像素结构、彩色滤光基板及其相应的制造方法
技术领域
本发明涉及一种像素结构、彩色滤光基板及其相应的制造方法,且特别涉及一种以压印(imprinting)方式来制造各种像素结构与彩色滤光基板的制造方法。
背景技术
液晶显示器由于具有高画质、空间利用效率好、低消耗功率、无辐射等优越特性,因而已逐渐成为市场的主流。一般液晶显示器可分为穿透式、反射式,以及半穿透半反射式三大类。以半穿透半反射式液晶显示器来说,其显示区的像素一般都会有穿透区与反射区。通常半穿透半反射式液晶显示器主要包含半穿透半反射式液晶显示面板,此液晶显示面板则通常由一对互相叠合的有源元件阵列基板与对向基板、以及两基板间所夹的液晶层所组成,并且具有分别对应于各有源元件的多个像素,各像素通常同时具有穿透区与反射区,有源元件为控制各像素接收信号的开关元件,通常为薄膜晶体管(TFT)。特别的是,半穿透半反射式液晶显示面板各像素的穿透区与反射区通常是分别对应于两种不同的晶胞间距(cell gap),即液晶层厚度,此种结构一般亦称为双重间距(dual gap)的像素结构。
详细地说,有源元件阵列基板在反射区中会形成有平坦化层与反射电极,而平坦化层的表面会形成凸起物。其中,反射电极配置于凸起物上并在剖面结构上呈现凸起/凹陷的波浪状,以利将光线充分地散射至外界。此外,有源元件阵列基板在穿透区中会有透明的像素电极,一般而言,在穿透区与在反射区光线穿过的光程不同,在反射区光线由于入射液晶层后再经过反射而出射液晶层,故在穿透区与反射区两个区域的液晶层厚度相同时,其光程大约会是穿透区的光线经过液晶层直接出射液晶层的两倍,故光线的相位延迟也是穿透区的两倍,如此一来为了使穿透区与反射区能显示同样的灰阶,透明的像素电极所对应的晶胞间距与反射电极所对应的晶胞间距并不会相同,后者通常仅约为前者的1/2。实际上,在半穿透半反射式液晶显示器的有源元件阵列基板制造过程中,除了会先对覆盖着控制像素开关的有源元件而具有一定厚度的平坦化层进行一道掩模工艺,以使平坦化层表面呈现凸起/凹陷状。然后需对此平坦化层再进行第二道掩模工艺,以移除穿透区内的平坦化膜层。这样才能使穿透区与反射区分别对应于两种不同的晶胞间距,并且得到反射区的平坦化膜层表面的凸起物结构。
由于进行掩模工艺的次数会直接影响到整个液晶显示器的制造成本与工艺时间、掩模工艺的增加更会降低工艺的良率,因此各家制造厂商无不朝向缩减掩模工艺的次数来发展。为了提升产量、增加良率并降低制造成本,传统的掩模工艺实有改进的必要。
发明内容
本发明一个目的是提供一种半穿透半反射型像素结构的制造方法,以有效缩短工艺时间,并提升产量。本发明另一目的是提供一种像素结构的制造方法,以有效缩短工艺时间,并提升产量。
本发明另一目的是提供一种彩色滤光基板,其可提升彩色滤光基板的光学效果。
为达上述或是其它目的,本发明提出一种半穿透半反射型像素结构的制造方法,其包括下列步骤:首先,提供基板。基板具有至少一个穿透区及至少一个反射区。接着,在基板上方形成披覆层,覆盖基板的穿透区与反射区。之后,进行压印工艺,以使对应于穿透区的披覆层厚度变得比对应于反射区的披覆层厚度薄。
在本发明的一实施例中,上述在进行压印工艺时,还包括在披覆层表面一起形成多个凸起。
在本发明的一实施例中,上述的基板已形成有有源元件与像素电极,且像素电极与有源元件电连接。
在本发明的一实施例中,上述的半穿透半反射型像素结构的制造方法还包括在披覆层上形成反射像素电极,反射像素电极与有源元件电连接。
在本发明的一实施例中,上述的半穿透半反射型像素结构的制造方法,其中在形成披覆层时,覆盖基板、有源元件与像素电极。
在本发明的一实施例中,上述在进行压印工艺后还包括移除像素电极上的对应于穿透区部分的厚度变薄的披覆层,以暴露像素电极。
在本发明的一实施例中,上述的反射像素电极通过暴露出的像素电极而与有源元件电连接。
在本发明的一实施例中,上述的压印工艺为热压印工艺。
在本发明的一实施例中,上述的压印工艺还包括光致抗蚀剂的曝光固化工艺。
本发明提出一种半穿透半反射型像素结构的制造方法,其包括下列步骤:首先,提供基板。基板具有至少一个穿透区及至少一个反射区。接着,在基板上形成彩色光致抗蚀剂层,覆盖基板的穿透区与反射区。之后,进行压印工艺,以使对应于反射区的彩色光致抗蚀剂层厚度变得比对应于穿透区的彩色光致抗蚀剂层厚度薄。
在本发明的一实施例中,上述的压印工艺还包括:以一道印有对应于至少一个像素范围图案的透光区域的掩模作为屏蔽,对彩色光致抗蚀剂层进行曝光。
在本发明的一实施例中,上述对彩色光致抗蚀剂层进行曝光采用UV光源。
本发明提出一种彩色滤光基板,其包括基板、彩色滤光图案层与光导引膜层。彩色滤光图案层配置于基板上,其中彩色滤光图案层的表面上具有多个V字形的凹陷。此外,光导引膜层配置于彩色滤光图案层上并填入凹陷中。
在本发明的一实施例中,上述的光导引膜层的折射率大于彩色滤光图案层的折射率。
在本发明的一实施例中,上述的光导引膜层的折射率小于彩色滤光图案层的折射率。
在本发明的一实施例中,上述的彩色滤光图案层还包括第一彩色滤光图案、第二彩色滤光图案及第三彩色滤光图案。
在本发明的一实施例中,上述的彩色滤光图案层的材质包括热固化树脂。
在本发明的一实施例中,上述的彩色滤光图案层还包括黑色矩阵膜层。
在本发明的一实施例中,上述的彩色滤光基板,其作为有源元件阵列基板。
在本发明的一实施例中,上述的彩色滤光基板,其作为对向基板。
本发明提出一种像素结构的制造方法,其包括下列步骤:首先,提供基板。接着,在基板上形成彩色滤光图案层。之后,对彩色滤光图案层进行压印工艺,以使彩色滤光图案层形成多个V字形的凹陷。然后,在彩色滤光图案层上形成光导引膜层,并填入凹陷中。
在本发明的一实施例中,上述的光导引膜层的折射率小于彩色滤光图案层的折射率。
在本发明的一实施例中,上述的光导引膜层的折射率大于彩色滤光图案层的折射率。
在本发明的一实施例中,上述的彩色滤光图案层还包括第一彩色滤光图案、第二彩色滤光图案及第三彩色滤光图案。
在本发明的一实施例中,上述的压印工艺为热压印工艺。
在本发明的一实施例中,上述的像素结构制造方法,其中在形成彩色滤光图案层时,先在基板上形成至少一个有源元件。
综上所述,本发明因在制作像素结构、有源元件阵列基板、彩色滤光基板阶段时,以压印工艺取代传统的掩模工艺,而能有效缩短工艺时间并降低制造成本、提升工艺良率,进而提升产量。由于本发明的像素结构在彩色滤光基板中具有光导引膜层。因此,光线在穿透彩色滤光基板后,能有效提升其所呈现的显示亮度。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举多个实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1D是本发明第一实施例的半穿透半反射型像素结构的制造流程的剖面示意图;
图2是本发明第一实施例的未完成的半穿透半反射型像素结构的示意图;
图3A至图3C是本发明第二实施例的半穿透半反射型像素结构的制造流程的剖面示意图;
图4A至图4C是本发明第三实施例的像素结构的制造流程的剖面示意图。
具体实施方式
第一实施例
图1A至图1D是本发明第一实施例的半穿透半反射型像素结构的制造流程的剖面示意图,特别是在其有源元件阵列基板阶段的制造流程。为求图示清楚,仅以单个像素绘图示意,本领域技术人员当可知道半穿透半反射型液晶显示器或者液晶显示面板像素结构可具有多个此种像素。请先参照图1A,首先,提供已形成有有源元件110及像素电极120的基板101。其中,有源元件110与像素电极120电连接。一般来说,在形成有源元件110时,会一并形成与其电连接的扫描线102(如图2所示)及数据线104。
请继续参照图1A,详细地说,有源元件110主要是由源极110s、漏极110d、栅极110g、通道层110c与绝缘层110i所构成的薄膜晶体管(TFT)。图1A所示的有源元件110为底部栅极结构的TFT,当然有源元件110也可采用顶部栅极的结构TFT,在此并不刻意限制。一般来说,有源元件110会被一保护层112所覆盖,而绝缘层110i可延伸至有源元件110外并覆盖住基板101。此外,基板101上可划分出穿透区t 1与反射区r1,而像素电极120主要位于穿透区t1内的绝缘层110i上。
承上所述,接着在基板101上涂布形成披覆层130,其覆盖基板101、有源元件110及像素电极120。披覆层130的材质可以是热固性树脂,例如:聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)或聚苯乙烯(Polystyrene,PS)材质、或者光固化树脂例如UV感光型(UV curable)光致抗蚀剂等。之后请参照图1B,通过压印模M1进行压印工艺,以使对应于穿透区t1的披覆层130厚度相对于反射区r1较薄。
实际上,压印工艺若采用热压印工艺(hot-imprintlithography),则披覆层130的材料可为热固化树脂。详细地说,压印工艺可包括下列步骤:首先,将基板101上涂布好披覆层130。之后,将披覆层130加热至玻璃态转换温度(glass transitiontemperature,Tg),并利用对应于穿透区t1设有较厚图案的压印模M1对披覆层130施压,以使披覆层130的材料随着压印模M1的图案分布成形而让对应于穿透区t1的披覆层130厚度变得比反射区r1薄。其中,压印模M1的材料例如是硅、二氧化硅或金属。然后,将披覆层130冷却至玻璃态转换温度以下。接着,将压印模M1及披覆层130分离。当然,本领域技术人员应知上述的压印工艺也可采用其它类型的压印工艺来实现,以下再举一例以供说明。
另一方面,当压印工艺采用步进闪光式压印工艺(step-and-flashimprint lithography),则披覆层130的材料可为UV感光型光致抗蚀剂的光固化树脂。实际上,压印工艺可包括下列步骤:首先,通过旋转涂布将UV感光型光致抗蚀剂覆盖于基板101上,以形成披覆层130,接着利用对应于穿透区t1的设有较厚图案的压印模M1对披覆层130施压,以使披覆层130的UV感光型光致抗蚀剂流动分布使对应于穿透区t1的披覆层130厚度变得比反射区r1薄。其中,压印模M1的材料例如是可透光的石英。之后,对披覆层130进行曝光、例如使用UV照射,曝光的光束会穿透压印模M1,以使披覆层130能固化。然后,将压印模M1与披覆层130分离。
这里要说明的是,由于半穿透半反射液晶显示面板(未示出)其穿透区t1及反射区r1的液晶层厚度差会受到披覆层130的厚度影响,且披覆层130的厚度可通过调整工艺参数来控制,例如是工艺的压力大小、加压的冲程或压印模M1的图案厚薄形状。换言之,利用压印模M1的设计以及加压的工艺设计控制披覆层130的膜厚便可控制后续液晶显示面板穿透区t1及反射区r1的液晶层厚度差使达到产品设计上需求的双重间距像素结构,来对驱动电压-穿透率特性曲线(V-Tcurve)与驱动电压-反射率特性曲线(V-R curve)进行同步化,以提升显示质量。
然后请参照图1C,在进行压印工艺后移除像素电极120上对应于穿透区部分厚度变薄的披覆层130,以暴露出像素电极120。移除部分披覆层130的方法例如是对全部的披覆层130进行等离子体干式蚀刻工艺或反应性离子蚀刻工艺(reactive ion etching,RIE)或是光致抗蚀剂灰化工艺,以去除一定厚度的披覆层材料。
此外,可视需要选择性地对凸起130b进行热回流工艺,以使凸起130b能呈现滑顺(smoothly)的波浪状。
特别的是,在进行上述压印工艺时,还可将压印模M1设计为对应于反射区r1设有凸起物外型反花纹、如此在将披覆层130压印成深浅区时可一并在披覆层130表面形成多个凸起(bump)130b。这可使后续形成于凸起130b上的反射像素电极(详述于后)能有类似扩散片(diffuser plate)的功能,以使光线充分地散射。值得注意的是,一般公知的工艺需透过两道掩模工艺才能使穿透区t1与反射区r1分别对应于两种不同的晶胞间距以及反射区r1的凸起物结构。相较之下,本发明只需通过一道压印工艺即可制作完成而可省去此二道掩模工艺。因此,本发明的制造方法可有效缩短工艺时间与减少制造成本。
之后请参照图1D,在反射区r1的披覆层130上形成反射像素电极140。在本实施例中,反射像素电极140可通过暴露出的像素电极120而与有源元件110电连接,另外,反射像素电极140并未形成于各像素的间隔区e区的披覆层130上,换言之,各像素的反射像素电极140并未彼此相连。到此,已大致完成了本发明的半穿透半反射型像素结构P1的有源元件阵列基板100。
以上述的方法所形成的半穿透半反射型像素结构P1的有源元件阵列基板100如图1D所示,其主要是由基板101、有源元件110、像素电极120、披覆层130及反射像素电极140所构成。其中,有源元件110会与像素电极120以及反射像素电极140电连接。实际上,开关信号可以通过扫描线102(如图2所示)的传递而将有源元件110开启,在有源元件110开启后显示信号可通过数据线104而传递至像素电极120及反射像素电极140中。
以上已说明压印工艺应用在制造半穿透半反射型像素结构、特别是在一般的有源元件阵列基板的制造阶段。当然,压印工艺也可应用在制造半穿透半反射型像素结构的彩色滤光基板阶段与制造像素结构的彩色滤光基板阶段上,以下将在各实施例中依序介绍。
第二实施例
图3A至图3C是本发明第二实施例的半穿透半反射型像素结构的制造流程剖面示意图、特别是在其彩色滤光基板200的制造流程阶段。
一般而言,半穿透半反射型液晶显示面板的彩色滤光图案层位于与有源元件阵列基板相对的一对向基板上,故彩色滤光基板通常即为对向基板。通常彩色滤光图案层由多个各原色滤光图案组成,例如红、绿及蓝色,并且半穿透半反射型液晶显示面板的每一像素通常对应其中一原色的彩色滤光图案。在各像素中,反射区的光线因入射、反射及出射将通过彩色滤光图案两次,然而穿透区的背光光线仅需出射而通过彩色滤光图案一次,故若反射区与穿透区的彩色滤光图案均具有同一厚度,则会造成各原色(红、绿或蓝)像素在其同一像素内反射区与穿透区的显示色光色度不同,故公知技术有采用同一像素内对应于反射区的彩色滤光图案的厚度减为对应于穿透区的彩色滤光图案的厚度的一半的设计,如此可使通过反射区的光线与通过穿透区的光线其通过的彩色滤光图案厚度相当,可使同一原色像素的两个区域得到较均一的色彩性能。但公知一般需使用前后两道掩模工艺才能制作出单一像素的彩色滤光层图案对应于反射区与穿透区具有不同厚度,即一道掩模用以定义一个原色像素的彩色滤光图案范围,另一道掩模定义出此彩色滤光图案中较薄的反射区范围。
本发明第二实施例则提供减少掩模道数的制造方法。实际上,彩色滤光图案层主要是由第一彩色滤光图案例如:红(R)、第二彩色滤光图案例如绿(G)及第三彩色滤光图案例如蓝(B)所构成。第一彩色滤光图案R的材质例如是红色树脂,第二彩色滤光图案G的材质例如是绿色树脂,而第三彩色滤光图案B的材质例如是蓝色树脂。当然,本领域技术人员应知彩色滤光图案层202还可包括以黑色树脂所形成的黑色矩阵膜层203,而第一彩色滤光图案为红色(R)、第二彩色滤光图案为绿色(G)及第三彩色滤光图案为蓝色(B)的排列方式及原色种类仅用以说明,在此并不刻意局限。但在此仅以其中彩色滤光图案为红色滤光图案的一个像素工艺以及步进闪光式压印工艺为例说明本实施例。
首先,请先参照图3A,提供形成有黑色矩阵膜层203的基板201。然后,在基板201上先全面涂布形成红色UV感光型光致抗蚀剂层202、例如是掺有红色染料的UV感光型光致抗蚀剂。之后请参照图3B,通过对应于红色滤光图案的反射区rR的设有较厚图案的压印模M2而对红色光致抗蚀剂层202进行加压,使红色光致抗蚀剂层202的材料流动分布形成对应于反射区rR的凹陷210,以使对应于穿透区tR的光致抗蚀剂层厚度dt约为对应于反射区rR的光致抗蚀剂层厚度dr的两倍,并且在红色光致抗蚀剂层202流动分布后,以一道印有红色滤光图案的透光区域的掩模204作为屏蔽对红色光致抗蚀剂层202进行UV照射曝光,压印模M2的材料例如是可透光的石英。曝光的UV光线会穿透压印模M2,以使红色光致抗蚀剂层202对应于欲形成红色滤光图案的部分能固化。然后请参照图3C,将压印模M1及红色光致抗蚀剂层202分离,再进行显影步骤将红色滤光图案以外的红色光致抗蚀剂层202移除,而完成红色(R)滤光图案205。这里要说明的是,依照实际上的需求可通过改变压印模M2的形状而可适当调整凹陷210的分布位置以对应于像素的反射区rR。当然,图3B所示的凹陷210以及反射区rR的分布位置仅用以说明,在此并不刻意局限。
接着,本领域技术人员亦可比照图3A至图3C及上述的工艺说明,以重复其它原色例如绿或蓝色滤光图案的制作,以组成反射区与穿透区具有不同厚度的彩色滤光图案层(未绘示),故在此不再赘述。至此,已大致将本发明的彩色滤光基板200制作完成。为了实际上的需要,本发明的彩色滤光基板200更可于彩色滤光图案层上以透明导电材料形成共同电极(未示出)。
另外,在制作半穿透半反射液晶显示面板或其面板的像素结构时,也可与第一实施例一起考虑,分别在制造组成液晶显示面板的一对基板时,在形成其中有源元件阵列基板100阶段的披覆层130及彩色滤光基板200阶段的彩色滤光图案(例如:红色滤光图案204)时,将披覆层130位于穿透区t1厚度与反射区r1厚度、以及彩色滤光图案位于穿透区的厚度与反射区的厚度分别调整使两基板组合后的像素反射区的晶胞间距约为穿透区的1/2,如此亦可兼顾并保持半穿透半反射液晶显示面板良好的光学性能。
以上述方法形成彩色滤光基板200或像素结构仅需使用一道掩模用以定义一个原色像素的彩色滤光图案范围,并配合压印工艺即可使彩色滤光图案对应于反射区与穿透区具有光学设计上所需不同的厚度,即省去另一道次定义出此彩色滤光图案中较薄的反射区范围的掩模,已确实达到制造显示器过程中减少掩模工艺的目的。
第三实施例
图4A至图4C是本发明第三实施例的像素结构,特别是在其彩色滤光基板300的制造方法的局部流程剖面示意图。在此实施例中,彩色滤光基板300可以作为液晶显示面板中与有源元件阵列基板相对的对向基板,或者作为有源元件阵列基板本身,视其应用需求而定,其工艺差异于后详述。
请先参照图3A,首先,提供基板301,主要由透光材料例如玻璃材质所构成。接着,若彩色滤光基板300作为对向基板,在基板301上形成彩色滤光图案层310,若彩色滤光基板300作为有源元件阵列基板,则先在基板301上形成有源元件阵列(未示出),再形成彩色滤光图案层310将其覆盖。具体而言,彩色滤光图案层310可由第一彩色滤光图案R、第二彩色滤光图案G及第三彩色滤光图案B构成。
上述的第一彩色滤光图案R的材质例如是红色树脂,第二彩色滤光图案G的材质例如是绿色树脂,而第三彩色滤光图案B的材质例如是蓝色树脂。当然,本领域技术人员应知彩色滤光图案层310也可包括以黑色树脂所形成的黑色矩阵膜层303,而第一彩色滤光图案R、第二彩色滤光图案G及第三彩色滤光图案B的排列方式仅用以说明,在此并不刻意局限。
然后请参考图4B,对彩色滤光图案层310进行压印工艺,以使彩色滤光图案层310形成多个V字形的凹陷310a。详细地说,压印工艺可采用热压印工艺,其已详细說明在第一实施例中。彩色滤光图案层310的材质可依工艺选择热固化树脂,例如:聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚苯乙烯材质并视应用需求添加各色染料。
之后请参考图4C,在彩色滤光图案层310上形成光导引膜层320,并填入凹陷310a中。这里要说明的是,若彩色滤光基板300是作为对向基板用的,则光导引膜层320的折射率大于彩色滤光图案层310的折射率;若彩色滤光基板300是作为有源元件阵列基板用的,则光导引膜层320的折射率小于彩色滤光图案层310的折射率,如此一来,彩色滤光图案层310具有棱镜片(prism)结构,再加上上述适当折射率材质搭配的选用,使其具有类似增亮膜(Bri ghtness Enhance Film,BEF)的功能。更详细而言,若彩色滤光基板300是作为对向基板用的,则显示用的光线由光导引膜层320入射彩色滤光图案层310时能有效地被准直化进而可提升其呈现的显示亮度,该对向基板有集光增亮的功能;若彩色滤光基板300是作为有源元件阵列基板用时,显示用的光线则反之由彩色滤光图案层310入射光导引膜层320再出射,这些光线亦能有效地被准直化进而可提升其所呈现的亮度,该有源元件阵列基板有集光增亮的功能。这里要说明的是,依照光学或其它方面设计上的需求,可通过改变压印模M3的形状而可对凹陷310a的分布位置、形状以及彩色滤光图案层310各区域的膜厚作适当调整,尤其可以调整所需棱镜片结构的角度如图4B中的θ角来得到最佳的增亮效果。至此,本发明的彩色滤光基板300已大致制作完成。
以上述方法所形成的彩色滤光图案基板300如图4C所示,其主要包括透光基板301、彩色滤光图案层310与光导引膜层320。此外,彩色滤光图案层310具有多个凹陷310a,而光导引膜层320则填入上述的凹陷310a中。值得特别注意的是,彩色滤光图案层310因具有棱镜片结构,使其具有类似增亮片(BEF)的功能,这样的棱镜片结构由于具有实质上V字形(或倒V字形)的剖面形状,这样具有明显棱角的形状,若使用传统的掩模工艺将难以实现或制成,但若采用压印工艺,则可透过设计的压印模轻易地在彩色滤光图案层310完成此结构,而将彩色滤光基板300同时结合有增亮膜的功能,当然,应用彩色滤光基板300的像素结构也具有增亮的功能。
综上所述,本发明以压印工艺取代传统的掩模工艺,因而在制作像素结构、有源元件阵列基板、彩色滤光基板阶段时,都能有效缩短工艺时间并降低制造成本、提升工艺良率,进而提升产量。由于本发明的像素结构在彩色滤光基板中具有光导引膜层。因此,光线在穿透彩色滤光基板后,能有效提升其所呈现的显示亮度。
虽然本发明已以数个实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可作少许的修改与改变,因此本发明的保护范围应以所附权利要求所限定的为准。