TW525027B - Color liquid-crystal panel and manufacturing process therefor - Google Patents

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TW525027B
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color liquid
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Mamoru Okamoto
Yuji Yamamoto
Michiaki Sakamoto
Shinichi Nakata
Hironori Kikkawa
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Description

525027
本發明係有關於彩色液晶 有關於在單一基板上包括薄膜 光片（color filter)、以及黑 彩色液晶面板。 面板及其製造方法，特別是 電晶體之開關元件、彩色淚 色矩陣（black matrix)等之 括：括諸如薄膜電晶體（包
請和6)等„元件之_第一基板丨、及於個J 未圖示）之交連層（均為層間層7所覆蓋)、及於個別 像素之象素電極（均為護層丨2所覆蓋）、一排列層 (oriented film)18a、以及兩以連接外部電路^端子13。 再者，尚具有一第二基板16，包含一黑色矩陣8、針 對個別顏色R、G和B之彩色濾光片1 〇 r、1 〇 Q及1 〇 b、諸如 IT0之透明共同電極1 7、以及一排列層1 gb。這些基板經由 一中間間隔物（intervening spacer)14結合，以確使其間 具有一特定間距（gap)。另外，尚有一封環（seaier)i5， 圍繞在每基板周圍，即如圖11所示。然而封環1 5會經過處 理’以確定兩極板間之間距，然後將液晶材料丨9灌入面板 内。
液晶可以是利用兩孔法（two-hoi e method)或真空注 入法（vacuum-injection method)被注入。兩孔法即在板 面上選擇形成兩個孔，液晶從其中一個孔灌注，在從另一 個孔抽吸，以利液晶的灌注。真空注入法即在一空的儲存 格設置一個入口（inlet) ’液晶以〇·〇1至0.0001 Torr的壓 力沈積於環繞入口處，此真空系統漸漸回復至大氣壓，由
第5頁 525027 五、發明說明（2) 於液晶格内、外壓力差，致使液晶得以引入儲存格内，此 法已被廣泛地應用。 當灌注液晶後，入口會被封住，然後偏極板 (polarizing plates)20a和20b會被附於基板外表面，而 形成一液晶面板。 為能提升液晶顯示板的解析度，必須提供較高的像素 密度。習知液晶面板中，具有彩色濾光片及黑色矩陣之基 板面，係面向一主動矩陣基板，在組合過程中必須設定位 錯誤（alignment error)的邊緣（margin)，由於可能會發 生疋位錯誤’因此很難確定像素開口率（pixel opening ratio)的最大範圍° 因此，已有將彩色濾光片及黑色矩陣形成在包含諸如 TFT之開關裝置主動矩陣基板的方法（CF-〇n-TFT，在下文 簡稱n C0Tn )。 * 由於COT基板上形成彩色過濾層或黑色矩陣的製造過 程不需考慮組合邊緣，意即製造過程更加簡化，亦增加像 素開口比率。 然而’直接在TFT或交連處上形成彩色過濾層或黑色 矩陣的方法，會因彩色濾·光片或黑色矩陣内本素胃或離子進 入開關元件主要部份内，導致開關元件功能失常。因此 JP-A 1 0-3 9292提出將一保護層形成於開關元件和彩色濾 光片之間。 & 因此，本發明之一目的，在於提供適用於c〇T型彩色 液b日面板之特疋結構’而上述申请案（jp — \ — 3Q2g2)並
第6頁 525027 五、發明說明（3) 未揭示用於液晶 為能獲致上 面板之邊 述目的， 板，包 於像素 彩色濾 光片和 有透明 合，形 其中， 為 難易懂 細説明 括：一第一基板 緣結構 本發明 具有像 電極處做 光片和黑 黑色矩陣上 共同電極 為開關元件 色矩陣形 ;一封環 係提供 素電極 護層覆 層上、 成於護 二基板，相對 ，藉以將第一 成一空間 一框型黑 讓本發明 ’下文特 如下： 於其間；以及液晶材料 色矩陣覆於第一基板周 之上述和其他目的、特 舉一較佳實施例，並配 一種彩色液晶面 、薄膜電晶體形成 於薄膜電晶體上、 一外層覆於彩色濾 於第一基板之面具 電極與第二電極結 ，填充於空間内； 邊。 徵、和優點能更明 合所附圖式，作詳
_式簡單說明： =1圖係顯示本發明第一實施例之剖面示意圖； 2圖係顯不根據本發明第二實施例之液晶面板像素 和邊緣之平面圖； =3圖係顯示根據本發明第二實施例之全般液晶面板 率面圖； 第4圖係顯不根據第二實施例液晶面板一例的剖面
^ 5(a)-(g)圖係顯示根據本發明第二實施例液晶面板 製造 程中第一半部的剖面圖示； ^^0 rsj 一 、 β 、為根據第二貫施例液晶面板另一例的剖面
第7頁 525027 五、發明說明（4) 圖所示為根據第三實施例液 — p曰第8圖所示為框形黑色矩陣/封環重疊長/面圖； 間之關係圖示； 長度與剝離強度 =圖所示為根據第四實施例液晶面 及㈣圖所示為根據第五實施例液晶面板^剖面面圖圖；以 符號Ϊ1 日:圖所示為習知液晶面板結構剖面圖。 1〜第一基板； 1 〇〜彩色濾光片； 9〜框型黑色矩陣； 1 6〜弟二基板； 1 5〜封環； 實施例： 7〜一護層；
8〜黑色矩陣； 1 2〜外層； 1 7〜透明共同電極； 19〜液晶材料。 第一實施例
第1圖係顯示本發明第一實施例之剖面示;意圖。標號工 代表一第一基板，係由諸如玻璃基板之透明絕緣材料所製 成，其上形成有TFT做為開關元件。TFT包括閘極電極2 Λ 間極電極2上之一間極絕緣層3、*源極電極5、一汲極電 極6、以及源極和汲極電極間之一半導體層（例如非晶石夕 層）4。 開關元件業經一護層（例如氮化矽S i Νχ ) 7所覆蓋。在 半導體層4上方，則形成有黑色矩陣（ΒΜ)8和彩色濾光片 (CF ) 1 0，而彩色濾光片包含三原色者，分別是紅、藍、
第8頁 525027 五、發明說明⑸ 綠，對應於個別彳f | i _ “於護層上。雖：：广基板周邊，框形黑色矩陣9係 者，為簡化製程者：，】：巧9二材質可同於或不同於βΜ8 RM^PF 兩者琅好疋能採周相同材質。 上，此像素電二外層12所覆蓋，使得像素電極11形成其 明導電物質；構成;^;二電極處，由諸如1τ〇之透 觸孔，與汲極電L連像接素成於外層12内之接 子13，肖以與外部電路連接。 ^ ^ 在相對之第一基板16上，諸如 係形成於全般顯示H八u毛擊η 列層"，業經處理呈；有相對應表面上，具有排 =基板之間設置有一間隔物，以確保其間之間距。然 t些基板以透明電極相對，並經由封環丨5互為結合。 弗一貫施例 注上述實施例中，當框形BM形成於基板邊緣，而以真空 曲T法注入液晶，當真空系統轉換為常壓時，由於基板彎 二 對封環構成負載，假若BM並未適當地與護層結合的 ^ 可能會導致剝離現象。解決是項問題的方案將如下 述。 t 圖2〜4所示為解決剝離現象第一例，其中，圖2是一像 素之平面圖、圖3是全般相素之平面圖、圖4是沿圖2之 P P線所截之剖面圖。此面板係不同於圖1所示者，其 中’第一基板1周邊上之框形BM9，係形成於封環16區域 内’換句話說，第一基板1内封環1 5下，外層12係直接形 525027 五、發明說明（6) 得以優於 成在護層7上，以提昇封環區域内的接合程度 圖1所示實施例。
第5(a)-(g)圖係顯示根據本發明第二實施例液晶面板 製程剖面圖示。如圖5(a)所示，一TFT係形成於第一基板ι 上，此第一基板由諸如無鹼玻璃之透明絕緣玻璃所製成， 具有0· 7〜1.1mm厚度。TFT係由下列方式製得。首先，將諸 如A1、Mo、Cr等金屬物質沈積（例如以濺鍍法）於基板1 上’厚度約為100〜400nm，然後以光學微影術 (photolithography)定義成既定圖案。再沈積（例如CVD 法）閘極絕緣層3(例如Si〇x、SiNx)於閘極電極2和第一基板 1上，其厚度約為100〜200nffl。然後，沈積一非晶係層做為 半導體層4 ’其厚度約為4〇〇nm ’並經定義成既定形狀。 接著，沈積（例如以濺鍍法）諸如A1、M〇、Cr等金屬物 質於基板上，做為源極電極和汲極電極，直厚度約介於 100〜40〇nm之間，經過光學微影術定義成既定圖案。再以 護層7覆於其上，此護層可由諸如氮化石夕或透明樹脂 ^eSln，諸如環氧樹脂（ep〇xy resin)或丙烯酸樹脂 (acrylic resin))等無機材質所構成。 然後，如圖5(b)所示， 蔽半導體層4，並以框型bm9 邊處漏光。BM的形成，可以 C例如 OPTMER CR®系列、JSR) 阻’厚度約為1〜3 /z m ;以既
以BM8形成於打7上方，用以遮 形成於周邊，以避免自面板周 是施加一負光感丙烯酸光阻 或含碳（carbon-based)光 疋圖案曝光和顯影。BM所需之
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特性包括光密度（0D)至少為3、片阻至少為1〇1〇Ω/〇。 然後，如圖5(c)所示，在每一像素上形成以“，例 如，以旋轉塗佈方式在基板上施加由丙烯酸樹脂所製得之 負光感衫色光阻（其中，紅色素已被排除，諸如〇pTMER CRR系列、JSR)，並調整旋轉率使得塗佈厚度約為丨· 〇〜ι 5 // m。然後，基板置於一熱板上於8 〇 i加熱約2分鐘，再經 曝光和以TMAH(tetr am ethyl ammonium hydroxide)溶液顯 影，而於相對應區域形成紅&CF(1〇R)。製程中，在後續 供汲極電極6和相素電極n連接接觸孔21處形成一開口 '，' 此開口尺寸需至少得以環繞接觸孔。然後，基板在乾淨烤 箱於220 °C加熱60分鐘，以燒結（cureht&CF1〇R。 綠色CF10G與藍色CF10B的形成，與紅色CF10R所述一 般。此等CF可以緊鄰順序形成，但其順序並非所限。圖3 中’對應於每一像素之開口，係以符號2 4表之。 然後，如圖5(d)所示，形成CF 10之後，在基板上施加 novolak型正感光光阻（0pTM£R pC®系列、JSR) ，將表面予 以平坦化，經曝光顯影後’定義圖案在接觸孔區域内具有 一開口，然後於2 2 0 °C下加熱燒結6 0分鐘，以形成一外' 12 。 乂 卜 a 然後’如圖5 ( e )所示，沈積（例如濺鍍法）一透明導電 層（如IT0)於外層12和經由接觸孔外露之汲極電極6上:， 業經定義圖案成像素電極11，製程中，此層厚度越^ 覆 蓋率越好，根據I TO膜的可行性言，較佳厚度約為 τ 60〜120nm 〇
525027 五、發明說明（8) 然後’以旋轉塗佈方式形成聚酰亞胺（p〇1yimide)排 列劑（諸如 SlINFH® 系列、N i ssan Kagaku、或 OPTMER AL®系列、JSR)，在於20 0 t：或更低溫下加熱。排 列層18a經過擦蝕&―“。具有既定方向排列，獲致既定 傾斜角（pre-tilt angle)。擦蝕可以排列層18a在具有導 電B成纖維（纏繞有黏膠人造絲（v i s c 〇 s e r a y 〇 n ))之擦钱 滾筒（ro/1)上移動，藉由調整壓力、旋轉率、旋轉方向、 和角度等為之。如是，便製得c〇F基板。錢，如圖5(f) ，以，蔽印刷或分配劑將封環1 5置於基板周邊，此封 衣可以疋還養樹脂接合劑（例如STRUCTBOND®系列、 的接^ 2 ΐ a司）。封環寬度並無限制，只要能提供足夠 j、5口。一又避免所注入的液晶漏出即可，通常約為 示。後經處理“封環另：相f基板接合’即如圖5(g)所 式由=成為"〜hi職，其上形成（如㈣ΐ 叫。TG構成之共同電極1?，並如同上述，形成排列層 在將基板結合之 確保其間距。此間隔:u間隔物14施加於相對基板上，以 埽笨交聯(diVinylbent若置於顯示區域，可以是由二乙 微珠所構成，尺寸約為H ^〇SS-Hnked)聚合物製成之 可以玻璃纖維所製成：微奉5所5 : =置於基板周邊， 午所構成，尺寸約為5〜7/zm。 525027 五、發明說明（9) 然後，根據所需尺寸將基板切割成片， 電極17位同於圖3平面圖所不。# #由⑽所形成之透明乒同 電桎17位於切割道時，ίτ〇切割碎片 =子U處，而導致各端子間短路。因？附最於好第在-定基音 ;案：梦即便將透明共同電極17摒除於切 ^ ;内上：τ。層也可形成於封二 (ιη二為接…，最好形成於封環區域内側 因此，在將液晶材料經注入液晶格内。液晶可以 此rit法為《，其步驟包括：將液晶格置於真空室内， ISf所既,定真空程度；施加液晶於未封入口 二漸將真空系統調整為常壓。此實施例中，. 係自1x10〜丨入氮氣，而液晶材料為 各亂化合物（LU0N®系列、Chisso
Petrochemicals)。液晶注人夕接，λ ^ ^ St SI ^^UV ^ ^ W ^(acry! ate °t23 "P ^J^22( ^ curing resin))封閉。 圖4所最二偏曰光板，、2°b接合於基板外表面，以提供如 ^光板可以是含碘偏光板(如_系 列、或SUM1KAUN®系列）。 本較佳例中’外層12未形成如圖6所示封環區 ί外U料構成之外層12與無機材料構成之護層”目 車乂，卜層12及於封環之接合強度則約為8〇kgf，*護層7者
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周邊本如圖9所示’框型M25是形成於第二基板16 即如同板結構包括TFT、彩色濾光片、黑色矩陣， 基板16圖4〜6 一般，圖9之基板具有如圖4般之結構。第二 b"m9。制上，所形成之框型⑽25即如同第一基板上之框型 垂直。%程中，框型別25内周邊與第一基板1之框型BM9呈 膜剝i框型bm25外周邊若及於基板邊緣，易於導致薄 半間區見象’因此’除了自基板邊緣處到至少封環寬度一 ’曰品域以外，可以形成有ΒΜ25。雖然圖9結構ΒΜ25接觸 525027 五、發明說明（11) 封環15，BM25可以藉由適當材質改善與之 蔽特性之封環已— 第五實施例 圖10與圖1不同，其中，框型βΜ9係 成於護層7上，此搞合劑層26可提昇框咖=== =涛。而W劑層26可以已知的技術為之， 任何可接:,非列層時，施加耦合劑於透明電極上。雖麸 i 歼層與框型ΒΜ間接合度之任何耦合劑均可使…、 仍以經過矽甲烷（Si lane)表面處理者（Ap_4flG@
Toray)最為適用。而其厚度雖無限定，較佳者 ， 2〇〜a5〇nm。耦合劑層必須自基板邊緣至封環區域”間形成， 命何寬度為之，只要能涵蓋顯示區域（用以形成 形色濾光片之區域）。 取 =上述，形成框型ΒΜ9於基板上，可避面自周邊漏 色液晶面板相當良好的視覺效果。再者，輕合 月"ό 口接合強度，避免液晶洩漏的問題。 ρρ - Ϊ t本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 / ^ ® ^明任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 =内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (1)

  1. i ·—種彩色液晶面板，包括·· ι]·9 · 1 ^ 像辛雷f老基板’ *有像素電極、薄膜電晶體形成於該等 上、、以ί做為開關元#、一護層覆於該等薄膜電晶體 嗲等=ίί片和黑色矩陣形成於該護層i、-外層覆於 A寺形色濾光片和該等黑色矩陣上； 極；第一基板，相對於該第一基板之面具有透明共同電 办Μ Μ，％，藉以將該第一電極與第二電極結合，形成一 二間於其間；以及 =曰曰材料，填充於該空間内，其中一框型黑色矩陣覆 於該第一基板周邊； 其中在該第一基板周邊之封環區域内，除自基板邊緣 至該封環至少一半寬度之外，該框型黑色矩陣形成於該第 一基板上。 2 ·如申請專利範圍第丨項所述之彩色液晶面板，其 中，在該第一基板周邊之封環區域内，形成於該第一基板 上之該框型黑色矩陣，係形成於該框型黑色矩陣範圍内。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之彩色液晶面板，其 中’該封環直接施加於該第一基板之該護層。 4 · 一種彩色液晶面板，包括·· 一第一基板’具有像素電極、薄膜電晶體形成於該等 像素電極處做為開關元件、一護層覆於該等薄膜電晶體 上、彩色濾光片和黑色矩陣形成於該護層上、一外層覆於 該等彩色濾、光片和該等黑色矩陣上； 一第二基板’相對於該第一基板之面具有透明共同電
    525027 申請專利範圍 ^^89103226 a 極； 空間於ΐ Ϊ:將該第一電極與第二電極結合，形成一 覆於:板於該空間内’其*，-框型黑色矩陣 中 中該框型黑色矩陣經由一耦合劑形成於該護層上。 如申請專利範圍第4項所述之彩色液晶面板，其 該麵合劑為矽甲烷表面處理劑。 ’、 6 ·如申請專利範圍第1項所述之彩色液晶面板，其 在切割該第二基板前，將該第一基板和該第二基板結 而該第二基板上之該透明共同電極係位於切割面範圍 7 ·如申請專利範圍第5項所述之彩色液晶面板，其 該第二基板上之該透明共同電極係位於該封環區域範 中 8 ·如申請專利範圍第2項所述之彩色液晶面板，其 一框型黑色矩陣至少接觸該第二基板之封環區域。 中 9 ·如申請專利範圍第3項所述之彩色液晶面板，其 一框型黑色矩陣至少接觸該第一基板之封環區域。 1 0 · —種彩色液晶面板的製造方法’包括下列步驟： 在一第一基板上形成複數薄膜電晶體和交連層； 該第一基板全般表面沈積〆護層’以覆蓋該等薄膜電 晶體和交連層； 在該等薄膜電晶體之半導髏層上方與該第一基板周邊 框型區處，形成一黑色矩陣；
    Η» 2138-3042-PF2.ptc 第17貢 2002. 09.12.018 525027
    形成一彩色濾光片層； 腹該該黑色 於邊第一基板全般表面上方形成一外芦 矩陣與該彩色濾光片層； θ 在ρ外層内形成接觸孔，以及形成像素電極； 在该第一基板薄膜電晶體側周邊施加封環；以及 =該第一基板與具有透明共同電極之一第二基板經由 該封環結合，使得該透明共同電極面對於該第一基板之該 薄膜電晶體側； •其中在該第一基板周邊之封環區域内，除自基板邊緣
    至該封環至少一半寬度之外，該框型黑色矩陣形成於該第 一基板上。 11 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之彩色液晶面板的製 造方法，其中，在該第一基板周邊之封環區域内，形成於 該第一基板上之該框型黑色矩陣，係形成於該框型黑色矩 陣範圍内。 12 ·如申請專利範圍第11項所述之彩色液晶面板的製 造方法’其中，該封環直接施加於該第一基板之該護層。 13 · —種彩色液晶面板的製造方法，包括下列步驟： 在一第一基板上形成複數薄膜電Ba體和交連層；
    該第一基板全般表面沈積一護層’以覆蓋該等薄膜電 晶體和交連層； 在該等薄膜電晶體之半導體層上方與該第一基板周邊 框型區處，形成一黑色矩陣； 形成一彩色濾光片層； 於該第一基板全般表面上方形成一外層，腹該該黑色
    第 18 頁 2002· 09· 12. 〇19 525027 a 修正 六、申請專利範圍 矩陣與該彩色濾光片層； 在該外層内形成接觸孔，以及形成像素電極； 在該第一基板薄獏電晶體側周邊施加封環；以及 忒第一基板與具有透明共同電極之—第二基板經由 結合’使得該透明共同電極面對於該第一基板之該 膜電晶體側； 上。一中該框型黑色矩陣經由一麵合劑形成於該護層 造方14 ·如申請專利範圍第1 3項所述之彩色液晶面板的製 法’其中’該輕合劑為石夕甲炫表面處理劑。 造方15 ·如申請專利範圍第1〇項所述之彩色液晶面板的製 法’其中’在切割該第二基板前，將該第一基板和該 ^ =基板結合’而該第二基板上之該透明共同電極係位於 切割面範圍内。 造方丨、6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之彩色液晶面板的製 =法’其中’該第二基板上之該透明共同電極係位於該 封％區域範圍内。 造方法 環區域 18 造方法 環區域 ^ 如申凊專利範圍第1 1項所述之彩色液晶面板的製 其中’ 一框型黑色矩陣至少接觸該第二基板之封 如申請專利範圍第1 2項所述之彩色液晶面板的製 其中，一框型黑色矩陣灵少接觸該第二基板之封 2138-3042-PF2.ptc 第19頁 2002. 09.12. 020
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