CN1208665C - 液晶器件盒厚控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种控制液晶器件盒厚的方法。具体是用匀胶机将聚酰亚胺溶液在液晶器件基板上旋胶成膜，通过光刻或套刻，在液晶器件的基板上制作控制液晶盒厚度的聚酰亚胺支撑定点和/或边框，使支撑点避开液晶器件的光线通道和光电功能区域；调整聚酰亚胺支撑点的大小和密度，以控制液晶器件厚度的均匀性；调节聚酰亚胺溶液浓度及旋涂时匀胶的速度，以控制聚酰亚胺支撑的高度，从而控制液晶器件的厚度。

Description

液晶器件盒厚控制方法

技术领域

本发明属液晶光电子器件及液晶显示领域，具体为一种控制液晶器件盒厚的方法。

背景技术

近数十年来，液晶显示得到了越来越广泛的应用，从钟表显示、冰箱、空调、音像设备的控制显示，到近代通讯工具如手机、可视电话的显示，再到摄像机、数码相机的监视器、电脑显示器、液晶投影仪和液晶大屏幕电视。随着液晶显示技术的进步，对制造器件的工艺要求也愈来愈高。以LCOS(Liquid Crystal on silicon)前向投影仪和背投大屏幕所用的液晶芯片为例，其像素尺度已在10微米之下(如8微米×8微米)，它的厚度为3～6微米。传统控制液晶器件厚度的方法，是在显示区域撒播与厚度大小相当的玻璃或塑料粒子并加边框胶。这些玻璃或塑料微粒的尺度已与像素大小相近，像素被它们填充将失去大部分光电功能而成为缺陷，在投影放大后这些缺陷就更为显著。同时投影液晶芯片要有非常高的厚度均匀性，否则投影放大后将显示强度和颜色的不均匀性，所以单在显示区域外印刷上微珠加边框胶作盒厚的控制，难以得到均匀的盒厚，也难以保证产品的成品率。不但LCOS显示器存在这一问题，其它高分辨率液晶显示器也有这一问题。

因为液晶器件对工作环境要求宽松，工作稳定可靠，寿命长，驱动电压低，制作成本低，再加上液晶显示器多年来发展所储备的深厚技术淀积，近年来，在国际上，液晶光电子器件异军突起，展示了它们在高科技领域广阔的应用前景。例如，在光通讯领域，有弥补光纤放大器对不同波长放大作用不同的液晶能量均衡器，有用于交叉连接的液晶光开关；在光信息处理领域，有用于激光雷达和激光制导的液晶无惯性光束偏转器，有可编程的液晶相位空间光调制器，用它已实现了在生物技术和纳米材料科学上大有作为的可程控的动态光镊；在信息存储方面用全息聚合物分散液晶实现了可开关的图像存储。上面例举了大量液晶光电子器件中的少数几个。这些液晶光电子器件大部分利用在电场作用下液晶分子转动而产生光程变化，为了得到显著的作用，一般都采用高双折射率差的液晶(非常光和寻常光的折射率差在0.2～0.5之间)。如果再在这些器件中使用传统的玻璃微珠或塑料微珠作间隔来控制液晶器件的盒厚，一方面减少光束通道中的光电效应，另外微珠的折射率难以和非常光、寻常光的折射率同时匹配，因而引起散射，增加了插入损耗。这些器件是依靠电场改变光程而产生作用的，所以在尺寸较大的器件制作中对光程的均匀性，也就是对盒厚精度比显示器还要高。如果只用印刷边框胶来作器件盒厚的支撑是难以克服器件基板变形而引进的光程误差的。

发明内容

本发明的目的是提供一种液晶器件(包括液晶显示器和液晶光电子器件)的盒厚控制方法。它可以避开液晶器件的光束通道和液晶光电功能区域，设计液晶器件盒厚支撑的形状、位置和大小，从而得到精确的均匀盒厚控制，为高分辨率液晶显示器及液晶光电子器件获得优良的光电性能提供了条件。

本发明提出的控制液晶器件盒厚的方法，具体步骤如下：用匀胶机将聚酰亚胺溶液在液晶器件基板上旋胶成膜，通过光刻或套刻，在液晶器件的基板上制作控制液晶盒厚度的聚酰亚胺支撑点和/或边框，使支撑点避开液晶器件的光线通道和光电功能区域；调整聚酰亚胺支撑点的大小和密度，以控制液晶器件厚度的均匀性；调节聚酰亚胺溶液浓度及旋涂时匀胶的速度，以控制聚酰亚胺支撑的高度，从而控制液晶器件的厚度。其中，聚酰亚胺溶液的重量百分比浓度为10％～25％。

本发明中，匀胶机的涂胶转速一般为1800转/分钟～9000转/分钟，聚酰亚胺溶液在液晶器件基板上旋胶成膜后，在120-150℃下烘30～40分钟。

本发明中，这种支撑边框和支撑点可以有三种组合方式：(1)单独制作聚酰亚胺边框，这一般是对较小尺寸的液晶器件而言，如15mm×15mm以下；(2)只在液晶器件像素间隙中制作聚酰亚胺支撑点；使支撑点跨在相邻四个像素间隙的十字交叉点上。一般地，支撑点按盒厚均匀性控制要求，可每隔一个像素或每隔几个像素设置一个，再同时配合以传统液晶工艺中的边框胶印刷技术即可得到高度均匀的液晶显示器盒厚；(3)同时制作聚酰亚胺边框和像素间隙中的支撑点。与另一块基板相合组成的液晶器件周边用环氧胶合。

本发明中，制作的液晶盒支撑边框或支撑点形状、尺寸、分布、位置由光刻中的掩膜板决定，支撑的高度由调节聚酰亚胺溶液浓度和匀胶速度配合来控制。当像素间隙比较大时，支撑点可作得比间隙小，当像素间隙比较小时，(如LCOS的像素间隙在1微米左右)，支撑点可作得比间隙大。一般，支撑点的高度可做到0.8-20微米，支撑点的大小可做到1×1-50×50微米。

本发明进一步具体描述如下：根据液晶器件盒厚的要求选择适当浓度的聚酰亚胺溶液和适当的匀胶速度，在液晶器件的一块基板上旋胶成膜，在120-150℃烘30～40分钟(由成膜的厚度来选择烘烤时间)，涂光刻胶，加掩膜板曝光，用重量百分比浓度2.38％的四甲基氢氧化铵作显影和腐蚀，再经后烘，去胶等常规光刻工艺，得到的液晶盒支撑图形，在200℃下烘烤2小时进行亚胺化，即在液晶器件的一块基板上得到与掩膜板相应的支撑，两块液晶盒的基板相合，压平胶合，即得到所需厚度及均匀厚度的液晶器件盒。

用本发明方法制作的聚酰亚胺间隔可以根据液晶器件的需要定点放置液晶盒的支撑，它的厚度可由调节聚酰亚胺溶液的浓度和匀胶的速度来决定，从而达到我们所需的精确厚度，控制支撑点的密度，大小和边框的宽度，可以得到均匀的液晶盒厚。除此以外，形成的聚酰亚胺支撑与基板结合牢固，可清洗，化学、机械和热稳定性好，而且用这种方法作液晶器件的间隔，价格十分低廉。本发明可用于下列运转模式的液晶器件盒厚控制：包括液晶聚合物网络器件、液晶相分离复合膜器件、全息聚合物分散液晶器件、聚合物分散液晶器件、主动寻址的高分辨本领的液晶显示器和铁电液晶显示器及空间光调制器，被动寻址的液晶及铁电液晶显示器及空间光调制器等。

具体实施方式

以下通过具体例子进一步描述本发明。

实施例1，作全息聚合物分散液晶光开关的盒厚控制：

用25％的聚酰亚胺溶液，以2000转/分钟的速度在匀胶机上对ITO基板旋胶成膜，在130℃烘40分钟，然后涂光刻胶，经前烘，加掩膜板曝光，掩膜板的图形适合在15×15mm的器件上作3mm宽的含进样口的边框，用2.38％的四甲基氢氧化铵作显影和腐蚀，再经后烘，去胶等常规光刻工艺，得到的聚酰亚胺边框厚度为9微米，这样用一块边框厚度为9微米的ITO基板与另一块无边框的ITO基板相合压平，四周用环氧胶合，便可得到9微米厚的均匀厚度的液晶盒；若用两块都有边框的ITO基板相合，压平，四周用环氧胶合，得到稍大于18微米厚的均匀厚度的液晶盒。用它制作全息聚合物分散液晶光开关，记录全息后得到衍射效率为80％的体位相全息光栅。

实施例2，作液晶相位调制器盒厚控制：

用浓度为20％的聚酰亚胺溶液在有光刻图形的ITO基板上，以1800转/分钟的速度旋胶成膜，在150℃烘30分钟，涂光刻胶，前烘后加掩膜板套刻边框及像素间隙中的支撑点，边框宽度为2mm，支撑点大小为10微米×10微米，相邻支撑点在两个相互垂直方向的距离为3mm，曝光后用四甲基氢氧化铵作显影和腐蚀，经后烘去胶，在200℃下亚胺化2小时，形成带聚酰亚胺支撑边框和支撑点的ITO图形基板，经定向处理后与另一块定向处理后的ITO基板相合，压平，胶合，组成的液晶相位调制器盒厚为6微米。在单色绿光下检测其盒厚均匀性，在30×25mm区域内，液晶盒两基板平行度为1/4光圈。

实施例3，透射式铁电液晶显示器盒厚控制：

用浓度为15％的聚酰亚胺溶液，在有光刻电极图形的ITO基板上，以4000转/分钟的速度旋胶成膜，120℃烘35分钟，涂光刻胶加掩膜板在电极间隙套刻支撑点，因显示器的像素大小为0.285mm×0.285mm，间隙为10微米，光刻的支撑点大小为5微米×5微米，在相互垂直的方向支撑点相邻距离为6个像素，曝光后经显影、腐蚀、后烘、去胶及亚胺化，经定向处理，与另一块带ITO电极经定向处理的ITO基板按对准标记垂直相合，得到1.5微米厚的铁电液晶盒，并在对角线为53mm的显示区域得到了色彩和强度均匀的显示，这证明盒厚的高度均匀性。

实施例4，反射式铁电液晶空间光调制器盒厚控制：

用15％浓度的聚酰亚胺溶液在有光刻电极图形的ITO基板上，以9000转/分钟的速度旋胶成膜，130℃烘30分钟，再涂光刻胶，前烘后加掩膜板套刻像素间间隙中的支撑点，支撑点两相互垂直方向相邻距离为1.5mm，支撑点大小为3微米×3微米，曝光后显影、腐蚀、后烘、去胶，在200℃下亚胺化2小时，定向后与另一块定向过的带电极图形的铝板按对准标记垂直相合，压平，胶合得到了0.8微米厚的反射式铁电液晶盒，并在对角线为18mm的区域上得到了色彩和强度均匀的强度调制。

Claims (4)

1、一种液晶器件盒厚的控制方法，其特征在于用匀胶机将聚酰亚胺溶液在液晶器件基板上旋胶成膜，通过光刻或套刻，在液晶器件的基板上制作控制液晶盒厚度的聚酰亚胺支撑点和/或边框，使支撑点避开液晶器件的光线通道和光电功能区域；调整聚酰亚胺支撑点的大小和密度，以控制液晶器件厚度的均匀性；调节聚酰亚胺溶液浓度及旋涂时匀胶的速度，以控制聚酰亚胺支撑的高度，从而控制液晶器件的厚度；其中，聚酰亚胺溶液的重量百分比浓度为10-25％。

2、根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于匀胶机涂胶转速为1800-9000转/分钟；聚酰亚胺溶液在液晶器件基板上旋胶成膜后在120-150℃下烘30-40分钟。

3、根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于聚酰亚胺支撑点和支撑边框有3种组合形式：

(1)单独制作边框；

(2)只在液晶器件像素间隙中制作支撑点，使支撑点跨在相邻4个像素间隙的十字交叉点上；

(3)同时制作边框和像素间隙中的支撑点。

4、根据权利要求1中的控制方法，其特征在于液晶器件厚度控制范围在0.8微米到20微米。