CN1585910A - 制造显示板的多层板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于显示信息的装置，具体涉及液晶显示器单元，其目的是制成可用于制造液晶显示器的多层板，以及设计具有内部偏振器的显示器。本发明的技术结果是增大显示器的可靠性和减小显示器的厚度，以及降低制造成本，提高成品率和减小显示器组装过程中的制造工序数目。技术结果的获得是借助于多层板，包括：光透明基片(6)，保护层(3)，导电层，和至少一层各向异性薄晶体膜(2)。此外，薄晶体膜(2)是由这样的材料制成，该材料包含芳环，且沿一个光轴的Bragg峰值在3.4±0.2(=0.34±0.02nm)。除此以外，该技术结果的获得是借助于显示板，包括：光透明基片(6)，保护层(3)，电极系统(7)和至少一层薄晶体膜。

Description

制造显示板的多层板
技术领域
本发明涉及显示信息的装置，具体涉及液晶(LC)显示器单元。
背景技术
传统上，液晶显示器具有平坦的透明小容器形式，它有两个平行平板，在其内表面上设置光透明导电材料(例如，固态溶液SnO2和I2O3-ITO)制成的电极系统。具有电极的平板表面通常涂敷一层聚酰亚胺或其他的聚合物，然后进行特殊的处理，在平板表面附近以及在显示器的液晶层体积中形成液晶(LC)分子的特定均匀取向。在组装透明小容器之后，其中填充液晶以形成厚度为5-20μm的液晶层。LC代表激活介质，在电场的影响下改变其光学性质。在交叉的偏振器中记录光学性质的变化，偏振器通常粘附到透明小容器的外侧表面[L.K.Vistin.JVHO，1983，vol.XXVII，ed.2，pp.141-148]。
在现有技术中，显示板是利用有玻璃基片和导电层的平板制成。玻璃板应当非常平坦且没有气泡和其他的光学缺陷。与显示器的工作条件有关，人们利用有各种导电层的坯体。对于工作在透射模式下的显示器，导电层是透明的。对于工作在反射模式下的显示器，显示器的前板是用透明导电层制成，其后板是用反射导电层制成。[A.A.Groshef，V.B.Sergeev，Devices for presenting information based onLC，“Energia”，L.1977]。透明导电层的表面电阻是在10欧姆至102欧姆之间，在可见光谱区中的透射系数为0.7至0.9。利用熟知的沉积方法制成导电层。
通常，显示板的矩阵形成在每个平板上。借助于掩模蚀刻在每个显示板上制成所需的电极结构。电极出现在玻璃的边缘，并终止于连接外部引线的焊接点。单独的显示板被蚀刻槽分隔，然后沿着这些槽把显示器粘接在一起。为了在各个显示板之间形成所需的间隙，沿着其周边用隔板分隔开这些显示板。在加热平板的同时，组装后的显示板(或显示板矩阵)在真空下用LC材料填充。这可以降低LC的粘滞度和更好地填充显示器中各个显示板之间的间隙。然后，矩阵形式的显示器被互相隔开(划痕和断开)，再密封每个透明小容器。保护层保护和/或玻璃板覆盖的偏振器粘附到透明小容器的外侧表面。
在显示运行期间，为了防止离子从玻璃扩散到液晶层中，通常利用保护层把导电层与玻璃隔开。通常，这种保护层是二氧化硅或重金属氧化物的薄膜，虽然也可以利用某些聚合物。保护层在光谱的工作区应当是透明的，其厚度和密度应当使玻璃与LC之间有可靠的隔离。
有各种方法可以制成保护涂层：基于材料蒸发或溅射的物理方法，或基于利用化学反应的化学方法[N.P.Gvozdeva et al.，PhysicalOptics，M.“Meshinostroenie”，1991，pp.178-179]。当前最通行的方法是真空中的蒸发。这个方法的实质是材料在高真空下的热蒸发。产生的蒸气以薄膜形式凝聚在基片的表面。这个过程进行得很快，从几秒钟到几分钟。
其他的物理方法是阴极溅射。这种方法是基于利用高能量稀薄气体的离子轰击阴极，使阴极材料的原子被击出。从阴极表面击出的原子停留在基片上。在反应阴极溅射期间，工作室中充满激活气体(例如，氧气)，可以得到具有所需化学成分的薄膜。
例如，一种化学方法是从水解化合物的溶液中制成薄膜的方法。然后，把乙基硅溶液加在离心机中旋转的坯体上以制成氧化物薄膜。
专利US 5,358,739描述二氧化硅涂敷的方法，它是利用sylazane聚合物加到基片上并在氧化介质中进行加热。还有其他的一些方法。
在文献[WO 94/28073]中描述的偏振器可以从有机染料的液晶溶液中得到。按照这种技术的偏振器是利用一种已知方法通过沉积染料的LC溶液薄膜到玻璃或聚合物基片上制成。这种技术的特点是，染料分子的取向发生在薄膜沉积期间，因此，薄的热稳定偏振涂层在干燥之后直接地形成在基片上。利用这些偏振器可以制成液晶显示器的新结构，其中偏振器可以直接形成在LC透明小容器的内侧壁和外侧壁上。内部的偏振器位置似乎更加合适，因为它可以提高显示器的耐久性和可靠性，以及简化它的设计和减小加工操作次数。
相应地选取沉积条件和定向影响程度，可以得到包括各向异性薄膜的二向色偏振器，至少部分的薄膜有晶体结构[PCT RU99/00400]。这种分色偏振器具有高度各向异性和热稳定性。
在具有内部偏振器的常规显示器中，二向色偏振器通常形成在电极系统之上[RU 2139559]。为此，电极上涂敷特殊的平面层，它可以促进二向色偏振器的良好粘附。这就可以增加显示器中叠层数目(它的厚度)和加工操作的次数。除此以外，在这种情况下，只有在制成电极系统之后才可以沉积二向色偏振器，它降低制造过程的灵活性，为的是改变产品的多样性。
发明内容
本发明的目的是建立可用于显示器制造的多层板，以及设计具有内部偏振器的显示器。
本发明的技术结果是增大显示器耐久性和减小显示器厚度，以及降低其制造成本，提高成品率和减少制造工序的次数。
技术结果的获得是基于多层板，包括：光透明基片，保护层，导电层和至少一层各向异性薄晶体膜。薄晶体膜是利用这样的材料制成，该材料包含芳环和沿一个光轴的Bragg峰值在3.4±0.2。至少一层薄晶体膜位于基片与导电层之间，且薄晶体膜与导电层之间被保护层隔开。薄晶体膜材料可以包括异环。
多层板的基片可以由玻璃制成，而保护层可以由二氧化硅和/或重金属氧化物或聚合物制成。导电层通常是由ITO制成。
有时，ITO层可以沉积在金属栅(例如，借助于掩模溅射)上以增大该层的导电性。金属栅的总表面积应当小于多层板总表面积的10％。
通常，薄晶体膜代表E型偏振器。有时，薄晶体膜可以同时具有偏振器和相移层的功能。
有时，至少部分的保护层可以是导电的，例如，通过其表面的掺杂。
为了防止运输过程中的损伤，最好是，还利用聚合物薄膜涂敷多层板。
所述技术结果的获得是基于显示板，包括：光透明基片，保护层，电极系统和至少一层薄晶体膜。薄晶体膜是利用这样的材料制成，该材料包含芳环和沿一个光轴的Bragg峰值在3.4±0.2。与此同时，至少一层薄晶体膜位于基片与电极系统之间，且薄晶体膜与电极系统之间被保护层隔开。
薄晶体膜材料可以包括异环。
显示板的基片可以由玻璃制成。保护层可以由二氧化硅和/或重金属氧化物或聚合物制成。电极系统通常是由ITO制成。
金属栅可以沉积到显示器的显示板中ITO层上面。于是，金属栅的总表面积应当小于电极总表面积的10％。
显示器中的薄晶体膜通常代表E型偏振器。
有时，显示器中的薄晶体膜可以组合偏振器和相移层的功能。
显示板还可以包含粘合层。
按照本发明的多层板包括以下的主要各层：光透明基片(通常是钠钙玻璃)，薄晶体膜的光学各向异性层，它是由包含芳环的材料制成，且沿一个光轴的Bragg峰值在3.4±0.2，保护层，例如，二氧化硅，和导电层，它通常是ITO。
光学各向异性层在显示器中具有偏振器的功能，或者，同时具有偏振器和相移层的功能。这一层至少是部分的结晶状；它可以提供其结构的高耐久性和理想的光学参数。这一层材料的最初选择是由芳环中存在开发的π共轭键系和存在诸如胺，酚，酮等基确定，它们处在分子平面中并作为这些分子的部分芳族键系。分子本身或它们的碎片有平坦的结构。例如，它们可以是这样的有机材料，例如，靛蒽醌(瓮蓝4)，或二苯并咪唑1，4，5，8-萘四羧酸(瓮红14)，或二苯并咪唑3，4，9，10-苝四羧酸，或二氢喹吖啶二酮(颜料紫19)等，其衍生物或其混合物形成稳定的感胶液晶相。
当这种有机材料在合适溶剂中溶解时，其结果是分子集结成超分子复合物的胶体系(感胶液晶)，它代表胶体系的动力单元。LC是胶体系的预有序状态，在超分子复合物对准和随后的溶剂去除过程中，由此产生各向异性的晶体薄膜(换句话说，薄晶体膜)。
从具有超分子复合物的胶体系中得到薄晶体膜的方法包括以下步骤：
-沉积该胶体系到基片上；胶体系还应当是触变性的，为此目的，胶体系应当在某个温度下并有某个分散剂浓度；
-通过任何类型的外来影响，使沉积后或沉积中的胶体系到达增大的流动性状态，从而减小胶体系的粘滞度(这可以通过加热，剪切形变等实现)；在随后的对准过程期间外来影响可以继续进行或花费有序所需的时间，因此，胶体系在对准过程期间不能松弛到具有高粘滞度的状态；
-对胶体系的外部对准影响，可以利用机械方法以及任何其他的方法完成；所述对准影响的程度应当足以使胶体系中动力单元得到所需的取向并形成这样的结构，它是成形层未来晶格的基础；
-成形层的对准区从高粘滞度状态转变成胶体系的原始或甚至更高粘滞度状态是由于初始的外部影响；这是按照这样的方式进行的，可以避免成形层结构的定向障碍和避免缺陷形成在成形层的表面；
-下一步操作是干燥(去掉溶剂)，在此过程中形成晶体结构；
-最后的操作通常是从薄晶体膜转变成水不溶性形式，借助于含二价或三价金属的溶液处理其表面。
制成层中的分子平面是互相平行，且这些分子形成三维晶体，至少是部分层中的分子。若优化这种制造方法，则可以得到单晶层。这种薄晶体膜中的光轴垂直于分子平面。在至少一个方向上，这种薄晶体膜有高度各的向异性和高折射率。
为了制成所需光学特性的层，可以混合胶体系(在此情况下，形成组合的超分子复合物)。在从胶体溶液混合物制成的各层中，吸收率和折射率在原始成分确定的限度内可以具有各种数值。各种胶体系与形成的组合超分子复合物的混合是可能的，这是由于上述有机化合物(3.4)中分子的一个维度重合。含水层中的分子至少沿一个方向有长的维度，这是由于基片上超分子复合物的对准。当溶剂蒸发时，最好是，分子形成三维的晶体结构。
通过沉积溶液中固体物质的含量和基片上含水层的厚度，实施对该层厚度的控制。加工这种薄膜的制造参数是在加工过程中方便控制的溶液浓度。利用X射线照片或光学方法，可以控制该层的结晶程度。
薄晶体膜的突出特征是高度的热稳定性，它在当代的显示器制造技术中是特别重要的。
需要利用二氧化硅层保护各向异性层，可以免遭制造过程中外来的破坏性影响，特别是在蚀刻ITO的过程中，并在显示器运行时防止它与电极和LC接触。利用熟知的方法制成二氧化硅层：加热时的真空中蒸发，阴极溅射，所谓的“湿法”，利用溶液等。除了二氧化硅以外，保护层还可以包含重金属氧化物。例如，用于根据溶液制成保护层的CERAMATE成分包含高达6％重量比的固态物质(TiO2，ZrO2，SiO2，Sb2O5)。通常放在高温下烘烤根据溶液制成的保护层。由于各向异性层的高热稳定性，在加工多层板过程中完成这种操作是可能的。它可以经受高达180℃或短时高达250℃和更高的温度，而没有严重地改变其光学特性。
在保护层的能力范围内，我们还可以利用各种热稳定和耐化学性的聚合物。多层板中各层的热稳定性是必须的，因为若干个制造工序(例如，在电极系统的顶部制成聚酰亚胺平面化和对准层)包括加热到高温。
借助于一个熟知的方法制成导电层(ITO)。
此外，多层板可以包含附加的外部层，在运输过程中保护多层板，而在制造显示器的过程中可以去掉这些外部层。
这种多层板代表用于制造显示板的坯体，并且已包含显示的主要功能层。通过减少制造工序的次数，它可以简化制造液晶显示器的工艺。
多层板的尺寸是由制造显示器提出的要求所确定。通常，每个多层板容纳几个显示板。多层板上每个显示板的区域配置对应的电极系统和槽，沿着这些槽把显示器粘接在一起。借助于光蚀刻，激光烧蚀等方法，可以去掉多层板对应区域上的导电层材料。
保护层的密度和厚度应当足够地大，可以防止各向异性薄晶体膜在光蚀刻以及蚀刻导电层的其他类似方法过程中的损坏。
在利用激光烧蚀法制成粘贴LC透明小容器的槽中，在去掉导电层时，二氧化硅保护层可以与玻璃熔融在一起。
在此之后，电极系统通常涂敷聚酰亚胺层，聚酰亚胺层的功能是平面化和LC对准层。可以利用其他的材料作为平面化层，具体地说，二氧化硅。在这种情况下，这层的材料还具有绝缘体的功能，可以防止电极之间的放电。
在制成显示器中前面板和后面板的矩阵之后，粘贴对应的多层板，用液晶填充到制成的透明小容器。在完成这个操作之后，把各个LC显示器与矩阵分隔开。制成的液晶显示器有内部偏振器。这可以简化显示器的设计，减小其厚度和增大其运行的耐久性。
附图说明
以下的示意图说明本发明的实质：
图1表示按照本发明的多层板示意图；
图2表示具有内部偏振器的液晶显示器图。
具体实施方式
实施例的一个例子中的多层板(图1)包括：光透明基片1，它是由钠钙玻璃制成，和偏振器2，它代表9.5％磺化靛蒽醌水溶液制成的薄晶体膜。偏振器的厚度约为100nm。二氧化硅保护层3沉积在偏振器的上面，而ITO的导电层4沉积在保护层3的上面。在运输过程中，通常利用聚合物薄膜5保护多层板。
这种多层板代表制造显示板的坯体，并且已具有显示器的各个主要功能层。图2表示具有内部偏振器的一种显示器设计方案。显示器代表平坦的透明小容器，它由两个平行玻璃板6构成，在其内表面上相继制成以下各层：偏振器层2，二氧化硅保护层3，由光透明导电材料(ITO)制成的电极系统7和聚酰胺层8，它是对准层。在组装之后，透明小容器充满液晶9，并加以密封，例如，利用密封胶10。
设计具有内部偏振器的显示器可以减小装置的厚度和提高它的运行可靠性。除此以外，这种显示器中使用的薄晶体膜是各向异性层，其光学性质允许制成有高对比度和宽观察角的装置。

Claims (21)

1.一种多层板，包括：光透明基片，保护层，导电层和至少一层各向异性薄晶体膜，该材料包含芳环和至少沿一个光轴的Bragg峰值在3.4±0.2，其中至少一层薄晶体膜位于基片与导电层之间，且薄晶体膜与导电层之间被保护层隔开。
2.按照权利要求1的多层板，其中薄晶体膜材料包含杂环。
3.按照权利要求1和2的多层板，其中基片是由玻璃制成。
4.按照权利要求1-3中任何一个的多层板，其中保护层是由二氧化硅和/或重金属氧化物或聚合物制成。
5.按照权利要求1-4中任何一个的多层板，其中导电层是由ITO制成。
6.按照权利要求5的多层板，其中金属栅沉积在ITO层的上面。
7.按照权利要求6的多层板，其中金属栅的总表面积小于多层板总表面积的10％。
8.按照权利要求1-7中任何一个的多层板，其中薄晶体膜代表E型偏振器。
9.按照权利要求1-8中任何一个的多层板，其中薄晶体膜同时代表偏振器和相移层。
10.按照权利要求1的多层板，其中至少部分的保护层是导电的。
11.按照权利要求1-10中任何一个的多层板，其中多层板还涂敷聚合物薄膜。
12.一种显示板，包括：光透明基片，保护层，电极系统和至少一层薄晶体膜，该材料包含芳环和沿一个光轴的Bragg峰值在3.4±0.2，其中至少一层薄晶体膜位于基片与电极系统之间，且薄晶体膜与电极系统之间被保护层隔开。
13.按照权利要求12的显示板，其中薄晶体膜材料包含杂环。
14.按照权利要求12和13的多层板，其中基片是由玻璃制成。
15.按照权利要求12-14中任何一个的显示板，其中保护层是由二氧化硅和/或重金属氧化物或聚合物制成。
16.按照权利要求12-15中任何一个的显示板，其中导电层是由ITO制成。
17.按照权利要求16的显示板，其中金属栅沉积在ITO层的上面。
18.按照权利要求17的显示板，其中金属栅的总表面积小于电极总表面积的10％。
19.按照权利要求12-18中任何一个的显示板，其中薄晶体膜代表E型偏振器。
20.按照权利要求12-19中任何一个的显示板，其中薄晶体膜同时代表偏振器和相移层。
21.按照权利要求12-20中任何一个的显示板，其中显示板还包含粘合层。
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