TWI260431B - Color filter substrate and fabricating method thereof - Google Patents

Description

1260431 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種彩色濾光基板（C ο 1 〇 r f i 1 t e r s u b s t r a t e )及其製造方法，且特別是有關於一種間隙物 (Spacer)之頂面面積較小，以避免顯示不均勻問題（Push m u r a )的彩色濾、光基板及其製造方法。 【先前技術】 一般彩色液晶顯示器（L i q u i d C r y s t a 1 D i s p 1 a y， L C D )所使用之顯示面板主要係由一彩色濾光基板、一主動 元件陣列基板及配置於此兩基板間的一液晶層所構成。目 前液晶顯示器皆朝向全彩化、大尺寸、高解析度以及低成 本的方向發展，然而液晶顯示裝置之各種性能，如應答速 度、透明度對比值及可視角等，均與液晶層之膜厚有關。 為嚴密控制液晶層之厚度，一般均在彩色濾光基板與主動 元件陣列基板之間加入間隙物。間隙物可分為棒狀間隙 物、粒狀間隙物與光阻間隙物（P h 〇 t 〇 - s p a c e r )。為獲得均 勻厚度之液晶層，間隙物應平均分佈於彩色濾光基板與主 動元件陣列基板之間，但是棒狀與粒狀間隙物卻易成團塊 狀而使得液晶層厚度無法均一，必須實施額外製程使其均 勻分佈，因此造成生產成本的增加。 而若使用微影製程（Photolithography)所製作之光阻 間隙物，則除了能夠控制其分佈位置之外，也能控制其高 度，使得液晶層厚度能夠保持均一，因而廣為業界所採 用。在此，針對具有光阻間隙物之彩色濾光基板其製造流 程進行說明。

12865twf.ptd 第10頁 1260431 五、發明說明（2) 圖1 A〜1 E繪示為習知彩色濾光基板之製造流程剖面 圖，而圖2繪示為習知彩色濾光基板之製造方法中，在完 成共用電極層後形成間隙物的流程方塊圖。 請參照圖1 A，首先，提供一基板1 0 0，接著在基板1 0 0 上形成一黑矩陣（B 1 a c k m a t r i X ) 1 0 2。請參照圖1 B，然後 在基板1 0 0與黑矩陣1 0 2之上形成一彩色濾光薄膜1 0 4，其 中彩色濾光薄膜1 0 4係由數個紅色薄膜區塊、數個綠色薄 膜區塊以及數個藍色薄膜區塊所構成（圖未示）。請參照圖 1 C，隨後於彩色濾光薄膜1 0 4上形成覆蓋層（0 v e r c o a t i n g ) 1 0 6。請參照圖1 D，之後在覆蓋層1 0 6上形成共用 電極層1 0 8。請參照圖1 E，最後在共用電極層1 0 8表面上形 成光阻間隙物1 1 0，即完成彩色濾光基板1 2 0。 請繼續參照圖2，習知彩色濾光基板之製造方法中， 形成共用電極層後係進行光阻塗佈，以在電極層上形成一 光阻層。接著利用一光罩對光阻層進行曝光與顯影，即完 成間隙物之製作。 圖3繪示為習知彩色濾光基板在完成後與主動元件陣 列基板之組合示意圖。彩色濾光基板1 2 0與主動元件陣列 基板1 3 0之間由於存在光阻間隙物1 1 0，所以可保持一晶穴 間距（Cell gap)Hl。由於之後液晶（圖未示）係填入於彩色 濾光基板1 2 0與主動元件陣列基板1 3 0之間，因此光阻間隙 物1 1 0之厚度即決定了液晶層的厚度。 承上所述，習知彩色濾光基板中，由於間隙物之主要 功能係保持液晶層厚度的均勻，因此間隙物需以足夠的密

12865twf.ptd 第11頁 1260431 五、發明說明（3) 度分佈於共用電極層上。當液晶顯示面板承受側向外力 時，若間隙物與主動元件陣列基板之接觸面積過大，而導 致摩擦力太大時，則彩色濾光基板與主動元件陣列基板間 所產生之錯位將不易恢復，而造成液晶顯示面板之主動元 件陣列基板與彩色濾光片基板對位不良，進而影響液晶顯 不面板的顯不品質。 【發明内容】 因此，本發明的目的就是在提供一種彩色濾光基板， 適於解決間隙物與主動元件陣列基板之接觸面積過大，而 導致摩擦力太大時，容易造成液晶顯示面板在因受到側向 外力而形成錯位時，兩片基板間不易恢復初始狀態而影響 顯示效果的缺點。 本發明的再一目的就是在提供一種彩色濾光基板的製 造方法，適於在不增加製程步驟之繁複度的前提下，形成 與主動元件陣列基板之接觸面積較小的間隙物。 基於上述目的，本發明提出一種彩色濾光基板，主要 係由一基板、一黑矩陣、一彩色濾光薄膜、一共用電極層 及多個間隙物所構成。黑矩陣係配置於基板上且圍出多個 次晝素區。彩色濾光薄膜係配置於基板上之次畫素區中。 共用電極層係配置於基板上並覆蓋彩色濾光薄膜與黑矩 陣。間隙物係配置於共用電極層上。每一個間隙物包括一 第一部分與一第二部分，每一個第一部分具有一第一頂 面，而每一個第二部分具有一第二頂面。其中，第一部分 係位於共用電極層上，而第二部分係分別位於第一頂面的

12865twf.ptd 第12頁 1260431 五、發明說明（4) 部分區域上。 在本實施例中，間隙物可位於黑矩陣上方。第二頂面 之面積可小於第二部分與第一部分之接觸面積。第一部份 與第二部分例如呈柱狀或錐狀。間隙物之高度可介於2 · 0 〜5 . 0微米。第一部分之高度可與第二部分之高度相同或 相異。第一部分與第二部分之材質可為正型光阻材料，且 第二部分之光敏感度可大於第一部分之光敏感度。或者， 第一部分與第二部分之材質可為負型光阻材料，且第一部 分之光敏感度可大於第二部分之光敏感度。彩色濾光基板 可再包括一覆蓋層，配置於基板與共用電極層之間，且覆 蓋彩色濾光薄膜與黑矩陣。 基於上述目的，本發明再提出一種彩色濾光基板的製 造方法。此方法係首先在一基板上形成一黑矩陣與一彩色 濾光薄膜。接著，在基板上方形成一共用電極層，並覆蓋 彩色濾光薄膜與黑矩陣。最後，在共用電極層上形成多個 間隙物。每一個間隙物包括一第一部分與一第二部分’每 一個第一部分具有一第一頂面，而每一個第二部分具有一 第二頂面。其中，第一部分係位於共用電極層上，而第二 部分係分別位於第一頂面的部分區域上。 在本實施例中，形成間隙物之方法可先在共用電極層 上形成一第一光阻層。接著在第一光阻層上形成一第二光 阻層，第一光阻層與第二光阻層具有不同的曝光/顯影特 性。最後對第一光阻層與第二光阻層進行曝光以形成上述 間隙物，其中第一部分係由第一光阻層所構成，而第二部

12865twf.ptd 第13頁 1260431 五、發明說明（5) 分係由第二光阻層所構成。此外，第一光阻層與第二光阻 層可為正型光阻，且第二光阻層之光敏感度係大於第一光 阻層之光敏感度。或者，第一光阻層與第二光阻層可為負 型光阻，且第一光阻層之光敏感度係大於第二光阻層之光 敏感度。 在本實施例中，形成間隙物之方法亦可係在共用電極 層上形成一光阻層。接著使用一半調式光罩（Half-tone m a s k )對光阻層進行曝光，以形成上述間隙物。其中，光 阻層可為正型光阻或負型光阻。 此外，在形成彩色濾光薄膜與黑矩陣後及形成共用電 極層之前，可在基板上形成一覆蓋層，覆蓋層係覆蓋彩色 濾光薄膜與黑矩陣。 縱上所述，在本發明之彩色濾光基板及其製造方法 中，僅需進行一次曝光即可形成具有階梯狀結構之間隙 物，且間隙物之頂面面積遠較習知間隙物小，因此可確保 液晶顯示面板在受到側向外力時，基板錯位可輕易恢復初 始狀態而不影響顯示效果。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下。 【實施方式】 圖4 A〜4 G繪示為本發明第一實施例之彩色濾光基板其 製造方法的流程剖面示意圖，而圖5繪示為第一實施例中 另一選擇步驟之剖面示意圖。

12865twf.ptd 第14頁 1260431 五、發明說明（6) 首先請參照圖4 A，在一基板2 1 0上例如形成一黑矩陣 材料層（未繪示），之後對此黑矩陣材料層進行微影製程或 微影製程加上蝕刻製程，以形成一黑矩陣2 2 0。若黑矩陣 2 2 0的組成材料為感光樹脂，則可使用微影製程形成此黑 矩陣2 2 0。若黑矩陣2 2 0的組成材料為鉻或其他金屬，則可 使用微影製程加上蝕刻製程形成黑矩陣2 2 0。此外，基板 2 1 0的材料可為玻璃與塑膠等透明基板。 接著請參照圖4B，在基板2 1 0上形成一彩色濾光薄膜 2 3 0，且例如覆蓋部分黑矩陣2 2 0。彩色濾光薄膜2 3 0可由 數個紅色光阻區塊（R )、數個綠色光阻區塊（G )與數個藍色 光阻區塊（B )所構成。彩色濾光薄膜2 3 0的形成方法例如是 先進行旋轉塗佈製程（Spin coat ing)以及烘烤製程等步 驟，形成一紅色光阻層（未繪示），然後進行微影製程以保 留特定區域處之紅色光阻層（未繪示）。接著再利用旋轉塗 佈與烘烤製程形成一綠色光阻層（未繪示），然後進行微影 製程保留特定區域處之綠色光阻層（未繪示），之後重複上 述步驟保留特定區域處之藍色光阻層（未繪示）。彩色濾光 薄膜2 3 0之紅、綠與藍色光阻區塊的排列方式，例如為馬 賽克排列（Mosaic type)、條狀排列（Stripe type)、四畫 素排列（Four pixels type)以及三角形排列（Triangle t y p e )等型態。 再者，黑矩陣2 2 0亦可由彩色濾光薄膜2 3 0的各色區塊 交疊而成。彩色濾光薄膜2 3 0之各色區塊亦可透過一圖案 化之罩幕（圖未示），例如以印刷或其他方式形成於基板

12865twf.ptd 第15頁 1260431 —----- - -- 五、發明說明（7) 2 1 〇 上。 接著請參照圖4C，在基板2 1 0上例如形成一覆蓋層 2 4 0，覆蓋層2 4 0係覆蓋彩色濾光薄膜2 3 0 ，以在基板210上 方獲得平坦化之表面。此外，覆蓋層240通常為一透明之 介電材質。 接著請參照圖4 D，在覆蓋層2 4 0上形成一共用電極層 2 5 0，此共用電極層2 5 0材料可為銦錫氧化物（I T 0 )、銦鋅 氧化物（I Z 0 )等透明導電材質。 接著請參照圖4 E，在共用電極層2 5 0上形成一第一光 阻層260，並在第一光阻層260上形成一第二光阻層270。 其中，第一光阻層260與第二光阻層270具有不同的曝光/ 顯影特性。第一光阻層2 6 0與第二光阻層2 7 0可為正型光 阻，且第二光阻層270之光敏感度係大於第一光阻層260之 光敏感度。或者，第一光阻層260與第二光阻層270可為負 型光阻，且第一光阻層260之光敏感度係大於第二光阻層 2 7 0之光敏感度。 接著請參照圖4F與4G，當第一光阻層2 6 0與第二光阻 層2 7 0係正型光阻時，例如採用一光罩2 8 0對第一光阻層 2 6 0與第二光阻層2 7 0進行曝光，以形成間隙物2 9 0並完成 彩色濾光基板2 00。由於第一光阻層260與第二光阻層270 之光敏感度不同，因此在曝光後間隙物2 9 0會具有階梯狀 結構，且第二光阻層2 7 0所能保留的部分係小於第一光阻 層2 6 0。每一個間隙物2 9 0包括一第一部分2 6 2與一第二部 分2 7 2。其中，第一部分2 6 2係由第一光阻層2 6 0所構成，

12865twf.ptd 第16頁 1260431 -- ------- — 丨 " 1 五、發明說明（8) 而第二部分2 7 2係由第二光阻層2 7 0所構成。 請參照圖5與圖4G，當第一光阻層260與第二光阻層 2 7 0係負型光阻時，則例如採用一光罩2 8 2以進行後續的曝 光製程，同樣可獲得如圖4G所示之間隙物2 9 0。光罩2 8 2之 圖案可與圖4F之光罩280的圖案互補。 請參照圖4 G，本發明第一實施例之彩色濾光基板2 0 0 主要係由一基板2 1 0、一黑矩陣2 2 0、一彩色濾光薄膜 2 3 0、一覆蓋層2 4 0、一共用電極層2 5 0及多個間隙物2 9 0所 構成。其中，黑矩陣2 2 0配置於基板210上且圍出多個次畫 素區R。彩色濾光薄膜2 3 0係配置於基板2 1 0上之次晝素區R 中’且例如覆蓋部分黑矩陣2 2 0。覆蓋層2 4 0例如覆蓋彩色 濾光薄膜2 3 0與黑矩陣2 2 0。共用電極層2 5 0係配置於覆蓋 層2 4 0上。 間隙物2 9 0係配置於共用電極層2 5 0上，且例如位於黑 矩陣2 2 0上方，以避免降低液晶顯示面板之開口率 (A p e r t u r e r a t i 〇 )。本實施例中，間隙物2 9 0之高度可介 於2.0〜5·0微米。每一個間隙物290包括一第一部分262與 一第二部分272。第一部份262與第二部分272例如呈柱狀 或錐狀。第一部分262之高度可與第二部分272之高度相同 或相異。每一個第一部分262具有一第一頂面si ，而每一 個第二部272分具有一第二頂面S2。第一部分262係位於共 用電極層250上，第二部分272係位於第一頂面si的部分區 域上。換言之，間隙物2 9 0在後續與主動元件陣列基板（未 繪示）之接觸面積將可大幅縮小。

12865twf.ptd 第17頁 1260431 五、發明說明（9) 圖6繪示為本發明第一實施例之彩色濾光基板的製造 方法中，在完成共用電極層後形成間隙物的流程方塊圖。 請參照圖6，在本發明第一實施例之彩色濾光基板的製造 方法中，形成共用電極層後係分次形成具有不同曝光/顯 影特性的兩層光阻層。接著利用一光罩對光阻層進行曝光 與顯影，即完成間隙物之製作。相較於習知彩色濾光基板 的製造方法，僅增加一次光阻層的形成步驟。 圖7 A〜7 C繪示為本發明第二實施例之彩色濾光基板其 製造方法的後段流程剖面示意圖，而圖8繪示為第二實施 例中另一選擇步驟之剖面示意圖。本發明第二實施例之彩 色濾光基板其製造方法中，前段流程係與圖4 A〜4 D所示相 同，在此即不再贅述。 請參照圖7 A，在共用電極層2 5 0上形成一光阻層3 1 0。 光阻層310可為正型光阻或負型光阻。 接著請參照圖7 B〜7 C，當光阻層3 1 0係正型光阻時， 例如採用一半調式光罩3 3 0對光阻層3 1 0進行曝光，以形成 間隙物3 2 0並完成彩色濾光基板2 0 2。由於半調式光罩3 3 0 具有透光區、半透光區及非透光區，因此在曝光後間隙物 320會具有階梯狀結構。藉由調整半調式光罩330之各透光 區域的位置與透光度以及曝光的光量，即可改變間隙物 3 2 0之外觀形狀。 請參照圖8與圖7 C，當光阻層3 1 0係負型光阻時，則例 如採用一半調式光罩3 3 2以進行後續的曝光製程，同樣可 獲得如圖7 C所示之間隙物3 2 0。半調式光罩3 3 2之圖案可為

12865twf.ptd 第18頁 1260431 五、發明說明（ίο) 與圖7 B之光罩3 3 0的圖案互補。本發明第二實施例之彩色 濾光基板202的結構，係與圖4G之彩色濾光基板2 0 0相同， 在此即不再贅述。 圖9繪示為本發明第二實施例之彩色濾光基板的製造 方法中，在完成共用電極層後形成間隙物的流程方塊圖。 請參照圖9 ，在本發明第二實施例之彩色濾光基板的製造 方法中，形成共用電極層後係形成一光阻層。接著利用一 半調式光罩對光阻層進行曝光與顯影，即完成間隙物之製 作。相較於習知彩色濾光基板的製造方法，並未增加製程 步驟。 值得注意的是，在本發明之彩色濾光基板的製造方法 中，並不侷限於使用兩層光阻層，亦可使用更多層光阻。 若使用半調式光罩進行曝光，半調式光罩上之透光率亦可 呈現多階段的變化。 縱上所述，在本發明之彩色濾光基板及其製造方法 中，不論是藉由具有不同的曝光/顯影特性之多層光阻 層，或是使用半調式光罩進行曝光，皆僅需進行一次曝光 即可形成具有階梯狀結構之間隙物。同時，間隙物之頂面 面積遠較習知間隙物小，因此在組裝成液晶顯示面板後， 彩色濾光基板上之間隙物與元件陣列基板的接觸面積極 小。所以，可確保液晶顯示面板在受到側向外力時，間隙 物可輕易恢復初始狀態，而不改變晶穴間距，進而獲得理 想的顯示效果。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以

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12865twf.ptd 第20頁 1260431 圖式簡單說明 圖1 A〜1 E繪示為習知彩色濾光基板之製造流程剖面 圖。 圖2繪示為習知彩色濾光基板之製造方法中，在完成 共用電極層後形成間隙物的流程方塊圖。 圖3繪示為習知彩色濾光基板在完成後與主動元件陣 列基板之組合示意圖。 圖4 A〜4 G繪示為本發明第一實施例之彩色濾光基板其 製造方法的流程剖面示意圖。 圖5繪示為第一實施例中另一選擇步驟之剖面示意 圖。 圖6繪示為本發明第一實施例之彩色濾光基板的製造 方法中，在完成共用電極層後形成間隙物的流程方塊圖。 圖7 A〜7 C繪示為本發明第二實施例之彩色濾光基板其 製造方法的後段流程剖面示意圖。 圖8繪示為第二實施例中另一選擇步驟之剖面示意 圖。 圖9繪示為本發明第二實施例之彩色濾光基板的製造 方法中，在完成共用電極層後形成間隙物的流程方塊圖。 【圖式標示說明】 1 0 0、2 1 0 :基板 1 0 2、2 2 0 :黑矩陣 1 0 4、2 3 0 :彩色濾光薄膜 1 06、2 4 0 :覆蓋層 1 0 8、2 5 0 :共用電極層

12865twf.ptd 第21頁 1260431_ 圖式簡單說明 1 1 0 、2 9 0 、3 2 0 :間隙物 2 0 0、2 0 2 :彩色濾光基板 260 :第一光阻層 2 6 2 、3 2 2 ··第一部分 2 7 0 :第二光阻層 272 、324 :第二部分 2 8 0、2 8 2 :光罩 3 1 0 :光阻層 330、332 :半調式光罩 R :次晝素區 S1 ··第一頂面 S 2 :第二頂面

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Claims (1)

1260431 六、申請專利範圍 1 . 一種彩色濾、光基板，包括： 一基板； 一黑矩陣，配置於該基板上且圍出複數個次畫素區； 一彩色濾光薄膜，配置於該基板上之該些次畫素區 中； 一共用電極層，配置於該基板上並覆蓋該彩色濾光薄 膜與該黑矩陣；以及 複數個間隙物，配置於該共用電極層上，每一該些間 隙物包括一第一部分與一第二部分，每一該些第一部分具 有一第一頂面，而每一該些第二部分具有一第二頂面，其 中該些第一部分係位於該共用電極層上，而該些第二部分 係分別位於該些第一頂面的部分區域上。 2 .如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些間隙物係位於該黑矩陣上方。 3.如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些第二頂面之面積係小於該些第二部分與該些第一部分 之接觸面積。 4 .如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些第一部份係呈柱狀與錐狀其中之一。 5 .如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些第二部分係呈柱狀與錐狀其中之一。 6 .如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些間隙物之高度係介於2. 0〜5 . 0微米。 7.如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中

12865twf.ptd 第23頁 1260431 六、申請專利範圍 該些第一部分之高度係與該些第二部分之高度相同。 8 .如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些第一部分之高度係與該些第二部分之高度相異。 9 .如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些第一部分與該些第二部分之材質係正型光阻材料。 1 0 .如申請專利範圍第9項所述之彩色濾光基板，其中 該些第二部分之光敏感度係大於該些第一部分之光敏感 度。 1 1.如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，其中 該些第一部分與該些第二部分之材質係負型光阻材料。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之彩色濾光基板，其 中該些第一部分之光敏感度係大於該些第二部分之光敏感 度。 1 3.如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光基板，更包 括一覆蓋層，配置於該基板與該共用電極層之間，且覆蓋 該彩色濾光薄膜與該黑矩陣。 1 4 . 一種彩色濾、光基板的製造方法，包括： 在一基板上形成一黑矩陣與一彩色濾光薄膜； 在該基板上方形成一共用電極層，並覆蓋該彩色濾光 薄膜與該黑矩陣；以及 在該共用電極層上形成複數個間隙物，每一該些間隙 物包括一第一部分與一第二部分，每一該些第一部分具有 一第一頂面，而每一該些第二部分具有一第二頂面，其中 該些第一部分係位於該共用電極層上，而該些第二部分係

12865twf.ptd 第24頁 1260431 六、申請專利範圍 分別位於該些第一頂面的部分區域上。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之彩色濾光基板的製 造方法，其中形成該些間隙物之方法包括： 在該共用電極層上形成一第一光阻層； 在該第一光阻層上形成一第二光阻層，該第一光阻層 與該第二光阻層具有不同的曝光/顯影特性；以及 對該第一光阻層與該第二光阻層進行曝光，以形成該 些間隙物，其中該些第一部分係由該第一光阻層所構成， 而該些第二部分係由該第二光阻層所構成。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項所述之彩色濾光基板的製 造方法，其中該第一光阻層與該第二光阻層係正型光阻， 且該第二光阻層之光敏感度係大於該第一光阻層之光敏感 度。 1 7.如申請專利範圍第1 5項所述之彩色濾光基板的製 造方法，其中該第一光阻層與該第二光阻層係負型光阻， 且該第一光阻層之光敏感度係大於該第二光阻層之光敏感 度。 1 8.如申請專利範圍第1 4項所述之彩色濾光基板的製 造方法，其中形成該些間隙物之方法包括： 在該共用電極層上形成一光阻層；以及 使用一半調式光罩對該光阻層進行曝光，以形成該些 間隙物。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項所述之彩色濾光基板的製 造方法，其中該光阻層係正型光阻。

12865twf.ptd 第25頁 1260431 六、申請專利範圍 2 0 .如申請專利範圍第1 8項所述之彩色濾光基板的製 造方法，其中該光阻層係負型光阻。 2 1 .如申請專利範圍第1 4項所述之彩色濾光基板的製 造方法，其中在形成該彩色濾光薄膜與該黑矩陣後及形成 該共用電極層之前，更包括在該基板上形成一覆蓋層，該 覆蓋層係覆蓋該彩色濾光薄膜與該黑矩陣。

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