专利名称：液晶显示器的平板装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用一对彼此隔开的、其间夹有液晶材料的基片的平板显示器和其装配方法。
有几种装配液晶平板显示器(LCD)的方法。例如，已有技术已经使用了这样一种方法首先形成具有所有需要的薄膜晶体管(TFT’s)、电路线和滤色片的构成平板的两个基片部分，然后以大约5微米(例如通过利用5微米的玻璃球)数量级的相互间隔将显示板的两个基片部分(以后有时称为基片)对准，并且接着在大多数周围部分上用一个两部分预先混合的高温环氧树脂将两个基片部分联接起来，需要约180C的温度作用几个小时来固化或交联所述高温环氧树脂，然后，将所得到的空的平板部件置于用于排除空气的真空室中并接着置于液晶材料盘中，通过给该室再充氮气而把该液晶材料压进抽空的平板空间中。在1991年7月9日颁发给Stefan Brosig的美国专利5,029,623中描述了该已有技术。
使用热固化环氧树脂装配的任何方法都存在着问题，因为固化温度太高以致于液晶材料在不损坏其功能特性的情况下不能承受。为此，由两个基片构成的空LCD板的装配必须以液晶材料填充该空LCD板。然而，由于装配的空LCD板在形成该板的两个装配基片之间仅有非常小的间隔(例如5至10微米)，所以在真空中的填充步骤非常慢，为3至5小时的数量级。
最近，已经开发了一种快速填充技术(“单滴填充”)，其中，在将一个平板基片与另一个平板基片联接之前仅一个平板基片接受填充的液晶液滴。在1993年11月23日授于Teruhisa Ishihara等人的美国专利5,263,888中公开了单滴填充方法的一种方案。在该方案中，密封剂通常是其交联需要紫外线辐射的紫外线(uv)凝固环氧树脂。这样的单滴填充方法不能使用热凝固环氧树脂，而必须使用紫外线环氧树脂或在接近室温下固化(凝固或交联)的其它环氧树脂。将会了解到，这样的未固化环氧树脂必然不可避免地要与液晶接触，因为环氧树脂形成液晶材料的外围边界壁。有装配证据说明，未固化的环氧树脂和其它密封剂将与液晶材料起反应而使其作为液晶材料的性能变坏。由于因伸出平板基片外周部分的薄膜电路投射的荫影而引起紫外线光不能照射到环氧树脂的所有部分，所以这种有害的影响在紫外线环氧树脂末完全固化的显示板的那些区域尤为可能。
本发明提出了许多LCD(液晶显示)平板结构和其制作方法，能阻止在液晶材料与任何可能混染的密封剂(例如环氧树脂或硅酮)之间的有害混合。它们与“1滴填充”方法一起被使用，因为它是优选的装配方法。一旦装配，即使没有硬化所有的环氧树脂或其它密封剂或没有完全混合环氧树脂的两个组成部分，而本发明提出结构也设计成能阻止密封剂与液晶之间的接触，从而防止长期使用中使液晶变坏。
描述了几种结构，通常使用平板印刷技术通过蒸发或类似的方法沉积这些结构以形成阻挡层，该阻挡层在将平板的两个基片对准、连接并且固化密封剂之后能使液晶与密封剂隔开。所建议的一些结构包括一组其间具有空间的双壁以容纳固化的或未固化密封剂的溢流。另一种结构包括一个周边沉积的硬质材料，该硬质材料与形成机械凸缘/环形密封圈或联锁软质材料联接。如此选择几何形状以便能使用紫外线固化的环氧树脂或一种用室温或接近室温硬化(交联)或固化的两个组成部分交联的环氧树脂。在后一种情况下，提议应用两个组成部分的环氧树脂组成以便仅仅将一个组成部分施加于形成平板的两个基片的一个基片上，两个组成部分的相互混合出现在将两个基片联接并使两个基片受到压力的作用之后。可以加热以加速交联，只要温度保持在大约100℃以下以避免损坏液晶材料就可以。
因此，本发明主要提供了一种液晶显示板，它包括a)一对相互隔开的基片，所述基片相互隔开均匀间隔，每一基片包括一个中间部分和包围所述中间部分的外围部分，b)在所述一对基片的中间部分之间沉积预选定量的液晶材料，c)在所述一对基片之间并且是在基片的外围部分中沉积的一个阻挡层凸起带(barrier fillet)，该阻挡层凸起带包围所述预选定量的液晶材料并将所述预选定量的液晶材料限制到所述的中间部分，以及d)在所述的外围部分中并在所述一对基片之间沉积的并在基片之间形成有效密封的一个粘合凸起带(adhesive fillet)，所述粘合凸起带包围所述阻挡层凸起带。
按照本发明的一个优选实施例，粘合凸起带包括环氧树脂材料，而阻挡层凸起带包括i)包围所述预选定量液晶的均匀厚度的第一隔离凸起带(spacer fillet)，ii)前述均匀厚度的第二隔离凸起带，所述第二隔离凸起带包围所述第一隔离凸起带。
最好是，阻挡层凸起带(或者第一隔离凸起带和第二隔离凸起带之一)由一种可压缩材料(例如，完全固化的硅酮弹性材料)构成并在一对基片之间均匀地压缩阻挡层凸起带。此外，在某些情况下，希望能提供具有前面所述均匀厚度的能包围第二隔离凸起带的第三隔离凸起带，以便进一步地减少未固化的环氧树脂移动到与预选定量液晶材料可能混染接触的危险。
本发明还提供了一种制作液晶显示板的方法，所述液晶显示板包括一对相互隔开的预定间隔的基片，每一基片包括一个中间部分和包围所述中间部分的外围部分，所述方法包括如下步骤a)在至少一个基片的外围部分沉积一个连续的阻挡层凸起带，所述阻挡层凸起带均匀地至少与所述的间隔一样厚，b)在一对基片之一的中间部分沉积预选定量的液晶材料，c)在至少所述外围部分之一上以连续的闭合路径沉积一个比所述预定间隔厚的粘合凸起带，以及d)将所述一对基片联接成所述外围部分彼此有间距地接近。
按照本发明的一个优选的实施例，由下列步骤来完成所述步骤(c)i)在所述一对基片之一的外围部分上以连续闭合路径沉积两个组成部分的环氧树脂材料的一个组成部分，ii)在所述一对基片的另一基片的外围部分上，与所述一个组成部分的连续闭合路径沉相对应地以连续闭合路径沉积所述两个组成部分的环氧树脂材料的另一个组成部分，由此，在执行将所述一对基片联接的步骤(d)时，所述一个组成部分与所述另一组成部分沿它们相应的闭合路径的整个长度相互混合而引起交联，以便由两个组成部分的环氧树脂材料形成粘合凸起带。正如将要了解到的，这样新颖地使用两个组成部分的低温交联环氧树脂，将环氧树脂放在适当的位置，能使处理时间为完成填充液晶材料和其它操作所需要的时间那么长，直到两个基片实际联接在一起才考虑交联。
图1是根据本发明一个实施例的要组装成一个LCD板的一对基片的结构透视图。
图2是根据图1所示的实施例的平板装置的横截面图。
图3是根据本发明第二实施例的平板装置的横截面图。
图4是根据本发明第三实施例的平板装置的横截面图。
图1示出了一对LCD平板基片1a、1b，它们可以由玻璃或其它适合的材料构成并按需要配置有安装在内部的薄膜电路(没有示出)。基片1a配有通过合适的装置沉积在基片上的厚度均匀的阻挡层凸起带(barrier fillet)3。例如，阻挡层凸起带3可通过平板印刷掩膜沉积的硬质材料(例如玻璃)来构成，其厚度最好为所需基片间的间隔，g，(例如5微米)，在基片1a与1b连接在一起而形成LCD平板之后在所述间隔g中阻挡层凸起带3用作基片1a与1b之间的隔片。在阻挡层凸起带3包围和限定的基片的中间部分沉积预选定量的液晶材料4。可通过前面所述的Ishihara等人的美国专利USP5,263,888中的方法或利用在1998年5月11日申请的美国专利申请09/076,147中所描述的移动喷嘴(moving nozzle)来沉积此预选定量的液晶材料。
为了实施本发明的方法的一个优选实施例，在基片1a的周边部分上以连续的闭合路径沉积低凝点的两个组成部分的环氧树脂粘合材料的一个组成部分2a(例如树脂)，在图1中实际绘出该部分2a基本为矩形。在另一基片1b的周边部分上以连续的闭合路径沉积两个组成部分环氧树脂粘合材料的另一组成部分2b(例如硬化成分)，组成部分2b的连续闭合路径的尺寸和形状与组成部分2a的一致。如果不将组成部分2a和组成部分2b混合在一起，它们不会凝固、硬化或交联。然后，使基片1a和基片1b联接成沿组成部分2a、2b的连续闭合路径的整个长度对准接触。
然后，如图2所示，在室温下(或者在能加速交联但比使液晶材料损坏的温度低的较高温度下(例如，100℃))将基片1a和基片1b压在一起，以便使组成部分2a和组成部分2b混合、引起组成部分2a和组成部分2b交联和使组成部分2a和组成部分2b固化，从而实际上形成作为基片1a和基片1b之间的有效密封的硬粘合凸起带2ab。
正如从图1和图2所示的结构中所看到的，阻挡层凸起带3用于限制预选量的液晶材料4不与没有固化的环氧树脂组成部分2a、2b接触。认为在液晶材料和未固化的密封层(例如环氧树脂或硅酮弹性材料)之间的这种接触可出现密封层分子进入到液晶材料中的不希望有的扩散，这将使液晶性能变坏。
由于有时难以精确地确定应该在基片1a的中心部分沉积的液晶材料的预选定量4，所以最好沉积过量的液晶材料，然后设置有通过阻挡层凸起带3和粘合凸起带2ab的通孔以便在将基片1a和1b连接在一起的步骤期间将多余的材料除去。
图3示出了新颖的液晶显示(LCD)平板的第二实施例，其中用均匀厚度g的玻璃隔离凸起带3a替换图1和图2的阻挡层凸起带3，由可压缩材料(例如完全固化的硅酮弹性材料)构成的另一隔离凸起带3b包围玻璃隔离凸起带3a。将会了解到，在制作LCD平板期间，在基片1a和基片1b之一上以大于g(例如，5微米)的均匀厚度沉积可压缩凸起带3b。结果是，当将基片1a和基片1b装配在一起时，沿其整个长度压缩可压缩的凸起带3b以形成一个有效的阻挡层来阻止液晶材料4与粘合凸起带2混合在一起，粘合凸起带2由两个组成部分的环氧树脂或任何其它末固化的粘合性的密封材料构成。
图4示出了本发明液晶平板的第三实施例，其中用一对均匀厚度g的相互隔开的玻璃的脊状隔离凸起带3a、3c替换图1和图2的阻挡层凸起带3。使用两个(而不是一个)衬垫3a、3c的主要有益效果是能在凸起带3a和条3c之间的空间中捕获环氧树脂2或液晶材料4的任何溢出6。正如将要了解到的，当在液晶平板装配期间将基片1a、1b压在一起时将会出现这种溢出6。
将注意到，给基片1a、1b配置有具有如图3所示的台阶5或如图4所示的凹面的周边边缘，从而为通过粘合凸起带2改进密封而提供一个周边的槽以及当使用紫外线交联时能够通过紫外线辐射较好地照明未固化的环氧树脂。
可以对本申请的图1至4中所示出的LCD平板的实施例进行许多种修改。例如，可使用在一个基片上形成的单个阻挡层凸起带，而在另一基片的相对着的表面中提供一个相应的槽，该槽与阻挡层凸起带的突入部分相符合并紧密地包围阻挡层凸起带的突入部分。当然，为了保持所希望的基片相互间的间隔，必须设置一些其它衬垫元件，例如玻璃球或第二个硬质的凸起带。
根据本发明的另一种变形，由单个硬质凸起带提供阻挡层凸起带，如图1、2所示出的，在单个硬质凸起带上有一层可压缩材料(例如，特伏龙(商标)，固化的硅酮橡胶，等等)，以改善阻止液晶材料和粘合剂之间混染的阻挡效果。
根据本发明的另一种变形，设置在一个基片上的外围部分中的阻挡层凸起带装置可以采用如下的形式两个相互隔开的具有相同均匀衬垫厚度的玻璃球加上在该两个玻璃球之间的由可压缩材料(例如，固化的硅酮弹性材料)构成的较厚凸起带。当然，在该基片的中间部分沉积预选定量的液晶材料。然后，当该基片与另一基片联接时，将可压缩材料的较厚凸起带压缩为两个玻璃凸起带的厚度，而所有的三个凸起带使液晶材料、硅酮弹性材料以及未固化的环氧树脂粘合物的任何混合减为最小。
尽管为了便于较好地理解本发明已参考实施例描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到，能在不脱离所附权利要求限定的本发明范围和实质的情况下以各种方式实施本发明。
权利要求
1.一种液晶显示板，包括a)一对相互隔开的基片，所述基片相互隔开均匀间隔，每一基片包括一个中间部分和包围所述中间部分的外围部分，b)在所述一对基片的中间部分之间沉积预选定量的液晶材料，c)在所述一对基片的中间部分之间并且是在其外围部分沉积的一个阻挡层凸起带，该阻挡层凸起带包围所述预选定量的液晶材料并将预选定量的液晶材料限制到所述的中间部分，以及d)在所述的外围部分中并在所述一对基片之间沉积的并在基片之间形成有效密封的一个粘合凸起带，所述粘合凸起带包围所述阻挡层凸起带。
2.一种如权利要求1所述的液晶显示板，所述粘合凸起带包括环氧树脂材料，所述阻挡层凸起带包括i)包围所述预选定量液晶的均匀厚度的第一隔离凸起带，ii)厚度为所述均匀厚度的第二隔离凸起带，所述第二隔离凸起带包围所述第一隔离凸起带。
3.一种如权利要求2所述的液晶显示板，所述第一隔离凸起带和所述第二隔离凸起带之一由可压缩材料组成。
4.一种如权利要求1所述的液晶显示板，所述粘合凸起带由环氧树脂材料组成，所述阻挡层凸起带包括i)包围所述填充物的均匀厚度的第一隔离凸起带，ii)由可压缩材料构成的并包围所述第一隔离凸起带的第二隔离凸起带，在所述一对基片之间均匀地压缩所述第二隔离凸起带，以及厚度为所述均匀厚度的并包围所述第二隔离凸起带的第三隔离凸起带。
5.一种如权利要求3所述的液晶显示板，所述可压缩材料包括完全固化的硅酮弹性材料。
6.一种如权利要求1所述的液晶显示板，所述基片之一具有一个槽，该槽沿其长度与所述阻挡层凸起带一致并紧密地包围所述阻挡层凸起带。
7.一种如权利要求1所述的液晶显示板，所述阻挡层凸起带由在所述一对基片之间均匀地被压缩的可压缩材料构成。
8.一种如权利要求1所述的液晶显示板，所述隔离凸起带包括在所述一对基片的一个基片的表面上形成的刚性材料的脊，所述脊具有一层沉积在其上的可压缩材料。
9.一种如权利要求1、5或7所述的液晶显示板，所述一对基片包括外边缘，所述外边缘包括一个其中的粘合凸起带保持不变的槽。
10.一种制作液晶显示板的方法，所述液晶显示板包括一对相互隔开的预定间隔的基片，每一基片包括一个中间部分和包围所述中间部分的外围部分，所述方法包括如下步骤a)在至少一个基片的外围部分沉积一个连续的阻挡层凸起带，所述阻挡层凸起带均匀地至少与所述的间隔一样厚，b)在一个基片的中间部分沉积预选定量的液晶材料，c)在至少所述外围部分之一上以连续的闭合路径沉积一个比所述预定间隔厚的粘合凸起带，以及d)将所述一对基片联接成所述外围部分彼此有间距地接近。
11.一种如权利要求10所述的方法，其特征在于由下列步骤来实现所述步骤(c)i)在所述一对基片之一的外围部分上以连续闭合路径沉积两个组成部分的环氧树脂材料的一个组成部分，ii)在所述一对基片的另一基片的外围部分上，与所述一个组成部分的连续闭合路径相对应地以连续闭合路径沉积所述两个组成部分的环氧树脂材料的另一个组成部分，由此，在执行将所述一对基片联接的步骤(d)时，所述一个组成部分与所述另一组成部分沿它们相应的闭合路径的整个长度相互混合而引起交联，以便由两个组成部分的环氧树脂材料形成粘合凸起带。
全文摘要
当使用“单滴填充”方法由一对基片制作液晶板时,在一个基片上以连续闭合回路的形式沉积一个相当厚的硅酮弹性材料的阻挡层凸起带并在将液晶材料沉积在该闭合回路内之前完全固化阻挡层凸起带。为了将基片密封在一起,将基片装配在一起,由设在一个基片上的相当薄的隔离凸起带确定基片间的间隔,并且沿基片的外围部分沉积环氧树脂。阻挡层凸起带最好是可压缩的,用于防止液晶材料与任何区域的未固化环氧树脂材料混染。
文档编号G02F1/1339GK1256431SQ9912351
公开日2000年6月14日 申请日期1999年11月4日 优先权日1998年11月20日
发明者R·J·冯古特费德 申请人:国际商业机器公司