液晶顯示設備及其製造方法
2023-05-26 21:43:51
專利名稱：液晶顯示設備及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種包括由非接觸方法形成的取向膜的液晶顯示(LCD)設備及其製造方法。本發明特別涉及一種各個取向膜邊緣部分的膜厚度和輪廓形狀的精確性得到改善的LCD設備及其製造方法。
背景技術：
一般在LCD設備中，液晶層插在包含開關元件的基板和與該基板相對的另一個基板之間，並給該液晶層和基板之間的每個界面設置取向膜。通過給取向膜實施取向處理，如摩擦，可使基板附近的液晶分子分別在對應於該取向膜的單個方向上排列，液晶分子位於液晶層中。
作為製造取向膜的方法，通過印刷製造取向膜的方法是公知的。在印刷取向膜的情形中，例如為了阻止異物從製造設備附著到取向膜上，已經提出了非接觸型的取向膜印刷方法，如噴墨方法。在該非接觸型的取向膜印刷方法中，在基板上很遠的位置以相等的間隔將取向膜材料以極小的液滴釋放到基板上。落到基板上的取向膜材料的液滴像液體一樣展開，同時通過其自身重量而逐漸變平，由此期望形成具有均勻膜厚度的取向膜。
然而，實際上，落到印刷區域的最外圍上的取向膜材料的液滴還在向著印刷區域外圍的方向上像液體一樣展開，因此膜厚度在印刷區域的外圍中不可能均勻。此外，因為落到基板上的取向膜材料的液滴易於沿著像布線這樣的圖案而像液體一樣展開，因此存在一個問題，即印刷邊緣部分中的膜厚度和輪廓形狀的控制能力較差。
發明內容
因此，本發明的典型特徵是提供一種製造LCD設備的方法，當通過與基板非接觸的印刷方法形成取向膜時，該方法能提高各個取向膜的邊緣部分的構圖精確性。本發明的另一個典型特徵是提供一種由這種製造方法製造的LCD設備。
此外，本發明的再一個典型特徵是提供一種製造LCD設備的方法，當以類似的方式形成取向膜時，該方法能形成具有高均勻膜厚度的取向膜。本發明的再一個典型特徵是提供一種由這種製造方法製造的LCD設備。
本發明的液晶顯示設備包括一對基板，其每一個都包括顯示區域和圍繞顯示區域的外圍區域；夾在基板之間的液晶層；設置在該對基板的外圍區域之間的密封部件，該密封部件密封液晶層；設置在該對基板之一的表面與液晶層之間，以及該對基板的另一個的表面與液晶層之間的取向膜；和設置在密封部件與顯示區域之間的印刷位置控制圖案，該印刷位置控制圖案的每個都由用於排斥形成取向膜的取向膜材料的相應一種的部件製成。
優選每個印刷位置控制圖案都設置在顯示區域和密封部件之間。
優選印刷位置控制圖案分別由每個都能夠容易地排斥取向膜材料的區域組成。
優選能夠容易地排斥相應取向膜材料的區域分別由對取向膜材料具有斥水性的區域組成。
優選印刷位置控制圖案分別由能夠容易地排斥相應取向膜材料的結構組成。
優選印刷位置控制圖案分別由柱形體組成，該柱形體與相應的對向基板接觸，且支撐基板以保持單元間隙。
優選能夠容易地排斥相應取向膜材料的每個結構都由下述圖案的結構組成，所述圖案重複凹結構和凸結構的至少一個。
優選每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降部分的寬度是50μm或更小。
優選每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降部分與印刷位置控制圖案的區域的面積比為1/2或更大。
優選每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
本發明的製造液晶顯示設備的方法是製造下述液晶顯示設備的方法，該液晶顯示設備包括一對基板，其每一個都包括顯示區域和圍繞顯示區域的外圍區域；夾在該對基板之間的液晶層；和設置在該對基板的外圍區域之間的密封部件，該密封部件密封液晶層，該方法包括下述步驟在該對基板的各個顯示區域外部形成印刷位置控制圖案，其每個都由用於排斥形成取向膜的取向膜材料的相應一種的部件製成，通過非接觸印刷方法在該對基板的顯示區域上分別形成取向膜，和用密封部件結合該對基板，並在該對基板之間插入液晶層。
優選印刷位置控制圖案分別由每個都能夠容易地排斥取向膜材料的區域形成。
優選能夠容易地排斥相應取向膜材料的區域分別由具有斥水性的區域形成，該斥水性可抑制印刷取向膜的展開。
優選印刷位置控制圖案分別由能夠容易地排斥相應取向膜材料的結構形成。
優選能夠容易地排斥相應取向膜材料的結構分別由包括凹結構或凸結構的區域形成，凹結構或凸結構抑制印刷取向膜的展開。
優選每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降部分的寬度是50μm或更小。
優選每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降部分與印刷位置控制圖案區域的面積比為1/2或更大。
優選每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
優選通過光刻方法形成包括抑制印刷取向膜的展開的凹結構或凸結構的區域。
優選通過非接觸有機材料印刷方法形成印刷位置控制圖案。
優選印刷位置控制圖案分別由柱形體組成，該柱形體包圍相應的顯示區域，且支撐該對基板以保持單元間隙。
優選通過沉積色彩濾色器層形成柱形體。
優選非接觸印刷方法基於噴墨印刷方法。
優選噴墨印刷方法通過控制壓電元件來產生要釋放的取向膜材料的液滴。
優選噴墨印刷方法通過控制加熱器來產生要釋放的取向膜材料的液滴。
優選非接觸印刷方法基於滴塗(dispense)印刷方法。
依照本發明的製造液晶顯示設備的方法，在該對基板的顯示區域外部形成印刷位置控制圖案，其每個都由用於排斥形成取向膜的取向膜材料的相應一種的部件製成。這產生了如下典型的優點。
依照本發明，當通過非接觸印刷方法形成取向膜時，即使取向膜材料在向著顯示區域外圍的方向上像液體一樣展開，印刷位置控制圖案也能夠排斥取向膜材料，由此控制取向膜材料像液體一樣的展開。這可形成在顯示區域的中心與顯示區域的邊緣部分之間具有較小膜厚度變化的取向膜。因為可控制取向膜材料像液體一樣的展開，所以利於取向膜的邊緣部分的構圖。
依照本發明的液晶顯示設備，在密封部件和顯示區域之間，設置有印刷位置控制圖案，該印刷位置控制圖案每個都由用於排斥形成取向膜的取向膜材料的相應一種的部件製成。這產生了如下典型的優點。
依照本發明，當通過非接觸印刷方法形成取向膜時，即使取向膜材料在向著顯示區域外圍的方向上像液體一樣展開，通過排斥取向膜材料的印刷位置控制圖案可控制取向膜材料像液體一樣的展開。因此，可獲得取向膜的膜厚度均勻、不具有不規則性，且取向膜的構圖精確性極佳的液晶顯示設備。此外，作為取向膜的構圖精確性改善了的結果，可實現不具有顯示不規則性的液晶顯示設備，從而提高了液晶顯示設備的顯示質量並降低了液晶顯示設備的尺寸。
通過參照結合附圖的描述，本發明的這些和其他的目的和優點及進一步的描述對於本領域技術人員來說將是顯而易見的，其中
圖1是顯示有關本發明一個實施例的LCD設備的部分結構的橫截面圖；圖2是顯示製造圖1的LCD設備的方法的部分工序的流程圖；圖3A到3D是按照製造步驟的順序的LCD設備的陣列基板和色彩濾色器基板的橫截面圖，用於解釋本發明的第一個實施例的取向膜印刷工序。
圖4是用於解釋在圖3的取向膜印刷工序中使用的取向膜印刷裝置的構造的示意圖；圖5A是用於解釋在圖3的取向膜滴落工序中使用的印刷頭的透視圖；圖5B和5C是由圖3的取向膜的滴落而造成的LCD設備的部分平面圖；圖6A到6D是LCD設備的部分截面圖，用於解釋圖3的取向膜材料像液體一樣展開的工序；圖7A是有關圖4的取向膜印刷裝置的印刷頭的透視圖；圖7B和7C是用於解釋圖7A的印刷頭的操作的橫截面圖；圖8是顯示有關本發明的第二個實施例的LCD設備的部分結構的橫截面圖；圖9A到9D是按照製造步驟的順序顯示LCD設備的陣列基板和色彩濾色器基板的結構的橫截面圖，用於解釋圖8的取向膜印刷工序；圖10A和10B是用於解釋圖8的取向膜印刷工序的橫截面圖；圖11A和11B是圖8的印刷位置控制圖案61的一個例子的透視圖；圖12A和12B是圖8的印刷位置控制圖案61的其他例子的透視圖；圖13A到13C是圖8的印刷位置控制圖案61的另外其他例子的平面圖；圖14是顯示有關本發明的第三個實施例的LCD設備的部分結構的橫截面圖；圖15A和15B是顯示有關本發明的第四個實施例的取向膜印刷裝置的另一個印刷頭的橫截面圖；
圖16是顯示第一個相關技術的LCD設備的部分結構的橫截面圖；圖17A到17D是用於解釋圖16中的取向膜的製造工序的橫截面圖；圖18A是顯示第二個相關技術的LCD設備的部分結構的平面圖，圖18B是沿圖18A的I-I線或II-II線的部分截面；和圖19A是圖18的陣列基板的平面圖，圖19B是圖19A的放大的部分視圖。
具體實施例方式
在描述優選的實施例之前，參照附圖描述相關技術。
首先，描述第一個相關技術。參照圖16，LCD設備1c包括作為第一基板的陣列基板10c、作為第二基板的色彩濾色器基板20c、連接這些第一和第二基板的密封部件50、和插在第一和第二基板之間的液晶層30。在各個基板的表面上設置有取向膜，這些表面與液晶層30接觸。陣列基板10c在基板11上設置有作為開關元件的薄膜電晶體(TFT)12和像素電極以及用作顯示區域的其他電極，像素電極和其他電極與開關元件相連。陣列基板10c在設置有這些元件的基板11的頂部上設置有取向膜40。色彩濾色器基板20c在基板21上設置有黑色矩陣70和色彩濾色器80。色彩濾色器基板20c在黑色矩陣70和色彩濾色器80上設置有取向膜40a。此外，通過非接觸印刷方法從各個基板上方釋放取向材料並將其烘焙它們來沉積取向膜40和40a。
在第一個相關技術中，在按照圖17A到17D的步驟的順序的橫截面視圖中顯示了形成取向膜40和40a。首先，如圖17A中所示，將取向膜材料的液滴41釋放到基板11上的顯示區域90。該取向膜材料的液滴41像液體一樣在向著顯示區域90的外圍的方向上展開，同時靠其自身重量逐漸變平，如圖17B和17C中所示。然後，如圖17D中所示，形成平坦的取向膜40。然而，在該情形中，取向膜40的邊緣部分導致膜厚度較小的區域44。因此，存在一個問題，即取向膜40的膜厚度不易於均勻。
此外，當取向膜材料被印刷到像布線這樣的長且窄的溝槽上時，印刷的取向膜材料沿著該溝槽像液體一樣展開。因此，這導致下述問題，如在各個取向膜的邊緣部分處取向膜材料像液體一樣展開時導致的不均勻的膜厚度或較寬的變化。由於該原因，極難控制在形成布線圖案的顯示區域外圍中的各個取向膜的邊緣部分的膜厚度和輪廓。如果取向膜沿著取向膜邊緣的布線在向著面板外圍的方向上延伸，則在密封位置下形成了部分取向膜。這就降低了LCD設備的可靠性。為了解決上述問題，需要加寬顯示區域和密封之間的空間，然而這導致了LCD設備較寬的框架面積。
此外，在由非接觸型的取向膜印刷方法形成取向膜的情形中，存在一個問題，即很難控制膜厚度的均勻性。因為印刷到基板上的樹脂，如清漆，靠自身重量展開，所以樹脂在印刷區域的中心厚，在外圍中稍薄。由於該原因，在通過臨時乾燥而蒸發溶劑之後的取向膜的膜厚度在中心變大而在外圍中變小。在使用具有膜厚度變化的取向膜來組裝LCD設備的情形中，平面內液晶的取向變得不均勻。因此，導致顯示質量和可靠性的下降。
接下來，描述第二個相關技術。作為第二個相關技術，在日本專利申請未決公開第2001-330837中提出了一種LCD設備。如圖18A和18B中所示，通過用密封部件50a插在陣列基板10d和色彩濾色器基板20d之間來將它們彼此結合，並通過在陣列基板10d和色彩濾色器基板20d之間填充液晶材料以提供液晶層30，構成該LCD設備1d。在陣列基板10d上，以矩陣排列多個柵極線112和多個漏極線113。像素電極、柵極線112和漏極線113通過開關元件(未示出)連接，該開關元件排列在柵極線112和漏極線113的每個交點處，由此構成了顯示區域。此外，柵極線驅動電路(未示出)和漏極線驅動電路(未示出)分別連接到柵極線112和漏極線113。此外，在以此方式形成的像素電極、開關元件、柵極線112和漏極線113上形成取向膜40。
此外，如圖19B中所示，在陣列基板10d的外圍區域中形成幾個凹凸圖案100。這些凹凸圖案100由外部的凹凸圖案101、中間的凹凸圖案103和內部的凹凸圖案102組成。外部凹凸圖案101和內部凹凸圖案102分別沿著陣列基板10d的外圍區域中的密封部件50a的圖案而形成框架形狀。這裡，外部凹凸圖案101和內部凹凸圖案102形成在除液晶注入孔105的外圍區域中。此外，在陣列基板10d上的外部凹凸圖案101和內部凹凸圖案102之間，在除液晶注入孔105的外圍區域中類似地形成中間凹凸圖案103，其與外部凹凸圖案101和內部凹凸圖案102的形狀大致相同。
這些凹凸圖案100由矽石(silica)膜或氮化矽膜形成，其作為塗覆膜是較硬的。此外，在色彩濾色器基板20d上設置馬賽克色彩濾色器和公共電極，並在其上設置取向膜40a。然後，在分別形成在陣列基板10d和色彩濾色器基板20d上的取向膜40和40a上執行取向處理。之後，使取向膜40和40a彼此面對，由此彼此相對地設置陣列基板10d和色彩濾色器基板20d。通過使用以框架形狀應用的密封部件50a以彼此間隔開預定的間隙結合陣列基板10d和色彩濾色器基板20d。此外，從液晶注入孔105在陣列基板10d和色彩濾色器基板20d之間注入液晶，並通過密封部件密封液晶。
第二個相關技術提出如下內容，通過在應用密封部件50a的陣列基板10d的外圍區域中形成這種凹凸圖案100，阻止密封部件50a展開。使用外部凹凸圖案101和內部凹凸圖案102，可控制密封部件50a展開的範圍，並可將密封寬度設置為預定寬度。此外，對於外部凹凸圖案101、內部凹凸圖案102和中間凹凸圖案103，它們的寬度和高度分別設為1μm。內部凹凸圖案102和外部凹凸圖案101之間的空間設為0.5mm。此外，中間凹凸圖案103和密封部件50a一起用作支撐一對基板10d和20d的間隔器。
儘管應用的密封部件根據基板上的位置而變化，但可通過形成內部凹凸圖案和外部凹凸圖案來將密封部件的密封寬度設置在預定寬度內，即使在密封結合工序中用插在其間的密封部件50a來按壓結合陣列基板10d和色彩濾色器基板20d。
就是說，第二個相關技術描述了在形成有電極和取向膜的LCD設備中，形成內部凹凸圖案102和外部凹凸圖案101來包圍密封部件50a，且形成內部凹凸圖案102來包圍形成在一對基板中的一個基板上的顯示區域90a。在第二個相關技術中，設置凹凸圖案101和102來阻止密封部件50流出，並很清楚該凹凸圖案102位於取向膜40和40a與密封部件50之間。然而，因為這些凹凸圖案101和102作用於密封部件50並用於阻止密封部件50流出，所以在形成取向膜40和40a之後形成這些圖案，並且不考慮取向膜40和40a。因此，沒有考慮以均勻的膜厚度形成取向膜或這樣做。
接下來，將參照附圖描述本發明的實施例。參照圖1，LCD設備1包括作為第一基板的陣列基板10、作為第二基板的色彩濾色器基板20、連接第一基板和第二基板的密封部件50、和插在第一和第二基板之間的液晶層30。在各個基板的表面上設置有取向膜40和40a，這些表面與液晶層30接觸。
這些實施例的特徵在於，在每個基板上的密封部件50和顯示區域之間形成印刷位置控制圖案60，其由能排斥形成取向膜40和40a的取向膜材料的部件構成。
此外，陣列基板10在基板11上設置有作為開關元件的TFT 12、像素電極以及用作顯示區域的其他電極，像素電極和其他電極與開關元件相連。陣列基板10在設置有這些元件的基板11的頂部上設置有取向膜40。色彩濾色器基板20在基板21上設置有黑色矩陣70和色彩濾色器80。色彩濾色器基板20在黑色矩陣70和色彩濾色器80上設置有取向膜40a。此外，通過非接觸印刷方法從各個基板上面釋放取向材料並將其烘焙來沉積取向膜40和40a。
描述製造上述LCD設備的方法。首先，參照圖2的步驟S1，在陣列基板10上形成元件和像素電極，隨後在色彩濾色器基板20上形成黑色矩陣層和色彩濾色器層。同時，在陣列基板10上和色彩濾色器基板20上的密封部件50和顯示區域之間形成印刷位置控制圖案60，其用於控制液滴像液體一樣的展開。液滴由取向膜材料構成且從各個基板上面釋放。
每個印刷位置控制圖案60都形成為可容易地排斥取向膜材料的區域或結構。可容易地排斥取向膜材料的區域一般是執行了低表面能量處理的區域，如下面所述的第一個實施例的情形中那樣。此外，可容易地排斥取向膜材料的結構是至少形成凹結構或凸結構的結構，如下面所述的第二個和第三個實施例的情形中那樣。
接下來，如步驟S2中所示，通過非接觸型的取向膜印刷方法在各個基板10和20上形成取向膜。隨後，如步驟S3中所示，通過很公知的方法對取向膜執行摩擦處理。根據常規使用的技術進行在該摩擦處理之後的工序。就是說，在步驟S4中形成密封部件50，在步驟S5中結合各個基板10和20，並在步驟S6中通過液晶注入孔注入液晶，從而形成液晶層30。此外，在步驟S7中密封該注入孔，從而形成液晶面板，並在步驟S8中對液晶面板執行各向同性處理，從而完成液晶面板。
在這些實施例中，在密封部件50和各個基板10和20上的每個顯示區域之間形成印刷位置控制圖案60，其用於控制取向膜40和40a像液體一樣的展開。然後，通過非接觸型的印刷方法，在顯示區域中，即在印刷位置控制圖案60內側印刷取向膜材料。該印刷的取向膜材料像液體一樣在向著顯示區域外圍的方向上展開，同時靠其自身重量變平，最終通過印刷位置控制圖案60來控制像液體一樣的展開。因為可用各個印刷位置控制圖案60來任意控制形成取向膜的區域，所以通過印刷與表面面積和膜厚度的乘積相對應的量的取向膜材料，可形成在顯示區域中心和顯示區域邊緣部分之間具有較小厚度變化的取向膜。
此外，因為可用這些實施例的構造來控制取向膜材料像液體一樣的展開，所以顯著地有助於取向膜邊緣部分的構圖。此外，可減小用於結合對向基板的密封部件與顯示區域之間的距離，並製造由窄框架組成的LCD設備。此外，作為取向膜的構圖精確性提高了的結果，就不存在顯示不規則，並可改善LCD設備的顯示質量。
(第一個實施例)在本發明的第一個實施例中，每個印刷位置控制圖案60都形成為可容易地排斥取向膜材料的區域，即執行了低表面能量處理並對取向膜材料具有高斥水性的區域。
參照圖4，描述該實施例的用於印刷取向膜的取向膜印刷裝置。取向膜印刷裝置410包括用於存儲取向膜材料411的罐413、用於將取向膜材料411釋放到基板11上的印刷頭414、和其上放置基板11的臺416。印刷頭414通過來自取向膜材料411的罐413的供給管而用取向膜材料411填充。在印刷頭414中，排列有用於以等間隔釋放取向膜材料411的噴嘴，並且每個噴嘴都具有響應於來自控制單元(未示出)的信號而任意釋放取向膜材料的機構。
在取向膜的印刷工序中，如圖3A中所示，首先，在陣列基板上形成TFT和印刷位置控制圖案60。在色彩濾色器基板上形成色彩濾色器80、黑色矩陣70和已經執行了低表面能量處理的印刷位置控制圖案60。在已經執行了低表面能量處理的區域中，表面能量變低，使得其上的液體(即本發明中的取向膜材料)很容易被排斥。例如，氟塗層是減小表面能量的塗層。作為藉助於這種低表面能量處理方式形成印刷位置控制圖案60的方法，例如，可以考慮如下方法給基板的表面選擇性地塗覆斥水處理材料，並蒸發溶劑，由此將斥水處理材料固定到基板的表面。優選的是斥水處理材料是下述材料，如通過將一般的含氟樹脂、烴樹脂或矽樹脂(silicone)溶解到醇類溶劑(alcoholic solvent)中而獲得的溶劑，其可容易地排斥取向材料。接下來，如圖3B中所示，取向膜印刷裝置410的印刷頭414從放置在臺416上的基板上方的位置掃描各個基板11和21，並將取向膜材料411的液滴41從印刷頭414釋放到各個基板11和21上，由此執行所述印刷。如圖3C中所示，印刷在各個基板11和21上的取向膜材料411靠取向膜材料的自身重量而展開，由此降低取向膜材料的印刷不規則性。這裡，在已經形成印刷位置控制圖案60的區域中，抑制了取向膜材料像液體一樣的展開。因此，如圖3C中所示，可形成任意圖案的取向膜材料。之後，如圖3D中所示，通過烘焙已經印刷了取向膜材料的基板，可形成取向膜40和40a。
接下來，將描述印刷的取向膜材料的外觀、印刷頭414的噴嘴412的設置、剛印刷之後的取向膜材料411的外觀，和印刷取向膜材料並像液體一樣展開的狀態等等。參照圖5A，在印刷頭414中，以選定的間隔(以噴嘴間距415)形成用於釋放取向膜材料的噴嘴422。圖5B顯示了緊接在印刷頭414通過以選定的速度從基板11的一邊到另一邊來掃描基板11，並隨後通過在改變移動頭414的位置之後掃描基板11來完成印刷之後的狀態。
從圖5A到圖5C可以清楚看出，取向膜材料的印刷液滴41以與掃描速度和噴嘴間距415相對應的間隔排列在基板上。如圖5C中所示，落在基板11上的取向膜材料的液滴41瞬間像液體一樣展開並彼此交迭，從而變平。這裡，對於落在顯示區域90外圍上的取向膜材料的液滴41，通過印刷位置控制圖案60抑制像液體一樣展開的區域42和43，並控制取向膜40的邊緣部分。
接下來，描述印刷到基板的整個表面上的取向膜材料的厚度狀態變化。如圖6A中所示，取向膜材料的印刷液滴41被塗覆到基板11上的顯示區域90。這裡，印刷位置控制圖案60設置在基板11上的顯示區域90的外圍中。如圖6B中所示，取向膜材料的液滴41在向著顯示區域90外圍的方向上像液體一樣展開，同時靠其自身重量變平，最終像液體一樣擴展到印刷位置控制圖案60，並由印刷位置控制圖案60控制，如圖6C中所示。因此，如圖6D中所示，可將取向膜40的膜厚度較小的區域變窄。
接下來，描述取向膜印刷裝置410中的印刷頭，該印刷頭執行取向膜的非接觸印刷。在使用噴墨方法作為用於執行取向膜的非接觸印刷的印刷頭技術的情形中，噴墨頭420在使用壓電元件421的頭的一個表面上設置有多個細小的噴嘴422，如圖7所示。每個噴嘴422的直徑大約為100μm。使用電壓而振動的壓電元件421分別排列在噴嘴422中。如圖7B中所示，當給壓電元件421施加電壓時，壓電元件421變形，並擠壓作為用於印刷的液體的取向膜材料411，由此釋放出取向膜材料的液滴41，如圖7C中所示。
在該實施例中，因為可任意控制由該印刷位置控制圖案60形成取向膜40的面積，所以通過印刷與表面面積和膜厚度的乘積相對應的量的取向膜材料，可形成在顯示區域的中心與顯示區域的邊緣部分之間具有較小膜厚度變化的取向膜。這樣，在該實施例中，在通過印刷取向膜的非接觸方法來在基板上形成取向膜的情形中，可控制取向膜的外圍的邊緣部分，並控制膜厚度的均勻性。此外，如圖6D中所示，可將在顯示區域90與印刷位置控制圖案60之間的取向膜40的膜厚度較小的區域44變窄。這能夠實現具有窄框架的LCD設備。
(第二個實施例)該實施例的特徵在於，在各個基板上的密封部件50與每個顯示區域之間，形成由能排斥形成取向膜40和40a的取向膜材料的凹結構或凸結構組成的印刷位置控制圖案。
該LCD設備1a包括作為第一基板的陣列基板10a、作為第二基板的色彩濾色器基板20a、連接第一和第二基板的密封部件50、和插在第一和第二基板之間的液晶層30。在各個基板的表面上設置有取向膜40和40a，所述表面與液晶層30接觸。
對於該實施例的印刷位置控制圖案，通過光刻方法至少形成凹結構或凸結構。此外，通過非接觸印刷方法從各個基板上方釋放取向膜材料並將烘焙它們來沉積取向膜40和40a。
描述該實施例的製造流程。如圖9A中所示，首先，在陣列基板上形成布線層13、開關元件12和像素電極。對於開關元件，儘管優選使用TFT，但還可使用其他開關元件，如MIM(金屬絕緣體金屬)元件。在使用TFT作為開關元件12的情形中，布線層13包括柵極電極和源極電極。此外，為了形成柵極電極和數據電極，在基板11上沉積金屬膜，如圖9A中所示。
接下來，為了在塗覆密封劑的區域與布線圖案區域以及顯示區域之間形成印刷位置控制圖案61的凹結構或凸結構，如圖9B中所示，給基板塗覆光致抗蝕劑，並曝光和顯影成任意的光致抗蝕劑圖案14。之後，如圖9C中所示，通過使用該光致抗蝕劑圖案14作為掩模進行蝕刻，與布線圖案同時形成包括凹結構或凸結構的印刷位置控制圖案61。這裡，對於形成印刷位置控制圖案的材料，不必說，不但可使用金屬膜，而且還可使用導電膜、絕緣膜和有機膜，都可獲得類似的效果。此外，因為與布線圖案、接觸孔等同時形成印刷位置控制圖案，所以在不增加新的製造工序的情況下，可以以與常規工序相同的方式來執行該形成。
隨後，如圖9D中所示，通過使用非接觸取向膜印刷方法給第一基板印刷取向膜材料。在緊隨該印刷之後，印刷的取向膜材料在除印刷位置控制圖案61之外的部分中開始像液體一樣展開。之後，執行乾燥和烘焙，從而形成理想膜厚度的取向膜40和40a。這裡，印刷位置控制圖案的目的是形成凹結構或凸結構61，因此蝕刻量可以不等於形成布線的蝕刻量。
接下來，描述製造包括色彩濾色器的第二基板20a的方法。如圖9A中所示，通過很公知的方法由樹脂和金屬層形成在像素之間形成的黑色矩陣層71。與第一基板10a的情形中一樣，如圖9B中所示，給形成的黑色矩陣層71塗覆光致抗蝕劑，並曝光和顯影成任意的光致抗蝕劑圖案14。在印刷位置控制圖案61上，如此形成圖案，即形成細小的凹凸結構。之後，如圖9C中所示，通過使用該光致抗蝕劑圖案14作為掩模進行蝕刻，形成黑色矩陣層71和由細小的凹凸結構組成的印刷位置控制圖案。之後，在第二基板21上，通過很公知的方法形成由染料或顏料製成的色彩濾色器，由此形成ITO電極。這裡，對於形成細小的凹結構或細小的凸結構的材料，不必說，不但可使用用於黑色矩陣層71的材料，而且還可使用色彩濾色器材料和其他的材料，都可獲得類似的效果。
隨後，如圖9D中所示，通過使用非接觸取向膜印刷方法給第二基板20a印刷取向膜材料。在緊隨該印刷之後，印刷的取向膜材料在除印刷位置控制圖案61之外的部分中開始像液體一樣展開。之後，執行乾燥和烘焙，從而形成理想膜厚度的取向膜40a。這裡，第一和第二基板可以是用於在基板之間施加電壓的垂直電場控制系統的液晶模式的類型，或者是用於在平行於基板的方向上施加電壓的水平電場控制系統的液晶模式的類型。
對於以此方式形成的第一和第二基板，對取向膜40和40a執行取向處理，如摩擦處理等，然後將基板結合，從而形成LCD設備。對於取向處理之後的製造方法，使用很公知的技術，故省略其描述。
接下來，描述包括細小的凹結構或細小的凸結構61的印刷位置控制圖案的工作原理。圖10A是顯示將取向膜材料的液滴41滴落到基板11上的狀態的側視圖，在基板11上形成有細小的凹結構或細小的凸結構。圖10B是顯示將取向膜材料的液滴41滴落到平坦基板上的狀態的側視圖。參照圖10A，在基板11上形成有凹結構或凸結構61，其小於落在其上的取向膜材料的液滴41。為了獲得印刷位置控制圖案61的效果，需要減小每個凹部分的下降寬度。如果減小每個凹部分的下降寬度，則在基板與印刷到基板的液滴41之間形成空氣界面419，可很容易地排斥液滴41，由此可控制液滴41像液體一樣的展開。
從印刷頭釋放的液滴41的直徑大約從50μm到100μm。當落在基板上的液滴41像液體一樣展開時的每個液滴41的直徑大約為1mm。印刷頭的噴嘴間距被設為大約從50μm到100μm。為了在基板與釋放到基板的液滴41之間形成空氣界面，每個凹部的下降寬度需要為50μm或更小。此外，為了擴大與液滴接觸的空氣界面的表面面積，需要擴大形成凹部的區域。具體地，通過將凹部與每個印刷位置控制圖案61的面積比設為1/2或更大，可獲得印刷位置控制的顯著效果。
此外，對於凹結構或凸結構的印刷位置控制圖案61的下降深度，本發明人通過執行印刷實驗來進行驗證。結果，獲得了隨後表1中所示的數據。該表涉及凹部或凸部的下降深度和有關第二個實施例的取向膜的邊緣部分的控制能力。
表1
表1中的結果證實了，在通過使用非接觸取向膜印刷方法來印刷取向膜的情形中，通過將凹結構或凸結構的下降深度設定為50nm或更大，可提高取向膜的邊緣部分的控制能力，在將其設為100nm的情形中具有更加顯著的提高。為了提高取向膜材料的印刷位置控制能力，凹結構或凸結構的下降深度需要為50nm或更大。優選為100nm或更大。
這裡，形成在印刷位置控制圖案61中的細小的凹結構或凸結構可以是以矩陣形式形成的凹結構或凸結構的印刷位置控制圖案61a，如圖11A和11B中所示。此外，如圖12A和12B中所示，可以使用以三角形排列或交錯排列形成的凹結構或凸結構的印刷位置控制圖案61b。此外，可使用隨意排列的印刷位置控制圖案。此外，在印刷位置控制圖案中形成的凹結構或凸結構的形狀可以是正方形、圓形或多邊形，如六邊形，如圖13A到13C中所示。
依照該實施例，通過由凹結構或凸結構61表示的印刷位置控制圖案60，可任意控制形成取向膜40和40a的面積。因此，通過印刷與表面面積和膜厚度的乘積相對應的量的取向膜材料，可形成在顯示區域的中心與顯示區域的邊緣部分之間具有較小膜厚度變化的取向膜。這樣，在通過給各個基板印刷取向膜的非接觸方法來形成取向膜的情形中，該實施例可控制各個取向膜的邊緣部分，並控制膜厚度的均勻性。此外，在基板上形成諸如布線圖案的元件的同時，能夠形成凹結構或凸結構61。在不增加新的製造工序的情況下，可形成在顯示區域的中心與顯示區域的邊緣部分之間具有較小膜厚度變化的取向膜，並可控制各個取向膜的邊緣部分。
(第三個實施例)接下來，參照圖14描述作為本發明的具體實施例的第三個實施例。該實施例的特徵在於，在各個基板上的密封部件50與每個顯示區域之間形成柱形體62和62a，其每個都由作為各個基板上的印刷位置控制圖案的柱形元件形成，該印刷位置控制圖案能排斥形成取向膜40和40a的取向膜材料。柱形體62和62a彼此相對設置，從而以選定的空間支撐第一和第二基板。柱形體62和62a通過包圍取向膜40和40a的外圍來控制取向膜像液體一樣展開的範圍，由此能夠控制形成取向膜40和40a的位置。
該實施例的LCD設備1b包括作為第一基板的陣列基板10b、作為第二基板的色彩濾色器基板20b、連接第一和第二基板的密封部件50、插在第一和第二基板之間的液晶層30、和柱形體62和62a。在各個基板的表面上設置有取向膜40和40a，所述表面與液晶層30接觸。
這些柱形體62和62a通過光刻方法由諸如光致抗蝕劑的樹脂等形成。例如，還可通過沉積色彩濾色器層80來形成柱形體62a。此外，還可通過將樹脂等構圖來形成柱形體62a。應當注意到，在陣列基板10b的情形中，優選將樹脂等構圖。
此外，該實施例考慮擴大如圖11A和12A中所示的用於控制像液體一樣展開的凸結構，並使擴大的凸部也用作支撐各個基板的柱子。對於柱形體的排列，當從垂直於第一基板(或第二基板)的方向上看時，柱形體需要被形成為包圍取向膜40和40a。此外，因為密封部件50還進一步設置在這些柱形體的外部，所以這些柱形體包圍密封部件50內的取向膜40和40a，這與密封部件的情形中一樣。
依照該實施例，通過由柱形體62表示的印刷位置控制圖案60，可任意控制能夠形成取向膜40的面積。此外，通過由柱形體62a表示的印刷位置控制圖案60，可任意能夠控制形成取向膜40a的面積。通過印刷與表面面積和膜厚度的乘積相對應的量的取向膜材料，可形成在顯示區域的中心與顯示區域的邊緣部分之間具有較小膜厚度變化的取向膜。這樣，在通過給各個基板印刷取向膜的非接觸方法來形成取向膜的情形中，該實施例可控制各個取向膜的邊緣部分，並控制膜厚度的均勻性。因為柱形體62和62a彼此相對設置，所以它們可以以選定的空間支撐第一基板10a和第二基板20b，這有利於保持單元間隙。
(第四個實施例)接下來，參照附圖描述作為本發明的特定實施例的第四個實施例。在第一個實施例的圖7中，作為非接觸取向膜印刷方法，描述了使用壓電元件的噴墨方法作為取向膜印刷裝置的印刷頭。另一方面，可使用bubble jet(氣泡噴墨)(註冊商標)。描述使用該氣泡噴墨方法的印刷方法。
如圖15A中所示，在使用該氣泡噴墨方法的氣泡噴墨印刷頭430中，在填充有取向膜材料411的罐中安裝加熱器431。如圖15B中所示，當給加熱器431供給電功率以加熱取向膜材料411時，取向膜材料411膨脹並產生空氣氣泡432。因此，取向膜材料411被擠壓，從而釋放出取向膜材料的液滴41。
儘管上面具體描述了優選的實施例，但本發明並不限於這些實施例，各種修改和應用也是可以的。
例如，作為非接觸取向膜印刷方法，還可使用通過空氣擠壓並釋放液體的滴塗方法。應當注意到，印刷取向膜的方法能夠被應用到給基板印刷取向膜的非接觸方法，但並不限於這些方法。此外，依照本發明，不但可通過非接觸印刷方法，而且還可通過柔版印刷(flexographic printing)方法，都可獲得類似的效果。
此外，如果將非接觸噴墨方法用於形成印刷位置控制圖案並印刷取向膜，則印刷裝置將不與基板接觸，因此不會將異物等從設備轉移到基板，由此帶來了降低由異物引起的缺陷的效果。
此外，在上述的實施例中，如圖2中所示，製造方法如下在步驟S5中結合基板10和20，在步驟S6中通過在基板之間填充液晶材料來形成液晶層30，在步驟S7中密封液晶注入孔。另一方面，本發明還應用於下述製造LCD設備的方法，即通過將液晶滴落到一個基板上，隨後通過使用密封部件結合兩個基板，由此生產液晶面板的滴落結合方法。該方法的順序稱為滴下式注入(one drop fill)(ODE)工序。
此外，上述的第一個到第三個實施例的LCD設備是在色彩濾色器基板上形成色彩濾色器的LCD設備。另一方面，本發明的印刷位置控制圖案還能夠應用於TFT上色彩濾色器型(COT型)的LCD設備，例如其中還在陣列基板中形成色彩濾色器。本發明能夠應用於用密封部件結合兩個基板，同時在形成色彩濾色器的陣列基板與對向基板之間插液晶層的LCD設備。
儘管已經參照附圖描述了本發明的優選實施例，但本領域技術人員應當清楚，在不脫離本發明的真實範圍的情況下，可以做各種變化和修改。
權利要求
1.一種液晶顯示設備，包括一對基板，其每一個都包括顯示區域和圍繞顯示區域的外圍區域；夾在基板之間的液晶層；設置在該對基板的外圍區域之間的密封部件，該密封部件密封液晶層；設置在該對基板之一的表面與液晶層之間、以及該對基板的另一個的表面與液晶層之間的取向膜；和設置在密封部件與顯示區域之間的印刷位置控制圖案，該印刷位置控制圖案的每個都由用於排斥形成取向膜的取向膜材料中的相應一種的部件製成。
2.根據權利要求1所述的液晶顯示設備，其中每個印刷位置控制圖案都設置在顯示區域和密封部件之間。
3.根據權利要求1所述的液晶顯示設備，其中印刷位置控制圖案分別由每個都能夠容易地排斥取向膜材料的區域組成。
4.根據權利要求3所述的液晶顯示設備，其中能夠容易地排斥相應取向膜材料的區域分別由對取向膜材料具有斥水性的區域組成。
5.根據權利要求1所述的液晶顯示設備，其中印刷位置控制圖案分別由能夠容易地排斥相應取向膜材料的結構組成。
6.根據權利要求1所述的液晶顯示設備，其中印刷位置控制圖案分別由柱形體組成，這些柱形體與相應的對向基板接觸，並且支撐基板以保持單元間隙。
7.根據權利要求5所述的液晶顯示設備，其中能夠容易地排斥相應取向膜材料的每個結構都由下述圖案的結構組成，所述圖案重複凹結構和凸結構的至少一個。
8.根據權利要求7所述的液晶顯示設備，其中每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降部分的寬度是50μm或更小。
9.根據權利要求8所述的液晶顯示設備，其中每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降部分與印刷位置控制圖案的區域的面積比為1/2或更大。
10.根據權利要求8所述的液晶顯示設備，其中每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
11.根據權利要求7所述的液晶顯示設備，其中每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降部分與印刷位置控制圖案的區域的面積比為1/2或更大。
12.根據權利要求11所述的液晶顯示設備，其中每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
13.根據權利要求7所述的液晶顯示設備，其中每個印刷位置控制圖案的重複的凹結構或重複的凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
14.一種製造液晶顯示設備的方法，該液晶顯示設備包括一對基板，其每一個都包括顯示區域和圍繞顯示區域的外圍區域；夾在該對基板之間的液晶層；和設置在該對基板的外圍區域之間的密封部件，該密封部件密封液晶層，該方法包括下述步驟在該對基板的各個顯示區域外部形成印刷位置控制圖案，其每個都由用於排斥形成取向膜的取向膜材料的相應一種的部件製成，通過非接觸印刷方法在該對基板的顯示區域上分別形成取向膜，和用密封部件結合該對基板，並在該對基板之間插入液晶層。
15.根據權利要求14所述的製造液晶顯示設備的方法，其中印刷位置控制圖案分別由每個都能夠容易地排斥取向膜材料的區域形成。
16.根據權利要求15所述的製造液晶顯示設備的方法，其中能夠容易地排斥相應取向膜材料的區域分別由具有斥水性的區域形成，該斥水性能夠抑制印刷取向膜的展開。
17.根據權利要求14所述的製造液晶顯示設備的方法，其中印刷位置控制圖案分別由能夠容易地排斥相應取向膜材料的結構形成。
18.根據權利要求17所述的製造液晶顯示設備的方法，其中能夠容易地排斥相應取向膜材料的結構分別由包括凹結構或凸結構的區域形成，該凹結構或凸結構能夠抑制印刷取向膜的展開。
19.根據權利要求18所述的製造液晶顯示設備的方法，其中每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降部分的寬度是50μm或更小。
20.根據權利要求19所述的製造液晶顯示設備的方法，其中每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降部分與印刷位置控制圖案的區域的面積比為1/2或更大。
21.根據權利要求19所述的製造液晶顯示設備的方法，其中每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
22.根據權利要求18所述的製造液晶顯示設備的方法，其中每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降部分與印刷位置控制圖案的區域的面積比為1/2或更大。
23.根據權利要求22所述的製造液晶顯示設備的方法，其中每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
24.根據權利要求18所述的製造液晶顯示設備的方法，其中每個印刷位置控制圖案的凹結構或凸結構的每個下降的深度是50nm或更大。
25.根據權利要求18所述的製造液晶顯示設備的方法，其中通過光刻方法形成包括抑制印刷取向膜的展開的凹結構或凸結構的區域。
26.根據權利要求17所述的製造液晶顯示設備的方法，其中通過非接觸有機材料印刷方法形成印刷位置控制圖案。
27.根據權利要求17所述的製造液晶顯示設備的方法，其中印刷位置控制圖案分別由柱形體組成，這些柱形體包圍相應的顯示區域，且支撐該對基板以保持單元間隙。
28.根據權利要求27所述的製造液晶顯示設備的方法，其中通過沉積色彩濾色器層形成柱形體。
29.根據權利要求14所述的製造液晶顯示設備的方法，其中非接觸印刷方法基於噴墨印刷方法。
30.根據權利要求29所述的製造液晶顯示設備的方法，其中噴墨印刷方法通過控制壓電元件來產生要釋放的取向膜材料的液滴。
31.根據權利要求29所述的製造液晶顯示設備的方法，其中噴墨印刷方法通過控制加熱器來產生要釋放的取向膜材料的液滴。
32.根據權利要求14所述的製造液晶顯示設備的方法，其中非接觸印刷方法基於滴塗印刷方法。
全文摘要
提供了一種製造LCD設備的方法，其中通過在基板上非接觸印刷取向膜的方法來形成取向膜。在密封部件和每個顯示區域之間設置印刷控制圖案。每個印刷控制圖案都由高斥水性的區域以及細小的凹結構、細小的凸結構和柱形體的任何一個來形成。印刷控制圖案控制取向膜材料像液體一樣的展開，從而使每個取向膜材料的膜厚度變均勻。
文檔編號G02F1/1337GK1952761SQ20061013569
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月23日 優先權日2005年10月21日
發明者恩田真也 申請人:Nec液晶技術株式會社