CN1890598A

CN1890598A - 液晶单元组装方法和系统

Info

Publication number: CN1890598A
Application number: CNA2004800356928A
Authority: CN
Inventors: 江英裘; 马文·安西塔; 庞威元; 邱万华
Original assignee: Reveo Inc
Current assignee: Reveo Inc
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2007-01-03
Also published as: KR20060108645A; US20050105040A1; JP2007507756A; US7349059B2; WO2005036248A1; EP1676171A1; TW200527052A

Abstract

这里提供了一种液晶单元制造工艺及组装系统。其各机械步骤可在大气状态下(而非在一真空环境中)来进行，从而简化了液晶单元的组装。在这种条件下，能够经济地用来生产大面板且没有气泡的液晶单元。

Description

液晶单元组装方法和系统

背景技术

液晶类的装置已十分普遍，其使用范围遍及手机、计算机和其它装置上的小型显示器，以及小尺寸和大尺寸的监视器等。液晶技术对可切换窗口的应用也甚具吸引力。

在制造液晶(LC)单元时，尤其是大尺寸的LC单元时，其LC充填的步骤经常会成为一瓶颈。传统处理诸如“真空充填”及“真空抽引”等的主要缺点是会有较长的处理时间，以及在固化之后会有痕纹状的外观(尤其是沿该LC充填孔)。因此，利用传统的LC充填法其整体的产能较低。

同样地，在LCD制造过程中，LC充填也是一非常慢且昂贵的步骤。在当该面板尺寸增加例如超过20英寸(对角线)，并且单元间隙非常小(例如约2至5微米)时这极为重要。其充填时间超过9小时另人难以忍受。

传统的LC单元充填法是基于在一空单元内部与外部之间造成一压力差。空单元通常会被预先制成并置入一真空室内来造成压力差。当该真空室内的压力回复到一大气压时，LC材料将会经由一充填孔被推入该单元内。但从该空LC单元内部抽掉空气是一个极慢的过程，尤其是当该LC面板的尺寸增大时。

虽有一种“一滴”充填法在近几年来被研发成功，其具有数小时至若干分钟的较少的充填时间，但是许多步骤(LC点胶(dispensing)、密封剂点胶和固化、单元定位(registration)等)都必须在一真空环境中进行以免留滞气泡。这些处理需要复杂的系统，需要较高设备成本和繁复的操作。

该传统的一滴充填法试图在一真空环境中以一种可控的方式来点胶LC材料以减少LC单元充填的时间。在该单元被带回一大气压之后，滞陷的真空气泡将会被压缩而消除。但是，该一滴充填法并不是一种适用于大气环境中的解决方法，因为其点胶机制将会产生滞陷的气泡。所以该处理仍是复杂且昂贵的，因为某些步骤例如点胶、定位和层压(lamination)等都需要真空环境。

因此，在LC单元制造技术中仍需要一种LC点胶机制，其要能在除了真空条件或者如传统的LC充填系统和方法那样需要具有相当压力差的系统之外的压力状态下来操作(部分或全部地)。这种系统必须能够尽量减少或消除在所产生的LC面板中的气泡。

发明内容

本发明提供了一种液晶单元制造工艺及组装系统，由此机械步骤能够在基本大气状态下(而非在真空环境中)来执行，从而简化液晶单元组装。尤其是，各种机械步骤例如组装、点胶液晶材料、对准(aligning)以及粘接(adhering)等都能在基本大气状态下来顺利地完成。

所述方法和系统能提供没有气泡的液晶单元，由此机械步骤可在基本大气状态下来进行。这些方法和系统使得能够组装大尺寸(例如宽度或高度尺寸大于或等于大约0.5米)、没有气泡的液晶单元。

一种制造LC单元的方法包括：

●在大气环境中在一第一位置提供一第一基本平面的衬底，其具有一第一衬底内表面及一第一衬底外表面；

●在大气环境中提供一第二基本平面的衬底，其具有一第二衬底内表面及一第二衬底外表面，其中该第一衬底内表面与该第二衬底内表面互相面对，并且其中该第二衬底在一第二位置；

●暂时地粘接该第一衬底和该第二衬底的第一末端；

●从第二端部提升该第二衬底，以使所述第二衬底相对于所述第一位置的所述第一衬底呈一角度α，从而在大气环境中形成一衬底预装组件(sub-assembly)；

●在大气环境中将除气的液晶材料点胶在所述第一衬底内表面上；

●在大气环境中倾斜所述衬底预装组件同时保持第一衬底和第二衬底之间的角度α，以使所述液晶材料流向所述第一末端，由此所述液晶材料沿一朝向所述第一末端的侧端的方向流动；

●将所述衬底预装组件返回到所述第一衬底位于所述第一位置的位置，并将该角度α减小到0角度而使该第一衬底和该第二衬底相邻；

●在大气环境中暂时地粘接该第一衬底和第二衬底的第二末端和侧端；

●层压该暂时粘接的衬底预装组件而使液晶材料遍布该衬底内表面；以及

●密封该衬底组件。

另一种制造LC单元的方法包括：

●在大气环境中暂时地粘接第一衬底和第二衬底的第一末端，同时保持该第一衬底与第二衬底的相反的第二末端以使所述第二衬底相对于所述第一位置的所述第一衬底呈一角度α，从而形成一衬底预装组件；

●在大气环境中倾斜该衬底预装组件同时保持该第一衬底和第二衬底之间的角度α，以使所述液晶材料流向所述第一末端，由此所述液晶材料沿一朝向所述第一末端的侧端的方向流动；

●将所述衬底预装组件返回到所述第一衬底位于所述第一位置的位置，并将该角度α减小至0角度而使该第一衬底和该第二衬底相邻；

●在大气环境中暂时地粘接第一衬底和第二衬底的第二末端和侧端；

●密封该衬底组件。

在一优选实施例中，当该预装组件被倾斜时，所点胶的液晶材料的流动会被最佳化，以使在层压之前或期间该材料的气泡能够减至最小，最好被消除。一种能达此目的的方法，其特征在于在第一末端(即在倾斜之前被暂时密封的端部)处形成“点接触”。该点接触最好限制为沿第一末端的单个点。在接触该第一末端后，以及当该预装组件从倾斜位置返回时，液晶材料将会沿着粘接的第一末端边缘朝向侧端流动。如果未达成点接触(即液晶材料沿着第一末端流向多个点处)，则会有一种趋势令空气滞陷于所述多个点之间而几乎不能逸出。

附图说明

图1显示了一液晶单元组件的例子；

图2A显示了根据组装方法的一个实施例的制造液晶单元组件的第一步骤；

图3A显示了根据组装方法的一个实施例的制造液晶单元组件的第二步骤；

图2B显示了根据组装方法的第二实施例的制造液晶单元组件的第一步骤；

图3B显示了根据组装方法的第二实施例的制造液晶单元组件的第二步骤；

图4显示了用来制造液晶单元组件的第三步骤，显示了倾斜一液晶单元预装组件，同时保持该衬底之间的角度α以及在一暂时粘接边缘的液晶材料的点接触；

图5显示了用来制造液晶单元组件的第四步骤，显示了液晶材料沿着暂时粘接边缘往侧端的扩散；

图6显示了该液晶单元预装组件的闭合和平置；

图7和图8显示了该液晶单元组件的层压；

图9显示了该液晶单元组件的边缘密封；

图10A～10E详示了该液晶材料流动图案；以及

图11提供了该液晶单元组装方法的组装步骤的流程图。

具体实施方式

这里提供了液晶类装置，并且描述了制造这种液晶类装置的方法，其可大量地节省制造成本。该方法可用来制造显示装置、可切换窗口结构或其它的液晶装置等。

一可切换窗口10示例性地如图1所示。该可切换窗口10通常包含一对衬底12、14及一液晶层16。一电压经由适当的导体18、20施加于该液晶材料层16，以转变该液晶材料的光特性，如本领域中所公知的。例如，所述液晶材料可从透明的转变为漫射或不透明的。

与制造这种液晶单元尤其是大尺寸液晶单元相关的一个关键问题是气泡会被陷滞其中。一种用来使该现象最小化的传统解决方案是在真空环境中进行组装、层压、对准以及其它的制造步骤。

本公开描述了新颖的LC充填和面板密封工艺。这种工艺能将气泡减至最小或完全消除。此外，现在公开的方法和系统能轻易地应用于大LC面板尺寸。本公开与传统系统之间的关键区别在于该LC点胶机制。本公开特写了当上、下衬底合并在一起形成一“单元”结构时，最小化或消除气泡的滞陷的方法。该工艺可以应用于各种类型的LC单元。

这里所描述的LC点胶和单元密封工艺可以在大气环境中进行。因此，所需的设备会较简单且便宜。此外，这里所描述的LC点胶和单元密封方法可适用于各种液晶材料，包括但不限于例如某些向列式(nematic)、近晶式(smectic)(如铁电式)、碟状介晶式(discotic)、或胆甾型(cholesteric)液晶等。这种材料可被单独使用或混合使用，譬如聚合物分散型液晶(Polymer dispersed liquid crystal)，胆甾相织构(Polymerstabilized cholesteric texture，PSCT)，或其它适当的组合物等。例如，适当的PSCT混合物具有大约40厘泊到大约80厘泊的粘滞度。但是，本技术可以应用于具有高至大约100厘泊粘滞度、高至300厘泊粘滞度，甚至依赖于条件和单元尺寸的更高粘滞度的液晶掺合体。此外，本技术亦可应用于其它具有类似粘滞度的材料。

现请参阅图2A～9，提供了用来制造液晶单元的优选方法。通常，这里所用的衬底依据已知方法来制备。例如，就可切换窗口而言，该第一和第二衬底可包含适当的透明衬底，其具有适当的导电层，譬如铟锡氧化物(ITO)，其是可切换窗口领域中的技术人员所已知的。就显示器而言，该第一衬底可包含一适当的寻址结构，例如薄膜晶体管(TFT)，而第二衬底可包含适当的彩色滤光器，或者相反，如在液晶显示器领域中的技术人士所已知的。通常，衬底的制备需要清洁第一和第二衬底，例如在超声波清洁系统中。进一步的衬底制备可包括施加适当的间隔物来在该衬底之间保持一固定的距离。例如，纤维间隔物可被喷布于第一(下)衬底上，例如令导电或滤光侧朝上。注意，间隔物亦可被渗入于该液晶材料混合物中。

请参阅图2A，一第一基本平面的衬底30(图中示为下衬底)会被提供于一第一位置。该第一衬底包含一第一衬底内表面及一第一衬底外表面。此外，一第二基本平面的衬底32(图中示为上衬底)亦会被提供，其具有一第二衬底内表面及一第二衬底外表面，其中第一衬底内表面和第二衬底内表面互相面对，并且其中第二衬底在一第二位置。该第一和第二衬底30，32会在其第一末端例如以带37a来暂时地粘接。

请参阅图3A，在大气环境中该第二衬底32从第二端部被提升，以使该第二衬底32相对于位于第一位置的第一衬底30呈一角度α，从而形成一衬底预装组件。在大气环境中将除气的液晶材料点胶在所述第一衬底内表面上。图2A和图3A的步骤提供了一液晶单元预装组件38(图4)。

或者，请参阅图2B，提供了一第一衬底30。显示了一LC点胶步骤。LC材料混合物会在例如真空室内被除气。一定量的LC材料会被点胶以形成一材料团34。用来形成该材料团34的液晶量应足以最终填满衬底30、32之间。该LC材料例如可经由一分开的漏斗或其它适当的点胶工具来点胶。最好是，在点胶期间避免摇晃。

仍请参阅图2B，显示了层压的开始步骤。例如，该下衬底30的三个边缘的底侧具有单面带或其它种类的可卸除粘性物，例如36a、36b、36c。该带的粘性应要充分强以足以在处理期间将该衬底固粘在一起，但也要能在一后续的处理阶段中轻易地卸除。已知一种适当的粘带可由Nashua Aluminum Foil公司购得。

现请参阅图3B，显示了该第二(上)衬底32。该第二衬底32的前缘对准第一衬底30的前缘。

注意，该ITO(或TFT层)面对下衬底30。该上衬底32仅在该衬底的前缘与下衬底30接触。该上衬底32相对于下衬底30处于一斜角α。该二衬底会暂时地粘接于带段36a处，在本实施例中是通过折叠该带36a’。注意，虽然在本例子中显示了带子，但是应该了解也可使用其它适当的暂时粘接方法或材料。图2B和图3B的步骤提供了液晶单元预装组件38(图4)。

现请参阅图4，当保持相同的斜角α时，整个预装组件38(包含下衬底30和上衬底32)被倾斜。注意，图4～9的步骤通常都相同而不论所选择的先前步骤是图2A、3A或2B、3B。优选地，该预装组件38轻微地倾斜。该LC材料可流至前缘，最好作为单个点，如标号40所示。也可利用振动以避免由于LC材料流的不均匀特性所造成的气泡滞陷。

请参阅图5，该LC材料混合物流到达前端。当适当的条件符合时(例如斜角、材料粘滞度、材料团34的位置，及其它的因素等)，LC材料将会朝向侧缘扩展，如标号42所示。在某些实施例中，该流可到达距离边缘大约3至4英寸处。该预装组件38会被置回水平位置。

LC材料的点胶和倾斜时的流动将参照图10A～10D来进一步详细说明。请参阅图10A，LC材料团34被点胶。当该组件以一最佳的斜角及斜率范围倾斜时(也考虑到其它的因素，包括但不限于材料粘滞度、表面摩擦等)，如图10B所示，将会形成点接触40。该点接触非常重要，如图10E所示，显示了一未形成点接触的状况。在LC材料之间的开放区域会将空气包陷于该液体内，而没有逸出的路径，使得没有相当的压力差不可能产生没有气泡的单元(例如以传统的真空技术)。请参阅图10C和10D，LC材料流保持在前端，通过41，42横向流过具有带36a的边缘，最后在封闭该单元之前靠近该单元的侧缘。

现请参阅图6，该斜角α缓慢地减小至0，由此玻璃会关闭来形成一组件44。

请参阅图6和图7，该组件44被放置在平面上(未示出)。环绕侧缘的带会被合并(如在针对图2A和3A的前置步骤所描述的情况下)或折叠(如在针对图2B和3B的前置步骤所描述的情况下)，如标号36b’和36c’所示。

该组件44然后例如经由层压滚轮46来被层压。滚轮46的速度会被最佳化而使LC流能以一适当的速度来被散布遍及整个面板。图8显示了层压之后的组件44，其中的LC材料遍布该单元。

在某些实施例中，其必须进一步处理该组件来消除层压期间所产生的纹痕。当最优地将该组件置于一平面上时，带36a～c被拆除。可通过使上板相对于下板提升(或相反)以一种抹去可能在层压时所产生的任何纹痕的方式来抹除液晶材料。

在某些实施例中，在该组件被最后密封以形成所需的液晶单元之前，也可能需要对准或定位。例如，在液晶单元技术中已知在处理中的某些接合点来对准衬底。在一个例子中，该上、下板可被稍微地移位(例如沿x及y方向各约2mm)。该上、下衬底可通过对准上和下衬底的记号而来定位(如LC单元领域中的技术人员所已知的)。被对准的组件然后通过利用例如一热融胶枪或适当的等效物来粘接各边角而被固定。

在某些实施例中，可能需要控制单元间隙。例如，层压的LC组件可以被置于一平面上。例如可通过一气袋并向该气袋施加压力来压缩该组件。在某些优选实施例中，该气袋会被灌气至大约7psi(磅/平方英尺)。

为了完成该单元制造过程，该组件44必须被密封，通常通过粘接该二衬底30、32。这可以通过任何已知的方法来完成。在一实施例中，例如，该组件保持在气袋的大约7psi压力下，如上述涉及单元间隙控制所描述的。过多的LC材料可沿该LC单元组件44的边缘来被清除。气袋的压力可被稍微减低以使LC材料流回该单元内部(例如减至约6psi)。请参阅图9，可光固化的粘剂48会被涂敷于单元边缘。任何不会与所选择的LC材料发生反应的适当的粘剂都可使用。然后该压力可再被减至约4psi，从而使粘剂沿着边缘进入该二衬底30、32之间。最后，边缘被以该所选择的粘剂类型指定的适当光源来固化。该单元可如该技术中已知地被清除。

依据本发明制造的LC单元仅在将LC材料点胶于衬底上之前的除气步骤需要用到真空。点胶、层压、对准及其它步骤等皆不必如传统工艺需要在真空环境中进行。

虽然已经显示和描述了优选实施例，但是可以做出各种修正和替代而不脱离本发明的精神与范围。因此，可以了解本发明已经通过举例说明而非限制，进行了描述。

Claims

1、一种制造液晶单元的方法，包括在基本大气状态下(而非真空环境中)来进行所有的机械步骤，从而便于液晶单元组装。

2、一种制造液晶单元的方法，包括：

在基本大气状态下来组装、点胶液晶材料、对准及粘接。

3、如权利要求1或2所述的制造液晶单元的方法，其中可形成没有气泡的液晶单元。

4、如权利要求1或2所述的制造液晶单元的方法，其中可形成尺寸至少大于或等于大约0.5米且没有气泡的液晶材料。

5、一种制造液晶单元的方法，包括：

在大气环境中在第一位置提供第一基本平面的衬底，该衬底具有第一衬底内表面和第一衬底外表面；

在大气环境中提供第二基本平面的衬底，该衬底具有第二衬底内表面和第二衬底外表面，其中该第一衬底内表面与该第二衬底内表面互相面对；

暂时地粘接该第一衬底与该第二衬底的第一末端；

在大气环境中移位该第一衬底和该第二衬底的相对的第二末端，以使所述第二衬底相对于位于所述第一位置的所述第一衬底呈角度α，从而形成衬底预装组件；

在大气环境中在所述第一衬底内表面上点胶除气的液晶材料；

在大气环境中倾斜所述衬底预装组件，同时保持该第一衬底与该第二衬底之间的角度α，以使所述液晶材料流向所述第一末端，由此所述液晶材料沿朝向所述第一末端的侧端的方向流动；

将所述衬底预装组件返回到所述第一衬底位于所述第一位置的位置处，并将该角度α减小到0角度，以使该第一衬底和该第二衬底相邻；

在大气环境中暂时地粘接该第一衬底和该第二衬底的该第二末端及侧边；

层压该暂时粘接的衬底预装组件以使该液晶材料遍布该衬底内表面；以及

密封该衬底组件。

6、一种制造液晶单元的方法，包括：

在大气环境中提供第二基本平面的衬底，该衬底具有第二衬底内表面及第二衬底外表面，其中该第一衬底内表面和该第二衬底内表面互相面对，并且其中该第二衬底位于第二位置；

在大气环境中暂时地粘接该第一衬底和该第二衬底的第一末端，同时保持该第一衬底和该第二衬底的相对的第二末端，以使所述第二衬底相对于位于所述第一位置的所述第一衬底呈一角度α，从而形成衬底预装组件；

在大气环境中倾斜所述衬底预装组件同时保持该第一衬底和该第二衬底之间的该角度α，以使所述液晶材料流向所述第一末端，由此所述液晶材料沿朝向所述第一末端的侧端的方向流动；

将所述衬底预装组件返回到所述第一衬底位于所述第一位置的位置处，并将该角度α减小至0角度，以使该第一衬底和该第二衬底相邻；

密封该衬底组件。

7、一种控制在一衬底上点胶的液晶材料的流动的方法，包括：在第一端部形成点接触，该第一端部是倾斜端的较低端，以允许沿该第一端部横向流至该侧边。