CN101059575A

CN101059575A - 彩色滤光片及其制作方法与液晶显示装置及其制造方法

Info

Publication number: CN101059575A
Application number: CN 200610060395
Authority: CN
Inventors: 詹家明; 卓宏升
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Corp
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-10-24

Abstract

本发明涉及一种彩色滤光片及其制作方法与液晶显示装置及其制造方法。该彩色滤光片的制作方法包括以下步骤：制作一基层；在该基层表面制作一黑色矩阵；在该基层表面形成一着色层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布；在该黑色矩阵的表面形成一消光层；在该消光层及着色层上形成一透明导电膜。同时还提供一种使用该彩色滤光片的液晶显示装置及其制作方法。使用该方法的彩色滤光片具较低的光反射率，从而提高使用该彩色滤光片的液晶显示装置的显示品质。

Description

彩色滤光片及其制作方法与液晶显示装置及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种彩色滤光片的制作方法与液晶显示装置的制作方法。

【背景技术】

液晶显示装置是一种被动式显示装置，为达到彩色显示的效果，需为其提供一彩色滤光片，其作用是为了液晶显示装置提供色彩，配合薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)阵列及其间的液晶等其它元件而显示不同的彩色影像。

请参阅图1，是一种现有技术的彩色滤光片制作方法示意图。该彩色滤光片20制作方法包括：制作一玻璃基层24；在玻璃基层24表面形成一黑色矩阵23；在该黑色矩阵23间的间隔部(未标示)形成由红(R)、蓝(B)、绿(G)三种着色单元组成的着色层22；然后，在该着色层22表面形成一透明电极层21，该透明电极层21为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)。

该玻璃基层24作为上述元件的载体。重复规则排列该三种着色单元在该玻璃基层24上以分别透过红、蓝、绿三原色光，阻挡其它波长的光透过。该黑色矩阵23设置在该三着色单元之间，其作用是用来遮断透过三着色单元间的光线，防止光线泄漏且阻止着色材料混合，而透明电极层21则与一TFT阵列(图未示)配合控制该着色层22的各着色单元透过光线的多少以显示不同的颜色。

该黑色矩阵23一般由铬及其化合物组成，其光学性能取决于其光学浓度(Optical Density，OD)及反射率。OD代表黑色矩阵23的遮光能力，而反射率则指黑色矩阵两面的光线反射率。该黑色矩阵23的OD值越高且反射率越低，其应用于液晶显示装置时则可使该液晶显示装置显示对比度高，图像清晰，反之则显示效果差。当黑色矩阵23应用于液晶显示装置时，其会受到外界光及液晶显示装置背光的照射，由铬及其化合物组成的黑色矩阵OD值高，其反射率过高，会造成反射光过多而产生光线干扰问题。当该黑色矩阵23反射自液晶显示装置的背光，该反射的光线照射至玻璃基层上的阵列元件，则会产生光电流效应，导致显示品质下降，如引起对比下降，闪烁现象等缺陷。

另一种采用由铬及其化合物制成黑色矩阵的彩色滤光片制作方法如图2所示。请参阅图2，该彩色滤光片1制作方法包括：制作一透明玻璃基层2；形成一黑色矩阵9、一保护层6及一透明电极层7。其中该黑色矩阵9系将一第一抗反射膜3、一第二抗反射膜4及一遮光层5依次形成在该透明玻璃基层2上而成。该第一抗反射膜3与该第二抗反射膜4包含不同的金属化合物，膜厚度的范围为20～60nm。该遮光层5厚度的范围为50～150nm，其包含铬、钼、钨或镍，且不同于该第一抗反射膜3与该第二抗反射膜4的金属。另外，该透明玻璃基层2的另一侧还形成一偏光片8。

该制作方法是利用第一抗反射膜3、第二抗反射膜4及遮光层5表面的各反射光干涉相消原理降低反射率，然而，由于该方法制作的彩色滤光片1的遮光层5包含铬等金属，其对来自背光的光线反射率过高，当该彩色滤光片1应用在液晶显示装置时，遮光层5会反射过多的背光而产生干扰现象，使得该液晶显示装置的光学性能受到影响。

因此，改进彩色滤光片的结构及其制作方法与相应液晶显示装置的结构及其制作方法，降低该黑色矩阵的光反射率，提高显示画面的显示品质。

【发明内容】

为解决上述彩色滤光片具较高反射率、光学性能不佳的问题，有必要提供一种具较低反射率、较高光学性能的彩色滤光片。

为解决上述彩色滤光片具较高反射率、光学性能不佳的问题，有必要提供一种具较低反射率、较高光学性能彩色滤光片的制作方法。

为解决上述液晶显示装置具较低光学性能的问题，有必要提供一种具较高光学性能的液晶显示装置。

一种彩色滤光片，其包括一基层、一设置在该基层表面的黑色矩阵、一设置在该黑色矩阵间隔处的着色层、一设置在该黑色矩阵表面的消光层及一透明导电层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布，该透明导电层覆盖该着色层及该消光层的表面。

一种彩色滤光片的制作方法包括以下步骤：提供一基层；在该基层表面制作一黑色矩阵；在该基层表面形成一着色层，该着色层与该黑色矩阵于该基层表面交替分布；在该黑色矩阵的表面形成一消光层；在该消光层及着色层上形成一透明导电膜。

一种彩色滤光片的制作方法包括以下步骤：提供一基层；在该基层表面制作一黑色矩阵；在该黑色矩阵的表面形成一消光层；在该基层表面形成一着色层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布；在该消光层及着色层上形成一透明导电膜。

一种液晶显示装置，其包括一薄膜晶体管阵列基板、一与该薄膜晶体管阵列基板相对设置的彩色滤光片基板及一夹设在该薄膜晶体管阵列基板及该彩色滤光片基板间的液晶层，该彩色滤光片基板包括一基层、一设置在该基层表面的黑色矩阵、一设置在该黑色矩阵间隔处的着色层、一设置在该黑色矩阵表面的消光层及一透明导电层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布，该透明导电层覆盖该着色层及该消光层的表面。

相较于现有技术，在该彩色滤光片的黑色矩阵表面设置一消光层，通过该消光层的光波叠加相消原理吸收经该黑色矩阵反射光线，降低光反射率；减少该反射光线照射至其它元件引起的光电流，从而提高彩色滤光片的光学性能。同时将该彩色滤光片应用在液晶显示装置，自该液晶显示装置背光产生的光线部份被黑色矩阵反射后被该消光层吸收，避免反射光线照射至薄膜晶体管基板上的其它元件，产生光电流，进而提高液晶显示装置的光学性能。

相较于现有技术，在该彩色滤光片制程中，在该黑色矩阵表面形成一消光层，通过该消光层的光波叠加相消原理吸收经该黑色矩阵反射光线，降低光反射率，减少该反射光线照射至其它元件引起的光电流，从而提高彩色滤光片的光学性能。同时将该彩色滤光片的制作方法应用于液晶显示装置的制作方法中，自该液晶显示装置背光产生的光线部份被黑色矩阵反射后被该消光层吸收，避免反射光线照射至薄膜晶体管基板上的其它元件，产生光电流，进而提高液晶显示装置的光学性能。

【附图说明】

图1是现有技术彩色滤光片示意图。

图2是另一现有技术彩色滤光片制作方法的示意图。

图3是本发明彩色滤光片的示意图。

图4是图3所示彩色滤光片的消光层剖面结构示意图。

图5是图3所示彩色滤光片的消光层另一剖面结构示意图。

图6是图3所示彩色滤光片的消光层再一剖面结构示意图。

图7是本发明图3所示的彩色滤光片制程示意图。

图8是本发明图3所示的彩色滤光片另一制程示意图。

图9是本发明一种液晶显示装置示意图。

【具体实施方式】

请参阅图3，是本发明一种较佳实施方式所揭示的彩色滤光片示意图。该彩色滤光片3包括：一基层30、一设置在该基层30上的黑色矩阵31、设置在该黑色矩阵31间的间隔处的着色层32、设置在该黑色矩阵31表面的消光层33及设置在该着色层32与该消光层33表面的透明导电层34。

该基层30是一透明玻璃基板，该透明玻璃基板作为该彩色滤光片3的其它元件的载体。

该黑色矩阵31是形成在该基层30表面并呈格子状规则排列，其采用铬及其金属化合物作为材料，如溅镀铬(Cr)、铬及氧化铬组成的混合物(CrOx/Cr)或者镍(Ni)，经光阻光刻制程形成黑色矩阵。该黑色矩阵31用于增加显示画面的对比度，防止漏光及光电流产生。

该着色层32由红(R)、蓝(B)、绿(G)三种着色单元组成。该着色层32重复规则排列该三种着色单元在该玻璃基板10上以分别透过红、蓝、绿三原色光，阻挡其它波长的光透过。该三着色单元设置在该黑色矩阵31的间隔处，其用以遮断透过三着色单元间的光线，该黑色矩阵31防止光线泄漏且阻止着色材料混合。

该消光层33是一种采用金属及其化合物形成的具一定厚度的薄膜，其可以将经该黑色矩阵31反射后的各反射光通过干涉相消原理降低反射率。而透明导电层34则与一TFT阵列(图未示)配合控制该着色层32各着色单元透过光线的多少以显示不同的颜色。

再请参阅图4，是一种消光层33单层的剖面示意图。在图4中，该消光层33系采用氟化镁、铬的金属化合物、钼的金属化合物、镍的金属化合物或者钨的金属化合物作为材质，其中该金属化合物可以是金属氧化物、金属碳化物或者金属氮化物等。根据光波叠加相消原理，当消光层33的厚度比入射光波长的整数倍多四分之一波长时，经该黑色矩阵31反射后的光束正好与该入射光相差二分之一波长，则该入射光与该反射光束相互叠加相消。因为可见光的波长介于400纳米至700纳米之间，所以该消光层33的最小厚度设置为95纳米。又因制程考量，该消光层33的厚度不能超过2000纳米。通常，选择绿光波长的四分之一作为消光层的厚度，其取值为130纳米。

再请参阅图5及图6，其中图5是又一种该消光层33的双层的剖面示意图，图6是该消光层33的再一种多层剖面示意图。在图5中，该消光层33包括一第一消光层331及一第二消光层333，该第一消光层331及该第二消光层333均可以采用氟化镁、铬的金属化合物、钼的金属化合物、镍的金属化合物或者钨的金属化合物作为材质，且该第一消光层331及该第二消光层333使用材质不同。其中该第一消光层331与该第二消光层333的厚度总和最小值为95纳米。在图6中，该消光层33是由多层叠置的单层结构构成。该消光层33的多层结构中的每一层均可以为采用氟化镁、铬的金属化合物、钼的金属化合物、镍的金属化合物或者钨的金属化合物作为材质，且每二相邻单层结构的材质不同，该多层结构的消光层33的厚度比入射光波长的整数倍多四分之一波长。

请参阅图7，是本发明彩色滤光片3的制造方法流程图。该彩色滤光片3的制造方法主要包括以下步骤：提供一基层30(步骤41)；形成黑色矩阵31(步骤42)；形成彩色光阻层(步骤44)；曝光显影以形成着色层32(步骤45)；形成消光层33(步骤43)；形成透明导电层(步骤46)。根据该彩色滤光片的制造方法流程图，其具体制造过程如下所述。

提供一基层30(步骤41)

提供一基层30，该基层30作为彩色滤光片3的其它元件的载体，通常系玻璃。通常该玻璃应为碱离子浓度较低的玻璃或者无碱玻璃。

形成黑色矩阵31(步骤42)

清洗该基层30，之后采用旋转涂布机于该基层30上涂布厚度均匀的金属材薄层，如金属铬或者金属镍等，利用光刻制程得到保护膜，经过蚀刻得到图样，以形成黑色矩阵31。

该黑色矩阵31还可采用铬及其氧化物组成的混合物(CrOx/Cr)薄膜形成，在该CrOx/Cr薄膜上覆盖一正型光阻材质层，经紫外光照射后，显影液将未被紫外光照射的易溶区域溶解，之后再经蚀刻制程，从而形成间隔排列的黑色矩阵31。

(3)形成彩色光阻层(步骤43)

采用颜料分散法形成在基层30及该着色层32表面形成一彩色光阻层，该彩色光阻层通常包括颜料分散液、压克力树脂及感光材料，其为负光阻。

利用旋转涂布机将该彩色光阻涂布在具有黑色矩阵31及位于黑色矩阵之间的基层30表面，预烤(Pre-bake)该彩色光阻层，以改善涂膜的稳定性，保证不影响后续的显影特性。

(4)曝光显影以形成着色层32(步骤44)

对该彩色光阻层进行曝光、显影。该彩色光阻层为一负型光阻剂，在曝光时曝光区进行自由基聚合反应形成交联结构而硬化，经照射后，照射区与非照射区在显影液中的溶解速度产生极大差别，显影液溶去部份彩色光阻，形成彩色着色层32。

(5)形成消光层33(步骤45)

采用旋转涂布机在该黑色矩阵31表面上涂布厚度均匀的消光材料层，该消光层为氟化镁材质，其中该消光层33的厚度介于95纳米至2000纳米之间，通常取该消光层33之厚度为130纳米。该消光层33的材质还可以为金属镁及其化合物组成的混合材质、氟化镁与有机树质组成的混合材质、或者铬及其金属化合物与有机树脂组成的混合材质。

(6)形成透明导电层34(步骤46)

该透明导电层34通常为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)或者氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，IZO)。该透明导电层34通常采用溅镀法制成。在真空腔体内施加电场，使氩(Argon，Ar)气体产生弧光放电，氩离子Ar+在电场内将获得动能并冲击到阴极板上氧化铟锡靶材的表面，使得溅镀到玻璃基层表面而堆积成膜，并加装磁极让磁力线平行于阴极表面使氩离子Ar+冲撞阴极靶材的次数大为增加，即使在低放电气体压力下也能够在低温环境下镀氧化铟锡膜。

当然，在如图3所示的彩色滤光片3的制造过程中，还可以按照如图8所示的步骤制得，其步骤与图7基本相同，惟区别在于：将形成消光层33的步骤移至形成彩色光阻层及曝光显影以形成着色层32之前。图8所示的彩色滤光片3按照如下步骤制得，其包括：提供一基层30(步骤61)；形成黑色矩阵31(步骤62)；形成消光层33(步骤63)；形成彩色光阻层(步骤64)；曝光显影以形成着色层32(步骤65)；形成透明导电层(步骤66)。

在该彩色滤光片3的黑色矩阵31表面形成一适当厚度的消光层33，吸收部份经该黑色矩阵31反射的光线。因为在彩色滤光片3的基层表面同时设置有其它元件，该类元件在光束的照射作用下，能够引发光电效应，从而会影响彩色滤光片3的品质。通过该消光层33大幅减少该黑色矩阵31的反射光束，提高了彩色滤光片3的品质。

再请参阅图9，是本发明一种液晶显示装置5示意图。该液晶显示装置5的制作方法主要包括以下步骤：制作一第一基层50与一第二基层55；其中在该第一基层50表面制作一黑色矩阵51；在该第一基层50表面形成一着色层52，其中，该着色层52与该黑色矩阵51在该第一基层50表面交替分布；在该黑色矩阵表面51形成一消光层53；在着色层52及该消光层53表面溅镀一透明电极层54；在该第二基层55一侧形成一薄膜晶体管阵列56；将该第一基层50与该第二基层55相对设置，并将液晶57注于其间。

该黑色矩阵51与着色层52的具体制作方法与本发明彩色滤光片3的制作方法相同。

该ITO层54与该薄膜晶体管阵列56配合，以电场控制该液晶57的液晶分子旋转与否，从而控制来自背光系统(图未示)的光线透过与否。透过液晶57的光线入射到黑色矩阵51、着色层52与消光层53上，该着色层52过滤光线后使其透过；该黑色矩阵51用于遮挡着色层52间的光线，防止光泄漏；该消光层53利用光波叠加相消原理，吸收被该黑色矩阵51反射的光线。通过设置在该黑色矩阵51表面的消光层53吸收部份被该黑色矩阵51反射光线，从而对背光的反射率降低，OD值较高。

Claims

1.一种彩色滤光片，其包括一基层、一设置在该基层表面的黑色矩阵、一着色层及一透明导电层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布，其特征在于：该彩色滤光片还包括一设置在该黑色矩阵表面的消光层，该透明导电层覆盖该着色层及该消光层的表面。

2.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：该消光层的材质是氟化镁与有机树脂组成的混合物。

3.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：该消光层是氟化镁材质。

4.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：该消光层的材质是铬及其金属化合物与有机树脂组成的混合物。

5.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：该消光层的厚度介于95纳米～2000纳米之间。

6.一种彩色滤光片制作方法，其包括以下步骤：提供一基层；在该基层表面制作一黑色矩阵；在该黑色矩阵的表面形成一消光层；在该基层表面形成一着色层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布；在该消光层及着色层上形成一透明导电膜。

7.一种彩色滤光片的制作方法，其包括以下步骤：提供一基层；在该基层表面制作一黑色矩阵；在该基层表面形成一着色层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布；在该黑色矩阵的表面形成一消光层；在该消光层及着色层上形成一透明导电膜。

8.一种液晶显示装置，其包括：一薄膜晶体管阵列基板；一与该薄膜晶体管阵列基板相对设置的彩色滤光片基板及一夹设在该薄膜晶体管阵列基板及该彩色滤光片基板间的液晶层，其中该彩色滤光片基板包括一基层，一设置在该基层表面的黑色矩阵，一着色层及一透明导电层，该着色层与该黑色矩阵在该基层表面交替分布，其特征在于：该彩色滤光片基板还包括一设置在该黑色矩阵表面的消光层，该透明导电层覆盖该着色层及该消光层的表面。

9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该消光层的材质是氟化镁、氟化镁、铬的金属化合物及有机树脂组成的混合物。

10.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：该消光层的厚度介于95纳米～2000纳米之间。