CN103728786B - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种液晶显示装置，包括第一基板、第一电极、第二基板、液晶层、主间隙子及副间隙子。第一电极设于第一基板上，第一电极包括第一厚度及第二厚度，第一厚度小于第二厚度。第二基板与第一基板相对而设。液晶层设于第一基板及第二基板之间。主间隙子设于第一及第二基板间，且对应至第一电极的第一厚度的位置。副间隙子设于第一及第二基板间，且对应至第二厚度的位置。

Description

液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种具有间隙子的液晶显示装置。
背景技术
随着电子产品的发展，具有显示屏幕的电子装置充斥于生活中。液晶显示器是显示屏幕的一种实施形式，一般来说，液晶显示器(Liquid Crystal displayer，LCD)具有两片基板，在两片基板间夹有液晶分子层，利用间隙子(Spacer)控制液晶显示器的厚度均匀，用以维持LCD上下两片基板的距离（Cell Gap），以防止因厚度控制不均而造成液晶分子应答特性改变，避免因此造成的画面显示模糊。
一般来说，缩减LCD的上下两片基板的距离（Cell Gap）可以减少液晶分子的使用量，且提高液晶分子的应答率。然而，间隙子的厚度决定可以承受液晶显示器的上下两片基板的应力的强度，当两片基板的距离（Cell Gap）持续缩减，使得间隙子的厚度更为限缩，而无法承受基板的应力时，可能造成压力集中在间隙子上而造成间隙子的形变或位移。间隙子的设置会影响液晶分子的倒向，而间隙子的形变或位移等间隙子的散布不良的问题，将影响液晶分子的作动，使得液晶显示器的对比值改变，甚至影响液晶显示器的视角角度的大小及良率。
发明内容
本发明提出一种液晶显示装置，液晶显示装置的基板上的电极具有至少两种厚度，主间隙子所设置位置的电极的厚度小于副间隙子所设置位置的电极的厚度。
根据本发明的第一方面，提出一种液晶显示装置，包括一第一基板、一第一电极、一第二基板、一液晶层、一主间隙子及一副间隙子。第一电极设于第一基板上，第一电极包括一第一厚度及一第二厚度，第一厚度小于第二厚度。第二基板与第一基板相对而设。液晶层设于第一基板及第二基板之间。主间隙子设于第一及第二基板间，且对应至第一电极的第一厚度的位置。副间隙子设于第一及第二基板间，且对应至第二厚度的位置。
根据本发明的第二方面，提出一种液晶显示装置的制造方法，方法包括以下步骤。提供一第一基板，第一基板上设有一第一电极，第一电极包括一第一厚度及一第二厚度，第一厚度小于第二厚度。形成一主间隙子于第一基板上，对应至第一电极的第一厚度的位置。形成一副间隙子于第一基板上，对应至第二厚度的位置。对位贴合第一基板与一第二基板。填充一液晶层于第一基板及第二基板之间。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置的剖面示意图。
图2～4绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置的间隙子设置位置及所对应的第一电极的厚度关系折线图。
图5绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置的间隙子与遮光层的相对位置示意图。
图6绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置的剖面示意图。
图7～11绘示如图1的液晶显示装置的制造流程示意图。
主要元件符号说明：
10-1、10-2：液晶显示装置
12、14：板件
100、120：基板
104：彩色滤光层
106、116、216：电极
108、118、218：配向层
110a、110b：间隙子
102a、116a：边缘
112：液晶层
114：晶体管
A1、A2：不稳定区域
C：凹槽
D：漏极
D1、D2、R、R1、R2：距离
E：共电极
H：接触孔
H1、H2：厚度
K1、K2、K3：样品
LC：液晶分子
S：源极
S1、S2：扫描线
具体实施方式
图1绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置10-1的剖面示意图。请参考图1，液晶显示装置10-1包括一第一基板100、一遮光层102、一彩色滤光层104、一第一电极106、一第一配向层108、一主间隙子110a、一副间隙子110b、一液晶层112、一晶体管114、一第二电极116、一第二配向层118及一第二基板120。
如图1所示，遮光层102可以设于第一基板100上，遮光层102例如是一黑色矩阵（Black Matrix，BM）层、金属或非金属等不透光层，且遮光层102具有一边缘102a。彩色滤光层104可以设置于遮光层102上，用以选择欲通过的波段光波的范围。彩色滤光层104例如是一彩色滤光片（Color Filter，CF），于一实施例中，彩色滤光层104可以选择性地包括一保护层，此保护层例如是环氧树脂(Epoxy)系及压克力树脂(Acrylic)系等高分子材料，用以保护彩色滤光层104以及增加表面的平滑性。
第一电极106可以设置于彩色滤光层104上，第一电极106可为一导电材质，较佳地是一透明导电层，例如铟锡氧化物（ITO）。第一电极106具有一凹槽C，凹槽C的形状可为半圆弧状、阶梯状或其他任意形状，于此绘示阶梯状的凹槽C为例作说明。凹槽C的厚度是第一厚度H1，且凹槽C以外的厚度是第二厚度H2，第一厚度H1小于第二厚度H2。主间隙子110a设于第一电极106的凹槽C上，对应于第一厚度H1的位置。副间隙子110b设于第一电极106上的凹槽C***，对应于第二厚度H2的位置。配向层108设置于具有第二厚度H2的第一电极106上及主间隙子110a的侧壁周围。
第二基板120上设置有共电极E、主扫描线S1、次扫描线S2以及晶体管114，晶体管114例如是一薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）。第二电极116设于第二基板120上，第二电极116的材质可以与第一电极106相同。第二配向层118是设置于第二电极116及第二基板120上。
于此实施例中，主间隙子110a的高度大于副间隙子110b的高度。主间隙子110a主要可用以支撑第一基板100与第二基板120之间所承受的应力，副间隙子110b的设置可以减少液晶层112所需要填充液晶分子LC的空间，减少液晶分子LC的使用量，并降低液晶层112的气泡问题。于一实施例中，液晶显示装置10-1可以为触控式液晶显示装置，副间隙子110b可以避免触控式液晶显示装置的面板因为按压而产生短路的问题。
如图1所示，主间隙子110a是设置于第一基板100与第二基板120之间，且主间隙子110a的高度恰等于第一电极106的凹槽C的表面至第二配向层118的距离。副间隙子110b的高度小于第一电极106的第二厚度H2（凹槽C以外的周围）处的表面至第二配向层118的距离。由于主间隙子110a设置于凹槽C中，且与凹槽C紧密邻接嵌合，凹槽C同时提供主间隙子110a，垂直于第一电极106与平行于第一电极106的支撑力，使得主间隙子110a可以更坚固地设置于第一电极106上，即便第一基板100及第二基板120承受压应力，主间隙子110a也不易移位及形变。
图2～4绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置的间隙子设置位置及所对应的第一电极106（绘示于图1）的厚度关系折线图。请先参考图2，折线图的纵轴的单位是微米（μm），用以表示第一电极106的第二厚度H2与第一厚度H1的差值。折线图横轴表示不同的样品K1、K2、K3的测量结果。如图2所示，第一电极106的第二厚度H2与第一厚度H1的差值，至少要大于8nm，才能提供足够的凹槽C固定主间隙子110a（绘示于图1）。
请参考图3，折线图的纵轴单位是μm，表示第一电极106的第二厚度H2与第一厚度H1的差值，与第二厚度H2的比值。折线图横轴表示不同的样品K1、K2、K3的测量结果。如图3所示，第二厚度H2与第一厚度H1的差值，与第二厚度H2的比值，至少要大于5％，以固定设置主间隙子110a（绘示于图1）。
请参考图4，折线图的纵轴单位是μm，表示第一电极106的第一厚度H1与第二厚度H2的比值。折线图横轴表示不同的样品K1、K2、K3的测量结果。如图4所示，第一电极106的第一厚度H1与第二厚度H2的比值，至少要小于95％，以固设主间隙子110a（绘示于图1）。
图5绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置10-1的间隙子与遮光层的相对位置示意图。请参考图2，于此俯视图中，仅绘示主间隙子110a、副间隙子110b及遮光层102以方便说明。主间隙子110a可以是一锥状柱体，顶面的的直径与底面的直径可以不相同，举例来说，顶面的的直径可以大于底面的直径，但不做限制。如图5所示，遮光层102（以网线作表示）覆盖主间隙子110a及副间隙子110b，但遮光层102不覆盖像素单元P。距离R1例如是主间隙子110a的顶面的直径的长度。距离R2是遮光层102的宽度，例如是遮光层102的边缘102a至边缘102b的距离。
请同时参考图1及图5，图1的液晶显示装置10-1例如是一种垂直配向（Vertical Alignment，VA）型的液晶显示装置，液晶分子LC的分子长轴垂直于配向层108及配向层118排列。然而，液晶分子LC也会受到第一电极106及第二电极116之间的电场作用而转动，且所受的电场强度越强，液晶分子LC所受电场的作用力越明显。换句话说，液晶分子LC会同时受到配向层108、配向层118与第一电极106及第二电极116之间的电场作用而作动。在弱电场区域，液晶分子LC主要受到配向层108及配向层118的影响作排列，在强电场区域，液晶分子LC主要受到第一电极106及第二电极116之间的电场作用而扭转。
在配向层108、配向层118与第一电极106及第二电极116之间的不稳定区域A1中，液晶分子LC同时受到配向层108及配向层118的影响，以及第一电极106及第二电极116之间的电场作用，而容易出现不规则的运动，使得不稳定区域A1容易产生波纹等非预期的显示效果。因此，需要设计遮光层102的边缘102a至少覆盖住此不稳定区域A1。此外，第二电极116的边缘116a突出于遮光层102的边缘102a一突出距离R，且出距离R的范围是1.5μm至10μm。
请继续参考图1及图5，由于遮光层102的范围决定了液晶显示装置10-1的开口率。于一实施例中，可以缩减遮光层102的宽度，亦即，缩减距离R2，以提高液晶显示装置10-1的开口率。当距离R2减少时，遮光层102的边缘102a或边缘102b与主间隙子110a的距离D1亦会对应减少。因此，遮光层102的边缘102a与主间隙子110a的距离D1，为提升液晶显示装置10-1的开口率并兼顾遮光层102可以遮蔽不稳定区域A1的重要参数。
于一实施例中，液晶显示装置10-1的遮光层102的边缘102a与主间隙子110a的距离D1至少大于5微米（μm）且小于26μm。当边缘102a与主间隙子110a的距离D1大于10微米时，即有足够的遮光层102可以遮蔽不稳定区域A1。
图6绘示依照本发明一实施例的液晶显示装置10-2的剖面示意图。请参考图6，液晶显示装置10-2包括一第一基板100、一遮光层102、一彩色滤光层104、一第一电极106、一第一配向层108、一液晶层112、一晶体管114、一第二电极216、一第二配向层218及一第二基板120。液晶显示装置10-2与图1的液晶显示装置10-1相似，相同的元件是以相同标号作表示，容此不再赘述。液晶显示装置10-1与液晶显示装置10-2可以为同一个液晶显示装置的不同局部区域的示意图。
液晶显示装置10-2具有一接触孔H，晶体管114具有漏极D与源极S，第二电极216可借由接触孔H以电性连接于晶体管114的漏极D，第二配向层218覆盖第二电极216与第二基板120。相似地，液晶分子LC会受到配向层108及配向层218的影响作排列，也会受到第一电极106及第二电极216之间的电场作用而转动。由于液晶显示装置10-2具有一接触孔H，接触孔H上方设置的第二电极216及配向层218方式不同于接触孔H以外区域的配置方式。因此，也会于接触孔H与第二电极216附近形成不稳定区域A2，不稳定区域A2的液晶分子LC的作动不规律，而容易产生波纹等非预期的显示效果。因此，需要设计遮光层102的边缘102a至少覆盖住此不稳定区域A2。
于一实施例中，液晶显示装置10-2的遮光层102的边缘102a与接触孔H的边缘的距离D2，至少大于5μm且小于26μm。当边缘102a与接触孔H的距离D2大于10μm时，即有足够的遮光层102可以遮蔽不稳定区域A2。遮光层102的边缘102a与接触孔H的距离D2，是提升液晶显示装置10-2的开口率，并兼顾遮光层102可以遮掩不稳定区域A2的重要参数。
图7～11绘示如图1的液晶显示装置10-1的制造流程示意图。请先参考图1，首先，提供一第一基板100，依据形成遮光层102、彩色滤光层104及导电材料106’于第一基板100上。导电材料106’可以是一透明导电材料，例如是铟锡氧化物（ITO）。
请参考图8，执行一黄光制程作曝光显影，并且以例如是蚀刻的方式形成凹槽C。于此步骤之后，即形成第一电极106。第一电极106具有一第一厚度H1以及一第二厚度H2，且第二厚度H2大于第一厚度H1。于此实施例中，凹槽C可以为圆形、矩形、椭圆形凹槽，并不作限制，只要凹槽C可以配合主间隙子110a（绘示于图1）的顶面，并与主间隙子110a的顶面紧密嵌合即可。
请参考图9，利用一掩模或灰度（half-tone）掩模，同时形成主间隙子110a及副间隙子110b。主间隙子110a是形成于第一电极106的凹槽C中，对应于第一电极106的第一厚度H1的位置。副间隙子110b是形成于第一电极106的凹槽C的***区域，对应于第一电极106的第二厚度H2的位置。
请参考图10，先形成第一配向层108，覆盖于暴露出的第一电极106上（第一电极106的厚度H2的位置）、以及主间隙子110a的侧壁上，以及副间隙子110b的侧壁上，以形成第一板件12。接着，提供一第二板件14，第二板件14包括第二电极116、第二配向层118及第二基板120。第二基板120具有晶体管114、主扫描线S1、次扫描线S2及共电极E。接着，对组第一板件12与第二板件。然后，请参考图11，填充液晶分子LC于第一基板100与第二基板120之间，以形成液晶层112。于此步骤后，即完成液晶显示装置10-1的制程。
于图7～图11的液晶显示装置10-1的制造方法，是对第一电极106形成凹槽C后，再形成主间隙子110a于凹槽C中为例作说明。于另一实施例中，亦可以形成另一凹槽（未绘示）于第二电极116上，以设置对应的主间隙子于此另一凹槽中。也就是说，并不限制主间隙子110a是设置并嵌合于第一电极106的凹槽C中，只要第一基板100或第二基板120任一者结构具有一凹槽，可以容置主间隙子110a以达到固定的效果即可。
此外，图11的液晶显示装置10-1是以垂直配向（Vertical Alignment，VA）型的液晶显示装置为例作说明，当然本发明一实施例的凹槽C嵌合主间隙子110a的设计，亦可以应用于其他需要对位贴合第一基板与第二基板的液晶显示装置中，例如是平面转换(In-Plane Switching，IPS)显示器。
综上所述，本发明上述实施例的液晶显示装置及其制造方法，所形成的第一电极具有第一厚度及第二厚度，且第二厚度大于第一厚度。主间隙子是设置于第一基板对应至第一电极的第一厚度处，使得主间隙子可以借由第一厚度与第二厚度的厚度差而紧密设置。因此，可以避免第一基板及第二基板承受压力后，压迫主间隙子而造成移位及形变的问题。此外，于一些实施例中，可以借由设计遮光层的边缘与主间隙子之间的距离范围，及/或遮光层的边缘与接触孔之间的距离范围，确保遮光层的宽度缩减后，仍可以遮蔽液晶分子不规则运动的不稳定区域，以兼顾提升液晶显示装置的开口率以及维持显示品质的效果。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (21)

1.一种液晶显示装置，包括：
一第一基板；
一第一电极，设于该第一基板上，该第一电极包括一第一厚度及一第二厚度，该第一厚度小于该第二厚度；
一第二基板，与该第一基板相对而设；
一液晶层，设置于该第一基板及该第二基板之间；
一主间隙子，设置于该第一基板及该第二基板之间，对应至该第一电极的该第一厚度的位置，且该第一厚度小于该第一电极对应至该主间隙子区域以外部分的厚度；以及
一副间隙子，设置于该第一基板及该第二基板之间，且对应至该第二厚度的位置。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该第二厚度与该第一厚度的差值，大于8nm且小于4μm。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该第一厚度与该第二厚度的比值大于0.1且小于0.95。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该第二厚度与该第一厚度具有一差值，该差值与该第二厚度的比值大于5％且小于20％。
5.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括：
一遮光层，设于该第一基板与该第一电极之间，其中该遮光层的一边缘与该主间隙子的侧壁之间的一最小距离介于5μm至26μm。
6.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括：
一晶体管，设置于该第二基板上；
一第二电极，借由一接触孔电性连接于该晶体管；以及
一遮光层，设于该第一基板与该第一电极之间，其中该遮光层的一边缘与该接触孔之间的距离介于5μm至26μm。
7.如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，该第二电极的边缘突出于该遮光层一突出距离，该突出距离是1.5μm至10μm。
8.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括：
一第二电极，设于该第二基板上；以及
一配向层，设于该第一电极的该第二厚度的区域上、该第二电极上及该第二基板上，且包覆该主间隙子的侧壁。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，该液晶显示装置为一垂直配向型液晶显示装置。
10.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括：
一遮光层，设于该第一基板上；以及
一彩色滤光层，设于该遮光层与该第一电极之间。
11.如权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，该第一电极具有一凹槽，该凹槽的厚度为该第一厚度，且该凹槽周围的厚度为该第二厚度，该主间隙子是设置于该凹槽中且邻接该凹槽，且该凹槽距离该遮光层的一边缘5μm至26μm。
12.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，该主间隙子的高度大于该副间隙子的高度。
13.一种液晶显示装置的制造方法，包括：
提供一第一基板，该第一基板上设有一第一电极，该第一电极包括一第一厚度及一第二厚度，该第一厚度小于该第二厚度；
形成一主间隙子于该第一基板上，对应至该第一电极的该第一厚度的位置，且该第一厚度小于该第一电极对应至该主间隙子区域以外部分的厚度；
形成一副间隙子于该第一基板上，对应至该第二厚度的位置；
对位贴合该第一基板与一第二基板；以及
填充一液晶层于该第一基板及该第二基板之间。
14.如权利要求13所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，提供具有该第一电极的该第一基板的步骤包括：
提供该第一基板；
形成一导电材料于该第一基板上；以及
蚀刻该导电材料以形成一凹槽，该凹槽的厚度为该第一厚度，且该凹槽周围的厚度为该第二厚度。
15.如权利要求14所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，是蚀刻该导电材料以形成该凹槽，以使该第二厚度与该凹槽的厚度的差值，大于8nm且小于4μm。
16.如权利要求14所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，是蚀刻该导电材料以形成该凹槽，以使该凹槽的厚度与该第二厚度的比值大于0.1且小于0.95。
17.如权利要求14所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，是蚀刻该导电材料以形成该凹槽，以使该第二厚度与该凹槽的厚度具有一差值，该差值与该第二厚度的比值大于5％且小于20％。
18.如权利要求14所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，该液晶显示装置还包括一遮光层形成于该第一基板与该第一电极之间，该凹槽形成于距离该遮光层的一边缘5μm至26μm处，且该主间隙子形成于该凹槽中并固设于该凹槽的表面。
19.如权利要求14所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，该主间隙子与该副间隙子是以一灰度掩模同时形成。
20.如权利要求13所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，该第二基板具有一第二电极及一晶体管，第二电极借由一接触孔电性连接于该晶体管，且对组该第一基板与该第二基板之前，该液晶显示装置的制造方法更包括：
形成一配向层于该第一电极的该第二厚度的区域上、该第二电极上及该第二基板上，且包覆该主间隙子的侧壁。
21.如权利要求20所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，该液晶显示装置还包括一遮光层设于该第一基板与该第一电极之间，且对组该第一基板与该第二基板后，该接触孔的边缘距离该遮光层的边缘5μm至26μm。
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