在单元特别是液晶单元和电源或控制电路之间建立电连接的连接装置

摘要

本发明涉及一种电光单元，特别是液晶显示单元(2)或电化学光电单元，该单元包括第一透明前基底(4)和可以透明或不透明的第二后基底(6)，所述基底(4，6)通过限定容积(8)的密封框架连接，该容积用于保持物理特性特别是光学或电学特性能够改变的感光材料，所述基底(4，6)在它们彼此相对的表面上包括至少一个电极(14，16)，这些电极(14，16)将被连接到电源或控制电路，该单元(2)的特征在于密封框架包括在两个基底(4，6)之一上形成的至少一个壁(12)，所述壁通过其内侧面限定保持感光材料的容积(8)，基底(4，6)通过密封框架(30)连接，密封框架(30)占用至少部分由所述基底(4，6)和壁(12)的外侧面限定的间隙(28)，以及其中电极(14，16)包括由导电材料构成的接触凸起(20)，所述材料被添加到每个电极(14，16)的从壁(12)露出的延伸位置上，以便增加侧向电接触区域的表面，通过该区域将单元(2)的每个电极(14，16)连接到电源或控制电路。

说明书

技术领域

本发明涉及在电光单元如液晶单元或电化学光电单元和外部电源或控制电路之间建立电连接的连接装置。本发明还涉及制造这种单元的方法。

背景技术

第一已知类型的光电单元通过利用在半导体材料的结处出现的光电效应将光转换为电。半导体材料实现光吸收和由此引起的电荷(电子和空穴)分离的功能。材料必须高纯度且无任何缺陷，否则电子和空穴在能够分离之前复合。这种单元的成本价从而相当高。

本发明涉及第二类型的称为电化学单元的光电单元，其包括由于其禁带带宽而通常对可见光不敏感且仅在近紫外开始吸收的半导体材料。通过吸收着色剂如过渡金属合成物，其允许入射的光子和邻近的电子之间的转换速率，这种材料仍然可以感光。在通过吸收光子受到激发后，着色剂可以将电子转移到半导体材料的导带中。半导体材料内的电场使电子得到析取。在转移电子后，着色剂返回到基本的氧化状态。半导体材料导带中的电子和氧化的着色剂中的空穴之间的复合比氧化的着色剂通过介质的还原慢很多。因此，电荷分离是有效的。

上文中描述的单元类型通常包括第一透明前基底和通常可以透明或不透明的第二后基底。这两个基底的每一个在它们彼此相对的表面上包括也称为配对电极的第一电极，和通常称为光电极的第二电极。这些电极连接到电源电路，且通常制造为透明导电氧化物如铟/锡氧化物或锑/锡氧化物的混合物的薄层形式。

这两个基底通过沿边缘延伸的密封框架彼此连接。该密封框架限定密封容积，其用于保持沉积在基底之一上的层中的半导体材料和包含在前述介质中的电解质。

本发明还涉及所谓的电光单元特别是液晶单元，其和电化学光电单元一样，包括：

至少一个第一透明前基底，其顶表面形成单元的正面；

至少一个可以透明或不透明的第二后基底，其底表面形成所述单元的背面；

每个基底在它们彼此相对的表面上包括至少一个电极，这些电极将连接到显示控制电路，该电路通过对选定电极施加适当的电压，能够改变光学激活介质的透射或反射特性；

基底通过限定密封容积的密封框架连接，其中密封容积用于保持光学激活介质；以及

连接装置，用于设置或建立每个电极和显示控制电路之间的电连接。

上述类型电化学光电单元领域中的常见问题由连接装置引起，其中连接装置用于建立单元电极和电源电路之间的电连接。该问题也与电光显示单元冲突，其中单元电极必须连接到产生电控制信号的设备，所述信号改变保持在单元基底之间的感光材料的光学特性。

实际上，制造使这种单元电极能够连接到电源或控制电路的连接焊盘的最常用的技术在于使连接焊盘沿单元的至少一个边缘露出，其中承载电极的基底相对于另一个基底突出。从而这种解决方法包括必须使单元基底相对于彼此偏移，以便能够接触电极和产生电连接。这种布置使大规模制造单元变得困难，特别是当单元为圆形时，并且它要求消耗时间的附加玻璃划线和断线操作。

为了克服这些问题，EP专利申请EP 0936496 A1中提供了第一种解决方法。该EP专利申请公开了一种电化学光电单元，其中单元的两个基底中的每一个在其大部分表面上承载透明电极。将由导电材料构成的接触凸起添加到侧向接触区域中的每个电极上，其中该区域与在其上已经沉积有电板的基底边缘齐平。

由于上文中简述的本发明的特征，可以增加电接触侧向区域的表面，通过该区域将单元的每个电极连接到电源或控制电路。电极和电源或控制电路之间的电连接从而更加可靠。

然而，密封框架的沉积通过丝网印刷来实现，该技术在于利用人工或者机械操纵的橡皮滚轴，通过例如由尼龙或不锈钢构成的、具有非常精细网眼的丝网的无阻碍筛网眼来沉积糊类稠性材料。利用丝网印刷沉积密封框架的技术具有两个主要的缺点。第一个缺点在于很难精确地控制框架的最终尺寸。实际上，当将顶基底施加到底基底上时，密封材料被压缩并倾向于通过施加压力的作用散开，以至于密封框架宽度仅能以通常为十分之一毫米量级的精确度来控制。此外，通过丝网印刷沉积的密封框架的与液晶接触的内壁通常具有不规则形状，以至于框架必须布置在远离电极的充足距离处以防止它们重叠在其上。如果在连接露出的单元的边缘和单元的实际有效区域之间具有足够大的间隔，则这种情况可以接受。然而，一旦技术人员试图减小为连接器技术预留的静区的尺寸以便优化单元显示区域的表面或补偿笨重的问题，由丝网印刷技术提供的精确度则不再足够。

丝网印刷沉积技术的另一个缺点在于实现这些技术产生显著的机械应力，当发生丝网印刷步骤时这对已经沉积的相邻结构通常是有害的。为了保护这些易碎的结构，优选在沉积密封框架之后沉积它们。这是欧洲专利申请EP 0936496 A1中的情况，其中接触凸起通过注射型分配器沉积在相应的电极上。但是这种技术是不精确的并且很大程度上限制了可能形成在相同单元上的接触凸起的数目，这意味着该技术的使用适合具有低连接密度的单元。

同样，韩国三星电子有限公司的欧洲专利EP 0708931 B1中公开了具有薄密封框架的液晶单元和制造这种单元的方法。根据该方法，密封材料带沉积在尺寸大于所需液晶单元的第一基底的边缘上。然后在第一基底上沉积尺寸与所述第一基底相同的第二基底，以便产生由第一和第二基底和密封带限定的空腔。然后，固化密封材料以便连接两个基底，然后通过填充孔用液晶填充空腔，然后堵塞填充孔。最后，通过密封材料锯开两个基底的组件以将其还原到所需显示单元的尺寸。

在三星专利中，利用注射型分配器沉积密封带。从而，接触凸起的高度必须小于单元的两个基底分开的间隔，因为如果不是这样，那么在密封材料覆盖所述接触凸起的地方存在特别厚区域的风险，这种特别厚区域在它们在两个基底之间包含意味着单元没有密封的类似缺陷的情况下是不可接受的。进一步，当接触凸起不高时，它们必须宽以便提供充足的电接触表面区域，这很大程度上限制了可能连接的电极的数目，从而限制了由此得到的显示器的分辨率。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供一种包括连接装置的电光单元特别是液晶显示单元或电化学光电单元，来克服上述现有技术的缺点，其中连接装置用于建立单元的电极和电源或控制电路之间可靠且紧密的电连接。

本发明还涉及制造上述类型单元的方法，其容易实现且特别限制了已经沉积的单元部件损坏的风险。

本发明从而涉及电光单元特别是液晶显示单元或电化学光电单元，该单元包括：

至少一个第一透明前基底，其顶表面形成单元的正面；

至少一个可以透明或不透明的第二后基底，其底表面形成单元的背面；

基底通过限定密封容积的密封框架连接，密封容积用于保持物理特性特别是光学或电学特性能够改变的感光材料；

每个基底在它们彼此相对的表面上包括至少一个电极，这些电极将被连接到电源或控制电路；

单元的电极基本延伸到单元的边缘以形成连接装置，以便在单元和电源或控制电路之间建立电连接；

该单元的特征在于：

密封框架包括在两个基底之一上形成的至少一个壁，该壁通过其内侧面限定保持感光材料的容积，该壁延伸到相对于单元的边缘向里的位置，以便释放连接接点，从而电极通过壁，通过密封连接来连接基底，密封连接占用至少部分由基底和壁的外侧面限定的间隙，以及其中电连接装置包括由导电材料构成的接触凸起，导电材料被添加到每个电极的从壁露出的延伸位置上。

由于这些特征，可以增加侧向电接触区域的表面，通过该区域单元的每个电极连接到电源或控制电路。电极和电源或控制电路之间的电连接从而更加可靠。此外，密封框架由两部分形成，这两部分为壁和密封材料带，其中壁限定保持感光材料的容积，由于所述壁相比于单元的边缘略微向里形成，密封材料带在壁的外表面沉积且填充两个基底之间留下的空隙，上述事实使为单元的连接预留的静区尺寸基本减小，从而所述区域的显示区域的表面得到优化或其空间需求得到减小。最后，密封材料覆盖接触凸起，这防止了凸起损坏的任何风险。

根据另一方面，本发明也涉及制造至少一个上述类型单元的方法，该方法的特征在于包括以下步骤：

在每个基底上形成相应的电极；

在每个电极上在电极将与单元的边缘齐平的区域中沉积由导电材料构成的接触凸起；

在基底之一上形成至少一个壁，该壁通过其内侧面限定保持感光材料的容积；

将第二基底连接到第一基底；

引入能够流入由基底和壁的外侧面限定的间隙的密封材料，直到至少一部分间隙被密封材料占据；以及

固化密封材料以便形成由此获得的单元的密封框架。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从以下结合附图对根据本发明实施例的单元的详细描述中更加清楚，这些实施例仅作为非限制性说明，其中：

图1为单元的顶视图，示出了接收形成单元的密封框架的流体密封材料的填充沟道和相应的密封材料的输送孔；

图2为图1所示的单元的透视图，为了清楚省略了顶玻璃基底；

图3为部分省略顶基底的透视图，示出了由两个叠加基底和根据本发明的方法制造的壁的外表面限定的容积；

图4为图3所示单元的截面；以及

图5为根据本发明的一组单元的示意图。

具体实施方式

本发明从总的发明构思出发，其在于在两部分中制造用于单元例如液晶单元的密封框架，该两部分即壁和密封连接，其中壁可以非常精确地在单元边缘附近制造并通过其内侧面限定保持感光材料如液晶的容积，密封连接被引入两个基底之间的间隙中，并为由此产生的密封框架提供机械抵抗力和对于所述基底的粘合力。从而可以减小制造单元的电极露出所必要的空间，以至于得到更紧密的单元或提供更大的有效表面。实际上，由于直到现在很难精确地沉积密封框架，因此密封框架必须布置成充分远离单元边缘以确保电极将正确地从所述密封框架中露出，这导致单元有效表面的大量减小。此外，由于密封材料覆盖布置在导电通路末端处的导电凸起，因此防止了所述连接装置被损坏的任何风险。

本发明将结合液晶显示单元描述。所述实施例只是例证性的，本发明可以以相似的方式应用于任何类型的电光或电化学光电单元。

图1为制造过程中液晶单元2的平面图，通过两个叠加基底4和6例如玻璃基底的组件形成该单元，其中前基底4透明，而后基底6可以透明或不透明。

从图1中可以看出，单元2限定了封闭液晶的空腔8，空腔8由基底4和6和接收密封材料的密封壁10和12限定，密封材料将所述基底4和6彼此固定，如下文中详细描述。前基底4和后基底6也分别承载多个电极14和配对电极16。从图1中可以看出，这些电极14和配对电极16基本为直线且彼此垂直延伸。以夸大的稀疏方式示出以便使附图更易懂的这些电极14和16连接到电控制电路(未示出)，其通过对选定电极施加适当的电压能够改变在相关电极交叉点处的液晶形成的化合物的透射和光反射特性。当然，附图中所示电极的形状和数目仅是例证性的，这种电极的许多其他布置可以明显地想到。

单元2的电极14和16延伸到基底4和6的边缘附近，它们沉积在基底上以形成连接装置18，以便建立所述单元2和控制电路之间的电连接。然而，壁12从单元的边缘向里延伸，以便释放连接装置18，从而电极14和16通过它。

连接装置18由接触凸起20(在图2和3中更明显)形成，该凸起由导电材料构成，所述材料被添加到每个电极14和16的从壁12中露出的延伸位置上。由于这些接触凸起20，可以增加侧向电接触区域的表面，通过该区域每个电极14或16连接到电控制电路。电极14和16和控制电路之间的电连接从而更加可靠。

根据本发明的一个特征，接触凸起20的高度低于两个基底4和6分开的间隔，其高度由将两个基底彼此连接的密封框架的高度确定。

在图1所示的实施例中，可以看出密封壁10跟随两个叠加的玻璃基底4和6之间的外部轮廓，而壁12跟随液晶单元2的内部轮廓，以至于外壁10围绕内壁12。从而，这些壁10和12直接接触，其采取基本垂直壁的形式，彼此平行且相隔一段距离延伸，壁10直接与外部空气接触，壁12直接与液晶接触。它们有利于可以从图1中看出且在图2中更清楚的填充沟道22，用密封材料填充沟道22以形成单元2的密封框架。从而，供给密封材料的至少一个孔24设置在前基底4中，它与填充沟道22相通，而使用液晶填充空腔8的孔26也设置在所述前基底4中。当填充沟道22非常长且为单元2的几何结构的函数时，它可以通过壁部件分离成彼此隔离的两个或多个沟道，每个通过相应的填充孔24填充。当然，根据变形，技术人员也可以在外壁10中设置至少一个填充孔。

当然，很清楚壁10可以省略，仅存在通过其内侧面与要被保持的液晶接触的壁12。在该情况下，在构造所述壁12和在底基底6上定位顶基底4后，将密封材料引入由壁12的外侧面和两个叠加基底4和6所限定的间隙28中，直到所述间隙28的部分容积被所述密封材料填满，如图3所示。

该操作可以通过密封材料分配器来实现。分配器将沿两个基底4和6的部分边缘移动，以便形成密封材料带30，其通过接近壁12的外侧面并连接所述两个基底4和6从而形成密封框架。密封框架30延伸到单元的边缘不是必要的。仅需要充足的宽度以起密封框架的作用，即将感光材料与外部环境隔离以防止材料泄漏到单元外部并将两个基底4和6保持在一起。

为了沉积密封材料带30，技术人员也可以将由两个叠加基底4和6限定的单元2的边缘之一浸渍到包含一定量密封材料的容器中。通过毛细作用，密封材料将逐渐填充位于壁12周边外的空容积28。另一种可能性在于在两个基底4和6之间通过设置在壁12周边外的所述基底4或6之一中的填充孔注入密封材料。

根据本发明，在两个基底4或6之一的内表面上沉积对于即将出现的单元2的适当操作所必要的所有结构，例如电极或接触凸起(这些制造步骤将在下文中详细描述)后，用光致抗蚀剂材料层覆盖基底。然后通过常规光刻技术构造光致抗蚀剂层以使其具有前述的由壁10和12限定的填充沟道22的形式。一旦得到填充沟道22，将剩余的也是主要的基底连接到第一基底。当然，这些操作的顺序仅通过例证的方式给出，可以改变。

根据本方法的变形，构造光致抗蚀剂层以便不仅形成填充沟道，而且形成隔离物(为了清楚未在附图中示出)用于保持两个基底4和6之间不变的距离。由于本发明，从而可能以单制造步骤构造距离结构和填充沟道。通过该方法除节约时间和成本外，根据本发明方法的变形实施例的另一优点在于，由于隔离物和密封框架以伴随的方式形成，因此所述隔离物在制造密封框架的随后步骤期间将不易于受到损伤，这不同于现有技术中的情况。最后，填充沟道和隔离物利用相同材料制成，这进一步简化了本方法。

在本发明的范围内使用的光刻技术为常规类型，对本领域的技术人员是公知的。它们基本上在于通过光感光光致抗蚀剂层，其中所述光通过再现要被感光区域形状的掩模的透明区域。关于光致抗蚀剂材料，也以非常常规的方式为光敏树脂，本领域的技术人员将可以没有任何困难的选择，并且该材料通常的目的是在光学辐射感光和化学去除覆盖要被刻蚀的位置的区域后，保护要被刻蚀的层的表面在树脂存在的位置免受化学试剂的作用。可以采用来自Dow Chemical的光敏2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮(cycloten)和由MicroChem Corp.销售的SU8产品作为非常适合于制造壁10和12的材料。

如前所述，在构造限定填充沟道22的密封壁10和12和其中适当的隔离物后，连接两个基底4和6。然后，可以开始填充所述沟道22。为了实现这一点，开始在制造单元2的工作封闭空间中建立真空。一旦建立真空，在与填充沟道22相通的孔24上方沉积一滴密封材料。通过毛细作用，密封材料开始流入沟道22。然后在工作封闭空间中重新建立大气压。通过相当高真空的填充沟道和大气压之间的压力差作用，密封材料被推进到填充沟道的底部。

一般，用于密封单元2的材料为光敏树脂，其以液体状态引入填充沟道22，然后利用通过顶基底4的紫外光感光聚合。密封材料必须密闭地密封单元2的边缘以便有效地保持液晶并保护其免受来自周围环境的气体扩散现象。密封材料也必须具有粘附力以便它能够将两个基底4和6保持在一起。作为变形，密封材料也可以通过树脂形成，该树脂通过工作封闭空间中温度升高效应发生聚合。当两成分彼此存在时随时间过去或通过温度升高的效应其成分硬化的双成分粘合剂也可以用作密封材料。产品Loctite3492和Norland Optical Adhesives 61可以用作非常适合于制造密封框架的材料。另一类非常适合于本发明要求的粘合剂通过氰基丙烯酸酯粘合剂形成。最后热塑性树脂也可以在本发明的范围内使用。

一旦将密封材料引入填充沟道22然后固化，可以通过填充孔26将液晶引入单元2。有利地，可以一个接一个或同时在相同的机器中实现密封材料的引入，其固化，然后引入液晶的步骤。最后，堵塞液晶填充孔26以及紧接填充孔26附近的空间32，以便实现与壁12的最接近部分的密封连续性，以至于单元2的整个边缘完全被密封。最后，也可以在基底4和6上沉积附加层如起偏器。

通常以透明导电氧化物如铟/锡氧化物或“ITO”的混合物的薄层形式通过光刻制造电极14和16。在构造电极14、16的步骤之后，接着为制造接触凸起20的步骤。当然，根据变形，可以首先沉积导电材料层，然后在该层表面上制造接触凸起，最后构造导电层以便形成电极。

接触凸起20优选但不限于通过利用导电材料如金的电镀生长(galvanic growth)得到。从而，通过气相淀积在两个基底4和6的整个表面上沉积金层。在沉积金层之前，例如可以在基底4和6的表面上汽相淀积铬层，其允许所述金层更好的粘附在基底4和6的表面上。金层通常称为籽晶层。

在金层的蒸发之后，沉积光致抗蚀剂层，其中在希望电镀生长现象发生的位置，换句话说，在电极14和16的末端处形成孔。生长层将被电接触以形成阴极，然后将基底4和6浸入电镀生长浴中，与作为阳极的铂块相对。浴为双氰基金和钾(dual gold and potassium cyanure base)，由Lea Ronal Company销售，商品名为AURALL 292。通过施加电压的作用，电镀生长浴的溶液中存在的电化学耦合将分解，金将沉积在基底4和6的未被光致抗蚀剂层保护的位置上。作为电压施加期间电压值和时间的函数，可以控制接触凸起20的生长速度。当这些接触凸起20达到所需尺寸时，切断电压。然后仅需要将基底4和6浸渍在化学刻蚀浴中以连续去除光致抗蚀剂、金和铬层。当去除金层时，接触凸起20也将轻微地被刻蚀，它们的高度将减少到接近于最初沉积在基底4和6上的金层厚度的值。应当注意，这些不同的化学刻蚀对由ITO构成的电极14、16没有影响。

根据变形，接触凸起20可以利用选择性印刷沉积技术如丝网印刷形成，其中该技术利用粘合剂材料如使用导电粒子充电的环氧树脂。

在构造接触凸起20之后，在基底14，16上沉积液晶分子定向层。例如可以通过柔性版印刷沉积这些定向层。

在沉积定向层之后，在基底之一，这里为前基底4中设置引入密封材料和液晶的孔24和26。

然后根据上文详述的工作模式构造壁或壁10和12。在形成壁10和12的同时，如果适当，可以同时形成距离结构，例如以直线条和凸起的形式。

一旦构造壁10和/或12后，然后可以将前基底4施加到后基底6上，并可以开始填充填充沟道22。如果仅形成内壁12，可以填充由壁12的外侧面和两个叠加基底4和6限定的间隙28，例如通过将单元2的边缘之一浸渍在包含液体密封材料的容器中。通过毛细作用，密封材料逐渐填充间隙28并覆盖接触凸起20而没有损伤它们的任何风险。然而，如果同时构造内壁12和外壁10，以便形成前述的填充沟道22，那么通过为该目的在前基底4中布置的填充孔24将密封材料引入所述沟道22中。

一旦固化密封材料并永久连接两个基底4和6，可以通过在顶基底4中设置的填充孔26使用液晶填充空腔8，然后当填充完成时，通过粘合剂塞密封所述填充孔26，所有的这些操作可以在相同的机器中同时进行。

在制造方法的该阶段，例如通过锯或水注切割来切割单元2，在该操作之后可以进行研磨步骤以使单元2的尺寸达到其确定尺寸。切割线在图1中以虚线示出。应当注意，在附图所示的例子中，它通过接触凸起20以至于单元具有规则的轮廓，其中所述凸起20体现的侧向接触区域凸起具有大的有效表面。然后，可以通过掩模孔在单元2的边缘上蒸发导电通路34，该通路用于例如通过导线(未示出)将接触凸起20，换句话说电极14和16连接到电控制电路(同样未示出)的输入终端，其中导线能够容易地在所述单元2的边缘产生接触。

本发明并不限于上述实施例，在不偏离本发明的范围内可以想到多种简单的替换和变形。特别是，本发明同样应用于包括多于两个基底例如四个的单元，通过本发明的密封框架成对连接基底，并形成限定保持感光材料或流体的容积的至少一个壁，以及填充两个相关基底之间的间隙的密封材料带，添加到每个电极的从所述壁中露出的延伸位置上的导电材料凸起。

同样，完全可能想到接触凸起位于由密封带限定的周边的外部。

最后，本发明以类似方式应用于单元的大规模制造方法，如图5所示。这样一组单元2包括所有的单元2共用的两块板36和38，和网状密封壁10和12，密封壁为每个单元2限定封闭液晶的空腔8以及用密封材料填充以连接两块板36和38从而形成密封框架的填充沟道。有利地，在上板36中形成用于用液晶填充空腔8的第一组多个孔26和用于提供密封材料的第二组多个孔24。由于这些特征，可以例如不通过液晶单元的侧面而是从其顶部填充填充沟道。从而可以对整体的一组单元操作，而不必将组划分为多个条以能够使用通常布置在单元一侧的填充孔。单元2从而可以在切割以前以组的形式实际完成。特别是，可以用形成整个组的单元的密封框架的密封材料填充并密封供给孔24，从而比单个单元的方式更简单和更经济。同样，可以用液晶填充单元2，并当单元仍然是组的形式时堵塞填充孔26。