CN1234524A - 制造液晶显示器件的方法 - Google Patents

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松川秀树
炭田祉朗
江上典彦
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Abstract

一种制造LCD器件的方法,其中,把用于包裹液晶的密封材料加到一对衬底(有液晶夹在其间)中的一个衬底上来形成密封图案。在另一个衬底上形成衬垫来确定单元空隙,然后以放在真空室中的一对平板来分别固定衬底,其中至少一个平板是可移动的。然后,降低真空室的气压,对这对衬底进行对准,再把衬底相互压紧来形成单元空隙,这样,可提高LCD器件的空隙精度、空隙均匀度和对准精度。

Description

制造液晶显示器件的方法
本发明涉及制造用于诸如个人计算机、字处理器、监视器或类似的办公室机器或用于便携式通信设备或类似设备的液晶显示器(以下叫做LCD)的方法。
一般，LCD器件具有图1所示的剖面结构。在图1的LCD器件1中，分散有衬垫(spacer)4，用于在一对衬底2a和2b之间形成预定的空隙，在衬底面对的内表面上分别有显示电极5a和5b以及对准薄膜7。以液晶3填满衬底之间被密封图案6所包围的空隙。在这对衬底2a和2b的外表面上，在各个最佳位置形成偏光镜和其它光学薄膜(未示出)。依据LCD器件的操作模式，在LCD器件上形成的偏光镜的数目为两个、一个或没有。
通过把电压加到LCD器件1来显示图像，此外，在透射型LCD中，通过从背面照射荧光管或类似装置的光来显示图像，在利用环境光的反射型LCD中，通过在背面放置反射片来显示图像。
以下参考图8的流程图来描述制造以上LCD器件1的常规方法。首先，在步骤800，清洁分别具有显示电极5a和5b的衬底2a和2b。在步骤802，通过胶版印刷来加上液体对准材料，然后进行预焙烘(bake)和完全焙烘。于是，形成对准薄膜7，然后通过在对准薄膜上进行磨光或类似操作来进行对准处理。一般，在磨光(rubbing)(在步骤804)后用水清洗以(在步骤806)洗去杂质和污垢。
在步骤808，在两个衬底之一上，例如在2a上，用编写、网板印刷或类似方法加上密封材料来形成用于包裹液晶3的密封图案(pattern)6。然后，为了暂时粘接衬底，通过分配器或类似的装置在LCD器件1的显示区以外进行光点(spot)印刷来加上紫外线固化型树脂(以下叫做UV树脂)。此外，在步骤810，在另一个衬底2b上，通过诸如喷涂来形成用于形成一空隙的预定尺寸的衬垫4。在步骤812，在大气中对衬底2a和2b进行位置对准，在对准后，把两个衬底暂时粘接在一起。这里，参考对准标记(它们在光学上可识别且预先设置在各个衬底的显示电极上)把衬底2a和2b对准到预定的位置。然后，通过以紫外线照射来固化用于临时粘接的UV树脂。
在步骤814，进行空隙形成和密封图案固化工艺，其中用气压机或类似装置把衬底2a和2b相互压紧，以使LCD器件1的空隙具有预定厚度，在空隙变为预定厚度时，固化密封图案6。这里，如果把热固型密封材料用于密封图案6，用置于气压机平板(surface plate)内的加热丝进行加热来固化。如果把紫外线固化型密封材料用于密封图案6，则把紫外线透过玻璃或丙烯酸材料制成的厚平板来进行固化。于是，形成了所谓的空单元。
在步骤816，切去显示区外部不使用的衬底的外围部分。在步骤818，在液晶填充工艺中，把此单元和液晶池置于真空室中，接着把室内的气压减小到近似于25-90Pa。然后把单元的注人口浸入液晶中，再使真空室漏气而达到大气压，这样就通过压强差和毛细现象使单元充满液晶。在步骤820，从真空室中取出填满液晶的单元，用树脂或类似材料密封单元的开口，然后洗去单元外部的液晶。在步骤822，对整个单元进行退火，以稳定液晶3的对准。通过以上工艺，完成了LCD器件1的制造。
然而，在以上制造LCD器件1的常规方法中，难于获得足够的衬底对准精度和足够的空隙均匀度。其原因在于，在常规方法中，衬底对准工艺和通过压紧形成空隙的工艺是分开进行的。因此，在衬底对准后，用于临时粘接的固化紫外线树脂有时将在下一压紧工艺中受力而断裂，这将造成两个衬底的对准位置的滑移。
以上问题在尺寸较大的衬底尤其是高清晰度的薄膜晶体管(TFT)LCD板的情况下更麻烦。如果发生对准位置的滑移，则对在一个衬底上形成的像素电极和在另一个衬底上形成的黑底(black matrix)之间的对准精度必须要有另外的边界，这将引起开口比(opening ratio)低的严重问题。
此外，在把紫外线固化型密封材料用于密封图案时，把紫外线透过透明平板，将因辐射热量而引起平板温度逐步升高，然后，与变热平板接触的衬底的温度变得比另一个衬底高。然后，如果在各个衬底的温度不同的情况下对密封图案进行固化，则因相连的衬底在被冷却到室温时弯曲，所以使LCD器件的空隙不均匀。空隙的不均匀直接引起显示的不均匀，这在LCD器件尤其是在大尺寸的LCD器件中是严重的问题。
如上所述，在常规的制造方法中，难于实现具有足够精度的衬底对准和空隙。
以上，描述了以液晶填充单元的广泛用于大规模生产的真空注入法。除此之外，还有一种滴落(dropping)法，即，在真空环境下，把一预先滴有预定量液晶的衬底与另一衬底相连。虽然这两种方法的液晶填充工艺的顺序不同，但这两种方法都存在上述问题。
本发明旨在提出常规的问题并提供一种制造LCD器件的方法，该方法能适应用于可替换CRT的LCD监视器或类似装置的较大尺寸LCD器件的较大尺寸的衬底。此外，本发明旨在提供一种制造方法，对高质量的显示实现更精确而均匀的空隙，并实现更精确的衬底对准继而提供开口比更大的更明亮的显示。
本发明的制造LCD器件的方法包括通过在有液晶夹在其间的一对衬底之一上加上用于包裹液晶的密封材料而形成密封图案的工艺；通过喷涂衬垫或形成确定单元空隙的凸起在一对衬底之一上形成衬垫的工艺；以及通过把分别被一对平板(其中至少一个平板是可移动的)以相互面对的方式所固定的对准衬底对相互压紧，而在环境气压下形成预定单元空隙的工艺。
此外，在本发明中，在以上的单元空隙形成工艺中，在至少一个平板与至少一个衬底之间放置包括硬质层和弹性层的两层缓冲板。
此外，在本发明中，在以上的单元空隙形成工艺中，通过给一个平板提供抽出空气的孔或槽，从而通过真空吸盘(chuck)来固定一个衬底。
本发明的制造LCD器件的方法还包括形成样品(dummy)密封图案的工艺，该图案具有包裹以上密封图案形成工艺中形成的密封图案的连续密封线。
在本发明中，在真空室内以一次连续工艺进行衬底对准和空隙形成，这与以分开的工艺进行这两个步骤的常规方法是不同的。相应地，可提高对准的精度和单元空隙的均匀度，且在形成样品密封图案时，可更稳定地获得改进的均匀单元空隙。
图1是示出LCD器件的结构的片段剖面图，用于说明本发明的示例实施例，
图2是示出本发明第一示例实施例中制造LCD器件的方法的流程图，
图3示出本发明第一和第二示例实施例中用于连接衬底的设备的轮廓，
图4示出本发明第一示例实施例的密封图案，
图5是示出本发明第二示例实施例中制造LCD器件的方法的流程图，
图6示出本发明第二示例实施例的密封图案，
图7示出本发明第三示例实施例中用于连接衬底的设备的轮廓，以及
图8是示出制造LCD器件的常规方法的一个例子的流程图。
其中，1为液晶显示(LCD)器件；2a、2b为衬底；3为液晶；4为衬垫；5a、5b为显示电极；6为密封图案；7为对准薄膜；8为真空室；9、10为平板；11为样品密封图案。
           第一示例实施例
参考图1到图4来描述本发明的第一示例实施例。
图1示出依据本发明一个示例实施例的LCD器件的剖面图。此LCD器件1包括分散在分别具有显示电极5a和5b的用于形成预定单元空隙的一对衬底2a和2b之间的衬垫4。在衬底2a和2b之间形成的单元空隙被液晶3填满。在这对衬底2a和2b的外表面上，在各个最佳位置设置了偏振片和其它光学薄膜(未示出)。对于衬底2a或2b，可使用滤色衬底、具有有源元件阵列的阵列衬底或具有多个条状透明电极的衬底。
衬垫4具有球状或条状，例如它们是由诸如苯基胍胺或类似的树脂或二氧化硅(SiO2)制成的。在某些情况下，把衬垫4固定到衬底2a和2b，以提高单元空隙的均匀度。在LCD器件1的外围形成密封图案6。对于密封图案6，可使用热固型或诸如聚合基型或阳离子聚合型紫外线固化型环氧树脂。
以下，参考图2的流程图来描述本发明第一示例实施例中制造LCD器件1的方法，其中用注入法来填充液晶。在清洁了衬底2a和2b后，在步骤202，通过胶版印刷把液体对准材料加到衬底上，然后在高温环境下使对准材料干燥。在步骤204，在两个衬底2a和2b上形成图4所示的对准薄膜7。在步骤206，例如使用擦布(rubbing cloth)在对准薄膜7的表面上进行磨光。若在对准薄膜的表面上有杂质，则在步骤208清洁对准薄膜的表面。在步骤210，在一个衬底例如2a上形成图4所示具有注入口的密封图案6。在步骤212，通过喷涂或其它常规的方法在衬底2a或2b上形成衬垫4。
在步骤214，使用图3所示的设备对衬底2a和2b进行位置对准。该设备可以是在真空室8中具有上侧平板9和下侧平板10的压机，其中至少一个平板是可移动的。该设备还可设有图像识别摄像机(未示出)。以下描述图3所示设备的操作。首先，由下侧平板10来固定一个衬底诸如2a。接着，通过上侧平板9形成的孔或槽抽出空气，从而由在上侧平板9上形成的真空吸盘来固定另一个衬底2b．然后，在把真空室8内部的气压降到预定的真空水平后，参考对准标记(未示出)把上侧衬底2b和下侧衬底2a对准到预定位置。然后，对平板9和10加压，直到衬底之间的空隙变为预定的厚度。然后，使真空室8漏气而达到大气压。在以上靠近上侧平板9的衬底2b的真空吸盘中，在对真空吸盘产生足够的真空水平的过程中不必放下衬底2b。为此，为了用真空吸盘来固定0.7mm厚的玻璃衬底，例如当真空室8的真空水平大约为90Pa时，对真空吸盘产生近似于40Pa的真空水平就足够了。
在步骤216，通过加热或照射紫外线来固化夹在衬底2a和2b之间的密封图案。于是，形成了一个空单元。
在步骤218，切去空单元不使用的外围部分。在步骤220，把该单元和液晶池置于真空室中，在真空室中的真空水平大致稳定在预定的真空水平后，把单元的注入口浸入液晶。然后，使真空室漏气而达到大气压，这样通过单元内外的压强差和毛细作用以液晶填充单元。在以液晶填充单元后，用树脂密封单元的注入口。然后，洗去单元外面的液晶。在步骤222，对整个单元进行退火以稳定液晶取向的对准。于是，完成了LCD器件。
一般，用分配器进行编写或用网板进行印刷来形成图4所示用于包裹液晶的密封图案6。在本发明中，形成具有包裹密封图案6的连续密封线的样品密封图案11，以在真空室中连接衬底的工艺中形成更均匀的空隙。通过实验发现，在密封图案6和样品密封图案11之间的距离在大约10-15mm之间时可获得最均匀的空隙。样品密封图案11用于在真空室漏气而达到大气压且密封图案被固化时，使密封图案内部的空间保持真空状态，直到切去空单元的外围部分。因此，衬底可因压强差而保持压紧，从而由衬垫的尺寸来确定空隙的厚度。相应地，与使用压机(具有以紫外线加热的平板)的常规方法不同的是，在本发明中，不必在固化密封图案时压紧衬底。因此，可防止在两个衬底之间产生温度差，还可防止衬底弯曲。
          第二示例实施例
以下，参考图1、3、5和6来描述本发明的第二示例实施例。图5是示出本发明第二示例实施例中制造LCD器件的方法的工艺流程图，该方法采用滴落法来填充液晶。在步骤500清洁了衬底2a和2b后，通过胶版印刷把液体对准材料加到衬底，例如在步骤502，使对准材料在高温环境下干燥，从而在两个衬底上形成如图1所示的对准薄膜7。在步骤504，例如使用擦布在对准薄膜7的表面上进行磨光。若对准薄膜的表面上存在杂质，则在步骤506清洁对准薄膜的表面。
在步骤508，通过编写或印刷在衬底2a上形成图6所示具有密封材料制成的连续线的密封图案6。在步骤510，在衬底2b上均匀地喷涂衬垫4。对于密封图案6，可使用诸如聚合基型或阳离子聚合型等UV树脂。对于衬垫4，可使用固定型，在步骤514把衬垫4固定在衬底2b上，这是因为在滴落法中衬垫必须具有一定的固定强度。衬垫在随后的压紧衬底工艺期间不会移动，因而保持空隙的均匀性。
在步骤512，在其上已形成密封图案6的衬底2a上滴落已脱气的液晶。用公式L=S·d·γ来计算滴落的液晶的容积“L”。其中，“S”表示LCD器件的显示面积，“d”表示单元空隙的预定尺寸，“γ”表示修正因子，根据实验结果，γ表示为1.03≤γ≤1.04。依据预定的滴落方式滴落液晶，从而使滴落的液晶均匀散布。
在步骤516，用第一示例实施例中所述的图3的设备对衬底2a和2b进行位置对准。在把真空室8内部的气压设定为预定的程度后，参考对准标记把衬底对准到预定的位置。然后，通过把压力加到上侧和下侧平板把衬底相互压紧，这样形成预定厚度的单元空隙。然后使真空室8漏气而达到大气压。
在步骤518，通过紫外线照射来固化密封图案6。在此情况下，掩蔽显示区或可使用激光来防止不想要的紫外线照射改变液晶的质量。在步骤520，进行退火以稳定液晶3的对准。在步骤522，切去衬底不使用的外围部分。于是，完成了LCD器件1。
与第一示例实施例的真空注入法相比，本示例实施例的液晶滴落法更适用于建立与交货时间有关的有效而灵活的生产线。此外，可把液晶的消耗量减到最少。
此外，在滴落法中，如果形成图6所示具有包裹密封图案6的连续密封线的样品密封图案11，则可提高LCD器件1的中央部分和外围部分的单元空隙的均匀度。
           第三示例实施例
在本示例实施例中，把图7所示的两层缓冲板12置于衬底2a和上侧平板10之间，并由用于连接衬底的设备的上侧平板9来固定衬底2b。此两层缓冲板12包括承受两个衬底的厚度分布和弯曲的弹性层100以及从垂直方向抵制对衬底任何点的压力的硬质层200。相应地，在压紧衬底时，缓冲板12更便于形成均匀的单元空隙。此示例实施例在填充液晶方面适用于真空注入法和滴落法，已在第一和第二示例实施例中描述了这两个方法的细节。
在以上的示例实施例中，已描述用喷涂方法来形成用于预定单元空隙的衬垫。除此之外，还有通过光刻技术来形成光致抗蚀剂层的凸起图案或通过印刷来形成树脂的凸起图案的方法。
如上所述，本发明可提供一种制造LCD器件的方法，这样，可通过防止单元空隙形成工艺中对准位置的滑移和衬底的弯曲来提高LCD器件的生产力，这种提高是通过在一连续工艺(在常规方法中是分开的工艺)中进行对准和形成衬底的空隙来实现的。
此外，在本发明中，由于在真空室中形成空隙并预先计算液晶的滴落量，所以可获得更精确的空隙，这样可实现所需求的尺寸较大而单元空隙较窄的LCD器件。
虽然这里已参考特殊实施例示出和描述了本发明，但本发明不限于示出的细节。此外，可在权利要求书等价物的范围内进行大量各种修改而不背离本发明。

Claims (18)

1．一种制造LCD器件的方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)通过给有液晶夹在其间的上衬底和下衬底中至少一个衬底的一部分加上密封材料来形成用于包裹所述液晶的密封图案；
(b)为确定单元空隙，在至少一个所述衬底上形成衬垫；
(c)通过在具有一真空水平的真空中使上衬底和下衬底对准从而所示衬底相互面对来形成所述单元空隙，所述上衬底和所述下衬底分别耦合到上平板和下平板，其中至少一个所述平板是可移动的；以及
(d)把所述衬底对相互压紧。
2．如权利要求1所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(e)形成样品密封图案，所述样品密封图案具有包裹在所述步骤(a)中形成的所述密封图案的连续密封线。
3．如权利要求1所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(e)把缓冲板置于(ⅰ)所述上平板和所述上衬底以及(ⅱ)所述下平板和所述下衬底中的至少一个之间。
4．如权利要求2所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(f)把缓冲板置于(ⅰ)所述上平板和所述上衬底以及(ⅱ)所述下平板和所述下衬底中的至少一个之间。
5．如权利要求1所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的至少一个，以对真空吸盘产生比所述真空的真空水平更高的真空水平。
6．如权利要求2所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的一个，以对真空吸盘产生比环境气压的真空水平更高的真空水平。
7．如权利要求3所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的至少一个，以对真空吸盘产生比所述真空的真空水平更高的真空水平。
8．如权利要求4所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的至少一个，以对真空吸盘产生比所述真空的真空水平更高的真空水平。
9．如权利要求1所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(e)在所述步骤(c)后把一定量的液晶滴到或加到所述衬底对中的一个衬底上，从而以所述液晶填充所述单元空隙。
10．如权利要求9所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(f)形成样品密封图案，所述样品密封图案具有包裹在所述步骤(c)中形成的所述密封图案的连续密封线。
11．如权利要求9所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(f)把包括硬质层和弹性层的两层缓冲板置于(ⅰ)所述上平板和所述上衬底以及(ⅱ)所述下平板和所述下衬底中的至少一个之间。
12．如权利要求10所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(g)把包括硬质层和弹性层的两层缓冲板置于(ⅰ)所述上平板和所述上衬底以及(ⅱ)所述下平板和所述下衬底中的至少一个之间。
13．如权利要求9所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的至少一个，以对真空吸盘产生比所述真空的真空水平更高的真空水平。
14．如权利要求10所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的至少一个，以对真空吸盘产生比所述真空的真空水平更高的真空水平。
15．如权利要求11所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的至少一个，以对真空吸盘产生比所述真空的真空水平更高的真空水平。
16．如权利要求12所述的制造LCD器件的方法，其特征在于所述步骤(c)还包括以下步骤：
(c1)由使用至少一个所述平板的真空吸盘来固定所述衬底中的一个衬底，所述至少一个所述平板设有用于抽出空气的孔和槽中的至少一个，以对真空吸盘产生比所述真空的真空水平更高的真空水平。
17．如权利要求1所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(e)把包括硬质层和弹性层的两层缓冲板置于(ⅰ)所述上平板和所述上衬底以及(ⅱ)所述下平板和所述下衬底中的至少一个之间。
18．如权利要求2所述的制造LCD器件的方法，其特征在于还包括以下步骤：
(f)把包括硬质层和弹性层的两层缓冲板置于(ⅰ)所述上平板和所述上衬底以及(ⅱ)所述下平板和所述下衬底中的至少一个之间。
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