CN101196645B - Rgbw彩色滤光片的结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种彩色滤光片的结构，包括：基板、位于该基板上限定出多个次像素(sub-pixels)的遮光层(black matrix)以及依序排列在所述这些次像素中的第一滤光层(first color filter layer)、第二滤光层(second color filter layer)、第三滤光层(third color filter layer)与第四滤光层(fourth color filter layer)；其中该第一、第二与第三滤光层部份覆盖在该遮光层之上，以及其中该第四滤光层的外围与该遮光层是紧密相接的。此外本发明也公开了上述的结构利用背面曝光方式来制作彩色滤片的制造方法。

Description

RGBW彩色滤光片的结构及其制作方法

技术领域

本发明提供一种RGBW彩色滤光片的结构及其制造方法，具体涉及一种利用背面曝光方式来制作彩色滤片的结构及其制造方法。

背景技术

本发明涉及可显示彩色影像的液晶显示装置。近几年来，可显示彩色影像的液晶显示装置已被广泛使用在显示装置，例如个人电脑、行动电话、影像照像机与汽车导航系统。

RGBW类型液晶显示装置的液晶显示装置，是除了传统RGB类型的RGB彩色滤光片之外另外在其上配置白色透明滤光层(W)，已在日本专利案号10998/1998提出，其公开用于改善该液晶显示装置的液晶面板影像亮度的方法。

请参照图1，其是一种现有技术的彩色滤光片的示意图，该彩色滤光片1包括：基板10、位于该基板上的遮光层(black matrix，黑色矩阵)12、位于该遮光层12之间的开口部(次像素，sub-pixels)(未标示)的彩色滤光层(color filter layer)图案(patterns)，依序在彩色滤光层图案表面覆盖透明平坦层20及透明导电层22，其中该彩色滤光层图案包含红(R)14、蓝(B)16和绿(G)18等三种彩色滤光层，以正面曝光显影的彩色滤光层(RGB)与遮光层12的重叠部份会形成凸块13，即所谓的段差，该凸块会造成彩色滤光片的表面不平整，表面不平整则会造成间隙(cell gap)不均，间隙不均则会造成画面质量不良，因此制造较为平整的表面对改善画质是非常重要的。

该基板10作为上述元件的载体，重复规则在该基板10上排列的该三种彩色滤光层分别透过红R、蓝B、绿G三原色光，阻挡其它波长的光通过，该遮光层(black matrix，黑色矩阵)12设置在该RGB单元之间，其作用是遮断透过RGB三色滤光层间的光线，防止光线泄漏且阻止着色材料混合，为使得彩色滤光片表面平坦而设置平坦层20，而透明导电层则与薄膜晶体管阵列(TFT array)(未示出)配合控制该彩色滤光层的光线透过多少以显示不同颜色。

传统RGBW类型的彩色滤光片的制造方法要经过四道不同掩模板，其方法包括：步骤a：提供基板100；在基板100表面形成遮光层(black matrix，黑色矩阵)120；在遮光层120之间的开口部(sub-pixel，次像素)及遮光层120上涂布一层滤光层(含颜料的负型光刻胶)110，如图2所示；接下来进行步骤b：将涂布滤光层的该基板经紫外光(i-line)150透过掩模板(photo-mask)130的正面曝光，如图3所示，接下来该曝光后的基板进行步骤c：显影蚀刻出第一滤光层的图案(pattern)140，如图4所示；第二滤光层的图案160也是如同上述方法重复(a)-(c)的工艺步骤而制得，第三滤光层的图案(pattern)180也是如同上述方法重复(a)-(c)的工艺而制得，第四滤光层的图案(pattern)190也是如同上述方法重复(a)-(c)的工艺而制得，其中第一滤光层(first color filter layer)、第二滤光层(second color filter layer)、第三滤光层(third color filter layer)与第四滤光层(fourth color filterlayer)间隔排列在次像素(sub-pixel)中；然后，在第一、第二、第三及第四滤光层表面覆盖透明平坦层191及透明导电层192，如图5所示；该透明导电层包含氧化铟锡层(Indium Tin oxide，ITO)或氧化铟锌层(Indium Zinc oxide，IZO)。

在该彩色滤光片2的制造过程中，为使该彩色滤光片2有较佳的光学性能，彩色滤光层(RGBW)与遮光层120通常部份重叠，如图5所示，该彩色滤光层通常由负型光刻胶形成，经过正面曝光显影之后，彩色滤光层(RGBW)与遮光层120的重叠部份会形成凸块13，即所谓的段差，该段差导致滤光层(RGBW)表面不平整。

针对上述传统工艺所产生的RGBW类型的彩色滤光片有以下的缺点：

产量(throughput)低，

良率(yield)低，

需五道掩模板(photo mask)，(遮光层、第一到第四滤光层等五道掩模板)

成本较高，

曝光掩模板需对准，

而背面曝光这个方法可以有效地防止这些工艺或结构的缺点。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的主要目的是提供一种工艺简单且成本较低的彩色滤光片的制造方法，并以本发明的方法制造出表面较为平整的彩色滤光片结构。本发明公开了利用背面曝光方式来制作彩色滤片的制造方法。一般制造彩色滤片的工艺需要四道对准曝光的过程来完成R.G.B.W四色的图案(Pattern)。而本发明是在最后一道曝光过程中，以背面曝光方式来进行，如此一来就无须对准，直接将被曝光的面板(Panel)放在背面曝光机上面，利用本身的遮光层(黑色矩阵，BlackMatrix)的遮光效应和Pattern完毕的滤光层的感光差异性来曝光出第四滤光层的图案(pattern)。

利用上述本发明的背面曝光所制造出的该第四滤光层的外围与该遮光层是紧密相接的，该紧密相接的结构即无所谓段差存在，因此利用本发明的制造方法即可得到较正面曝光平整的彩色滤光片结构。

附图说明

为使本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：

图1是已知RGB彩色滤光片的示意图；

图2是已知RGBW彩色滤光片的制造步骤中将滤光层覆盖在含遮光层的基板上的示意图；

图3是图2的基板的曝光方法的示意图；

图4是图3的基板显影后的示意图；

图5是以图2到图4的制造工艺所制造的RGBW彩色滤光片的示意图；

图6是本发明的RGBW彩色滤光片的制造步骤中含遮光层的基板的示意图；

图7是本发明的RGBW彩色滤光片的制造步骤中将滤光层覆盖在图6的基板上的示意图；

图8是图7的基板的曝光方法的示意图；

图9是图8的基板显影后的示意图；

图10是在以图6到图9的制造方法所制造出的含RGB彩色滤光片上覆盖透明层的示意图；

图11是图10的基板曝光方法的示意图；

图12是本发明的RGBW彩色滤光片的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例的制造方法及程序如下：

提供基板300，并在基板上形成条状或格状的遮光层(黑色矩阵，black matrix)320；利用位于该基板上的该遮光层限定出多个次像素(sub-pixels)318，如图6所示；

将滤光层(含颜料的负型光刻胶材料)310以spin coating或slitcoating方式均匀涂布在该遮光层的开口部(sub-pixel，次像素)318及遮光层320上，如图7所示，下一步为预烤，预烤后接下来进行曝光，经紫外光(I-line)350透过掩模板(photo mask)330正面曝光之后，如图8所示，接着以碱性水溶液进行显影蚀刻，经此步骤后可得到第一滤光层的图案(pattern)340，如图9所示，最后以高压纯水清洗后，进行主要烘烤(post back)。然后接着第二360、第三380滤光层的图案(pattern)的制造流程，其也是进行同上述的方法而得到，其中该第一、二、三滤光层可分别为红色，蓝色及绿色滤光层。

背面曝光制造彩色滤光片的工艺及结构如下：

均匀涂布(以spin coating方式：spin coating的速度需控制在800～1200rpm，其中最优转速为1000rpm)透明树脂层(负型光刻胶类型)的保护层(也就是没有颜料、染料或是着色剂的负型光刻胶)370在该含第一滤光层340、第二滤光层360、第三滤光层380的基板300上，如图10所示。将该基板放在烤盘(hot plate)上，经过80-100C/1-3min的预烤，其中最优预烤温度条件为90C/90sec；

将预烤后的该含第一340、第二360、第三380滤光层与透明树脂层over coat 370的基板移到背面曝光单元(backside exposure unit)，将该彩色滤光片的滤光层朝上(正面朝上)，光滑(不含图案(pattern))的该基板面朝下，该步骤的该基板是以遮光层、第一、第二及第三滤光层为掩模板(photo mask)，并以UV光390照射进行曝光步骤，如图11所示，该UV光的曝光量范围为150-250mJ/cm2，在该曝光步骤需特别注意UV曝光强度，若曝光强度过强会造成透明树脂层370残留在遮光层320、第一滤光层340、第二滤光层360及第三滤光层380等的图案之上，其中最优曝光量为200mJ/cm2；曝光后的该基板利用显影液(可为碱性溶液)将覆盖在已形成的滤光层的图案(pattern)340、360、380和盖在遮光层320上的透明树脂层370除去，经过上述显影步骤，即可形成白色滤光层319的图案。

将上述该含白色滤光层的基板均匀覆盖上一层平坦层321，将该含平坦层的基板放入烤箱(oven)中，在温度范围210-250C烘烤20-40min，最优的烘烤温度条件为230C/30min；

接着，在该含平坦层的基板溅镀(sputter)上一层透明电极，该透明电极可为ITO(氧化铟锡)，厚度介于350-1500A，最优厚度为500A；

经由上述的制程步骤，可获得如图12的制造样本3。

由上述本发明的实施例可得到较为平整的彩色滤光片结构，其结构如下：第一滤光层(first color filter layer)、第二滤光层(secondcolor filter layer)、第三滤光层(third color filter layer)与第四滤光层(third color filter layer)间隔排列在次像素(sub-pixel)中；其中该第一、第二与第三滤光层部份覆盖在遮光层上，但该第一、第二与第三滤光层间不会重叠(overlap)；该第四滤光层(fourth color filter layer)与该第一、二、三滤光层并不重叠，也不会覆盖在遮光层上，其图案(pattern)的外围与遮光层是紧密相切的，其中该第一、二、三、四滤光层可分别为红色、蓝色、绿色及白色滤光层。

综上所述，本发明已被证明能够正确实施，并且利用上述本发明的方法成功制造出RGBW彩色滤光片样品(sample)。虽然利用优选实施例披露了本发明，然而其并非用来限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行适当的修改与改进，因此本发明的保护范围应当由所附的权利要求所限定。

Claims (16)

1.一种彩色滤光片的结构，包括：

一基板；

位于该基板上的一遮光层，且限定出多个次像素；以及

一第一滤光层、一第二滤光层、一第三滤光层与一第四滤光层，依序排列在所述这些次像素中，其中该第四滤光层是通过以该遮光层、第一、第二、第三滤光层为掩模板通过UV光照射在该基板上形成的，其中UV光的曝光量为150-250mJ/cm²；

其中，该第一、第二与第三滤光层部份覆盖在该遮光层之上，该第四滤光层与该第一、第二与第三滤光层均直接形成在基板上但不重叠，该第四滤光层的外围与该遮光层紧密相接且不覆盖该遮光层。

2.如权利要求1所述的彩色滤光片的结构，其中该第一、第二、第三滤光层是分别选自于由红色、蓝色及绿色滤光层所组成的群组。

3.如权利要求1所述的彩色滤光片的结构，其中该第一、第二、第三滤光层以正面曝光显影所制造。

4.如权利要求1所述的彩色滤光片的结构，其中该第四滤光层为白色滤光层。

5.如权利要求1所述的彩色滤光片的结构，其中该第四滤光层为透明树脂层。

6.如权利要求1所述的彩色滤光片的结构，其中该第四滤光层是以背面曝光显影所制造。

7.如权利要求1所述的彩色滤光片的结构，进一步包含覆盖在该第一、第二、第三与第四滤光层之上的平坦层。

8.如权利要求7所述的彩色滤光片的结构，进一步包含覆盖在该平坦层之上的透明导电层。

9.如权利要求8所述的彩色滤光片的结构，其中该透明导电层包含氧化铟锡层或氧化铟锌层。

10.一种彩色滤光片的制造方法，包括：

在基板上形成一遮光层，并以该遮光层限定出多个次像素区；

在该含遮光层的基板上形成一第一滤光层，并在所述这些次像素区图案化该第一滤光层；

重复上述步骤，在所述这些次像素区依序制造出第二、第三滤光层的图案；

以该遮光层、第一、第二、第三滤光层为掩模板，通过UV光照射在基板上形成一第四滤光层，以背面曝光的方法限定出该第四滤光层的图案，该第四滤光层与该第一、第二与第三滤光层均直接形成上该基板上但不重叠，且该第四滤光层的外围与该遮光层紧密相接且不覆盖该遮光层，

其中UV光的曝光量为150-250mJ/cm²。

11.如权利要求10所述的彩色滤光片的制造方法，其中该第一、第二与第三滤光层是分别选自于由红色、蓝色及绿色滤光层所组成的群组。

12.如权利要求10所述的彩色滤光片的制造方法，其中该第一、第二与第三滤光层的原料为负型或正型光刻胶。

13.如权利要求10所述的彩色滤光片的制造方法，其中该第四滤光层为白色滤光层。

14.如权利要求10所述的彩色滤光片的制造方法，其中该第四滤光层为透明树脂层。

15.如权利要求10所述的彩色滤光片的制造方法，其中该第四滤光层的原料为负型光刻胶。

16.如权利要求11所述的彩色滤光片的制造方法，其中UV光的曝光量为200mJ/cm²。

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