CN100403063C - 黑色矩阵、彩色滤光片和液晶显示装置 - Google Patents

黑色矩阵、彩色滤光片和液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明关于一种黑色矩阵、彩色滤光片和液晶显示装置。该黑色矩阵包括堆叠的至少两相同的抗反射层，各抗反射层均包括两层折射率不同的第一膜层和第二膜层，该第一膜层和第二膜层层叠设置。该黑色矩阵与采用该黑色矩阵的彩色滤光片和液晶显示装置具有较高的光学性能。

Description

黑色矩阵、彩色滤光片和液晶显示装置
【技术领域】
本发明涉及一种黑色矩阵、彩色滤光片和液晶显示装置。
【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，其作用是为液晶显示器提供彩色，配合TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)阵列和液晶等其它组件而显示不同的彩色影像。
请参阅图1，是一种现有技术液晶显示装置示意图。该液晶显示装置100包括第一基层14和第二基层17，其间填充一液晶层15。第二基层17底面包括一TFT阵列16。第一基层14和其上的着色层12、黑色矩阵13和ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)层11共同构成彩色滤光片(未标示)。该黑色矩阵13在该第一基层14上呈行列状分布而形成许多格子，其行和列交叉处具有间隔体18，该间隔体18一般是由透明材料制成，其用以支撑该第一基层14和第二基层17。该着色层12包括红(R)、蓝(B)、绿(G)三种着色单元，重复规则排列该三种着色单元在该第一基层14上以分别透过红、蓝、绿三原色光，并阻挡其它波长的光透过。该黑色矩阵13设置于该三种着色单元之间，其作用是遮断三种着色单元间的光线，防止光线泄漏且阻止着色材料混合，而ITO层11则和TFT阵列16配合控制该着色层12各着色单元的光线透过多寡以显示不同的颜色。
该黑色矩阵13一般由铬及其化合物或黑色树脂组成，其光学特性取决于其OD(Optical Density，光学密度)值和反射率。OD表示黑色矩阵的遮光能力，而反射率则指黑色矩阵两面的光线反射率。当黑色矩阵应用于液晶显示器时，邻近液晶显示屏一侧的黑色矩阵表面和与其相对的另一表面会分别受到外界光和液晶显示器背光的照射，如果反射率过高则会造成反射光过多而产生光线干扰问题。
黑色矩阵的OD值越高且反射率越低，其应用于液晶显示器时则可使该液晶显示器显示对比度高，图像清晰，反之则显示效果差。由黑色树脂材料组成的黑色矩阵反射率低，但是OD值不高，由铬及其化合物组成的黑色矩阵OD值高，但是反射率过高。
一种采用由铬及其化合物组成的黑色矩阵的彩色滤光片揭露于2001年9月4日公告的美国专利第6,285,424号。请参阅图2，该彩色滤光片20包括一透明玻璃基板24、一黑色矩阵23、一保护层25和一透明电极层21，另外，该彩色滤光片20表面还设置一偏光片26。该黑色矩阵23包括一第一抗反射膜231、一第二抗反射膜232和一遮光层233，上述组件依次设置于该透明玻璃基板24上。
该第一抗反射膜231和该第二抗反射膜232采用不同的金属化合物作材料，如第一抗反射膜231采用氧化锌，则第二抗反射膜232采用氧化铬。该遮光层233由铬、钼、钨、镍或锗组成，其不同于该第一抗反射膜231和该第二抗反射膜232所采用的金属，该第一抗反射膜231和第二抗反射膜232的厚度最好为20～60nm，该遮光层233的厚度最好为50～150nm。
该专利技术是利用第一抗反射膜231、第二抗反射膜232和遮光层233各表面的反射光干涉相消原理降低反射率，可以有效降低自液晶显示屏一侧进入、通过透明玻璃基板24的光线反射率，但是，由于该彩色滤光片20的遮光层233由铬等金属组成，其对光线反射率过高，当该彩色滤光片20应用于液晶显示器时，遮光层233会反射过多的背光而产生干扰现象，使得该液晶显示器的显示效果受到影响。
【发明内容】
为了克服现有技术黑色矩阵双面反射率过高的缺陷，本发明提供一种双面反射率较低的黑色矩阵。
为了克服现有技术彩色滤光片内黑色矩阵一侧反射率过高的缺陷，本发明提供一种黑色矩阵一侧反射率低的彩色滤光片。
为了克服现有技术液晶显示装置内黑色矩阵对背光反射率过高的缺陷，本发明提供一种对背光反射率低的液晶显示装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一黑色矩阵，其包括堆叠的至少两相同的抗反射层，各抗反射层均包括两层折射率不同的第一着色材料层和第二着色材料层，该第一着色材料层和第二着色材料层层叠设置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一彩色滤光片，其包括一第一基层、一黑色矩阵和一着色层，该着色层和该黑色矩阵位于该第一基层表面，且交替设置，该黑色矩阵包括堆叠的至少两相同的抗反射层，各抗反射层均包括两层折射率不同的第一着色材料层和第二着色材料层，该第一着色材料层和第二着色材料层依序设置于该第一基层上。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一液晶显示装置，其包括一第一基层、一黑色矩阵、一着色层和一第二基层，该着色层和该黑色矩阵位于该第一基层表面，且交替设置，该第二基层设置于该黑色矩阵一侧，其和该第一基层之间具一间隙，该黑色矩阵包括堆叠的至少两相同的抗反射层，各抗反射层均包括两层折射率不同的第一着色材料层和第二着色材料层，该第一着色材料层和第二着色材料层依序设置于该第一基层上。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：由于本发明黑色矩阵包括堆叠的至少两抗反射层，其包括多层抗反射膜，所以该黑色矩阵可有效降低两表面的反射率，而且该多层抗反射膜的每一层皆具遮光能力，多层迭加可有效遮挡光线，无需另外加铬金属等有毒材料构成的遮光层，降低成本且利于环保。
由于本发明彩色滤光片采用上述黑色矩阵，所以该彩色滤光片黑色矩阵双面皆具较低的光线反射率，因而可使该彩色滤光片具较佳的光学性能。
由于本发明液晶显示装置采用上述黑色矩阵，所以其可有效降低前光和背光反射，显示对比度较高而使该彩色滤光片具较佳的光学性能。
【附图说明】
图1是现有技术液晶显示装置示意图。
图2是现有技术彩色滤光片示意图。
图3是本发明黑色矩阵实施方式的结构示意图。
图4是本发明彩色滤光片第一实施方式的结构示意图。
图5是本发明彩色滤光片第二实施方式的示意图。
图6是本发明彩色滤光片第三实施方式的示意图。
图7是本发明液晶显示装置第一实施方式的示意图。
图8是本发明液晶显示装置第二实施方式的示意图。
图9是本发明液晶显示装置第三实施方式的立体分解图。
图10是图9沿X-X方向的剖视图。
【具体实施方式】
请参阅图3，是本发明黑色矩阵的结构示意图。该黑色矩阵33包括一第一抗反射层331和一第二抗反射层332，该第一抗反射层331和该第二抗反射层332依次设置于该第一基层34上，其中，该第一抗反射层331包含设置于该第一基层34的第一膜层3311和其上的第二膜层3312，该第一膜层3311的折射率小于该第二膜层3312的折射率。该第一膜层3311主要由氧化铬(CrOX)材料制成，其厚度为20～60nm；该第二膜层3312主要由氮化铬(CrNY)材料制成，其厚度为20～100nm。
该第二抗反射层332和该第一抗反射层331相同，其包括贴合该第一抗反射层331的第三膜层3321和第四膜层3322，该第二抗反射层332和该第一抗反射层331堆叠而形成黑色矩阵33，该第三膜层3321主要由氧化铬材料制成，第四膜层3322主要由氮化铬材料制成，该第三膜层3321和该第四膜层3322的厚度可分别与第一膜层和第二膜层厚度相同，也可以不同。该第二抗反射层332配合第一抗反射层331，利用各表面反射光干涉相消原理降低来自该第一抗反射层331一侧光线的反射率，同理，也可降低来自该第二抗反射层332一侧光线的反射率，而且，该第一抗反射层331和该第二抗反射层332采用氧化铬和氮化铬材料，因该等材料为着色材料，如CrO为绿色，CrN为不完全透明物质，各膜层3311、3312、3321和3322的多层迭加可有效遮挡光线的通过，达到黑色矩阵33遮光的目的。
请参阅图4，是本发明彩色滤光片第一实施方式的结构示意图。该彩色滤光片30包括一第一基层34、一黑色矩阵33、一着色层32和一ITO层31。该第一基层34是透明玻璃，该黑色矩阵33包括一第一抗反射层331和一第二抗反射层332，该第一抗反射层331和该第二抗反射层332依次设置于该第一基层34上，其中，该第一抗反射层331包含设置于该第一基层34的第一膜层3311和其上的第二膜层3312，该第一膜层3311的折射率小于该第二膜层3312的折射率。该第一膜层3311主要由氧化铬，该第二膜层3312主要由氮化铬材料制成。该第二抗反射层332和该第一抗反射层331相同，其包括依序设置于第二膜层3312之上的第三膜层3321和第四膜层3322，该第二抗反射层332和该第一抗反射层331堆叠而形成黑色矩阵33。
该黑色矩阵33呈格子状规则排列于该第一基层34表面，该第一抗反射层331和第二抗反射层332经过微影、显像等制程形成于该第一基层34上，各层厚度可自由控制，以取得较低的反射率和较高的OD值。该着色层32采用颜料分散法等方法形成于该第一基层34上，与该黑色矩阵33在该第一基层34上交替设置，而且该着色层32的着色单元(R，B，G)分别重复排列于该黑色矩阵33格子状间隔处。
请参阅图5，是本发明彩色滤光片第二实施方式的示意图。该彩色滤光片40包括一第一基层44、一黑色矩阵43和一着色层42，该第一基层44是透明玻璃，该黑色矩阵43包括一第一抗反射层431和一第二抗反射层432，该第一抗反射层431和该第二抗反射层432依次设置于该第一基层44上，其中，该第一抗反射层431包含设置于该第一基层44的第一膜层4311和其上的第二膜层4312，该第一膜层4311的折射率小于该第二膜层4312的折射率。该第一膜层4311主要由氧化铬，该第二膜层4312主要由氮化铬材料制成。该第二抗反射层432和该第一抗反射层431相同，其包括依序设置于第二膜层4312之上的第三膜层4321和第四膜层4322，该第二抗反射层432和该第一抗反射层431堆叠而形成黑色矩阵43。
该着色层42包括红色、蓝色和绿色三种着色单元，其作用是对光线进行过滤，使其仅通过与该着色层42同色的光线。该着色层42和该黑色矩阵43在该第一基层44上交替设置，且该着色层42的一部分421延伸至该处黑色矩阵43整个表面上，覆盖该黑色矩阵43而形成连续的层体。该黑色矩阵43于该第一基层44上呈格子状规则排列。该着色层42的着色单元(R，B，G)分别重复排列于该黑色矩阵43格子状间隔处，着色单元(G)的一部分421延伸至右边的该处黑色矩阵43整个表面上，而且和着色单元(B)连接，该着色单元(R)的一部分422延伸至该着色单元(G)左边的该处黑色矩阵43整个表面上，如此，R、G、B三色依次交迭连续分布并完全覆盖该黑色矩阵43。当然，该着色单元(G)具一部分延伸至左边的该处黑色矩阵43整个表面上，以代替其左边的该处黑色矩阵43表面上的着色单元(R)部分，或着色单元(R)和着色单元(B)皆具一部分延伸至该着色单元(G)左右两侧的黑色矩阵43整个表面，由于着色单元(R，G，B)是重复规则排列，所以该着色单元(G)可由着色单元(R)或着色单元(B)置换。该着色单元(G)的部分421是利用制作彩色滤光片40的着色层42时残留而成，其厚度可在对着色层42曝光时调节，使得其反射率最低，而且和该着色层42其它部分齐平。另外，因该着色层42的一部分421形成于该黑色矩阵43上，所以其可增加该黑色矩阵43的OD值，而且可有效降低该黑色矩阵43上部分着色层421一侧的反射率。
请参阅图6，是本发明彩色滤光片第三实施方式的示意图。该彩色滤光片50包括一第一基层54、一黑色矩阵53和一着色层52，该黑色矩阵43包括一第一抗反射层531和一第二抗反射层532，该第一抗反射层531和该第二抗反射层532依次设置于一第一基层54上，其中，该第一抗反射层531包含设置于该第一基层54的第一膜层5311和其上的第二膜层5312，该第一膜层5311的折射率小于该第二膜层5312的折射率。该第一膜层5311主要由氧化铬，该第二膜层5312主要由氮化铬材料制成。该第二抗反射层532和该第一抗反射层531相同，其包括依序设置于第二膜层5312之上的第三膜层5321和第四膜层5322，该第二抗反射层532和该第一抗反射层531堆叠而形成黑色矩阵53。该彩色滤光片50和本发明彩色滤光片第二实施方式40基本相同，所不同的是，邻近该黑色矩阵53两侧的着色单元(R)和着色单元(G)均具有一部分521和522形成于该处黑色矩阵53上，该着色单元(R)和着色单元(G)的该部分521和522是上下重迭设置，而且和该着色层52其它部分齐平，当然，其也可以水平左右对接排列，而且由于着色单元(R，G，B)是重复规则排列，所以着色单元(R，B，G)可相互置换，此设计在有效降低该黑色矩阵53上部分着色层521一侧反射率的同时，进一步增加该黑色矩阵53的OD值。
请参阅图7，是本发明液晶显示装置第一实施方式的示意图。该液晶显示装置300包括一第一基层34、一黑色矩阵33、一着色层32、一ITO层31、一液晶层35、一薄膜晶体管阵列36和一第二基层37。该黑色矩阵33和本发明黑色矩阵33相同。该着色层32和该黑色矩阵33在该第一基层34上交替设置。该ITO层31设置于该着色层32和该黑色矩阵33表面。该第一基层34和该第二基层37相对设置，其间留有一间距(未标示)填充液晶层35。该薄膜晶体管阵列36设置于该第二基层37的邻近液晶层35一侧。
该ITO层31和该薄膜晶体管阵列36配合，以电场控制该液晶层35的液晶分子旋转与否，从而控制来自背光系统(图未示)的光线通过与否。通过液晶层35的光线入射到着色层32和黑色矩阵33上，该着色层32则仅通过红蓝绿三种颜色光线，该黑色矩阵33用于遮挡着色层32间的光线，防止光泄漏，而且该第二抗反射层332配合该第一抗反射层331，利用各表面反射光干涉相消原理降低对背光光线的反射率。
请参阅图8，是本发明液晶显示装置第二实施方式的示意图。该液晶显示装置400包括一第一基层44、一黑色矩阵43、一着色层42、一ITO层41、一液晶层45、一薄膜晶体管阵列46和一第二基层47。该黑色矩阵43和本发明彩色滤光片30的黑色矩阵33相同。该着色层42和该黑色矩阵43在该第一基层44上交替设置，且该着色层42的一部分421延伸至该黑色矩阵43整个表面上，其具体设计和本发明彩色滤光片第二实施方式或第三实施方式类似。该ITO层41设置于该着色层42表面。该第一基层44和该第二基层47相对设置，其间留有一间隙(未标示)填充液晶层45。该薄膜晶体管阵列46设置于该第二基层47的邻近液晶层45一侧。
请一起参阅图9和图10，分别是本发明液晶显示装置第三实施方式的立体分解图和图9沿X-X方向的剖视图。该液晶显示装置600包括第一基层64和第二基层67，其间留有一间隙用来填充一液晶层65，第二基层67底面具一TFT阵列66。第一基层64和其上的着色层62、黑色矩阵63和ITO层61共同构成彩色滤光片(未标示)。该黑色矩阵63和本发明黑色矩阵33相同。
该黑色矩阵63在该第一基层64上呈行列状分布而形成许多格子，其内重复填充着色层62的着色单元(R，G，B)，使其和黑色矩阵63在该第一基层64上交替设置。该黑色矩阵63和该着色层62表面覆盖一厚度均匀的ITO层61，因该黑色矩阵63厚度比该着色层62小，因此，该黑色矩阵63所在区域的ITO表面形成一对应的行列状凹槽(未标示)。该黑色矩阵63行和列交叉处的ITO层61上具间隔体68支撑该第一基层64和第二基层67，使该液晶层65的厚度为平均分布，而且使该液晶显示装置600不会受到外力挤压而塌陷。该间隔体68可设置于某些黑色矩阵63行和列交叉处，而其它黑色矩阵63行和列交叉处则无间隔体68设置。该间隔体68为柱状体，是由感光性黑色树脂制成，其一端连接于ITO层61，另一端连接于TFT阵列66。
请一起参阅图10，该黑色矩阵63所在区域的行列状凹槽处覆盖一墙体69，而且和其它区域的ITO层61齐平。该墙体69高度比该间隔体68高度小，其材料为感光性黑色树脂。由于树脂材料的光反射率低，所以该墙体69可降低该黑色矩阵63一侧背光的反射，同时由于该墙体可吸收一部分入射到该黑色矩阵63的光线，所以可加强该黑色矩阵63区域的遮光能力，进而提高该液晶显示装置600的对比度。
该墙体69是制作该间隔体68时残留而成。因为在制作间隔体68时是先在ITO层61上旋转覆盖一感光树脂，再利用一掩膜曝光，去除不需要的树脂而得到间隔体68，所以可以对黑色矩阵63上方的树脂作不充分曝光，则可得到墙体69，而且控制曝光程度的差异可得到不同高度的墙体69。
当然，该黑色矩阵33可由该第一抗反射层331多层堆叠而成；该黑色矩阵33可呈格子状排布于该第一基层34上；该墙体69和该间隔体68可由热感性树脂制成，该热感性树脂可以是染色树脂；该液晶显示装置600也可不需要间隔体68，则该墙体69是直接在ITO层61上旋转覆盖一感光树脂，再利用一掩膜曝光，保留黑色矩阵63所在区域的树脂，去除其它区域的树脂而得到；该液晶显示装置300、400或600也可不需要ITO层31、41或61，或将该ITO层31、41或61替换为保护层或配向层；该墙体69可部分覆盖该黑色矩阵63。

Claims (12)

1.一种黑色矩阵，其包括堆叠的至少两相同的抗反射层，各抗反射层均包括两层折射率不同的第一着色材料层和第二着色材料层，该第一着色材料层和第二着色材料层层叠设置。
2.如权利要求1所述的黑色矩阵，其特征在于：该第一着色材料层折射率小于该第二着色材料层折射率。
3.如权利要求1所述的黑色矩阵，其特征在于：该第一着色材料层由氧化铬制成，该第二着色材料层由氮化铬制成。
4.一种彩色滤光片，其包括一第一基层、一黑色矩阵和一着色层，该着色层和该黑色矩阵位于该第一基层表面，且交替设置，其特征在于：该黑色矩阵包括堆叠的至少两相同的抗反射层，各抗反射层均包括两层折射率不同的第一着色材料层和第二着色材料层，该第一着色材料层和第二着色材料层依次层叠设置在第一基层上。
5.如权利要求4所述的彩色滤光片，其特征在于：该着色层的一部分延伸至该黑色矩阵整个表面。
6.如权利要求5所述的彩色滤光片，其特征在于：该着色层至少包括红色着色单元、蓝色着色单元或绿色着色单元的一种，该红色着色单元、蓝色着色单元或绿色着色单元中的至少两种皆具一部分延伸至该黑色矩阵整个表面。
7.如权利要求4所述的彩色滤光片，其特征在于：该第一着色材料层由氧化铬制成，该第二着色材料层由氮化铬制成。
8.一种液晶显示装置，其包括一第一基层、一黑色矩阵、一着色层和一第二基层，该着色层和该黑色矩阵位于该第一基层表面，且交替设置，该第二基层设置于该黑色矩阵一侧，其和该第一基层之间具一间隙，其特征在于：该黑色矩阵包括堆叠的至少两相同的抗反射层，各抗反射层均包括两层折射率不同的第一着色材料层和第二着色材料层，该第一着色材料层和第二着色材料层依次层叠设置在第一基层上。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该液晶显示装置还包括一ITO层设置于该第一基层和该黑色矩阵表面。
10.如权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于：该液晶显示装置进一步包括一墙体，该墙体设置于与该黑色矩阵相对应的ITO层表面区域。
11.如权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于：该墙体是以感光或热感染色树脂制成。
12.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该第一着色材料层由氧化铬制成，该第二着色材料层由氮化铬制成。
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