CN1952761A - 液晶显示设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种制造LCD设备的方法，其中通过在基板上非接触印刷取向膜的方法来形成取向膜。在密封部件和每个显示区域之间设置印刷控制图案。每个印刷控制图案都由高斥水性的区域以及细小的凹结构、细小的凸结构和柱形体的任何一个来形成。印刷控制图案控制取向膜材料像液体一样的展开，从而使每个取向膜材料的膜厚度变均匀。

Description

液晶显示设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种包括由非接触方法形成的取向膜的液晶显示(LCD)设备及其制造方法。本发明特别涉及一种各个取向膜边缘部分的膜厚度和轮廓形状的精确性得到改善的LCD设备及其制造方法。

背景技术

一般在LCD设备中，液晶层插在包含开关元件的基板和与该基板相对的另一个基板之间，并给该液晶层和基板之间的每个界面设置取向膜。通过给取向膜实施取向处理，如摩擦，可使基板附近的液晶分子分别在对应于该取向膜的单个方向上排列，液晶分子位于液晶层中。

作为制造取向膜的方法，通过印刷制造取向膜的方法是公知的。在印刷取向膜的情形中，例如为了阻止异物从制造设备附着到取向膜上，已经提出了非接触型的取向膜印刷方法，如喷墨方法。在该非接触型的取向膜印刷方法中，在基板上很远的位置以相等的间隔将取向膜材料以极小的液滴释放到基板上。落到基板上的取向膜材料的液滴像液体一样展开，同时通过其自身重量而逐渐变平，由此期望形成具有均匀膜厚度的取向膜。

然而，实际上，落到印刷区域的最外围上的取向膜材料的液滴还在向着印刷区域外围的方向上像液体一样展开，因此膜厚度在印刷区域的外围中不可能均匀。此外，因为落到基板上的取向膜材料的液滴易于沿着像布线这样的图案而像液体一样展开，因此存在一个问题，即印刷边缘部分中的膜厚度和轮廓形状的控制能力较差。

发明内容

因此，本发明的典型特征是提供一种制造LCD设备的方法，当通过与基板非接触的印刷方法形成取向膜时，该方法能提高各个取向膜的边缘部分的构图精确性。本发明的另一个典型特征是提供一种由这种制造方法制造的LCD设备。

此外，本发明的再一个典型特征是提供一种制造LCD设备的方法，当以类似的方式形成取向膜时，该方法能形成具有高均匀膜厚度的取向膜。本发明的再一个典型特征是提供一种由这种制造方法制造的LCD设备。

本发明的液晶显示设备包括：一对基板，其每一个都包括显示区域和围绕显示区域的外围区域；夹在基板之间的液晶层；设置在该对基板的外围区域之间的密封部件，该密封部件密封液晶层；设置在该对基板之一的表面与液晶层之间，以及该对基板的另一个的表面与液晶层之间的取向膜；和设置在密封部件与显示区域之间的印刷位置控制图案，该印刷位置控制图案的每个都由用于排斥形成取向膜的取向膜材料的相应一种的部件制成。

优选每个印刷位置控制图案都设置在显示区域和密封部件之间。

优选印刷位置控制图案分别由每个都能够容易地排斥取向膜材料的区域组成。

优选能够容易地排斥相应取向膜材料的区域分别由对取向膜材料具有斥水性的区域组成。

优选印刷位置控制图案分别由能够容易地排斥相应取向膜材料的结构组成。

优选印刷位置控制图案分别由柱形体组成，该柱形体与相应的对向基板接触，且支撑基板以保持单元间隙。

优选能够容易地排斥相应取向膜材料的每个结构都由下述图案的结构组成，所述图案重复凹结构和凸结构的至少一个。

优选每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降部分的宽度是50μm或更小。

优选每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降部分与印刷位置控制图案的区域的面积比为1/2或更大。

优选每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

本发明的制造液晶显示设备的方法是制造下述液晶显示设备的方法，该液晶显示设备包括一对基板，其每一个都包括显示区域和围绕显示区域的外围区域；夹在该对基板之间的液晶层；和设置在该对基板的外围区域之间的密封部件，该密封部件密封液晶层，该方法包括下述步骤：在该对基板的各个显示区域外部形成印刷位置控制图案，其每个都由用于排斥形成取向膜的取向膜材料的相应一种的部件制成，通过非接触印刷方法在该对基板的显示区域上分别形成取向膜，和用密封部件结合该对基板，并在该对基板之间插入液晶层。

优选印刷位置控制图案分别由每个都能够容易地排斥取向膜材料的区域形成。

优选能够容易地排斥相应取向膜材料的区域分别由具有斥水性的区域形成，该斥水性可抑制印刷取向膜的展开。

优选印刷位置控制图案分别由能够容易地排斥相应取向膜材料的结构形成。

优选能够容易地排斥相应取向膜材料的结构分别由包括凹结构或凸结构的区域形成，凹结构或凸结构抑制印刷取向膜的展开。

优选每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降部分的宽度是50μm或更小。

优选每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降部分与印刷位置控制图案区域的面积比为1/2或更大。

优选每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

优选通过光刻方法形成包括抑制印刷取向膜的展开的凹结构或凸结构的区域。

优选通过非接触有机材料印刷方法形成印刷位置控制图案。

优选印刷位置控制图案分别由柱形体组成，该柱形体包围相应的显示区域，且支撑该对基板以保持单元间隙。

优选通过沉积色彩滤色器层形成柱形体。

优选非接触印刷方法基于喷墨印刷方法。

优选喷墨印刷方法通过控制压电元件来产生要释放的取向膜材料的液滴。

优选喷墨印刷方法通过控制加热器来产生要释放的取向膜材料的液滴。

优选非接触印刷方法基于滴涂(dispense)印刷方法。

依照本发明的制造液晶显示设备的方法，在该对基板的显示区域外部形成印刷位置控制图案，其每个都由用于排斥形成取向膜的取向膜材料的相应一种的部件制成。这产生了如下典型的优点。

依照本发明，当通过非接触印刷方法形成取向膜时，即使取向膜材料在向着显示区域外围的方向上像液体一样展开，印刷位置控制图案也能够排斥取向膜材料，由此控制取向膜材料像液体一样的展开。这可形成在显示区域的中心与显示区域的边缘部分之间具有较小膜厚度变化的取向膜。因为可控制取向膜材料像液体一样的展开，所以利于取向膜的边缘部分的构图。

依照本发明的液晶显示设备，在密封部件和显示区域之间，设置有印刷位置控制图案，该印刷位置控制图案每个都由用于排斥形成取向膜的取向膜材料的相应一种的部件制成。这产生了如下典型的优点。

依照本发明，当通过非接触印刷方法形成取向膜时，即使取向膜材料在向着显示区域外围的方向上像液体一样展开，通过排斥取向膜材料的印刷位置控制图案可控制取向膜材料像液体一样的展开。因此，可获得取向膜的膜厚度均匀、不具有不规则性，且取向膜的构图精确性极佳的液晶显示设备。此外，作为取向膜的构图精确性改善了的结果，可实现不具有显示不规则性的液晶显示设备，从而提高了液晶显示设备的显示质量并降低了液晶显示设备的尺寸。

附图说明

通过参照结合附图的描述，本发明的这些和其他的目的和优点及进一步的描述对于本领域技术人员来说将是显而易见的，其中：

图1是显示有关本发明一个实施例的LCD设备的部分结构的横截面图；

图2是显示制造图1的LCD设备的方法的部分工序的流程图；

图3A到3D是按照制造步骤的顺序的LCD设备的阵列基板和色彩滤色器基板的横截面图，用于解释本发明的第一个实施例的取向膜印刷工序。

图4是用于解释在图3的取向膜印刷工序中使用的取向膜印刷装置的构造的示意图；

图5A是用于解释在图3的取向膜滴落工序中使用的印刷头的透视图；图5B和5C是由图3的取向膜的滴落而造成的LCD设备的部分平面图；

图6A到6D是LCD设备的部分截面图，用于解释图3的取向膜材料像液体一样展开的工序；

图7A是有关图4的取向膜印刷装置的印刷头的透视图；图7B和7C是用于解释图7A的印刷头的操作的横截面图；

图8是显示有关本发明的第二个实施例的LCD设备的部分结构的横截面图；

图9A到9D是按照制造步骤的顺序显示LCD设备的阵列基板和色彩滤色器基板的结构的横截面图，用于解释图8的取向膜印刷工序；

图10A和10B是用于解释图8的取向膜印刷工序的横截面图；

图11A和11B是图8的印刷位置控制图案61的一个例子的透视图；

图12A和12B是图8的印刷位置控制图案61的其他例子的透视图；

图13A到13C是图8的印刷位置控制图案61的另外其他例子的平面图；

图14是显示有关本发明的第三个实施例的LCD设备的部分结构的横截面图；

图15A和15B是显示有关本发明的第四个实施例的取向膜印刷装置的另一个印刷头的横截面图；

图16是显示第一个相关技术的LCD设备的部分结构的横截面图；

图17A到17D是用于解释图16中的取向膜的制造工序的横截面图；

图18A是显示第二个相关技术的LCD设备的部分结构的平面图，图18B是沿图18A的I-I线或II-II线的部分截面；和

图19A是图18的阵列基板的平面图，图19B是图19A的放大的部分视图。

具体实施方式

在描述优选的实施例之前，参照附图描述相关技术。

首先，描述第一个相关技术。参照图16，LCD设备1c包括作为第一基板的阵列基板10c、作为第二基板的色彩滤色器基板20c、连接这些第一和第二基板的密封部件50、和插在第一和第二基板之间的液晶层30。在各个基板的表面上设置有取向膜，这些表面与液晶层30接触。阵列基板10c在基板11上设置有作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)12和像素电极以及用作显示区域的其他电极，像素电极和其他电极与开关元件相连。阵列基板10c在设置有这些元件的基板11的顶部上设置有取向膜40。色彩滤色器基板20c在基板21上设置有黑色矩阵70和色彩滤色器80。色彩滤色器基板20c在黑色矩阵70和色彩滤色器80上设置有取向膜40a。此外，通过非接触印刷方法从各个基板上方释放取向材料并将其烘焙它们来沉积取向膜40和40a。

在第一个相关技术中，在按照图17A到17D的步骤的顺序的横截面视图中显示了形成取向膜40和40a。首先，如图17A中所示，将取向膜材料的液滴41释放到基板11上的显示区域90。该取向膜材料的液滴41像液体一样在向着显示区域90的外围的方向上展开，同时靠其自身重量逐渐变平，如图17B和17C中所示。然后，如图17D中所示，形成平坦的取向膜40。然而，在该情形中，取向膜40的边缘部分导致膜厚度较小的区域44。因此，存在一个问题，即取向膜40的膜厚度不易于均匀。

此外，当取向膜材料被印刷到像布线这样的长且窄的沟槽上时，印刷的取向膜材料沿着该沟槽像液体一样展开。因此，这导致下述问题，如在各个取向膜的边缘部分处取向膜材料像液体一样展开时导致的不均匀的膜厚度或较宽的变化。由于该原因，极难控制在形成布线图案的显示区域外围中的各个取向膜的边缘部分的膜厚度和轮廓。如果取向膜沿着取向膜边缘的布线在向着面板外围的方向上延伸，则在密封位置下形成了部分取向膜。这就降低了LCD设备的可靠性。为了解决上述问题，需要加宽显示区域和密封之间的空间，然而这导致了LCD设备较宽的框架面积。

此外，在由非接触型的取向膜印刷方法形成取向膜的情形中，存在一个问题，即很难控制膜厚度的均匀性。因为印刷到基板上的树脂，如清漆，靠自身重量展开，所以树脂在印刷区域的中心厚，在外围中稍薄。由于该原因，在通过临时干燥而蒸发溶剂之后的取向膜的膜厚度在中心变大而在外围中变小。在使用具有膜厚度变化的取向膜来组装LCD设备的情形中，平面内液晶的取向变得不均匀。因此，导致显示质量和可靠性的下降。

接下来，描述第二个相关技术。作为第二个相关技术，在日本专利申请未决公开第2001-330837中提出了一种LCD设备。如图18A和18B中所示，通过用密封部件50a插在阵列基板10d和色彩滤色器基板20d之间来将它们彼此结合，并通过在阵列基板10d和色彩滤色器基板20d之间填充液晶材料以提供液晶层30，构成该LCD设备1d。在阵列基板10d上，以矩阵排列多个栅极线112和多个漏极线113。像素电极、栅极线112和漏极线113通过开关元件(未示出)连接，该开关元件排列在栅极线112和漏极线113的每个交点处，由此构成了显示区域。此外，栅极线驱动电路(未示出)和漏极线驱动电路(未示出)分别连接到栅极线112和漏极线113。此外，在以此方式形成的像素电极、开关元件、栅极线112和漏极线113上形成取向膜40。

此外，如图19B中所示，在阵列基板10d的外围区域中形成几个凹凸图案100。这些凹凸图案100由外部的凹凸图案101、中间的凹凸图案103和内部的凹凸图案102组成。外部凹凸图案101和内部凹凸图案102分别沿着阵列基板10d的外围区域中的密封部件50a的图案而形成框架形状。这里，外部凹凸图案101和内部凹凸图案102形成在除液晶注入孔105的外围区域中。此外，在阵列基板10d上的外部凹凸图案101和内部凹凸图案102之间，在除液晶注入孔105的外围区域中类似地形成中间凹凸图案103，其与外部凹凸图案101和内部凹凸图案102的形状大致相同。

这些凹凸图案100由硅石(silica)膜或氮化硅膜形成，其作为涂覆膜是较硬的。此外，在色彩滤色器基板20d上设置马赛克色彩滤色器和公共电极，并在其上设置取向膜40a。然后，在分别形成在阵列基板10d和色彩滤色器基板20d上的取向膜40和40a上执行取向处理。之后，使取向膜40和40a彼此面对，由此彼此相对地设置阵列基板10d和色彩滤色器基板20d。通过使用以框架形状应用的密封部件50a以彼此间隔开预定的间隙结合阵列基板10d和色彩滤色器基板20d。此外，从液晶注入孔105在阵列基板10d和色彩滤色器基板20d之间注入液晶，并通过密封部件密封液晶。

第二个相关技术提出如下内容，通过在应用密封部件50a的阵列基板10d的外围区域中形成这种凹凸图案100，阻止密封部件50a展开。使用外部凹凸图案101和内部凹凸图案102，可控制密封部件50a展开的范围，并可将密封宽度设置为预定宽度。此外，对于外部凹凸图案101、内部凹凸图案102和中间凹凸图案103，它们的宽度和高度分别设为1μm。内部凹凸图案102和外部凹凸图案101之间的空间设为0.5mm。此外，中间凹凸图案103和密封部件50a一起用作支撑一对基板10d和20d的间隔器。

尽管应用的密封部件根据基板上的位置而变化，但可通过形成内部凹凸图案和外部凹凸图案来将密封部件的密封宽度设置在预定宽度内，即使在密封结合工序中用插在其间的密封部件50a来按压结合阵列基板10d和色彩滤色器基板20d。

就是说，第二个相关技术描述了在形成有电极和取向膜的LCD设备中，形成内部凹凸图案102和外部凹凸图案101来包围密封部件50a，且形成内部凹凸图案102来包围形成在一对基板中的一个基板上的显示区域90a。在第二个相关技术中，设置凹凸图案101和102来阻止密封部件50流出，并很清楚该凹凸图案102位于取向膜40和40a与密封部件50之间。然而，因为这些凹凸图案101和102作用于密封部件50并用于阻止密封部件50流出，所以在形成取向膜40和40a之后形成这些图案，并且不考虑取向膜40和40a。因此，没有考虑以均匀的膜厚度形成取向膜或这样做。

接下来，将参照附图描述本发明的实施例。参照图1，LCD设备1包括作为第一基板的阵列基板10、作为第二基板的色彩滤色器基板20、连接第一基板和第二基板的密封部件50、和插在第一和第二基板之间的液晶层30。在各个基板的表面上设置有取向膜40和40a，这些表面与液晶层30接触。

这些实施例的特征在于，在每个基板上的密封部件50和显示区域之间形成印刷位置控制图案60，其由能排斥形成取向膜40和40a的取向膜材料的部件构成。

此外，阵列基板10在基板11上设置有作为开关元件的TFT 12、像素电极以及用作显示区域的其他电极，像素电极和其他电极与开关元件相连。阵列基板10在设置有这些元件的基板11的顶部上设置有取向膜40。色彩滤色器基板20在基板21上设置有黑色矩阵70和色彩滤色器80。色彩滤色器基板20在黑色矩阵70和色彩滤色器80上设置有取向膜40a。此外，通过非接触印刷方法从各个基板上面释放取向材料并将其烘焙来沉积取向膜40和40a。

描述制造上述LCD设备的方法。首先，参照图2的步骤S1，在阵列基板10上形成元件和像素电极，随后在色彩滤色器基板20上形成黑色矩阵层和色彩滤色器层。同时，在阵列基板10上和色彩滤色器基板20上的密封部件50和显示区域之间形成印刷位置控制图案60，其用于控制液滴像液体一样的展开。液滴由取向膜材料构成且从各个基板上面释放。

每个印刷位置控制图案60都形成为可容易地排斥取向膜材料的区域或结构。可容易地排斥取向膜材料的区域一般是执行了低表面能量处理的区域，如下面所述的第一个实施例的情形中那样。此外，可容易地排斥取向膜材料的结构是至少形成凹结构或凸结构的结构，如下面所述的第二个和第三个实施例的情形中那样。

接下来，如步骤S2中所示，通过非接触型的取向膜印刷方法在各个基板10和20上形成取向膜。随后，如步骤S3中所示，通过很公知的方法对取向膜执行摩擦处理。根据常规使用的技术进行在该摩擦处理之后的工序。就是说，在步骤S4中形成密封部件50，在步骤S5中结合各个基板10和20，并在步骤S6中通过液晶注入孔注入液晶，从而形成液晶层30。此外，在步骤S7中密封该注入孔，从而形成液晶面板，并在步骤S8中对液晶面板执行各向同性处理，从而完成液晶面板。

在这些实施例中，在密封部件50和各个基板10和20上的每个显示区域之间形成印刷位置控制图案60，其用于控制取向膜40和40a像液体一样的展开。然后，通过非接触型的印刷方法，在显示区域中，即在印刷位置控制图案60内侧印刷取向膜材料。该印刷的取向膜材料像液体一样在向着显示区域外围的方向上展开，同时靠其自身重量变平，最终通过印刷位置控制图案60来控制像液体一样的展开。因为可用各个印刷位置控制图案60来任意控制形成取向膜的区域，所以通过印刷与表面面积和膜厚度的乘积相对应的量的取向膜材料，可形成在显示区域中心和显示区域边缘部分之间具有较小厚度变化的取向膜。

此外，因为可用这些实施例的构造来控制取向膜材料像液体一样的展开，所以显著地有助于取向膜边缘部分的构图。此外，可减小用于结合对向基板的密封部件与显示区域之间的距离，并制造由窄框架组成的LCD设备。此外，作为取向膜的构图精确性提高了的结果，就不存在显示不规则，并可改善LCD设备的显示质量。

(第一个实施例)

在本发明的第一个实施例中，每个印刷位置控制图案60都形成为可容易地排斥取向膜材料的区域，即执行了低表面能量处理并对取向膜材料具有高斥水性的区域。

参照图4，描述该实施例的用于印刷取向膜的取向膜印刷装置。取向膜印刷装置410包括用于存储取向膜材料411的罐413、用于将取向膜材料411释放到基板11上的印刷头414、和其上放置基板11的台416。印刷头414通过来自取向膜材料411的罐413的供给管而用取向膜材料411填充。在印刷头414中，排列有用于以等间隔释放取向膜材料411的喷嘴，并且每个喷嘴都具有响应于来自控制单元(未示出)的信号而任意释放取向膜材料的机构。

在取向膜的印刷工序中，如图3A中所示，首先，在阵列基板上形成TFT和印刷位置控制图案60。在色彩滤色器基板上形成色彩滤色器80、黑色矩阵70和已经执行了低表面能量处理的印刷位置控制图案60。在已经执行了低表面能量处理的区域中，表面能量变低，使得其上的液体(即本发明中的取向膜材料)很容易被排斥。例如，氟涂层是减小表面能量的涂层。作为借助于这种低表面能量处理方式形成印刷位置控制图案60的方法，例如，可以考虑如下方法：给基板的表面选择性地涂覆斥水处理材料，并蒸发溶剂，由此将斥水处理材料固定到基板的表面。优选的是斥水处理材料是下述材料，如通过将一般的含氟树脂、烃树脂或硅树脂(silicone)溶解到醇类溶剂(alcoholic solvent)中而获得的溶剂，其可容易地排斥取向材料。接下来，如图3B中所示，取向膜印刷装置410的印刷头414从放置在台416上的基板上方的位置扫描各个基板11和21，并将取向膜材料411的液滴41从印刷头414释放到各个基板11和21上，由此执行所述印刷。如图3C中所示，印刷在各个基板11和21上的取向膜材料411靠取向膜材料的自身重量而展开，由此降低取向膜材料的印刷不规则性。这里，在已经形成印刷位置控制图案60的区域中，抑制了取向膜材料像液体一样的展开。因此，如图3C中所示，可形成任意图案的取向膜材料。之后，如图3D中所示，通过烘焙已经印刷了取向膜材料的基板，可形成取向膜40和40a。

接下来，将描述印刷的取向膜材料的外观、印刷头414的喷嘴412的设置、刚印刷之后的取向膜材料411的外观，和印刷取向膜材料并像液体一样展开的状态等等。参照图5A，在印刷头414中，以选定的间隔(以喷嘴间距415)形成用于释放取向膜材料的喷嘴422。图5B显示了紧接在印刷头414通过以选定的速度从基板11的一边到另一边来扫描基板11，并随后通过在改变移动头414的位置之后扫描基板11来完成印刷之后的状态。

从图5A到图5C可以清楚看出，取向膜材料的印刷液滴41以与扫描速度和喷嘴间距415相对应的间隔排列在基板上。如图5C中所示，落在基板11上的取向膜材料的液滴41瞬间像液体一样展开并彼此交迭，从而变平。这里，对于落在显示区域90外围上的取向膜材料的液滴41，通过印刷位置控制图案60抑制像液体一样展开的区域42和43，并控制取向膜40的边缘部分。

接下来，描述印刷到基板的整个表面上的取向膜材料的厚度状态变化。如图6A中所示，取向膜材料的印刷液滴41被涂覆到基板11上的显示区域90。这里，印刷位置控制图案60设置在基板11上的显示区域90的外围中。如图6B中所示，取向膜材料的液滴41在向着显示区域90外围的方向上像液体一样展开，同时靠其自身重量变平，最终像液体一样扩展到印刷位置控制图案60，并由印刷位置控制图案60控制，如图6C中所示。因此，如图6D中所示，可将取向膜40的膜厚度较小的区域变窄。

接下来，描述取向膜印刷装置410中的印刷头，该印刷头执行取向膜的非接触印刷。在使用喷墨方法作为用于执行取向膜的非接触印刷的印刷头技术的情形中，喷墨头420在使用压电元件421的头的一个表面上设置有多个细小的喷嘴422，如图7所示。每个喷嘴422的直径大约为100μm。使用电压而振动的压电元件421分别排列在喷嘴422中。如图7B中所示，当给压电元件421施加电压时，压电元件421变形，并挤压作为用于印刷的液体的取向膜材料411，由此释放出取向膜材料的液滴41，如图7C中所示。

在该实施例中，因为可任意控制由该印刷位置控制图案60形成取向膜40的面积，所以通过印刷与表面面积和膜厚度的乘积相对应的量的取向膜材料，可形成在显示区域的中心与显示区域的边缘部分之间具有较小膜厚度变化的取向膜。这样，在该实施例中，在通过印刷取向膜的非接触方法来在基板上形成取向膜的情形中，可控制取向膜的外围的边缘部分，并控制膜厚度的均匀性。此外，如图6D中所示，可将在显示区域90与印刷位置控制图案60之间的取向膜40的膜厚度较小的区域44变窄。这能够实现具有窄框架的LCD设备。

(第二个实施例)

该实施例的特征在于，在各个基板上的密封部件50与每个显示区域之间，形成由能排斥形成取向膜40和40a的取向膜材料的凹结构或凸结构组成的印刷位置控制图案。

该LCD设备1a包括作为第一基板的阵列基板10a、作为第二基板的色彩滤色器基板20a、连接第一和第二基板的密封部件50、和插在第一和第二基板之间的液晶层30。在各个基板的表面上设置有取向膜40和40a，所述表面与液晶层30接触。

对于该实施例的印刷位置控制图案，通过光刻方法至少形成凹结构或凸结构。此外，通过非接触印刷方法从各个基板上方释放取向膜材料并将烘焙它们来沉积取向膜40和40a。

描述该实施例的制造流程。如图9A中所示，首先，在阵列基板上形成布线层13、开关元件12和像素电极。对于开关元件，尽管优选使用TFT，但还可使用其他开关元件，如MIM(金属绝缘体金属)元件。在使用TFT作为开关元件12的情形中，布线层13包括栅极电极和源极电极。此外，为了形成栅极电极和数据电极，在基板11上沉积金属膜，如图9A中所示。

接下来，为了在涂覆密封剂的区域与布线图案区域以及显示区域之间形成印刷位置控制图案61的凹结构或凸结构，如图9B中所示，给基板涂覆光致抗蚀剂，并曝光和显影成任意的光致抗蚀剂图案14。之后，如图9C中所示，通过使用该光致抗蚀剂图案14作为掩模进行蚀刻，与布线图案同时形成包括凹结构或凸结构的印刷位置控制图案61。这里，对于形成印刷位置控制图案的材料，不必说，不但可使用金属膜，而且还可使用导电膜、绝缘膜和有机膜，都可获得类似的效果。此外，因为与布线图案、接触孔等同时形成印刷位置控制图案，所以在不增加新的制造工序的情况下，可以以与常规工序相同的方式来执行该形成。

随后，如图9D中所示，通过使用非接触取向膜印刷方法给第一基板印刷取向膜材料。在紧随该印刷之后，印刷的取向膜材料在除印刷位置控制图案61之外的部分中开始像液体一样展开。之后，执行干燥和烘焙，从而形成理想膜厚度的取向膜40和40a。这里，印刷位置控制图案的目的是形成凹结构或凸结构61，因此蚀刻量可以不等于形成布线的蚀刻量。

接下来，描述制造包括色彩滤色器的第二基板20a的方法。如图9A中所示，通过很公知的方法由树脂和金属层形成在像素之间形成的黑色矩阵层71。与第一基板10a的情形中一样，如图9B中所示，给形成的黑色矩阵层71涂覆光致抗蚀剂，并曝光和显影成任意的光致抗蚀剂图案14。在印刷位置控制图案61上，如此形成图案，即形成细小的凹凸结构。之后，如图9C中所示，通过使用该光致抗蚀剂图案14作为掩模进行蚀刻，形成黑色矩阵层71和由细小的凹凸结构组成的印刷位置控制图案。之后，在第二基板21上，通过很公知的方法形成由染料或颜料制成的色彩滤色器，由此形成ITO电极。这里，对于形成细小的凹结构或细小的凸结构的材料，不必说，不但可使用用于黑色矩阵层71的材料，而且还可使用色彩滤色器材料和其他的材料，都可获得类似的效果。

随后，如图9D中所示，通过使用非接触取向膜印刷方法给第二基板20a印刷取向膜材料。在紧随该印刷之后，印刷的取向膜材料在除印刷位置控制图案61之外的部分中开始像液体一样展开。之后，执行干燥和烘焙，从而形成理想膜厚度的取向膜40a。这里，第一和第二基板可以是用于在基板之间施加电压的垂直电场控制系统的液晶模式的类型，或者是用于在平行于基板的方向上施加电压的水平电场控制系统的液晶模式的类型。

对于以此方式形成的第一和第二基板，对取向膜40和40a执行取向处理，如摩擦处理等，然后将基板结合，从而形成LCD设备。对于取向处理之后的制造方法，使用很公知的技术，故省略其描述。

接下来，描述包括细小的凹结构或细小的凸结构61的印刷位置控制图案的工作原理。图10A是显示将取向膜材料的液滴41滴落到基板11上的状态的侧视图，在基板11上形成有细小的凹结构或细小的凸结构。图10B是显示将取向膜材料的液滴41滴落到平坦基板上的状态的侧视图。参照图10A，在基板11上形成有凹结构或凸结构61，其小于落在其上的取向膜材料的液滴41。为了获得印刷位置控制图案61的效果，需要减小每个凹部分的下降宽度。如果减小每个凹部分的下降宽度，则在基板与印刷到基板的液滴41之间形成空气界面419，可很容易地排斥液滴41，由此可控制液滴41像液体一样的展开。

从印刷头释放的液滴41的直径大约从50μm到100μm。当落在基板上的液滴41像液体一样展开时的每个液滴41的直径大约为1mm。印刷头的喷嘴间距被设为大约从50μm到100μm。为了在基板与释放到基板的液滴41之间形成空气界面，每个凹部的下降宽度需要为50μm或更小。此外，为了扩大与液滴接触的空气界面的表面面积，需要扩大形成凹部的区域。具体地，通过将凹部与每个印刷位置控制图案61的面积比设为1/2或更大，可获得印刷位置控制的显著效果。

此外，对于凹结构或凸结构的印刷位置控制图案61的下降深度，本发明人通过执行印刷实验来进行验证。结果，获得了随后表1中所示的数据。该表涉及凹部或凸部的下降深度和有关第二个实施例的取向膜的边缘部分的控制能力。

表1

凹部或凸部的下降深度(nm)	取向膜的边缘部分的控制能力
		0	×
50	△
		100	○
150	○
		200	○

表1中的结果证实了，在通过使用非接触取向膜印刷方法来印刷取向膜的情形中，通过将凹结构或凸结构的下降深度设定为50nm或更大，可提高取向膜的边缘部分的控制能力，在将其设为100nm的情形中具有更加显著的提高。为了提高取向膜材料的印刷位置控制能力，凹结构或凸结构的下降深度需要为50nm或更大。优选为100nm或更大。

这里，形成在印刷位置控制图案61中的细小的凹结构或凸结构可以是以矩阵形式形成的凹结构或凸结构的印刷位置控制图案61a，如图11A和11B中所示。此外，如图12A和12B中所示，可以使用以三角形排列或交错排列形成的凹结构或凸结构的印刷位置控制图案61b。此外，可使用随意排列的印刷位置控制图案。此外，在印刷位置控制图案中形成的凹结构或凸结构的形状可以是正方形、圆形或多边形，如六边形，如图13A到13C中所示。

依照该实施例，通过由凹结构或凸结构61表示的印刷位置控制图案60，可任意控制形成取向膜40和40a的面积。因此，通过印刷与表面面积和膜厚度的乘积相对应的量的取向膜材料，可形成在显示区域的中心与显示区域的边缘部分之间具有较小膜厚度变化的取向膜。这样，在通过给各个基板印刷取向膜的非接触方法来形成取向膜的情形中，该实施例可控制各个取向膜的边缘部分，并控制膜厚度的均匀性。此外，在基板上形成诸如布线图案的元件的同时，能够形成凹结构或凸结构61。在不增加新的制造工序的情况下，可形成在显示区域的中心与显示区域的边缘部分之间具有较小膜厚度变化的取向膜，并可控制各个取向膜的边缘部分。

(第三个实施例)

接下来，参照图14描述作为本发明的具体实施例的第三个实施例。该实施例的特征在于，在各个基板上的密封部件50与每个显示区域之间形成柱形体62和62a，其每个都由作为各个基板上的印刷位置控制图案的柱形元件形成，该印刷位置控制图案能排斥形成取向膜40和40a的取向膜材料。柱形体62和62a彼此相对设置，从而以选定的空间支撑第一和第二基板。柱形体62和62a通过包围取向膜40和40a的外围来控制取向膜像液体一样展开的范围，由此能够控制形成取向膜40和40a的位置。

该实施例的LCD设备1b包括作为第一基板的阵列基板10b、作为第二基板的色彩滤色器基板20b、连接第一和第二基板的密封部件50、插在第一和第二基板之间的液晶层30、和柱形体62和62a。在各个基板的表面上设置有取向膜40和40a，所述表面与液晶层30接触。

这些柱形体62和62a通过光刻方法由诸如光致抗蚀剂的树脂等形成。例如，还可通过沉积色彩滤色器层80来形成柱形体62a。此外，还可通过将树脂等构图来形成柱形体62a。应当注意到，在阵列基板10b的情形中，优选将树脂等构图。

此外，该实施例考虑扩大如图11A和12A中所示的用于控制像液体一样展开的凸结构，并使扩大的凸部也用作支撑各个基板的柱子。对于柱形体的排列，当从垂直于第一基板(或第二基板)的方向上看时，柱形体需要被形成为包围取向膜40和40a。此外，因为密封部件50还进一步设置在这些柱形体的外部，所以这些柱形体包围密封部件50内的取向膜40和40a，这与密封部件的情形中一样。

依照该实施例，通过由柱形体62表示的印刷位置控制图案60，可任意控制能够形成取向膜40的面积。此外，通过由柱形体62a表示的印刷位置控制图案60，可任意能够控制形成取向膜40a的面积。通过印刷与表面面积和膜厚度的乘积相对应的量的取向膜材料，可形成在显示区域的中心与显示区域的边缘部分之间具有较小膜厚度变化的取向膜。这样，在通过给各个基板印刷取向膜的非接触方法来形成取向膜的情形中，该实施例可控制各个取向膜的边缘部分，并控制膜厚度的均匀性。因为柱形体62和62a彼此相对设置，所以它们可以以选定的空间支撑第一基板10a和第二基板20b，这有利于保持单元间隙。

(第四个实施例)

接下来，参照附图描述作为本发明的特定实施例的第四个实施例。在第一个实施例的图7中，作为非接触取向膜印刷方法，描述了使用压电元件的喷墨方法作为取向膜印刷装置的印刷头。另一方面，可使用bubble jet(气泡喷墨)(注册商标)。描述使用该气泡喷墨方法的印刷方法。

如图15A中所示，在使用该气泡喷墨方法的气泡喷墨印刷头430中，在填充有取向膜材料411的罐中安装加热器431。如图15B中所示，当给加热器431供给电功率以加热取向膜材料411时，取向膜材料411膨胀并产生空气气泡432。因此，取向膜材料411被挤压，从而释放出取向膜材料的液滴41。

尽管上面具体描述了优选的实施例，但本发明并不限于这些实施例，各种修改和应用也是可以的。

例如，作为非接触取向膜印刷方法，还可使用通过空气挤压并释放液体的滴涂方法。应当注意到，印刷取向膜的方法能够被应用到给基板印刷取向膜的非接触方法，但并不限于这些方法。此外，依照本发明，不但可通过非接触印刷方法，而且还可通过柔版印刷(flexographic printing)方法，都可获得类似的效果。

此外，如果将非接触喷墨方法用于形成印刷位置控制图案并印刷取向膜，则印刷装置将不与基板接触，因此不会将异物等从设备转移到基板，由此带来了降低由异物引起的缺陷的效果。

此外，在上述的实施例中，如图2中所示，制造方法如下：在步骤S5中结合基板10和20，在步骤S6中通过在基板之间填充液晶材料来形成液晶层30，在步骤S7中密封液晶注入孔。另一方面，本发明还应用于下述制造LCD设备的方法，即通过将液晶滴落到一个基板上，随后通过使用密封部件结合两个基板，由此生产液晶面板的滴落结合方法。该方法的顺序称为滴下式注入(one drop fill)(ODE)工序。

此外，上述的第一个到第三个实施例的LCD设备是在色彩滤色器基板上形成色彩滤色器的LCD设备。另一方面，本发明的印刷位置控制图案还能够应用于TFT上色彩滤色器型(COT型)的LCD设备，例如其中还在阵列基板中形成色彩滤色器。本发明能够应用于用密封部件结合两个基板，同时在形成色彩滤色器的阵列基板与对向基板之间插液晶层的LCD设备。

尽管已经参照附图描述了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的真实范围的情况下，可以做各种变化和修改。

Claims (32)

1.一种液晶显示设备，包括：

一对基板，其每一个都包括显示区域和围绕显示区域的外围区域；

夹在基板之间的液晶层；

设置在该对基板的外围区域之间的密封部件，该密封部件密封液晶层；

设置在该对基板之一的表面与液晶层之间、以及该对基板的另一个的表面与液晶层之间的取向膜；和

设置在密封部件与显示区域之间的印刷位置控制图案，该印刷位置控制图案的每个都由用于排斥形成取向膜的取向膜材料中的相应一种的部件制成。

2.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中每个印刷位置控制图案都设置在显示区域和密封部件之间。

3.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中印刷位置控制图案分别由每个都能够容易地排斥取向膜材料的区域组成。

4.根据权利要求3所述的液晶显示设备，其中能够容易地排斥相应取向膜材料的区域分别由对取向膜材料具有斥水性的区域组成。

5.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中印刷位置控制图案分别由能够容易地排斥相应取向膜材料的结构组成。

6.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中印刷位置控制图案分别由柱形体组成，这些柱形体与相应的对向基板接触，并且支撑基板以保持单元间隙。

7.根据权利要求5所述的液晶显示设备，其中能够容易地排斥相应取向膜材料的每个结构都由下述图案的结构组成，所述图案重复凹结构和凸结构的至少一个。

8.根据权利要求7所述的液晶显示设备，其中每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降部分的宽度是50μm或更小。

9.根据权利要求8所述的液晶显示设备，其中每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降部分与印刷位置控制图案的区域的面积比为1/2或更大。

10.根据权利要求8所述的液晶显示设备，其中每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

11.根据权利要求7所述的液晶显示设备，其中每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降部分与印刷位置控制图案的区域的面积比为1/2或更大。

12.根据权利要求11所述的液晶显示设备，其中每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

13.根据权利要求7所述的液晶显示设备，其中每个印刷位置控制图案的重复的凹结构或重复的凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

14.一种制造液晶显示设备的方法，该液晶显示设备包括一对基板，其每一个都包括显示区域和围绕显示区域的外围区域；夹在该对基板之间的液晶层；和设置在该对基板的外围区域之间的密封部件，该密封部件密封液晶层，该方法包括下述步骤：

在该对基板的各个显示区域外部形成印刷位置控制图案，其每个都由用于排斥形成取向膜的取向膜材料的相应一种的部件制成，

通过非接触印刷方法在该对基板的显示区域上分别形成取向膜，和

用密封部件结合该对基板，并在该对基板之间插入液晶层。

15.根据权利要求14所述的制造液晶显示设备的方法，其中印刷位置控制图案分别由每个都能够容易地排斥取向膜材料的区域形成。

16.根据权利要求15所述的制造液晶显示设备的方法，其中能够容易地排斥相应取向膜材料的区域分别由具有斥水性的区域形成，该斥水性能够抑制印刷取向膜的展开。

17.根据权利要求14所述的制造液晶显示设备的方法，其中印刷位置控制图案分别由能够容易地排斥相应取向膜材料的结构形成。

18.根据权利要求17所述的制造液晶显示设备的方法，其中能够容易地排斥相应取向膜材料的结构分别由包括凹结构或凸结构的区域形成，该凹结构或凸结构能够抑制印刷取向膜的展开。

19.根据权利要求18所述的制造液晶显示设备的方法，其中每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降部分的宽度是50μm或更小。

20.根据权利要求19所述的制造液晶显示设备的方法，其中每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降部分与印刷位置控制图案的区域的面积比为1/2或更大。

21.根据权利要求19所述的制造液晶显示设备的方法，其中每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

22.根据权利要求18所述的制造液晶显示设备的方法，其中每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降部分与印刷位置控制图案的区域的面积比为1/2或更大。

23.根据权利要求22所述的制造液晶显示设备的方法，其中每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

24.根据权利要求18所述的制造液晶显示设备的方法，其中每个印刷位置控制图案的凹结构或凸结构的每个下降的深度是50nm或更大。

25.根据权利要求18所述的制造液晶显示设备的方法，其中通过光刻方法形成包括抑制印刷取向膜的展开的凹结构或凸结构的区域。

26.根据权利要求17所述的制造液晶显示设备的方法，其中通过非接触有机材料印刷方法形成印刷位置控制图案。

27.根据权利要求17所述的制造液晶显示设备的方法，其中印刷位置控制图案分别由柱形体组成，这些柱形体包围相应的显示区域，且支撑该对基板以保持单元间隙。

28.根据权利要求27所述的制造液晶显示设备的方法，其中通过沉积色彩滤色器层形成柱形体。

29.根据权利要求14所述的制造液晶显示设备的方法，其中非接触印刷方法基于喷墨印刷方法。

30.根据权利要求29所述的制造液晶显示设备的方法，其中喷墨印刷方法通过控制压电元件来产生要释放的取向膜材料的液滴。

31.根据权利要求29所述的制造液晶显示设备的方法，其中喷墨印刷方法通过控制加热器来产生要释放的取向膜材料的液滴。

32.根据权利要求14所述的制造液晶显示设备的方法，其中非接触印刷方法基于滴涂印刷方法。

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