TWI225559B

TWI225559B - Liquid-crystal display device

Info

Publication number: TWI225559B
Application number: TW092115176A
Authority: TW
Inventors: Mamoru Okamoto; Tetuya Kimura; Sounosuke Takahashi; Nariyoshi Kotake; Shinichi Nishida
Original assignee: Nec Lcd Technologies Ltd
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-21
Also published as: US6847423B2; KR100575325B1; JP2004012802A; KR100848985B1; CN1470913A; CN1282009C; KR20030095279A; US20030227586A1; TW200307831A; KR20060009033A

Description

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發明所屬之技術領域：本^月係關於一液晶顯示裝置。更特別言之，本發明係關於一具有彩色濾光片的LCD裝置，該彩色濾光片包含一彩色f、一遮光層、以及一保護層或覆蓋層，或係關於一具有單色濾光片的LCD裝置，該單色濾光片包含一遮光層以及一保護層（或覆蓋層）。先前技術：在1 9 9 9年11月5日所發行之日本專利公報中，第 1 1 - 3 0 5 2 1 6號專利揭示一項技術，其中，彩色濾光片具有一衫色層、一遮光層、以及一用於保護遮光層之保護層。此濾光片包含一透明板、一圖案化遮光層、一圖案化彩色濾光片層（本文以”彩色層”稱之）、一突出層、以及一覆蓋層0 矩陣狀的遮光層位於透明板表面。經過圖案化而形成像素的衫色濾光片層（彩色層）透過遮光層而位於透明板表面區域的曝光層上。突出層係由安排在矩陣狀遮光層上面的點狀突出物所形成。突出物係用於作為安排在lcd裝的透明板對之間的間隔片（spacer)之用。覆蓋層位於透板的全表面上以遮住覆蓋層、彩色濾光片層、以及突層。覆蓋層係作為保護層之用。上述先前技術中所作的彩色濾光片最適用於lps( 内切換，In Plane Switching)模式的LCD裝置中。在色慮光片中的覆蓋層可防止遮光層、彩色濾光片層、與^

2127-5686-PF(Nl);Ahddub.ptd 第7頁 1225559 、發明說明（2) 或犬出層中的許多物質被洗提（e 1 u t e )。當一個I P S模式的 LCD裝置結合此類彩色濾光片時，覆蓋層可避免一條由鹼性金屬離子與/或其他不想要的物質所形成的痕跡被洗提入液晶内。因此，便可避免鹼性金屬離子與/或其他不想要的物質使液晶產生故障。發明内容：本發明之目的係用於完成與前述第1 1 - 3 0 5 2 1 6號專利中所提及、使用先前技術所製成的彩色濾光器相似的功能。人因，此’本發明之一項目的係在於提供一種改善避免包 3在彩色濾光片之彩色層與/或遮光層的雜質被洗提進入液晶之效能的LCD裝置。押本么明之另一項目的係在於提供一種改善避免包含在單色濾光片之遮光層的雜質被洗提進入液晶之效能的LCD 裝置。本發明另有一項目的係在於提供一種可更有效避免存在於液晶中的雜質對LC：D裝置產生瑕疲作業（例>，顯影瑕疵）之LCD裝置。習知本技術者可由下文中瞭解前述目的以及前文所未旺盛地作了研究最後為了完成這些目的，發明者精力並得到下列知識：層）的保護層係由70%交 (i)當覆蓋住遮光層（以及彩色 1225559 五、發明說明（6) 的曝光區域上。保護層1 2形成於板2的全部表面上以便覆蓋住遮光層4以及彩色濾光層。保護層丨2保護住彩色層與遮光層4。保護層1 2係由符合下述其中一種條件的透明有機樹脂所衣成·（ a )透明有機樹脂具有7 〇 %或更高的交聯密度，以及（b)透明有機樹脂具有5〇kgf/mm2或更大的維克氏硬度。背側I TO層1 4形成於板2的背側表面上。遮光層係由具有期望的遮光特性的金屬所製成，例如鉻（C r )，而非採用黑色染料。以上如本t明之第一貫施例所用的彩色濾光片可採如圖2 A到2 D所示之處理程序製成。首先，背側IT0層14以賤的方式形成側表面上，如圖2A所示。低町月其次，清潔玻璃板2與IT0層14，然後，以旋轉將-層黑色染料光阻劑（未顯示在圖中）覆蓋在板2的表面 ΐ 1 Ϊ用相平版印刷法在黑色染料光阻劑上製作圖案以形成一矩陣。因此，矩陣狀遮光層（亦即，黑色矩〃形成於板2的表面上，如圖2β所示。破接下來，以旋轉塗佈法將一層紅色示在圖中)覆蓋在板2的表面上。使：二未顯色染料光阻劑上製作圖案以形成—預在^ 色子層6被選擇性地形成於遮光層4的板2表面\ /此’紅上，如圖2C所示。部份的子層6被放置於層4上/、先區域重複對於紅色子層6所作的程序二次以便在遮光

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五、發明說明（7) 以及圖案化藍、8與1 〇的圖案表面的曝光區域上形成圖案化綠色子層^ ::10。因此，便可完成形成包含子層6 化衫色層的任務。 a覆 4以及以/ 、㈣材料以便覆蓋住遮光声 ^包δ子層6、8與10的圖案化彩色層。之後先曰 2、層4以及子層6、8與10經過熱處理。因此，該吏才反 ^結且因此而形成覆蓋層（亦即，保護層）12，如圖_ =3顯不在本發明之第二實施例中用於單色㈣裝置的 :色=光片。本裝置與圖Μ示之第一實施例具有相同組 =除了包含紅色 '綠色、與藍色子層6、8與1〇的彩色層士被刪除之外。特別是，本裳置包含一透明玻璃基板2、一％為黑色矩陣（ΒΜ)的圖案化遮光層4、一保護層或覆蓋層12、以及一背側ιτο層14。製造第二實施例之單色LCD裝置可採用盥製造第一實施例所述之彩色LCD裝置所用程序大略相同^程序。因此’本文不再解釋其製造方法。在用於IPS-模式LCD裝置中的傳統彩色濾光片與單色濾、光片t ’保護層或覆蓋層1 2係由交聯密度大約為5 〇 %的透明有機樹脂所製成。此樹脂的維克氏硬度約為 48kgh/mm2。此樹脂的一項問題為：包含在彩色層與/或遮光層的雜質（例如，無機離子）可能滲透過保護層而進入液晶。存在液晶中的雜質將嚴重影響LCD裝置的作業並因而使該裝置產生顯影故障。根據發明者的試驗結果可知，發

2127-5686-PF(Nl);Ahddub.ptd 第13頁 1225559 五、發明說明（8) — 生此種故障的原因係由於IPS-模式LCD裝置所採用的液曰 = = 向細)…晰J所二的^ 式衣置液晶的阻尼值為〗χ 1〇23 7 歐姆.公分。：此存：、式衣置中的液晶内的雜質便可曰六中在局部區域中。因此，盥丁莫 /夜曰曰内^動並集置便較容易發生顯貪故、工竑置相比，IPS_模式裝之，雜質對於IPS-模式“::’二潰狀顯影瑕疵）。換言裝置所產生的影響；；：易置：產生的影響較其_-模式便是移除染料的‘二:：取：種方案。例如，最常使用者晶或改良材料（例^二，雜並質且=在對準層使用改良液 (impurity-trapping)特性址方法所得到的結果卻並不令人滿音。° μ而，採用這些傳統再者’ Τ Ν -模式货罢痛m ' 、住彩色層以及遮光/、作的彩色濾'光片包含一個覆蓋此不同的是，IPS-模式梦罟，、電極層之用的1το層。與種no層，其中防止雜質由mm片並不包括此液晶的功能只能依賴保護色層與;^層洗U來進入質較容易滲透進入由有機=覆盘層12 °如圖4所示，雜 (0012，而較不容易滲透^曰所製成的保護層或覆蓋層此，IPS-模式裝置中的保^由IT0所製成的層丨2。因式裝置中保護層的雜質渗透i。2=質4=二，~模 (例如，污潰狀顯影瑕疫)更容易：二衣障 2127-5686-PF(Nl);Ahddub.ptd 第14頁 1225559 五、發明說明（9) 而在TN-模式中則較不易發生。另一方面，在將本發明之第一實例（圖丨）的彩色濾光片以及本發明之第二實例（圖2)的單色濾光片用在lps 一模式的情況下，如上文所解釋者，覆蓋層或保護層12係由符合下述其中一種條件的透明有機樹脂所製成：（a)透明有機樹脂具有7 0 %或更高的交聯密度，以及（b)透明有機樹脂具有50kgf/mm2或更大的維克氏硬度。因此，層12對於存在於包含R、G與B子層6、8、10的彩色層以及遮光層4内的雜質便具有高阻絕效果。換言之，該雜質難以或無法滲透通過保護層12。因此，即使是在IPS—模式裝置中也可有效防止裝置的顯影故障（例如，污潰狀顯影瑕疵）。在規格書中，”交聯密度”之意義如下：特別疋’若疋線性聚合物利用其他被稱為交聯媒介 (cross-link agent)或硬化媒介（curing agent)的聚合物

彼此耦合，則他們便具有一種”交聯結構"，其中線性聚人物在許多π交聯點π之處鍊結在一起。”交聯密度”代表著六聯點相對於全部結構單元的比例或百分比。當”交聯密声^ 增加時，線性聚合物的鍊結狀態便變得更加緊密。* X π維克氏硬度π是一種廣氾用於表示某一物品硬度的法。維克氏硬度”是由一種已知的量測方法求得，今方、以5到50公斤的定值負載將鑽石稜錐體壓入某一待測^物，去並在該物件表面形成一凹痕，測量該凹痕的對角線長芦且將所施加的負載（公斤）除以該凹痕的表面積（平方八&

分）。該凹痕的表面積係以該凹痕的對角線長度作為^、I

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標準。因此，便可用施加到該、裔主τ / u散表面的負載（公斤）盥凹痕表面積（平方公分）的比例或商數來- … 硬度值。 &n数來表不遠物件的維克氏在本發明中，覆蓋層或保護層12的交聯密度的下限值為。然而，層12之密度下限值最好為75%。雖然該密度並無上限值，但層12之密度上限值最好為9〇%。因此1層 12的密度最好在70%到90°/◦的範圍内。曰覆蓋層或保護層1 2的維克氏硬度之下限值為 5〇kgf/mm2。然而，層12的維克氏硬度之下限值最好為 51· 9kgf/mm2。雖然該硬度並無上限值，但層12之密度上限值最好為70kgf/mm2。因此，層1 2的硬度值最好在 5 〇kgf/mm2 到 7 0kgf/mm2 的範圍内。上述交聯密度與維克氏硬度之間的關係如圖5所示。如圖5中所見，傳統覆蓋層或保護層的交聯密度為5〇%，而維克氏硬度則為48· 4kgf/mm2。在本發明中，覆蓋層或保護層12的交聯密度為70%，維克氏硬度則為51.9kgf/mm2。本發明係發明者根據下列知識所創造：若覆蓋層具有較高的交聯密度，則它對存在於彩色層或遮光層4中的雜質便具有較高的阻隔效應，且交聯密度與維克氏硬度之間為正相關0 為了升高覆蓋層或保護層1 2的交聯密度，例如，最好採取下列對策：（1 )增加加入層1 2之透明有機樹脂的硬化煤介（curing agent)的量或密度，或（2)降低層12中透明有機樹脂的反應（亦即，聚合作用）速率以提高其聚合程

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五、發明說明（12) 中採用了如圖1之第一實施例的彩色濾光片。淚光片】與塊包含透明玻璃板52以及薄膜電晶體FET(作為^刀換元;j牛^ 的基板51相耦合。FET 53規則地排列在板52的内部表面上。液晶60位於濾光片！與基板51之間的空間内。球^大隔片70分佈在液晶60内。若是如圖3所述的第二實施例所用的單色濾光片與美板51相結合，則便成為一個ips-模式的單色L(^裝置了土為了簡單起見’圖9中忽略了其他結構元件，例如周邊間1¾片、用於雄、封（s e a 1 )滤光片1之周邊的密封材料、在引入液晶6 0時用在其孔内的密封材料、以及極化板 (polarizer plate)等。此係由於這些元件及其製造程序皆已廣為人知。 (實驗）為了確認本發明的優點，發明者作了下列量測包含在 LCD裝置内的彩色濾光片的内部雜質的實驗。 (量測方法）首先，製造具有如圖1所示之結構的彩色濾光片3 〇。然後，以下列方法量測存在於濾光片3 0其中之一的雜質。在濾光片30的覆蓋層（亦即，保護層）12之表面上的一預定區域以移液管40用第一溶劑（亦即，乙醇）加以清潔，如圖6所示。將用於清潔該濾光片的第一溶劑3 2收集在一個作為第一樣本3 6的容器内。此為第一取樣過程。其次，在層1 2表面上的相同區域以移液管4 0用第二溶劑（亦即，丙酮）加以清潔，如圖6所示。第二溶劑的極性

1225559 五、發明說明（13) 與第一溶劑相反。將用於清潔該區域的第二溶劑3 4收集在 /個作為第二樣本3 8的另一容器中。此為第二取樣過程。不用說，諸如用在第一與第二取樣過程中的移液管4 Q 與濾光片3 0等實驗儀器在使用前必須以清水加以清洗。由於第一取樣過程採用乙醇，因此，只有存在覆蓋層 12表面的雜質被收集在第一樣本36中。另一方面，由於第二取樣過程採用丙酮，因此，只有因為滲透作用而存在於覆蓋層1 2的雜質才會被收集起來。

之後，將第一與第二樣本36與38彼此混合並量測含在樣本3 6與3 8之混合液内的雜質量（稱為”内部雜質η )。此時’以無框式原子吸收量測裝置（名稱：光譜ΑΑ —4〇〇ζ，製造商：華利安）量測諸如鈉（Na)離子、鉀（Ka)離子、以及t 銅（Cu)離子之類的金屬雜質量。以離子層析儀（名稱·· DX 3 0 0 ’製造商·迪歐尼克）量測諸如氯化物（c 1)離子、溴化物（ΒΓ)離子、亞硝酸鹽（N〇3)離子、以及硫酸鹽（s 離子之類的非金屬雜質量。對其餘應製造的彩色濾光片3〇(應加以量測的物件）複弟一與第二取樣過程。

1 ^該實驗的彩色渡光片30的結構與圖1所示結構相 = Λ30之量為:〇。其中五個據光片3。包含交聯密, U沾/呆濩層與覆盍層。s五個濾光片30包含交聯密度為5 0%的保護層與覆蓋層。 … 1?示*保護層或覆蓋層的交聯密度與内部雜質之間的關耳“生，其中所謂的"内部雜質"4包含在第-與第二

1225559 本36與38内的雜質總合。圖8顯示污潰狀顯影瑕疵等級（亦即，良或劣）與内部雜質之間的關聯性。圖8中的污潰狀顯影瑕疵等級係以下列方式決定：第5等級：◎(未觀察到污潰；良）第4等級：〇（幾乎觀察不到污潰；良）第3等級：△(可觀察到污潰；可接受）第2等級：X(未觀察到污潰；稍差）第1等級：X χ(未觀察到污潰；劣）

如圖7與8所示，對於具有7〇%交聯密度之彩色濾光片 30而言，由圖中可見其内部雜質量相對較小，且污潰狀顯影瑕疵也在可接受的高水平範圍内。由圖中也可見，可接文的内部雜質水平大約為3ng/cm2或更少。另一方面，對於具有50。/❶交聯密度之彩色濾光片3〇而言，由圖中可見其内部雜負里相對較大，且污潰狀顯影瑕疵也低於可接受的水平0

一 ^用§兄，本發明並不限於上述第一與第二實施例。这些^施例中可應用各種變化。例如，雖然本發明適用： I^S、杈式杉色或單色LCD裝置，但本發明也可適用於其他杈式（例如，TN杈式）的LCD裝置。再者，用於彩色或單色濾光片與LCD裝置之結構與材料可依需求而變。 ”已說明本發明之較佳形式，但熟悉本技術 m不偏離本發明之精神下有所修改。因此申請專利範圍僅由下列申請專利範圍而定。月-

1225559 圖式簡單說明為使本發明更容易明瞭，以下將泉去明。 ^ 付圖說明本發圖1係彩色濾光片之橫截面圖，其中有、" 層、以及保護層，其係用於如本發明之第一衫^色層、遮光彩色LCD裝置。 —實施例所述之圖2 A到2 D係彩色濾光片基板之橫裁面於如本發明之第一實施例所述之彩色Lcd聿回，其係分別用圖3係一單色濾光片基板之橫截面圖，=

濾光片，其係用於如本發明之第二實施 "上有一單色裝置。具也到所述之彩色LCD 圖4係用於顯示内部雜質與保護層（亦艮質二者之間的關係，其係用於顯示雜質滲^、覆蓋層）材所製成之保護層的可能性。、θ逐進入不同材質圖5係用於顯示保護層（亦維克氏硬度之間的關係。益層）的交聯密度與視圖圖6係用於顯示用於發明者所用之試驗取樣方法的透圖7係用於顯示保護層（亦内部雜質之間的關係。後盍層）的父聯密度與係圖8係用於顯示污潰狀顯影瑕疵與内部雜質之間的關模式彩色::以1:橫达截之面V。實施例之彩色渡光片的1ps_

2127-5686-PF(Nl)；Ahddub.ptd 第21頁 1225559 圖式簡單說明符號說明： 2〜 /透明玻璃基板； 4， i遮光層； 6〜 /紅色（R)子層； 8〜綠色（G) 子層； 10 〜藍色（B)子層； 12 〜覆蓋（OC) 層； 14 〜銦錫氧化物層； 30 〜彩色濾光片； 32 〜第一溶劑； 34 〜第二溶劑 36 〜第一樣本； 38 〜第二樣本， 40 〜移液管； 52 〜透明玻璃板； 51 〜基板； 53 〜FET ; 60 〜液晶， 70 〜球狀間隔片0

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Claims

1225559 __案號六、申請專利範圍 1 · 一種液一基板； 92115176 曰年月η 晶顯示（L齡豢^

修正本一彩色濾光片，與基板耦合，且濾光片與基板之間含有空間； 3 一液晶，位於該空間内；該濾光片包含一彩色層、一遮光層、以及一保護層· 保護層用於保護彩色層與遮光層；及保護層係由至少符合下列其中一條件之透明有機樹脂所製成··（a)透明有機樹脂之交聯密度大於等於70%，而其中交聯密度乃指聚合物之交聯點相對於全部結構單元的比例或百分比；且（b )透明有機樹脂之維克氏硬度大於等於 50kgf/mm2 〇 2.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該濾光片之内部雜質量小於等於3ng/cm2。 3 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中透明有機樹脂之基板或矩陣材料係選自丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、及聚醯亞胺所構成組群中至少一者。 4 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置係在 IP S (平面内切換）模式内作業。 5· —種單色液晶顯示（LCD)裝置，包含·· 一基板；一單色濾光片，與基板耦合，且濾光片與基板之間含有空間；一液

位於該空間内；

第23頁 2127-5686-PFl(Nl).ptc 1225559 案號 9211517R 六、申請專利範圍用於保護該遮光層之该濾光片包含一遮光層，以及保護層；及所製成1(1)#透由明至有合下列其中—條件之透明有機樹脂例或百分比；方父ρ相對於全部結構單元的比 5〇kgf/mm2 〇 ? 明有機樹脂之維克氏硬度大於等於其中該濾、光片之内其中透明有機樹脂、苯乙稀樹脂、或聚其中該裝置係在 6 · 士申w月專利範圍第&項之裝置，部雜質量小於等於3ng/cm2。 7 ·如申凊專利範圍第5項之裝置，之基板或矩陣材料係選自内烯酸樹脂醯亞胺所構成組群中至少—者。 8·如申請專利範圍第5項之裝置， IPS(平面内切換）模式内作業。

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