CN1601334A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示装置，包括：滤色器；以及透明电极，设置成对应于滤色器并且延伸到滤色器的断裂面；其中，在从框架延伸到所述断裂面的区域中，非导电薄膜布置在所述透明电极上。当在整个表面上气相沉积透明电极之后，将非导电薄膜布置在透明电极的存在导致问题的位置。即，所述非导电薄膜是在透明电极的暴露导致问题的整个区域或者一部分区域上，由与取向校准薄膜相同的材料、在相同的时间制成，从而在该处密封透明电极。这能防止当在整个表面气相沉积透明电极时出现上述问题，同时将布图的准确度提高到接近或者近似曝光准确度(几微米的数量级)，从而实现具有窄框架的产品。

Description

液晶显示装置
这一申请要求享有分别于2003年9月22日、2004年7月6日在日本提交的专利申请No.2003-329358和2004-198880的优先权，所述申请的全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种诸如液晶显示器的液晶显示装置。尤其是，本发明涉及在液晶显示装置中使用的滤色器的结构。
背景技术
近年来，由于液晶显示器(LCD)具有诸如重量轻、细薄、能耗低、低压驱动以及对人体影响极小的优点，液晶显示器已经快速扩宽了其应用范围。在这些液晶显示器中，随着尤其是彩色液晶显示器在个人电脑和用于多媒体的各种设备中越来越多地被用来进行彩色显示，彩色液晶显示器继续显著增加其应用。
现今，在产业上投入实际使用的液晶显示器可以根据其显示模式和驱动方法划分为几种类型。两种普通类型是采用利用扭转向列模式的有源矩阵(AM)的类型，和采用利用超扭转向列(STN)模式的多元法的类型。已经推出了各种其它的液晶驱动方法，并且不同的制造商已经要日益急切地制造出采用不同方法的彩色液晶显示器。
在TN和STN模式下，以相同的原理获得彩色显示。具体地，将每个像素分成对应于三种原色的点，控制视角到每个这样划分的点处的液晶层上的电压，从而使在该点处的光透射率受控。光透射率以这种方式分开受控的三种原色混合在一起以生成在该像素处显示的色彩。所述三种原色典型地为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。其它液晶驱动方法基于相同的原理获得彩色显示，并且由此类似于利用TN和STN模式的显示。
在各点处，只有对应于特定点的三种原色中的一种需要被透射。这利用滤色器(CF)实现。LCD具有主要为玻璃等物质的层叠在一起的两个支撑衬底，CF形成在与液晶接触的其中一个衬底的表面上。总之，在AM-LCD中，CF形成在没有薄膜晶体管(TFT)或者二极管(MIM)形成的衬底(相对衬底)上；在STN-LCD中，CF形成在其上形成有条带的两个衬底中的任意一个上。
下面将对组成LCD的单个元件进行描述。在CF上，布置有着色层(coloring layer)，该层包括为原色中的一种颜色的小决，所述原色即为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。在不同着色的小块之间的间隙中、在需要防止光线泄漏的着色层的任何部分和沿着LCD的显示区域的边缘，为了遮光的目的形成黑色矩阵(BM)。
着色层和BM以下述方式中的一种形成。最普通地，首先在支撑衬底的顶部上形成BM，然后进一步在顶部形成着色层。可选地，首先在支撑衬底的顶部形成着色层，然后形成BM来填充着色层的着色小块之间的间隙。
在形成着色层和BM之后，通过在着色层和BM的顶部上形成覆盖层(OC)来平整CF的表面。但是，形成OC不仅需要额外的制造步骤，而且降低了产出量，极大地增加了CF的制造成本。因此，从批量制造的角度来看，最好省略形成OC。
因此，在如上所述形成的层的顶部形成用于驱动液晶的透明电极。所述透明电极典型地由铟锡氧化物(ITO)形成。在TFT-LCD中，ITO构图为几乎覆盖整个表面。典型地利用掩模蒸发沉积以使局部形成图案。在MIM-LCD或者STN-LCD中，ITO被构图为条带状。
进一步在ITO的顶部，诸如丙烯酸树脂(acrylic)的树脂材料可以被形成图案，从而局部覆盖有效区域和框架。这一图案用于在使用垂直取向液晶的情况下获得取向校准，这通常是在现代电视、计算机和其它监视器中的情况。除了这一图案，丙烯酸树脂柱(column)可以夹在阵列侧部分和CF侧部分之间，从而使这些部分相互支撑。这些柱在ITO的顶部形成图案，位于CF侧，从而局部覆盖有效区和框架。
黑色矩阵(BM)由诸如铬的金属或者黑色树脂制成。但在近些年来，铬的毒性得到更多的关注，更通常地使用由镍和钨制成的两层结构。这一结构具有位于显示侧的镍，并且在阵列侧具有反射率极高的钨。此处，不管使用何种材料，需要光学密度(OD)为大约3以上来获得满意的遮光。为了获得这样的高OD，需要金属铬层的薄膜厚度为大约0.1微米以上，黑色树脂层的厚度为大约1至2微米以上。
近些年来，随着金属钽变得越来越稀少和昂贵，提供高反射率而低电阻率、廉价的铝应用得更加广泛。但这种材料在与高反射率BM材料接合使用时导致多重反射，引发所谓的特性不匹配问题。为了避免这一问题，更多地需要在CF侧BM的更低的反射率。相应地，BM的反射率变得越低。
用于低反射率BM的优选材料为黑色树脂，由于黑色树脂具有以下所需性质。与反射率为60％的金属铬相比，黑色树脂具有1％～3％的极低反射率，使得反射光谱对波长的依赖更小，并且所述黑色树脂具有中性黑色色度。但不利地，由黑色树脂制成的BM的薄膜厚度很大，即为1至2微米，降低了CF表面的平整度。
另一种获得低反射率的方式是使用由相互叠置的铬氧化物和金属铬制成的BM，或者使用由镍和钨相互叠置形成的BM。但不利地，这些BM的反射率为3％～5％，有些高于黑色树脂BM的反射率，而且这些BM的反射率取决于波长，显现出带蓝色或者紫色的色度，而不是中性黑色色度。而且缺点是这些BM需要薄膜形成工艺，其中通常通过溅射形成两层金属基层，导致生产率降低，成本增大。
黑色树脂的BM可通过几种方法中的一种形成在支撑衬底的顶部上，下面描述这几种方法中一些代表示例。
根据第一种方法，首先在支撑衬底的顶部形成负感光黑色树脂。这一黑色树脂薄膜例如通过使用旋转涂敷机实施的涂敷来形成，或者通过在支撑衬底上方通过粘接事先制备的黑色抗蚀层(resist)来形成，或者通过喷流涂敷(cascade application)来形成。接着，利用紫外线通过带有预定BM图案的光掩模照射支撑衬底的表面，从而对黑色树脂的曝光部分进行处理。随后，对黑色树脂的未曝光部分进行显影，然后去除。以这种方式形成BM。
根据第二种方法，首先与在第一种方法中采用的方式类似，在支撑衬底的顶部形成负感光树脂。接着，以与第一种方法中采用的方式类似的方式，进行曝光和显影来形成BM的原型的图案。随后，将形成图案部分着色为黑色。所述着色在此处是通过无电镀、染色等方法实现。
根据第三种方法，首先与在第一种方法采用的方式类似，在支撑衬底的顶部形成可显影的黑色树脂薄膜。接着在这一表面的顶部进一步形成负感光光阻材料，然后以与在第一种方法中采用的方式类似的方式进行曝光和显影。在显影过程中，随着光阻材料的曝光部分的去除，黑色树脂上的相应部分也被一起去除。然后，通过加热进行的交联对黑色树脂进行处理，随后将光阻材料的未曝光部分去除。
着色层可例如通过在衬底上形成具有事先分散到其中的色素的树脂薄膜、然后通过光刻将该树脂薄膜形成预定形状的图案(即通过色素分散)来形成；通过在衬底上形成感光树脂薄膜、然后形成图案、然后染色来形成所述着色层；通过在衬底上印刷具有事先分散其中的色素的树脂的预定图案(即通过印刷)来形成所述着色层；通过在液晶中分散色素和树脂，并通过电极沉积在衬底上形成预定图案来形成所述着色层；通过将事先制备的带颜色的抗蚀层粘接到支撑衬底上(即通过DFL、或者干薄膜层压)来形成所述着色层；或者通过喷射墨水。
在如上所述处理BM和着色层之后，将磁体通常布置在与薄膜表面相对的支撑衬底的一侧上，支撑衬底布置在磁体的顶部。然后，将金属沉积掩模进一步布置在支撑衬底的顶部，将透明电极气相沉积在整个表面上。利用由磁体施加的磁性作用，金属沉积掩模保持与支撑衬底紧密接触。这有助于减少不清晰的边缘。
在ITO的顶部进一步以与形成BM和着色层类似的方式沉积用于取向校准(alignment regulation)的诸如丙烯酸树脂的树脂薄膜。随后，通过曝光和显影进行布图，然后通过烧结使产品固化，从而完成产品。这一工艺在用除垂直取向类型以外的液晶类型获得取向校准时不是必需的。以树脂薄膜的形成方式类似的方式形成柱形图案(columnar pattern)。
已经提出了在滤色器的顶部通过正抗蚀层构图准确形成透明电极的技术(例如日本专利申请No.H3-17621)。
当生成滤色器(CF)时，首先形成着色材料和BM，然后气相沉积透明电极。此处气相沉积利用位于表面上的掩模来实施。当以这种方式进行气相沉积时，所沉积的图案具有尺寸误差，当以不清晰度(degree ofunsharpness)和偏离度(degree of deviation)的总和来表示时，大到500微米至1000微米，这样吞食了设计边缘。
上述情况可通过在整个表面上进行气相沉积、然后通过曝光、显影和蚀刻进行构图来避免。这可利用通过在上述日本专利申请No.H3-17621中提出的后侧曝光来实现，或者通过普通的薄膜表面曝光来实现。但利用这些技术导致成本的极大增加。
另一种方式是在整个表面上气相沉积透明电极。但这样导致由遗留在与阵列侧部分界面处的液体等引起的电解腐蚀。而且，在框架上、或者框架与位于更外侧的CF断裂面之间的某些地方，通过外来物等，或者在导电材料用作密封树脂的情况下通过密封可能发生与阵列侧电极的不希望的导电。这增加了由于漏电造成的缺陷的发生率。
图4示出了电解腐蚀是怎样发生的。图4是剖面图，示出了传统液晶显示装置的基础结构。在图4中，附图标记1指代支撑衬底(在CF侧)，附图标记2指代支撑衬底(在阵列侧)。在支撑衬底1的内表面上设置有构成显示屏幕的有效区3和围绕有效区3的框架4。更里面设置有ITO等形成的透明电极5。在对应于有效区3的CF侧透明电极5的部分上设置有作为用于校准液晶取向的取向校准薄膜的一个例子的凸形肋15、以及使CF侧和阵列侧部分相互支撑的柱形部件11。这些肋15只在垂直取向液晶用作液晶材料的情况下形成。在CF侧透明电极5、柱形部件11和肋15的顶部布置有由聚酰亚胺(PI)等制成的取向薄膜6。
另一方面，在支撑衬底2的内表面上设置有布线图案阵列侧薄膜7。在对应于有效区3的布线图案阵列侧薄膜7的部分上设置有由ITO等制成的阵列侧透明电极8，并且在布线图案阵列侧薄膜7的顶部设置有由聚酰亚胺(PI)等支撑的取向薄膜9。在取向薄膜6和9之间将液晶层10密封。柱形部件11夹置在取向薄膜6和9之间，从而使CF侧和阵列侧相互支撑。液晶层10由密封区域12包围。如果如图4所示，诸如水或者含有导电材料的溶液的液体13泄漏到CF侧透明电极5与布线图案阵列侧薄膜7之间，则在这两者之间发生电解腐蚀。
在上述日本专利申请No.H3-17621中，在密封区域到达BM上方的情况下，透明电极延伸到由聚酰亚胺(PI)等制成的取向薄膜以外。如果为了密封透明电极，聚酰亚胺也布置成延伸超出，则与密封的接触强度弱，导致防止脱落的边缘变得极差。相反，如果透明电极延伸到达BM边缘而不由聚酰亚胺密封，通过外来物或者密封传导到阵列侧部分，使得更可能由于漏电造成缺陷。
可通过不将正抗蚀层布置在背面上而是布置在薄膜表面上并进行曝光、显影、从薄膜表面侧进行清除，从而克服在上述日本专利申请No.H3-17621中公开的技术的不足。但由于正抗蚀层产生极大的工艺损耗，导致成本提高，因此不经常应用利用正抗蚀层的工艺。
发明内容
鉴于上述通常出现的问题，本发明的目的是提供一种液晶显示装置，该装置具有简单的结构，允许高准确度地布图，并且防止在电极处出现漏电和电解腐蚀。
为了实现上述目的，根据本发明，当在整个表面上气相沉积透明电极之后，将非导电薄膜布置在透明电极的存在导致问题的位置。一种现今日益经常使用的用于驱动液晶的方法是使用垂直取向液晶，并在透明电极上形成用于校准液晶的取向的突起柱支撑(projection-studded)取向校准薄膜。根据本发明，所述非导电薄膜是在透明电极的暴露导致问题的整个区域或者一部分区域上，由与取向校准薄膜相同的材料、在相同的时间制成，从而在该处密封透明电极。
这能防止当在整个表面气相沉积透明电极时出现上述问题，同时将布图的准确度提高到接近或者近似曝光准确度(几微米的数量级)，从而实现具有窄框架的产品。但对于非导电薄膜，即使取向校准薄膜不是必需的，用于使滤色器侧和阵列侧部分相互支撑的支撑部件通常留在透明电极上。因此，非导电薄膜由与取向校准薄膜相同的材料、在相同的时间制成。
附图说明
图1是剖面图，示出了实施本发明的一液晶显示装置的基本结构；
图2是剖面图，示出了当在对应于未布置阵列侧布线图案的区域中没有非导电薄膜被形成图案的情况下，一液晶显示装置的基本结构；
图3是剖面图，示出了具有塑料珠的一液晶显示装置的基本结构；
图4是剖面图，示出了一传统液晶显示装置的基本结构。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的实施例。在下文中，在上文所述传统示例中出现过的部件用相同的附图标记表示，且省略对其的详细描述。
如图1所示，在实施本发明的一液晶显示装置中，在靠近CF侧透明电极5的边缘的一部分处，由诸如丙烯酸树脂的树脂制成的非导电薄膜14布置在该透明电极5上。即，CF侧透明电极5保留直至CF断裂面(breakagefaces)上，非导电薄膜14布置在从框架4延伸到CF断裂面的区域中。这防止了由于外来物或者电解腐蚀导致的漏电，所述电解腐蚀是由于CF侧透明电极5与和暴露电极处相对的阵列侧衬底之间的湿气等造成的。而且，即使电极等的脱落在CF断裂面附近发生，也不会导致漏电。
而且，在CF侧透明电极5的顶部上以规则间隔形成凸形肋15，该凸形肋用作校准被密封在液晶层10中的液晶的取向(alignment of the liquidcrystal)的取向校准薄膜。这些肋15只在将垂直取向液晶用作液晶材料的情况下形成。所述肋15可在阵列侧透明电极8的顶部形成，也可在CF侧透明电极5上形成。
所述肋15是通过首先在CF侧透明电极5的顶部上均匀涂敷作为该肋材料的正感光丙烯酸树脂来形成的，然后再对应于有效区3的部分上进行光刻。在这一处理过程中，对应于从框架4向CF断裂面延伸的区域的部分形成为非导电薄膜14。即，非导电薄膜14由肋的材料形成。随后，在对应于有效区3的CF侧透明电极5的部分上，柱形部件11形成为支撑部件。然后，通过分别在上面形成有肋15、非导电薄膜14和柱形部件11的CF侧透明电极5与上面形成有阵列侧透明电极8的布线图案阵列侧薄膜7的一些部分上进行印刷形成取向薄膜6和9，所述部分对应于有效区3和部分框架4。由此在对应于有效区3的取向薄膜6的表面上以规则间隔出现与肋15形状相同的突起。
另一方面，在将扭转向列(TN)液晶用作液晶材料的情况下，与使用垂直取向液晶相反，肋15没有形成在CF侧透明电极5。由此，在CF侧透明电极5形成柱形部件11的柱的材料，即负感光树脂，被均匀涂敷在CF侧透明电极5的顶部上。在这一处理过程中，对应于从框架4向CF断裂面延伸的区域的部分形成为非导电薄膜14。即，非导电薄膜14由所述柱的材料形成。然后通过分别在上面形成有肋15、非导电薄膜14和柱形部件11的CF侧透明电极5与阵列侧透明电极8的一些部分上进行印刷形成取向薄膜6和9，所述部分对应于有效区3和部分框架4。以这种方式，当使用扭转向列(TN)液晶时，利用柱形部件11的厚度使得非导电薄膜14更厚。
在取向薄膜6中，CF侧透明电极5被暴露的区域通常只是在为阵列侧和CF侧部分之间形成接触的区域(共用区域)固定边缘的位置。因此，在本实施例中，取向薄膜6基本覆盖了每个地方，除了共用区域。但是，如果取向薄膜6到达密封区域12，更可能剥离。为了防止出现这种情况，非导电薄膜14必须从取向薄膜6的边缘朝向密封处形成。非导电薄膜14可形成得几乎到达有效区3。
取决于布置在阵列侧的图案，在没有导电薄膜的地方不需要非导电薄膜14。因此，此处，非导电薄膜14不需要被形成图案。图2示出了在这种情况下的一液晶显示装置的基本结构。在图2中，附图标记7a指代没有布置阵列侧布线图案的区域，附图标记14a指代作为对应于没有布置阵列侧布线图案的区域、没有形成非导电薄膜14图案的区域。在没有形成非导电薄膜14图案的情况下，可采用任何图案。而且，不管阵列侧图案如何，非导电薄膜14可以相对于密封区域12留到外侧。
这一实施例涉及到BM材料作为底层(primer layer)的情况。但为了降低成本可省略BM材料。所述底层的着色材料不局限于红色、绿色和蓝色，而可以例如为青色、洋红色和黄色。底层的着色材料不局限于三种颜色，而可以是两种、四种或者任何数目的颜色。夹置在CF侧支撑衬底1与阵列侧支撑衬底2之间用作支撑所述衬底的支撑部件的柱形部件11可通过在彼此顶部布置着色材料来形成。可选地，如图3所示，可用塑料珠11a来代替柱形部件11。在这种情况下，在如图3所示的液晶显示装置中，与图1所示的液晶显示装置相同，首先在CF侧透明电极5的顶部形成非导电薄膜14，然后通过在CF侧透明电极5和阵列侧透明电极8上印刷来形成取向薄膜6和9。此后，在取向薄膜6与9之间形成塑料珠11a。
具有塑料珠11a的液晶显示装置不是必须如图3所示构建，图3只是如图1所示结构的改进形式的例子，可以以任何其它方式构建所述液晶显示装置，例如可通过用塑料珠11a替代柱形部件11来改进图2中的液晶显示装置。
当设置有非导电薄膜14的液晶显示装置如上构建时，在将垂直取向液晶用作液晶材料的情况下，在取向薄膜6的表面上以规则间隔出现形状与肋15相同的突起。此处，如果肋15制得太薄，则难以给予取向薄膜6的表面有效使垂直取向液晶垂直取向的形状。因此，肋15需要形成具有0.6微米以上的厚度。而且，当形成肋15和非导电薄膜14时，因为存在由所涂敷的肋材料的数量、蚀刻和其它因素引起的误差，因此非导电薄膜14的薄膜厚度为0.6至1.0微米。在如图1所示的液晶显示装置中，液晶单元的厚度设计为1.5微米以上，以避免由于外来物和其它问题导致的漏电。
另一方面，当将扭转向列(TN)液晶用作液晶材料时，液晶单元的厚度设计为6.0微米以下，以防止液晶响应速度的降低。为了对应于这一液晶厚度，柱形部件11形成具有的厚度为4.5微米以下。此处，当尝试形成厚度为4.5微米的柱形部件11时，因为存在由所涂敷的肋材料的数量、蚀刻和其它因素引起的误差，因此非导电薄膜14的薄膜厚度为4.5至5.5微米。因此，如此形成使用柱形材料的非导电薄膜14，使之厚度为5.5微米以下。
基于上述内容，在本实施例中，优选地，非导电薄膜14的薄膜厚度在0.6微米至5.5微米的范围内。
而且，当将垂直取向液晶用作液晶材料时，优选地，液晶单元的厚度被设计为4.0微米以下。这是由于垂直取向液晶在需要速度比扭转向列(TN)液晶更高的设备(例如电视、计算机和其它监视器)中使用。而且，当液晶厚度被设计为4.0微米时，非导电薄膜14形成具有的厚度为2.0微米以下。因此，当将垂直取向液晶用作液晶材料时，更优选地，非导电薄膜14的薄膜厚度在从0.6微米至2.0微米的范围内。

Claims (9)

1、一种液晶显示装置，包括：
滤色器；以及
透明电极，设置成对应于滤色器并且延伸到滤色器的断裂面；
其中，在从框架延伸到所述断裂面的区域中，非导电薄膜布置在所述透明电极上。
2、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述非导电薄膜覆盖除相对的滤色器侧与阵列侧之间形成接触的区域以外的地方。
3、如权利要求2所述的液晶显示装置，其中，在对应于没有设置导电薄膜的阵列侧区域的滤色器侧区域中，所述滤色器侧包括未设置所述非导电薄膜的区域。
4、如权利要求1-3之一所述的液晶显示装置，其中，校准液晶取向的凸形取向校准薄膜形成在所述透明电极的表面上，并且其中，所述非导电薄膜由与所述取向校准薄膜相同的材料、在相同的时间制成。
5、如权利要求1-3之一所述的液晶显示装置，其中，夹置在相对的滤色器侧与阵列侧之间的支撑部件使滤色器侧和阵列侧相互支撑，并且其中，非导电薄膜由与所述支撑部件相同的材料、在相同的时间制成。
6、如权利要求1-3之一所述的液晶显示装置，其中，所述非导电薄膜的薄膜厚度在0.6微米至5.5微米的范围内。
7、如权利要求4所述的液晶显示装置，其中，所述非导电薄膜的薄膜厚度在0.6微米至5.5微米的范围内。
8、如权利要求5所述的液晶显示装置，其中，所述非导电薄膜的薄膜厚度在0.6微米至5.5微米的范围内。
9、如权利要求2所述的液晶显示装置，其中，所述非导电薄膜不设置在对应于没有设置导电薄膜的阵列侧区域的滤色器侧区域中。
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