专利名称：具有间隔物和密封物的显示设备及其制造方法
技术领域：
本发明涉及(显示)设备的制造，该设备包括通过间隔装置(间隔物)而关于彼此以相对关系设置的基底。
该设备通常为显示设备，其中的电光介质为液晶显示设备，但是不排除其他电光介质，因此本发明同样涉及例如电泳设备或任何其他(显示)设备，其中存在间隔装置。
本发明进一步涉及显示设备，包括在通过间隔装置而关于彼此以相对关系设置的一对基底之间的液晶材料。
此类显示设备用于，例如便携式装置，诸如便携式电脑、笔记本电脑和便携式电话。
该间隔装置(间隔物)确定这些显示器中的单元隙，该单元隙为两个基底之间的距离。单元隙的均匀对于显示设备的正确操作是非常重要的。
USP 5.963.288描述了一种液晶显示器，其中通过例如环氧丙烯酸盐树脂等树脂的UV固化而获得该间隔物，通过平版印刷处理确定它们的位置。在相同的制造步骤中，使用相同的材料，提供围绕液晶材料的密封装置(密封物)。
然而，通常上述密封物被选择为各向异性导电密封物，以提供上基底的电极到下基底的接触衬垫之间的接触点。在USP 5.963.288的实例中使用非导电树脂，防止上基底的电极到下基底的衬垫之间的接触。同样可以选择导电树脂，但是这将会导致上基底的所述电极到下基底的衬垫之间的完全短路。
另外对间隔元件材料和密封元件材料的要求完全不同。间隔元件材料应该保持特定的固定形式，以控制单元隙，然而密封元件材料被优化为粘合到两个基底上，特性难以合并为单一材料。
在USP 5.963.288的实例中，间隔材料被设置在例如聚酰亚胺的导向层(orientation layer)的顶部，该导向层为液晶分子确定方向。然而在下一个步骤中，间隔材料经受照相平版印刷处理，该处理包括具有类似例如丙酮的溶剂的显影步骤，这可能破坏上述导向层的导向特性。
本发明的一个目标是克服至少一个上述问题。为此，根据本发明制造(显示)设备的方法包括步骤a)在形成间隔元件或密封元件的区域，将部分固化的树脂或聚酰亚胺材料设置于至少第一基底上；b)在部分固化的元件上提供第二基底；c)进一步固化上述树脂或聚酰亚胺材料；在优选实施例中，在部分固化上述间隔元件材料或上述密封元件材料之前，在形成间隔元件或密封元件的区域，将树脂或聚酰亚胺材料设置于基底上。
通过选择间隔元件区域的树脂材料或密封元件区域的聚酰亚胺材料，在其中一个处理步骤期间它们被部分固化，这些材料保持粘性。这些间隔物具有粘性，与第二基底具有良好接触，并当以下列步骤固化时，控制单元隙。
固化可以是物理过程、化学过程或二者兼有。
在装配上述两个基底之前，导向层可以设置在至少第一基底上，其现在不受照相平版印刷处理的影响，其中该处理包括具有类似例如丙酮的溶剂的显影步骤。
一种获得间隔物材料与两个基底的最佳交互作用的方法是，在形成间隔元件或密封元件的区域，向两个基底提供部分固化的树脂或聚酰亚胺材料，并随后耦合这些基底。
将会参考一些非限制性的实施例和附图，阐明发明的这些和其他方面，其中
图1概略示出显示设备的一部分的横截面，该显示设备中利用了本发明，同时图2示出制造期间的显示设备的一部分。
图形是概略的且未按规定比例绘制。相应元件通常由相同参考标记表示。
图1示出下基底2和上基底3之间具有液晶材料5的液晶设备1的一部分的横截面。液晶设备在下基底2和其他基底3上具有图像电极4。基底之间的距离大约为0.8-10微米，尽管由于其他电光效应(电泳)它可能达到50微米。
基底2、3，进一步包括导向层6、8而且如果需要(未示出)还包括滤色镜。基底2、3包括间隔装置7，其可以被导向层6覆盖(图1的右部)或者不被导向层6覆盖(图1的左部)。提供密封液晶材料的密封物12。
通过在基底2上设置例如酚醛清漆(novolak)的树脂7′，其优选为在电极4之间，经受照相平版印刷步骤，以限定要得到的间隔物；以及在基底2上设置例如环氧材料或聚酰亚胺材料的另一种材料12′，其同样经受照相平版印刷步骤，以限定要得到的密封物(见图2)，从而来获得所示出的结构。如果需要，可以合并两个照相平版印刷步骤。另一方面(此实例中未示出)，树脂7′可以设置在一个基底上，而聚酰亚胺12′设置在另一个基底上。
在下一个步骤中，树脂7′和聚酰亚胺12′只是部分固化。因此它们的结构的上部保持粘性。这些结构的底部已经形成足够的硬度，以作为第二基底的间隔物。这将保留一些柔韧性，尤其在顶部附近。
接着在特定压力下，第二基底3置于提供部分固化结构7′、12′的第一基底2上。
为了获得第一基底上的间隔物结构的至少上表面部分与第二基底的表面之间合适的交互作用，在间隔物和相对的基底的接触面处应该保持一些活动性。该活动性可能引入间隔物结构中，但是同样可以存在于第二基底的顶层(例如，第二基底上存在的聚酰亚胺导向层中)。通常存在多个在间隔物结构中引入活动性的方法。
在间隔物结构中引入活动性的第一方法包括以不同的化学物质(多种化学物质)使间隔物膨胀，其中溶胀剂(swelling agent)代表性地为小分子量物质，例如，使用于间隔物结构或聚酰亚胺导向层的处理中的溶剂。溶胀剂通过软化间隔物提高间隔物分子的活动性，使其更可压缩、更有弹性并增强表面的粘性(使具有粘性)。溶胀剂可以膨胀交叉结合和非交叉结合的间隔物结构。交叉结合的间隔物结构由分子网络结构组成，易受具有合适相容性的溶胀剂影响。例如，用水可以更容易地膨胀极性聚合网络，而且用庚烷可以膨胀非极性聚合网络。非交叉结合的间隔物结构不占有化学网络，但是仍然可能用溶胀剂来膨胀。然而，为了保留间隔物的几何结构和完整性，应该特别关注不能使用溶解间隔物的溶胀剂或仅使用极少量的这种溶胀剂。溶胀剂同样可以为分子，通常被称为“胶凝剂”或“增塑剂”或“胶粘剂”或“软化剂”。溶胀剂可以出现在间隔物的处理中，例如在旋转间隔物材料中使用的溶剂，在此情况下，在处理过程中该溶剂不应该被完全去除(干燥)。可选择地，可以在单独的处理步骤中加入溶胀剂，例如使用旋转涂覆或蒸汽流动。在施加压力(可选择地通过真空)耦合基底的过程中或之后，为了固化间隔物以获得适当的机械完整性和/或为了不污染显示材料(例如液晶)，优选为(部分地)去除溶胀剂。膨胀可以在间隔物的每个部分中发生或可以是不均一的(例如，由于溶胀剂在间隔物内有限的扩散，膨胀接近表面)。
这种固化类型可以被称为“物理固化”，同时不发生化学反应。然而，原则上溶胀剂在化学上同样可以是活性的，例如自身能够反应，或与间隔物元件发生反应，例如基于增加的温度。在此情况下，当溶胀剂可以置入间隔物时，无需去除该溶胀剂。
实例1膨胀粘合酚醛清漆抗蚀剂旋转涂覆在聚酰亚胺取向层上的显示基底上。干燥该层以去除溶剂，并随后通过掩膜以紫外(UV)光照射。该层被加热到摄氏90度15分钟，并随后被冷却及显影。干燥并摩擦得到的间隔物图案，以校准聚酰亚胺。随后在抗蚀层上旋转MMP(甲氧基丙酸甲酯)，以使间隔物图案膨胀。包含粘性间隔物的基底被耦合到真空模中的第二显示基底(在其表面包含导向层)，并被加热到摄氏150度一个小时。
实例2膨胀粘合酚醛清漆抗蚀剂旋转涂覆在显示基底上。干燥该层以去除溶剂，并随后通过掩膜以紫外(UV)光照射。该层被加热到摄氏90度15分钟，并随后被冷却及显影。在摄氏150度干燥60分钟得到的间隔物图案。随后聚酰亚胺(PI)前体在抗蚀层上旋转。在摄氏150度固化得到的导向层60分钟随后对其进行摩擦。为使PI具有粘性，N甲基吡咯烷酮(NMP)在导向层上旋转。间隔物抗蚀结构上包含粘化聚酰亚胺的基底被耦合到真空模中的第二显示基底(在其表面包含导向层)，并被加热到摄氏150度一个小时。
“物理固化”的另一个实例是被温度软化，其中间隔物材料可以包括这样一种材料，该材料在提高的温度下软化，例如获得高活动性以在提高的处理温度下用于耦合，但在室温下具有更高机械强度的低活动性。此类材料的典型实例为具有高于室温的玻璃转换温度(Tg)的无定形聚合体。该材料在Tg以下为玻璃态(坚硬的)，但是接近和高于Tg时逐渐软化(变得有弹性)。
在间隔物结构中引入活动性的第二方法包括间隔物结构的受限制的化学固化。
在照相平版印刷中处理掩膜图形，以限定涉及化学反应的间隔物结构。在正抗蚀剂中，通常包括物质的光致化学反应，促进粘合(聚和)材料的溶解，其发生于该掩膜(在非光透射区域中存在的间隔物)的正“图像”中的显影之后。在负抗蚀剂中，例如通过引发分子链生长(聚合)化学反应(单体被转化为聚合体)来降低抗蚀剂材料的可溶解性，以产生掩膜的负图像(在光透射区域中存在的间隔物)。
在后一情况下，该变换(＝单体转化为聚合体的数量)可以作为控制间隔物的活动性和机械强度数量的手段。例如，变换＝0(无聚合体)将会导致较高活动性(由于单体通常为液体)，但无机械完整性；反之，变换＝1(全部聚合体，无单体残留)将会产生高机械强度，但产生低分子活动性。因此为了最优粘合，在单元耦合之前受控制的中间变换为优选，以合并充分的机械硬度，并具有充分的分子灵活度。例如，光聚作用的自由基类型典型地可以导致室温下0.6的变换。间隔物因此可以被视为膨胀了聚合体矩阵中40％的单体。聚合体矩阵可以为交叉结合的或者非交叉结合的。在耦合期间或之后，通过升高温度，可以增大变换。
可选择地或在变换控制之外，聚合材料的分子量(平均链长)和分子量的分布为控制间隔物活动性的手段，因为小分子量或小分子量碎片的存在会提高活动性。此外，升高温度将会导致增加的分子量和降低的活动性。
实例3部分化学固化的粘合丙烯酸脂功能化的聚酰亚胺旋转涂覆在显示基底上。干燥该层以去除溶剂，随后在室温下通过掩膜以紫外辐射(UV光)照射。显影该层以获得间隔物图案并随后干燥。在升高的温度下，通过施加压力，将包含粘性间隔物的基底耦合到第二显示基底。
然而另一个实例(“有限的表面固化”)源自光化学反应的氧气抑制(inhibition)，其中例如包含丙烯酸脂光抗蚀剂的溶液旋转涂覆在显示基底上。随后干燥该层以去除溶剂。在空气中通过掩膜以紫外(UV)光照射该层，随后在溶剂中显影。在照射步骤中存在的氧气抑制材料表面的反应。干燥得到的抗蚀图案以去除显影剂。在升高的温度下，通过施加压力，将包含粘性间隔物的基底耦合到第二显示基底。
本发明不限于示出的实例。例如在部分固化结构7′、12″之后，导向层6可以设置在基底2上，导致图1右手一侧的结构。
同样，可以为两个基底提供粘性间隔物。在实例2中，第二显示基底在其表面上可以包含粘性导向层；在后一情况下，第一表面的间隔物可以被完全固化，通过对上述导向层的进一步固化和压力的施加来限定间隔物。
本发明存在于每个和全部新的特有特性以及特有特性的每个和全部组合。权利要求中的参考标记不会限制它们的保护范围。动词“包括”及其变形的使用不排除权利要求中所陈述之外的那些元素的存在。元素之前使用的冠词“一”或“一个”不排除多个此类元素的存在。
权利要求
1.一种制造设备(1)的方法，其中通过以下步骤获得两个基底(2，3)之间的间隔元件(7)或密封元件(12)a)在形成该间隔元件或密封元件的区域，将部分固化的树脂或聚酰亚胺材料设置于至少第一基底(2)上；b)在该部分固化的元件上提供第二基底(3)；c)进一步固化所述树脂或所述聚酰亚胺材料。
2.根据权利要求1所述的制造设备(1)的方法，其中通过以下步骤获得该部分固化的树脂或聚酰亚胺材料-在形成该间隔元件或密封元件的区域，将树脂或聚酰亚胺材料设置于至少第一基底(2)上，并随后部分固化所述间隔元件材料或所述密封元件材料，并提供具有粘性表面的所述元件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中设置部分固化的树脂或聚酰亚胺材料的步骤包括引入溶胀剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在引入溶胀剂之前，或与引入溶胀剂一起，引入用于该显示设备的功能层的材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中借助于喷墨系统设置该树脂或聚酰亚胺材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在不同处理步骤中设置间隔元件和密封元件。
7.根据权利要求1所述的方法，该基底为柔韧性的。
8.根据权利要求1所述的方法，该基底之间的距离为0.8至50μm。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在形成该间隔元件或密封元件的区域，为两个基底提供部分固化的树脂或聚酰亚胺材料。
10.根据权利要求1所述的制造设备(1)的方法，其中至少在形成该间隔元件或密封元件的区域，将该部分固化的树脂或聚酰亚胺材料设置在该第二基底(3)上。
11.根据权利要求1所述的方法，其中该设备为显示设备。
12.一种显示设备(1)，包括一对基底(2，3)之间的液晶材料(5)，其中通过间隔装置(7)以彼此相对的关系设置该对基底，至少为其中一个基底提供导向层(6)，该导向层覆盖该间隔装置。
全文摘要
在例如LCD中应用平版印刷的间隔物(6)和密封物(12)，通过用于间隔物的树脂和/或用于密封物的聚酰亚胺的不完全固化(物理或化学)，获得基底(2，3)的第一粘附。间隔物的最终固化可以发生在固化密封物之后或同时。
文档编号G02F1/161GK1846164SQ200480025281
公开日2006年10月11日 申请日期2004年8月17日 优先权日2003年9月4日
发明者彼得·J·什利克维尔, 彼得·A·西克尔, 亨德里克·J·B·贾格特, 尼古拉斯·科伊曼, 彼德鲁斯·C·P·布滕 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司