CN1982924A - 彩色滤光板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种彩色滤光板包括基板、黑矩阵及多个彩色着色图案。黑矩阵设置于基板上，并于基板上定义出多个次像素区，其中在每一次像素区中，黑矩阵的高度会由次像素区的外围往次像素区的内部逐渐变低。这些彩色着色图案分别设置于次像素区内。如此，彩色着色图案可具有较平坦的表面。此外，上述彩色滤光板的制造方法亦被提出。

Description

彩色滤光板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种彩色滤光板(color filter)及其制造方法，且特别涉及一种具有较佳平整表面的彩色滤光板及其制造方法。

背景技术

随着现代视频技术的进步，液晶显示装置已被大量地使用于手机、笔记本计算机、个人计算机及个人数字助理(PDA)等消费电子产品的显示屏上。液晶显示装置之液晶面板主要是由阵列基板、液晶层及彩色滤光板所组成，其中阵列基板是与彩色滤光板对组，且液晶层是位于其两者之间。上述之彩色滤光板的形成方式例如是先形成黑矩阵(Black Matrix)，之后形成彩色着色图案，然后再形成电极层或保护层等等的膜层。

黑矩阵的材质一般是选用铬、铅等具高遮光效果的金属，然而，随着环保意识的增强，使得此类的金属已逐渐被禁用，而以黑色树脂(resin)取代成为黑矩阵的材质。不过，黑色树脂的遮光效率远不及金属，因此，必须增加黑色树脂的膜厚才能发挥遮光的效果。

图1A为公知的彩色滤光板的局部示意图。请参照图1A，公知的彩色滤光板100包括透明基板110、黑矩阵120及多个彩色着色图案130。黑矩阵120设置于基板110上，并于基板110上定义出多个次像素区122。这些彩色着色图案130还包括多个红色着色图案132、绿色着色图案134及蓝色着色图案136，其分别设置于对应的次像素区122内。一般而言，上述这些彩色着色图案130的外围会与黑矩阵120的部分区域相重叠，以降低混色现象。

图1B为图1A沿着A-A’之剖面示意图。请参照图1B，由于黑矩阵120的材质为遮光效率较差的黑色树脂，因此黑矩阵120需要较高的膜厚才能发挥遮光的功效。然而，较高膜厚的黑矩阵120会造成彩色着色图案130的膜厚不均，影响彩色滤光板100表面的粗操程度。特别的是，膜厚不均的问题主要是发生在彩色着色图案130与黑矩阵120的重叠处，此乃由于黑矩阵120的膜厚太厚，而使得位于此重叠处的彩色着色图案130在形成时会较其它位置高出约d的高度。

承接上述，当进行后续工艺而将彩色滤光板100与阵列基板(图中未表示)对组后，由于彩色滤光板100表面过于粗操，容易造成液晶层(图中未表示)产生配向不良的问题。此外，若以滴下式注入法(One Drop Filling，ODF)组装彩色滤光板100与阵列基板时，亦容易因为彩色滤光板100表面不够平坦而产生液晶滴下的痕迹。值得一提的是，公知技艺有提出减少黑矩阵120的膜厚或是减少彩色着色图案130与黑矩阵120的重叠部分以增加彩色滤光板100表面的平坦性。然而，减少黑矩阵120的膜厚会降低黑矩阵120的遮光效率而造成漏光，而减少彩色着色图案130与黑矩阵120的重叠部分会增加混色现象。因此，上述两种方式皆不为良好的解决之道。

发明内容

鉴于上述情况，本发明之目的是提供一种彩色滤光板，其具有较平坦的表面。

本发明之另一目的是提供一种彩色滤光板的制造方法，可以获得较佳平坦表面的彩色滤光板。

为达上述或是其它目的，本发明提出一种彩色滤光板，其包括基板、黑矩阵及多个彩色着色图案。黑矩阵是设置于基板上，并于基板上定义出多个次像素区，其中，在每一次像素区中黑矩阵的高度会由次像素区的外围往次像素区的内部逐渐变低。这些彩色着色图案分别设置于次像素区内。

在本发明之一实施例中，基板可以是透明基板。

在本发明之一实施例中，黑矩阵的材质可以是黑色树脂。

在本发明之一实施例中，彩色着色图案可以由多个红色着色图案、多个绿色着色图案及多个蓝色着色图案所组成。

在本发明之一实施例中，彩色滤光板还可包括电极层，而电极层是覆盖于黑矩阵及彩色着色图案上，其中电极层的材质可为氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。

为达上述或是其它目的，本发明另提出一种彩色滤光板制造方法，包括下列步骤：提供基板；形成感光层于基板上；设置灰阶光刻掩膜(graymask)于基板上方，以对感光层进行曝光工艺，其中，灰阶光刻掩膜具有透光区、非透光区以及至少一个半透光区；进行显影工艺，以图案化感光层而形成黑矩阵，其中，黑矩阵于基板上定义出多个次像素区，在每一次像素区中该黑矩阵的高度会由次像素区的外围往次像素区的内部逐渐变低；以及形成多个彩色着色图案于上述这些次像素区内。

在本发明之一实施例中，基板可以是透明基板。

在本发明之一实施例中，黑矩阵的材质可以是黑色树脂。

在本发明之一实施例中，彩色着色图案可以由多个红色着色图案、多个绿色着色图案及多个蓝色着色图案所组成。

在本发明之一实施例中，彩色滤光板还可包括电极层，而电极层是覆盖于黑矩阵及彩色着色图案上，其中电极层的材质可为氧化铟锡或氧化铟锌。

在本发明之一实施例中，灰阶光刻掩膜可为半色调光刻掩膜(halftonemask)。

在本发明之一实施例中，灰阶光刻掩膜可包括多个通光网点，而通光网点是位于半透光区。

在本发明之一实施例中，形成这些彩色着色图案的方式可以为颜料分散法、干膜转写法或是色块喷墨法。

综上所述，在本发明之彩色滤光板中，由于黑矩阵的高度会由次像素区的外围往次像素区的内部逐渐变低，使得其每一层间的高度差异皆小于公知技艺中黑矩阵与基板之间的高度差异，因此接着可以形成较平坦的彩色着色图案。如此本发明之彩色滤光板即具有较平坦的表面，以利后续的组装过程。此外，本发明是以灰阶光刻掩膜取代一般光刻掩膜来形成黑矩阵中逐渐变低的高度特性，因此不需增加额外设置光刻掩膜的成本。

为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A为公知的彩色滤光板的局部示意图。

图1B为图1A沿着A-A’之剖面示意图。

图2A为依照本发明之一实施例之彩色滤光板的局部示意图。

图2B为图2A沿着A-A’之剖面示意图。

图3A～图3D为本发明之彩色滤光板之形成过程的剖面示意图。

图4为依照本发明之一实施例之灰阶光刻掩膜的局部示意图。

主要元件标记说明

100：彩色滤光板

110：透明基板

120：黑矩阵

122：次像素区

130：彩色着色图案

132：红色着色图案

134：绿色着色图案

136：蓝色着色图案

200：彩色滤光板

210：基板

220：黑矩阵

220a：感光层222：次像素区

224：内部区域

226：边缘区域

230：彩色着色图案

232：红色着色图案

234：绿色着色图案

234a：光刻胶层

236：蓝色着色图案

310：灰阶光刻掩膜

312：透光区

314：非透光区

316：半透光区

316a：通光网点

A-A’：剖面线

具体实施方式

图2A为依照本发明之一实施例之彩色滤光板的局部示意图，而图2B为图2A沿着A-A’之剖面示意图。请参照图2A及图2B，本发明之彩色滤光板200包括基板210、黑矩阵220及多个彩色着色图案230。黑矩阵220是设置于基板210上，并于基板210上定义出多个次像素区222。当彩色滤光板与阵列基板(图中未表示)对组时，这些次像素区222会一一对应阵列基板之多个次像素区(图中未表示)。此外，黑矩阵220主要是用来遮光，其可对应阵列基板之金属导线、薄膜晶体管等等之区域，以阻挡从上述区域而来的杂光。

承接上述，在每一次像素区222中，黑矩阵220的高度会由次像素区222的外围往次像素区222的内部逐渐变低，亦即黑矩阵220之内部区域224的高度会高于黑矩阵220之边缘区域226的高度。此外，彩色着色图案230是设置于次像素区222内，且彩色着色图案230的外围会与黑矩阵220的部分区域相重叠。由于黑矩阵220在与彩色着色图案230的重叠部分的高度是逐渐变低，使得每一层间的高度差异小于公知的黑矩阵120(如图1B所示)只有单一层的高度差异，因此可以接着形成较平坦之彩色着色图案230，以利后续的组装过程。

值得注意的是，本发明并未降低黑矩阵220的整体高度，因此黑矩阵220仍保有高度遮光的特性。另外，本发明不需要减少彩色着色图案230与黑矩阵220相重叠的区域即可具有较平坦的彩色着色图案230，因此可以降低混色现象。

请再参照图2B，在本实施例中，黑矩阵220例如是具有两种高度，而以两阶梯的方式逐渐变低。然而，本发明并不限定黑矩阵220的高度是以何种形式逐渐变低。举例而言，黑矩阵220例如是具有n种高度，而以n阶梯的方式逐渐变低。当然，在n值很大时，黑矩阵220的高度则类似山坡而平滑的下降。此外，基板210可以是透明基板，具体而言，其可以是透明玻璃基板或是透明挠性基板。

承接上述，在本实施例中，彩色着色图案230包括多个红色着色图案232、多个绿色着色图案234及多个蓝色着色图案236，其分别设置于对应的次像素区222内。当光线穿过红色着色图案232、绿色着色图案234及蓝色着色图案236时，会分别被过滤成红光、绿光及蓝光，配合阵列基板调整这些光线的光强度大小，进而可以形成图像。值得一提的是，本发明的彩色着色图案230不限定只能使用这三种颜色的着色图案，其可依不同的需求而采用数种不同颜色的着色图案以达到所需的效果。

此外，本发明之彩色滤光板200还可包括电极层(图中未表示)或是保护层(图中未表示)，其覆盖于黑矩阵220及彩色着色图案230上，其中电极层的材质例如为氧化铟锡或氧化铟锌。以下，将配合附图详述本发明之彩色滤光板200的制造方法。

图3A～图3D为本发明之彩色滤光板之形成过程的剖面示意图。请先参照图3A，首先提供如前述之基板210，并形成感光层220a于基板210上，其中感光层220a可以为光刻胶层，并且由曝光显影后所定义出的图案具有遮光的效果。接着设置灰阶光刻掩膜310于基板210上方，其中灰阶光刻掩膜310具有透光区312、非透光区314以及至少一个半透光区316。当对感光层220a进行曝光工艺时，光源320可完全穿过透光区312，而照射透光区312正下方的感光层220a，并且光源无法穿过非透光区314，而无法照射非透光区312正下方的感光层220a。此外，半透光区316适于只让部分的光源320通过，而使此部分的光源320照射半透光区316正下方的感光层220a。

请继续参照图3B，接着进行显影工艺，以图案化感光层220而形成如前述之黑矩阵220，其中黑矩阵220于基板210上定义出多个次像素区222，而在每一次像素区222中，黑矩阵220的高度会由次像素区222的外围往次像素区222的内部逐渐变低，亦即黑矩阵220之内部区域224的高度会高于黑矩阵220之边缘区域226的高度。

图4为依照本发明之一实施例之灰阶光刻掩膜的局部示意图。请参照图4，在本实施例中，灰阶光刻掩膜310可以为半色调光刻掩膜(halftonemask)，其不透光区314可以是在石英基板上镀上如铬的遮光材质，而透光区312则不镀上任何遮光材质。此外，半透光区316可以是由多个通光网点316a所组成，其中通光网点316a的尺寸等级须小于最小可以解析之曝光线宽。一般而言，半透光区316的透光程度可由通光网点316a的密度或是大小所决定。当通光网点316a的密度愈高以及大小愈大，则半透光区316的透光程度就愈高。

在本实施例中，半透光区316是由相同密度及大小的通光网点316a所构成，因而形成之黑矩阵220是具有两种高度，并以两阶梯的方式逐渐变低。当然，若半透光区316更进一步具有两种不同密度的通光网点316a，自然可以形成具有三种高度之黑矩阵，且黑矩阵以三阶梯的方式逐渐变低。亦即当半透光区316的灰阶度愈高时，即可以形成多种高度之黑矩阵，并且每一层间的高度差异会愈小。所属技术领域的技术人员可以自行推得上述之情形，此处不再用附图表示。

值得注意的是，本发明并不限定以何种种类的灰阶光刻掩膜310以形成本发明之黑矩阵320，举例而言，灰阶光刻掩膜310亦可以为薄膜沉积光刻掩膜(thin layer coating mask)或是玻璃灰阶光刻掩膜等，其中玻璃灰阶光刻掩膜以制造方法又可分为电子束制成(High Energy Beam Sensitive，HEBS)以及激光束制成(Laser Direct Write，LDW)。

请再参照图3B，至此步骤已经完成黑矩阵220的制造，接着只需于次像素区222内形成多个彩色着色图案230(如图2B所示)即完成本发明之彩色滤光板的制造。一般而言，形成彩色着色图案的方式有颜料分散法、干膜转写法以及色块喷墨法，其中又以颜料分散法为制造上的主流。以下，将搭配附图详述颜料分散法的制造方式。

请继续参照图3C，接着于基板210及黑矩阵220上形成光刻胶层234a，且光刻胶层234a中例如包括绿色染料。请参照图3D，然后对光刻胶层234a进行曝光显影工艺以定义出如前述之绿色着色图案234。由于黑矩阵220在与绿色着色图案234重叠的区域中，黑矩阵220的高度是逐渐变低而使得其高度差异较不明显，因此可以形成较平坦的绿色着色图案234。重复如图3C及图3D的工艺，分别形成包含红色染料、蓝色染料的光刻胶层，以分别定义出红色着色图案232(如图2B所示)及蓝色着色图案236(如图2B所示)。至此即完成如图2B所示之彩色滤光板200。值得一提的是，本发明并不限定前述各个着色图案形成的先后顺序，当然，亦不限定着色图案的数量及颜色。

此外，利用干膜转写法以形成彩色着色图案的方式是利用平板印刷的塑料卷布(Blanket)于特定位置滚上墨泥(Ink)，接着将墨泥转印至次像素区即可形成彩色着色图案。另外，利用色块喷墨法以形成彩色着色图案的方式是利用加压喷嘴直接将染料喷射至次像素区内，接着将染料烘烤成色块即形成彩色着色图案。当然，形成彩色着色图案的方式尚有染色法，电着法等等适合的方式，在此即不多作赘述。值得一提的是，本发明接着还可以形成电极层(图中未表示)或是保护层(图中未表示)于黑矩阵及彩色着色图案上，其中电极层的材质例如为氧化铟锡或氧化铟锌。

综上所述，在本发明之彩色滤光板及其制造方法中至少具有下列优点：

1.由于黑矩阵的高度是逐渐变低，因此其每一层间的高度差异较小，如此可以形成较平坦的彩色着色图案，以利后续的组装过程。特别是在以滴下式注入法组装彩色滤光板与阵列基板时，由于彩色滤光板具有较平坦的表面，因而不易产生液晶滴下的痕迹。

2.由于本发明不需降低黑矩阵的整体高度，因此黑矩阵仍具有高度遮光的特性。此外，本发明亦不需要减少彩色着色图案与黑矩阵相重叠的区域，因此可以降低混色现象。

3.本发明是以灰阶光刻掩膜取代一般光刻掩膜来形成黑矩阵中逐渐变低的高度特性，因此不需增加额外设置光刻掩膜的成本，亦无须更动制造流程。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (17)

1.一种彩色滤光板，其特征是包括：

基板；

黑矩阵，设置于该基板上，并于该基板上定义出多个次像素区，其中，在每一次像素区中该黑矩阵的高度会由该次像素区的外围往该次像素区的内部逐渐变低；以及

多个彩色着色图案，分别设置于上述这些次像素区内。

2.根据权利要求1所述的彩色滤光板，其特征是该基板包括透明基板。

3.根据权利要求1所述的彩色滤光板，其特征是该黑矩阵的材质包括黑色树脂。

4.根据权利要求1所述的彩色滤光板，其特征是上述这些彩色着色图案包括多个红色着色图案、多个绿色着色图案及多个蓝色着色图案。

5.根据权利要求1所述的彩色滤光板，其特征是还包括电极层，覆盖于该黑矩阵及上述这些彩色着色图案上。

6.根据权利要求5所述的彩色滤光板，其特征是该电极层的材质包括氧化铟锡或氧化铟锌。

7.一种彩色滤光板制造方法，其特征是包括：

提供基板；

形成感光层于该基板上；

设置灰阶光刻掩膜于该基板上方，以对该感光层进行曝光工艺，其中，该灰阶光刻掩膜具有透光区、非透光区以及至少一个半透光区；

进行显影工艺，以图案化该感光层而形成黑矩阵，其中，该黑矩阵于该基板上定义出多个次像素区，在每一次像素区中该黑矩阵的高度会由该次像素区的外围往该次像素区的内部逐渐变低；以及

形成多个彩色着色图案于上述这些次像素区内。

8.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是该基板包括透明基板。

9.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是该遮光层的材质包括黑色树脂。

10.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是该彩色着色图案包括红色着色图案、绿色着色图案及蓝色着色图案。

11.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是于形成该彩色着色图案之后，还包括形成电极层，覆盖于该黑矩阵及上述这些彩色着色图案上。

12.根据权利要求11所述的彩色滤光板制造方法，其特征是该电极层的材质包括氧化铟锡或氧化铟锌。

13.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是该灰阶光刻掩膜为半色调光刻掩膜。

14.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是该灰阶光刻掩膜包括多个通光网点，位于该半透光区。

15.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是形成多个彩色着色图案的方式为颜料分散法。

16.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是形成多个彩色着色图案的方式为干膜转写法。

17.根据权利要求7所述的彩色滤光板制造方法，其特征是形成多个彩色着色图案的方式为色块喷墨法。

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