具有由控制弹簧张力产生的控制滴落量功能的液晶分配设备

摘要

一种液晶分配设备，用来通过控制一弹簧的张力来控制滴落到一衬底上的液晶量。该弹簧将一力作用到一针上，以迫使针朝向液晶容器端部上的一个开口移动，以便关闭该开口。一张力控制装置控制弹簧的长度，由此控制其作用力。一电磁线圈在一电源向其供电时，移动针使其向弹簧方向靠，以便打开该开口。该弹簧张力控制所需用来将针返回关闭开口的位置的时间。该弹簧张力还控制开口打开时喷射的液晶量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液晶分配设备，该设备分配一受控量液晶，所分配的量取决于一弹簧的张力。

背景技术

便携式电器装置如移动电话、个人数字助理(PDA)和笔记本计算机经常需要外形薄、重量轻且高效的平板显示器。现有各种类型的平板显示器，包括液晶显示器(LCD)、等离子体显示板(PDP)、场致发光显示器(FED)和真空荧光显示器(VFD)。这些平板显示器中，LCD具有可应用范围广、易于使用和画质好的优点。

LCD基于液晶的折射各向异性显示信息。如图1所示，LCD1包括下衬底5、上衬底3和设置在上衬底3与下衬底5之间的液晶层7。下衬底5包括驱动装置的阵列和多个象素(图中未示)。各驱动装置通常为位于每一个象素上的薄膜晶体管(TFT)。上衬底3包括产生色彩的滤色器。此外，一象素电极和一公共电极分别形成于下衬底5上和上衬底3上。准直层形成于下衬底5上和上衬底3上。这些准直层用来均匀准直液晶层7。

用一种密封材料9使得下衬底5和上衬底3相贴附。工作时，液晶分子一开始受到准直层的取向，然后根据视频信息再次受到驱动装置的取向，以便控制透过液晶层的光以产生图象。

制造LCD装置需要在下衬底5上形成驱动装置、在上衬底3上形成滤色器和在一个盒处理过程中注入液晶(接下来描述该过程)。以下参照图2描述这些过程。

首先，在步骤S101，在下衬底5上形成多条垂直交叉的控制线和数据线，由此在控制线与数据线之间限定象素区域。在每一个象素区域中形成接至一控制线和一数据线的一个薄膜晶体管。而且，在每一个象素区域中形成接至薄膜晶体管的象素电极。这能够根据通过薄膜晶体管施加的信号驱动液晶层。

在步骤S104，在上衬底3上形成(再现色彩的)R(红)、G(绿)和B(蓝)滤色器层和一公共电极。然后，在步骤S102和S105，在下衬底5上和上衬底3上形成准直层。摩擦这些准直层，以引起液晶分子的表面锚定(surface anchoring)(产生一前倾角和一准直方向)。之后，在步骤S103，将保持一恒定、均匀盒间隙的隔板(spacer)分散设置到下衬底5上。

然后，在步骤S106和S107，将一密封材料施加到外部上，使所得到的密封结构有一液晶注入口。该液晶注入口用来注入液晶。然后通过压迫密封材料将上衬底3和下衬底5贴附到一起。

尽管前面已经描述了如何形成单独一个板区域，不过实际上形成多个单位板面积是比较经济有利的。为此，下衬底5和上衬底3是含多个单位板区域的大玻璃衬底，每一个衬底上有含液晶注入口的密封件所包围的一驱动装置阵列或一滤色器阵列。为了隔离各个单位板，在步骤S108，将装配完的玻璃衬底切割成各个单位板。之后，在步骤S109，通过液晶注入口将液晶注入各个单位板中，然后密封液晶注入口。最后，在步骤S110，检验各个单位板。

如上所述，通过液晶注入口注入液晶。通常由压强导致液晶的注入。图3示出一液晶注入装置。如图所示，把装有液晶的容器12和多个单独的单位板1置入一真空室10内，使得各单位板1位于容器12之上。真空室10接至一真空泵，真空泵产生预定真空。一液晶显示板移动装置(图中未示)移动各单位板1，使它们接触液晶14，以使每一个注入口16处于液晶14中。

当通过使氮气(N₂)流入而增大真空室10内真空度时，通过液晶注入口16将液晶14注入各单位板1中。在液晶14完全填满各单位板1之后，用一密封材料密封每一个单独的单位板1的液晶注入口16。

尽管通常很成功，不过在用压强注入液晶14方面存在问题。首先，将液晶14注入各单位板1内所需的时间过长。通常，驱动装置阵列衬底与滤色器衬底之间的间隙非常窄，其数量级为微米。这样，在每一单位时间内，只能注入非常少量的液晶14。例如，约需8小时的时间将液晶14注入一单独的15英寸单位板1内。这降低了生产效率。

其次，液晶14消耗过大。实际只将容器12内少量的液晶14注入了各单位板1内。由于暴露在空气中或其他某种气体中的液晶14可能受到化学反应的污染，所以应当废弃剩下的液晶14。这增加了液晶生产成本。

因此，最好是有一种将液晶置于衬底之间的改进方法和设备。

发明内容

因此，本发明用来提供一种液晶分配设备，该设备直接将液晶滴到一玻璃衬底上，这基本上避免了因已有技术的限制和缺点所带来的一个或多个问题。

本发明的优点在于提供一种液晶分配设备，它能够利用一弹簧的张力控制滴落到衬底上的液晶量。

为了实现这些和其他优点，根据本发明的目的，如这里所具体和概括性描述的那样，提供一种液晶分配设备，该设备具有一用来盛装液晶的液晶容器。该液晶容器在一壳体内。一针板设置在液晶容器的下部上。该针板包括一开口，液晶容器内的液晶通过该开口排放。一活动针插入液晶容器内。一接纳壳体内的弹簧使得针压向该开口以使开口关闭。接至接纳壳体的张力控制装置通过控制弹簧长度来控制弹簧的张力。一最好是借助一磁棒的电磁线圈有选择地产生磁力以移动针远离开口。一设置在液晶容器下部的喷嘴在开口打开时喷出液晶。

弹簧最好位于针上的弹簧固定装置与张力控制装置一端部之间。如果弹簧的长度受到调整，那么施加到针上的张力会有所改变。因此，在去除磁力之后，弹簧将针返回以关闭开口。最好是，开口打开的时间取决于弹簧张力。此外，流过喷嘴的液晶量取决于弹簧张力。

应理解的是，前面总的描述和下面详细的描述都是示例性和解释性的，意欲用它们提供对所要求保护的本发明的进一步解释。

附图简要说明

所包括用来提供对本发明进一步理解且包括在本说明书内构成本说明书一部分的附图，示出了本发明的各实施例，并且连同说明书一起用来解释本发明的原理。

这些附图中：

图1是一LCD的剖视图；

图2是一流程图，它示出图1中LCD的传统制造方法；

图3示出一种已有技术液晶注入法；

图4是示出一种其中将所滴落的液晶材料用来制作两衬底之间液晶的图；

图5是一流程图，它示出根据一种液晶滴落法制造LCD的一个典型方法；

图6是示出该液晶滴落法的透视图；

图7示出一传统气动液晶分配设备；

图8A示出一种根据本发明的液晶分配设备的第一图；

图8B示出一种根据本发明的液晶分配设备的第二图；

图9是一种根据本发明的液晶分配设备的分解透视图；

图10示出分配液晶的图9的液晶分配设备。

具体实施例

现在详细描述本发明的实施例，其实例示于附图中。

为了解决传统液晶注入法的问题，近来已介绍了一种新颖的液晶滴落法。这种液晶滴落法通过将液晶直接施加到一衬底上，然后通过将衬底压到一起来分散所施加的液晶，从而形成一液晶层。根据这种液晶滴落法，在很短的时间内将液晶施加到衬底上，从而能够迅速形成液晶层。另外，由于是直接施加液晶，所以可以减少液晶的浪费，由此降低了制造成本。

图4示出这种基本的液晶滴落法。如图所示，将液晶直接滴落(施加)到下衬底105上，之后装配下衬底105和上衬底103。另一方面，可以将液晶107滴落到上衬底103上。也就是说，可以将液晶形成于一TFT(薄膜晶体管)衬底上或一CF(滤色器)衬底上。但是，其上施加有液晶的衬底应当是装配过程中的下衬底。

将一密封材料109施加到上衬底(图4中的衬底103)的外面部分上。然后随着将上衬底(103)和下衬底(105)压到一起，将上衬底(103)和下衬底(105)贴附到一起。同时，通过压强扩散液晶滴(107)，由此在上衬底103与下衬底105之间形成厚度均匀的液晶层。

采用这种液晶分配方法制造LCD的方法与传统的液晶注入法有许多不同之处。在传统的液晶注入法中，将装配好的具有多个单位板的玻璃衬底分成多个板，然后注入液晶。而在这种液晶滴落法中，将液晶直接施加到一衬底上，然后组装各衬底，之后将组件分成各单位板。这种液晶滴落法有许多优点。

图5示出采用该液晶滴落法制造LCD的方法流程。如图所示，在步骤S201和S202中，制造和处理TFT阵列，形成一准直层并且摩擦它。在步骤S204和S205中，制造和处理一滤色器阵列，形成一准直层并且摩擦它。然后，如步骤S203所示，将液晶滴落(施加)到一个衬底上。图5中，TFT阵列衬底如图所示接受液晶滴，而在某些应用中可能更好的是滤色器衬底。另外，如步骤S206所示，将密封剂印制到一个衬底上，在图5中，该衬底是滤色器衬底(在某些应用中可能更好的是TFT阵列衬底)。应当指出的是，TFT阵列制造方法和滤色器制造方法通常类似于传统LCD制造方法中所采用的那些方法。通过借助将液晶直接滴落到一衬底上来施加液晶，可以使用大型玻璃衬底(1000×1200mm²，或更大)制造LCD，这比可采用传统制造方法的衬底大得多。

之后，使上衬底和下衬底相互面对设置，并且压迫它们，用密封材料将它们相互贴附到一起。这种压迫使所滴落的液晶均匀散布到整个板上。在步骤S207中执行这一过程。通过该过程，用装配好的玻璃衬底制成多个具有液晶层的单位液晶板区域。然后，在步骤S208，处理这些玻璃衬底，并且将其切割成多个液晶显示单位板。参照步骤S209，然后检验最终得到的各液晶板，由此完成LCD板的制造过程。

这种液晶滴落法比传统液晶注入法的速度快得多。此外，这种液晶注入法避免了液晶污染。最后，只要这种液晶滴落法是完全的，那么它比液晶注入法简单，由此提高了生产效率和产量。

在这种液晶功能滴落法(施加方法)中，所滴落液晶的大小应当受到严格控制。为此，本发明提供一种用来滴落精确液晶量的液晶分配设备。

图6是示出采用一根据本发明原理的液晶分配设备120将液晶107滴落到一衬底105上的透视图。如图所示，将液晶分配设备120置于衬底105之上。

通常，随着液晶分配设备120以预定速度排放液晶，将液晶107滴落到衬底105上，衬底105以一预定速度沿x和y方向移动，因此，衬底105上的液晶107液滴以预定空间在x和y方向上排布。另一方面，衬底105可以固定，而沿x和y方向移动液晶分配设备120。不过，由于液晶分配设备120喷嘴上的液晶滴可能会受到液晶分配设备120移动的影响。因此，优选固定液晶分配设备120而移动衬底105。

为了将精确的液晶量滴落到衬底上，必须精确控制液晶的滴落量。传统的液晶分配设备利用气压控制滴落量。这样一种液晶分配设备称为气动液晶分配设备，参照图7描述它。

如图7所示，这种气动液晶分配设备220包括一圆筒形壳体222，其有一竖直的中心轴。沿着该中心轴，支撑有一可移动的、长而细的棒状活塞236。将活塞236的一个端部安装成能移动到一喷嘴245中，该喷嘴245设置在壳体222下端上。在喷嘴245周围的一个侧壁上有一开口，该开口能使液晶容器224中的液晶通过输送管226流入喷嘴245中。根据喷嘴245的动作将液晶从喷嘴245中滴出。但是，液晶的表面张力阻止其排出，直到对其施加一力为止。

两个通气孔242和244形成于壳体222中的气室(air room)侧壁中。一分隔壁223将活塞236所限定的气室内部分成两部分。将该分隔壁安装成利用活塞236在通气孔242与244之间移动内壁。因此，当将压缩的空气从通气孔242引入气室内时，向下移动分隔壁，而通过将压缩的空气从通气孔244引入气室内向上移动分隔壁。活塞236在上下方向上移动一预定量。

通气孔242和244接至一泵控制部分240，该泵控制部分240将空气从通气孔242和244中抽走或向它们供气。

工作时，从气动液晶分配设备中滴落预定量的液晶。通过利用一微量量具234控制活塞236的运动，可以控制滴落量(体积)，该微量量具234固定在活塞236上且伸出到壳体222之上。

在这种传统的气动液晶分配设备220中，液晶滴大小由气压控制。但是，需要花费相当长的时间来向气室供气。另外，利用气压使分隔壁223移动的速度非常快。所以，液晶滴大小无法迅速可控。而且，应当准确计算通过泵供给气室的空气量。但是，不可能将所需的准确空气量供给气室。此外，即使提供了准确的空气量，也要通过分隔壁223与活塞236之间的摩擦力来改变活塞236的动作。因此，很难以准确移动一受控方式下的活塞236。

为了解决传统气动液晶分配设备的问题，本发明的原理在于提供一种新型电子液晶分配设备，以下参照附图详细描述这种设备。

图8A和8B示出根据本发明原理的液晶分配设备120，而图9是该液晶分配设备120的分解透视图。如图8A和8B所示，液晶107盛装在一圆筒形液晶容器124内。液晶容器124最好由聚乙烯制成。另外，一不锈钢壳体122内装有该液晶容器124。聚乙烯具有优良的可塑性，它易于制成所需的形状，而且聚乙烯不与液晶107反应。但是，聚乙烯易于变形。这种变形可能导致使液晶无法滴落到适当的位置。因此，将液晶容器124置于不锈钢制成的壳体122内，这样其几乎不会变形。

液晶容器124可以由一种金属制成，如不锈钢。液晶分配设备的这种结构会简单，而且可以降低制造成本。但是应当将特氟纶材料应用到液晶分配设备的内侧上，以防液晶因与金属的化学反应而受到污染。

尽管图中未示，不过液晶容器124上部上的一输气管接至一输气装置。将最好是氮气的气体填充液晶容器124内没有液晶的空间。这种气压有助于滴落液晶。

参见图9，一开口123形成于壳体122的下端上，而一突起138形成于液晶容器124下端上。突起138插入该开口123内，以使液晶容器124与壳体122接合。突起138接至第一连接部分141。如图9所示，在突起138上形成螺纹，而在第一连接部分141的一侧上形成与其相配合的螺纹。这使得突起138与第一连接部分以螺纹方式拧到一起。

另外，第一连接部分141与第二连接部分142也以螺纹方式拧到一起，以便能使第一连接部分141与第二连接部分142相配合。一针板(needle sheet)143位于第一连接部分141与第二连接部分142之间。针板143插入第一连接部分141内，在第一连接部分141与第二连接部分142配合时，针板142保持在适当位置。针板143包括一排放孔144，该排放孔144能够使得液晶容器124内的液晶107排放到第二连接部分142中。

而且，一喷嘴145接至第二连接部分142。喷嘴145用来滴落少量的液晶107。喷嘴145包括：一支撑部分147，该支撑部分147包括一螺栓，该螺栓接至第二连接部分142；一喷口146，它从支撑部分147上伸出，用以将所分配的液晶形成一液滴。

通过前面的部件形成一从排放孔144到喷口146的排放管。通常，喷嘴145的喷口146直径非常小，并且其从支撑部分147上伸出。

参见图8A、8B和图9，针136穿过支撑部分121插入液晶容器124内。针136的一端接触针板143。针136的这一端为圆锥形，适于装入排放孔144内以便能够关闭排放孔144。

弹簧128安装在针136的另一端上，它延伸到上壳体126内。在圆筒形弹簧接纳壳体150内接纳有弹簧128。弹簧固定部分137防止弹簧从针136上滑下。如图9所示，支撑部分121包括一突起螺纹部件139。弹簧接纳壳体150包括能使螺纹部件139配合到弹簧接纳壳体150上的配合螺纹，由此将弹簧接纳壳体150固定到支撑部分121上。

弹簧接纳壳体150还包括与控制弹簧128张力的张力控制单元152的伸长螺栓153相配合的螺纹。螺栓153拧到弹簧接纳壳体150上。螺栓153的端部接触弹簧128。因此，弹簧固定在弹簧固定部分137与螺栓153之间。

在图8A、8B和图9中，参考数字154代表防止张力控制单元152移动的固定板。如图8A和8B所示，可以使张力控制单元152旋转，以使螺栓153调整弹簧的长度，进而调整弹簧的张力。当张力准确时，固定板可以锁定弹簧长度以产生所需张力。

如上所述，由于弹簧128安装和固定在弹簧固定部分137与张力控制单元152之间，所以可以通过张力控制单元152插入弹簧接纳壳体150内的长度来设定弹簧128的张力。例如，参见图8B，当控制张力控制单元152以使螺栓153插入弹簧接纳壳体150的长度短(通过使弹簧接纳壳体150外部的螺栓长度长)时，拉长了弹簧128的长度而减小了张力。另外，参见图8A，当弹簧接纳壳体150外部的螺栓153长度变短时，增大了张力。通过控制张力控制单元152，可以将弹簧128的张力控制到理想水平。

间隙控制单元134之上的磁棒132设置在针136之上。磁棒132由一种铁磁材料制成，或者由一种软磁材料制成。将电磁线圈130置于包围磁棒的位置。电磁线圈130接至一电源，该电源向电磁线圈130间歇供电。这种间歇供电在磁棒132上间歇产生磁力。

磁棒132与针136分开一预定间隔(x)。当向电磁线圈130供电时，所产生的磁力使针136接触磁棒132。当停止供电时，针136借助弹簧128的弹力返回其静止位置。针的垂直运动使得排放孔144能够有选择地开闭。

针136的端部与针板143可能受到反复接触产生的振动的破坏。因此，理想的情况是，用抗震材料制成针136的端部和针板143。例如，一种硬质合金如不锈钢比较合适。

图10示出排放孔144打开时的液晶分配设备120。如图所示，供给电磁线圈130的电使得针136向上移动。液晶容器124中的氮气迫使液晶通过喷嘴145。液滴大小取决于排放孔144打开的时间和气压。该打开时间由针136与磁棒132之间的距离(x)、磁棒132与电磁线圈130的磁力和弹簧128的张力确定。

磁力可以受电磁线圈130绕组数目、磁棒132的磁场的控制，或者受所供电力的控制。距离x可以受间隙控制单元134的控制。

弹簧128的张力受弹簧控制单元152的控制。图8A示出作为y1(有一很强张力)的弹簧128的长度，而图8B示出作为y2(有一很弱张力)的弹簧128的长度。位置Y可以由张力控制单元152调整。因此，针136的返回速度可以由张力控制单元152调整，排放孔144的打开时间可以由专利控制单元152调整，而且所滴落的液晶量可以由张力控制单元152调整。因而可以精确控制液晶滴的大小。

用张力控制单元152A来控制液晶滴的大小很有利。无需控制器如微型计算机，也就无需其成本和对其编程。此外，简化了整个操作。

对本领域的普通技术人员来说很明显的是，可以在不脱离本发明的实质或范围的情况下，在本发明中作各种修改和变换。这样，倘若这些修改和变换落在所附权利要求书及其等同物的范围内，意欲使本发明覆盖这些修改和变换。