CN1075016A - 液晶显示元件和器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制作液晶显示器的基片材料及 由该基片材料制成的显示器件。所述基片元件包括 一聚合物薄片，其至少一个主表面上有包括多个突出 的、基本平行的隆起物的微结构分布，所述隆起物与 基片主体在物理和化学上结合在一起，各隆起物均具 有与基片主体隔开一定间隔的平面确定的共同高度， 从而对与所述第一基片主体隔开的第二平面形成支 撑，所述隆起物四周的表面上具有可独立寻址的导电 区域。

Description

本发明涉及用于制作液晶显示器的基片材料以及由该基片材料制成的显示器件。具体地说，本发明涉及带槽的具有整体式隔离肋的聚合物基片，从而可采用柔性基片，又能维持器件壁之间的必要的间距不变。

液晶显示（LCD）器件已为从所周知，并且可用于一系列要求重量轻、功耗低，以及平板显示的应用场合。一般来说，这些器件都包括一对片状的玻璃基片元件或“半室”（half-cells），这些基片元件与位于玻璃基片之间的液晶材料彼此叠置在一起，用密封胶将基片的周边密封起来以形成室或器件。一般都将透明电极加到基片的内表面，从而可在基片上各点处加上一个电场，由此即在显示器上形成了可寻址的像素区。

本领域中已知有各种类型的液晶材料，这些材料都可用在称之为扭曲向列（TN）的、超扭曲向列（STN）的、以及铁电的显示器件的器件中。铁电液晶由于它们的双稳特性和快速的转接时间变得特别有用。在题为“Chiral    Smectic    C    or    H    Liquid    Crystal    Electro-Optical    Device”的美国专利4，367，924中以及题为“Surface    Stabilized    Ferroelectric    Liquid    Crystal    Devices”的美国专利4，563，059中都描述了铁电液晶材料和包括了这些材料的显示器件。

期望能够制造出重量较小的大面积显示器，用于诸如计算机之类的便携式装置中，并且是和架空的投影器等一道来使用的。某些有机聚合物基片比玻璃轻得多而且还是透明的，因此在大面积小重量的显示器中宁愿选择这种聚合物基片而不使用玻璃。但是使用聚合物材料作为液晶显示器的基片存在一个问题，即这些材料与玻璃相比其柔性较大，必须使用大量致密的隔离物将这些基片分隔开，以便能在形成液晶显示器件的两个具有小间距的基片之间保持均匀的间隔，为了能在低电压下产生均匀的电场，并且在整个显示区域显示出均匀的对比度，需要对装有液晶材料的浅腔进行精确的控制。对于表面稳定的铁电液晶显示器来说这个问题就更加严重，因为这种显示器要求将标称的2μm的间距控制到0.1μm范围内，才能得到良好的结果。

用来实现所需间距均匀性的现有技术装置或者采用如美国专利4，501，471中所述的尺寸精确确定短长度聚合物纤维或球，或者采用如美国专利4，720，173所述的由光敏抗蚀材料制作并粘结到基片上的隔离元件。这些方法中的每一个都有缺陷，不容易把纤维和球状间隔颗粒均匀地放在基片上以便在其整个面积上保持均匀的间隔，而且纤维还可能重叠在一起，从而增加了隔离物的高度。此外，当器件发生弯曲或按其它方式实际受压时，这些隔离物可能会移动或错位，从而在显示室内会出现一些缺乏隔离物的区域。对于被粘结的结构元件，要求将它们以精确的相同高度准确地定位在每一个基片上。要给出有效的液晶显示器所需的尺寸和公差，其工艺是困难的。与基片化学组分不同的那些元件会受到不同的热膨胀的影响，在交界处使粘结发生断裂，并且使隔离元件发生移动。

在将现有LCD的制作技术扩展至较大面积方面存在着一个缺点，即依赖于大面积光刻技术的状态（目前，仅限于18平方英寸以下）以及抛光玻璃技术的精度。由于大量的光刻步骤，目前4英寸对角线的显示器件的制造成品率很低，有时小于20%。这样低的成品率使显示系统的成本增高。更大面积的显示器的成本还要高。

通过使用一种具有与基片集成在一起的微结构隔离装置的基片元件，本发明克服了现有技术的这些缺点。本发明将基片和隔离物的功能组合在一个被称之为微结构基片元件的一个整体式的元件内。本发明还包括使用这种基片元件或半室的液晶显示器件，以及制作这种基片元件的方法。

具体地说，本发明包括基片元件，它们适于用作制造可电寻址的液晶显示器中的半室。这些半室包括一个聚合物片，在基片的至少一个主表面上该片有一个微结构分布。该微结构有多个由突起物，最好是一系列相互平行的隆起物构成的隔离元件，这些隆起物在物理和化学上与基片的主体结合成一整体，每个突起部都具有一个共同的高度，该高度由一个位于基片主体上方的平面所确定，从而形成了对一个第二基片的支撑。所谓“化学上的结合”，意思是指隔离元件所包含的化学组分基本上与基片相同，而且在隔离元件和基片主体之间没有插入由不同化学成分组成的粘结剂或其它连接层。包围突起部的表面具有可独立寻址的导电区域。

将一个薄的透明导电层设置在一个显示器件上，即可将该导电层加到基片上。这样一来，就可以在均匀隔开的液晶显示（LCD）室间隙的选择部分两端加上一个电压。也可将与液晶显示器相关的其它元件接到基片上，提供用来制作实用显示器件的半室。

这里所用的术语“微结构”指的是具有微米级测试特征的尺寸的结构元件，例如从1微米左右直至10微米左右的结构元件。正是这些整体式微结构的存在，才使本发明的制品区别于现有技术的制品。

本发明的制品是由下面将要描述和举例说明的现有的模塑技术制作出来的，这些技术使微结构特征能和基片一起整体式模塑出来。模塑的微结构特征的尺寸公差可以极小，而且尺寸可复制得没有明显变化。这种能够提供与基片整体地结合在一起的极精确的隔离元件的能力，以及在大面积上精确定位的能力，使生产出来的大面积显示器在其整个面积上都具有均匀的外形。

具有与基片整体地结合在一起的微结构隔离物的优点是：1）可在米数量级尺寸的整体面积上制得极为均匀的微结构基片，从而给出极高的光均匀性，2）可使整体式微结构与邻近导体电绝缘，这样就可省去耗资巨大、成品率低的光刻步骤，以及3）因为无需单独施加隔离珠或纤维、或光刻的点或条，使LCD制造方法更为简单。据信，本发明可以和铁电液晶以及TN、STN和其它液晶材料一道使用，实现精确和准确的间距控制，以便用在高清晰度、大信息量、直接观察及投影式的显示器中。

图1是一说明液晶显示器件主要元件及其相关电子线路的部分立体示意图;

图2是本发明液晶器件的一个实施例的部分立体示意图;

图3和图4是一个液晶显示器件的部分剖面图，表示本发明基片的不同结构和特点。

图5是本发明具有微结构对准特点的液晶器件基片的部分立体视图;

图6是一个液晶器件的剖面图，该器件包括两个分立的液晶层，由本发明的中介间隔及隔离元件分开。

这里所示的附图都不是按比例给出的，或者说不是以正确的相对比例绘出的。给出这些附图的目的是为了表示本发明的微结构基片的相对位置关系和特点，以及表示如何将这些微结构基片设置在液晶显示器件的内部。

可寻址的液晶显示器件在现有技术中是众所周知的。如图1所示，现有的扭曲向列显示器件10包括一个由一对透明的平板状基片12和14形成的室或包层，基片12和14相互对齐、叠置、并且相互分开。基片的周边通常采用按照网板印刷技术涂上粘性密封胶（未示出）进行结合和密封，形成一个密封室。基片之间的薄层空间或腔内填充液晶材料28，之后立即进行最终的密封。在两个基片的内表面上，就像现有技术中众所周知的那样，或者按分段的设计方式、或者按x-y矩阵设计方式（如图所示），安置导电透明电极16（a）至16（e）以及18（a）至18（e），形成多个象元（或象素）。尽管图内仅仅表示出几个电极，实际上室内装有大量的电极，电极数目一般都随着室面积的增加而增加。

在液晶显示室的内表面部分涂敷校准涂层20、22，使得在与显示器表面界面处的液晶材料具有所要求的取向。这样做将保证液晶把光转动一定的角度，这个角度是和显示室相连的偏振器校正方向的余角。根据显示的类型来选择偏振元件24、26，使用时，这些偏振元件可以和一个或多个显示表面相连。当希望进行反射式显示而不进行透射式显示时，可将一个反射器元件（未示出）与下基片12相连。在这种情况下，下基片12不必是透明的。

上述的液晶显示器的部件和组装技术全都是公知的。组装的细节可在下述文献中找到：例如，“Liquid    Crystals-Applications    and    Uses”，Volume    1，Bitendra    Bahadur，Ed.，World    Scientific    Publishing    Co.Pte.Ltd。（1990），Chapter    7，“Materials    and    Assembling    Process    of    LCDS.”

液晶材料填充在基片12和14之间的整个空间，但是为了进行说明，图中仅表示出一列液晶材料28，所对应的区域是交叉的电极16（d）和18（a）相重叠的公共区。箭头30（a）至30（e）表示，在没有电场的情况下液晶分子如何被校准层20、22校准成90°扭曲。箭头30（a）至30（d）还分别和偏振器24、26的偏振方向相一致。

如图所示，电极引线32（a）至32（e）以及36（a）至36（c）分别连到总线引出线34和38，总线引出线34和38又连到用标号40示意表示的寻址电路。

扭曲向列液晶器件使用了胆甾醇（cholesteric）液晶，这种液晶在器件中具有如图1中箭头30（a）至30（e）所示的螺旋的或扭曲的分子取向。通过设置在器件上的电极给这种液晶材料加上一个电场，由于分子的电各向异性，使这些分子重新取向并且“解绕”。这一特性使处于扭曲状态的分子能够旋转偏振光，并使处于非扭曲状态的分子能够通过光而不发生旋转。当和偏振器一起使用时，这种旋转偏振光的能力使显示器能起光阀的作用，或者阻挡透射光或反射光，或者允许透射光或反射光通过。表面42代表一个像素区，该像素区可通过寻址电极16（d）和18（a）同时接通或断开。把能单独寻址的电极安置在显示器上，该显示器件即具有了显示图像的能力。

也可将铁电液晶用于显示器件中。这些分子具有和所加电场方向相同的极化矢量。于是，加上电场（“有条件场”），就使这些液晶分子按特定方式取向。由于这些液晶分子材料具有双稳性质，即使在撤去电场以后这些液晶分子仍能保持原电场的取向，因而可降低功耗。加不同极性的电场可以将液晶材料重新适应于场的不同取向特征。由于液晶对不同取向的光的影响不同，所以可使液晶在显示器件中有效地接通和断开像素以显示信息，这在现有技术中是众所周知的。本发明的微结构基片元件对于铁电液晶具有特殊的利用价值，例如用于获得具有灰色标度能力的器件中，这将在下面作较详细的描述。

为在所选的像素上产生一个电场，电极可以单独地寻址。在某些寻址方案中，快速地顺序和重复扫描这些电极，可以得到类似于电视图像的活动图像。这就要求在短时间间隔“刷新”显示器，以迅速接通和断开这些像素。为了以合适的电压数值迅速地接通和断开像素，液晶材料层应该均匀而薄，并且要使外形均匀一致，则两个基片之间的间距就变得极为重要了。

为了能够制备出具有均匀间距及最终外形的大面积显示器，本发明使用了一个或多个带有整体式隔离物的基片，这些隔离物是与基片整体式制作在一起的微结构元件。

参照图2，其中表示的是本发明的液晶显示器件的一部分。图2中用50表示的液晶显示器件包括透明的下基片52和透明的上基片54。微结构隔离肋56与基片52整体地制作在一起，并且具有一个共同的高度以支撑上基片54。透明的导电电极58和60分别定位在上、下基片的内部，并且与电源相连（未示出），以便在两个相对的电极之间建立一个电场，任选的校准材料62、64和66表示在各个不同的位置。校准材料64是由于在下基片52上涂敷校准层62而产生的，并且被粘结剂/密封胶68所覆盖。因此，校准材料64起不到校准作用;如果需要，就可以省去。用粘结剂/密封胶68将上基片54粘结到隔离肋56的顶部，粘结剂/密封胶68还将该显示室的周边密封起来。隔离肋56与基片52和54一起形成一个腔，在用粘结剂/密封胶68沿显示室的周边密封以形成完整的显示器件之前，将液晶材料（未示出）安置在该腔内。

虽然本实施例中及其它实施例中用一组平行的肋作为隔离元件，但应该明白，其它种类的突起物也能实现这一功能。因此，具有不同几何形状横截面的分立短柱，或其它形式的突起都可用作隔离物，并都可用下述模塑方法提供。

突起或隔离元件之间的横向间隔依显示器件的特定应用场合可有相当大的变化。隔离元件（突起）的宽度范围从约1或2微米直至若干微米，如25微米或更大些。其上限由给定的显示器中可允许的非工作区的大小决定。一般来说，期望一个显示器至少有50%的工作区。即，隔充元件的有突起的表面面积应该只占显示区域中基片总表面的1/2左右。对于基个的隔离元件具有基本上相等的表示尺寸的一个基片而言，隔离元件之间的横向间隔可能至少为沿着所测方向上的隔离元件宽度的1倍，也可能为该宽度的10倍或更多。此外，通常还期望沿水平或垂直方向每厘米至少约有10个像素（25行/英寸），对于高分辨率显示器来说应达到每厘米约为120或240个像素（300-600行/英寸），而对于极高分辨率显示器来说应达到每厘米约400个像素（1000行/英寸）。若隔离肋的宽度为2微米，而工作区占50%，则可达到约为2500个像素/厘米（约6000行/英寸）的密度。

基片52最好是以下所述的能进行模注的热塑性聚合材料，为光学透明的，并且在显示器件制作和使用期间所面临的条件下具有较好的尺寸稳定性。本发明所用的热塑性材料包括：聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚氨酯聚酰亚胺、多硫聚合物，以及其它的透明热塑性聚合物。上基片54没有下基片的上述微结构特点，它最好也是一种如上所述的有机聚合材料，或者是现有技术中常用的玻璃。如果上基片54也具有本发明所述的微结构特征，那么上基片54最好是聚合物材料。尽管没有具体表示出来，但可以设想得到，上基片54也可能与下基片52相类似，是具有微结构的基片，可以设置与隔离肋56相接触、并与隔离肋56交叉成直角的隔离肋。

本发明所用的电极材料是一些公知的透明导电氧化物，例如铟锡氧化物（ITO）以及其它LCD中常用的材料。通常是用喷镀或其它公知技术，将导电材料汽相沉积在基片表面上。因为汽相沉积技术不能给出足够高的精度，所以导电材料可能沉积在隔离肋的顶部。如果在隔离肋上留有这种导电区，就很可能缩短相配合的基片的电极区上的导电区。可以采用各种技术来消除这些电极，诸如沉积后磨光肋的顶部，在用光致抗蚀剂保护需要的电极表面的同时腐蚀掉导电层等等。当采用蚀刻技术时，对整个基片表面施加正光致抗蚀剂，让肋顶部的光致抗蚀剂对激光器的光进行有选择的曝光，从而使电极上部的光致抗蚀剂不进行曝光。除去肋顶部的光致抗蚀剂，并将该基片暴露于蚀刻剂中。除去肋顶部的导电层以后，再除掉电极区上的光致抗蚀剂，并且根据需要加上校准涂层和/或其它材料。

本发明所用的校准组分也是现有技术中所公知的。它们是通过常用的旋涂技术或其它技术由溶剂施加的各种聚合材料，这些材料可以在基片整个表面上设置一个薄而均匀的涂层。一旦涂好，即将这些材料烘干，并用布或其它东西拭净，从而提供一个定向表面，该定向表面将使与其接触的液晶分子排齐。一种优选的校准材料是尼龙聚合物，这种聚合物可进行溶剂涂敷并可用布（如天鹅绒）擦拭以提供一种有用的校准层。

已知的许多粘结剂/密封胶材料都是有用的。对于塑料基片和玻璃，一般使用可聚合的有机材料。热固化环氧树脂是公知的，它具有适宜的强度，同时具有较高的抗液晶化合物腐蚀的性能。光固化粘结剂也是常用的，它的优点是能消除热固化过程产生的应力。丙烯酸盐粘结剂在本发明中作普通的紫外线固化的粘结剂用。有些情况可用超声粘结，从而可省去粘结剂，通过基片材料本身的加热、流动、和重新固化来产生粘结和密封。

为了在整个由微结构隔离开的LCD上得到光学均匀性，须确保这些隔离肋与LCD显示室的配对基片保持接触，才可维持设计间隔不变。一种解决方案是，用粘结方式将每个隔离肋粘结到配对的基片上。这并不简单，因为肋仅有几个微米高，而粘结剂通常的涂敷厚度为几个微米。常规的涂敷方法（如刀涂敷、凹版涂敷、等等）会使涂层太厚，并且还可能将粘结剂涂在沟道中妨碍液晶的填充。

已经发现了一种给肋施加粘结剂的方法，称之为“搭接”法（“tack-off”method）。按照该方法，将粘结剂在溶剂中稀释，均匀地施加到一个平的基片（支撑片）上，干燥成十分之几微米的厚度，并且通过将微结构表面的肋的侧面滚过薄粘结层将其“搭接”在微结构肋的顶部。薄的粘结剂决不会接触到微结构的沟道部分，因此不会跑到沟道中。

图3表示本发明的另一个实施例。显示器件70包括下、上基片72和74，整体式隔离肋76，透明的导电材料78、80、82，校准材料84、86、88，以及粘结/密封粘结剂90。图中所示的隔离肋76带有支撑尖顶92。设置尖顶92的目的是通过将超声能量集中于尖顶处来提供有助于基片的超声粘结特性，使用粘结剂粘结时，尖顶起隔离物的作用，当将上基片向下压向隔离物时能保持最小的粘结剂厚度。如果没有尖顶，在将上基片压向隔离物时，太小的压力会使粘结层的厚度过大，太大的压力又会使粘结层过薄，产生不坚固的粘结以及可能的失效点。在任何情况下，不均匀的压力都可能在上、下层之间产生所不希望的不均匀间距。这些尖顶有助于将这种情况减至最小。

在尖顶92上可看到电极材料82和校准材料88。在难以避免将这些材料沉积在隔离肋76上，同时又要把这些材料沉积在基片的其它区域的情况下，可以使用这种结构。

器件70还可以包括模塑在基片内紧靠隔离肋76的隔离槽94。设置隔离槽的目的是减少基片72上相邻电极之间电接触的可能性。所示的槽位于隔离肋的两侧，但仅在每个隔离肋的一侧设置槽也是有效的。两个槽进一步减少了电短路的机会。对尺寸要求不高，只是槽要足够窄、足够深，能够防止沉积在基片上的导电电极材料淤积到槽中即可。一般地，槽深约15微米，宽约5微米。槽壁的一个表面或两个表面可以是平直的，也可以是倾斜的。一般来说，至少有一个壁是倾斜的结构，对于模塑技术来说其好处是便于从模具中脱出来。在隔离装置不是平行的隆起物时，槽可为非平行槽的形状。这样，如果使用分立短柱作隔离元件，则槽在柱底处呈环形的沟槽形式。

图4表示显示器件100的一部分，该显示器件100包括下、上基片102和104，图中表示的隔离肋为106（a）至106（f），但实际上一般都包括大量的隔离肋，隔离肋的数目随显示室面积尺寸的增加而增加。图中还表示出电极材料108和110，校准材料112、114和116，以及粘结剂/密封胶118。在本实施例中，附有电极的下基片表面不是平坦的。在铁电液晶显示器中可以利用该基片具有的微结构部件提供灰色标度能力，其途径是改变上、下基片之间的空间，因而改变了一定外加电压下的有效场强。因为铁电液晶或为接通或为断开，它们的对比度并不随场强渐进变化。但通过改变不同像素区电极之间的间隔，就可以改变由一给定外加电压转换的像素区，从而就可以通过视觉来均化这些接通的和未接通的区域，从而可在完全断开和完全接通之间给出不断变化的灰度值。

图4所示的实施例中，在隔离肋106（a）和106（b）之间的基片表面有尖顶120和凹谷122，它们平行于隔离肋106而横向延伸。为使说明简洁，只表示出两个尖顶，但一般最好采用更多的尖顶，在一个250μm×250μm的像素内大约有10个尖顶才能得到良好的灰度控制。实际上，当给像素加上一个电压并让电压缓慢增加时，尖顶上方的铁电液晶首先接通，因为这里的场强最大。如果将电压保持在刚开始接通的这个数值上，则每个单独的像素都要作为接通的（例如暗的）和未接通的（例如亮的）液晶的条纹出现。人的眼睛就平均这些接通的和未接通的区域，并且感受到一定的灰度等级。当增加电压使其超过阈值（在尖顶上刚开始接通的电压值）时，接通区域的条纹将要随尖顶附近的场强的增加而展宽，并且接通了更多的液晶部分。人的眼睛将要平均这些接通的和未接通的区域，感受到一个新的灰度等级。可将电压增加到任何所需要的大小，直到接通了所有的像素区、达到全部接通或全部断开的状态为止。通过这种方法，可用铁电液晶得到各种级别的灰度。一般而言已经发现，尖顶与凹谷的高度差为隔离物高度的10%左右有利于实现良好的灰度控制。根据液晶的转接特性、显示器的环境（例如温度）稳定性以及控制电压的精度考虑，较小的高度不可能是有效的。

图4中所示的隔离肋106（b）和106（c）之间的表面124的另一个灰色标度部件是从左至右逐渐倾斜，而不像左边沟道中的表面那样有上下起伏。在本实施例中，从左至右的像素随场强的增加逐渐变暗。和用上边描述的尖顶获得的多条纹图像相比，这种情况对眼睛的效果更加粗糙。依据要达到的效果以及制作的容易程度，也可以使用具有高度变化的其它结构形状。

在下一个实例中，表面126、128和130的组合表示一个用微结构特征提供改进的彩色显示器的装置。在该实施例中，相邻像素区的电极表面126、128和130相对于上电极110具有三个不同的高度。在这些表面上方的每个沟道内都包括不同的彩色滤光片材料132、134和136，例如红、绿、兰。如果腔中的液晶材料的深度（d）是通过该滤光片的光的主波长（入）的一半，就可以得到最大的彩色强度。于是，由公式nd＝入/2给出（d）的最佳值，其中n是处于透光状态的液晶材料在主波长处的折射率。

为了进行说明，图4的剖面图在一个显示器中表示出多种特征。不过可以不在一个显示器采用所有这些特征，也能使用与所示的组合不同的另一些组合。

图5表示本发明的一个微结构LCD基片140，其中省去图2中用标号62和64表示的校准层，不过，通过在下基片140隔离肋142之间的沟道中的表面144和146上形成一些呈方向性花纹的槽，从而得到一个定向表面，仍可达到类似的效果。槽的花纹可以是一些连续的平行沟槽，或者一些不太有规则但基本上仍有一定方向的槽花纹，这些槽可通过诸如凿毛机或致糙机（roughened    or“raggy”tool）在最后的模塑表面中轧槽而成。一般来说，槽的深度约为隔离肋高度的10-30%，例如约为1μm-3μm。表面144和146上开出这些槽就使这些表面具有沿这些线条所示的方向的定向效果，表面144上的线条平行于隔离肋142，表面146上的线条与隔离肋142倾斜成一定角度。当基片140中包括有这些定向槽时，便用导电材料148覆盖住这些槽，放入显示室中的液晶材料分子也将要优选地按图中所表示的方向排好。上基片（未示出）也可以有以互补方式排列的定向槽，而不管上基片上是否有隔离肋。使用这些定向槽，就不需要施加常规类型的单独的校准层，也就无需擦拭校准层来校准液晶分子的取向。

图6表示本发明的另一实施例，其中所示的部分显示器件150具有多层液晶材料。上、下基片152分隔开并且粘结到带有微结构的中介元件156上，元件156的两个主表面上有隔离肋158。导电材料160、校准材料162、以及粘结剂/密封胶164均如前述。液晶材料（图中未示出）包括在位于该显示室内部的腔内。

本发明的微结构液晶显示元件可通过采用压纹模塑的微复制技术制得。这种方法在现有技术中是公知的，并且在美国专利3，689，346、美国专利4，244，683、和美国专利4，576，850中作了描述，这里参照引用了有关该方法的公开内容。该方法主要涉及使用常规技术制备一个微结构标准模具。然后在标准模具中填充一种可聚合的合成物，使该合成物受到照射，迅速聚合该合成物，再从标准模具上取下聚合的合成物，就得到具有从标准模具复制出来的微结构表面的聚合制品。

当要模注两个主表面上都带有微结构的制品时，就要使用封闭的透明模具来聚合这种材料，打开模具并取下微结构元件。

为用实例说明本发明的微复制方法，使用常用的金刚石车床将铜合金切削出加工模具，然后通过电镀方法由主模具制作镍副模具。每个模具的尺寸约为4英寸×8英寸，并且每个模具都包含两种微复制隔离物花纹，它们的隔离肋高略有不同，每种花纹大约2英寸宽并且占据模具的整个长度。隔离肋的横截面是长方形的，在一种情况下是宽25微米、高2.5微米，在另一种情况下是宽25微米、高2.8微米。隔离肋横向地分开，在中心处的密度为每英寸300个隔离肋（每厘米有118个肋，或每厘米有118个像素），有效的像素面积约为70%。

具有两种不同的隔离肋高度的目的是为了适应在加压粘结成配对显示基片的过程中塑料微结构可能出现的张弛作用。第二个模具与第一个模具相同，只是在隔离腔的顶部增加一个带有尖顶的切面，以便给出图3所示之隔离肋。

然后，使用下述两种方法中的任何一种方法，利用副模具制作带微结构塑料隔离物的基片。第一种方法是将尿烷-丙烯酸盐预聚合物树脂浇注到副模具上，再在树脂上覆盖上一层聚酯或聚碳酸酯薄膜，其作用是起脱模衬的作用，并且在树脂固化后会使树脂的上端形成一个光滑的表面。然后用波长为340-380nm的紫外辐射照射1分钟左右使树脂固化。第二种方法是使用被加热了的副膜具，在100磅/英寸²的压力及170℃的温度下直接在一种聚碳酸酯膜（General Electric Number 8050）上压纹。

用2000埃厚的透明导电铟锡氧化物（ITO）涂料层溅涂具有微结构的塑料基片，再通过真空沉积，在ITO膜外覆盖上一层500埃厚的二氧化硅层。

第二基片用市场上销售的涂敷ITO的玻璃基片制成，这种玻璃基片具有密度为每英寸100个线条（39.4个线条/厘米）的平行线ITO花纹。用500埃厚的尼龙聚合物层旋涂这种带有花纹的基片。尼龙是间甲酚∶甲醇为60∶40的溶液中的0.5%Dupont（Elvamide尼龙多聚物树脂），并经过0.2微米的PTFE过滤器过滤。旋涂速率在2秒钟期间为500转/分，随后60秒钟为1200转/分。将涂敷的基片在60℃温度烘烤0.5小时，随后在70℃温度下烘烤几个小时。

使用常规方法，以干的天鹅绒布沿一个方向轻轻擦拭该尼龙层，即可得到一个校准表面。

然后，将按以上所述制备好的塑料和玻璃基片装配成对，即让涂敷面接触，把组件的玻璃面放在90℃左右的实验室热板上，并用可紫外固化的粘结剂（最佳的粘结剂是可以Norland Products Inc.得到的68^＃粘结剂）粘结该组件的三个侧面。采用这种较高温度的原因是，与玻璃基片相比，微结构塑料基片有较高的热膨胀系数，并且在较高温度下完成的液晶填充步骤过程中（下面将要描述），要求这种塑料不得弯曲。

使用LCD制造业中通常采用的并在前面引用过的参考文献“Liquid    Crystals-Applications    Uses”中描述过的真空填充方法给该组件填充铁电液晶材料，然后，使用可紫外固化的粘结剂密封该装置。

对于约为1平方英寸（2.54平方厘米）的最终显示器，在每个基片上的ITO电极之间能提供好于1兆欧姆的电绝缘。当给显示器填充含氟的铁电液晶材料（在美国专利4，886，619的实例174中描述了这种类型的液晶材料）并且将显示器放在两个交叉的偏振器之间时，我们发现该显示器的对比度大于10∶1，这一结果是观察使用市场上销售的架空投影器在墙壁上的投影而得到的。

使用搭接方法给微结构基片的肋施加粘结剂有两个不同的粘结方式。第一种粘结方式是一种热固化的环氧树脂方式，使用10%的溶于甲基异丁基酮（MIBK）中的环氧树脂粘结剂（例如Shell    Chemical的Epon332）固溶体。用4000转/分的旋速将这种固溶体旋涂到一个聚酰亚胺薄膜上。在室温下的空气中干燥十分钟后，即可得到厚度约为400nm的粘结膜。再用一个橡皮滚轮将隔离肋压向该粘结膜，即可把这种薄的粘结膜搭接到肋的顶部。然后将涂有粘结剂的肋的微结构和配接的LCD基片叠置在一起，并在90℃的烘箱中充分固化两个小时。

第二个粘结方式是紫外固化的环氧树脂方式，9%的溶于A型光致抗蚀溶剂中的环氧树脂（Norland^＃61）固溶体。用4000转/分的旋速将该固溶体旋涂到一个聚酰亚胺薄膜上。在60℃的烘箱中烘焙10分钟后，得到一个厚度约为600nm的粘结膜。按上述方式将该薄粘结膜搭接到肋的顶部。然后将涂有粘结剂的肋的微结构和配接的LCD叠置在一起，并且在紫外固化灯的作用下充分固化。

Claims (14)

1、一种适于制作电可寻址液晶显示器的基片元件，包括一个聚合物薄片，该薄片的至少一个主表面上有一个微结构分布，所说微结构包括多个突起的、基本上平行的隆起物，这些隆起物与基片主体物理和化学地结合在一起，各隆起物都升高到由一个与基片主体隔开一定间隔的平面确定的共同高度，从而对与所说第一基片主体分隔开的一个第二平面形成了支撑，所说隆起物四周的表面具有可独立寻址的导电区域。

2、一种如权利要求1所述的基片元件，其特征在于：所说的隆起物在一个尖顶处达到最高点。

3、一种如权利要求1所述的基片元件，其特征在于：至少一部分所说隆起物的顶部带有粘结剂。

4、一种如权利要求3所述的基片元件，其特征在于：所说粘结剂的高度最多可达1微米。

5、一种如权利要求1所述的基片元件，其特征在于：所说隆起物四周的基片区域相对于所说的平面而言处于不同的高度。

6、一种如权利要求5所述的基片元件，其特征在于：所说四周区域的高度变化至少为所说隆起物高度的10%。

7、一种基片元件，一个聚合物薄片，薄片的两个主要表面上有一个微结构分布，所说微结构包括与主体物理和化学地结合在一起的由突出的、基本上平行的隆起物组成的分布图形，每个主表面上的突起升高到一个由一个与所说主体的每一个表面分隔开的平面确定的公共高度，因而对与所说主体分开的一对附加基片形成支撑，所说基片元件具有可独立寻址的导电区域。

8、一种如权利要求7所述的基片元件，其特征在于：至少一部分所说隆起物的顶部带有粘结剂。

9、一种液晶显示器，包括一对相互重叠、对齐放置的室壁，两个室壁之间限定了液晶材料，在所说室壁的相对表面上有可寻址的电极，其特征在于：

至少一个所说室壁由一个聚合物薄片组成，该薄片的至少一个主表面上具有一个微结构分布，所说微结构包括物理和化学地与所说基片主体结合在一起的突出的基本上平行的隆起物，每一个隆起物都升高到一个由一个与该基片的主体分隔开的平面确定的共同高度，由此即对一个与所说第一基片主体分隔开的第二基片形成支撑，所说隆起物四周的表面具有可独立寻址的导电区域。

10、一种如权利要求9所述的显示器，其特征在于：所说的室壁在所说隆起物与所说第二基片接触的位置处彼此相互粘结。

11、一种具有液晶显示室的显示器件，包括一对相对的可电寻址的外室壁，以及插在两个所说外室壁之间的至少一个中介室元件，在所说室元件的两个主表面上有一个微结构分布，所说微结构包括一个物理和化学地与基片的主体结合在一起的由隆起物组成的分布图形，每个主表面上的突起都升高到一个由一个与所说主体的每一表面分隔开的平面确定的共同高度，由此对与所说主体分开的一对附加基片形成支撑，所说元件具有可独立寻址的导电区域，其中所说的外室壁和所说一个或多个中介室元件叠置对齐，从而在每个所说中介室元件的两侧形成一个独立的腔。

12、一种制作基片元件的方法，包括在基片元件的至少一个主表面上模塑带微结构分布的所说基片元件，所说微结构包括多个物理和化学地与基片主体结合在一起的突出的、基本上平行的隆起物，每个隆起物都升高到一个由一个与基片主体分隔开的平面确定的共同高度，由此对与所说第一基片主体分开的第二基片形成支撑。

13、一种如权利要求12所述的方法，其特征在于：将粘结剂施加到所说隆起物的至少一部分顶部上。

14、一种如权利要求13所述的方法，其特征在于：所说粘结剂的施加厚度最多可达1微米。

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