TWI400526B - 液晶顯示裝置用基板及具備該液晶顯示裝置用基板的液晶顯示裝置 - Google Patents

Description

液晶顯示裝置用基板及具備該液晶顯示裝置用基板的液晶顯示裝置

本發明係有關於一種液晶顯示裝置用基板及具備該基板之液晶顯示裝置。

液晶顯示裝置一般具有2張分別設有透明電極之基板和夾於兩基板間之液晶構成。液晶顯示裝置在透明電極間施加特定電壓以驅動液晶，藉由對每一畫素控制光透過率可獲得期望之顯示。近年來，液晶顯示裝置之需求增加，對液晶顯示裝置之要求也呈現多樣化。其中，尤其強烈要求改進顯示品質。

目前，作為轉換元件，針對每一畫素設有薄膜電晶體(TFT；Thin Film Transistor)之主動矩陣型之液晶顯示裝置(TFT－LCD)正成為主流。在TFT－LCD上，藉由塑料製或玻璃製之球狀間隔物或棒狀間隔物來維持2張基板間之間隔(單元格厚度)。通常，在基板貼合前之間隔物撒佈程序，此等間隔物被撒佈於其一側之基板上。然後，將2張基板貼合，從外側對兩基板加壓以使單元格厚度維持於間隔物之直徑大小。

然而，撒佈於畫素內之間隔物便成為液晶配向不良和漏光等的原因。若產生配向不良和漏光，便會在顯示畫面上產生對比度降低和亮點，且顯示品質降低。此外，藉由基板尺寸之大型化使間隔物均勻撒佈變得困難。間隔物撒佈若不均勻，基板面內之單元格厚度便會產生偏差，並產生光斑。尤其IPS(平面內轉換，In－Plane Switching)或MVA(多區域垂直排列，Multi－domain Vertical Alignment)等型式之液晶顯示裝置，與TN(扭轉向列，Twisted Nematic)型式之液晶顯示裝置相比，相對於單元格厚度之變化所產生的亮度變化較大。為此，尤其在IPS型式或MVA型式之液晶顯示裝置上，為了獲得無光斑之顯示，必需進行更均勻的單元格厚度控制。再者，藉由畫素之高精細化，單個畫素之面積變得更小，所以間隔物所佔面積對於畫素而言相對地變大，對間隔物之顯示品質之影響變得更加明顯。

伴隨近年來基板之尺寸大型化及畫素之高精細化，取代球狀間隔物或棒狀間隔物，而使用由感光性樹脂構成之柱狀間隔物(樹脂間隔物)。因為柱狀間隔物係在光刻步驟形成，所以可在遮光膜(BM；黑色矩陣)遮蔽之區域以任意之配置密度進行配置。從而，因在畫素內不會產生液晶之配向不良和漏光，因此不會產生對比度降低和亮點。此外，與球狀間隔物等之粒徑的偏差相比，柱狀間隔物可均勻地形成膜厚(高度)。為此，在基板面內均勻地高精度地控制單元格厚度成為可能。故而不會產生由單元格厚度偏差產生之光斑。因此，使用柱狀間隔物之液晶顯示裝置與使用球狀間隔物或棒狀間隔物之液晶顯示裝置相比較，前者可獲得更高之顯示品質。

柱狀間隔物通常形成於以BM遮光之部分。圖10係顯示使用柱狀間隔物之以往彩色濾光片(CF)基板之製造方法之步驟截面圖。首先如圖10(a)所示，在玻璃等絕緣基板111上由Cr金屬或樹脂塊形成BM145，然後如圖10(b)所示，使用顏料分散型感光性著色樹脂等依次形成紅(R)、綠(G)、藍(B)各顏色之CF樹脂層140R、140G、140B。然後，如圖10(c)所示，濺射ITO等透明電極而形成共通電極141。然後，如圖10(d)所示，例如在基板上塗佈丙烯酸樹脂系負片型感光抗蝕劑，應用光刻法以特定之配置密度於特定位置形成特定大小之柱狀間隔物146。在該CF基板104和在各畫素形成畫素電極116之TFT基板102上分別形成配向膜151、150再進行磨擦，使兩基板104、102相互貼合形成空單元格。然後，於空單元格內注入液晶106，製成如圖11所示之液晶顯示面板。如圖11所示，基板104與102之單元格間隙主要由柱狀間隔物146及CF樹脂層140形成之構造物148予以保持。

於此，在柱狀間隔物146之配置密度設計中，材料之壓縮變位及塑性變形量等之物理性能很重要。必需設計使柱狀間隔物146具有可順應液晶之熱膨脹及熱收縮之柔性和耐受加壓之硬度的雙重性質。為此，柱狀間隔物146可如圖12所示，在通常數量畫素中以近於1個畫素之配置密度進行配置。

詳細言之，即必需均等地設計"每單位面積之柱狀間隔物之壓縮變位量"，而且必需對應於單元格步驟的設計將其設於最佳值。即，在單元格組合後，單元格之硬度取決於"每單位面積之柱狀間隔物之壓縮變位量"。柱狀間隔物146為使具有可順應液晶之熱膨脹及熱收縮之柔性和耐受來自外部加壓之硬度的雙重性質而有必要加以壓縮。

當柱狀間隔物146太硬時，藉由低溫下之熱收縮導致的液晶體積減小，因柱狀間隔物146不能順應，所以產生真空區域，並在該區域產生氣泡。此外，在採用浸漬式真空注入法之液晶注入密封步驟，注入液晶後從外側以規定壓力加壓液晶板，即排出多餘之液晶，調整單元格厚度。然而，如果柱狀間隔物146過硬，即使以特定壓力加壓柱狀間隔物146仍不能充分收縮。為此，若當高溫時藉由熱膨脹液晶體積增加，柱狀間隔物146不能順應液晶之體積增加，藉此，便會產生藉由重力使液晶向面板下方移動而下方之單元格厚度變厚之重力斑。

另一方面，在柱狀間隔物146過軟的情況下，因為與來自外部加壓對應之變位量增大，所以塑性變形量也變大，從而產生單元格厚度不均。

近年來，作為實現液晶注入時間縮短化之方法，而採用了基板貼合與液晶注入同時進行之滴加注入(ODF；One Drop Filling)法。滴加注入法藉由液晶量決定單元格厚度，為此，必需使柱狀間隔物146之高度符合藉由液晶量決定之單元格厚度。若考慮製造精度，要求把柱狀間隔物146設計得很軟。

專利文獻1：日本特開2002－333628號公報專利文獻2：日本特開2002－148633號公報

發明開示

圖13主要係顯示對由樹脂構成之構造物148(柱狀間隔物(PS)146及CF樹脂層140B)施加之負荷與變位量之關係的曲線圖。圖14係顯示構造物148之變位與塑性變形量之關係的曲線圖。如圖13及圖14所示，一般間隔物材料在變位增大時塑性變形量增大，其結果，相對於來自外部之加壓，會進一步變弱。此外，當變位量變得過大時(例如負荷150 mN、變位1.1 μm左右)，便超過彈性變形之極限，從而產生破壞。此等有機材料之特性藉由材料不同而多少有些差異。近年來，一直希望改善此等特性，並不斷進行開發。一般用於CF樹脂層或樹脂BM等之含有顏料之有機材料容易產生破壞或塑性變形。

正因如此，產生之問題為難以製作不會產生重力斑或低溫下的氣泡、具有耐受來自外部加壓之耐受性、可獲得良好顯示品質之液晶顯示裝置。

本發明之目的在於提供可獲得良好顯示品質之液晶顯示裝置及應用於該裝置上之液晶顯示裝置用基板。

上述目的藉由液晶顯示裝置實現，該液晶顯示裝置具有一對基板和密封於前述一對基板間之液晶、在一側之前述基板上的顯示區域內形成之色分解濾光片、維持前述顯示區域內之前述一對基板間之單元格間隙之構造物，該液晶顯示裝置之特徵在於，前述構造物具有占構成該構造物之有機構件90%以上體積之樹脂間隔層。

上述本發明之液晶顯示裝置之特徵在於，前述樹脂間隔層不含顏料。

上述本發明之液晶顯示裝置之特徵在於，前述構造物在上述樹脂間隔層以外不含有機構件。

上述本發明之液晶顯示裝置之特徵在於，前述構造物在前述樹脂間隔層及配向膜以外不含有機構件。

此外，上述目的藉由液晶顯示裝置用基板實現，其特徵在於：具有與相對配置之對向基板共同夾持液晶之透明基板；形成於前述透明基板上之色分解濾光片；為保持與前述對向基板間之顯示區域的單元格間隙而形成於前述透明基板上並在基板面垂直看與其它有機膜重疊，其面積在50%以下之樹脂間隔層。

上述本發明之液晶顯示裝置用基板之特徵在於，前述樹脂間隔層不含顏料。

上述本發明之液晶顯示裝置用基板之特徵在於，前述樹脂間隔層不與其它有機膜重疊。

上述本發明之液晶顯示裝置用基板之特徵在於，在前述樹脂間隔層之下層具有由金屬形成之遮光膜。

再者，上述目的藉由液晶顯示裝置實現，其具有相對配置之一對基板和封入前述一對基板內之液晶，該液晶顯示裝置之特徵在於，在前述一對基板之一方，使用上述本發明之液晶顯示裝置用基板。

若藉由本發明，可實現能夠獲得良好顯示品質之液晶顯示裝置以及應用於該裝置上之液晶顯示裝置用基板。

利用圖1至圖9，對本發明之一實施形態獲得之液晶顯示裝置用基板及具備該液晶顯示裝置用基板之液晶顯示裝置加以說明。圖1顯示藉由本實施形態獲得之液晶顯示裝置之概略結構。如圖1所示，液晶顯示裝置具有經由絕緣膜互相交叉形成之閘極總線及汲極總線，和形成於每個畫素之TFT及具備畫素電極之TFT基板2。此外，液晶顯示裝置具有可形成CF和共通電極，而與TFT基板2相對配置之CF基板4。在兩基板2、4之間封入液晶6(圖1中未顯示)。

在TFT基板2上，安裝有驅動複數閘極總線之驅動器IC之閘極總線驅動電路80，與安裝有驅動複數汲極總線之驅動器IC之汲極總線驅動電路82相連接。此等驅動電路80、82基於自控制電路84輸出之特定信號，對特定之閘極總線或汲極總線輸出掃描信號或數據信號。在與TFT基板2之TFT元件形成面相反側的面上，配置偏光板87，在與CF基板4之共通電極形成面相反側的面上，偏光板86對應於偏光板87直交偏光配置。在與偏光板87之TFT基板2相反側的面上，配置背光單元88。

圖2表示在藉由本實施形態形成之液晶顯示裝置的顯示區域內，3個畫素之斷面結構。如圖2所示，CF基板4形成於玻璃基板11上，並具有對畫素區域周圍進行遮光之BM45。BM45由例如Cr等之金屬膜構成。在BM45上之畫素區域，濾光片形成R、G、B之任一色之CF樹脂層40(40R、40G、40B)作為色分解濾光片。在CF樹脂層40上之整個基板面，形成共通電極41。在共通電極41上，以特定之配置密度形成特定大小和高度之樹脂間隔層46。樹脂間隔層46藉由不含顏料之樹脂構成，而且在BM45上，則可配置於除去CF樹脂層40之區域。再者，樹脂間隔層46亦可形成於TFT基板2側。在共通電極41及整個樹脂間隔層46上，形成配向膜51。

與CF基板4相對配置之TFT基板2具有在玻璃基板10上各畫素區域形成之畫素電極16。在畫素電極16上之整個基板，形成配向膜50。在CF基板4與TFT基板2之間封入液晶6。藉由構造物48保持CF基板4與TFT基板2之間之單元格間隙。

構造物48由BM(Cr膜)45、共通電極41、樹脂間隔層46、配向膜50、51以及未圖示之氮化矽薄膜等構成。其中，有機構件為樹脂間隔層46及配向膜50、51。本實施形態與以往之結構相比較，其特徵在於構造物48不含CF樹脂層和樹脂BM，在構成構造物48之有機構件中樹脂間隔層46佔90%以上的體積。藉此，在構造物48中縮小易破壞和易塑性變形之材料(可含顏料之樹脂等)的比率成為可能。

圖3係顯示施加於構造物之負荷與變位量之關係的曲線圖。曲線圖之橫軸表示變位量(μm)，縱軸表示負荷(mN)。線a表示與藉由本實施形態產生之構造物48相對於負荷之變位量變化，線b及線c表示過去之構造物148相對於負荷之變位量變化。於此，過去之構造物148主要藉由樹脂間隔層及CF樹脂層構成，在構成構造物148之有機構件中，樹脂間隔層所佔之體積比例不足90%。圖4係表示構造物之變位與塑性變形量之關係的曲線圖。線d表示藉由本實施形態產生之構造物48相對於變位量之塑性變形量，線e表示過去之構造物148相對於變位量之塑性變形量。如圖3及圖4所示，藉由本實施形態產生之構造物48，與過去之構造物148相比較，塑性變形量小，對應於負荷之變位量也變小了。如此之本實施形態藉由將樹脂間隔層46在構成構造物48之有機構件中所佔之體積比例提高到90%以上，可改善耐加壓性等之間隔物特性。

當在CF基板4上形成樹脂間隔層46時，藉由將垂直看基板面時之樹脂間隔層46與其它有機膜(尤其係CF樹脂層)相重疊之面積控制到50%以下(較好為0%)，可獲得與上述相同之效果。

以下，利用實施例，就藉由本實施形態之液晶顯示裝置用基板以及具有該基板之液晶顯示裝置進行更詳細之說明。

(實施例1)

就樹脂間隔層46形成於CF基板4側之例進行說明。圖5係顯示所製作之CF基板4之結構圖，圖6(a)~(d)係以圖5之A－A線截斷的局部之製程截面圖。首先，在圖6(a)所示之透明玻璃基板11上形成低反射Cr膜(膜厚0.2 μm)。然後，塗佈光致抗蝕劑，進行曝光、顯像，形成抗蝕劑掩模。用抗蝕劑掩模蝕刻Cr膜，然後剝離抗蝕劑掩模，形成圖6(a)所示之BM45。

然後，如圖6(b)所示，塗佈感光性顏料分散型之R抗蝕劑(膜厚1.8 μm)繪製圖案，並在R畫素部形成CF樹脂層40R。然後，塗佈感光性顏料分散型之G抗蝕劑(膜厚1.8 μm)繪製圖案，並在G畫素部形成CF樹脂層40G。然後，塗佈感光性顏料分散型之B抗蝕劑(膜厚1.8 μm)繪製圖案，並在B畫素部形成CF樹脂層40B。此時本實施例在B畫素內之一部分形成樹脂間隔層46，故不要在形成間隔物預定部55上殘留CF(本例中為B)抗蝕劑。

然後，如圖6(c)所示，形成ITO膜(膜厚150 nm)作為透明電極，並形成共通電極41。

然後，如圖6(d)所示，在共通電極41上塗佈丙烯酸樹脂系負片型感光抗蝕劑。該抗蝕劑中不含顏料。此時，CF樹脂層40上之抗蝕劑膜厚為4.0 μm，不存在CF樹脂層40之形成間隔物預定部55上之抗蝕劑膜厚為5.6 μm。繼續使抗蝕劑繪製圖案，在形成間隔層預定部55上形成樹脂間隔層46。經由以上步驟，製成如圖5所示之CF基板4。

CF基板4側之構造物48'由低反射Cr膜(無機物)、ITO膜(無機物)及樹脂間隔層46(有機物)構成。從基板面上垂直看，樹脂間隔層46不與其它有機膜(尤其係CF樹脂層40)重疊。

構造物48'具有圖3線a及圖4線d所示之特性，與在CF樹脂層上形成樹脂間隔層之過去的構造物相比較，相同變位量下的塑性變形量小，此外已在過去構造物上產生破壞之變位處也並未產生破壞。

於此，在上述中樹脂間隔層46完全不與其它有機膜重疊。但如圖7所示，考慮到樹脂間隔層46之配置空間和CF樹脂層40之圖案精度，也可以使樹脂間隔層46之一部分與CF樹脂層40重疊。樹脂間隔層46與CF樹脂層40之重疊面積如果在樹脂間隔層46之面積的50%以下，那麼便可期望獲得與上述相同之效果。

(實施例2)

在藉由實施例1形成之CF基板4之表面上形成配向膜51，在經由特定步驟製成之TFT基板2的表面形成配向膜50。其後，經由磨擦、密封、貼合、裁斷、注入液晶、封裝、貼偏光板等步驟形成如圖2所示之TN形式之液晶顯示裝置。

由於在已製作之液晶顯示裝置之TFT基板2側不形成除配向膜50以外之有機膜，所以其結果，構造物48具有除樹脂間隔層46和配向膜50、51以外不含有機材料之構造。配向膜50、51膜厚極薄，為0.1 μm左右，對構造物48之特性幾乎無影響。因此，構造物48具有圖3之線a及圖4之線b所示之特性。因構造物48對應於變位的塑性變形量小，且很難產生損壞，故可獲得改善了耐加壓性之液晶顯示裝置。再者，本實施例雖在CF基板4側形成樹脂間隔層46，但亦可在TFT基板2側形成樹脂間隔層46。

(實施例3)

就MVA模式之液晶顯示裝置適用本實施形態之例進行說明。圖8顯示藉由本實施形態形成之液晶顯示裝置之截面構成。如圖8所示，在CF基板4上，作為限制液晶6配向的配向限制用構造物，而形成線狀之凸起54。在TFT基板2上，作為配向限制構造物，形成切口(去除ITO膜)52。液晶6具有為配向限制構造物，形成切口(去除ITO膜)52。液晶6具有諸如負電感應率各向異性。構造物48具有除樹脂間隔層46和配向膜50、51以外不含有機材料之結構。

然後，對在液晶注入製程中應用ODF法製作本實施例之液晶顯示裝置的方法。圖9係顯示應用ODF法之液晶顯示面板之製造步驟的圖。圖9(a)、(c)、(e)係顯示各步驟下之CF基板4之狀態的立體視圖，圖9(b)、(d)、(f)係顯示各步驟下之樹脂間隔層46附近之狀態的概略斷面圖。首先，在已形成凸起54之CF基板4上、以及形成有切口52的TFT基板2之各表面上，形成配向膜。然後，如圖9(a)、(b)所示，例如在CF基板4之外周部之整個周部上，毫無遺漏地塗佈光硬化型之密封材料60。然後，如圖9(c)、(d)所示，在CF基板4上滴入規定量之液晶6。再者，圖9(d)所示並非被滴下狀態之液晶6，而係於後述步驟中充填之狀態的液晶6。然後，如圖9(e)、(f)所示，在真空中貼合CF基板4和TFT基板2，藉由恢復到大氣壓狀態將液晶6充填入兩基板4、2之間。此時，單元格間隙由液晶6之滴入量控制，樹脂間隔層46接觸至TFT基板2並壓縮至規定之變位量。使密封材料60硬化後，經由裁斷面板、貼偏光板等步驟，完成液晶顯示面板。其後，經由模組步驟等，完成液晶顯示裝置。於此，雖然以實施例說明了使用具有負電感應率各向異性液晶6之一例，但並不特別限定液晶之種類。

如以上説明，在本實施形態中，維持使用了色分解濾光片之液晶顯示裝置之單元格間隙的構造物48，具有佔構成構造物48之有機構件90%以上體積之樹脂間隔層46。構造物48以在樹脂間隔層46之外不含有機材料，或在樹脂間隔層46和配向膜50、51之外不含有機材料為佳。藉此，構造物48相對於變位的塑性變形量變小，而且構造物48很難被破壞。從而，可以高成品率地製作具有不斷保持足夠之柔性針對來自外部之加壓具有高耐受性、不易產生單元厚度偏差等之高可靠性的液晶顯示裝置。

本發明不僅限於上述實施形態，而可進行各種變形。

例如，在上述實施形態中舉透過型之液晶顯示裝置為例，但本發明並不限於此，亦可適用於反射型或半透過型等其它液晶顯示裝置。

此外，上述實施形態中，雖以在相對配置之一對基板之對置面上分別形成電極之液晶顯示裝置為例，但本發明並不限於此，亦可適用於僅在一對基板之一側形成電極之IPS型式等的液晶顯示裝置上。

再者，在上述實施形態中，雖以主動矩陣型之液晶顯示裝置為例，但本發明並不限於此，亦可適用於單純矩陣型之液晶顯示裝置。

2．．．TFT基板

4．．．CF基板

10、11．．．玻璃基板

16．．．畫素電極

40G、40B、40R．．．CF樹脂層

41．．．共通電極

45．．．BM

46．．．樹脂間隔層

48．．．構造物

50、51．．．配向膜

52．．．切口

54．．．凸起

55．．．形成間隔層預定部

60．．．密封材料

80．．．閘極總線驅動電路

82．．．汲極總線路驅動電路

84．．．控制電路

86、87．．．偏光板

88．．．背光單元

圖1係顯示本發明之一實施形態之液晶顯示裝置的概略結構圖。

圖2係顯示藉由本發明之一實施形態形成之液晶顯示裝置之3個畫素之結構的斷面結構圖。

圖3係顯示施加於構造物上之負荷與變位量之關係的曲圖4係顯示構造物之變位與塑性變形量之關係的曲線圖。

圖5係顯示藉由本發明之一實施形態之實施例1的液晶顯示裝置用基板之結構圖。

圖6(a)－(d)係顯示本發明之一實施形態之實施例1的液晶顯示裝置用基板製造方法之步驟斷面圖。

圖7係顯示本發明之一實施形態之實施例1的液晶顯示裝置用基板結構變形例之圖式。

圖8係顯示本發明之一實施形態之實施例3的液晶顯示裝置之構成的斷面圖。

圖9(a)－(f)係顯示本發明之一實施方式之實施例3的液晶顯示裝置製造方法之圖式。

圖10(a)－(d)係顯示過去CF基板製造方法之步驟斷面圖。

圖11係顯示過去液晶顯示面板之構成的斷面圖。

圖12係顯示過去CF基板之構成圖。

圖13係顯示施加於構造物上之負荷與變位量之關係的曲線圖。

圖14係顯示構造物之變位與塑性變形量之關係的曲線圖。

2．．．TFT基板

4．．．CF基板

6．．．封入基板2、4之間之液晶

10．．．玻璃基板

11．．．玻璃基板

16．．．畫素電極

40B．．．CF樹脂層

40G．．．CF樹脂層

40R．．．CF樹脂層

41．．．共通電極

45．．．BM

46．．．樹脂間隔層

48．．．構造物

50．．．配向膜

51．．．配向膜

Claims (7)

1. 一種液晶顯示裝置用基板，其特徵在於包含：與相對向配置之對向基板共同夾持液晶之透明基板、在前述透明基板上形成之色分解濾光片、為維持與前述對向基板之間之顯示區域的單元格間隙而形成於前述透明基板上，從基板面垂直觀之與其它有機膜相重疊面積在50%以下之樹脂間隔層；作為上述樹脂間隔層與支持薄膜電晶體之前述對向基板之間之有機膜，僅設置配向膜。
2. 如請求項1之液晶顯示裝置用基板，其中前述樹脂間隔層不含顏料。
3. 如請求項1或2之液晶顯示裝置用基板，其中前述樹脂間隔層不與其它有機膜重疊。
4. 如請求項1或2之液晶顯示裝置用基板，其中在前述樹脂間隔層之下層進一步具有由金屬形成之遮光膜。
5. 如請求項3之液晶顯示裝置用基板，其中在前述樹脂間隔層之下層進一步具有由金屬形成之遮光膜。
6. 如請求項1之液晶顯示裝置用基板，其中自基板面垂直地觀察，前述樹脂間隔層係一部份與其他有機膜重疊。
7. 一種液晶顯示裝置，其特徵為包含：相對配置的一對基板、密封於前述一對基板之間的液晶，其中於前述一對基板中之一方，使用如請求項1至6中任一項之液晶顯示裝置用基板。