CN1854824A - 液晶显示板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示板，其包括彼此相对设置的上阵列基板和下阵列基板；设置在上阵列基板与下阵列基板之间的液晶；从下阵列基板凸出的突起；以及设置在上阵列基板与下阵列基板之间的衬垫料，所述衬垫料具有与突起接触的第一部分和与上阵列基板接触的第二部分，并且所述第一部分具有第一硬度，所述第一硬度不同于第二部分的第二硬度。

Description

液晶显示板及其制造方法
本申请要求2005年4月29日递交的韩国专利申请No.P2005-36404的权益，在此引用其全文作为参考。
技术领域
本发明涉及一种显示器件，并具体涉及一种液晶显示板及其制造方法。尽管本发明适于多种应用，但其特别适于防止在液晶显示板中产生波纹并保持液晶显示板的盒间隙。
背景技术
通常，液晶显示器件LCD根据视频信号控制液晶单元的光透射比，从而在液晶显示板上显示与该视频信号相对应的图像。更具体而言，液晶显示器件包括液晶显示板，在该液晶显示板中液晶单元设置成矩阵形式。用于驱动液晶单元的驱动电路也设置在液晶显示板上。
图1为现有技术液晶显示板的剖面图。图1中所示的液晶显示板包括上阵列基板2(也称作滤色片阵列基板2)和下阵列基板22(也称作薄膜晶体管阵列基板)。液晶区域5处于上阵列基板2与下阵列基板22之间的盒间隙中。由设置在上阵列基板2与下阵列基板22之间的衬垫料13保持液晶区域5的盒间隙。
第一薄膜图案4，诸如黑矩阵和滤色片，形成在上阵列基板2上。第二薄膜图案24，诸如薄膜晶体管、信号线和像素电极，形成在下阵列基板22上。衬垫料13形成于上阵列基板2上以通过保持上阵列基板2与下阵列基板22之间的盒间隙而限定液晶区域5。
在这种现有技术液晶显示板中，提供上阵列基板2和下阵列基板22，然后执行液晶滴落工序，将液晶散布到上阵列基板2和下阵列基板22其中至少之一上。随后，将上阵列基板2和下阵列基板22粘接在一起并且在上阵列基板2与下阵列基板22之间具有衬垫料13和液晶区域5。
在刚刚执行现有技术VALC处理之后，液晶集中到液晶显示板的中心部位处。从而，刚刚在粘接工序之后，液晶显示板中心部分的盒间隙比液晶显示板的其余部分更厚。一会之后，液晶逐渐扩展，从而液晶显示板中心部分的盒间隙减小，同时液晶显示板其余部分的盒间隙增大。最终，在整个液晶显示板上盒间隙将按照衬垫料13的高度变得均匀。
在衬垫料13和下阵列基板22中与衬垫料13相接触的区域之间发生摩擦。摩擦有可能产生使液晶显示板的内部结构(如信号线)遭到破坏的问题。图2为现有技术液晶显示板的剖面图，其具有与下阵列基板上的突起25接触的衬垫料。为了防止发生这种内部结构的破坏，在下阵列基板22上形成突起25且突起25与衬垫料13相接触，如图2中所示。因而，解决了衬垫料13与下阵列基板22之间造成破坏的摩擦力问题。
如图2的虚线圆放大部分中所示，压力集中在与突起25相接触的衬垫料13的中心部分处。该压力防止衬垫料13沿下阵列基板22运动。不过，该压力可能引起以下问题，即由于衬垫料与突起之间较大的静摩擦而不能缓解上阵列基板2中的波纹。波纹会降低液晶显示板上盒间隙的均匀性。
图3表示上阵列基板中的波纹。在粘接工序之前，上阵列基板2可能具有周期为5～20mm，尺寸为0.02～0.03μm的波纹。在上阵列基板2刚刚粘接下阵列基板22之后，从外部施加给液晶显示板内部的力FEXT大于从液晶显示板的内部施加给液晶显示板外部的力FINNER。该力的数学关系如下。
[数学式1]
FEXT＞FINNER，(FINNER＝FLC+FCS)
其中：
FEXT＝从外部施加给显示板内部的力，
FINNER＝从内部施加给显示板外部的力，其与来自外部的力相反，
FLC＝液晶推动基板的力，和
FCS＝突起推动衬垫料的力。
在经过一段时间之后，波纹扩展到整个液晶显示板上，从而从外部施加给液晶显示板内部的力FEXT等于从内部施加给液晶显示板外部的力FINNER。
当从外部施加给液晶显示板内部的力FEXT等于从内部施加给液晶显示板外部的力FINNER时，可使这种波纹变平坦，如下面的数学式2所示。
[数学式2]
FEXT＝FINNER，(FINNER＝FLC+FCS)，(FCS＝PCS*ACS)
其中：
PCS＝施加给衬垫料与突起之间接触区域的压力，和
ACS＝衬垫料与突起之间接触区域的面积。
不过，与突起25接触的衬垫料13可以仅部分地被压下，并在突起上保持固定不动，从而导致衬垫料13与突起25之间的接触密度为大约50ppm，衬垫料13的恢复率为大约60％或更低。图4所示的试验数据表示该现有技术液晶显示板中盒间隙的不均匀性。由于突起25有可能仅被部分地压下而在部分衬垫料与突起之间引起静摩擦，压力通过部分衬垫料13向上传递到整个上阵列基板2，从而不会使上阵列基板2的波纹变平坦，并且盒间隙不均匀，这如图4中的试验结果所示。盒间隙的不均匀性在液晶显示板上的图像内产生瑕疵。
发明内容
因而，本发明涉及一种液晶显示板及其制造方法，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种液晶显示板及其制造方法，其适于防止液晶显示板的上阵列基板产生波纹。
本发明的另一目的在于改善液晶显示板盒间隙的均匀性。
在下面的描述中将阐述本发明的附加特征和优点，部分上可由描述显然得出，或者可通过本发明的实施获悉。将通过文字描述和其权利要求以及附图中具体给出的结构，实现和获得本发明的目的和其他优点。
为了实现本发明的这些和其它目的，根据本发明一方面的液晶显示板，包括彼此相对设置的上阵列基板和下阵列基板，设置在上阵列基板与下阵列基板之间的液晶，从下阵列基板凸出的突起，以及设置在上阵列基板与下阵列基板之间的衬垫料，该衬垫料具有与突起相接触的第一部分和与上阵列基板相接触的第二部分，并且第一部分具有第一硬度，该第一硬度与第二部分的第二硬度不同。
另一方面，一种液晶显示板的制造方法，包括：提供具有第一薄膜图案的上阵列基板，提供具有第二薄膜图案的下阵列基板，在下阵列基板上形成突起，在上阵列基板上形成衬垫料，该衬垫料包括具有第一硬度的第一部分和具有第二硬度的第二部分，且第二硬度与第一硬度不同，在上阵列基板与下阵列基板之间设置液晶，以及粘接上阵列基板与下阵列基板，使得衬垫料的第一部分与突起相接触，并且衬垫料的第二部分与上阵列基板相接触。
另一方面，一种液晶显示板，包括：彼此相对设置的上阵列基板和下阵列基板，设置在上阵列基板与下阵列基板之间的液晶，从下阵列基板凸出的突起，以及设置在上阵列基板与下阵列基板之间的衬垫料，衬垫料具有与突起相接触的第一部分和与上阵列基板相接触的第二部分，并且衬垫料的第一部分具有第一分子链结构，该第一分子链结构比衬垫料第二部分中的第二分子链结构具有更高的紧密度。
应该理解，上面的概述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，意欲对要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图说明
提供对本发明进一步理解并包含和构成本说明书一部分的附图，说明本发明的实施方式，与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为现有技术液晶显示板的剖面图。
图2为具有与下阵列基板上的突起相接触的衬垫料的现有技术液晶显示板的剖面图。
图3表示现有技术液晶显示板的上阵列基板中的波纹。
图4所示的试验数据表示现有技术液晶显示板中盒间隙的非均匀性。
图5所示的试验数据表示当增大突起与衬垫料之间的接触密度时，提高了盒间隙的均匀性。
图6为根据本发明实施方式的液晶显示板的剖面图。
图7表示在本发明的实施方式中构成衬垫料的分子结构。
图8A和8B为在曝光前图7中所示衬垫料的分子位置分布和分子链结构。
图9A至9B为在曝光后衬垫料的分子位置分布和分子链结构。
图10为在图9B中的曝光和显影工序之后衬垫料的内部结构。
图11用于解释在结合该液晶显示板的本发明的实施方式中衬垫料的作用。
具体实施方式
现在将参照本发明的优选实施方式详细描述本发明，附图中说明了其示例。下面，将参照图5至11说明本发明的优选实施方式。
图5所示的试验数据表示当增加突起与衬垫料之间的接触密度时，盒间隙的均匀性提高。如图5中的试验结果所示，在形成突起和衬垫料并使衬垫料与突起的接触密度为大约50～100ppm时，盒间隙的均匀性增大，同时由于突起与衬垫料彼此接触的接触面积增大，集中在衬垫料上的压力减小。如果增大衬垫料与突起的接触密度，则存在图像质量下降的问题，如产生不均匀的黑色亮度。
为了解决现有技术上阵列基板的波纹问题和盒间隙不均匀的问题，本申请人提出一种减小衬垫料与突起之间接触摩擦的技术。即，通过减小突起与衬垫料之间的接触摩擦而增大衬垫料与突起之间的接触面积，从而减轻在突起与衬垫料之间某些接触点处力的集中。因而，本发明的实施方式提出一种由具有强阻力的材料形成衬垫料的方法，并且衬垫料与突起的接触密度较低，从而防止黑色亮度不均匀、保持盒间隙并减轻上阵列基板中的波纹。
图6为根据本发明一实施方式的液晶显示板的剖面图。图6中所示的液晶显示板包括上阵列基板102和与上阵列基板102相对的下阵列基板122，并且在二者之间具有液晶区域105；从下阵列基板122朝向上阵列基板102凸出的突起125；以及保持上阵列基板102与下阵列基板122之间盒间隙的衬垫料113。衬垫料113在与突起125相接触的部分113a中具有相对较高的硬度。
在上阵列基板102上形成第一薄膜图案104，第一薄膜图案104包括限定单元区域的黑矩阵和处于由黑矩阵所限定的单元区域中的滤色片。第二薄膜图案124包括栅线和与栅线相交叉的数据线、靠近栅线与数据线交叉点处形成的薄膜晶体管以及与薄膜晶体管相连的像素电极。突起125被形成为从下阵列基板122凸出并与衬垫料113直接接触，从而避免衬垫料113与下阵列基板122之间直接接触。
通过光刻工艺在上阵列基板102上形成衬垫料113，从而形成在朝向下阵列基板122的方向上其宽度逐渐变窄的一种结构。下面，将衬垫料113的具有相对较窄宽度且与突起125直接接触的部分称作“衬垫料上部113a”，将具有相对较宽宽度且与上阵列基板102接触的另一部分称作“衬垫料下部113b”。
在本发明的实施方式中，将衬垫料113形成具有硬度不同的部分，从而可减小突起125与衬垫料之间的摩擦，同时衬垫料依然具有一定程度的弹性。结果，在执行粘接工序之后，可使上阵列基板102变得平坦并保持均匀的盒间隙。接下来将参照图7至11具体说明本发明的衬垫料。
在本发明的实施方式中，为了解决由于力集中在衬垫料113的一个区域上而造成的现有技术大的静摩擦问题，使与突起125接触的衬垫料上部113a具有比衬垫料下部113b更大的硬度。因而，与突起125直接接触的衬垫料上部113a具有较小的静摩擦，从而附加的衬垫料与突起能够相接触，从而即使当突起125将某些衬垫料上部113a稍稍压下并且接触密度为大约50ppm的情况下，恢复率也不小于80％。结果，即便力集中在衬垫料上部113a上，力也会均匀地分散到衬垫料下部区域113b上，这是因为衬垫料上部113a相对于突起125运动，使得力通过更多衬垫料上部113a分布。因而，在粘接工序后经过一定时间之后，上阵列基板102的波纹消失。
衬垫料113包括多官能单体(MFM)，多官能低聚物(MFO)，多官能聚合物(MFP)，光引发剂(PI)和添加剂。此处，MFM可以为多官能丙烯酸酯单体，MFO可以为双官能丙烯酸酯低聚物，MFP可以为丙烯酸酯共聚物或活性聚合物其中任何一种，PI可以为Irgacure-369或TPA(对苯二酸)。PI与光反应，从而用于激活其他分子的反应。MFM、MFO、MFP与光反应以形成指定的薄膜，并且在显影工序中未去除而是包含在衬垫料113中。添加剂用于控制涂层性质、薄膜均匀性以及与下层薄膜的粘接性质。
图7表示在本发明的实施方式中构成衬垫料的分子结构。图7表示多官能丙烯酸酯单体、双官能丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯共聚物、活性聚合物、Irgacure-369和对苯二酸等的分子结构式，以及Irgacure-369和对苯二酸的吸收波长范围。此处，与对苯二酸相比较，Irgacure-369吸收更低波长范围的光。
在本发明的实施方式中，使用一种材料和光刻工序形成具有不同硬度部分的衬垫料113。下面将结合液晶显示板的制造工序说明衬垫料113的制造工序。首先，提供具有第一薄膜图案104的上阵列基板102，其中第一薄膜图案104包括黑色矩阵和滤色片；并提供具有第二薄膜图案124的下阵列基板122，其中第二薄膜图案124包括信号线、薄膜晶体管和像素电极。然后，在上阵列基板102上形成包括MFM，MFO，MFP，PI和添加剂的衬垫料材料之后，执行由曝光和显影过程组成的光刻处理。在曝光过程中，上基板中的将要形成衬垫料113的区域，通过掩模的透光部分被曝光。
图8A和8B为在曝光前图7中所示衬垫料的分子位置分布和分子链结构。首先，曝光前衬垫料材料110内的分子是随机分布的，如图8A中所示。也就是说，MFM 152、MFO 154和MFP 156分子在整个衬垫料材料110上均匀地分布。因而，如图8B中所示，在衬垫料材料110的特定部分中分子链结构也不具有偏重，从而在整个衬垫料材料110中均匀地分布。
图9A盒9B为在曝光后衬垫料中的分子位置分布和分子链结构。当开始曝光时，随着通过衬垫料材料的上部区域到其下部材料，曝光密度减弱，从而MFM 152和MFO 154主要处于衬垫料材料110的上部区域中，MFP 156主要处于衬垫料材料110的下部区域中。因而，随着曝光的进行，在衬垫料材料110的上部区域中，MFM 152与MFO 154彼此牢固地结合，并且MFM 152和MFO 154形成从衬垫料材料110的上部到其下部逐渐减小的浓度梯度。结果，MFP 156从衬垫料材料110的上部运动到下部。MFP 156的移动速度较慢，这是因为分子量较高并且其与少量的MFM 152和MFO 154反应。因此，使衬垫料材料110的上部中分子链结构紧密，从而增大硬度，并且在衬垫料材料的下部中分子链结构的紧密度相对较低，从而减小硬度，如图9B中所示。
接下来，执行显影过程，从而形成衬垫料113，其中从上部到下部其分子链结构(或交联)的密度逐渐减小，如图10中所示。因而，本发明实施方式中的衬垫料113具有从其上部到下部硬度减小这样一种结构，从而突起125施加的负荷不会使衬垫料的上部(A)变形，并且衬垫料的下部(B)吸收突起125施加的负荷，从而使负荷均匀地分散。
如果通过使用衬垫料113执行上阵列基板102与下阵列基板122的粘接工序，则衬垫料113的上部(A)具有较强的硬度以防止集中在突起125上的负荷所引起的变形，衬垫料113的下部(B)具有较弱的硬度以吸收集中在衬垫料113上部(A)上的负荷，从而均匀地吸收和分散负荷。
图11表示使用本发明实施方式的衬垫料改善液晶显示板的盒间隙均匀性并使弯曲的上阵列基板变平坦的示意图。如图11中所示，在刚刚将上阵列基板102与下阵列基板122粘接之后，突起125使力集中在衬垫料上部113a的一个点上，但是衬垫料的上部113a具有较强硬度，从而即便上部113a被稍微压下一些也几乎可以恢复。此时，集中在衬垫料上部113a上的力被分散到衬垫料的下部113b上，并且通过整个衬垫料113推动上阵列基板102的弯曲区域。因而，从外部施加给液晶显示板的压力Patm等于施加给上阵列基板102外部的压力Pglass和衬垫料113推动上阵列基板102的压力Pcs。因此，使上阵列基板102平坦，并保持盒间隙均匀。
由此，根据本发明实施方式的液晶显示板及其制造方法，通过使用从上部到下部硬度减小的衬垫料113，可保持上阵列基板102与下阵列基板122之间的盒间隙。结果，集中在某些突起125上的压力可通过所有突起均匀地分散到整个衬垫料113上，从而使上阵列基板102的波纹变平坦并使盒间隙均匀。
本发明实施方式中提出的衬垫料易于应用于IPS(面内切换)模式的液晶显示板中，还可应用于ECB(电控双折射)模式和VA(垂直对准)模式的液晶显示板以及TN(扭曲向列)模式的液晶显示板中。
如上所述，根据本发明实施方式的液晶显示板及其制造方法，通过使用从衬垫料的上部到下部硬度减小的衬垫料，可保持上阵列基板与下阵列基板之间的盒间隙。衬垫料的上部具有较高弹力和较高恢复力。从而，突起施加的压力几乎不会产生变形，衬垫料的下部区域通过衬垫料分散施加给衬垫料上部的力，并且衬垫料与突起之间具有更小摩擦，从而其它衬垫料可以接收来自其它突起的部分力。结果，可减轻上阵列基板的波纹，并改善盒间隙的均匀性。
显然本领域技术人员在不偏离本发明的精神或范围的条件下，可对本发明的液晶显示板及其制造方法进行多种变型和改变。因此，本发明意在覆盖本发明的变型和改变，只要这些变型和改变处于所附权利要求的范围及其等效范围之内。

Claims (17)

1、一种液晶显示板，包括：
彼此相对设置的上阵列基板和下阵列基板；
设置在上阵列基板与下阵列基板之间的液晶；
从下阵列基板凸出的突起；以及
设置在上阵列基板与下阵列基板之间的衬垫料，所述衬垫料具有与突起接触的第一部分和与上阵列基板接触的第二部分，并且所述第一部分具有第一硬度，所述第一硬度不同于第二部分的第二硬度。
2、根据权利要求1所述的液晶显示板，其特征在于，所述第一硬度大于第二硬度。
3、根据权利要求1所述的液晶显示板，其特征在于，所述第一部分具有第一分子链结构，其中第一分子链结构的紧密度高于第二部分中的第二分子链结构。
4、根据权利要求1所述的液晶显示板，其特征在于，所述衬垫料包括多官能单体、多官能低聚物、多官能聚合物和光引发剂的至少其中之一。
5、根据权利要求4所述的液晶显示板，其特征在于，所述多官能单体为多官能丙烯酸酯单体，多官能低聚物为双官能丙烯酸酯低聚物，多官能聚合物为丙烯酸酯共聚物和活性聚合物的至少其中之一，光引发剂为Irgacure-369和对苯二酸的至少其中之一。
6、根据权利要求1所述的液晶显示板，其特征在于，所述衬垫料的第一部分具有比该衬垫料的第二部分更多的多官能单体和多官能低聚物。
7、根据权利要求1所述的液晶显示板，其特征在于，所述上阵列基板包括限定单元区域的黑矩阵以及位于黑矩阵所划分的单元区域中的滤色片，所述下阵列基板包括彼此交叉的信号线，靠近信号线交叉点处设置的薄膜晶体管，以及与薄膜晶体管相连的像素电极。
8、一种液晶显示板的制造方法，包括：
提供具有第一薄膜图案的上阵列基板；
提供具有第二薄膜图案的下阵列基板；
在下阵列基板上形成突起；
在上阵列基板上形成衬垫料，所述衬垫料包括具有第一硬度的第一部分和具有第二硬度的第二部分，其中第二硬度与第一硬度不同；
在上阵列基板与下阵列基板之间设置液晶；以及
粘接上阵列基板与下阵列基板，使得所述衬垫料的第一部分与突起相接触，而所述衬垫料的第二部分与上阵列基板相接触。
9、根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述第一硬度大于第二硬度。
10、根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述第一部分具有第一分子链结构，其中第一分子链结构的紧密度高于所述第二部分中的第二分子链结构。
11、根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述形成衬垫料的步骤包括：
在所述上阵列基板上形成包括多官能单体、多官能低聚物、多官能聚合物和光引发剂至少其中之一的衬垫料材料；
将衬垫料材料曝光；并且
通过显影工序去除被曝光区域之外的衬垫料材料。
12、根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述将衬垫料材料曝光的步骤包括：
通过曝光衬垫料，使多官能单体、多官能低聚物和多官能聚合物的分布在衬垫料材料中分成第一部分和第二部分，从而使多官能单体、多官能低聚物和多官能聚合物的分布在所述第一和第二部分中不同。
13、根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述上阵列基板包括限定单元区域的黑矩阵以及位于黑矩阵所划分的单元区域中的滤色片，所述下阵列基板包括彼此相交叉的信号线，靠近信号线交叉点处设置的薄膜晶体管，以及与薄膜晶体管相连的像素电极。
14、一种液晶显示板，包括：
彼此相对设置的上阵列基板和下阵列基板；
设置在上阵列基板与下阵列基板之间的液晶；
从所述下阵列基板凸出的突起；以及
设置在所述上阵列基板与下阵列基板之间的衬垫料，所述衬垫料具有与所述突起相接触的第一部分和与所述上阵列基板相接触的第二部分，并且所述衬垫料的第一部分具有第一分子链结构，该第一分子链结构具有比所述衬垫料第二部分中的第二分子链结构更高的紧密度。
15、根据权利要求14所述的液晶显示板，其特征在于，所述衬垫料包括多官能单体、多官能低聚物、多官能聚合物和光引发剂的至少其中之一。
16、根据权利要求15所述的液晶显示板，其特征在于，所述多官能单体为多官能丙烯酸酯单体，多官能低聚物为双官能丙烯酸酯低聚物，多官能聚合物为丙烯酸酯共聚物和活性聚合物的至少其中之一，并且光引发剂为Irgacure-369和对苯二酸的至少其中之一。
17、根据权利要求14所述的液晶显示板，其特征在于，所述衬垫料的第一部分具有比该衬垫料的第二部分更多的多官能单体和多官能低聚物。
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