CN1184953A - 平板显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平板显示装置,尤其是一种液晶显示器(LCD)和等离子体显示板(PDP)及其制造方法。把包括基膜、光吸收层和复制层的施主膜放置在LCD的下衬底上,该下衬底中依次叠置着透明衬底、透明电极和排列层,或者在(PDP)的下衬底上依次叠置着透明衬底、地址电极和介质层,然后,激光束复制其上,形成宽度和高度均匀的隔离物或阻挡壁。两衬底间的间隔一致,使得通过一个简单的制造过程增强了显示性能。

Description

平板显示装置及其制造方法
本发明涉及一种平板显示装置，尤其涉及一种平板显示装置及其制造方法，其中，显示性能通过均匀地保持上下衬底之间的盒空隙而得以改善。
目前，被用作图象显示装置的有阴极射线管(CRT)、平板显示装置如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、电致发光显示器(ELD)、场发射器(FED)、和发光二极管(LED)等。
CRT与其它的装置相比具有优异的图象显示质量和亮度。但是，CRT的体积和重量很大，所以其很难用于大屏幕显示。
与其相反，平板显示器由于其轻盈的重量和小巧的体积而被广泛的应用。同样，将平板显示器作为下一代显示器而做的深入研究也在积极的进行。
尤其，LCD是一种利用液晶独特特性的显示装置。液晶在对其的处理上有优越性，它还有一个特点在于液晶的排列可根据外加电场的应用而变化。因此，液晶被广泛地用在铁电液晶显示器(FLCD)、扭曲向列相LCD(TN-LCD)、薄膜晶体管LCD(TFT-LCD)、和塑料LCD。
图1是传统LCD的结构的截面图。首先，把ITO电极12和12’、排列层13和13’分别顺序地叠置在透明衬底11和11’上形成第一和第二衬底10和10’。然后，把隔离物14散布在第一和第二衬底10和10’的排列层13和13’之间。再之后，用密封剂16密封第一和第二衬底10和10’，在其间造成一个盒空隙。最后，把液晶注入盒空隙中形成一个液晶层15。
上述结构的LCD应用了这样一个特性：通过外加电压的应用来改变液晶的排列，从而阻挡或透射入射到液晶层上的光。也就是，当通过对透明电极施加电压而在液晶层中形成电场时，液晶被排列在预定的方向，于是入射到液晶层上的光根据液晶的排列形式被阻挡或透过。液晶的这种驱动特性极大地受LCD的液晶盒(cell)空隙的间隔影响。也就是，因为液晶的物理-化学反应根据施加电压的强度和两电极间的距离而确定，所以如果液晶层的厚度不均匀，则与电压有关的液晶的物理-化学反应会变化，透射率不均匀。因此，在LCD的制造中保持LCD的液晶盒空隙的间隔在一个预定的水平，对获得厚度均匀的液晶层是非常重要的。
但是，在传统的LCD中，将尺寸大于预计的盒空隙的间隔的圆形或圆柱形隔离物散布在两衬底之一的排列层上，其中，在这两衬底上顺序地叠置着透明衬底、透明电极和排列层。然后，把其它的衬底放置在如彼此面对的两衬底的排列层这样的衬底上，并且把密封剂作为粘结物质施加到两衬底的边界处。因此，两衬底在施压的同时被加热或紫外线照射密封，形成一个盒空隙。
然而，如果通过上述方式控制盒空隙的间隔，则会出现各种问题。首先，因为隔离物是无规则地散布，它们可能局部地聚集，导致盒空隙间隔的偏差。其次，隔离物的大小不均匀，这使得很难均匀地控制盒空隙的间隔。另外，因为隔离物没有在盒空隙中固定，它们会在注入液晶期间流动。因此会损坏排列层。再者，在压力下密封两衬底时会损坏两电极。所以，因上述问题所得到的LCD而不会有优良的阻光或透光性。
为了解决上述问题，提出了用光刻技术形成隔离物的方法。按照这种方法，在衬底上淀积光敏材料形成光敏层，然后再将光敏层暴露在光线下固化，获得一个预定形状的隔离物。但是这种方法会导致损坏排列层。
另一方面，彩色LCD包括一个含有红、绿、兰彩色滤光片作为光的三基色的第一衬底、含有带薄膜晶体管的有源电路部分的第二衬底和一种位于两衬底之间的液晶层。
图2和图3是彩色LCD中包含彩色滤光层的第一衬底的结构图。以下将描述第一衬底的形成过程。首先，在透明衬底21上形成光遮挡黑矩阵22a(见图2)。接着，在衬底21的整个表面淀积包含具有红光光谱特性的染料的光敏丙烯树脂，并通过烘烤、曝光和显影过程形成红光滤波器23。以同于红光滤波器23的方式形成绿光滤波器24和兰光滤波器25，从而构成一个彩色滤波器20。彩色滤波器可以是带状、点阵或嵌拼结构。
图3是一个衬底，其中在彩色滤光层20的形成步骤之后形成黑色矩阵22b。
然后，可用具有强表面硬度和优越透光性的透明树脂形成保护膜26，以避免黑色矩阵22a或22b和彩色滤光层20遭受外部的撞击。
接下来，形成驱动液晶的透明电极27，并再在透明电极27上形成排列层28，完成第一衬底。
在按照上述过程制造的LCD的彩色滤波器中，通过由电信号决定开启或关闭的液晶板，从荧光灯中发出的三种波长的光透过仅有选择地通预定波长的光的滤波层，从而获得预定的颜色(图象)。
另一方面，等离子体显示板利用气体放电现象显示图象，该种显示在显示容量、亮度和对比度上具有优越的性能。另外，还具有很少的余象和很宽的视角。因此等离子体显示板作为新一代显示装置受到瞩目。
通常，等离子体显示板通过下列步骤制作：首先，制备两个由透明材料如玻璃制作的透明衬底。在透明衬底的一个上，顺序地形成有一定间隔的带状透明电极、宽度小于透明电极的带状总线电极及覆盖透明电极和总线电极的介质层，总成一个前衬底。在另一个透明衬底上，顺序地形成与透明电极正交的带状地址电极和覆盖地址电极的介质层，总成一个后衬底。另外，在前后衬底的两介质层之间形成阻挡壁，将两衬底之间的间隔维持在一个预定的水平。
在传统的等离子体显示板中，通过数次重复丝网印刷直到阻挡壁的高度到达一个预定的水平来形成阻挡壁。但是，通过此种方法得到的阻挡壁的高度不均匀，使得上下衬底间的盒空隙不均匀。因此，达不到相邻盒之间的电和光阻挡作用。
除了上述印刷的方法之外，也使用一种喷砂的方法。但喷砂法很复杂，且其生产率很低。
另一方面，激光复制法在印刷、排版和照相领域已发展了三十多年。按照这种激光复制法，包含将形成在基膜上作为支撑的层中的复制物质如染料或色素按照预定的膜的形状(美国专利US3,787,210和US5,326,619)复制到接收膜(玻璃或聚合物膜)上。
参见美国专利US3,787,210，复制材料如染料或色素及被光分解的硝化纤维的混合物沉积在基膜上。其结果是染料或色素可通过硝化纤维热分解中产生的气体的爆破力被复制到衬底上。
但是，因为复制过程消耗大量的能量，所以需要更有效和更稳定的复制过程。其结果是研制了一种。在此，施主层的结构有赖于透明衬底的厚度和物理性质以及其能量源。施主层的结构中光吸收层通过吸收光能发生热分解反应提供复制能量，包括复制物质的复制层叠压在膜上用于支撑。这里，厚度约为1000埃的光吸收层吸收光并利用热反应期间产生的氮或氢气的爆破能复制复制物质。
下面将参考附图4对上述的激光复制法作详细的解释，图4是用于一般激光复制方法中的复制装置。
在图4中，由能源41发出高功率激光束。当能量源以0.1～4w的功率发射时，可以使用高功率固体激光器如Nd/YAG，气体激光器如CO2和CO激光器，或二极管耦合的Nd/YAG。发射的激光束被分束器42分成多个强度相同的光束。如果通过把光束分解成多束光束来控制光束的强度，则可以用一种理想的形状复制物质(US4,796,038)  。
根据预计的形状通过调制器43控制多个分光束的强度，然后经过一个会聚的光学系统把激光束辐射到有复制物质淀积其上的施主膜46上。在此，仅有淀积到施主膜光接收部分上的物质被复制到衬底47上。控制台阶48与光栅49一起运动，从而根据理想图案的形状控制光束的强度。
本发明的发明者已对制作一种平板显示器的方法进行了研究，在这种显示器中，利用上述的复制方法保持上下衬底之间的盒空隙的均匀一致，从而改善平板显示器的显示性能。
本发明的目的在于提供一种如液晶显示器(LCD)和等离子体显示板(PDP)的平板显示器，在这种显示器中上下衬底间的盒空隙均匀，改善了显示性能。
本发明的另一目的在于提供一种制造这种平板显示板的方法。
本发明一方面提供了一种包括第一和第二衬底的液晶显示器，其中，在衬底之间依次叠置着一个透明衬底、一个透明电极和一个排列层，液晶层的厚度通过第一和第二衬底的排列层间形成的隔离物均匀地维持，其特征在于隔离物及两相邻隔离物间的间隔的高度均为恒定。
本发明另一方面提供了一种制造液晶显示器的方法，方法包括步骤：(a)形成第一和第二衬底，在两衬底之间分别依次叠置着透明衬底、透明电极和排列层；(b)将包括基膜、光吸收层和复制层的施主膜放置在距第一衬底的排列层为一预定距离的位置处；(c)通过向施主膜的基膜辐射能量而将形成复制层聚合物的隔离物复制到第一衬底上，以形成隔离物，每个隔离物有相同的高度，相邻的两个隔离物之间的间隔一致；(d)在被复制了隔离物的第一衬底上叠置第二衬底，使得两衬底的排列层彼此面对；和(e)通过对第一和第二衬底中的至少一个提供光和热来固化隔离物，从而以固定第一和第二衬底排列层间的隔离物来密封两衬底。
本发明另一个方面提供了一种等离子体显示板，它包括一个第一衬底，在衬底上依次叠置着透明衬底、地址电极和介质层，还包括一个第二衬底，在衬底上顺序地叠置着透明电极、总线电极和介质层，还包括在第一和第二衬底间形成的阻挡壁，它将两衬底隔开一个预定的距离，其特征在于每个阻挡壁有一致的高度和宽度。
本发明另一方面还提供了一种制造等离子体显示板的方法，方法包括步骤：(a)形成一个第一衬底，在衬底上依次叠置着透明衬底、地址电极和介质层；(b)形成一个第二衬底，在衬底上顺序地叠置着透明衬底、透明电极、电极总线和介质层；(c)把包括基膜、光吸收层和复制层的施主膜放置在一个距第一衬底的介质层预定距离的位置处；(d)通过向施主膜的基膜辐射光源而在第一衬底上复制复制层的阻挡壁形成材料，形成阻挡壁，每个阻挡壁有一致的高度和宽度。(e)在第一衬底上叠置第二衬底，使得两衬底的介质膜相互面对。
本发明的上述目的和优点将通过对优选实施例的详细描述而变得更加清晰，其中：
图1是常规液晶显示器(LCD)的截面图；
图2是彩色LCD的彩色滤波层的截面图；
图3是另一彩色LCD的彩色滤波层的截面图；
图4是用于激光复制法的通用装置简图；
图5是本发明实施例的LCD透视图；
图6是复制隔离物形成材料的方法示意图；
图7是本发明另一实施例的LCD透视图。
以下将参考附图对本发明作详细的描述，但本发明并不局限于此。
图5是根据本发明一个方面的液晶显示器(LCD)实施例。在图5中，标号51和51’表示第一和第二衬底，标号52和52’表示透明衬底，标号53和53’表示透明电极，标号54和54’表示排列层，标号55表示由复制法形成的隔离物，标号56表示液晶层。
正如从图5中可以看到的一样，具有均匀高度的隔离物以一预定的间隔制成。
图5所示的LCD通过下列步骤形成。
首先，制备两个透明衬底52和52’，并在每个透明衬底上顺序地叠置透明电极53和53’、排列层54和54’，形成第一和第二衬底51和51’。然后，把包括基膜、光吸收层和复制层的施主膜(未示出)放置在一个距第一衬底51的排列层54预定距离的位置处。接着，向施主膜的基膜辐射光源，在第一衬底上复制复制层的阻挡壁形成材料。再接着，在第一衬底51上叠置第二衬底51’，使得第一和第二衬底51和51’的介质膜相互面对。最后，通过至少对第一和第二衬底中的一个提供光和热来密封两衬底，于是，总成一个LCD。
图6是复制隔离物形成材料的详细步骤示意图。
首先，顺序地叠置透明衬底67、透明电极66和排列层65形成第一衬底。接下来，在排列层65面向复制层64之后光源61向基膜62辐射。辐射的能量经激光复制装置60和基膜62激活光吸收层63，使得通过热分解反应发射复制能量。利用复制能量的爆破力，隔离物形成材料被复制到排列层上。
如上所述，施主膜有这样的结构：基膜、光吸收层和复制层依次叠置。
进一步说，基膜最好用光透射率等于或大于90％的材料制作，如聚对苯二甲酸乙酯(PET)和聚碳酸酯。
光吸收层用作将接收到的光转换成复制能的层，可包括聚合物和金属材料。
复制层包括一种作为主要成分的隔离物形成聚合物、接触剂和硬化剂。因此，两衬底可通过下列的硬化步骤硬化复制的隔离物而密封。也就是不需要额外的使用密封剂密封衬底的步骤。在此，聚合物可以从包括聚丙烯酸脂、聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、环氧树脂、酚醛树脂和未饱和的聚酯树脂的一组材料中选取。另外，接触剂可以是具有一种不稳定官能团如偶氮(-N＝N-)、二硫化物(-S＝S-)和过氧化物(-O＝O-)组的有机物。进一步说，苯过氧化物可以用作一种光接触剂，二苯甲酮和咪唑可用作热接触剂。硬化剂可以是能够用在本发明相关领域的任何一种材料。
另一方面，还可在光吸收层和复制层之间包含一个缓冲层，用于防止由从光吸收层传递过来的能量造成的复制层的不平坦或是复制层和光吸收层的部分复制。
另外，紫外/可见光源如激光束、氙灯、卤素灯或热源头可用作复制复制层的光源。通过从适当的光源中提供热或光硬化隔离物来密封衬底。在此，用于硬化隔离物的光或热源可以与用于复制的光或热源一样，最好是高压汞灯、氙灯或闪光灯。
在上述制造LCD的制造方法中，最好每个隔离物的高度为0.5～10μm，两相邻隔离物间的间隔为10～1,000μm。
另一方面，彩色LCD可以通过再在两衬底之一上形成包括彩色滤波器(红、绿和兰滤波器)的彩色滤波层来制造。如果需要，还可以在彩色滤波层上制成一个保护膜。
在这种情况下，在液晶中对应于相邻两彩色滤波器之间的部位即形成黑色矩阵的部位形成隔离物，其大小为能够覆盖相邻两彩色滤波器之间的部分。另外，每个隔离物的吸收率不小于2，高度为0.5～10μm。
具有上述结构的LCD示于图7。
在图7中，标号71和71’代表透明衬底，标号72代表彩色滤波器，标号73、74和75分别代表红、绿和兰滤波器，标号76代表保护膜，标号77和77’代表透明电极，标号78和78’代表排列层，标号79代表形成在黑色矩阵形成处的不透明隔离物。
正如从图7中可以看见的一样，不透明隔离物形成在黑色矩阵形成的位置处，以致不透明隔离物用作黑色矩阵和隔离物。因此，不需要再制作额外的黑色矩阵。另外，用上述方法形成的每个不透明隔离物的高度为0.5～10μm，大于传统的黑色矩阵的高度(大约为1400埃)，因此，可以实现避免颜色混合的增强效果和提高高亮度特性。
根据本发明制造等离子显示板(PDP)的方法如下：
首先，制备两个由透明材料如玻璃制作的透明衬底。在一个透明衬底的上顺序地叠置地址电极和介质层，在另一个透明衬底上顺序地叠置着透明电极、电极总线和介质层，从而形成第一和第二衬底。然后，把包括基膜、光吸收层和复制层的施主膜放置在一个距第一衬底的介质层预定距离的位置处。接着通过向施主膜发射光源而在第一衬底上复制阻挡壁形成材料，并且再在第一衬底上叠置第二衬底，使得两衬底的介质膜相互面对，从而总成一个PDP。
在上述本发明制造PDP的方法中，施主膜具有基膜、光吸收层和复制层依次叠置的结构。
具体地说，基膜和光吸收层与在上述LCD中的制造方法一样，复制层可包括一种阻挡壁形成材料，如氧化铝(Al2O3)或玻璃粉。
另外，如上所述，还可在光吸收层和复制层之间包含一个缓冲层。
另一方面，用于复制的光源与LCD的制造方法中的一样。
此外，制造PDP的方法还包括形成多层阻挡层的步骤，即在把第二衬底叠置到第一衬底上之前重复几次复制的步骤。其结果是得到具有预定高度的阻挡壁。
在通过上述步骤得到的PDP中，每个隔离壁的高度和宽度最好分别是十～几百微米和20～300μm。
本发明具备了下列优点。
首先，在LCD中，具有预定高度的隔离物形成材料被复制到设定的位置，使得隔离物不会象传统的隔离物淀积法中那样结集，从而得到间隔均匀的盒空隙。另外，通过硬化复制的隔离物密封两衬底，不需要另外的衬底密封过程。使用隔离物对电极没有损伤，而在传统的加热和加压下密封衬底的过程中会发生损伤。另外，通过光(或热)硬化隔离物形成材料并再将其固定在两衬底之间，可以避免在由隔离物的流失导致的液晶喷射期间对排列层的损伤。
在彩色LCD的情形中，不透明隔离物也用作类似于传统的黑色矩阵的遮光物。因此，不需要另外的制作黑色矩阵的过程。
这也就是，在本发明制造LCD的方法中，象素间的颜色混合得以避免，通过一个简单的制造过程提供了优良的亮度性能。
如上所述，本发明的LCD制造方法也可用于制造FLCD、STN-LCD、TFT-LCD、TN-LCD和塑料LCD。
另外，在PDP的情形中，形成的每个阻挡壁具有一致的高度和宽度，相邻液晶盒间的光和电阻挡效果以及分辨率显著提高，因而改善了图象的显示质量。另外，PDP的制造方法比传统的制造方法简单，次品率也低。

Claims (19)

1.一种液晶显示器，包括顺序地叠置着透明衬底、透明电极和排列层的第一和第二衬底，通过在第一和第二衬底的排列层间形成隔离物来保持均匀的液晶层厚度，
其特征在于，每个隔离物的高度和两相邻隔离物之间的间隔恒定。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，每个隔离物的高度为0.5～10μm。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，两相邻隔离物之间的间隔为10～1000μm。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，在第一和第二衬底中的任一个上包括由形成在透明衬底和透明电极之间的R、G、B彩色滤波器构成的彩色滤波层，隔离物是不透明的，它形成在液晶层中对应于相邻两彩色滤波器之间的每个部分，其大小为能够覆盖相邻两彩色滤波器之间的该部分。
5.根据权利要求4所述的液晶显示器，其特征在于，还包括彩色滤波层上的一个保护膜。
6.根据权利要求4所述的液晶显示器，其特征在于，每个隔离物的高度为0.5～10μm。
7.根据权利要求4所述的液晶显示器，其特征在于，每个隔离物的吸收率不小于2。
8.一种制造液晶显示器的方法，包括步骤：
(a)形成第一和第二衬底，在两衬底中分别依次叠置着透明衬底、透明电极和排列层；
(b)将包括基膜、光吸收层和复制层的施主膜放置在距第一衬底的排列层为一预定距离的位置处；
(c)通过向施主膜的基膜辐射能量而将形成复制层聚合物的隔离物复制到第一衬底上，以形成隔离物，每个隔离物有相同的高度，相邻的两个隔离物间的间隔一致；
(d)在被复制了隔离物的第一衬底上叠置第二衬底，使得两衬底的排列层彼此面对；和
(e)通过对第一和第二衬底中的至少一个提供光和热来固化隔离物，从而以固定第一和第二衬底排列层间的隔离物来密封两衬底。
9.根据权利要求8所述的制造液晶显示器的方法，其特征在于，用于步骤(b)中的基膜至少是选自包括聚对苯二甲酸乙酯(PET)和聚碳酸酯的组中的一种。
10.根据权利要求8所述的制造液晶显示器的方法，其特征在于，复制层的隔离物形成聚合物至少从包括聚丙烯酸脂、聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、环氧树脂、酚醛树脂和未饱和的聚酯树脂的一组材料中选取。
11.根据权利要求8所述的制造液晶显示器的方法，其特征在于用于步骤(c)中的光源至少是从包括激光束、氙灯、卤素灯或热源头的一组中选取的一个。
12.根据权利要求8所述的制造液晶显示器的方法，还包括在步骤(a)之前，在两透明衬底的其中之一上形成包括红、绿和兰彩色滤波器的彩色滤波层的步骤。
13.根据权利要求12所述的制造液晶显示器的方法，还包括在彩色滤波层上形成保护膜的步骤。
14.一种等离子体显示板，包括一个第一衬底，在衬底上依次叠置着透明衬底、地址电极和介质层，还包括一个第二衬底，在衬底上顺序地叠置着透明电极、总线电极和介质层，最后还包括在第一和第二衬底间形成的阻挡壁，它将第一和第二衬底隔开一个预定的距离，
其特征在于，每个阻挡壁有一致的高度和宽度。
15.根据权利要求14所述的等离子体显示板，其特征在于，每个隔离壁的高度和宽度分别是十～几百微米和20～300μm。
16.一种制造等离子体显示板的方法，包括步骤：
(a)形成一个第一衬底，在衬底上依次叠置着透明衬底、地址电极和介质层；
(b)形成一个第二衬底，在衬底上依次叠置着透明衬底、透明电极、总线电极和介质层；
(c)把包括基膜、光吸收层和复制层的施主膜放置在一个距第一衬底的介质层预定距离的位置处；
(d)通过向施主膜的基膜辐射光源而在第一衬底上复制复制层的阻挡壁形成材料，形成阻挡壁，每个阻挡壁有一致的高度和宽度。
(e)在第一衬底上叠置第二衬底，使得两衬底的介质层相互面对。
17.根据权利要求16所述的制造等离子体显示板的方法，其特征在于，阻挡壁形成材料是氧化铝或玻璃粉。
18.根据权利要求16所述的制造等离子体显示板的方法，还包括通过在步骤(d)和(e)之间重复步骤(c)和(d)几次来形成多层阻挡壁的步骤。
19.根据权利要求16所述的制造等离子体显示板的方法，其特征在于，用于步骤(d)中的光源至少是从包括激光束、氙灯、卤素灯或热源头的一组中选取的一个。
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