。请参看图1B所示，当电压施加 在第一电极120与第二电极145之间时，则该液晶135、 137重新定位为呈 偏斜状态，特别的是通过突出物160使液晶135倾向至左边以形成第一区域， 而液晶137倾向至右边以形成第二区域。处于倾向位置的液晶将从第一偏光 板105透出的偏振光的偏振性旋转90度，使该光能继续穿透第二偏光板155。 倾斜的程度能控制光的偏振化的旋转，因此穿透LCD的光的量(如像素的亮 度)是取决于电场所施加的电压。而多个区域(例如液晶135与液晶137)的 产生就可增加MVA LCD的视角)。通常一个单一薄膜晶体管(TFT)用于各 个像素中，然而在彩色显示器中， 一个彩色像素被划分为三个颜色单元，且 每个颜色单元(通常是红、绿、蓝色)都各有一个独立的TFT。
MVALCD的主要缺点就是在制作LCD时的成本较高，虽然聚亚酰胺的 材料成本很低，但形成排列层125、 140的方法却非常耗费成本。再者，常 用的聚亚酰胺方法会产生灰尘以及颗粒状的污染物，因此需要昂贵的清洁设 备与花费。排列层制造成本的减少可以大量减少制造液晶荧幕的整体费用。 另外，常用的MVA排列层制造方法每次仅能加工单一一个基板，因此导致 非常低的产率。
另一种在MVA LCD制造排列层的常见方法为在高真空室中将如二氧化 硅(Silicon Dioxide, Si02)或一氧化硅(Silicon Monoxide, SiO)与硅氧化合物 (SiOx)的无机材料热蒸镀(thermal evaporation)在基板上。此方法可以制造 出一个稳定的直立式液晶排列层。然而该方法须在高真空室中进行，且仅可
实施在小基板(通常为小于io英寸)上，该制造出来的液晶排列层对于表面清 洁度及质地非常敏感，且与二氧化硅蒸镀的角度相关，只有一些蒸镀角度才 能制造出想要得到的液晶排列角度。再者，此方法每次亦仅能加工单一或是 非常少量的基板(一般而言不超过6个基板)，因此，此方法并不适合用于大 量的批次制造工艺，且不能用于超过10英寸的基板，而且此方法通常因为 表面的颗粒污染物而有高不合格率，除此之外，以一氧化硅形成的排列层具 有受潮湿的问题。
因此需要一个在MVA液晶显示器中制造排列层的低成本制造工艺及装
置。另外在此低成本的方法中亦能让多个基板在同一时间加工(如批次制造方法)。

发明内容
有鉴于此，提出本发明。
本发明提供一种在液晶显示器的基板上形成排列层的方法，其包括歩
骤在真空室中放置基板；净化该真空室；以及利用气相沉积法沉积排列层。
如上所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的步骤包括利用化 学气相沉积法沉积该排列层。
如上所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的步骤包括利用等 离子体辅助气相沉积法沉积该排列层。
如上所述的方法，其中用于该等离子体辅助气相沉积法的等离子体的来 源设置在真空室外。
如上所述的方法，其中该净化该真空室的步骤包括将水蒸气从该真空室 中移除。
如上所述的方法，其中该净化该真空室的步骤还包括排空该真空室至 低压状态；以及再在该真空室中填充惰性气体。
如上所述的方法，其中该净化该真空室的步骤还包括排空该真空室一 段时间至低压状态；以及再在该真空室中填充惰性气体一段时间。
如上所述的方法，其中该惰性气体是预热至80 20(TC的温度，其包括 80。C与200。C。
如上所述的方法，其中该惰性气体是氮气。
如上所述的方法，其中该低压为10 30毫托，其包括10毫托以及30毫托。
如上所述的方法，其还包括在基板上执行低压稳定的步骤。 如上所述的方法，其中该低压稳定的步骤包括排空该真空室至低压；
以及维持低压一段时间。
如上所述的方法，其中该低压为l托，而该一段时间为10分钟。 如上所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的步骤还包括气化
至少一种化学物质。
如上所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的步骤还包括从
具有化学物质的原料瓶中排空气体；以及以惰性气体充填原料瓶。
如上所述的方法，其中该化学物质包括硅烷物质。 如上所述的方法，其中该化学物质包括过氟辛基三乙氧基硅烷。 如上所述的方法，其中该化学物质包括十八烷基三乙氧基硅烷。 如上所述的方法，其中该化学物质包括三氯硅垸。 如上所述的方法，其中该化学物质包括含氟聚合物。 如上所述的方法，其中该含氟聚合物包括聚四氟乙烯。 如上所述的方法，其还包括在以气相沉积法沉积排列层的步骤后净化该 真空室。
如上所述的方法，其中净化该真空室的步骤还包括排空该真空室；以
及填充惰性气体于真空室中。
如上所述的方法，其中该排列层具有小于800埃的厚度。 如上所述的方法，其中该排列层具有小于50埃的厚度。 如上所述的方法，其还包括在利用气相沉积法沉积该排列层后硬化该基
板的步骤。
如上所述的方法，其还包括承载该基板于卡匣内的步骤。 如上所述的方法，其还包括将卡匣承载至烘烤炉中的步骤。 如上所述的方法，其中该硬化的步骤操作于80~200°C。 如上所述的方法，其中该硬化步骤操作30 120分钟。 如上所述的方法，其在放置基板于真空室的步骤前还包括清洗该基板的 步骤。如上所述的方法板。
如上所述的方法， 该基板的步骤。
如上所述的方法，
如上所述的方法，
如上所述的方法， 定步骤。
如上所述的方法， 薄的粘着层的步骤。
如上所述的方法，
如上所述的方法，
如上所述的方法，
如上所述的方法，
如上所述的方法，
如上所述的方法，
如上所述的方法，
本发明提供一种在多域垂直排列液晶显示器(MVA LCD)基板上制作排 列层的低成本制造工艺及装置，其制作方法为将基板放置于真空室中，净化 该真空室且接着填充惰性气体，重多次该真空室的净化与填充以排除真空室 中的水蒸气。再者，该惰性气体可被事先预热，使得基板在净化与再填充步 骤中被加温，该排列层接着通过使用硅烷材料的气相沉积法形成于基板上。
使用本发明的方法很容易达成批次制作多个基板，例如，许多基板(通常 是80 120个基板)可一起放置在该真空室中以方便同时在全部基板上制作排 列层，因此本发明的制造工艺可在高产率以及低成本下制造非常薄的有机液 晶排列层。
而且本发明可使用对环境无毒性的MSDS(物质安全数据)特性的材料(全 氟辛基三乙氧基硅烷(lH,lH，2H，2H-perfluorooctyltriethoxysilane, PFOTES))以
制造直立式LC排列层。大多数其它的硅烷材料都是有毒的，因此并不适合 作为LC排列层，然而，通过将特定的硅烷材料用于化学气相沉积法使得最
，其中清洁该基板的步骤包括利用等离子体清洗该基
其还包括在以气相沉积法沉积该排列层的步骤前清洁
其中清洁该基板包括以等离子体清洁该基板的步骤。 其中该等离子体清洁的步骤发生在真空室中。 其中在等离子体清洁的步骤前还包括等离子体低压稳
其中在以气相沉积法沉积排列层的步骤前还包括沉积
其中该薄的粘着层包括硅基材。
其中该硅基材包括氧硅化物。
其中该硅基材包括氮硅化物。
其中该硅基材包括氮氧化硅物。
其中该排列层对于水及水蒸气具有低渗透性。
其中该排列层为湿气屏障层。
其中该排列层专门用于湿气屏障层。 后涂布于基板上的材料为无毒。除此之外，本发明所使用的如全氟辛基三乙 氧基硅烷、三甲基硅垸基二乙胺、十八垸基三乙氧基硅烷以及三氯硅烷的硅
烷材料，其可附着于ITO(Indium Tin Oxide铟锡氧化物)或其它材料上，这些 材料可被用于直接形成液晶排列层或被用于作为附着于ITO的中间层，以让 其它无法附着于ITO的硅烷附着于其上。特别的是，在随后所述的本发明实 施例中使用全氟辛基三乙氧基硅烷，这是由于其对环境为无毒性质、绝佳的 MSDS性质以及对于ITO以及其它材料的高附着性。
再者，在本发明中，等离子体法可被结合在气相沉积步骤中，该等离子 体法为在气相沉积法中尚未让基板接触到可能污染表面的气体前，对基板提 供基板的等离子体清洁步骤。在其它情形中，等离子体辅助气相沉积法被用 于对直立式液晶排列层提供涂布材料以及制造被涂布的材料，等离子体的产 生刺激了化学物质，并产生与基板更活泼的反应。除此之外，本发明使用如 四氟甲烷或六氟丙烯的材料以制造聚四氟乙烯等含氟材料，其可附着于ITO 以及其它材料上，这些材料可被用于直接形成液晶排列层或作为在ITO上的 中间附着层，以供其它无法附着于ITO上的硅烷附着。
本发明的方法很容易实现批次制作多个基板。


图1A及图1B为常用的多域垂直排列LCD(MVALCD)的像素的示意图。 图2为常用制造MVALCD排列层的方法流程图。
图3A及图3B为本发明制造MVA液晶显示器排列层的方法的两个流程 实施例的流程图。
图4A及图4B为本发明制造MVA液晶显示器排列层的方法的两个流程 实施例的流程图。
其中，附图标记说明如下
100多域垂直排列液晶显^g器(MVA LCD)
105第一偏光板iio第一基板
120第一电极125第一排列层
135、137液晶140第二排列层
145第二电极150第二基板 155第二偏光板 160突出物
200形成排列层的传统方法
204承载基板步骤
206卸下基板至输送带步骤
208清洗及干燥基板步骤
212承载基板步骤
214卸下基板至输送带步骤
216聚亚酰胺薄膜涂布步骤
220聚亚酰胺预烘烤步骤
224聚亚酰胺薄膜检验步骤
226承载基板步骤
228卸下基板至输送带步骤
230聚亚酰胺薄膜硬化步骤
232承载基板步骤
234卸下基板至输送带步骤
236超音波清洗步骤
240基板干燥步骤
244承载基板步骤
300a、 300b MVALCD的液晶排列层的制造方法
302将基板承载至卡匣步骤
304承载卡匣至真空室步骤
308真空室净化步骤
309等离子体低压稳定步骤
310等离子体清洁步骤
312第一低压稳定步骤
316a第一气相沉积步骤
316b第一等离子体辅助气相沉积步骤
320第一化学净化步骤
322第二低压稳定步骤
324a第二气相沉积步骤
324b第二等离子体辅助气相沉积步骤
326第二化学净化步骤 328增压与冷却步骤 330卸除卡匣步骤
400a、 400b MVALCD的液晶排列层的制造方法
402承载基板于卡匣步骤
404卸除基板至输送带步骤
408真空室净化步骤
409等离子体低压稳定步骤
410等离子体清洁步骤
412第一低压稳定步骤
416a第一气相沉积步骤
416b第一等离子体辅助气相沉积步骤
420第一化学净化步骤
422第二低压稳定步骤
424a第二气相沉积步骤
424b第二等离子体辅助气相沉积步骤
426第二化学净化步骤
428 增压与冷却步骤
430承载基板至卡匣步骤
434承载卡匣至硬化烘烤机步骤
438硬化步骤
442卸除卡匣步骤
具体实施例方式
请参看图2所示，其为常用于多域垂直排列液晶显示器中形成排列层传 统方法200的流程图，常用方法200需要利用许多不同的机器，例如基板清 洗机、聚亚酰胺涂布机、聚亚酰胺预硬化炉、聚亚酰胺后硬化炉、超音波清 洗机以及多个基板载/卸机。在制造过程中，在具有一个或多个基板的LCD 中，多个基板会先被承载于卡匣上，再放置在机器上以进行随后的步骤。
在承载基板步骤204中，该基板会被承载至卡匣中，且被放置在第一基
板载/卸机中；在卸下基板至输送带步骤206中，第一基板载/卸机从卡匣中 卸下基板，并且将其放置在输送带上以前往基板清洗机；在清洗及干燥基板 步骤208中，该清洗机随后会将基板进行一连串的清洗并干燥；随后在承载 基板步骤212中，该基板会通过第二载/卸机被承载至第二卡匣中；在卸下基 板至输送带步骤214中，位于第二卡匣中的基板会接着被卸下至输送带，以 前往聚亚酰胺涂布机；在聚亚酰胺薄膜涂布步骤216中，该聚亚酰胺涂布机 一连串地将聚亚酰胺薄膜涂布在每一个基板上；在聚亚酰胺预烘烤步骤220 中，每一个基板接着会被输送带传送至聚亚酰胺预烘烤炉以依序进行预硬化 聚亚酰胺薄膜。
在聚亚酰胺薄膜检验步骤224中，每一个基板会分别地被检验，如果没 通过检验的基板则会被移除；在承载基板步骤226中，通过检验的基板会被 承载至第三卡匣以准备硬化；在卸下基板至输送带步骤228中，该基板会从 第三卡匣被卸下并放置在输送带以前往聚亚酰胺硬化炉；随后在聚亚酰胺薄 膜硬化步骤230中，该聚亚酰胺炉依序将每一个基板上的聚亚酰胺薄膜硬化； 接着在承载基板步骤232中，另一个载/卸机从聚亚酰胺硬化炉中将基板承载 至第四卡匣以准备进行基板的清洗；在卸下基板至输送带步骤234中，基板 载/卸机将基板从第四卡匣卸除，并将其放置于输送带上以前往超音波清洗机 以及刷洗机；在超音波清洗步骤236中，该超音波清洗机以及刷洗机一连串 地将基板进行超音波的清洗及刷洗；在基板干燥步骤240中，基板被干燥； 最后，在承载基板步骤244中，基板载/卸机将基板从超音波清洗与刷洗机输 送带承载至第五卡匣。
因此，利用常用方法200制造LCD排列层包括昂贵的机械装置以及几 个动作密集或昂贵的自动化载卸步骤，而且每一个使用在常用方法200的机 器都需耗费数百万美元，再者，常用方法200损耗大量的水，并且制造出大 量的废弃物或尘粒，另外，很多用于常用方法200的机器只能依序对基板加 工，因此导致很低的产率。
请参看图3A所示，其为本发明MVA LCD的液晶排列层的实施例制造 方法300a的流程图，此新颖方法300a的执行需要利用基板载/卸机以及真空 烘烤/气相涂布机，该真空烘烤/气相涂布机可由不同的来源所提供，例如Yield Engineering Systems Inc., of San Jose的模块(Model) 1224。在将基板承载 至卡匣步骤302中，该基板被承载至卡匣中；之后在承载卡匣至真空室步骤 304中，该基板载/卸机承载该卡匣至真空烘烤/气相涂布机；购自Yield Engineering Systems的模块1224可支撑宽度达16英寸且长度长达17英寸的 基板，具有大尺寸的基板可通过本发明公开的涂布过程以大型的涂布机加 工，例如在本发明的实施例中，四个卡匣中的每一个卡匣都承载了总共具有 非常大尺寸(例如150公分X 180公分)的20 25个基板，且被放置在涂布 室中，因此在这个实施例中，80至100个大尺寸基板可同时在一个沉积步骤 中被加工。
在真空室净化步骤308中，为了完全地移除可能存在于真空室或基板的 水蒸气，特别的是，该真空室被排气至如10 30毫托(millitorrs)的低压，再 在80~200 。C下填充已预先加热的惰性气体，如氮气，其中排气/再填充氮气 的步骤可以重复多次，以确保水蒸气完全从真空室被移除。另外由于预先加 热的惰性气体以及真空室的加热元件，使得基板能够达到更适合气相沉积的 温度(如下所述)。
接着在第一低压稳定步骤312中，该真空室保持在低压(约1托)下大约 10分钟，第一低压稳定步骤312可让整个基板被加热到设定温度，因此，较 厚的基板在这个低压过程的时间会比较薄的基板长。
而实际上排列层形成于第一气相沉积步骤316a以及一个选择性的第二 气相沉积步骤324a。根据本发明特别的实施例，气相沉积所包含的技术有化 学气相沉积、物理气相沉积或二者的合并，然而，在本发明大部分的实施例 中，气相沉积包括至少一些化学反应，例如在本发明的一些实施例中，硅烷 (silane)化学物会直接从原料瓶抽至气相反应室中，而在将硅烷转移至气相反 应室前，该原料瓶可将内部气体排空并填充如氮气的惰性气体以减少化学物 的降解(chemical degradation)。而用于第一气相沉积歩骤316a的各参数会根 据使用的化学物不同而有所改变，基本上时间是5 10分钟，温度为15(TC。 在第一气相沉积步骤316a进行中，测定量的化学物先被引入蒸气量瓶中， 再直接导入气相反应室中。各种硅烷物质皆可被使用，例如氨基硅垸(amino silanes)、石圭火完环氧牛对酉旨(epoxy silanes)以及硫醇基硅烷(mercapto silanes)，这 些硅烷物质可被用来构成直立式或平行式的液晶排列层。在本发明的实施例
中，该硅烷物质为100%的纯全氟辛基三乙氧基硅烷
(lH,lH,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane， PFOTES);在另一个本发明的实 施例中，该硅垸物质为100%的纯三甲基硅垸基二乙胺 (Trimethylsiyldiethylamine);另 一 个合适的硅烷物质包括三氯硅烷 (Trichlorosilane)、 3-胺丙基三乙氧基石圭烷(3-Aminopropyltriethoxysilane)、十 八烷基三乙氧基硅烷(Octyltriethoxysilane)、 二甲基十八烷基[3-(三甲氧甲硅 烷基)丙基]氯化铵(Dimethyle octadecyl[3-(trimethoxysilyl) propyl]ammonium chloride, DMOAP)、 二氧基二氯硅烷(Dimethyldichlorosilane)以及L-a-胆碱磷 月旨(L-alpha-phosphatidylcholine)。这些化学物可从Alfa Aesar公司(a Johnson Matthey Company of Windham, NH或邻Sigma-Aldrich Corp of St. Louis, MO.) 获得。
在第一气相沉积步骤316a之后，该气相反应室中的化学物被第一化学 净化步骤320所净化，特别的是该气相反应室被排空再被如氮气的惰性气体 所充满，重复多次后移除化学物，在真空排放管线中的气体排放管可被用来 防止硅烷化学物质进入真空泵内。如果第二气相沉积的流程(例如前述第二气 相沉积步骤324a未被使用，则第二低压稳定步骤322、第二气相沉积步骤 324a以及第二化学净化步骤326将被省略，接着如果有需要，该真空室在增 压与冷却步骤328中可正常增压以及允许被冷却，随后卡匣可在卸除卡匣歩 骤330中通过载/卸机被卸下。
然而，如果想进行第二气相沉积步骤，则在第二低压稳定步骤322中该 真空室则会被排空以维持在低压(如1托)大约10分钟，该第二低压稳定步骤 322可让全部的基板都被加热到设定的温度，在第二气相沉积步骤324a中， 化学物质会如同前述第一气相沉积步骤316a —样直接从原料瓶抽至气相反 应室中，在第二气相沉积步骤324a之后的第二化学净化步骤326中，该真 空室会排除化学物质，特别的是该真空室会先排空，再重新灌入如氮气的惰 性气体，重复多次以移除化学物，如果需要，在增压与冷却步骤328中该真 空室会被正常增压并且可被冷却，接着该卡匣可在卸除卡匣步骤330中通过 载/卸机被卸除。经过两次的气相沉积步骤，该第二化学物可在蒸气之间没有 任何交互作用的情形下沉积于第一化学物的上方。然而，在本发明的一些实 施例中，第一化学净化歩骤320被省略，而当第一化学净化步骤320被省略时，该第一化学物可在第一气相沉积步骤316a中被注入，而第二化学物可
在第二气相沉积步骤324a中被注入，因此第一及第二化学物可能会被混合 或产生交互作用以形成新的化学物层。在大多数的MVALCD的电极通常会 用氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO))以及氧化铟锌(Indium Zinc Oxide, IZO)，
其皆为透明导电物质，大部分的硅垸物质不会附着于ITO或IZO上，例如硅 烷物质DMOAP会附着于玻璃基材上，但不会附着于ITO或IZO上，然而氟 辛基三乙氧基硅烷、三甲基硅烷基二乙胺、辛基三乙氧基硅烷和三氟硅垸会 良好地附着于ITO与IZO上。除此之外，很多材料都不会附着于ITO或IZO 上，而会附着于氟辛基三乙氧基硅烷、三甲基硅垸基二乙胺和三氟硅烷。因 此，本发明的一些实施例中，在第一气相沉积步骤316a，许多粘性对准层材 料如氟辛基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷和三氟硅烷会沉积于ITO或 IZO电极上，随后在第二气相沉积步骤324a中，沉积第二排列层材料在较具 有粘性的材料上用来形成液晶排列层。
再者，在本发明一些实施例中，等离子体法结合于气相沉积法中，特别 的是一个合适的等离子体系统会被设置于气相初始步骤中，在基板上以等离 子体清洁或执行等离子体辅助气相沉积步骤，该等离子体的产生会刺激化学 物，并且可能造成化学物更具有活性地与基板反应。合适的等离子体系统可 从化学气相沉积(CVD)或等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)所用仪器的供 应商所获得，例如Yield Engineering Systems的模块(Model) 1224P。
请参看图3B所示，其为本发明一些包括等离子体法的方法300b的实施 例，因为该方法300b与图3A的方法300相似，因此下面只叙述其不同之处。 特别的是，在真空室净化步骤308之后的等离子体低压稳定步骤309中，该 真空室会维持在低压(例如100 300毫托)约10~20分钟以准备进行等离子体 清洁。
接着，在等离子体清洁步骤310中，此步骤用于清洁基板。基本上是在 等离子体清洁流程中使用流程方法，例如，公开在Dommann等人的美国专 利第6,203,637号"一个清洁方法、倾倒方法、连接方法及工作部件组的使 用方法(Use of a cleaning process, a leaning process, a connection process and a workpiecepair)"中的氢气法，其可用在本发明的某些实施例中。在本发明的 其它实施例中，等离子体清洁法包括以氩气或氧气的加工气体的回充填。在
本发明另外一些实施例中，等离子体清洁法包括以热丝产生一个低压直流等 离子体，等离子体的低能离子以及原子团会与基板表面脏污反应以形成活泼 的化合物。在又一些本发明其它的实施例中，如溅镀等等离子体物理清洁法 亦可被用在该等离子体清洁法中。
通过将等离子体清洁法与气相沉积法结合至一项仪器中，基板就可在气 相沉积前经过等离子体处理，而且因为不用曝露于大气环境下，且不用转送 至不同的仪器，因此不会接触到可能污染基板的气体(例如环境中的气体)。
除了等离子体清洁之外，方法300b也可使用等离子体辅助气相沉积法，
特别的是，第一气相沉积步骤316a可被第一等离子体辅助气相沉积步骤316b 所取代，在本发明的实施例中，等离子体在第一等离子体辅助气相沉积步骤 316b被使用，特别的是等离子体的产生能激发化学物质，并且让化学物质更 活泼地与基板反应。在本发明的一些实施例中，该等离子体辅助气相沉积法 还包括减压至小于100毫托(mToiT)，接着回充填加工气体。另外，在本发明 的一些实施例中，该加工气体的激发可通过在气相沉积涂布室外的等离子体 来源来达成，等离子体辅助气相沉积非常适合六氟丙烯(hexafluoropropylene, HFP)气体，因此，本发明的实施例在能够使用等离子体辅助化学气相沉积 (PECVD)涂布方法下能维持气相沉积法的低成本以及基板尺寸级的制造工 艺。第二等离子体辅助气相沉积步骤324b与上述第一等离子体辅助气相沉 积步骤316b相似，可代替第二气相沉积步骤324a，尽管方法300b包括有等 离子体清洁以及等离子体辅助气相沉积，但本发明其它实施例可在没有使用 等离子体辅助气相沉积下利用等离子体清洁，再在另外的实施例中可能在没 有等离子体清洁的状况下利用等离子体辅助气相沉积。
在本发明中利用等离子体辅助气相沉积可让如四氟甲烷(CF4))、多氟甲
垸(CFx)、聚四氟乙烯CF2-CF2-CF2.，.(即(CF2-)n)等含氟聚合物沉积，这些材
料非常适合用于直立式液晶排列层，且无毒性，并且不会有残留的离子或电 荷，各种起始物质可被用于本发明，例如本发明的一个实施例就是用四氟甲 垸，第二个实施例适用六氟丙烯(hexafluoropropylene，C3F6(HFP))，而另一个 本发明的实施例，反应可借着少量氢气伴随着四氟甲烷或HFP而被加强。本 发明的其它实施例可用如含氟聚合物膜的多氟甲烷与氟垸基、氢氟烷基、环 氟垸基、氟苯及不饱合物的含氟单体。因此，本发明的新颖方法通过比常用还少的装置以及劳力或自动化设备 (如载/卸基板装置)就可制造排列层，执行本发明的方法的装置成本估计只有 常用方法所需的装置成本的20%就可在液晶显示器中形成排列层。再者，由 于化学废弃物及废水大量的减少也因此降低成本，除此之外，由于所需的机 器少，因此所需的工厂空间也随之大量减少。
本发明另一个优点就是可以批次加工基板。如上所述，常用聚亚酰胺排 列层形成方法的许多部分都是以连续式处理基板(如在同一时间)，因此，本 发明比常用方法有更高的生产率，此高产率可以降低排列层的制造成本，而 且此批次处理方法可降低制造成本以及材料成本。
本发明除了成本上的优势外，利用本发明技术所制造的排列层以及基板 在功能上还提供许多比常用排列层好的优点，特别是利用本发明所形成的排 列层可以做的较薄，并且比常用排列层均匀，例如，利用本发明所制作的排
列层厚度一般仅有5 10埃(A)，而常用排列层厚度则为800 3000埃(A)，这 种非常薄的排列层相比较厚的聚亚酰胺排列层有许多优点，例如在排列层中 所形成的电压降在薄的排列层中会明显的降低。除此之外，薄排列层不需要 非常昂贵的聚亚酰胺对准掩模(mask)，而且利用气相沉积法的污染机会比液 态涂抹的污染机会少很多。
该基板的表面清洁在涂布膜于基板表面的粘着强度方面扮演了相当重 要的角色，用于TFT LCD产业中的常用等离子体清洁方法以及常用基板清 洁方法可在开始进行方法300a前清洗基板，等离子体的清洁可在承载基板 至气相沉积系统(如承载基板至卡匣步骤302)前在分离式等离子体清洁系统 中被执行，等离子体清洁可选择性地结合于气相沉积系统作为内部(in-site) 系统，使等离子体清洁步骤可在气相沉积法(如第一气相沉积步骤316a)前执 行。
该基板的材料也在涂布膜于基板表面的粘着强度方面扮演了相当重要 的角色， 一般而言，如二氧化硅(silicon dioxide, Si02), —氧化硅(silicon monoxide, SiO)以及氧硅化物(siliconOxide，SiOx)、氮化硅(Si3N4)、氮硅化物 (silicon nitride, SiNx)， and氮氧化硅物(silicon oxynitride， SiOxNy)等硅基材对 于硅烷材料而言皆具有良好的粘性强度，所以这些材料的薄膜皆适合作为本 发明实施例的基板表面材料，例如本发明的一个实施例中，薄的粘着层涂布
于涂有ITO层的基板以促进硅烷材料涂布于ITO基板表面，该薄的粘着层可 为任何一种以上所述的硅基材。
使用上述特别的真空烘烤/气相涂布机提供了许多优点，在本发明的实施 例可用较少复杂的装置即可完成，例如在常用光致抗蚀剂工艺中被用于沉积
六甲基二硅氮(hexamethyldisilazane, HMDS，如同光致抗蚀剂粘着增强剂)的 常用装置可被用于执行本发明一些实施例。该LPCVD(低压化学气相沉积法) 或简单的气相沉积法可用于HMDS的沉积，然而，HMDS并非用作为MVA LCD的LC排列层，因为HMDS所制造的是一个平行、非直立的LC排列层， 另外，HMDS并不会粘着于ITO层上，但用于沉积HMDS的方法可在对应 的压力、温度及时间调整下被用于沉积其它硅烷材料。
请参看图4A所示，其为制造本发明实施例的MVA LCD的液晶排列层 的新颖方法400a流程图，该新颖方法400a可利用常用装置来执行，例如曰 本东京的Tokyo Ohka Kogyo CO.、日本东京的Active CO., LTD of Sakitama、 日本东京的Electron of Tokyo以及美国加州旧金山的Aviza Technology of San Francisco的HMDS沉积系统。 一般而言，HMDS沉积系统连续式地加工 基板，因此HMDS沉积系统是执行一连串的硅烷气相沉积，额外的装置被用 于执行批次的硬化步骤。
此新颖的方法400a与方法300a相似，然而，由于常用装置额外的步骤 限制而必须适当地硬化排列层，在承载基板于卡匣歩骤402中，该基板最初 先被承载至卡匣内，接着在卸除基板至输送带步骤404中，基板被卸下而依 序放置在输送带上，使其将基板依序送往真空室中。在真空室净化步骤408 中，其完全地将可能出现于真空室或基板上的水蒸气移除，特别的是该真空 室先被排气至如10-30毫托的低压，再填充预热至80 20(TC的惰性气体，如 氮气，其中排气/再填充氮气的步骤可以重复多次，以确保水蒸气完全从真空 室被移除。另外由于预先加热的惰性气体以及真空室中的加热元件，该基板 会达到可帮助气相沉积的温度(如下所述)。
接着在第一低压稳定步骤412中，该真空室保持在低压(约1托)下大约 10分钟，第一低压稳定步骤412可让整个基板被加热到设定的温度，因此， 较厚的基板在这个低压过程的时间会比较薄的基板长。
而实际上排列层形成于第一气相沉积步骤416a以及一个选择性的第二
气相沉积步骤424a中，特别的硅烷化学物会直接从原料瓶抽至气相反应室
中，而在将硅烷转移至气相反应室前，该原料瓶可将内部气体排空并填充如
氮气的惰性气体以减少化学物的降解(chemical degradation)。而用于第一气相 沉积步骤416a的各参数会根据使用的化学物不同而有所改变，然而，基本 上时间是5 10分钟，温度为15(TC。在第一气相沉积步骤416a进行时，测 定量的化学物先被引入蒸气量瓶中，再直接导入气相反应室中。如同图3A 中，可使用各种硅烷物质，例如氨基硅烷(amino silanes)、硅烷环氧树酯(epoxy silanes)以及硫醇基石圭《完(mercapto silanes)。
在第一气相沉积步骤416a之后，该气相反应室中的化学物被第一化学 净化步骤420所净化，特别的是该气相反应室被排空再被如氮气的惰性气体 所充满，重复多次后移除化学物，在真空排放管线中的气体排放管可被用来 防止硅烷化学物质进入真空泵内。如果第二气相沉积的流程(例如前述第二气 相沉积步骤424a未被使用，则如有需要，该真空室可在增压与冷却歩骤428 中被正常增压以及被冷却，随后基板可在承载基板至卡匣步骤430中通过载 /卸机被承载至卡匣中。
然而，若想进行第二气相沉积步骤，则在第二低压稳定步骤422中该真 空室则会被排空以维持在低压(如1托)大约10分钟，该第二低压稳定步骤 422可使全部的基板都被加热到一样的温度。在第二气相沉积步骤424a中， 化学物质会如同前述第一气相沉积步骤416a —样直接从原料瓶抽至气相反 应室中。
在第二气相沉积步骤424a之后的第二化学净化步骤426中，该真空室 会排除化学物质，特别的是该真空室会先排空，再重新灌入如氮气的惰性气 体，重复多次以移除化学物，如需要，在增压与冷却步骤428中该真空室会 被正常增压并且可被冷却，接着该基板可在承载基板至卡匣步骤430中通过 载/卸机被承载至卡匣中。
在承载卡匣至硬化烘烤机步骤434中，该具有基板的卡匣接着被承载至 硬化烘烤机中，而在硬化步骤438中，位于硬化烘烤机内的排列层会被硬化， 特别的是该硬化步骤是在硬化炉中执行的，而温度是在80 20(TC下操作 30~120分钟，该硬化炉是日本东京的ESPEC Corp, Osaka, Japan、 Yamato Scientific Co., Ltd、中国台湾台北的CSUN Manufacturing Ltd.以及中国台湾 台南的Contrel Corporation所提供，最后，在卸除卡匣步骤442中，在卡匣 中已完成的基板会被卸下。
如同方法300a，等离子体清洁或其它基板清洁步骤也可以被使用在方法 400a中。本发明的一些实施例在开始方法400a前会先执行清洁步骤，而本 发明其它实施例会在第一气相沉积步骤416a前执行等离子体或基板清洁。 例如图4B所示的方法(400b)，其包括等离子体清洁以及等离子体辅助气相沉 积，因为方法400b与图4A的方法400a相似，其不同之处如下所述，其中 特别的是在真空室净化步骤408之后的等离子体低压稳定步骤409，该真空 室会维持在低压(例如100毫托至300毫托)约10~20分钟以准备进行等离子 体清洁，随后在等离子体清洁步骤410的一个如上所述的等离子体清洁法会 被执行以清洁基板，再者，在方法400b中，第一气相沉积步骤416a被第一 等离子体辅助气相沉积步骤416b取代，而第二气相沉积步骤424a被第二等 离子体辅助气相沉积步骤424b取代，该等离子体辅助气相沉积步骤如前所 述。
本发明也可以用于需要平行排列液晶的LCD,例如当没有电压施加于液 晶时具有与基板表面平行方向的液晶的排列层，这种平行液晶排列层的适当 材料包括六甲基二硅氮(hexamethyldisilazane C6H19Si2N)、各种二氯硅垸衍生 物(dichlorosilanes derivatives)(例如二甲基二氯石圭烷(dimethyl dichlorosilanes)、 二苯基二氯硅烷(diphenyl dichlorosilanes))、各种三氯硅烷衍生物 (trichlorosilanes derivatives)(例如甲基三氯石圭烷(Methyl trichlorosilanes)、 乙基 三氯石圭烷(Ethyl trichlorosilanes)、苯基三氯石圭烷(Phenyl trichlorosilanes)、乙烯 基三氯石圭》完(Vinyl trichlorosilanes)、硬月旨三氯硅烷(Stearyl trichlorosilanes))、 二甲基二乙基硅烷(Dimethyl DES)、各种三甲氧基硅烷衍生物 (trimethoxysilane derivative)(例如甲基三甲氧基硅烷(Methyl trimethoxysilane)、 乙烯基三甲氧基石圭烷(Vinyl trimethoxysilane)、 3-胺丙基三 甲氧基硅烷(3-Aminopropyl trimethoxysilane)、 N-3-胺乙基-3-胺丙基三甲氧基 石圭烷(N-3-Aminoethyl-3-Aminoproply trimethoxysilane))。 一般而言，该形成的 液晶排列层与LC材料、排列层材料以及沉积条件有关。在本发明的实施例 中，两个基板表面皆加工有此平行排列层，这种方式的表面处理是可实施于 使用宾-主型(Guest-Host)LC材料、胆固醇液晶材料或胆固醇高分子液晶材料
的LCD。在本发明另一实施例中，混杂型(hybrid)排列层的LCD的制作是使 基板为直立式LC排列层，而另一个基板为平行式LC排列层，这种方式的 混杂型表面处理可实施于向列型(nematic)LC材料或宾-主型LC材料的LCD。 其它可由本发明所得到的优点有改善LC排列层的锚定强度(anchoring strength),特别是在平行排列层材料上，虽然该涂布材料的厚度非常薄，但 所得到的LC排列层的附着强度却非常强，因此，该材料可被用于全面涂布 于其它LC排列层上以维持相同的LC排列角同时改善LC排列层的附着强 度。关于直立式排列层材料，所涂布的材料的厚度也非常薄，而且所得到的 LC排列层的附着强度亦非常强，因此直立式排列层材料也可被用来全面涂 布于其它LC排列层上，以改善具有良好LC排列角度的LC排列层的附着强 度，除此之外，很多用于实施例中的材料对于水及水蒸气有低的可渗透性， 因此排列层也可以作为湿气屏障层，本发明的方法也可选择性地用于形成湿 气屏障层。
本发明也可用于需要有液晶预倾角的LCD,例如即使没有施加电压于液 晶亦可维持液晶在稍微倾斜状态的排列层。在本发明的实施例中，光敏感材 料以及光排列(photo-alignment)法被用以制造具有倾斜排列层以及均匀平面 (homogenous planer)的LC排列层，这些LC排列层可被用来制作单一区域和 多域扭转向列型(twisted nematic, TN)、电力诱导双折射型(electrically-induced birefringence mode, ECB)、共平面切换型(in-plane switching, IPS)以及多域垂 直排列液晶显示器(MVALCDs)。本发明也可以用来制作混杂型LCD的上下 两排列层， 一侧基板为垂直排列，另一侧为平行排列或是倾斜平行排列。本 发明除了可用来制作液晶排列层，也可用来制作应用在软性(可挠式)基板 液晶显示器的防水气隔离层。
在本发明各种实施例中，在上述公开用以制作液晶显示器的排列层的新 颖结构及方法中，上述本发明各种结构与方法的实施例仅用于说明本发明的 原则，并非用以将本发明的范围限制在所述的特别实施例，例如，在本区域 技术人员可根据上述的公开而界定其它真空室净化步骤，低压稳定步骤、气 相沉积步骤、化学净化步骤、化学物质、炉、真空室、真空烘烤/气相涂布机 等，并且根据本发明的原则选择性地使用这些特征去设计一个方法，因此本 发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种在液晶显示器的基板上形成排列层的方法，其包括步骤在真空室中放置基板；净化该真空室；以及利用气相沉积法沉积排列层。
2 .如权利要求1所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的步 骤包括利用化学气相沉积法沉积该排列层。
3. 如权利要求1所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的步 骤包括利用等离子体辅助气相沉积法沉积该排列层。
4. 如权利要求3所述的方法，其中用于该等离子体辅助气相沉积法的 等离子体的来源设置在该真空室外。
5. 如权利要求1所述的方法，其中该净化该真空室的步骤包括将水蒸 气从该真空室中移除。
6. 如权利要求l所述的方法，其中该净化该真空室的步骤还包括 排空该真空室至低压状态；以及 再在该真空室中填充惰性气体。
7. 如权利要求6所述的方法，其中该净化该真空室的步骤还包括 排空该真空室一段时间至低压状态；以及 再在该真空室中填充惰性气体一段时间。
8. 如权利要求6所述的方法，其中该惰性气体是预热至80 20(TC的温 度，其包括80。C与20(TC。
9. 如权利要求6所述的方法，其中该惰性气体是氮气。
10. 如权利要求6所述的方法，其中该低压为10 30毫托，且包括10 毫托以及30毫托。
11. 如权利要求1所述的方法，其还包括在基板上执行低压稳定的步骤。
12. 如权利要求ll所述的方法，其中该低压稳定的步骤包括 排空该真空室至低压；以及维持低压一段时间。
13. 如权利要求12所述的方法，其中该低压为1托，而该一段时间为 IO分钟。
14. 如权利要求l所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的步 骤还包括气化至少一种化学物质。
15. 如权利要求14所述的方法，其中该利用气相沉积法沉积排列层的 步骤还包括从具有化学物质的原料瓶中排空气体；以及 以惰性气体充填原料瓶。
16. 如权利要求14所述的方法，其中该化学物质包括硅垸物质。
17. 如权利要求14所述的方法，其中该化学物质包括过氟辛基三乙氧 基硅垸。
18. 如权利要求14所述的方法，其中该化学物质包括十八垸基三乙氧 基硅烷。
19. 如权利要求14所述的方法，其中该化学物质包括三氯硅烷。
20. 如权利要求14所述的方法，其中该化学物质包括含氟聚合物。
21. 如权利要求20所述的方法，其中该含氟聚合物包括聚四氟乙烯。
22. 如权利要求l所述的方法，其还包括在以气相沉积法沉积排列层的 步骤后净化该真空室。
23. 如权利要求22所述的方法，其中净化该真空室的步骤还包括 排空该真空室；以及填充惰性气体于该真空室中。
24. 如权利要求l所述的方法，其中该排列层具有小于800埃的厚度。
25. 如权利要求l所述的方法，其中该排列层具有小于50埃的厚度。
26. 如权利要求1所述的方法，其还包括在利用气相沉积法沉积该排列 层后硬化该基板的步骤。
27. 如权利要求26所述的方法，其还包括承载该基板于卡匣内的步骤。
28. 如权利要求27所述的方法，其还包括将卡匣承载至烘烤炉中的步骤。
29. 如权利要求26所述的方法，其中该硬化的步骤操作于80 20(TC。
30. 如权利要求26所述的方法，其中该硬化步骤操作30 120分钟。
31. 如权利要求l所述的方法，其在放置基板于该真空室的步骤前还包 括清洗该基板的步骤。
32. 如权利要求31所述的方法，其中清洁该基板的歩骤包括利用等离 子体清洗该基板。
33. 如权利要求l所述的方法，其还包括在以气相沉积法沉积该排列层的步骤前清洁该基板的步骤。
34. 如权利要求33所述的方法，其中清洁该基板包括以等离子体清洁 该基板的步骤。
35. 如权利要求34所述的方法，其中该等离子体清洁的步骤发生在该 真空室中。
36. 如权利要求34所述的方法，其中在等离子体清洁的步骤前还包括 等离子体低压稳定步骤。
37. 如权利要求l所述的方法，其中在以气相沉积法沉积排列层的步骤 前还包括沉积薄的粘着层的步骤。
38. 如权利要求37所述的方法，其中该薄的粘着层包括硅基材。
39. 如权利要求38所述的方法，其中该硅基材包括氧硅化物。
40. 如权利要求38所述的方法，其中该硅基材包括氮硅化物。
41. 如权利要求38所述的方法，其中该硅基材包括氮氧化硅物。
42. 如权利要求1所述的方法，其中该排列层对于水及水蒸气具有低渗 透性。
43. 如权利要求l所述的方法，其中该排列层为湿气屏障层。
44. 如权利要求l所述的方法，其中该排列层专门用于湿气屏障层。
全文摘要
本发明为一种在液晶显示器(LCD)的基板上形成排列层的方法，其中该基板被放置于真空室并且经过净化步骤，该净化步骤加热该基板且从真空室中移除水蒸气，特别的是重复多次地将该真空室排空至低压状态，并将已预热的惰性气体填充至真空室，该排列层接着以气相沉积法沉积，等离子体辅助气相沉积法亦可选择性地用于沉积该排列层，再者，等离子体清洁法可在沉积该排列层前清洁该基板。本发明的方法很容易实现批次制作多个基板。
文档编号C23C16/00GK101191198SQ20071016573
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月6日 优先权日2006年12月1日
发明者王协友 申请人:王协友;协立光电股份有限公司