CN1844979A - 液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示器件。该液晶显示器件包括彼此面对的第一基板和第二基板；在第一基板上形成的多个突起；在第二基板上形成的且与所述突起对应的多个柱状衬垫料；以及设置在第一基板和第二基板之间的液晶。所述多个柱状衬垫料与所述突起具有相对于所述第一基板的表面面积在170ppm或者更小范围内的接触密度。

Description

液晶显示器件及其制造方法
本申请要求要求享有2005年4月6日在韩国递交的申请号为P2005-28517的韩国专利申请的优先权，在此将其全部内容结合进来作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件，尤其涉及一种可以降低触摸缺陷并且减轻基板波纹的液晶显示器件及其制造方法。
背景技术
随着信息社会的发展，对各种显示设备的需求一直在增加。因此，对研发诸如液晶显示(LCD)器件、等离子显示板(PDP)器件、电致发光显示(ELD)器件以及真空荧光显示(VFD)器件的各种平板显示器件付出了许多努力。这些平板显示器件中的一些已经应用于各种设备的显示中。在各种平板显示器件中，由于液晶显示(LCD)器件外形薄、重量轻以及功耗低的特性而被广泛使用。结果，LCD器件提供了阴极射线管(CRT)显示器件的替代品。除了诸如笔记本计算机显示的移动型LCD器件，已经研发了用于计算机显示器和电视的LCD器件。为了在各种领域中作为通用显示器使用LCD器件，在保持重量轻、外形薄和低功耗特性的同时，还需要诸如高分辨率和高亮度的图片质量特性以及大尺寸的屏幕。
通用LCD器件包括彼此粘结在一起并且其间具有一定空间的第一和第二基板以及夹在第一和第二基板之间的液晶层。具体的说，第一基板包括以固定间隔沿第一方向设置的多条栅线以及以固定间隔沿与第一方向垂直的第二方向设置的多条数据线。由栅线和数据线限定多个象素区域。在该象素区域中设置有多个象素电极。多个薄膜晶体管形成在栅线和数据线的交叉处并且根据施加到栅线的信号向象素电极施加来自数据线的数据信号。第二基板包括防止光进入除象素区域之外部分的黑矩阵层、在对应于象素区域形成的用于显示各种颜色的R/G/B滤色片层以及用于控制入射到滤色片层上以产生图像的光的公共电极。
在上述的LCD器件中，液晶层形成在第一和第二基板之间。通过在象素电极和公共电极之间产生的电场驱动液晶层的液晶分子。通过液晶分子的排列方向控制通过液晶层照射出的光，从而显示图像。将这种类型的LCD器件称为扭曲向列(TN)模式LCD器件，其具有包括窄视角的缺点。为了克服诸如窄视角的问题，正在积极开发共平面开关(IPS)模式LCD器件。
在IPS模式LCD器件中，在第一基板的象素区域中象素电极和公共电极以固定间隔彼此平行形成。在该结构中，在象素电极和公共电极之间产生水平电场(IPS电场)，从而按照该IPS模式电场排列液晶层。
在上述的LCD器件的第一和第二基板之间形成衬垫料以维持用于液晶层的恒定间隔。根据衬垫料的形状，该衬垫料可以是球形衬垫料或者柱状衬垫料。球形衬垫料具有球形形状并且散布在第一和第二基板之间的空间中。而且，即使在第一基板和第二基板彼此粘结之后，球形衬垫料可以相对自由地移动。该球形衬垫料与第一和第二基板具有小的接触面积。相比，通过阵列工序在第一基板或者第二基板上形成柱状衬垫料。该柱状衬垫料通常以具有预定高度的柱状形成在基板的预定位置上。因此，该柱状衬垫料具有与第一和第二基板相对较大的接触面积。
下面参照图1到图4B描述设有柱状衬垫料的现有技术IPS模式LCD器件。
图1所示为现有技术IPS模式LCD器件的平面图，并且图2所示为沿图1中的I-I’线提取的结构截面图。如图1和图2所示，现有技术IPS模式LCD器件包括形成在第一基板30上的多条栅线31和多条数据线32。栅线31与数据线32垂直交叉设置。由栅线31和数据线32限定多个象素区域。多个薄膜晶体管(TFT)形成在栅线31和数据线32的交叉区域。在象素区域中交替设置多个象素电极33和公共电极35a。各薄膜晶体管包括从栅线31延伸的栅极31a、从数据线32延伸的源极32a以及与源极32a分隔开预定间隔的漏极32b。各薄膜晶体管还进一步包括形成在源极32a和漏极32b下方以覆盖栅极31a的半导体层34。
而且，在包括栅线31的第一基板30的整个表面上形成栅绝缘层36，并且在栅绝缘层36上形成钝化层37。去除位于漏极32b预定部分上的钝化层37以限定钝化孔。象素电极33通过该钝化孔与漏极32b相连接。栅绝缘层36和钝化层37由无机绝缘材料形成并且以2000到4000的厚度沉积。公共电极35a从平行于栅线31与象素电极33重叠的公共线35分出。
黑矩阵层41形成在与第一基板30面对的第二基板40上。黑矩阵层41覆盖非象素区域(即，栅线31、数据线32和薄膜晶体管区域)并且在象素区域打开。滤色片层42形成在包括黑矩阵层41的第二基板40上。通过分别在各象素区域沉积R、G和B色素而形成滤色片层42。在包括滤色片层42的第二基板40的整个表面上形成涂敷层43。柱状衬垫料20以恒定间隔形成在第一基板和第二基板之间以维持盒间隙。形成柱状衬垫料20以对应于栅线31的上侧。
图3所示为当产生触摸瑕疵时LCD面板表面的平面图，并且图4A和4B所示为产生触摸瑕疵前后的现有技术IPS模式LCD器件的截面图。
如图3所示，在设有柱状衬垫料的IPS模式LCD器件中，如果用手指或者其他物体沿预定方向触摸LCD面板10，会在触摸部分上产生瑕疵。由于该瑕疵是在触摸LCD面板的屏幕时产生的，故将其称为触摸瑕疵或者触摸缺陷。注意到，由于在柱状衬垫料及其相对的下基板之间的大接触区域产生的摩擦力而产生该触摸缺陷。换句话说，与球状衬垫料不同，柱状衬垫料与下基板接触而形成相对大的接触面积。因此，将由于触摸而移位的第一和第二基板恢复到其初始状态需要较长的时间。为此，直到第一和第二基板恢复到其初始状态之前都会保留有该瑕疵。
下面参照图4A和图4B描述在触摸LCD面板之前和之后显示区域和非显示区域的变化。如图4A所示，现有技术的IPS模式LCD器件包括显示区域和非显示区域。在非显示区域中，在两基板30和40之间形成有密封剂图案50以将二者粘结在一起。此时，在非显示区域的第二基板40上形成有黑矩阵层41以防止漏光。还可以在非显示区域的黑矩阵层41上形成涂敷层43。这里，设置如图1和图2所述的显示区域。在该现有技术的IPS模式LCD器件中，公共电极35a和象素电极33交替形成在不同的层中从而使得当电压施加到各电极时在该两电极之间产生水平电场。这里，在公共电极35a和象素电极33之间形成有栅绝缘层36和钝化层37。
黑矩阵层41形成在第二基板40上与第一基板30上图1中的栅线31、数据线32和图1中的薄膜晶体管(TFT)相对应的部分。形成部分与黑矩阵层41重叠并且位于与象素区域相对应的部分中的滤色片层42。在包括黑矩阵层41和滤色片层42的第二基板40的整个表面上形成涂敷层43。
优选地，形成部分与公共电极35a重叠的黑矩阵层41，以防止由于在公共电极35a与数据线32分隔开的区域中的向错线而发生漏光。即，在钝化层形成为无机绝缘层的IPS模式LCD器件中，公共电极与数据线分隔开一定距离以减小位于数据线35和与数据线35相邻的公共电极35a之间的寄生电容。这里，由于数据线32和公共电极35a之间的寄生电容Cdp，在数据线32和公共电极35a之间的空间中不能正常形成水平电场。为此，由黑矩阵层41覆盖位于公共电极35a和数据线32之间的空间。结果，通过延伸黑矩阵以覆盖公共电极35a和数据线32之间空间的部分黑矩阵层41增加了由黑矩阵覆盖的部分。即，开口率降低了对应于数据线及其相邻的象素区域之间空间。
然而，如图4B所示，由于在触摸LCD面板后第二基板40相对于第一基板30受到挤压，非显示区域的密封剂图案50沿一个方向偏离。此时，在触摸LCD面板之前由黑矩阵层41覆盖的公共电极35a和数据线32之间的空间在触摸LCD面板之后被暴露出来，从而产生漏光。
上述现有技术具有柱状衬垫料的LCD器件具有下述问题。首先，当触摸LCD面板时，由于柱状衬垫料及其相对基板之间的大接触面积而使摩擦力增加。为此，由于该触摸而偏移的基板很难恢复到其初始状态。结果，当发生触摸缺陷时，在一定的时间段内继续漏光。此外，如果没有充分设置液晶，主要由于严重按压LCD面板而产生触摸缺陷。可以通过增加液晶量而解决该触摸缺陷。然而，在通过液晶分配方法制造的LCD器件中，很难在基板上分配足够量的液晶而防止触摸缺陷。而且，如果液晶的分配量增加，会产生另一问题，即产生重力缺陷。因此，在增加液晶分配量方面有限制。
发明内容
因此，本发明涉及一种可以基本上避免由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题的液晶显示器件及其制造方法。
本发明的目的是提供一种液晶显示器件及其制造方法以降低触摸缺陷并且减轻基板波纹。
本发明的附加优点、目标和特征将在后面的描述中得以阐明，通过以下描述，将使它们对于本领域普通技术人员在某种程度上显而易见，或者可通过实践本发明来认识它们。本发明的这些和其他优点可通过书面描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和得到。
为了实现这些和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，一种液晶显示器件包括：彼此面对的第一基板和第二基板；在第一基板上形成的多个突起；在第二基板上形成的以对应于所述突起的多个柱状衬垫料，该多个柱状衬垫料与所述突起具有相对于所述第一基板的表面面积170ppm或者更低的范围内的接触密度；以及设置在所述第一基板和第二基板之间的液晶。
按照另一方面，一种液晶显示器件包括彼此面对的第一基板和第二基板；在第一基板上形成的多个突起；在第二基板上形成以分别对应于所述突起并且由具有至少75％弹性恢复率的材料形成的多个柱状衬垫料；以及设置在所述第一基板和第二基板之间的液晶。
按照另一方面，一种液晶显示器件的制造方法，该方法包括如下步骤：在第一基板上形成柱状衬垫料；在第二基板上形成突起，其与所述柱状衬垫料具有相对于所述第一基板的表面面积大约170ppm或者更小的接触密度；向所述第一基板上分配液晶；翻转所述第二基板；以及彼此面对地粘结所述第一基板和第二基板，从而使得所述突起接触所述柱状衬垫料并且在该第一基板和第二基板之间设置有液晶，其中基本上平整所述第一基板和第二基板其中至少之一中存在的波纹。
按照另一方面，一种液晶显示器件的制造方法包括如下步骤：在第一基板上由具有至少75％弹性恢复率的材料形成柱状衬垫料；在第二基板上形成多个突起；翻转所述第二基板；以及彼此面对地粘结所述第一基板和第二基板，从而使得所述突起接触所述柱状衬垫料并且在第一基板和第二基板之间设置液晶，其中基本上平整存在于所述第一基板和第二基板其中至少之一中的波纹。
通过下面结合附图对本发明的详细说明可以使本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点更加清晰。
附图说明
所包括的附图用于进一步理解本发明并且组成本申请的一部分，示出了本发明的实施方式并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1所示为现有技术IPS模式LCD器件的平面图；
图2所示为沿图1的IPS模式LCD器件的I-I’线提取的结构截面图；
图3所示为当产生触摸瑕疵时现有技术LCD面板的表面平面图；
图4A和图4B所示为沿图1的IPS模式LCD器件的II-II’线提取的在产生触摸瑕疵之前和之后状态的截面图；
图5所示为根据本发明具有突起的LCD器件的截面图；
图6A和图6B所示为在按照本发明第一实施方式的LCD器件中将上下基板彼此粘结之前和之后状态的截面图；
图7所示为按照本发明的LCD器件的平面图；
图8所示为在按照本发明第一实施方式的LCD器件中沿图7中的III-III’线提取的盒间隙图；
图9所示为在按照本发明第二实施方式的LCD器件中在将上下基板彼此粘结到一起之前该两基板的截面图；
图10所示为在按照本发明第二实施方式的LCD器件中在将上下基板彼此粘结到一起之后该两基板的截面图；
图11所示为在按照本发明第二实施方式的LCD器件中沿图7中的III-III’线提取的盒间隙图；
图12所示为在按照本发明第三实施方式的LCD器件中在将上下基板彼此粘结到一起之后该两基板的截面图；
图13A和图13B所示为在按照本发明第三实施方式的LCD器件中在将上下基板彼此粘结到一起之后当时的以及一定时间段后的柱状衬垫料形状的截面图；
图14所示为在按照本发明第三实施方式的LCD器件中在上下基板彼此粘结到一起之后的一定时间段后该两基板的截面图；
图15所示为按照本发明柱状衬垫料中各材料的压缩特性图；
图16所示为按照本发明柱状衬垫料中各材料的弹性恢复率图；
图17所示为按照本发明第一实施方式的LCD器件上基板的平面图；
图18所示为按照本发明第二实施方式的LCD器件上基板的平面图；
图19所示为按照本发明第四实施方式的LCD器件上基板的平面图；以及
图20所示为按照本发明第三实施方式的LCD器件上基板的平面图；
具体实施方式
以下将参照附图具体描述根据本发明的示例性实施方式。尽可能的，在整个附图中使用相同的附图标记指示相同或相似部件。
当触摸LCD器件的LCD面板时，由于柱状衬垫料及其相对基板之间的大接触面积产生的摩擦力而产生触摸缺陷。为此，将偏移的基板恢复到其初始状态将需要很长的时间。在这种情况下，将直到偏移的基板恢复到其初始状态之前所产生的触摸缺陷称为显示缺陷。因此，为了消除该触摸缺陷，可以降低柱状衬垫料及其相对基板之间的接触面积。一种方法涉及具有突起的LCD器件，其中在面对柱状衬垫料的基板上形成具有比该柱状衬垫料小的上表面的突起。
图5所示为按照本发明具有突起的LCD器件的截面图。如图5所示，在按照本发明具有突起的LCD器件中，在第一基板60上形成柱状衬垫料80并且在面对第一基板60的第二基板70上形成突起85，从而可以降低柱状衬垫料80与第二基板70之间的接触面积。突起85通过减小柱状衬垫料以及其相对基板之间的大接触面积而降低该柱状衬垫料及其相对基板之间的摩擦力，以防止由于大接触面积产生的触摸缺陷。下面参照附图描述按照本发明具有突起的LCD器件及其制造方法。
第一实施方式
图6A和图6B所示为按照本发明第一实施方式的LCD器件中在将上下基板彼此粘结之前和之后状态的截面图。
在按照本发明第一实施方式的LCD器件中，柱状衬垫料80和突起85之间相对于第一基板70的接触密度在50ppm(50×10-6)的范围内，并且柱状衬垫料80的弹性恢复率在68％的范围内。这里，通过选择用于柱状衬垫料的材料而获得68％的弹性恢复率。弹性恢复率表示当预定压力施加到柱状衬垫料时该柱状衬垫料的恢复力，并且通过测量由施加压力改变的弹性体长度以及在压力去除后恢复的长度之间的比值而获得该弹性恢复率。例如，对于施加有一定压力或者更大压力的弹性体恢复到其初始状态很难，并且该弹性体具有在一定范围内逆着压力方向变短的属性。即，具有高弹性恢复率的弹性体趋向于在一定压力或者更大的压力去除后会快速返回到其初始状态。具有低弹性恢复率的弹性体在相同的条件下不能快速返回到其初始状态。在没有突起的现有技术LCD器件中，柱状衬垫料及其相对基板之间的接触面积在百分之几(几百或者几千ppm)的范围内。相比，在按照本发明第一实施方式的LCD器件中，柱状衬垫料80与突起85之间的接触密度在50ppm的范围内并且该接触面积相对小。由于接触面积相对小，即使触摸了按照本发明第一实施方式的LCD器件表面，柱状衬垫料及其相对基板之间的摩擦力也比较小。因此，在基板由于触摸而偏移之后，柱状衬垫料趋向于快速地返回到其初始状态。从而可以防止触摸缺陷。
然而，在本发明的第一实施方式中产生了新的缺陷。具体地说，用于制造LCD器件的基板，例如玻璃基板实际上不是平的而是具有细小的波纹。在这种情况下，以具有5mm到20mm周期的正弦波形成该基板的波纹。最大波纹和最小波纹之间的高度差相当于0.02μm到0.03μm。将该波纹称为由于基板的制造工序产生的容限，并且该容限并不相当于通过肉眼观察到的值。尽管夸大示出了该容限，由于所述容限低于该基板厚度的大约1/20000，所有很难通过肉眼识别所述容限，基板的厚度为0.5mm到0.7mm。
尽管只在第一基板60中示出了波纹，但是该波纹也类似地存在于第二基板70中。即，波纹可能存在于第一基板60或者第二基板70中。可选的，波纹可能同时存在于第一基板60和第二基板70中。如果波纹同时存在于第一基板60和第二基板70中，则第一基板60的波面对第二基板70的波从而使得增强干扰或者抵消干扰。为此，盒间隙会变得甚至更大或者更小。这里，只有在第一基板60的波纹在周期、大小和位置上等于第二基板70上的波纹，盒间隙才会变得甚至更小。然而，第一基板60的波纹在周期、大小和位置上很少会等于第二基板70的波纹。因此，通常，盒间隙的不均匀性变得更加显著或者会在更宽的范围内产生。
下面描述按照本发明第一实施方式在基板粘结之前和之后的盒间隙。
如图6A所示，在第二基板70上完成薄膜晶体管阵列工序而在第一基板60上完成滤色片阵列工序。然后，在第二基板70上分配液晶之后，将第一基板60翻转从而将第一基板60和第二基板70彼此粘结在一起。在这种情况下，第一基板60的柱状衬垫料80与第二基板70的突起85相对应。在第二基板70上形成的薄膜晶体管阵列包括彼此交叉以限定象素区域的栅线和数据线(未示出)，在象素区域中形成的象素电极(未示出)以及在栅线和数据线交叉点处形成的薄膜晶体管(未示出)。而且，在第一基板60上形成的滤色片阵列包括覆盖除象素区域之外的区域以及薄膜晶体管之外的黑矩阵层(未示出)、在包括黑矩阵层的第一基板60上形成的滤色片层(未示出)以及在包括黑矩阵层和滤色片层的第一基板60的整个表面上形成的公共电极(在TN模式器件中，但是在IPS模式的器件中用涂覆层替代该公共电极)。如果将当基板彼此粘结在一起时外部施加的力称为FEXT并且将内部的支撑力称为FINTER，则在粘结工序的初始状态中满足条件FEXT＞FINTER。此时，如果将用于允许液晶支撑第一基板60(上基板)的力称为FLC并且将用于允许柱状衬垫料80支撑第一基板60的力称为FCS，则将FINTER定义为FINTER＝FLC+FCS。按照这种方式执行粘结工序从而使得降低第一基板60直到外部施加的力等于内部提供的力(FEXT＝FINTER)。
如图6B所示，如果通过粘结工序获得了条件FEXT＝FINTER，则可以获得FEXT＝FINTER＝FLC+FCS的关系。在这种情况下，用于允许柱状衬垫料80支撑第一基板60的力满足FCS＝PCS×AS，其中PCS表示施加到柱状衬垫料80和突起85之间的接触面积上的压强，并且As表示柱状衬垫料80与突起85之间的接触面积。
因此，在内部力等于外部力的状态下，整个柱状衬垫料80和80a承受相同的力。此时，该相同的力转移到柱状衬垫料80和80a。在具有波纹的第一基板60上形成的柱状衬垫料80和80a中，在柱状衬垫料80与突起85接触之前，在波的最低点形成的柱状衬垫料80a首先与突起85接触。因此，柱状衬垫料80感测到的压力与柱状衬垫料80a感测到的压力不同。即，当压力施加到第一基板60时，与突起85相对并且首先与突起85接触的柱状衬垫料80a局部被压以对应于突起85。为此，即使去除施加到第一基板60上的压力，柱状衬垫料80a也不容易恢复到其初始状态。因此，很难减轻第一基板60的波纹。这样，在按照本发明第一实施方式的LCD器件中，在维持波纹的状态下平衡盒间隙。
在液晶分配工序的初始状态，液晶聚集在分配有液晶的基板(第二基板)的中心，并且然后逐渐向周围分散。然而，随着液晶朝向周围分配而成比例地降低基板中心处的盒间隙。最终维持盒间隙的平衡。这里，与本发明的第一实施方式类似，如果柱状衬垫料80与突起85之间的接触密度在50ppm(不足够高)的范围内，则所述力以具有波纹的基板达到盒间隙平衡点的步调到达柱状衬垫料80a，该柱状衬垫料80a开始首先与第二基板70的突起85接触的。因此，施加到第一基板60的压力集中在与第二基板70的突起接触的柱状衬垫料80a上。如果柱状衬垫料80a与突起85之间的接触面积不足够宽，则由柱状衬垫料80a感测到的来自突起85压力变得相对很大。第一基板60下降从而在通过内部压力和外部压力的平衡而形成柱状衬垫料之前所施加的力被转移到柱状衬垫料80a。因此，柱状衬垫料80a很容易变形而按照原样维持所述波纹。这里，由于压力集中在柱状衬垫料80a上，首先与突起85接触的柱状衬垫料80a局部被压。在最终的平衡状态，由于没有减轻所述第一基板60的波纹，则由于间隙偏离而会发生间隙缺陷。
图7所示为按照本发明的LCD器件的平面图，并且图8所示为在按照本发明第一实施方式的LCD器件中沿图7中的III-III’线提取的截面图。
如图7所示，在LCD面板中以基本上恒定的间隔形成垂直线，其中在该LCD面板中第一基板60粘结到第二基板70。如果在沿III-III’线提取的部分中以2mm为单位以经过垂直线测量盒间隙，则可以获得图8。在图8中，产生盒间隙低于15mm到20mm的周期的部分并且在该部分中形成垂直线。图8示出了在本发明中第一实施方式的条件下制造的LCD面板的盒间隙数据。这里，由于没有减轻第一基板的波纹，所以最终的盒间隙具有波纹。
用作LCD面板基板的玻璃具有被称为波纹的自弯曲，这可能影响盒间隙的均匀性。盒间隙的变化意味着亮度变化，并且盒间隙均匀性的恶化产生不均匀的亮度而被观察为瑕疵。下面通过改善柱状衬垫料的材料或者改变柱状衬垫料的结构密度而去除由于玻璃波纹产生的不均匀盒间隙。
第二实施方式
实验2示出了柱状衬垫料120与突起125之间的接触密度在140ppm(140×10-6)的范围内，并且柱状衬垫料120的弹性恢复率在68％的范围内。图9示出了在按照本发明第二实施方式的LCD器件中在上下基板粘结之前该两基板的截面图，并且图10示出了在按照本发明第二实施方式的LCD器件中在上下基板粘结之后该两基板的截面图。
如图9所示，在第一基板100上完成薄膜晶体管阵列工序而在第二基板110上完成滤色片阵列工序。然后再将液晶分配到第一基板100上之后将第二基板110翻转，从而第一基板100和第二基板110彼此粘结在一起。这里第二基板110的柱状衬垫料120对应于第一基板100的突起125。如果将当基板彼此粘结时外部施加的力称为FEXT并且将内部的支撑力称为FINTER，则在粘结工序的初始状态中满足条件FEXT＞FINTER。此时，如果将用于允许液晶支撑第二基板110(上基板)的力称为FLC并且将用于允许柱状衬垫料120支撑第二基板110的力称为FCS，则将FINTER定义为FINTER＝FLC+FCS。执行粘结工序从而降低第二基板110直到外部施加的力等于内部提供的力(FEXT＝FINTER)。
如图10所示，如果通过粘结工序获得了条件FEXT＝FINTER，则可以获得FEXT＝FINTER＝FLC+FCS的关系。在这种情况下，用于允许柱状衬垫料120支撑第二基板110的力满足FCS＝PCS×AS，其中PCS表示施加到柱状衬垫料120和突起125之间的接触面积上的压强，并且AS表示柱状衬垫料120与突起125之间的接触面积。如上所述，如果柱状衬垫料120与突起125之间的接触面积在大约比第一实施方式高三倍的140ppm范围内增加时，施加到首先与突起125接触的柱状衬垫料120(点划线部分)的压力被相应地降低，从而柱状衬垫料120在很小的范围内局部被压。而且该压力均匀分布在第二基板110的整个表面上，从而与位于相对较高的柱状衬垫料120相对应的第二基板被降低以容易地形成盒间隙。即，由于无论接触面积如何所述力均匀地施加到整个单元但是施加到柱状衬垫料上的力很弱，从而过剩的力用于压第二基板110的相对高的部分。因此减轻了第二基板110的波纹而获得更加均匀的盒间隙。
图11所示为在按照本发明第二实施方式的LCD器件中沿图7中的III-III’线提取的盒间隙图。图11示出了在本发明第二实施方式的条件下制造的LCD面板的最终盒间隙数据(按照该条件柱状衬垫料与突起之间的接触密度为大约140ppm并且柱状衬垫料的弹性恢复率为大约68％)。如图11所示，在LCD面板150的III-III’线上发2mm为单位获得的盒间隙数据。在图11中，由于减轻了第二基板110的波纹，所以最终盒间隙的均匀性得到了改善。
当邻接于垂直线部分处的盒间隙之间的差值大于0.02μm时，实际上能够观察到垂直线。而且，在各盒间隙被观察的部分处的相邻部分之间的偏离低于0.02μm。因此，即使在LCD面板150中最大点处的盒间隙和最小点处的盒间隙之间的差值大于0.02μm时，在观察到盒间隙的部分及其周围之间的盒间隙偏离基本上不明显。结果，在本发明的第二实施方式中，不会产生由于盒间隙偏离而产生的显示缺陷。
如实验结果所示，如果柱状衬垫料与突起之间的接触密度与50ppm(50×10-6)相比在140ppm的范围内，可以去除盒间隙的不均匀性。然而，由于突起通过减少与柱状衬垫料的摩擦力而改善触摸缺陷，所述柱状衬垫料与图起之间的接触密度不会无限增加。根据实验结果，柱状衬垫料与突起之间的接触密度优选地为至少约120ppm以改善显示缺陷。更优选地，柱状衬垫料与突起之间的接触密度为约140ppm或者更大。换句话说，如果柱状衬垫料与突起之间的接触密度为至少约120ppm，则即使基板具有波纹，该首先与突起接触的柱状衬垫料的压力也会变得相对比较小。在这种情况下，与均匀维持盒间隙而按压柱状衬垫料的情况相比，在减轻基板波纹的同时可以更加均匀地维持盒间隙。因此，在整个LCD面板上均匀形成最终的盒间隙，从而不会产生由于基板波纹引起的间隙缺陷。然而，如同接触密度增加，则在触摸期间会产生不均匀的黑亮度并且也会产生显示缺陷。为了解决这些问题，优选地设计接触密度不超过170ppm。更优选地，推荐接触密度在160ppm或者更低的范围内。
第三实施方式
在按照本发明第三实施方式的LCD器件中，按照与第一实施方式类似的方式，柱状衬垫料与突起之间的接触密度在50ppm的范围内并且柱状衬垫料的弹性恢复率在78％的范围内。
图12所示为在按照本发明第三实施方式的LCD器件中在将上下基板彼此粘结到一起之后该两基板的截面图。如图12所示，在按照本发明第三实施方式的LCD器件中，就在将第一基板100和第二基板110彼此粘结之后各柱状衬垫料与突起之间的接触面积很小。因此，按照与第一实施方式类似的方式，对应于第二基板110的波的较低点形成的第二柱状衬垫料141首先与突起145接触。而且，在第二柱状衬垫料141与突起145接触的状态下，直到外部按压LCD面板150的力等于LCD面板150的支撑力之前，一直向第二基板110施加压力。因此，在对应于第二基板110的波的较低点形成的第二柱状衬垫料141在相对宽的范围内受该压力的影响。为此，第二柱状衬垫料141会发生实质的变形。在对应于第二基板110的波的较高点形成的第一柱状衬垫料140在相对小的范围内受该压力的影响。因此，第一柱状衬垫料140的变形在小的范围内发生。在这方面，参照图12，就在第一基板100与第二基板110彼此粘结之后产生的第二基板110的波纹按照其本身被反映。
图13A和图13B所示为在按照本发明第三实施方式的LCD器件中就在两基板彼此粘结之后当时的以及一定时间段后的柱状衬垫料的形状截面图。如图13A所示，按照本发明第三实施方式的LCD器件的柱状衬垫料141表示了在就在两基板彼此粘结之后当时在由突起145按压的范围内的变形度，但是与第一和第二实施方式相比具有78％的相对较大的弹性恢复率。因此，如图13B所示，柱状衬垫料141被恢复到其初始状态(141a的形状)。
图14所示为在按照本发明第三实施方式的LCD器件中在上下基板彼此粘结之后的一定时间段该两基板的截面图。如图14所示，在按照本发明第三实施方式的LCD器件中，如果在将基板彼此粘结之后经历一段时间，由于作为弹性体的第二柱状衬垫料141a的弹性恢复率，第二基板110的较低点被稍微提升。在这种情况下，减轻了第二基板的波纹而获得了基本上平的LCD面板。
通过F＝-kx(x为位移速度而k为弹性模数)。由于柱状衬垫料的弹性模数与弹性恢复率成比例，并且如果弹性恢复率增加则柱状衬垫料的恢复变大。
在本发明的第二实施方式中，通过增加柱状衬垫料的接触密度可以有效减轻间隙缺陷。然而，如果接触密度增加则由于触摸缺陷导致显示质量会恶化。因此，在本发明第三实施方式中，在允许的限制内降低了接触密度以避免由于基板波纹产生的触摸缺陷和间隙缺陷。与该实施例一样为了避免触摸缺陷和间隙缺陷，柱状衬垫料使用了具有改善的硬度和弹性恢复率的材料。
在具有弹性柱状衬垫料的LCD器件中，如果在基板彼此粘结之后当均匀维持盒间隙时接触密度不足够高(100ppm或者更少)，柱状衬垫料被突起按压并且利用其特有的弹性恢复率产生排斥力以推所述突起。此时，如果柱状衬垫料的弹性恢复率低于70％，则该柱状衬垫料具有足以减轻基板的波纹的排斥力来。为此，产生了最终盒间隙的不均匀。按照本实验，当柱状衬垫料的弹性恢复率大于75％时，该柱状衬垫料具有减轻该基板波纹的排斥力。
因此，在本发明第三实施方式中，即使柱状衬垫料与突起之间的接触密度少于120ppm，如果柱状衬垫料的弹性恢复率大于75％，则来自突起的柱状衬垫料的恢复率是充足的。因此，可以减轻基板的波纹从而不产生间隙缺陷。在这种情况下，可以将本发明第三实施方式中的柱状衬垫料与突起之间的接触密度限定在60ppm到170ppm的范围内。
在第一和第二实施方式中具有弹性恢复率为68％的柱状衬垫料包括具有单官能团的单个聚合体。相比，按照本发明第三实施方式的LCD器件的柱状衬垫料还包括粘合剂、交联环氧和光引发剂(PI)并且包括通过将具有相对小的分子重量的多官能聚合体(MFP)与多官能单体(MFM)或者具有单官能团或者双官能团的多官能低聚体(MFO)混合而获得的混合物。在按照本发明第三实施方式的LCD器件中，通过增强交联密度以获得整体上紧凑的结构从而制造硬的柱状衬垫料。在本发明的第三实施方式中，通过增加硬度而增加弹性恢复率。使用粘合剂或者通过增加粘合剂的含量而获得增加的弹性恢复率。在本发明第三实施方式中，柱状衬垫料的材料的作用如下。随着光引发剂被光分解开始多官能聚合体与粘合剂的反应。MFM、MFO和MFP与光反应形成膜。其他的添加剂用于控制涂覆膜的均匀性以及与下层膜的粘合。
下面参照图15和16描述柱状衬垫料中各材料的压缩特性和弹性恢复率。图15所示为柱状衬垫料中各材料的压缩特性，而图16所示为柱状衬垫料中各材料的弹性恢复率。
如图15所示，当沿垂直方向施加预定负载时，具有弹性的柱状衬垫料被压缩，因在其高度上发生变形。如果去除负载，则柱状衬垫料按照其弹性恢复率而返回到其初始状态或者类似于初始状态的高度。如果柱状衬垫料能够很好地恢复到其初始状态，则该柱状衬垫料的弹性恢复率很好。另一方面，如果柱状衬垫料不能很好地恢复到其初始状态，则该柱状衬垫料的弹性恢复率很差。
图15所示为当向第一到第五柱状衬垫料JNPC-123、JNPC-122、JNPC-124、JNPC-121和JNPC-67-R3施加的压力增加并且当压力去除时的长度变化。各第一到第五柱状衬垫料具有：在第二基板(上基板)上形成的部分的临界尺寸(CD)在50μm范围内，与突起145接触的部分的临界尺寸在40μm范围内，并且高度为3.5μm。而且，以使该柱状衬垫料在0gf到5gf的范围内被施压或者释压的方式改变各柱状衬垫料的压力。L1表示当对第三柱状衬垫料JNPC-124施加从0.0gf到5.0gf的压力到并且然后释压之后对其施加从0.5gf到5.0gf的压力时的长度，反之亦然。L2表示当对第三柱状衬垫料去除从5.0gf到0.5gf的压力时的恢复长度。
如果将施加到自然界中存在的弹性体的一定压力上去除，大多数这些弹性体都不能返回到其初始状态。如果弹性体能够很快恢复到其初始状态，则该弹性体具有好的弹性恢复率。如图15和图16所示，在缩短的长度和恢复的长度之间具有小偏差的第一柱状衬垫料或者第三柱状衬垫料具有比其他柱状衬垫料相对高的弹性恢复率。而且，位于图15左侧的柱状衬垫料比位于图15右侧的柱状衬垫料具有更好的弹性恢复率。因而，左侧的柱状衬垫料具有高硬度和由在施压和释压中具有小位移的材料形成。由于具有相对高硬度的材料在抵抗压力时具有较高的排斥力，故其具有较小的变形以及能够较快地恢复到其初始状态。
在本发明第三实施方式中，如图15和16所示，使用了具有弹性恢复率为78％到80％的材料作为第三柱状衬垫料JNPC-124的材料。在这种情况下，由于尽管柱状衬垫料与突起之间具有小的接触面积但是会产生强的排斥力，所以可以减轻基板的波纹。在第三实施方式中，获得了类似于图11的盒间隙数据。
按照各实施方式的实验数据
图17所示为按照本发明第一实施方式的LCD器件上基板的平面图；
如图17所示，在按照本发明第一实施方式的LCD器件中，面积密度在60ppm或者更小的范围内并且柱状衬垫料具有68％的低弹性恢复率。因此，负载集中在第一基板(图6B中的60)中波的较低点的柱状衬垫料80与突起(图6B中的85)之间的接触部分上。为此，由于基板的波纹而产生盒间隙。即，在一定的时间段内在LCD面板的表面上观察到垂直线。每六个子象素形成柱状衬垫料80并且突起85对应于各柱状衬垫料80形成。突起85的上表面具有50μm2的面积。即，突起85与各柱状衬垫料之间的接触面积在50μm2的范围内。附图标记61表示黑矩阵层而附图标记62表示R、G、B滤色片62a、62b和62c。在第一基板60上滤色片62的下方形成黑矩阵层61。此时，未示出黑矩阵层61与滤色片62之间的重叠部分。通常，形成黑矩阵层61以覆盖第二基板70(下基板)的栅线、数据线和薄膜晶体管。因此，黑矩阵层61设置在柱状衬垫料80下方。
图18所示为按照本发明第二实施方式的LCD器件上基板的平面图。
如图18所示，在按照本发明第二实施方式的LCD器件中，柱状衬垫料120的弹性恢复率维持在68％的范围内而该柱状衬垫料120的结构密度为第一实施方式的两倍，从而柱状衬垫料与突起125之间的接触密度为第一实施方式的两倍，即120ppm的范围。这里，柱状衬垫料120的整体结构增加，从而集中到柱状衬垫料120上的压力被分散以减轻由基板110的波纹产生的间隙缺陷。每三个子象素形成柱状衬垫料120并且突起125与各柱状衬垫料120对应形成。突起125的上表面具有50μm2的面积。即，在第二实施方式中，突起125与各柱状衬垫料之间的接触面积在50μm2的范围内，但是通过增加柱状衬垫料与突起的结构密度而降低了集中在一个柱状衬垫料120上的负载，从而减轻了基板的波纹。附图标记111表示黑矩阵层而附图标记112表示R、G和B滤色片112a、112b和112c。黑矩阵层111形成在第二基板110上滤色片112的下方。此时，未示出黑矩阵层111与滤色片112之间的重叠部分。通常，形成黑矩阵层111以覆盖第一基板100(下基板)的栅线、数据线和薄膜晶体管。因此，黑矩阵层111设置在柱状衬垫料120下方。
图19所示为按照本发明第四实施方式的LCD器件上基板的平面图。
如图19所示，按照本发明第四实施方式的LCD器件为第二实施方式的另一变型实施例。在按照第四实施方式的LCD器件中，柱状衬垫料的弹性恢复率维持在68％的范围内，而增加了突起的上表面从而增加了柱状衬垫料与突起之间的接触面积。在本发明的第四实施方式中，突起的上表面具有为第一实施方式两倍的面积，即在100μm2的范围内。在本发明的第四实施方式中，按照与第一实施方式类似的方式每六个子象素设置柱状衬垫料120，而突起的上表面面积为第一实施方式的两倍。因而，与第二实施方式类似，柱状衬垫料与突起之间的接触密度在120ppm的范围内。按照与第二实施方式类似的方式，集中到柱状衬垫料上的压力被分散以避免由于基板的波纹引起的间隙缺陷。
如上所述，在本发明的第二或者第四实施方式中，通过增加了突起的面积或者控制柱状衬垫料的结构而改善了整个接触密度以及力的平衡。因而，每单位面积上施加的力变弱，从而可以减轻由于局部集中的力而产生的不均匀盒间隙，因而防止了产生间隙缺陷。
图20所示为按照本发明第三实施方式的LCD器件上基板的平面图。
如图20所示，在按照本发明第三实施方式的LCD器件中，与第一实施方式类似，柱状衬垫料140由具有78％或者更大的弹性恢复率的材料制成，而柱状衬垫料与突起之间的接触密度维持在60ppm的范围内。通过该柱状衬垫料140材料的改变，即使在从通过第一基板和第二基板的粘结工序而对柱状衬垫料140施压开始的预定时间周期之后，其在对应于第二基板110较低点的突起145局部被压，该柱状衬垫料140也会以与其他柱状衬垫料类似的级别快速地返回到其初始状态。从而，减轻了第二基板110的波纹以避免间隙缺陷。
如上所述，本发明的LCD器件通过将柱状衬垫料与突起之间的接触密度控制在120ppm到170ppm的范围内或者即使在柱状衬垫料与突起之间的接触密度低于120ppm的情况下使用具有75％或者更大的弹性恢复率的材料，能够减轻所述基板的波纹。如果柱状衬垫料与突起之间的接触密度很大，则通过分散施加到柱状衬垫料上的压力而可以改善盒间隙的不均匀性。无论接触面积如何，施加到第一基板上的压力基本上等于施加到第二基板上的压力。然而，柱状衬垫料感测到的压强PCS由于接触面积而变化。如果接触面积相对较小，则在相同力的情况下压强会变大，从而第一基板(上基板)被下降。因而，直到通过平衡内部压力与外部压力而形成盒间隙之前，所施加的力被转移到柱状衬垫料。在这种情况下，柱状衬垫料很容易变形而将波纹维持为其原始状态(第一实施方式)。
如果柱状衬垫料与突起之间的接触密度增加，则由柱状衬垫料感测到的压力相对较小。在这种情况下，第一基板被下降从而实现了内部压力与外部压力的平衡。因此，在相同的力条件下形成盒间隙。然而，由于与突起接触的柱状衬垫料感测的压力相对较小，柱状衬垫料连续被压以形成盒间隙。第一基板位置相对较高的部分可能被下降以形成盒间隙。即，无论接触面积如何，所述力等同地施加到整个盒间隙，而且施加到柱状衬垫料上的力比较弱。因此，过剩的力用于玻璃相对高的部分。结果，可以减轻基板的波纹(第二实施方式和第四实施方式)。
而且，具有好的弹性恢复率的材料具有好的均匀性和好的硬度。因此，该材料不会很好地被压。即，由于柱状衬垫料的硬度而没有很好地按压该柱状衬垫料，所以第一基板继续下降以维持一定的间隙。这里，通过按压柱状衬垫料很难缩短空间。因此，玻璃的较高部分被降低以减少整个体积，从而改善了盒间隙的均匀性(第三实施方式)。
关于上述的接触密度，柱状衬垫料意味着与突起接触以维持第一和第二基板之间的盒间隙。除了用于维持盒间隙的柱状衬垫料，还可以使用单独的衬垫料以形成在没有形成突起的部分第一基板上。这里，单独的柱状衬垫料对应于在粘结工序中不与相对的基板接触的其相对的基板(第一基板)。单独的柱状衬垫料通常与第一基板分隔开。当在液晶分配到第一基板上并且然后将第二基板翻转后将外部压力时间到第一基板和第二基板时，单独的柱状衬垫料对应于第一基板以瞬时增加整个柱状衬垫料与第一基板之间的接触密度。因而，相对于外部压力，施加到柱状衬垫料上的压力被分散，并且因而可以避免压力缺陷(印记缺陷)。上述的LCD器件可以用于TN模式和IPS模式。
如上所述，按照本发明的LCD器件及其制造方式具有如下优点。首先，由于柱状衬垫料与突起之间的接触密度在不会产生接触缺陷的范围内增加，可以减轻基板的波纹。结果，可以防止诸如垂直线缺陷的基板缺陷。第二，在不增加柱状衬垫料与突起之间接触密度的情况下使柱状衬垫料由具有高弹性恢复率的材料形成。因此，即使压力局部施加到在基板的波的较低点处形成的柱状衬垫料，在粘结工序之后直接去除外部压力的平衡状态中该柱状衬垫料以类似于其他柱状衬垫料的级别恢复到其初始状态。最后，由于可以避免通过基板波纹产生的不均匀盒间隙，可以去除不均匀的亮度，从而改善了显示质量。
显然，对于熟悉本领域的技术人员来说在不脱离本发明精神或范围的情况下，对本发明可以有各种变型和改进。从而，本发明意欲覆盖所有落入所附权利要求及其等效物范围内的本发明变型和改变。

Claims (16)

1、一种液晶显示器件，包括：
彼此面对的第一基板和第二基板；
在第一基板上形成的多个突起；
在第二基板上形成以对应于所述突起的多个柱状衬垫料，所述多个柱状衬垫料与所述突起具有相对于所述第一基板的表面面积170ppm或者更低的范围内的接触密度；以及
在所述第一基板和第二基板之间设置的液晶。
2、按照权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述多个柱状衬垫料与所述多个突起之间的所述接触密度相对于所述第一基板的表面面积在大约140ppm和大约160ppm之间。
3、按照权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一基板包括薄膜晶体管阵列，并且其中所述第二基板设置有滤色片阵列。
4、按照权利要求3所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一基板包括彼此平行设置的多个公共电极和多个象素电极。
5、一种液晶显示器件，包括：
彼此面对的第一基板和第二基板；
在第一基板上形成的多个突起；
在第二基板上形成以分别对应于所述突起并且由具有至少75％的弹性恢复率的材料形成的多个柱状衬垫料；以及
设置在所述第一基板和第二基板之间的液晶。
6、按照权利要求5所述的液晶显示器件，其特征在于，所述多个柱状衬垫料与所述多个突起具有相对于所述第一基板的表面面积为大约60ppm和大约170ppm之间的接触密度。
7、按照权利要求5所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一基板包括薄膜晶体管阵列，并且其中所述第二基板设置有滤色片阵列。
8、按照权利要求7所述的液晶显示器件，其特征在于，所述第一基板包括彼此平行设置的多个公共电极和多个象素电极。
9、一种液晶显示器件的制造方法，该方法包括如下步骤：
在第一基板上形成柱状衬垫料；
在第二基板上形成突起，其与所述柱状衬垫料具有相对于所述第一基板表面面积大约170ppm或者更小的接触密度；
向所述第一基板上分配液晶；
翻转所述第二基板；以及
彼此面对地粘结所述第一基板和第二基板，从而使得所述突起接触衬垫料并且在该第一基板和第二基板之间设置有液晶，其中基本上平坦在所述第一基板和第二基板其中至少之一中存在的波纹。
10、按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述柱状衬垫料与所述突起之间的接触密度为相对于所述第一基板表面面积在大约140ppm和大约160ppm之间。
11、按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一基板包括薄膜晶体管阵列并且所述第二基板设置有滤色片阵列。
12、按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一基板包括彼此平行设置的多个公共电极和多个象素电极。
13、一种液晶显示器件的制造方法，包括如下步骤：
在第一基板上由具有至少75％弹性恢复率的材料形成柱状衬垫料；
在第二基板上形成多个突起；
翻转所述第二基板；以及
彼此面对地粘结所述第一基板和第二基板，从而使得所述突起接触所述柱状衬垫料并且在第一基板和第二基板之间设置液晶，其中基本上平整在所述第一基板和第二基板其中至少之一中存在的波纹。
14、按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述柱状衬垫料与所述突起具有相对于所述第一基板的表面面积大约60ppm到大约170ppm之间的接触密度。
15、按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一基板包括薄膜晶体管阵列并且所述第二基板设置有滤色片阵列。
16、按照权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一基板包括彼此平行设置的多个公共电极和多个象素电极。
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