TWI703389B

TWI703389B - 液晶顯示裝置

Info

Publication number: TWI703389B
Application number: TW108120047A
Authority: TW
Inventors: 加藤諒祐; 山口稔
Original assignee: 日商凸版印刷股份有限公司
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-09-01
Also published as: TW202004299A; JP2019215410A; WO2019240136A1

Abstract

一種液晶顯示裝置，包含：第1及第2基板(11、12)；液晶層(13)，挾持在第1及第2基板(11、12)間；第1密封材(21)，圍繞液晶層(13)，將液晶層(13)封閉在第1及第2基板(11、12)間；及第2密封材(22)，空開間隔地圍繞第1密封材(21)。

Description

液晶顯示裝置

本發明係關於液晶顯示裝置。

液晶顯示裝置不僅使用於時鐘或計算機等日常生活形態中，也應用於要求高可靠性的車載設備中。車載用液晶顯示裝置因為使用環境條件嚴苛，製品出貨前的可靠性試驗也必須以嚴苛的條件來進行。可靠性試驗包含了環境試驗。

就典型的液晶顯示裝置而言，進行長時間維持在高溫高濕環境中的環境試驗時，水分會滲透液晶顯示裝置的密封材，且水分會滲入液晶層內。因該水分而使液晶層的電阻率下降的結果，會產生靜電容量保持率降低的區域。因此，導致在液晶顯示裝置產生顯示不良的情形。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特許第4302381號公報

[專利文獻2]日本特開2005-156752號公報

本發明旨在提供可靠性更高的液晶顯示裝置。

本發明一態樣的液晶顯示裝置具備：第1及第2基板；第1液晶層，挾持在前述第1及第2基板間；第1密封材，圍繞前述第1液晶層，將前述第1液晶層封閉在前述第1及第2基板間；及第2密封材，空開間隔地圍繞前述第1密封材。

若依據本發明，可提供可靠性更高的液晶顯示裝置。

10‧‧‧液晶顯示裝置

11‧‧‧第1基板(TFT基板)

12‧‧‧第2基板(CF基板)

13、23‧‧‧液晶層

14‧‧‧開關元件(TFT)

15‧‧‧絕緣層

16‧‧‧像素電極

17‧‧‧接觸插塞(接觸孔)

18‧‧‧彩色濾光片

18-R‧‧‧紅色濾光片

18-G‧‧‧綠色濾光片

18-B‧‧‧藍色濾光片

19‧‧‧黑色基質(遮光層)

20‧‧‧共通電極

21‧‧‧第1密封材

21A、21B‧‧‧密封材

22‧‧‧第2密封材

22A、22B‧‧‧密封材

24‧‧‧封閉材

26‧‧‧充填層

27‧‧‧空氣層

28、28A、28B‧‧‧密封材

圖1為第1實施形態之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖2為沿著圖1之A-A'線的液晶顯示裝置剖面圖。

圖3為液晶顯示裝置之具體剖面構造的說明圖。

圖4為比較例之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖5為第2實施形態之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖6為第3實施形態之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖7為第4實施形態之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖8為沿著圖7之B-B'線的液晶顯示裝置剖面圖。

圖9為第5實施形態之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖10為沿著圖9之A-A'線的液晶顯示裝置剖面圖。

圖11為第6實施形態之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖12為沿著圖11之A-A'線的液晶顯示裝置剖面圖。

圖13為第7實施形態之液晶顯示裝置的俯視圖。

圖14為沿著圖13之A-A'線的液晶顯示裝置剖面圖。

[用以實施發明的形態]

以下，參照附圖針對實施形態加以說明。其中，圖式係屬示意性或概念性者，各圖式的尺寸及比例等未必和實際製品相同。再者，即使圖式相互間顯示相同部分時，也會有彼此的尺寸關係或比例表現不同的情形。特別是，以下所示的幾個實施形態係例示用以具體化本發明技術思想的裝置及方法，非以構成部件的形狀、構造、配置等來特定本發明的技術思想。另外，以下的說明中，具有相同功能及構成的要素均附註相同的符號，僅在必要時才進行重複說明。

[1]第1實施形態 [1-1]液晶顯示裝置10的構成

圖1為第1實施形態之液晶顯示裝置10的俯視圖。圖2為沿著圖1之A-A'線之液晶顯示裝置10的剖面圖。另外，圖1的俯視圖中，為了容易瞭解本發明的構成，密封材及封閉材係以實線標示，液晶層則以點狀陰影表示。圖1以外的俯視圖亦相同。

液晶顯示裝置10具備：TFT基板11，形成有TFT及像素電極等；及彩色濾光片基板(CF基板)12，形成有彩色濾光片及共通電極等，且和TFT基板11相對配置。TFT基板11及CF基板12的每一者係由透明基板(例如，玻璃基板、或塑膠基板)構成。

液晶層13係充填於TFT基板11及CF基板12間。具體而言，液晶層13係封入於藉TFT基板11及CF基板12、及密封材21、22所圍繞的區域內。密封材21、22的具體構成容後述。

構成液晶層13的液晶材料中，其液晶分子的配向會隨著施加於TFT基板11及CF基板12間的電場而動作，使光學特性變化。液晶模式可適用VA(Vertical Alignment，垂直配向)模式、TN(Twisted Nematic，扭轉向列)模式、及均質模式等各種液晶模式。

TFT基板11的液晶層13側設有數量和複數像素對應的複數個開關元件(未圖示)。複數個像素係配置成陣列狀。有關開關元件的構成容後述。複數個開關元件上設有絕緣層15。

絕緣層15上設有數量和複數個像素對應的複數個像素電極16。1個像素電極16係設於1個像素區域的大致整體。

CF基板12的液晶層13側設有彩色濾光片(未圖示)。有關彩色濾光片的構成容後述。

彩色濾光片上設有共通電極20。共通電極20係以平面狀形成在液晶顯示裝置10的整個顯示區域。

(液晶顯示裝置10的具體剖面構造)

圖3為液晶顯示裝置10的具體剖面構造說明圖。圖3為從密封材21、22抽除內側的一部分顯示區域的剖面圖，而且是順沿X方向的剖面圖。

TFT基板11的液晶層13側設有數量和複數個像素對應的複數個開關元件14。開關元件14係使用例如TFT(Thin Film Transistor，薄膜電晶體)，且使用n通道TFT。圖3中，係將TFT 14簡化顯示。具體而言，TFT 14具備：發揮掃描線功能的閘極電極、設於閘極電極上的閘極絕緣膜、設於閘極絕緣膜上的半導體層(例如非晶質矽層)、以及局部和半導體層接觸且彼此分開設置的源極電極及汲極電極。源極電極係電連接於信號線(未圖示)。

在絕緣層15內且TFT14的汲極電極上設有電連接於像素電極16的接觸插塞(接觸孔)17。

在絕緣層15上且複數個像素電極16上設有控制液晶層13之初期配向的配向膜(未圖示)。

CF基板12的液晶層13側設有彩色濾光片18。彩色濾光片18具備有複數個著色濾光片(著色構件)，具體而言，具備複數個紅色濾光片18-R、複數個綠色濾光片18-G、及複數個藍色濾光片18-B。一般的彩色濾光片係由光之三原色的紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)所構成。鄰接的R、G、B三個顏色組成為顯示單位(像素)，1個像素中的R、G、B的任一單色部分即是通稱為副像素(次像素)的最小驅動單位。TFT 14及像素電極16係按每個次像素設置。本說明書中，像素及次像素的區別，除了特殊必要的情況外，均將次像素稱為像素。

在紅色濾光片18-R、綠色濾光片18-G、及藍色濾光片18-B的邊界部分、及像素(次像素)的邊界部分設有遮光用的黑色基質(遮光層)19。亦即，黑色基質19係形成為網孔狀。黑色基質19具有例如將著色構件間的無用光線遮蔽，並提升對比的功能。

共通電極20上設有用以控制液晶層13之初期配向的配向膜(未圖示)。

像素電極16、接觸插塞17、及共通電極20係由透明電極構成，且使用例如ITO(銦錫氧化物)。絕緣層15係使用透明的絕緣材料，例如使用氮化矽(SiN)。

[1-2]密封材21、22的具體構成

參照圖1及圖2，就前述密封材21、22的具體構成加以說明。

密封材21係設成和絕緣層15及CF基板12接觸。密封材21為例如框狀且具四角形。亦即，密封材21係包含延伸於X方向的2個邊、及朝正交於X方向之Y方向延伸的2個邊。密封材21的內側區域係作為可顯示影像的顯示區域。

密封材22係設成和絕緣層15及CF基板12接觸。密封材22為例如框狀且具四角形。密封材22係構成為圍繞密封材21。密封材22係和密封材21空開間隔，且配置於密封材21的外側。

在密封材21與密封材22之間設有液晶層23。液晶層23係屬於例如和液晶層13相同的材料。

密封材21係在例如圖1的上側邊(延伸於X方向的邊)之中央部具有用以注入液晶的注入口(開口部)。密封材21的注入口係藉由從四角形密封材的一部分朝Y方向延伸的2條密封材21A、21B所構成。密封材21A、21B係延伸到TFT基板11的端部。

密封材22則在例如圖1的上側邊(延伸於X方向的邊)之中央部具有用以注入液晶的注入口。密封材22的注入口係藉從四角形密封材的一部分朝Y方向延伸的2條密封材22A、22B所構成。密封材22A、22B係延伸到TFT基板11的端部。

密封材21、22係以例如印刷方式形成。密封材係由例如紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、或紫外線-熱併用型硬化樹脂等製成，且在製程中印刷於TFT基板11及/或CF基板12後，藉由紫外線照射、或加熱等使其硬化。

封閉材24係用以將密封材21的注入口、及密封材22的注入口加以封閉。封閉材24係由例如紫外線硬化樹脂所構成。封閉材24係在液晶注入TFT基板11及CF基板12間後，以填埋密封材21之注入口、及密封材22之注入口的方式實施塗布。然後，藉由紫外線照射使封閉材24硬化。

液晶的注入方式可採用例如真空注入方式。真空注入方式係將液晶從密封材21、22的注入口注入。

就依此方式構成的液晶顯示裝置10而言，可抑制水分從外部滲入液晶層13內。

[1-3]變形例

外側的密封材22也可用阻隔性較高的材料構成。密封材22係以包含無機材料的密封材所構成。無機材料可選擇水分不會滲透的材料。內側的密封材21係以例如樹脂所構成。

在變形例中，可使密封材22的阻隔性更為提高。藉此方式，即得以進一步抑制水分滲入液晶層13的情形。

[1-4]比較例

圖4為比較例之液晶顯示裝置的俯視圖。

液晶層13係利用一層密封材22封入於TFT基板11及CF基板12間。密封材22的注入口則以封閉材24予以封閉。

液晶顯示裝置會有搭載於例如使用環境嚴苛之車輛等的情形。車載用液晶顯示裝置被要求高可靠性。因此，要以更嚴苛的條件進行可靠性試驗(環境試驗)。

環境試驗的一個例子中，係實施維持2000hr(小時)高溫高濕環境(例如，85度、85%RH(relative humidity，相對濕度))的試驗。

比較例的液晶顯示裝置中，如圖4所示，在經過數百小時後的時間點，於顯示區域的局部(特別是密封材22附近的密封材22的4個角落)出現有靜電容量保持率降低的區域。這是因為在高溫高濕環境下水分經由密封材22滲入液晶層13，且因該水分引起液晶之電阻率降低的結果，使靜電容量保持率降低的緣故。

在靜電容量保持率降低的區域，施加於液晶層的電場較低，變得難以控制液晶層的配向。結果，比較例的液晶顯示裝置中，無法實現正常的顯示動作。

與此相對的，本實施形態的液晶顯示裝置10具有水分難以從外部滲入液晶層13的構造。例如，因滲透密封材22的水分會被液晶層13吸收，故得以抑制水分經由密封材21滲入液晶層13的情形。

[1-5]第1實施形態的功效

如以上所詳述，第1實施形態中，液晶顯示裝置10具備：液晶層13，挾持於TFT基板11及CF基板12間；密封材21，圍繞液晶層13，將液晶層13封閉在TFT基板11及CF基板12間；密封材22，空開間隔地圍繞密封材21；及液晶層23，設於密封材21、22間。

例如，對液晶顯示裝置10實施環境試驗時，滲透外側之密封材22的水分會被液晶層23吸收，且被密封材22擋住。藉此作用，可抑制水分滲入液晶層13。若依據第1實施形態，可抑制液晶顯示裝置10成為不良的情形，能夠實現高可靠性的液晶顯示裝置10。本實施形態的液晶顯示裝置10對於車載用等之要求高可靠性的用途特別有效。

此外，密封材21的注入口與密封材22的注入口係配置於相同的位置。藉此構成，液晶層13、23的注入步驟可一起進行。而且，可使用1個封閉材24封閉2個液晶層13、23。結果，得以抑制製程增加的情形。

[2]第2實施形態

圖5為第2實施形態之液晶顯示裝置10的俯視圖。

密封材21係在圖5的下側邊(延伸於X方向的邊)之中央部具有開口部21C。和第1實施形態不同的是，密封材21在圖5的上側邊(延伸於X方向的邊)之中央部未設有注入口。

密封材22係在圖5的上側邊(延伸於X方向的邊)之中央部具有注入口。液晶則從密封材22的注入口注入到TFT基板11及CF基板12間。注入到密封材22之內側的液晶係進一步通過密封材21的開口部21C注入到密封材21之內側。封閉材24則將密封材22的注入口封閉。

水分有時會從封閉材24的附近大量滲入。第2實施形態中，由於密封材21的開口部21C係配置在以密封材22的注入口為基準的許多位置上，故從封閉材24附近滲入液晶層23的水分滲入密封材21內側的情形能夠獲得抑制。

[3]第3實施形態

圖6為第3實施形態的液晶顯示裝置10的俯視圖。

第3實施形態中，液晶顯示裝置10未具備第1實施形態所示的液晶封閉用的封閉材24。

密封材21為例如框狀且具四角形。密封材21不具有用以注入液晶的注入口。密封材22為例如框狀且具四角形。密封材22不具有用以注入液晶的注入口。密封材21與密封材22之間設有液晶層23。

第3實施形態係使用ODF(one drop fill，滴下注入)方式作為液晶注入方式。在ODF方式的情形中，不需要液晶的注入口。就ODF方式而言，係在1塊或2塊基板印刷密封材後，使液晶填滿於密封材所圍繞的區域。然後，使2塊基板貼合。

第3實施形態中，因不具有封閉材，故可防止水分從封閉材附近滲入。

[4]第4實施形態

圖7為第4實施形態的液晶顯示裝置10的俯視圖。圖8為沿著圖7之B-B'線的液晶顯示裝置10的剖面圖。

密封材21係在例如圖1的右側邊(延伸於Y方向的邊)之中央部具有用以注入液晶的注入口。密封材21的注入口係由從四角形密封材的一部分延伸於X方向的2條密封材21A、21B所構成。密封材21A、21B係延伸到TFT基板11的端部。

密封材22係在例如圖1的上側邊(延伸於X方向的邊)之中央部具有用以注入物質的注入口。密封材22的注入口係由從密封材22之上側邊的中央部延伸於Y方向的2條密封材22A、22B所構成。密封材22A、22B係延伸到TFT基板11的端部。密封材22的右側邊係藉密封材21A、21B予以隔斷，密封材22的隔斷部分則接觸於密封材21A、21B。

在密封材21與密封材22之間設有充填層(吸收材)26，其係由和液晶層13不同的物質所構成，且具有吸水性。充填層26具有將滲透過密封材22的水分加以吸收的功能。充填層26在個體方面可舉出有矽膠，在聚合物方面可舉出有聚乙烯醇、或聚乙二醇等。

液晶層13係從密封材21的注入口注入。充填層26則從密封材22的注入口注入。

封閉材25係將密封材21的注入口封閉。封閉材24則將密封材22的注入口封閉。封閉材24、25係由例如紫外線硬化樹脂所構成。

第4實施形態中，滲透過密封材22的水分係藉充填層26吸收。藉此方式，水分滲入液晶層13的情形可獲得抑制。

[5]第5實施形態

圖9為第5實施形態的液晶顯示裝置10的俯視圖。圖10為沿著圖9之A-A'線的液晶顯示裝置10的剖面圖。

密封材21、22的形狀係和第3實施形態相同。

在密封材21與密封材22之間設有空氣層27。亦即，在密封材21與密封材22之間未注入任何物質。

外側的密封材22係由阻隔性較高的材料所構成，例如由包含無機材料的密封材所構成。內側的密封材21則由例如樹脂所構成。

第5實施形態係使用ODF方式作為液晶的注入方式。第5實施形態中，水分滲入液晶層13的情形也可獲得抑制。

[6]第6實施形態

圖11為第6實施形態的液晶顯示裝置10的俯視圖。圖12為沿著圖11之A-A'線的液晶顯示裝置10的剖面圖。

液晶顯示裝置10具備三層的密封材21、22、28。

密封材28係設成和絕緣層15及CF基板12接觸。密封材28為例如框狀且具四角形。密封材28係構成為圍繞密封材22。密封材28係和密封材22空開間隔，並配置於密封材22的外側。在密封材22與密封材28之間設有液晶層29。

密封材28係在和密封材21、22之注入口相同的位置具有用以注入液晶的注入口。亦即，密封材28的注入口係由從密封材28之上側邊的中央部延伸於Y方向的2條密封材28A、28B構成。密封材28A、28B係延伸到TFT基板11的端部。

若依據第6實施形態，液晶顯示裝置10因具備三層密封材21、22、28、及兩層液晶層23、29，故水分滲入液晶層13的情形更可獲得抑制。

[7]第7實施形態

圖13為第7實施形態的液晶顯示裝置10的俯視圖。圖14為沿著圖13之A-A'線的液晶顯示裝置10的剖面圖。

液晶顯示裝置10具備三層密封材21、22、28。

在密封材21與密封材22之間設有空氣層27。亦即，在密封材21與密封材22之間未注入任何物質。例如，空氣層27係藉密封材21與密封材22予以封閉。

密封材21、28係在相同的位置(例如圖1的上側邊之中央部)具有用以注入液晶的注入口。

密封材22的上側邊係以密封材21A、21B隔斷，密封材22的隔斷部分則和密封材21A、21B接觸。

第7實施形態中，水分滲入液晶層13的情形也可獲得抑制。

另外，上述的第1至第7實施形態可適當加以組合。例如，第1至第7實施形態的複數個密封材中，也可在其1個或2個以上使用具有無機材料的密封材。再者，在第1至第7實施形態的液晶層也可使用具有吸水性的充填層。

此外，有關液晶顯示裝置的種類並未加以限定，其可應用在各種液晶顯示裝置。例如，液晶顯示裝置也可為單純陣列型。在此情形中，密封材係構成為和相對的2個基板接觸。

本發明並不限定於上述實施形態，在不逸離本發明要旨的範圍內，仍可將構成要素改變並具體化。而且，上述實施形態中包含了各種階段的發明，藉由揭示於1個實施形態的複數個構成要素的適當組合，或者揭示於不同實施形態的構成要素的適當組合即可構成各種發明。例如，即使從揭示於實施形態的全部構成要素刪除若干個構成要素，仍可解決發明所欲解決的課題，且獲得發明的功效時，經刪除這些構成要素後的實施形態仍得抽出作為發明。