TWI662342B - 控制液晶盒間隙的方法 - Google Patents

Abstract

一種控制液晶盒間隙的方法，包括：提供一陣列基板；提供一對向基板；形成複數個間隔物於陣列基板的第一壓縮區上或對向基板的第二壓縮區上，其中間隔物具有原始高度；覆蓋對向基板於陣列基板上，使間隔物位於第一壓縮區以及第二壓縮區之間；形成液晶盒間隙於陣列基板以及對向基板之間，其中以陣列基板及對向基板對間隔物施壓，以使間隔物產生壓縮率，以得到預設之液晶盒間隙。

Description

控制液晶盒間隙的方法

本發明是有關於一種控制液晶盒間隙的方法，且特別是有關於一種對間隔物施壓並控制液晶盒間隙的方法。

近年來，隨著顯示技術的不斷進步，觀賞者對於顯示器之顯示品質（如影像解析度、色彩飽和度等）的要求也越來越高。為了提升顯示器之顯示品質，液晶盒間隙的控制尤為重要。若不能獲得預期之液晶盒間隙，顯示器往往會出現光學以及視覺上問題，而無法滿足使用者的需求。這些問題的產生來自於相位延遲現象（Retardation）的變異，常影響穿透度、反應時間、色度以及對比等相關重要參數。

為了解決前述問題，目前亟需一種能準確控制液晶盒間隙的方法。

本發明提供一種控制液晶盒間隙的方法，能準確的控制液晶盒間隙的大小，並藉此提升顯示器之顯示品質。

本發明的一種控制液晶盒間隙的方法，包括：提供陣列基板，陣列基板包括第一開口區與位於第一開口區至少一側的第一遮光區，且第一遮光區中具有複數個第一壓縮區。提供對向基板，對向基板包括第二開口區與位於第二開口區至少一側的第二遮光區，且第二遮光區具有複數個第二壓縮區；形成複數個間隔物於陣列基板的第一壓縮區上或對向基板的第二壓縮區上，其中，間隔物具有原始高度B。覆蓋對向基板於陣列基板上，使間隔物位於第一壓縮區以及第二壓縮區之間。形成液晶盒間隙於陣列基板以及對向基板之間，其中以陣列基板及/或對向基板對間隔物施壓，以使間隔物產生壓縮率A，以得到預設之液晶盒間隙，其中壓縮率A具有一臨界值Ac，當A≦Ac時，A實質上等於( )；當A≧Ac時，A實質上等於( )，其中CG為液晶盒間隙，Hl與Hc為該陣列基板在該第一遮光區的厚度以及對向基板在第二遮光區的厚度減去陣列基板在第一開口區的厚度以及對向基板在第二開口區的厚度，其中Hc不會隨著B增加而改變，而Hl則會隨著B增加而變大。

基於上述，本發明提出之控制液晶盒間隙的方法考慮了陣列基板及對向基板在施壓後所出現的厚度變化，因此能準確的控制液晶盒間隙的大小，並藉此提升顯示器之顯示品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的一實施例的一種顯示面板1的上視示意圖。圖2A、圖2B是依照本發明的一實施例的一種顯示面板1的剖面示意圖，其中圖2A、圖2B例如是沿著圖1A剖線αα’以及ββ’的剖面示意圖。

請先參考圖1與圖2A，陣列基板100包括基底110、第一金屬層M1、第一絕緣層120、半導體層130、第二金屬層M2以及畫素電極E。在本實施例中，第一金屬層M1、第一絕緣層120、半導體層130、第二金屬層M2以及畫素電極E依序沉積於基底110上。基底110之材質例如包括玻璃、石英、有機聚合物或是不透光/反射材料（例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷或其他可適用的材料）或是其他可適用的材料。若使用導電材料或金屬時，則在基底110上覆蓋一層絕緣層（未繪示），以避免短路問題。

主動元件T位於基底110上，並與掃描線SL以及資料線DL電性連接。主動元件T例如包括閘極G、通道層CL、源極S以及汲極D。

閘極G與掃描線SL電性連接。在本實施例中，閘極G與掃描線SL皆屬於第一金屬層M1，但本發明不以此為限。在其他實施例中，閘極G與掃描線SL可以屬於第二金屬層M2或是其他導電層。第一金屬層M1的材料例如包括金、銀、銅、鋁、鉬、鈦、錫、鈮、鉭其中之一或其他合適的材料或上述材料之組合。

通道層CL與閘極G之間隔有第一絕緣層120，且通道層CL屬於半導體層130。第一絕緣層120的材料例如包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽其中之一或其他合適的材料或上述材料之組合。

源極S以及汲極D與通道層CL電性連接，且源極S與資料線DL電性連接，其中資料線DL、源極S以及汲極D皆屬於第二金屬層M2，但本發明不以此為限。在其他實施例中，資料線DL、源極S以及汲極D屬於第一金屬層M1或是其他導電層。第二金屬層M2的材料例如包括金、銀、銅、鋁、鉬、鈦、錫、鈮、鉭其中之一或其他合適的材料或上述材料之組合。

汲極D電性連接至畫素電極E。畫素電極E可為穿透式畫素電極、反射式畫素電極或是半穿透半反射式畫素電極。穿透式畫素電極之材質包括金屬氧化物，例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物其中之一或其他合適的氧化物或者是上述至少二者之堆疊層。反射式畫素電極之材質包括具有高反射率的金屬材料。

對向基板200包括基底210、遮光層220、濾光層230以及共用電極240。在本實施例中，遮光層220、濾光層230以及共用電極240依序沉積於基底210上。基底210之材質例如包括玻璃、石英、有機聚合物或是不透光/反射材料（例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷或其他可適用的材料）或是其他可適用的材料。若使用導電材料或金屬時，則在基底210上覆蓋一層絕緣層（未繪示），以避免短路問題。

在本實施例中，濾光層230包括藍色濾光圖案232、紅色濾光圖案234以及綠色濾光圖案236，但本發明不以此為限。在一些實施例中，濾光層230還包括白色濾光圖案、黃色濾光圖案或其他顏色的濾光圖案。濾光層230的材料例如包括高分子材料，例如樹脂。

遮光層220例如為黑矩陣（black matrix, BM），遮光層220的材料例如為黑色樹脂、金屬或其他合適的材料。在一些實施例中，遮光層220的材料包括鉻，且能改善遮光層220受壓變形而影響液晶盒間隙的問題。

陣列基板100包括第一開口區AA與位於第一開口區AA至少一側的第一遮光區RA。對向基板200包括第二開口區AB與位於第二開口區AB至少一側的第二遮光區RB。在本實施例中，陣列基板100與對向基板200對應遮光層220設置的區域分別被定義為第一遮光區RA與第二遮光區RB。第一開口區AA與第二開口區BA大致上對應畫素電極E的位置。在一些實施例中，遮光層220例如覆蓋陣列基板100的掃描線SL、資料線DL以及主動元件T。

第一開口區AA包括重疊的第一絕緣層120以及畫素電極E。

第一遮光區RA包括重疊的第一金屬層M1、第一絕緣層120、半導體層130以及第二金屬層M2。第一遮光區RA中具有複數個第一壓縮區P1。在本實施例中，第一壓縮區P1與主動元件T互相分離，且第一壓縮區P1中的半導體層130以及第二金屬層M2為浮置的島狀結構，並未與其他導線電性連接，但本發明不以此為限。在一些實施例中，第一壓縮區P1中的至少一個包括其中一個主動元件T，意即後續所形成之間隔物PS會與主動元件T重疊。

第二開口區AB包括重疊的濾光層230以及共用電極240。第二遮光區RB包括重疊的濾光層230、遮光層220以及共用電極240。在本實施例中，濾光層230形成於基底210上，但本發明不以此為限。在其他實施例中，濾光層230形成於基底110上且不形成於基底210上，且陣列基板100的第一遮光區RA包括重疊的第一金屬層M1、第一絕緣層120、半導體層130、第二金屬層M2以及濾光層230，且第一開口區AA包括重疊的第一絕緣層120、畫素電極E以及濾光層230。換句話說，本發明也適用於彩色濾光層於畫素陣列上（color filter on array, COA）之結構。

第二遮光區RB具有複數個第二壓縮區P2。在一些實施例中，第二壓縮區P2中包括遮光層220、濾光層230以及共用電極240，其中又以第二壓縮區P2中的至少一個包括藍色濾光圖案232較佳。

形成複數個間隔物PS於陣列基板100的第一壓縮區P1上或對向基板200的第二壓縮區P2上。在本實施例中，形成間隔物PS於對向基板200的第二壓縮區P2上。間隔物PS具有原始高度B（或稱壓縮前高度）。在一些實施例中，原始高度B介於1微米與7微米之間。

接著請同時參考圖1、圖2A以及圖2B，覆蓋對向基板200於陣列基板100上，使間隔物PS位於第一壓縮區P1以及第二壓縮區P2之間。在一些實施例中，間隔物PS的材料例如包括樹脂或其他合適的材料。

形成液晶盒間隙CG於陣列基板100以及對向基板200之間，其中以陣列基板100及/或對向基板200對間隔物PS施壓，以使間隔物PS產生壓縮率A，以得到預設之液晶盒間隙CG。於液晶盒間隙CG間隙中填入顯示介質L。

在一些實施例中，液晶盒間隙CG介於2微米與5微米之間壓縮後之間隔物PS具有壓縮後之高度B’，壓縮率A的計算方式如式1所示： 式1

在一些實施例中，陣列基板100的第一壓縮區P1在施壓前具有原始高度L1，施壓後則具有壓縮後之高度L1’。壓縮後之高度L1’小於或等於原始高度L1。

在一些實施例中，對向基板200的第二壓縮區P2在施壓前具有原始高度L2，施壓後則具有壓縮後之高度L2’。壓縮後之高度L2’小於或等於原始高度L2。

在一些實施例中，由於壓縮後之高度L1’小於原始高度L1及/或壓縮後之高度L2’小於原始高度L2，因此，若計算液晶盒間隙CG時只考慮到間隔物PS的壓縮量，則難以獲得預期得到之液晶盒間隙CG。

一般而言，若只考慮到間隔物PS的壓縮量，可用以下述式2及式3計算液晶盒間隙CG與其他膜層的厚度之間的關係： 式2 式3

式2及式3中的CG即為液晶盒間隙CG，T1為第一金屬層M1的原始厚度，T2為第二金屬層M2的原始厚度，C為半導體層130的原始厚度，M為遮光層220的原始厚度，R1為第二遮光區RB中之濾光層230的原始厚度（例如為藍色濾光圖案232的平均厚度），R2為第二開口區AB中之濾光層230的原始厚度（例如為紅色濾光圖案234以及綠色濾光圖案236的平均厚度），I為畫素電極E的原始厚度。X為共用電極240的原始厚度。P為第一絕緣層120的原始厚度。前述之原始厚度皆指的是各膜層在施壓前的厚度。

接著以代數H減化式3，如下述式4及式5所示： 式4 式5

接著將式5帶入式1，可以得到下述式6及式7： 式6 式7

然而，若以上述方式計算液晶盒間隙CG，先決條件是除了間隔物PS以外的膜層都沒有在施壓後高度發生變化。若陣列基板100以及對向基板200中有任何膜層在施壓後高度發生變化，即不能準確的獲得預先設定之液晶盒間隙CG。

圖5是依照本發明的一些實施例的一種顯示面板之間隔物的原始高度與其壓縮率的折線圖。

請同時參考圖2A、圖2B以及圖5，圖5是不同實施例中，藉由固定壓力以及製程環境下，調整間隔物PS的原始高度B所獲得之實驗數據圖，其中橫軸為間隔物PS的原始高度B，縱軸為不同原始高度B的間隔物PS在施壓後（例如以陣列基板100及/或對向基板200對其施壓）所出現的壓縮率A。

由圖5可以發現，將所得之壓縮率A與原始高度B做圖可輕易發現折線圖可分被分為兩部分，一為壓縮率A不太會隨著原始高度B的變化而改變之穩定區域（例如約為圖中原始高度B小於3.2微米的部分），另一為壓縮率A隨著原始高度B的變化而大幅度改變之非穩定區域。其中將穩定區域與非穩定區域交界處之壓縮率A定義為臨界值Ac，原始高度B定義為臨界值Bc。雖然在本實施例中，壓縮率A之臨界值Ac例如約為57%，但本發明不以此為限。

在穩定區域內，因為顯示面板（例如圖1之顯示面板1）內各層材料（例如包括間隔物PS、第一壓縮區P1與第二壓縮區P2中之膜層）在固定壓力以及製程環境下，壓縮率A趨近一固定值。因此在此壓縮率A範圍內（例如大於57%）可以有效的估計間隔物PS的原始高度B對應之液晶盒間隙CG。舉例來說，間隔物PS的原始高度B介於3微米～3.2微米，且液晶盒間隙CG例如介於3.45微米～3.5微米間，但本發明不以此為限。間隔物PS與液晶盒間隙CG之間的高度比例要視顯示面板1中各膜層的實際厚度而定。

在一些實施例中，如圖5所示，當A≦Ac時，A實質上等於( )，其中B以微米為單位。

若間隔物PS的原始高度B由臨界值Bc（例如3.2微米）往上加高時，則可以發現壓縮率折線圖的斜率出現變化，且呈線性降低，即臨界值Ac以上之壓縮率A的線性關係不同於臨界值Ac以下之壓縮率A的線性關係。由此可知，顯示面板中除間隔物PS外的各層膜的壓縮率在固定壓力以及製程環境下，於間隔物PS的原始高度B為3.2微米時已達穩定值。因此，在間隔物PS的原始高度B為3.2微米～3.6微米（液晶盒間隙CG例如介於3.55微米～3.99微米）時，間隔物PS的壓縮率A之折線圖的線性變化為間隔物PS的原始高度B變大所貢獻出的額外高度。

基於上述，應當理解顯示面板在施壓以後，並非只有間隔物PS會被壓縮，顯示面板中的其他膜層也可能會被壓縮。

為了精確計算液晶盒間隙CG，必須將其他膜層的壓縮率也考慮進公式裡，其中A≦Ac時以Hl進行計算，A≧Ac時以Hc進行計算。如下式8及式9所示： 式8 式9

式8及式9中之Hl與Hc為陣列基板100在第一遮光區RA的厚度（壓縮後的厚度）以及對向基板200在第二遮光區RB的厚度（壓縮後的厚度）減去陣列基板100在第一開口區AA的厚度（壓縮後的厚度）以及對向基板200在第二開口區AB的厚度（壓縮後的厚度）。dHc與dHl為陣列基板100及/或對向基板200對間隔物PS施壓後，第一壓縮區P1以及第二壓縮區P2產生的厚度變化合。

在一些實施例中，dHc實質上等於第一壓縮區P1以及第二壓縮區P2厚度變化的極限。dHc不會隨著原始高度B變大而改變，dHl則會隨著B增加而變大。換句話說，Hc不會隨著原始高度B變大而改變，而Hl則會隨著B增加而變大。

在一些實施例中，當壓縮率A實質上等於臨界值Ac時，dHc實質上等於dHl。

將式8的Hl及式9的Hc分別取代式7的H，可得下述式10及式11： 式10 式11

透過式10以及式11可以更精準演繹間隔物PS之壓縮率A的變化趨勢，藉此能在製造顯示面板時獲得更精準的液晶盒間隙CG。

圖3A和圖3B是依照本發明的一實施例的一種顯示面板2的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖3A和圖3B的實施例沿用圖1、圖2A和圖2B的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖3A和圖3B之顯示面板2與圖2A和圖2B之顯示面板1的差異在於：顯示面板2之第一壓縮區P1中包括第二絕緣層140，且部分第二絕緣層140從第一遮光區RA延伸進第一開口區AA。

在本實施例中，第二絕緣層140例如是形成於第二金屬層M2之後，且於畫素電極E之前形成。畫素電極E例如會穿過第二絕緣層140而與主動元件T的汲極D電性連接。

圖4是依照本發明的一實施例的一種顯示面板的上視示意圖。在此必須說明的是，圖4的實施例沿用圖1、圖2A和圖2B的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖4之顯示面板3與圖1之顯示面板1的差異在於：顯示面板3更包括多個輔助間隔物SPS。

在本實施例中，輔助間隔物SPS例如與間隔物PS同時形成，然而輔助間隔物SPS與間隔物PS的不同之處在於輔助間隔物SPS的下方沒有半導體層130以及第二金屬層M2。

綜上所述，本發明提出之控制液晶盒間隙的方法考慮了陣列基板及對向基板在施壓後所出現的厚度變化，因此能準確的控制液晶盒間隙的大小，並藉此提升顯示器之顯示品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1、2、3‧‧‧顯示面板

100‧‧‧陣列基板

110、210‧‧‧基底

120‧‧‧第一絕緣層

130‧‧‧半導體層

200‧‧‧對向基板

220‧‧‧遮光層

230‧‧‧濾光層

232‧‧‧藍色濾光圖案

234‧‧‧紅色濾光圖案

236‧‧‧綠色濾光圖案

240‧‧‧共用電極

AA‧‧‧第一開口區

AB‧‧‧第二開口區

B‧‧‧原始高度

B’、L1’、L2’‧‧‧壓縮後之高度

C、T1、T2、M、R1、R2、I、X、P‧‧‧原始厚度

CL‧‧‧通道層

CG‧‧‧液晶盒間隙

D‧‧‧汲極

DL‧‧‧資料線

E‧‧‧畫素電極

G‧‧‧閘極

L‧‧‧顯示介質

M1‧‧‧第一金屬層

M2‧‧‧第二金屬層

P1‧‧‧第一壓縮區

P2‧‧‧第二壓縮區

PS‧‧‧間隔物

RA‧‧‧第一遮光區

RB‧‧‧第二遮光區

S‧‧‧源極

SL‧‧‧掃描線

T‧‧‧主動元件

圖1是依照本發明的一實施例的一種顯示面板的上視示意圖。 圖2A、圖2B是依照本發明的一實施例的一種顯示面板的剖面示意圖。 圖3A、圖3B是依照本發明的一實施例的一種顯示面板的剖面示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例的一種顯示面板的上視示意圖。 圖5是依照本發明的一些實施例的一種顯示面板之間隔物的原始高度與其壓縮率的折線圖。

Claims (10)

1. 一種控制液晶盒間隙的方法，包括：提供一陣列基板，該陣列基板包括一第一開口區與位於該第一開口區至少一側的一第一遮光區，且該第一遮光區中具有複數個第一壓縮區；提供一對向基板，該對向基板包括一第二開口區與位於該第二開口區至少一側的一第二遮光區，且該第二遮光區具有複數個第二壓縮區；形成複數個間隔物於該陣列基板的該些第一壓縮區上或該對向基板的該些第二壓縮區上，其中，該些間隔物具有一原始高度B；覆蓋該對向基板於該陣列基板上，使該些間隔物位於該些第一壓縮區以及該些第二壓縮區之間；形成該液晶盒間隙於該陣列基板以及該對向基板之間，其中以該陣列基板及/或該對向基板對該些間隔物施壓，以使該些間隔物產生一壓縮率A，以得到預設之該液晶盒間隙，其中該壓縮率A具有一臨界值Ac，當A≦Ac時，A實質上等於(

   

   +1)，當A≧Ac時，A實質上等於(

   

   +1)，其中CG為該液晶盒間隙，Hl與Hc為該陣列基板在該第一遮光區的厚度以及該對向基板在該第二遮光區的厚度減去該陣列基板在該第一開口區的厚度以及該對向基板在該第二開口區的厚度，其中Hc不會隨著B增加而改變，而Hl則會隨著B增加而變大。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該第一遮光區包括重疊的一第一金屬層、一第一絕緣層、一半導體層以及一第二金屬層，且該第一開口區包括重疊的該第一絕緣層以及一畫素電極；且該第二遮光區包括重疊的一濾光層以及一遮光層，且該第二開口區包括該濾光層，其中Hl=[(T1+T2+C+M+R1-dHl)-(I+R2)]，Hc=[(T1+T2+C+M+R1-dHc)-(I+R2)]，T1為該第一金屬層的原始厚度，T2為該第二金屬層的原始厚度，C為該半導體層的原始厚度，M為該遮光層的原始厚度，R1為該第二遮光區中之該濾光層的原始厚度，I為該畫素電極的原始厚度，R2為該第二開口區中之該濾光層的原始厚度，dHc與dHl為該陣列基板及/或該對向基板對該些間隔物施壓後，該些第一壓縮區以及該些第二壓縮區產生的厚度變化，其中dHc不會隨著B改變，而dHl則會隨著B增加而變大。
3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該第一遮光區包括重疊的一第一金屬層、一第一絕緣層、一半導體層、一第二金屬層以及一濾光層，且該第一開口區包括重疊的該第一絕緣層、一畫素電極以及該濾光層；且該第二遮光區包括一遮光層，其中Hl=[(T1+T2+C+M+R1-dHl)-(I+R2)]，Hc=[(T1+T2+C+M+R1-dHc)-(I+R2)]，T1為該第一金屬層的原始厚度，T2為該第二金屬層的原始厚度，C為該半導體層的原始厚度，M為該遮光層的原始厚度，R1為該第二遮光區中之該濾光層的原始厚度，I為該畫素電極的原始厚度，R2為該第二開口區中之該濾光層的原始厚度，dHc與dHl為該陣列基板及/或該對向基板對該些間隔物施壓後，該些第一壓縮區以及該些第二壓縮區產生的厚度變化，其中dHc不會隨著B改變，而dHl則會隨著B增加而變大。
4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該些第一壓縮區包括一第二絕緣層，且部分該第二絕緣層從該第一遮光區延伸進該第一開口區。
5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該陣列基板包括多個主動元件，該些第一壓縮區中的至少一個包括其中一個主動元件。
6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該濾光層包括一藍色濾光圖案、一紅色濾光圖案以及一綠色濾光圖案，該些第二壓縮區中的至少一個包括部分該藍色濾光圖案。
7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中CG介於2微米與5微米之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中B介於1微米與7微米之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中A≦Ac，且A實質上等於(-0.1804×B+1.2046)，其中B以微米為單位。
10. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的方法，其中dHc實質上等於dHl，且A實質上等於Ac。