CN1332075A - 利用多频率的辐射固化密封层 - Google Patents

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Abstract

一种系统,利用多个波长,最好来自单个激光器的输出,固化粘合二片基底以形成液晶显示器屏面的双重固化密封胶。其中在固化密封胶之前液晶已经就位,从而不允许促使密封胶固化的高温烘烤。出自该单个辐射源的多个波长通过对基频激光的倍频以及混合而形成三倍频。通常需要UV波长以固化密封胶的光解成分,从而在本发明中来自约为1微米(1000nm)波长激光器的基频被三倍频。沿密封胶的整个周边区扫描UV。其它波长,典型地为红外波可能还有该红外波的第一加倍频(第一谐波),被独立地收集并且分离地只沿着那些由电路线遮蔽的密封胶区域扫描。这些金属线部分地吸收这些波长以造成在该系统中使用的双成分密封胶的热引发。

Description

利用多频率的辐射固化密封层
技术领域
本发明涉及利用多频率的辐射扫描目标的系统，优选用于增强因遮蔽而难以接收用来光解固化的直接辐射的聚合物的固化。
当入射辐射和要固化的聚合物之间发生金属化或者形成其它不透明结构时出现遮蔽现象。通常以UV(紫外线)光为形式的辐射不能到达该聚合物会导致不激励一般要引起光敏聚合物的聚合反应的光引发剂。对于那些由于在直接覆盖着密封胶的区域中放置某些输入/输出线而使用来粘合组成液晶屏面的各层基底的辐射不能到达密封胶区域的液晶屏加工，这种类型的问题是特别重要的。在液晶显示器情况下，以密封胶为形式的这种未固化的聚合物会导致沾染液晶并且一直降低屏面的性能。
Glownia等人于1999年10月22日同一天申请的美国专利申请09/425,701和09/425,711公开固化密封胶的替代方法。
背景技术
目前使用的一种固化用来粘合二片组成液晶显示屏的基底的聚合物胶的方法是利用UV辐射，从而在胶中产生充当光引发剂的自由基以使该胶聚合化或固化。已经发现密封胶区域中的任何未固化的或部分固化的胶会严重地沾染液晶，从而长期降低屏面的性能。在迄今的标准的液晶显示器加工工艺中，通过在比液晶能忍受的高得多的温度下固化热凝固的胶从而粘合构成屏面的二片基底。由于在热固化步骤后才把液晶引入到屏面中，这是可能的。
近来描述的并且优选的屏面加工工艺采用所谓的“一次滴入”或“ODF”法，该方法是Matsushita的专利(美国专利5263888，1993年11月23日发布，题目是“液晶显示器屏面的制造方法”)。其中，在组成液晶屏面的二片基底的一片基底上按小滴放置液晶。一条窄的密封胶定义该液晶材料的外周边并使第二基底对齐并放在第一基底上，在该阶段不聚合化该胶。由于固化温度会损害现在已经位于二片基底之间的液晶，通常不能应用常规的固化或聚合化该密封胶的烘箱热工艺。为了替代热固化，选择一种通过光引发基而不是通过热引发剂进行聚合化和固化的密封胶。这种光固化防止和密封胶接触的液晶材料的过热。为了产生光引发的固化反应，通常使用一个UV光源。这种固化工艺的问题是屏面包含着沿着选定位置从屏面的外周边或密封胶区延伸到屏面内部的薄膜金属数据线和选通线。这些信号线阻止入射的UV辐射到达直接在这些不透光区下面的密封胶，造成胶不能全部固化的可能性。不透光的数据线和选通线下面的任何不完整固化的胶会造成沾染液晶材料，导致屏面性能的下降。这种沾染很可能是由未固化的随着时间浸入液晶区的胶产生的。
本发明同时利用几种辐射频率或波长，独立地扫描屏面周边部位以克服遮蔽问题。在我们的密封工艺中，使用不同频率的辐射源以产生光解反应和热反应二者，优选地但非必须的为双重固化密封胶。在通常会出现遮蔽的区域上独立地扫描由辐射源可用能量中的一部分激发的热反应。其目的是在不过热或者不减弱液晶下固化带有就位的液晶的密封胶，同时提供必要的辐射以把所有的密封胶反应到即使不是全部地也是部分地聚合化或固化的状态。
为了克服前面提到的遮蔽问题，在其优选实施例下的本发明使用带有非线性元件的高重复率脉冲激光器以得到数种频率(波长)的辐射。对于密封胶，最好采用既以热方式又以光解方式固化的双固化密封胶。常用UV辐射来激励光解反应，在本发明中还使用其它波长，典型地为可见的或红外的，以被不透光遮蔽图形吸收的短脉冲的形式提供局部加热。该局部加热激发热固化并且还降低密封胶的粘性以促进光引发剂扩散到各遮蔽区中，由入射UV光形成的这些光引发剂位于和各遮蔽区相邻的区域中。
发明内容
本发明使用二个或更多的电磁辐射单色源，其中每个辐射源具有不同的基频。把这些光源或电磁辐射对准目标并且沿着目标的某些路径扫描。该扫描的目的例如是形成化学上启动聚合物的固化的光引发剂，其中该聚合物用于把二片基底彼此粘合到另一片基底上，这些基底构成上述的目标。
这些各具有不同基波长(频率)的辐射源还可从单个单色源得到，其中该单个单色源通过使用诸如倍频器的非线性元件可得到不同的波长。可把倍频输出再和第二非线性元件混合以产生总共三个的电磁辐射频率，即，基频、第一加倍基频和三倍基频，或者，基频、第一谐频和第二谐频。利用例如一个或多个分色镜或者棱镜系统可在空间上分离不同波长(频率)下的辐射输出。接着例如通过一组扫描镜或光纤独立地扫描分离后的三种不同波长(频率)下的电磁辐射，并把扫描辐射对着目标。目标最好包括一对组成液晶显示屏面的基底。辐射源不必是单色的，在这种情况下每个光源存在多于一个的基波长(频率)。但是，对于本申请，最好把多种波长(频率)中的最强波长(频率)选择成用于加倍和加三倍的波长以得到可能的最强的电磁辐射输出。
适用于本发明的一种典型单色电磁辐射源是激光器，因为cw激光器和脉冲激光器通常都产生带有强主基波长的电磁辐射，该主基波长容易被加倍和加三倍。对于把电磁辐射用于固化密封胶的情况，常常需要紫外波长。这样，如果三倍波长的电磁辐射位于300—400nm的波长范围，使用其基波长约小于1.5微米(1500nm)的激光器是方便的。Na3+-YAG或Nd3+-YLF激光器相当适用，因为它们各拥有便于加倍和加三倍的基电磁辐射波长(频率)。三倍后的波长(频率)位于紫外区并很适用于固化或聚合化用来把构成本平面显示器的基底粘合到一起的密封胶，另外可把分别位于红外和绿-兰区的基波长和第一加倍波长瞄向目标上被基底上的不透明区部分阻挡或遮蔽的部位。虽然红外和兰-绿电磁辐射通常不能聚合化密封胶，但用于加热遮蔽区下面的密封胶。该加热通过由不透明或部分不透明区吸收入射辐射造成温度上升。这种温度上升造成更有可能使由三倍频辐射形成的激励基扩散到遮蔽区的下面，从而提供一种使被遮蔽的密封胶固化的手段。在通过独立操作的扫描装置用紫外的或三倍波长的辐射扫描组成液晶屏面的二片基底的整个周边期间，最好通过独立的扫描装置在粘连这二片基底的相对短的不透明的周边区上扫描这些波长(基波长和二倍波长)。尽管在整个讨论中优选实施例是针对液晶的，业内人士会理解这只是可应用本发明的一个例子。
附图说明
图1a示意示出二片基底沿共同的周边区接合并且相互粘连。这些基底构成液晶屏面，其选定的周边区金属化从而对入射辐射是不透明。
图1b是沿图1的屏面的A—A线的剖面图，示出含有密封胶和数据/选通线二者的区域。
图2是依据本发明的系统的示意图，其中包括一个激光器，通过使用非线性混合晶体以及可在不同扫描率下独立扫描的扫描镜该激光器能发送几种波长(频率)，以把二种或更多的频率发送到屏面的选定部位上，在这些部位下面存在需要光解式地或者因遮蔽需要热式地固化的密封胶。
图3示出在图2的屏面的周边区上来回移动的以便造成密封胶的固化的辐射的二条扫描束中每条束的轨迹。
具体实施方式
本发明解决使用典型的聚合密封胶把代表着目标的二片基底沿着或靠近它们的周边相互粘合时，当1)在二片基底间的空间中在该聚合密封胶的内部包含着金属，2)所述金属对温度是敏感的以及3)该聚合材料需要固化或聚合化但周边或“共同的周边区”因基底和聚合物之间的不透明区而具有入射辐射不能直接达到的选定部分时，出现的常见问题。在本实施例中，优选目标是通过首先由Matsushita说明并在上面引用的一次滴入法制造的液晶屏面显示器。该一次滴入(ODF)工艺在把第二基底粘合并密封到第一基底之前需要把预定的准确数量的液晶沉积到二片基底中的一片上。在二片基底松接合后，通常在UV辐射源的帮助下光解地使周边上预放置的密封胶固化。这种ODF工艺明显地不同于常规屏面装配工艺，在后一工艺中以1—3小时的时间段在相对高的温度(典型地为180℃)下通过烘烤二片基底之间沿周边放置的热敏感胶首先把二片基底永久性地粘合在一起。在该较早的加工工艺中，接着把基底组件放到真空箱中浸入到装有液晶的容器里，从而液晶进入粘合基底之间的窄空间中。然而对于一次滴入工艺，由于液晶不能忍受大大高于120℃的温度，不能使用这种烘烤处理。
图1示出由二片基底101和102组成的示意的目标屏面100。还示出基底100的周边104的一些部位上的沿着选定的位置1030的金属数据/选通线103。对于激光辐射的传输这些数据/选通线103是不透光的，从而不能到达金属化103下面的密封胶105。在沿着整个周边的外缘周围设置密封胶105以相互粘合二片基底。液晶106位于基底101和102之间密封胶聚合物105之内。在图1b)中示出该屏面的更详细剖面图以突出对于可使用的入射辐射是不透明的金属线103的选定位置和细节。从而，射到屏面这部分上的任何UV辐射不会穿过各条线103到达下面的密封胶105，由此这些部位的密封胶不会光解地激活并且因此保持不固化。
为了克服这个问题，本发明优选地使用一种双固化的胶，即既可通过光解激活又可通过热激励激活固化的胶。重要的是在防止密封胶105和液晶106的沾染或互混的方式下形成密封胶105的固化。出于这个原因脉冲宽度在10—1000ns量级下的脉冲激光器是最适用的，尽管不必把脉宽限定在该范围上。
一般而言，可以使用数个辐射源(每一个可以是脉冲式单色源)照射周边104的不同区域以克服遮蔽问题。图2中示出一个能够通过周知的混合和谐波生成技术产生数个辐射波长的单色源(即，一个激光器200)。具体地，一优选实施例中的光源是一个Nd3+：YLF(钕钇氟化锂)激光器。激光频率最好小于1500nm。例如，波长为1047nm的频率201是由诸如倍频晶体202的非线性成分倍频的频率，从而产生波长为524nm(和二倍的基频对应)的辐射2011。晶体202可由二氢磷酸钾(KDP)组成，这是一种典型的非线性倍频晶体。出自晶体202的激光辐射输出会包含红外基频201(波长为1057nm)以及第一加倍频基频或第一谐频2011(波长为524nm)下的光分量，即波长201以及2011时的辐射分量。
辐射束201和2011通过通常称之为混合晶体204的第二非线性元件，该混合晶体可以也是诸如KDP的晶体，以便产生波长为349nm的UV波长2012(第二谐波或第二加倍基频频率)。离开晶体204的光输出205现在包括三个频率：1047nm下的基频201、倍基频2011(524nm)以及三倍基频频率即349nm下的UV分量2012。
二个分色镜206、207充当独立的分离，以把UV辐射2012从包含着基频201、倍频2011和三倍频2011的束205的波长分量中分离出来。业内人士周知其它分离不同波长的装置，例如可包括光栅和适当切割的棱镜。
图2示出以镜208、209为形式的二个独立的扫描装置。镜207设计成对于包含波长为1047nm的基频辐射201和波长为524nm的第一加倍基频辐射2011的分量组205是可透过的。但是，镜207反射波长为359nm的三倍基频2012。这样，只有UV束2012折射到镜206并且从该镜206入射到扫描镜208。辐射201和2011入射到第二扫描镜209上。利用计算机210通过一个控制单元在运动上控制这二个扫描镜。这二个扫描镜208和209分别以各自波长将辐射发送到目标屏面100。通过计算机210对扫描镜208编程以跟踪屏面100的周边，从而激励密封胶105中的光解引发剂以产生导致固化或聚合化该密封胶的化学反应。然而在存在着数据/选通线103的区域中，UV源不能穿透到密封胶105，这造成区域1030中线103下的密封胶处于未固化。由于周边中这些选定区域中的金属线的遮蔽不能直接出现光解反应。然而，通过使密封胶105为一种双固化的密封胶，即可以热方式和光解方式激励的胶，只在那些包括着数据/选通线的区域上采取一种相对慢的光扫描，从便在区域1030中造成金属103对一些入射光的光吸收。借助镜209利用相对慢的扫描对入射到各选定区域1030中的辐射201和2011的光吸收造成各条线203以及就在这些线的下面的胶105的局部加热。镜209的扫描速率取决于这些选定位置和整个周边相比的相对长度。例如，若用镜208和辐射2012扫描整个周边需要45秒，对于扫描可包括不透明或遮蔽区的10％的周边的时间量，镜209的扫描速率可以慢10倍以上。实际上，和三倍频辐射2012的停留时间相比，这造成在辐射201和2011在遮蔽区上的停留时间要长10倍。
这种慢扫描会在不会明显地横向把热扩散到液晶106的情况下局部地提高温度，为了保持液晶的正常运行该温度必须保持在约125℃之下。我们计算了激光脉冲宽度为数十个纳秒时(如Nd+3：YLF激光器200情况下)的横向热扩散，并且发现距离上仅为数微米。这还可以用L.T.Pittaway的理论(Brit.J.Appl.Phys.15，967(1964))说明，对于单个20ns脉冲下钼金属线的局部温度升高，(假定大约50％的入射辐射的光吸收)当1mJ脉冲聚焦在1mm的目标103的半径上，数量级为400℃。对邻近环境的热衰减在0.1ms的数量级上。这样，在高重复率(5—10千赫)下，来自相对慢的扫描率的镜209的辐射可以造成短时间的明显温升从而启动密封胶105的热固化并且同时还因温度的升高降低胶105的粘性。三倍频辐射2012用于启动未由线103遮蔽的各目标区301中的光解固化。从而二个分别编程按不同速率扫描的镜208和209的组合形成密封胶106的充分固化以防止胶-液晶的沾染。请注意，尽管在本文中把所说明的带有其可使用的特征波长和脉冲持续时间的具体激光器(Nd+3：YLF)作为优选实施例，本发明也可利用不同的波长运行，这些不同的波长可以从脉冲宽度在皮秒(10-12)到微秒的范围内的单个或多个电磁源得到。原理上本发明甚至可采用cw辐射源，只要扫描足够快可以防止对液晶106的横向加热。另外，在最通用的实施例中，不同的波长可来自多于一个的辐射源，只要辐射足够强，即使这些源具有数个辐射频率也没关系。在这些情况下，这些频率中的至少一个频率必须足够强以在和所需要的有效生产率相协调的时间内达到密封胶105的聚合化。
图3示出射到基底101上的电磁辐射或光束的轨迹301和302。轨迹301来自对镜208的编程扫描，而轨迹302来自对镜209的编程扫描，计算机210控制每条轨迹。
如所示，镜轨迹301用于扫描密封胶区中的整个周边，而扫描镜209跟踪的轨迹302限于在金属化的信号线/选通线302附近的小区域上振荡。
业内人士清楚，本发明不受限于任何具体类型的激光器或扫描装置来获得固化受遮蔽的密封胶所需的局部加热，同时辐射的第二激光频率也为进行密封胶固化而扫描一个更大区域，这对入射辐射不一定是不透明的。

Claims (15)

1.一种包括至少二个电磁辐射源的系统，每个所述辐射源具有不同的基频，通过专用于每个所述源的扫描装置具有其频率的每个所述源指向一目标的各选定区域。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述目标包括液晶显示器屏面。
3.一种系统包括：
a)一个在一个基频下的单色电磁辐射源。
b)第一非线性元件，用于倍频所述电磁辐射的所述基频。
c)第二非线性元件，用于三倍频所述电磁辐射的所述基频。
d)至少二个独立的分离装置，用于在空间上把所述基频的辐射与所述加倍基频的辐射并且与所述三倍基频的辐射相分离。
e)至少二个独立的扫描装置，用于独立地对准并且控制所述基频、所述加倍基频和所述三倍基频的辐射向一目标的选定区域的移动。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述独立的分离装置包括分色镜。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于每个所述独立的扫描装置包括至少一个扫描镜。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于单色源是脉冲式激光器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述脉冲式激光器的所述电磁基频相当于小于1500nm的波长。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述脉冲式激光器是Nd3+-YAG激光器。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述脉冲式激光器是Nd3+-YLF激光器。
10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述基频辐射和所述三倍基频辐射分别对应于电磁频谱中的近红外区和紫外区的辐射。
11.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述目标由二片沿着共同的周边区接合的基底组成，并且其中一个独立的扫描装置运行成用三倍基频的辐射扫描所述共同的周边区。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于另一个独立的扫描装置运行成用所述基频的以及所述加倍基频的辐射扫描所述共同周边区的选定位置，并且在所述选定位置放置双重固化的密封胶。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于所述选定位置的至少一个部分呈现因辐射加热的温升。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于在所述选定位置上扫描所述基频的和加倍基频的辐射，而在所述目标的全部共同周边区上扫描所述三倍基频的辐射。
15.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述目标包括一个液晶显示器。
CNB011228229A 2000-07-11 2001-07-10 利用多频率的辐射固化密封层 Expired - Lifetime CN1139469C (zh)

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