CN1153960A - 具有弹性粘贴隔离层的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示装置，其具有一对基底组装体及一组以特定方式排列的多个电极；该特定的排列方式划定出该液晶显示装置中的有源区域及无源区域。隔离元件仅配置在液晶显示装置中的无源区域上，用以将置于该两个基底之间的液晶材料保持为具有一固定不变的单元间距。其中一些隔离元件为具有粘贴性，以使该液晶显示装置可抵抗撞击。

Description

具有弹性粘贴隔离层的液晶显示装置
本发明涉及液晶显示装置(liquid crystal display devices)方面的技术，特别是涉及一种可将液晶显示装置中的基底(substrate)之间的距离精确地保持为固定不变的技术。
一般的液晶显示装置中包括有一对基底(substrate)，二者之间相隔一特定的距离，并以平行方式配置。该两个基底之间的特定距离一般称为单元间距(cell gap)。一般是将一液晶材料(liquid crystal material)配置于该两个基底之间的单元间距之中，而此液晶材料可对电压信号产生反应，使其光电性质产生改变。
在各基底的内表面上方配置有多个电极(electrode)，用以将电压信号施加至液晶材料上。某些液晶显示装置中是将电极以一种特定的方式排列，用以显示某种文字或符号；而另有一些液晶显示装置则将电极排列成一个阵列，用以形成一个具有多个可个别控制的像素(pixel)单元，可选择性地随意形成各种图形的显示。
由于液晶材料本身所具有的一种特殊的光电性质，其在无电压信号及有电压信号施加于其上时，处于不同的状态。例如某些液晶显示装置在无电压信号施加于其上时，会将外来光线反射；而在有电压信号施加于其上时，则会让外来光线穿过。另有一些新型的液晶材料可显示不同的灰度水平(graylevels)。
为了使液晶显示装置能够正常操作，一项重要的关键因素在于将整个液晶显示装置中的单元间距准确且完全一致地保持为一定值。此单元间距即使只有一点误差，也会在显示上造成肉眼可察觉的不良效果。例如在一般周知的液晶显示装置上，如用手指稍微用力在显示面板上施加压力，则可用肉眼看到显示面板上有不良的显示效果出现。这是由于显示面板在受到压力时，其中的单元间距会稍微变小，而使得所显示的图形产生黑点及对比降低等不良的显示效果。
周知的液晶显示装置中，是在基底之间配置多个隔离层(spacers)来用以将单元间距保持为固定不变。这些隔离层具有一固定的高度，例如利用一种喷洒技术(spraying technique)将其以随机方式配置在单元间距之中。但这会使隔离层的分布不够平均，有些地方的密度很高，而其它地方的密度则很低。为了使隔离层的分布密度较为平均，以确使其能有效地将单元间距保持为固定不变，便须增加隔离层的配置量，以使低密度的区域能增加更多的隔离层。但问题在于这也将使原来高密度的区域反而具有过量的隔离层。
此外，上述现有技术方法是将隔离层同时配置在液晶显示装置中的“无源”(inactive)与“有源”(active)区域之中。所谓的有源区域，是指液晶材料中位于基底上的二个相对电极之间、可选择性地被该电极所激发而产生显示效果的区域；而所谓的无源区域，是指液晶材料中不位于任何电极之间、无法可选择性地被电极所激发而产生显示效果的区域。一般而言，无源区域中通常配置有其它的元件，例如一个黑色阵列(black matrix)，以增进液晶显示装置的性能。
然而上述的用以配置隔离层的现有技术方法却有会使液晶显示面板的结构及性能受到一些不良影响的缺点。例如配置在有源区域中的隔离层会使对比降低，或使其边缘附近产生多余的光线，等等。此外，现有技术方法也会使隔离层的配置过量，特别是在有源区域中情况较严重时，会使所显示的图形的对比降低。
对于以铁盐光电材料制成的液晶显示装置(ferroelectric liquid crystaldispay device，以下简称FLCD液晶显示装置)而言，上述现有技术的问题甚至更为严重。这是由于一般的液晶显示装置中的单元间距的长度大约为6至7微米(μm)，但FLCD液晶显示装置中的单元间距则仅大约只为1.5微米(μm)而已。因此FLCD液晶显示装置中，其单元间距的尺寸便须制作得更为精确。再者，在此种FLCD液晶显示装置中，由于在将单元间距制作得更小的同时，也通常将整个的显示面积增加，用以增加可显示的内容的份量。但此作法却也会使该种FLCD液晶显示装置比一般的厚型的液晶显示装置更为脆弱而易碎。然而由于FLCD液晶显示装置具有极快的反应时间，使其可用来制成显示面积及解析度均较大的显示面板。该特性使FLCD液晶显示装置成为未来液晶显示技术的明日之星。然而如上所述，FLCD液晶显示装置具有脆弱而易碎的缺点，无论是在制造过程中或是应用于各种场合时，只要受到碰撞，便有可能碎裂。
卡林顿(Carrington)的美国专利第5,459,598号提出数种在FLCD液晶显示装置上配置隔离层的方法。如美国专利第5,459,598号的说明书中的图2所示，形成有多个大致为方形的隔离元件(spacer members)10，其与墙面13形成小隔间12。另如图4所示的另一实施例，其中每一隔离层10均连接至一辅助墙，此辅助墙延伸的长度较单元间距的长度为小，因此形成一间距15及一空穴17。卡林顿还公开一种将一粘性隔离层18配置于隔离层墙10之间，用以增强结构的机械强度的方法。如其说明书中的图1所示，卡林顿所发明的液晶显示装置中的有源区域为位于隔离层墙10之间的区域，其可利用电极4作选择性地激发。因此卡林顿所发明的液晶显示装置的一项主要特点是将粘性隔离层18直接配置于有源区域之中。然而此方式与现有的将隔离层配置于有源区域之中的方式相同，因此以上所述的现有装置的缺点仍然存在。
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的主要目的便是在于提供一种新颖的液晶显示装置，其中具有以特定方式排列的隔离层，可用以将液晶显示装置中的有源区域内的干扰减至最低，而使液晶显示装置的性能因此而得到改进。
本发明的另一目的在于提供一种新颖的液晶显示装置，其可具有较佳的机械强度及耐用性，并且其中的公差较为精确。
本发明的一个相关的目的在于提供一种新颖的技术方法，可用来制造具有以上特点的液晶显示装置。
根据以上所述的目的，本发明提供了一种新颖的液晶显示装置，其中具有仅配置在该液晶显示装置中的无源区域上的隔离元件。因此液晶显示装置中的单元间距可被这些仅配置在该液晶显示装置中的无源区域上的隔离元件将其保持为固定不变。而液晶显示装置中的有源区域上则不配置任何隔离元件，使其不会受到干扰。
在本发明的一个实施例中，隔离元件包括具有粘贴性的隔离层，亦配置在该液晶显示装置中的无源区域上。此粘贴隔离层具有弹性，可在液晶显示装置受到冲击或受到压力时，在基底之间作有限度的移动。而在平时，此粘贴隔离层可确保将单元间距保持为固定不变。因此，粘贴隔离层可增加液晶显示装置的耐用性及机械强度。此特性对于较脆弱的FLCD液晶显示装置显得特别的重要及有用。
附图的简单说明：
图1是表示本发明的液晶显示装置的侧视剖面图；
图2是表示图1所示的液晶显示装置其中一部分的俯视图；
图3是表示本发明的另一实施例的俯视图；
图4是表示本发明的又一实施例的俯视图；
图5是表示本发明的再一实施例的俯视图；
图6是表示图1所示的液晶显示装置在组装之前的放大侧视剖面图，用以特别显示说明柱状隔离层与粘贴隔离层二者之间在高度上的差异。
以下参照附图详述本发明的优选实施例。
首先须了解的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的范围，几其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰均应包含在后附的权利要求书之内。
请参阅图1，其中表示本发明的第一实施例中的液晶显示装置的侧视剖面图。此液晶显示装置包含一下基底2及一上基底4，二者均由玻璃制成，但也可由其它材料，例如由塑胶制成。如图所示，下基底2及上基底4二者均为平板状，用以在其中安置各种不同的液晶显示元件。
在每一基底的表面上均设置有一电极阵列。在本实施例中，此电极阵列例如为排列成一矩阵状(matrix pattern)，其中每一电极代表一像素(pixel)元件，可选择性地以程序来控制各个像素的显示。在下基底2上设置有一组下电极元件6，而在上基底4上则设置有一组上电极元件8，此电极元件8在垂直方向延伸至下电极元件6上。
另在下基底2上位于下电极元件6之间的中间位置上配置有一组柱状隔离层10。如图1所示，于本实施例中，柱状隔离层10是每隔一个下电极元件6之间的中间位置上设置一个。每一个柱状隔离层10均大致平行于下电极元件而自下基底2处向上延伸至一上方的上准直层(alignment layer)12处为止。因此在本实施例中，柱状隔离层10作用为每二个下电极元件6之间的隔墙。此外，所有的下电极元件6上均覆盖有一下绝缘层14，且在下绝缘层14上形成有一下准直层16。在上电极元件8及上准直层12二者之间则设置有一上绝缘层20。
本发明一项重要的特点是，在下准直层16及上准直层12两处设置有多个弹性粘贴隔离层18，并以交互方式配置于柱状隔离层10之间。此粘贴隔离层19的作用在于可吸收任何外来力量对液晶显示装置所造成的机械性冲击。任何对基底及其邻近的元件所造成的冲击或振动，均可因为粘贴隔离层19的缓冲，而减低对液晶显示装置所造成的损害程度。
如图所示，通过柱状隔离层10及粘贴隔离层18二者的配置，可在准直层之间限定出一个高度一致的单元间距g，可用以控制置于准直层之间的液晶材料的厚度。如先前所述，欲使液晶显示装置正常操作，则必须将此单元间距g保持为固定不变。纵使该单元间距g为仅仅稍为略大于或略小于预定的固定高度，都会使液晶显示装置产生不良的图形显示效果。
液晶材料22是配置于准直层之间、位于由柱状隔离层10及粘贴隔离层18二者所限定出的通道内。如图所示，柱状隔离层10及粘贴隔离层18二者除了用来将单元间距g保持为固定不变外，亦用以将液晶材料22固持于定位。
请参阅图2，其中表示图1所示的液晶显示装置的俯视图。本图是用以说明此液晶显示装置中的有源区域与无源区域二者之间的相互关系。如图所示，液晶显示装置其中的下电极元件6是在垂直方向向上延伸至上电极元件8处。有源区域24即为上电极元件8与下电极元件6二者的交接处。上电极元件8与下电极元件6二者之间的电位差即可激发位于该区域中的液晶材料。图2的实施例所示的矩阵状电极阵列中，其有源区域24形成一像素阵列，可选择性地在上电极元件8与下电极元件6二者之间施加电位差，用以控制对应的像素的显示。有源区域24以外的部分则为无源区域26。在图2所示的实施例中，这些无源区域26是被限定为上电极元件8与下电极元件6二者之间的区域。
本发明一项重要的特点隔离层元件是仅配置在无源区域26之中。亦即隔离层元件完全配置在每对电极之间，并与电极平行。在图中所示的实施例中，隔离层元件10及18是配置在下电极元件6之间，并与该下电极元件6平行。因此，隔离层元件10及18不会对有源区域24形成干扰或形成阻碍。柱状隔离层10在每两个下电极元件6之间作用为一隔墙，并与粘贴隔离层18形成交互间隔排列。粘贴隔离层18也仅配置于下电极元件6之间。
请再参阅图1，以下将叙述一种用来制造上述的液晶显示装置的方法。首先在第一步骤中，如利用一微影制程(photolithography technique)在下基底2上形成下电极元件6的布局。接着利用一旋转涂布法(spin-coating)或微影制程形成现有的柱状隔离层10。本发明一项重要的特点是柱状隔离层10是仅形成于下电极元件6之间，因此不会对有源区域24形成干扰。在图中所示的实施例中，柱状隔离层10是以间隔排列方式形成于每两个下电极元件6之间。
在形成柱状隔离层10后，接着在柱状隔离层10之间及下电极元件6的表面上形成下绝缘层14。接着以旋转涂布法或凸版印刷法(offset printing)在下绝缘层14的上方形成下准直层16。再接着在下准直层16的上方形成粘贴隔离层18。此粘贴隔离层18配置于每二个下电极元件6之间，且以交互方式配置于柱状隔离层10之间。
接着再以其它步骤形成上基底的相关元件。在上基底上首先形成上电极元件的布局。于图中所示的实施例中，上电极元件的布局由一串纵向排列的电极元件8所构成，这些电极元件8与下电极元件6形成垂直交错排列，用以构成一个矩阵。接着利用旋转涂布法或微影制程在上电极元件8的上方形成上绝缘层20，并再利用旋转涂布法或凸版印刷法在上绝缘层20的上方形成上准直层12。
再接下来的步骤为将下基底组装体(其包含下基底2，下基底2上方的下电极元件6，柱状隔离层10，下绝缘层14，下准直层16，及粘贴隔离层18)与上基底组装体(其包含上基底4，上基底4上方的上电极元件8，上绝缘层，及上准直层12)二者结合为一体。将上基底组装体与下基底组装体结合为一体之后，再接着利用一封胶剂将其封装，便形成一液晶显示单元。
在本发明的一实施例中，隔离层是配置于显示单元的边缘，用以将单元间距g在整个显示单元中均保持固定不变。由于封胶剂可能有其特殊的粘贴效果，因此较佳的实施方式为在边缘配置柱状的隔离层10，可具有较佳的固持效果。封胶剂可施加于配置在边缘的柱状隔离层10上。而在另一实施例中，柱状隔离层10之间可形成空间，以提供可施加封胶剂的地方。接着将单元空间清干净，再以任何现有方法将液晶材料22填入其间。如图1所示，较佳的实施方式为将液晶材料22完全填满上准直层12与下准直层16之间，以及柱状隔离层10与粘贴隔离层18之间的空间。
于本发明的另一实施例中，利用例如聚醯氨(polyamide)，丙烯酸(acrylacid)，或苯环丁烷(benzocyclobuten)来形成柱状隔离层10的布局图案；之后，为了使其具有较大的强度，因此再以摄氏200至300度的温度对该柱状隔离层10实施热处理。
可用来制成粘贴隔离层18的材料必须具有以下特性：良好的固持效果，强大的粘性，以及可吸收液晶显示装置遭受撞击时所产生的震动的弹性性质。在本发明的一实施例中，此粘贴隔离层18可为由杜耳化学公司(DowChemical)所制造的多三苯基乙烷全氟环丁基乙醚联苯环丁烷(polytriphenylethane perfluorocyclobutyl ethers benzicyclobutene)，丙烯聚合物(acryl polymer)，光阻(photoresist)，或其它同性质的材料所制成。
请参阅图6，其中表示液晶显示装置在上基底组装体与下基底组装体结合之前的一放大侧视剖面图，用以特别显示说明柱状隔离层10与粘贴隔离层18二者之间在高度上的关系。如图所示，粘贴隔离层18较柱状隔离层10多出一段高度28。在本发明的一实施例中，粘贴隔离层18的高度在将上基底组装体与下基底组装体结合之前应较柱状隔离层10多出约5至50％，而最佳的实施方式为约10至30％。当上基底组装体被置于下基底组装体之上时，接着再利用例如一压力机将此两个组装体经施压而结合在一起。在此施压过程中，液晶显示装置中的单元间距g仍能藉由柱状隔离层10所限定的高度而保持为所希望的固定高度。
图3表示本发明的另一个实施例，其中是将柱状隔离层10及粘贴隔离层18以交互方式间隔配置，二者共同组成大致连续延伸的隔离墙。
图4表示本发明的又一个实施例，其中是将柱状隔离层10与粘贴隔离层18分开配置，而非连在一起，因此形成一点线状(dot-line type)的布局，而非连续延伸的隔离墙。在图4所示的实施例中，柱状隔离层10与粘贴隔离层18是在下电极元件之间的有源区域上彼此互相对齐排列。
图5表示本发明的再一个实施例，其大致与图4所示的实施例相同，但将柱状隔离层10与粘贴隔离层18间隔排列，不使其彼此互相对齐，但仍形成一点线状的布局。
然而必须了解的是，以上图1至图3所示的柱状隔离层10与粘贴隔离层1 8的排列方式仅为举例说明而已，本发明亦包含许多其它不同方式的等效变化。在这些实施例中，柱状隔离层10与粘贴隔离层18是在横向方向上作间隔排列，但在图4所示的实施例中，其可例如改为在纵向方向上作间隔排列。换言之，在每一下电极元件6之间配置有一隔离墙，而此隔离墙由一段柱状隔离层10及一段粘贴隔离层18以间隔方式排列而成。
在本发明的再另一个实施例中，柱状隔离层10或粘贴隔离层18可根据其尺寸、结构及所配置的环境而定，而以较稀疏的密度配置于液晶显示装置上。例如，在两个下电极元件之间的空间上可配置一个柱状隔离层，但却不配置在下一个空间上，而在此空间上配置一个粘贴隔离层。显而易见地，除以上所述者之外，其它的布局方式亦为可行，但较佳的实施方式为一将所有间隔须保持为一定，以将单元间距保持为固定不变。
由以上叙述可知，本发明的液晶显示装置利用仅配置在无源区域的隔离层将单元间距保持为固定不变。由此将隔离层仅配置在无源区域的方式，本发明的液晶显示装置可防止采用现有技术所引起的对比减低的不良显示效果。使用本发明中的隔离方法，可使FLCD液晶显示装置的解析度提高4倍；且使用本发明中的包含粘贴隔离层的隔离墙，可使液晶显示装置的强度达到54×103N/cm2以上。

Claims (13)

1、一种液晶显示装置，至少包含：一对大致为平板状的基底组装体，二者大致为互相平行；多个透明电极，以一特定的布局方式配置于每一个基底组装体的一个表面；其特征在于，该特定的布局方式界定出该液晶显示装置中的有源区域及无源区域；以及一隔离装置，用以将置于该二个基底之间的液晶材料保持为具有一固定不变的单元间距；其中该隔离装置大致仅配置在该液晶显示装置中的无源区域上。
2、如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该隔离装置是由多个隔离层元件所组成，每一隔离层元件配置在各对基底组装体之间。
3、如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，该隔离层元件是以一点线状的布局方式排列而成。
4、如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该隔离装置是以一大致连续的条状布局方式，配置于该对基底组装体之间。
5、如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，更进一步包含：一振动吸收装置，其大致仅配置在该液晶显示装置中的无源区域上。
6、如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，该振动吸收装置是由多个粘贴隔离层元件所构成，该多个粘贴隔离层元件大致仅配置在该液晶显示装置中的无源区域上。
7、如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，该振动吸收装置是由至少一个粘贴隔离层元件所构成，该粘贴隔离层元件是以一长条状配置在该对基底组装体之间，并大致仅在该液晶显示装置中的无源区域上延伸。
8、如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，该振动吸收装置是由至少一个粘贴隔离层元件所构成，该粘贴隔离层元件是配置在该对基底组装体之间且仅大致位于该液晶显示装置中的无源区域内，其中该粘贴隔离层元件是经热处理以增加其强度。
9、如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该隔离装置是由选自聚醯氨，丙烯酸，或苯环丁烷的其中一种材料所制成；且该隔离装置是以一微影制程形成。
10、如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，该振动吸收装置是由选自光阻，丙烯聚合物，或多三苯基乙烷全氟环丁基乙醚联苯环丁烷的其中一种材料所制成。
11、一种液晶显示装置，包含：一对大致为平面的平板状的基底组装体，二者大致为互相平行；多个透明电极，以一特定的布局方式配置于每一个基底组装体的一个表面；其特征在于，该特定的布局方式界定出该液晶显示装置中的有源区域及无源区域；一第一装置，用以将该二个基底之间的单元间距大致保持为固定不变；以及一第二装置，用以吸收该第二个基底组装体之间所产生的振动；其中该第一装置及第二装置均大致仅配置在该液晶显示装置中的无源区域上。
12、如权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于，该第二装置是由至少一粘贴性的隔离元件所组成。
13、如权利要求12所述的液晶显示装置，其特征在于，该至少一粘贴性的隔离元件是经加热处理来增加其强度。
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