TWI480650B - 軟性顯示器及其製作方法 - Google Patents

Description

軟性顯示器及其製作方法

本發明係關於一種軟性顯示器及其製作方法，尤指一種具有柱狀結構之主間隙子與具有套筒結構之輔助間隙子之軟性顯示器及其製作方法。

相較於平面顯示器，例如薄膜電晶體液晶顯示器(thin film transistor-liquid crystal display，TFT-LCD)相較，軟性顯示器(flexible display)具有輕薄且可撓曲的方便攜帶性、廣視角、耐撞擊以及低能源損耗等優點。為達到可撓曲的要求，軟性顯示器所使用的基板，包括塑膠基板、金屬薄片基板或超薄玻璃基板等，其厚度可薄化至50微米(micrometer，μm)的水準。

然而，也正是因為軟性顯示器的可撓性(flexibility)特點，當外力施加於軟性顯示器使其撓曲時，基板之間的液晶層間隙(cell gap)無法維持應有的、均勻的距離，致使光線容易發生相延遲及/或相位差等問題，並使得軟性顯示器在撓曲狀態下，飽受顯示品質不佳之詬病。為克服此一缺點，業界已提出在軟性顯示器基板之間設置間隙子之方法。然而，當外力施加於軟性顯示器使其撓曲時，不僅使軟性顯示器撓曲而造 成液晶層間隙的變化，更使得軟性顯示器的兩個基板之間產生一剪力(shear force)，導致間隙子與基板之間的摩擦，而發生刮傷基板上設置的膜層，使基板上的組成元件受損而更影響顯示品質等問題。此外，間隙子與基板之間的摩擦及其導致的問題，甚至可能在無外力施加的狀態下，仍然由溫度變化導致材料的熱漲冷縮所引起。更甚者，習知間隙子常在外力施加的狀態下，發生刺穿軟性顯示器基板與基板上之顯示元件等問題。

由此可知，目前仍需要一種可克服上述問題的軟性顯示器及其製作方法。

本發明之一目的在於提供一種軟性顯示器及其製作方法，以於軟性顯示器的基板之間，製作可維持液晶層間隙並且可避免上述摩擦與穿刺等問題的間隙子，以提升軟性顯示器的顯示品質。

為達上述目的，本發明係提供製作軟性顯示器之方法，上述方法包括下列步驟。首先，於第一可撓式基板上形成複數個主間隙子(main spacer)，且各主間隙子具有一柱狀結構。接下來，於第二可撓式基板上形成複數個輔助間隙子(sub spacer)，且各輔助間隙子具有一套筒結構，其中各輔助間隙 子包括一底部與一側壁環繞底部，且底部與側壁定義出一凹陷部。隨後組裝第一可撓式基板與第二可撓式基板，並使各主間隙子套入對應之輔助間隙子的凹陷部內。

為達上述目的，本發明另提供一種軟性顯示器。上述軟性顯示器包括第一可撓式基板、與第一可撓式基板面對設置之第二可撓式基板、複數個主間隙子以及複數個輔助間隙子。主間隙子係設置於第一可撓式基板相對於第二可撓式基板之一表面上，且各主間隙子具有一柱狀結構。而輔助間隙子係設置於第二可撓式基板相對於第一可撓式基板之一表面上，且輔助間隙子分別具有一套筒結構。值得注意的是，各輔助間隙子具有一底部與一側壁環繞底部，底部與側壁定義出一凹陷部，而各主間隙子係套入對應之輔助間隙子的凹陷部內。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特刊舉本發明之實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖至第6圖，第1圖至第6圖繪示了本發明之一實施例所提供之製作軟性顯示器的方法之示意圖。本實施例所提供之軟性顯示器係以軟性液晶顯示器(flexible liquid crystal display)及其製作方法為例說明，但不以此為限。本發明所屬技術領域之一般技藝者應知本實施例所提供之製作方法係可用於其他軟性顯示器，例如電泳顯示器(eletrophoretic display)、電子粉流體顯示器(quick response liquid powder display，QR-LPD)、膽固醇液晶顯示器(cholesteric liquid crystal display，Ch-LCD)、有機發光二極體顯示器(organic light emitting diode display，OLED)與電濕潤顯示器(electro-wetting display，EWD)，以及其他合適的軟性顯示器中。

如第1圖所示，首先提供第一可撓式基板100。第一可撓式基板100可包括例如塑膠基板(plastic substrate)、超薄玻璃(ultra-thin glass)基板、以及金屬軟板(metal foil)等。接著將第一可撓式基板100設置於第一承載基板(carrier substrate)102上，第一承載基板102的剛性較第一可撓式基板100佳，因此可作為穩定的製作平台，使得第一可撓式基板100所需的組成元件與膜層得以良好地製作於其上。接下來於第一可撓式基板100上形成第一導電層104，第一導電層104可為單一膜層或複合膜層，用以作為一下電極層，例如畫素電極。上述單一膜層或複合膜層之製作可藉由多道沉積製程與微影暨蝕刻製程(photolithography process，PEP)完成，由於該等相關製程為該技術領域中具通常知識者所熟知，故於此係不再贅述。另外，於形成第一導電層104之前 或形成第一導電層104之後製作本實施例所提供之軟性液晶顯示器所需之薄膜電晶體或配向膜(圖未示)等其他膜層，由於相關製程亦為該技術領域中具通常知識者所熟知，故於此係不再贅述。

請繼續參閱第1圖。接下來於第一可撓式基板100上形成複數個主間隙子110。在本實施例中，主間隙子110之製作係先在第一可撓式基板100上形成光阻材料層(圖未示)，接下來利用曝光顯影製程圖案化光阻材料層，而於第一可撓式基板100上形成主間隙子110。主間隙子110具有柱狀結構，例如圓柱、上窄下寬之圓錐柱(conical pillar)、上寬下窄之圓椎柱或其他各種形狀的柱狀結構。另外值得注意的是，在本實施例中光阻材料可包含高分子樹脂，例如甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate，MMA)、二丙烯酸三丙二醇脂(tripropylene glycol diacrylate，TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(1,6-hexanediol diacrylate，HDDA)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylolpropane triacrylate，TMPTA)或三丙烯酸異戊四醇酯(Pentaerythritol triacrylate，PETA)等。此外，主間隙子110的材料較佳為較為軟且具有韌性與彈性的光阻材料。

另外，主間隙子110的材料選擇並不限於上述之光阻材料，亦不限於上述的微影製程。主間隙子110係可藉由其他 製作方法例如成形(molding)、光鑄造(UV casting)、印刷(printing)或壓印(embossing)等方法形成。

請參閱第2圖。提供第二可撓式基板200，其中第二可撓式基板200的材料選擇可與第一可撓式基板100相同，故於此不再贅述。將第二可撓式基板200設置於第二承載基板202上，使得第二可撓式基板200所需的組成元件與膜層得以良好地製作於其上。接下來於第二可撓式基板200上形成第二導電層204，第二導電層204可作為一上電極層，例如在本實施例中可作為軟性液晶顯示器所需之顯示元件例如共通電極。另外，於形成第二導電層204之前或形成第二導電層204之後製作本實施例所提供之軟性液晶顯示器所需之彩色濾光片(圖未示)以及其他所需膜層例如配向膜等，由於相關製程為該技術領域中具通常知識者所熟知，故於此係不再贅述。

請繼續參閱第2圖。接下來於第二可撓式基板200上形成複數個輔助間隙子210。在本實施例中，輔助間隙子210之製作係先在第二可撓式基板200上形成光阻材料層(圖未示)，接下來利用曝光顯影製程圖案化光阻材料層，而於第二可撓式基板200上形成輔助間隙子210。各輔助間隙子210具有套筒結構，舉例來說輔助間隙子210包括底部210a與環繞底部210a的側壁210b，且底部210a與側壁210b定義 出凹陷部210c。輔助間隙子210使用的光阻材料可與主間隙子110相同或不同，例如在本實施例中主間隙子110與輔助間隙子210包含之光阻材料為不同的光阻材料，且輔助間隙子210之光阻材料的硬度大於或等於主間隙子110之光阻材料的硬度。舉例來說，以輔助間隙子210之光阻材料的硬度大於主間隙子110之光阻材料的硬度為實施型態時，主間隙子110之光阻材料可以為MMA，而輔助間隙子210之光阻材料可以為HDDA，但不限於此。另外，輔助間隙子210的材料選擇亦不限於上述之光阻材料，亦不限於上述的曝光顯影製程。例如，輔助間隙子210亦可藉由其他製作方法例如成形、光鑄造、印刷或壓印等方法形成。

請同時參閱第1圖與第2圖。根據本實施例，主間隙子110之直徑係小於輔助間隙子210之凹陷部210c的內徑，且凹陷部210c之內徑較佳為主間隙子110之直徑的2~3倍。舉例來說，當主間隙子110之直徑為6~8微米(micrometer，μm)時，輔助間隙子210之凹陷部210c之內徑可為12~24微米。同時，主間隙子110之高度大於輔助間隙子210之凹陷部210c之深度，且凹陷部210c之深度可為主間隙子110之高度的0.5~0.8倍。舉例來說，當主間隙子110的高度為3微米時，輔助間隙子210之凹陷部210c的深度可為1.5~2.4微米。另外，主間隙子110之高度係小於液晶層間隙。另外值得注意的是，主間隙子110之數量可小於等於輔助間 隙子210之數量，亦可大於等於輔助間隙子210之數量(示於第6圖)。舉例來說，本實施例中第一可撓式基板100上主間隙子110的密度為0.15%，但第二可撓式基板200上輔助間隙子210的密度為1.37%，但不限於此。

請參閱第3圖。接下來，對第一可撓式基板100與第二可撓式基板200進行組裝製程。首先於第一可撓式基板100之周圍形成框膠120。接下來，進行液晶注入製程，於第一可撓式基板100上注入液晶LC。在本實施例中，液晶注入製程可為液晶滴注法(one drop fill，ODF)，但不以此為限。此外，若形成於第一可撓式基板100與第二可撓式基板200之間的顯示介質並非液晶材料，則本實施例亦不限於上述液晶注入製程。另外值得注意的是，由於第二可撓式基板200上的輔助間隙子210具有套筒結構，因此在注入液晶時，液晶LC可能注入至輔助間隙子210的凹陷部210c內，進而影響基板對組後，可能於液晶中產生氣泡而造成顯示器亮度不均勻(mura)。是以，本實施例中液晶注入製程係將液晶LC滴注至具有主間隙子110的第一可撓式基板100上。

請參閱第4圖與第5圖。在第一可撓式基板100上注入液晶LC之後，對準壓合第一可撓式基板100與第二可撓式基板200，使主間隙子110分別套入相對應之輔助間隙子210之凹陷部210c內，且被相對應之輔助間隙子210包圍。隨 後對框膠120進行硬化製程，使框膠120將第一可撓式基板100與第二可撓式基板200接合。接下來如第5圖所示，移除第一承載基板102與第二承載基板202，完成軟性顯示器10之製作。值得注意的是，在組裝第一可撓式基板100與第二可撓式基板200時，各主間隙子110係分別套入對應之輔助間隙子210的凹陷部210c內。由於輔助間隙子210的密度較高，換句話說輔助間隙子210的數量大於或等於主間隙子110的數量，因此每一個主間隙子110必定有一對應的輔助間隙子210，而於第一可撓式基板110與第二可撓式基板210之間獲得複數個成對間隙子310(paired spacer)。但對輔助間隙子210而言，即可能如第4圖與第5圖所示，會有部分輔助間隙子210並未對應至主間隙子110。

另外值得注意的是，在每一組成對間隙子310中，由於輔助間隙子210的凹陷部210c之內徑係如前所述大於主間隙子110之直徑，因此可降低第一可撓式基板100與第二可撓式基板200對位時的困難。此外，由於主間隙子110之高度係小於液晶層間隙之寬度，因此在完成第一可撓式基板100與第二可撓式基板200的組裝後，主間隙子110並不接觸第二可撓式基板200。

根據本實施例所提供之軟性顯示器10，第一可撓式基板100相對於第二可撓式基板200之表面上係設置了高度較 高、直徑較小、數量較少、且材料較為軟韌的主間隙子110，且各主間隙子110具有柱狀結構。而軟性顯示器10的第二可撓式基板200上則設置了高度較低、數量較多且材料較為堅硬的輔助間隙子210，且輔助間隙子210分別具有一套筒結構：其具有底部210a、環繞底部210a的側壁210b以及由底部210b與側壁21b定義出的凹陷部210c。值得注意的是，凹陷部210c的內徑大於主間隙子110之直徑，但凹陷部210c之深度小於主間隙子110之高度。換句話說，本實施例所提供之軟性顯示器10的兩個可撓式基板上都形成有固定於其上的間隙子，且同一可撓式基板上的間隙子具有相同的高度，但不同可撓式基板上的間隙子高度則不相同。如第5圖所示，根據本實施例所提供之軟性顯示器10，在無外力施加的狀態下，主間隙子110不接觸第二可撓式基板200，同理輔助間隙子210不接觸第一可撓式基板100。各主間隙子110係分別套入對應之輔助間隙子210的凹陷部210c內，且此時介於輔助間隙子210與主間隙子110之間的間隙高度H係可用以改善液晶填充量的容許範圍(liquid crystal margin)。

另外請參閱第6圖，第6圖係為本發明所提供之軟性顯示器之一變化型之示意圖。根據本變化型，主間隙子110的直徑仍然小於輔助間隙子210的凹陷部210c的內徑，且主間隙子110與輔助間隙子210之材料可為相同或不同。但值得注意的是，主間隙子110之數量可大於等於輔助間隙子 210之數量。舉例來說在本變化型中，主間隙子110的數量可與輔助間隙子210相等。簡單地說，根據本實施例及其變化型，主間隙子110之數量係可根據不同產品需求而大於、等於或小於輔助間隙子210之數量。

請參閱第7圖，第7圖係為本實施例所提供之軟性顯示器被施以外力產生撓曲時之示意圖。如前所述，由於本實施例所提供主間隙子110與輔助間隙子210分別固定於第一可撓式基板100與第二可撓式基板200上，因此不論是在施加外力P₁ 使軟性顯示器10撓曲或在溫度急遽改變時，皆可避免間隙子110/210刮傷可撓式基板100/200上的膜層或顯示元件。另外需注意的是，當外力P₁ 施加於軟性顯示器10，使其如第7圖所示撓曲時，軟性顯示器10的液晶層間隙可能受到擠壓而變窄，此時主間隙子110係抵觸到輔助間隙子210之凹陷部210c的底部，而撓曲中心點的液晶層間隙主要由主間隙子110與輔助間隙子210一同維持，因此軟性顯示器10的第一可撓式基板100與第二可撓式基板200仍可具有均勻的間隙，也就是說主間隙子110對外力P₁ 的施加具有緩衝效果。如前所述，由於主間隙子110係為較有彈性的光阻材料，故軟性顯示器10在受外力P₁ 按壓時能具有較佳的回復力。此外如前所述，當外力P₁ 施加於軟性顯示器10時，除了液晶層間隙的變化之外，軟性顯示器10的兩個可撓基板100/200之間更產生剪力。值得注意的是，由於每一組成 對間隙子310的輔助間隙子210之凹陷部210c的內徑大於主間隙子110之直徑，因此可限制主間隙子110受到剪力作用而位移的範圍，進而達到控制兩片可撓式基板100/200位移的範圍。換句話說，本實施例所提供的成對間隙子310可更加改善軟性顯示器10的可靠度。

接下來請參閱第8圖，第8圖係為本實施例所提供之軟性顯示器被施以另一外力產生撓曲時之示意圖，且值得注意的是，第8圖中的外力P₂ 大於外力P₁ 。當更大的外力P₂ 施加於軟性顯示器10使其如第8圖所示更加地撓曲時，軟性顯示器10的液晶層間隙因繼續受到擠壓而變得更窄，此時較有彈性的主間隙子110係抵觸到輔助間隙子210之凹陷部210c的底部並且產生形變，而輔助間隙子210的側壁210b頂部則抵觸到第一可撓性基板100，故撓曲中心點的液晶層間隙主要由輔助間隙子210維持。是以軟性顯示器10的第一可撓式基板100與第二可撓式基板200仍可具有均勻的距離，也就是說對更大外力P₂ 的按壓仍具有緩衝效果。如前所述，由於輔助間隙子210係為較堅硬的光阻材料，故可控制軟性顯示器10受到外力P₂ 按壓時的受壓距離，藉此增加軟性顯示器10的耐壓性。另外，由於輔助間隙子210(包括未對應至主間隙子110的輔助間隙子210與成對間隙子310中的輔助間隙子210)的數量較多，故可確保軟性顯示器10不會因為外力P₂ 而破損。此外如前所述，當外力P₂ 施加於 軟性顯示器10時，軟性顯示器10的形變導致兩個可撓基板100/200位移的範圍，仍如前所述可藉由成對間隙子310控制。

最後請參閱第9圖至第10圖，第9圖至第10圖係為本發明所提供之主間隙子與輔助間隙子的變化型之示意圖。首先需注意的是，在第9圖至第10圖中，僅繪示主間隙子與輔助間隙子，但熟習該技術領域之人士應知第9圖至第10圖所示之該等變化型係可輕易整合於上述製作軟性顯示器的方法中。如第9圖所示，本變化型所提供之主間隙子110可具有圓柱形狀，而輔助間隙子210具有底部210a、側壁210b以及由底部210a與側壁210b定義的凹陷部210c。更重要的是，本變化型中輔助間隙子210的側壁210b更具有洩壓口210d，此洩壓口210d的設計可減低氣體與液晶LC在第一可撓式基板100與第二可撓式基板200對準壓合時的影響，同時可提高輔助間隙子210的彈性。請參閱第10圖，第10圖所繪示之變化型係為鑲嵌式的主間隙子110與輔助間隙子210。如第10圖所示，本變化型之主間隙子110包括上寬下窄的倒圓椎柱形狀，而輔助間隙子210的凹陷部210c則為上窄下寬，故主間隙子110與輔助間隙子210在對合時彼此可更密合，故軟性顯示器10在受到外力時，成對間隙子310可提升對第一可撓式基板100與第二可撓式基板200位移的控制。另外在本變化型中，輔助間隙子210的側壁 210b上亦可設置洩壓口210d。

縱上所述，本發明所提供之軟性顯示器及其製作方法，係於第一可撓式基板上與第二可撓式基板上分別形成固定的主間隙子與輔助間隙子，藉由主間隙子與輔助間隙子之間的間隙高度增加液晶填充量的容許範圍，並且避免間隙子摩擦基板造成基板上膜層的破壞。更重要的是，本發明係利用較具有彈力且高度較高的主間隙子維持軟性顯示器受壓後液晶層間隙的距離，增加軟性顯示器受壓後回復的彈性。同時利用較為堅硬且高度較低的輔助間隙子限制軟性顯示器的受壓距離，確保軟性顯示器不會因受到更大外力撓曲而破損。此外，本發明更藉由主間隙子與部分輔助間隙子所形成的成對間隙子控制軟性顯示器撓曲時兩個相對的可撓性基板位移的範圍，故可更加提升軟性顯示器的耐用度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧軟性顯示器

100‧‧‧第一可撓式基板

102‧‧‧第一承載基板

104‧‧‧第一導電層

110‧‧‧主間隙子

120‧‧‧框膠

200‧‧‧第二可撓式基板

202‧‧‧第二承載基板

204‧‧‧第二導電層

210‧‧‧輔助間隙子

210a‧‧‧底部

210b‧‧‧側壁

210c‧‧‧凹陷部

210d‧‧‧洩壓口

310‧‧‧成對間隙子

LC‧‧‧液晶

H‧‧‧間隙高度

P₁ 、P₂ ‧‧‧外力

第1圖至第5圖繪示了本發明之一實施例所提供之製作軟性顯示器的方法之示意圖。

第6圖係為本發明所提供之軟性顯示器之一變化型之示意圖。

第7圖係為本實施例所提供之軟性顯示器被施以一外力產生撓曲時之一示意圖。

第8圖係為本實施例所提供之軟性顯示器被施以另一較大外力產生撓曲時之一示意圖。

第9圖至第10圖係為本發明所提供之主間隙子與輔助間隙子的變化型之示意圖。

10‧‧‧軟性顯示器

100‧‧‧第一可撓式基板

104‧‧‧第一導電層

110‧‧‧主間隙子

120‧‧‧框膠

200‧‧‧第二可撓式基板

204‧‧‧第二導電層

210‧‧‧輔助間隙子

210c‧‧‧凹陷部

310‧‧‧成對間隙子

H‧‧‧間隙高度

LC‧‧‧液晶

Claims (17)

1. 一種軟性顯示器之製作方法，包含以下步驟：於一第一可撓式基板上形成複數個主間隙子(main spacer)，且各該主間隙子具有一柱狀結構；於一第二可撓式基板上形成複數個輔助間隙子(sub spacer)，且各該輔助間隙子具有一套筒結構，其中各該輔助間隙子包括一底部與一側壁環繞該底部，且該底部與該側壁定義出一凹陷部；以及組裝該第一可撓式基板與該第二可撓式基板，其中各該主間隙子套入對應之該輔助間隙子的該凹陷部內，其中於組裝該第一可撓式基板與該第二可撓式基板之後，該等主間隙子不接觸該第二可撓式基板。
2. 如請求項1所述之製作方法，其中該主間隙子之一直徑小於該輔助間隙子之該凹陷部的一內徑。
3. 如請求項1所述之製作方法，其中該等主間隙子之一高度大於該等輔助間隙子之該凹陷部之一深度。
4. 如請求項1述之製作方法，其中該等主間隙子之一數量大於或等於該等輔助間隙子之一數量。
5. 如請求項1述之製作方法，其中該等主間隙子之一數量 小於或等於該等輔助間隙子之一數量。
6. 如請求項1所述之製作方法，其中該等主間隙子與該等輔助間隙子之材料包括光阻材料。
7. 如請求項1所述之製作方法，其中該等輔助間隙子之硬度大於或等於該等主間隙子之硬度。
8. 如請求項1所述之製作方法，更包含形成一顯示介質層於該第一可撓式基板與該第二可撓式基板之間。
9. 如請求項8所述之製作方法，其中該顯示介質層包括一液晶層，且該製作方法包括：於該第一可撓式基板之周圍形成一框膠；進行一液晶注入製程，於該第一可撓式基板上形成複數滴液晶；以及對準壓合該第一可撓式基板與該第二可撓式基板，使該等主間隙子分別套入相對應之該等輔助間隙子之該凹陷部內，且被相對應之該等輔助間隙子包圍。
10. 一種軟性顯示器，包含：一第一可撓式基板；一第二可撓式基板，與該第一可撓式基板面對設置； 複數個主間隙子，設置於該第一可撓式基板相對於該第二可撓式基板之一表面上，且各該主間隙子具有一柱狀結構；以及複數個輔助間隙子，設置於該第二可撓式基板相對於該第一可撓式基板之一表面上，且該等輔助間隙子分別具有一套筒結構，其中各該輔助間隙子具有一底部與一側壁環繞該底部，該底部與該側壁定義出一凹陷部，且各該主間隙子套入對應之該輔助間隙子的該凹陷部內，其中當該軟性顯示器在未受外力撓曲時，該主間隙子未接觸該輔助間隙子之該底部，且該輔助間隙子之該側壁未接觸該第一可撓式基板。
11. 如請求項10所述之軟性顯示器，其中該主間隙子之一直徑小於該輔助間隙子之該凹陷部之一內徑。
12. 如請求項10所述之軟性顯示器，其中該主間隙子之一高度大於該輔助間隙子之該凹陷部之一深度。
13. 如請求項10所述之軟性顯示器，其中該等主間隙子之一數量大於或等於該等輔助間隙子之一數量。
14. 如請求項10所述之軟性顯示器，其中該等主間隙子之一數量小於或等於該等輔助間隙子之一數量。
15. 如請求項10所述之軟性顯示器，其中該等主間隙子與該等輔助間隙子之材料包含光阻材料。
16. 如請求項10所述之軟性顯示器，其中該等輔助間隙子之硬度大於或等於該等主間隙子之硬度。
17. 如請求項10所述之軟性顯示器，其中該輔助間隙子之該側壁具有一洩壓口。