CN1200493A - 液晶显示装置的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一个结构原理,用于控制液晶显示区的间隙和显示区周围的面积,通过形成一绝缘层,对此层进行深蚀刻以后,保留了间隙大小的支持圆柱和杂质扩散的阻挡分离墙。

Description

液晶显示装置的改进
本发明涉及液晶显示装置，本领域中缩写为LCD，特别地，本发明涉及制造这类装置的结构原理，尤其涉及尺寸非常小的LCD。
在液晶显示技术中，液晶与公共半透明电极进行电接触。公共半透明由一半透明复盖层保护。电路位于液晶材料下面。根据电路中象素的相交点和公共电板之间的电应力，一部分液晶定量地旋转元的极化。
随着技术发展的进步，需要能够减少或严格地控制元胞的间隙。元胞间隙是指液晶所占据空间的垂直尺寸，位于象素电路交接处和公共电极之间。注晶要在可能的支持基底上尽可能地延展显示区域。
到目前为止的技术，控制元胞间隙大小的努力包括使用可插入部件，比如填充球或圆柱，如在美国专利5,459和5,379,139中所描述的那样。使用这类部件带来一些不利的方面。球直径的不均匀性使得坚信于难持严格的公差。在高分辨显示器的制造中，希望这类部件能确定并保持在间隙中。如果填充部件具有象素大小的面积，任何缝隙尺寸大小的填充部件都将占据相当部分的显示区域，例如在投影显示中使用的光阀，这种显示器具有非常小的象素。
在更大的基底上扩展显示区域的努力带来两个问题，第一个问题是需要有一个很好确定的区域，在这个区域中包含有液晶材料并用胶密封复盖层。第二个问题是，在显示器中，用于将复盖层密封到基底上的粘接剂产生液晶磨损杂质并且使液晶退化。
本发明提供了显示器中间产品结构原理和生产过程。利用此原理，在结构中产生一间隙、在此间隙中建立并维持有关的部件，产生胶容器以及扩散阻挡部分。这一结构是在显示区域上确定一严格的垂直间隙，因而减少了用于粘接和杂质扩散的距离。其中杂质是来自胶封中的粘接剂。以往的技术曾忽略了这一问题。
在本发明中，通过在显示区域的基底上用淀积或表面生长的技术，形成一等效于间隙厚底的薄层。此薄层按照一定的图样蚀该后留下具有间隙高度的圆柱，在显示区域尽可能多的位置上与基底连为一体。围绕显示区域的周围，交错平行的阻挡段壁也与基底合为一体，用作胶容器和扩散阻挡部件。在显示区域的周围，粘接剂或密封胶放在阻挡段壁的外边。在相邻液晶的表面上，放置一复盖层，由圆柱或阻挡段支撑并由密封粘接剂保持。复盖层有计数电极。元胞的间隙空间用液晶填充到密封胶处，阻挡段增加了密封胶和来自密封胶杂质通过的距离，因为粘接剂必须通过阻挡段内的液晶以达到显示活动区域的液晶。
图1，标记为目前的技术，这是一截面图。它表明了目前的技术状态，包括有间隙和在活动矩阵液晶显示中的可使用区域。
图2是本发明在溶蚀该层阶段的是间产品的立体图。
图3至6是本发明在各个制造阶段的中间产品图示说明，其中：
图3是本发明在基底上淀积或生长层的图示说明。
图4是本发明按图案深蚀刻淀积层或生长层以后的中间产品图示说明，这里给出了间隙设置和显示区的扩散阻挡段。
图5是具有公共电极的复盖层安好以后并用粘接剂粘好以后的中间产品图示说明。
图6是在所有象素位置用液晶填充间隙以后中间产品的图示说明。
图7是本发明间隙圆柱和阻挡段元段的图示设计安排。
在本发明中，在显示的公共支撑部分，有一层具有液晶显示厚度的间隙。此间隙层是按圆柱和扩散阻挡段的图样深蚀刻到公共支撑部分。圆柱和阻挡段与支撑部分是合为一体的，它们用于支持上面的复盖层并设定缝隙距离。扩散阻挡段也可用于减小包含粘接剂所用的空间距离并防止来自粘接复盖层的粘接剂中的杂质污染在活动显示区域的液晶。当液晶显示制造完成以后，间隙空间是由液晶所填充。
本发明同时也提供了在制造液晶显示中所以问题的解决办法。参图1的说明，这是目前的技术，它给出了目前制造液晶显示所作的考虑的投影图。在液晶显示的表面复盖层1下，有一公共半透明电极2。在间隙3，存在一定数量的液晶材料4，它们是用点划线表示的部分。显示区由象素的面积所构成，其中的两个象素5和6如点划线框所示。穿过象素液晶4光的变化量与接触点和公共电极2之间的电应力有关，接触点7和8分别对应于象素5和6。所示的装配在基底9上完成。在有些结构中，基底除了提供x和y数据以及在接触点7和8放大的开关信号以外，还能给出在象素中液晶底下的光，基底9可以是具有埋线的表面和光导通道类型的结构，这一结构包括一个半导体晶片表面。在一般的结构考虑中，标记为“A”的间隙尺寸必须在显示区的所有活动区域精确地选择和严格地控制。间隙尺寸“A”是指基底9的接触点7，8和公共电极2之间的穿过液晶的距离。建立间隙的目的在所有的结构中不仅是提供支撑和用于足够的象素质量液晶的空间，而且在某些结构中必须有赖于建立一光通路的距离。在目前的技术发展中，使用一个与间隙尺寸有关的球。在图1中。作为一例子，画出一带点线的球10，位于象素之间。球稍微大于所要求的间隙尺寸。当盖上复盖层后，球被压缩。目前的技术状态是所用的球不具有一致的直径，这就影响了保持严格公差的能力。在制造中，球是随机喷洒的，结果是某些球处于象素区，它们将阻挡光的通过，特别是对高分辩显示，这时象素的尺寸是与间隔球的直径可比较的。人们总是希望延伸象素5、6的面积，尽可能地让显示区填满基底。然而，这样做的努力是有限的，因为粘接剂不是密闭的并且杂质要从粘接剂11扩散出来，此粘接剂在基底9的边沿粘接复盖层2。杂质会降低液晶的电阻率，增加电荷的输运及减少液晶电应力的大小，从而影响显示器的用可靠性。
按照本发明，通过在基底淀积或生长的方法，形成所需间隙的绝缘材料层。基底包含了显示区。绝缘层按图样蚀该到基底。在所要求的尽可能多的位置上，间隙层建立并维持与基底合为一体的圆柱和扩散阻挡段。扩散阻挡段位于显示区和基底的周围之间，粘接剂位于此处以固定复盖层。扩散阻挡段是由和基底合为一体的单元所组成，比如在结构中交错平行的墙段，这些单元具有淀积层的高度或所需间隙的尺寸“A”。在间隙空间填充以前，交错平行扩散阻挡段结构允许气体通过单元的间隔从间隙空间逃逸出来。按照本发明，在溶蚀刻以后的中间产品在图2用立体图表示，这时复盖层和公共电极，图1中的1和2还没有被加上并且间隙空间还没有填充液晶。
图2是基底(20)的一部分，在基底(20)通过淀积或生长的办法形成一薄的蚀刻停止层(21)，比如氮化硅层，这是具有间隙厚底的可蚀刻绝缘层。在图中，按照图样将此薄层蚀刻，在象素电极(22)以下，除了圆柱(24)，密封开口以及选定位置的阻挡元段(25)，蚀刻到蚀刻停止层(21)的表面(23)。在表面(23)中阵列(26)的每一象素位置，有一指定的象素电极(22)，图中给出15个，通过接触单元达到基底(20)中的显示电路。基底(20)含有显示电路，在此没有画出。圆柱(24)，图中列出15个，位于象素阵列(26)中交点上。圆柱可以定够的小，以便不影响最窄的象素间隙，例如它可以是一微米直径。阻挡段25，其中表示了11个，安排为两排阻挡墙，交错排列。它们的相对单元长度，宽度和间隙大小可安排为禁止杂质通过阻挡段扩散而允许气体逃逸。阻挡墙(25)(31)(33)和圆柱(24)(34)与基底(20)合为一体，具有间隙空间的垂直大小尺寸“A”。
在液晶显示技术中，用液晶材料填充显示区域的液晶是在如图示表面的中心完成的。很明显，按照本发明，圆柱和阻挡段的定位，数量和尺寸具有相当的灵活性。如图所示，某些阻挡单元(31)可安排为易于引导在填充区(32)的液晶流动。作为进一步的说明，间隔圆柱(24)和(34)的数量，尺寸及位置是相当灵活的，它们可以和象素之间的间隔一样窄。在深蚀刻步骤，个别的圆柱可以通过加或去除掩模来设置。它们的高度总是具有间隙尺寸“A”。阻挡段(25)，(31)和(33)的形状以及设置是为了提供阻挡粘接剂中杂质的扩散，(没有在此画出)它们位于表面(23)边沿区域(29)，并允许气体穿过分段墙的开口或中断(30)。尽管现在墙单元(25)表示为平行交错的行，其它能根本上扩散路径的排列也是可以的。依靠墙单元或圆柱(34)，此处表示了8个，可以支持所要求的复盖层。在本发明中，分隔液晶活动区域和复盖层维持粘接剂的距离不仅比以往的技术更短，而且也可以完全地予先确定。
在图3至图6，给出了深蚀刻层结构制造步骤说明，对液晶显示来说，这是共同的。在本发明中的每一个制造过程，通过截面图观察各步的中间产品。对于特别的显示器，附加的加工步骤在此没有表示。
参照图3，有一均匀蚀刻绝缘材料层的说明，例如SiO2层，这是通过淀积或生长技术方法形成的，臂如等离子体强化学蒸汽淀积方法，在技术中称为PEVCD。进一步，在图3中，给出了一基底(40)，比如这可以虽一硅半导体晶片，此晶片中埋有显示矩阵电路，电路中有象素接触点(41)，这里只表示了其中的一个。电路是在表面(42)上的薄蚀刻停止层(43)上。相对于SiO2，蚀刻停止层(43)具有相当慢的蚀刻率，例如氮化硅薄层。层(44)对应于图2蚀刻掉的绝缘材料层，例如氧化硅层，比如由淀积或生长方法生成的在显示区上具有间隙厚度的SiO2。层(44)的材料必须是绝缘的，以防止在完成后的显示区内的象素没有电应力。层(44)的材料必须有一更快的蚀刻率，与层(43)和象素电极(41)相对慢的蚀率相比。象素电极(41)铱赖材料的蚀刻比，为了停止层(44)在表面(42)上层(43)的蚀刻。
参照图4，这时按图样深蚀刻层(44)到蚀刻停止薄层(43)和在基底表面(42)上象素接触点(41)以后的中间产品说明。深蚀刻是按标准技术进行的，用化学的或离子反应蚀刻技术，通过掩模蚀掉层(44)直到表面(42)上的层(43)。表面(42)相应于图2的表面(23)。蚀刻后留下圆柱(24)和阻挡单元(25)，它们由图样防蚀所保护。
在图5中，复盖层(50)和半透明公共电极(51)已完成并已粘接到基底(40)的周围(20)，相应的中间产品如图所示。这里的基底(40)对应于图2的基底(20)，粘接剂是(52)。阻挡段单元行(25)，在此表示了2个，交错排列。如在图2所示，单元(25)的作用是禁止粘接剂(52)扩散到墙段行(25)后边的象素位置，并且减少了不使用的空间，这些空间曾用来避免对活动区域的污染。
参考图6，这是在用液晶(53)填充了所有象素间隙以后的中间产品图示说明。
参考图7，这是间隔圆柱和阻挡单元设计安排的图示说明。圆柱和阻挡段单元用于复盖层的支持，间隙的控制，胶密封以及减少密封胶的杂质扩散进入液晶。在图7的图示说明中，给出了圆柱(24)和(34)，阻挡墙段(25)，(31)，(33)的不同尺寸和位置。阻挡墙段(33)是稀疏排列的并用于减少密封胶的杂质。在显示区域用液晶在整个区域(32)填充以后，最后用胶在周围区域(29)进行密封，此时从胶中扩散的杂质由(33)阻挡。周围的间隔圆柱(34)允许在区域(29)中过多的密封胶流出。间隔阻挡单元(25)，(31)用于胶密封以便使其与阵列(26)分开并使密封胶与在区域(26)的液晶分开。
为了提供使用本发明的附加信息，参照图2至图7，作为说明给出以下规范。
基底(20)可以是一单晶半导体，比如一个用于显示2048×2048个象素的具有埋线的硅半导体。在晶片的一面上，每一象素近似为17微米。象素之间的间隔2微米，在每一象素位置象素有一触点接到一标准晶体管，电容器(没有画出)，线路矩阵相交点。
层44，等价于间隙尺寸“A”，是近似为硅氧化物的尺寸2.5微米。
圆柱(24)的直径近似为1.5微米，高度近似为间隙尺寸2.5微米，位于象素之间的空间交插点。如果需要的话，外边的圆柱(34)可以有一大的直径。在显示区以外，尺寸的规定不是很严格的。
墙段平行行(25)，(31)由宽度近似为10微米，长度近似为500微米，间隔近似为90微米的段组成。段之间的间隔为30微米，行距之间为100微米。
半透明复盖层是一玻璃。
半透明的电极可以是铟锡氧化物。
在近似为2.5微米厚的层中，液晶具有扭曲向列相类型。
在图1至7中，尽管为了清楚起见，间隔圆柱和阻挡单元的制造描述为使用电路支持的基底作为基础，同样的制造过程也可以在半透明复盖层下的半透明电极上进行。半透明导体材料有着非常好的蚀刻停止性质。蚀化剂用于蚀刻在半透明导体层上的淀积或生长层以提供间隔和阻挡单元。间隔圆柱与半透明复盖层和半透明导体的复合体合为一体。它们的位置是由基底的象素排列来考虑的。在组装过程中，在使用各种复盖层，间隔柱高度及阻拦单元上有一定的自由度。
以上所描述的是一结构原理，此原理用于控制间隙，以及围绕液晶显示区周围的面积。通过形成一绝缘层，在显示器的面积上进行深蚀刻以后，留下圆柱和分段墙控制间隙尺寸以及阻挡杂质扩散。

Claims (24)

1.一种液晶显示装置，在基底和复盖层之间的间隙有一象素单元的液晶填充的象素位置的阵列，象素单元之间有一间隔，周围是粘接剂区域，提供所述复盖层和基底之间的密封，其改进包括：
象素位置的区域处在所述周围密封区内的基底上，相对于所述复盖层，位于间隙定义层，至少一个圆柱和一个阻挡单元位于所述象素位置区域和所述周围密封区之间；圆柱和所述基底或位于所述象素区域的复盖层合为一体，阻挡单元有一开口并与所述基底或复盖层合为一体；及
至少所述圆柱和阻挡单元之一的每一个其高度都近似为所述的间隙的距离。
2.权利要求1的改进，其特征在于所述的至少一个阻挡单元是由至少两个平行交错的行所组成。
3.权利要求2的改进，其特征在于所述的至少一个圆柱包括了在所述周围密封区内的许多圆柱。
4.权力要求2的改进，其特征在于所述的至少一个圆柱是位于两个所述象素单元之间的一个间隔中。
5.在复盖层和基底之间有一间隙尺寸的液晶显示装置中，其中间制造产品包括有：所述的基底单元或复盖层单元，有一电路含有在周围有一密封区域的表面上的象素位置的显示区域；至少一个与所述单元合为一体的圆柱，它位于所述象素位置区域；分段阻挡单元，位于所述象素位置区域和周围密封区域之间，段之间至少有一开口并且与所述部件成为一体，所述的至少一个圆柱和阻挡单元其高度近似为所述间隙距离。
6.权力要求5的改进，其特征在于，至少一个分段阻挡单元是由至少两个平行交错的行组成。
7.权力要求6的改进，其特征在于所述的至少一个圆柱包括了在所述密封区周围的许多圆柱。
8.权力要求6的改进，其特征在于所述的至少一个圆柱位于分离所述两个象素单元的位置处。
9.一液晶显示结构，其中在基底和带有复盖层的导电层之间有一间隙，它的中间产品包括：
一个所述的基底，基底边沿有一密封区域，有一电路带有表面上的象素位置的显示区域，
所述基底有许多圆柱，圆柱与所述基底合为一体，在所述的基底上延伸一段距离，此范围确定了所述的间隙。
所述的基底上至少有一个分段阻挡单元，阻挡单元位于所述的显示区和周围的密封区之间，其高度在所述的基底上延伸到所述的间隙长度，并且，
所述的复盖层位于所述的显示结构之上，由所述的圆柱和所述的至少一个分段阻挡单元支持，并与所述导电层相接触，并且
在所述的密封区域中与所述的基底密封。
10.权力要求9的中间制造产品其特征在于所述的至少一个分段阻挡单元是一平行交错的行结构。
11.权力要求9的中间制造产品，其特征在于：所述的至少一个分段阻挡体包括有分段阻挡单元，在显示结构的一侧上，它们围绕着一近似的中心填充区域定位。
12.一液晶显示结构，其基底与带有复盖层的导电层之间有一间隙，其中间产品包括：
所述基底有一电路，带有在其周围有一密封区域的表面上的象素位置显示区域；
所述带有复盖层的导电层有许多圆柱，它们与导电层合为一体，从所述的导电层中伸出一段距离，长度为所述间隙尺寸；
所述带有复盖层的导电层至少有一分段阻挡单元，它位于所述导电层上，在所述显示区域与基底周密封区域之间，所述阻挡单元从所述导电层延伸出一段，其长度为所述间隙尺寸并且所述基底位于所述带有复盖层的导电层之上，导电层由所述圆柱和所述至少一个分段阻挡单元所支持，并且在所述密封区与基底密封在一起。
13.权力要求12的中间制造产品，其特征在于所述至少一个分段阻挡单元处于一平行交错的行结构中。
14.权力要求12的中间制造产品，其特征在于至少一个分段阻挡体包括有各分段阻挡成员，它们实质上是围绕一近似的中心区域排列在所述显示结构的一个表面上。
15.一个液晶显示结构有一象素显示区域，周围有一密封区域且有一间隙尺寸大小的液晶体积，其制造包括的步骤有：
在一个表面上形成一可蚀刻的绝缘材料层，所述的一个表面是基底的一面或在复盖层上的一个半透明电极，所述的层具有与间隙一样的厚度；
按图样蚀刻所述的层至所述的表面上，留下圆柱部分，从所述的表面上延伸一间隙尺寸的距离；
扩散阻挡段成员，从所述的表面延伸一间隙尺寸的距离，并且定位于所述象素显示区域的周围；用粘接剂密封所述复盖层和基底的组合，由所述的圆柱和所述的阻挡段在显示区建立所述的间隙尺寸。
16.权力要求15的过程，其特征在于包括了用液晶材料填充所述体积的步骤。
17.权力要求16的过程，其特征在于形成所述层的步骤是通过淀积方法。
18.权力要求17的过程，其特征在于所述的淀积由等离子体强化化学蒸汽淀积方法形成的。
19.在一个液晶显示装置中，它有一象素显示区域及一间隙尺寸，其中间制造产品的加工过程包括的步骤有：
在一表面上加一层相对慢的蚀刻反应薄层，所述表面是基底的一侧或所述显示导电层的一侧；
形成一绝缘层，厚度为所述间隙尺寸，位于慢的蚀刻反应层上。
按图样深蚀刻在掩膜保护区之间的绝缘层至所述慢蚀刻反应层。
所述掩膜保护区是，至少位于所述显示区的分布圆柱单元和扩散阻挡段，阻挡段位于显示区域的周围区域。
所述保护区与所述绝缘层和慢蚀刻反应层至少一个保持为一体，并延伸一间隙尺寸的高度。
20.权力要求19的过程，其特征在于所述形成层的步骤是通过淀积方法。
21.权力要求20的过程，其特征在于淀积是由等离子体强化化学蒸汽淀积方法形成的。
22.权力要求21的过程，其特征在于所述表面是在基底表面上，所述基底由硅组成，所述的层是硅的氧化物。
23.权力要求20的过程，其特征在于所述表面是在复盖层上，所述复盖层是一玻璃，有一相对慢的蚀刻反应半透明导电层。
24.权力要求23的过程，其特征在于所述的慢蚀刻反应导电层是由铟锡氧化物组成。
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