CN100356205C - 彩色滤光片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种彩色滤光片制造方法，其包括以下步骤：提供一基板及具有预定图案的第一光罩，在该基板上形成一黑矩阵层；提供一具有预定图案的第二光罩，在该基板上形成一第一干涉区域，该第一干涉区域是显示红色区域；提供一具有预定图案的第三光罩，在该基板上形成一第二干涉区域，该第二干涉区域是显示绿色区域；提供一具有预定图案的第四光罩，在该基板上形成一第三干涉区域，该第三干涉区域是显示蓝色区域，该第一、第二及第三干涉区域依序重复形成在该基板上。该第一、第二及第三干涉区域是由至少包括两种折射率不同的材料的多层膜叠加而成。

Description

彩色滤光片及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种彩色滤光片及其制造方法，特别是关于一种用于液晶显示器的彩色滤光片及其制造方法。

【背景技术】

液晶显示器是一种被动式显示装置，为达到彩色显示的效果，需要为其提供一彩色滤光片，其作用是将通过的白光转化为红、绿、蓝三原色光束，并配合薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)层及其间的液晶等其它组件以达成显示不同色彩影像的效果。彩色滤光片一般设置在上基板与氧化锡铟(ITO)电极之间，主要包括一黑色矩阵及一着色层。

目前，制造彩色滤光片的方法主要有以下六种：染色法(Dyeing)、蚀刻法、颜料分散法(Pigment Dispersion)、电著法、印刷法与干膜转写法。

染色法及蚀刻法是以染料为主要滤光材料，染料具有种类多、色相均匀、染色力高、色彩饱和度高及穿透度高的优点，但耐旋光性和耐热性不佳，因而此二种方法逐渐被以颜料为主要滤光材料的颜料分散法及电著法所取代。

颜料分散法的材料是研磨后的颜料分散液和感旋光性树脂溶液所混合形成的颜料光阻(Photo-resist)，颜料分散法利用光刻(Photolithography)成像技术来达到高分辨率及像素自由配置的目的。颜料的耐旋光性和耐热性较佳，但是，其平坦性和均匀性不易控制，生产成本高。

电著法，是将离子型树脂与颜料的水溶液通过电泳方式电著沉积在基板上，表面平坦性佳，但受限于电极，无法自由配置像素。

印刷法是将油墨以网印、平版、凸版或凹版等方式，直接印在玻璃基板上，成本低，但尺寸精确度差、平坦度不佳。

干膜转写法是将含颜料的感旋光性树脂溶液涂覆在塑料膜上，经干燥形成干膜，经曝光、显影、硬烤等步骤得到单色图案。

请参阅图1，图1中(a)至(h)是2001年1月21日公告的中国台湾专利公告第419,597号所揭示的一种彩色滤光片的制造方法，该制造方法包含以下步骤：在一基材上预先形成一黑色遮光矩阵层，如图1(a)；在上述含有黑色遮光矩阵层的基材上涂覆一光阻层，利用一具有像素图案的光罩对该光阻层进行对位曝光，使光阻上的每一像素对应区形成三个各具不同曝光量的区域A、B、C，如图1(b)；利用显影剂去除该光阻层上曝光区域A，直到裸露出该基材对应在该区域A的表面10，如图1(c)；对该裸露表面10进行电著程序，电著上一预定彩色涂料，形成第一彩色滤光膜101，如图1(d)；利用显影剂去除该光阻层上曝光区域B，直到裸露出该基材对应在该区域B的表面11，如图1(e)；对该裸露表面11进行电著程序，电著上一预定彩色涂料，形成第二彩色滤光膜111，如图1(f)；利用显影剂去除该光阻层上曝光区域C，直到裸露出该基材对应在该区域C的表面12，如图1(g)；对该裸露表面12进行电著程序，电著上一预定彩色涂料，形成第三彩色滤光膜121，如图1(h)，则得到一彩色滤光片。

但是，上述现有技术中所电著的彩色涂料是有机树脂，其耐热性和色彩再现性较差，且现有技术中使用彩色涂料将限制色彩穿透度的提高。另外，受限于电极，无法自由配置像素。

【发明内容】

现有技术彩色滤光片的制造方法中彩色滤光片的红、绿及蓝三色层需采用彩色涂料制作，耐热性和色彩再现性较差，色彩穿透度较低，像素图案受限于电极，本发明提供一种不需采用有机彩色涂料作为彩色滤光片的红、绿及蓝三色层、耐热性和色彩再现性较佳、色彩穿透度较高且像素图案不会受限于电极的彩色滤光片制造方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一基板及具有预定图案的第一光罩，在该基板上形成一黑矩阵层；提供一具有预定图案的第二光罩，在该基板上形成一第一干涉区域，该第一干涉区域是显示红色区域；提供一具有预定图案的第三光罩，在该基板上形成一第二干涉区域，该第二干涉区域是显示绿色区域；提供一具有预定图案的第四光罩，在该基板上形成一第三干涉区域，该第三干涉区域是显示蓝色区域，该第一、第二及第三干涉区域依序重复形成在该基板上。该第一、第二及第三干涉区域是由至少包括两种折射率不同的材料的多层膜叠加而成。

现有技术彩色滤光片中彩色滤光片的红、绿及蓝三色层需采用彩色涂料制作，耐热性和色彩再现性较差，色彩穿透度较低，本发明提供一种采用无机材料作为彩色滤光片的红、绿及蓝三色层，色彩穿透度较高的彩色滤光片。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：其包括一基板，一黑矩阵层和一显示红、绿、蓝三色区域，该黑矩阵层和该显示红、绿、蓝三色区域设置在该基板上，其中，该显示红、绿、蓝三色区域至少一区域是由至少两种折射率不同的无机材料层构成。

现有技术彩色滤光片中彩色滤光片的红、绿及蓝三色层需采用彩色涂料制作，耐热性和色彩再现性较差，色彩穿透度较低的缺陷，本发明提供一种采用干涉膜作为彩色滤光片的红、绿及蓝三色层，色彩穿透度较高的彩色滤光片。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种彩色滤光片，其包括一基板，一黑矩阵层和一显示红、绿、蓝三色区域，该黑矩阵层和该显示红、绿、蓝三色区域设置在该基板上，其中，该显示红、绿、蓝三色区域至少一区域是由干涉膜构成，该干涉膜至少包括两种折射率不同材料。

与现有技术相比，本发明彩色滤光片及其制造方法的有益效果在于：首先，利用多层膜干涉原理，以控制镀膜的层数与膜厚使其可以分别显示红、绿、蓝三色，且所沉积的薄膜层材料是金属氧化物，并非传统的彩色滤光片所采用的彩色涂料，不仅可以提高薄膜层的耐热性，还可以提高其色彩再现性与色彩穿透度；其次，现有技术中需先将产品制得后进行分析才可以得知色度与膜厚的关系，而本发明彩色滤光片制造方法可以在实做前先模拟光谱数据，预测产品的色彩度；再次，由于可以预先模拟光谱数据，而现有技术需实做再分析数据，本发明将大大缩短制程时间，提高效率。另外，本发明彩色滤光片制造方法直接采用物理气相沉积法将薄膜层镀在基板上，不需经过电著，即不需要事先制作好电极，像素图案也不会受电极限制。

【附图说明】

图1(a)至(h)是一种先前技术彩色滤光片制造方法的示意图。

图2至图6是本发明彩色滤光片的制造方法示意图，其中：

图2是本发明彩色滤光片制造方法溅镀黑矩阵层示意图。

图3是本发明彩色滤光片制造方法溅镀第一干涉区域示意图。

图4是本发明彩色滤光片制造方法的第一干涉区域局部放大图。

图5是本发明彩色滤光片制造方法溅镀第二干涉区域示意图。

图6是本发明彩色滤光片制造方法溅镀第三干涉区域示意图。

【具体实施方式】

请一同参阅图2至图6，是本发明彩色滤光片的制造方法流程图。本发明彩色滤光片的制造方法中形成黑矩阵层、第一、第二及第三干涉区域的方法将采用物理气相沉积方法或化学气相沉积方法，本实施方式中以溅镀方法为例。对本发明彩色滤光片的制造方法详细说明如下。

如图2所示，提供一基板60，其材料是玻璃。首先清洗基板60，去除其表面的无机或有机物质；然后提供一光罩21，该光罩21上已具有设计好的图案，将该光罩21与该基板60对准，将二者置于溅镀机(图未示)内进行溅镀步骤。溅镀时所使用的靶材为铬，溅镀气体为氩气(Ar)，反应室(图未示)内气压抽真空至约10×10^-3托尔(Torr)。溅镀完毕后，在基板60表面形成一黑矩阵层31。

请一同参阅图3与图4，分别是本发明彩色滤光片制造方法溅镀第一干涉区域示意图与第一干涉区域局部放大图。提供一具有预定图案的光罩23，将其与基板60对准，其中，光罩23的开口区域与部分基板60表面对准，光罩23的未开口区域遮挡黑矩阵层31。进行溅镀步骤，此时，所选用的靶材是二氧化钛(TiO₂)，其是高折射率材料。溅镀后在基板60表面形成一薄膜层331。将所选的靶材换成二氧化硅(SiO₂)，其是低折射率的材料。溅镀后在薄膜层331表面形成另一薄膜层332。重复上述两动作，依次在该薄膜层332表面形成另三层薄膜层，其中所选的靶材依次为二氧化钛、二氧化硅及二氧化钛，如图4所示，该薄膜层的膜厚各不相同，其是根据事先光学模拟所得数据设计。此五层薄膜层构成第一干涉区域33，根据多层膜干涉原理，利用干涉效应，待光线入射后将不同频率的光波分开，仅显示红光，即其为彩色滤光片的可显示红色区域。

请参阅图5，提供一具有预定图案的光罩25，将其与基板60对准，其中，光罩25的开口区域与部分基板60表面对准，光罩25的未开口区域遮挡黑矩阵层31及第一干涉区域33。进行溅镀步骤，该溅镀步骤和上述形成彩色滤光片的可显示红色区域的溅镀步骤相同，溅镀完毕后，所溅镀的薄膜层构成第二干涉区域35，同理，其为彩色滤光片的可显示绿色区域。

请参阅图6，提供一具有预定图案的光罩27，将其与基板60对准，其中，光罩27的开口区域与部分基板60表面对准，光罩27的未开口区域遮挡黑矩阵层31及第一干涉区域33与第二干涉区域35。进行溅镀步骤，该溅镀步骤和上述形成彩色滤光片的可显示红色区域的溅镀步骤相同，溅镀完毕后，所溅镀的薄膜层构成第三干涉区域37，同理，其为彩色滤光片的可显示蓝色区域。上述即本发明的彩色滤光片的制造方法。

本发明彩色滤光片的制造方法采用溅镀方法将薄膜层镀在基板60上，并分别构成第一干涉区域33、第二干涉区域35与第三干涉区域37，根据多层膜干涉原理，只需通过模拟设计好各薄膜层的膜厚及镀膜层数，即可得到穿透度佳的光学薄膜，则光线入射后即可在该第一干涉区域33、第二干涉区域35及第三干涉区域37内显示红、绿及蓝色光。

另外，本发明彩色滤光片制造方法并不限于上述实施方式，所采用的物理气相沉积方法不限于溅镀方法，也可以采用蒸镀方法，还可以采用化学气相沉积方法，如电浆辅助化学气相沉积法。制备黑矩阵层的材料也可以是氧化铬。所镀的薄膜材料只需采用高低折射率不同的材料即可，除二氧化钛与二氧化硅外，还可采用五氧化二钽(Ta₂O₅)或五氧化二铌(Nb₂O₅)，且镀膜的顺序也可以更改。除金属氧化物外，薄膜材料还可以采用其它适合的无机材料。构成彩色滤光片的显示红、绿及蓝色区域并不限于仅镀五层膜，亦可经设计后采用六层膜或以上配合的方式达成彩色滤光片的功能，以达到更好的效果。根据本发明彩色滤光片制造方法所制造的彩色滤光片，其显示红、绿及蓝色区域可以与现有技术中的彩色滤光片结合，仅显示红、绿及蓝色区域中的至少一区域是采用本发明彩色滤光片制造方法制造。

本发明彩色滤光片制造方法所沉积的薄膜层材料是金属氧化物，非彩色涂料，不仅可以提高薄膜层的耐热性，还可以提高其色彩再现性与色彩穿透度；且利用多层膜干涉原理控制薄膜层膜厚与层数以达成彩色滤光片的功能；可以在实做前先模拟光谱数据，预测产品的色彩度，将大大缩短制程时间，提高效率。另外，本发明彩色滤光片制造方法直接采用物理气相沉积法将薄膜层镀在基板上，不需经过电著，像素图案也不受电极限制。

Claims (18)

1.一种彩色滤光片制造方法，其包括以下步骤：提供一基板及具有预定图案的第一光罩，在该基板上形成一黑矩阵层；提供一具有预定图案的第二光罩，在该基板上形成一第一干涉区域，该第一干涉区域是显示红色区域；提供一具有预定图案的第三光罩，在该基板上形成一第二干涉区域，该第二干涉区域是显示绿色区域；提供一具有预定图案的第四光罩，在该基板上形成一第三干涉区域，该第三干涉区域是显示蓝色区域，该第一、第二及第三干涉区域依序重复形成在该基板上，该第一、第二及第三干涉区域是由至少包括两种折射率不同的材料的多层膜叠加而成。

2.根据权利要求1所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：形成该黑矩阵层、第一、第二及第三干涉区域是采用物理气相沉积方法。

3.根据权利要求2所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：该物理气相沉积方法是蒸镀法或溅镀法。

4.根据权利要求1所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：形成该黑矩阵层、第一、第二及第三干涉区域是采用化学气相沉积方法。

5.根据权利要求4所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：该化学气相沉积方法是电浆辅助化学气相沉积法。

6.根据权利要求1所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：该多层膜是无机材料。

7.根据权利要求6所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：该无机材料是金属氧化物。

8.根据权利要求1所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：该多层膜是二氧化钛、二氧化硅、五氧化二铌与五氧化二钽的任意组合。

9.根据权利要求1所述的彩色滤光片制造方法，其特征在于：该多层膜层数至少为五层。

10.一种彩色滤光片，其包括一基板，一黑矩阵层和一显示红、绿、蓝三色区域，该黑矩阵层和该显示红、绿、蓝三色区域设置在该基板上，其特征在于：该显示红、绿、蓝三色区域至少一区域是由至少两种折射率不同的无机材料层构成。

11.根据权利要求10所述的彩色滤光片，其特征在于：该无机材料层是金属氧化物。

12.根据权利要求11所述的彩色滤光片，其特征在于：该多层无机材料层是二氧化钛、二氧化硅、五氧化二铌与五氧化二钽的任意组合。

13.根据权利要求10所述的彩色滤光片，其特征在于：该多层无机材料层的层数至少为五层。

14.一种彩色滤光片，其包括一基板，一黑矩阵层和一显示红、绿、蓝三色区域，该黑矩阵层和该显示红、绿、蓝三色区域设置在该基板上，其特征在于：该显示红、绿、蓝三色区域至少一区域是由干涉膜构成，该干涉膜至少包括两种折射率不同材料。

15.根据权利要求14所述的彩色滤光片，其特征在于：该干涉膜的材料是无机材料。

16.根据权利要求15所述的彩色滤光片，其特征在于：该无机材料是金属氧化物。

17.根据权利要求16所述的彩色滤光片，其特征在于：该干涉膜是二氧化钛、二氧化硅、五氧化二铌与五氧化二钽的任意组合。

18.根据权利要求14所述的彩色滤光片，其特征在于：该干涉膜的层数至少为五层。

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