CN102414603B - 彩色滤光片及液晶显示装置、以及曝光掩膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种没有曝光头之间的曝光照度的差异、图案错位所造成的显示不均匀、且显示质量优异的液晶显示装置；可构成该液晶显示装置的彩色滤光片；以及用于制造该彩色滤光片的曝光掩膜。彩色滤光片1具备基板2、设置于基板2上的黑矩阵3、以及至少在第一方向与黑矩阵3部分重叠的多个着色层4。由黑矩阵3与着色层4重叠的部分所构成的重叠部分5在第一方向上的宽度在整个显示区域上变动，而且该变动程度在整个显示区域上相同地分布。其结果，即使重叠部分5的尺寸因曝光头的错位或曝光条件的变化而局部产生偏差，也能够使其混在分布于整个显示区域上的宽度变动，从而能从整体上使不均匀变得不明显。

Description

彩色滤光片及液晶显示装置、以及曝光掩膜
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示装置的彩色滤光片、液晶显示装置、以及用于制造彩色滤光片的曝光掩膜。
背景技术
近年来，随着液晶显示装置的大型化，用于液晶显示装置的彩色滤光片也要求大型化。彩色滤光片的制造工序中，通过光刻法对着色层及黑矩阵进行图案形成，而使用原来尺寸的曝光掩膜的一并曝光方式则需要大型的曝光掩膜。该大型曝光掩膜非常高价，导致彩色滤光片的制造成本提高。
为了解决该问题，采用的是使用安装有多个曝光头的曝光机，在各曝光头上分别安装小型的曝光掩膜，对作为曝光对象的基板整面重复进行曝光的方式(以下称为“小型掩膜连续曝光方式”)。
图7是小型掩膜连续曝光方式的曝光掩膜的配置图。
曝光掩膜18分别被安装在多个曝光头上，并被配置为，在X轴方向上排列成两行。为了使形成于各光掩膜的掩膜图案的节距(pitch)一定，而在相邻的、安装于曝光头的曝光掩膜18之间无间隙地配置安装于另一行的曝光头的曝光掩膜18。
更详细而言，各行的曝光掩膜之间设有间隔，位于该间隔的图案分别通过也使用并排于另一行的掩膜而被晒图(print)。例如，通过配置于图中位置P1的曝光掩膜18而曝光的部分、与通过配置于位置P2的曝光掩膜18而曝光的部分之间的部分，通过配置于位置P3的曝光掩膜18而曝光。由此，X轴方向上的各曝光图案的端部彼此连接(以下，将该连接的部分称为“连接部分”)。
小型掩膜连续曝光方式存在的问题是，由于产生曝光头间的曝光照度差异、光轴相对于基板错开、曝光掩膜的图案错开、曝光掩膜与基板之间的错位等，所以位于连接部分的着色层的图案膜厚、线宽、位置急剧地发生变化。
图8是示出连接部分附近的液晶显示装置的简略结构的截面示意图。
着色层14在X轴方向上部分重叠于黑矩阵13，从而形成重叠部分15。当横跨连接部分的着色层的图案的线宽或位置发生变化时，如图8所示，重叠部分15的宽度在靠连接部分(图8中L表示)左侧的区域(以下称为“区域A”)与靠连接部分右侧(以下称为“区域B”)之间发生变化。这样，封入基板12与相对基板16之间的液晶17的取向状态以连接部分为边界而发生变化，从而很明显地识别出液晶显示装置中的局部不均匀。
【专利文献1】：日本特开2007-121344号公报
【专利文献2】：日本特开2008-216593号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种可构成局部的显示不均匀不明显的、且显示质量优异的液晶显示装置的彩色滤光片、以及用于制造彩色滤光片的曝光掩膜。
本发明涉及一种用于第一方向及与该第一方向正交的第二方向上排列有多个像素的液晶显示装置的彩色滤光片。该彩色滤光片具备基板、设置于基板上的黑矩阵、以及至少在第一方向上与黑矩阵部分重叠的多个着色层。黑矩阵与着色层的重叠部分在第一方向上的宽度在整个显示区域上变动，并且，重叠部分宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
(发明效果)
使用本发明的彩色滤光片，由于能够使重叠部分宽度的变动相同地分布在整个显示区域上，所以尽管曝光时连接部分的着色图案的形成不均匀，但着色图案的不均匀却不明显，从而能够实现显示质量优异的液晶显示装置及其中使用的彩色滤光片。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的彩色滤光片的简略结构的截面图。
图2是通过使透过部分的节距随机变动的曝光掩膜的示意图。
图3是通过使透过部分的宽度随机变动的曝光掩膜的示意图。
图4是通过使透过部分的节距及宽度随机变动的曝光掩膜的示意图。
图5是通过使透过部分的节距每隔三条就变动的曝光掩膜的示意图。
图6是通过使透过部分的宽度每隔三条就变动的曝光掩膜的示意图。
图7是小型掩膜连续曝光方式的曝光掩膜的配置图。
图8是示出连接部分的液晶显示装置的简略结构的截面示意图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式的彩色滤光片的简略结构的截面图。
本发明的实施方式的彩色滤光片1用于具有X轴及Y轴方向上排列的多个像素的液晶显示装置，并具备基板2、黑矩阵3及着色层4。着色层4通过光刻法(photolithography)，使用与红、绿及蓝对应颜色的光阻剂，在基板2上形成为在X轴方向上与黑矩阵3部分重叠。重叠部分5是指上述黑矩阵3与着色层4重叠的部分。如下所述，着色层4的高度(Z轴方向)在重叠部分5附近发生变化，从而对液晶的取向造成影响。
如上所述，在小型掩膜连续曝光方式中，有重叠部分5的宽度因曝光头的错位或曝光条件不同而与设计值产生偏差的情况(图1)。由于该重叠部分5的宽度变动引起液晶分子的取向性的散乱，所以在像素区域上产生局部的显示不均匀。于是，本发明的彩色滤光片1有意使图1所示的重叠部分5的宽度在整个显示区域上发生变动，并使该变动程度(重叠部分5的宽度不均匀)在整个显示区域上相同地分布。更详细而言，形成于通过一个曝光头而曝光的曝光区域中的重叠部分5至少具有两种宽度。然后，在该曝光区域内，重叠部分5的宽度在X轴方向上至少发生两次以上的转换(重叠宽度发生变化的部分)。并且，重叠部分5的宽度的分散在任何曝光头所曝光的曝光区域中都一定。其结果，相对难以识别局部的变动趋向(variation tendency)(显示不均匀)，由此能够提高从宏观上看像素区域整体时的图像质量。
其次，用图2至6来说明用于制造本实施方式的彩色滤光片的曝光掩膜8。
图2是通过使透过部分的节距随机变动的曝光掩膜的示意图。
曝光掩膜8A具备使光透过的狭缝状的透过部分9，例如，能适当采用通过用铬对基板的整个表面进行蒸发涂敷后，除去相当于透过部分9的部分的铬而获得的曝光掩膜。
图2所示的曝光掩膜8A中，各透过部分9的宽度相同，但如图2所示，节距P1至P4却不一定。其中，节距是指，相邻的透过部分的虚拟中心线之间的间隔。此外，等节距是所配置的透过部分的虚拟中心线之间的间隔相等的节距。
通过小型掩膜连续曝光方式，并使用多个该曝光掩膜8A来制作彩色滤光片时，着色层4的节距的变动在整个显示区域上一样且相同程度地分布。由于若着色层4的节距不同，则重叠部分5的宽度变动，所以重叠部分5的宽度的变动一样且相同程度地分布在整个显示区域上。
图3是通过使透过部分的宽度随机变动的曝光掩膜的示意图。
曝光掩膜8B中，虽然各透过部分9分别以等节距排列，但如图3所示，宽度W1至W5却不一定。
通过小型掩膜连续曝光方式并使用该曝光掩膜8B而制作的彩色滤光片1中，着色层4宽度的变动在整个显示区域上一样且相同程度地分布。由于若着色层4的宽度不同，则重叠部分5的宽度变动，所以重叠部分5的宽度的变动在整个显示区域上一样且相同程度地分布。
图4是通过使透过部分的节距及宽度随机变动的曝光掩膜的示意图。
曝光掩膜8C中，使透过部分9的节距P1至P4、以及透过部分9的宽度W1至W5随机变动。
通过小型掩膜连续曝光方式，并使用该曝光掩膜8C而制作的彩色滤光片1中，着色层4的宽度及节距的变动在整个显示区域上一样且相同程度地分布。若着色层4的宽度不同，则重叠部分5的宽度变动。此外，重叠部分5的宽度也由于着色层4的节距不同而变动。其结果，重叠部分5的宽度的变动在整个显示区域上一样且相同程度地分布。
图5是通过使透过部分的节距每隔三条就变动的曝光掩膜的示意图。
如图5所示，曝光掩膜8D的各透过部分9的宽度相同，但排列节距却每隔三条就在P5与P6之间交替地重复变化。
通过小型掩膜连续曝光方式并使用该曝光掩膜8D而制作的彩色滤光片1中，着色层4的节距在整个显示区域上，每隔三个像素就重复变动。由于若着色层4的节距不同，重叠部分5的宽度就不同，所以重叠部分5的宽度在整个显示区域上，每隔三个像素就重复变动。通过使该重叠部分每隔三个像素规则地重复变动，能够在液晶显示装置的整个显示区域上出现细微的不均匀，从而不会识别出局部变动所造成的特定位置的明显不均匀。
图6是通过使透过部分的宽度每隔三条就变动(而成)的曝光掩膜的示意图。
如图6所示，曝光掩膜8E的各透过部分9的排列节距相同，但各自的宽度却每隔三条就在W6与W7之间交替地变化。
通过小型掩膜连续曝光方式并使用该曝光掩膜8E而制作的彩色滤光片1中，着色层4的宽度在整个显示区域上，每隔三个像素就重复变动。由于着色层4的宽度不同，重叠部分5的宽度就不同，所以重叠部分5的宽度在整个显示区域上，每隔三个像素就重复变动。
若通过小型掩膜连续曝光方式并使用上述图2至6的曝光掩膜来形成着色层，则在一个曝光掩膜所形成的光阻剂图案中，局部的节距或宽度发生变动。但使用多个该曝光掩膜来在基板上逐步形成图案，由于单个曝光掩膜的图案均等地晒图于整个基板上，所以一个曝光掩膜所产生的局部变动也分散于整个像素区域。其结果，即使重叠部分的宽度由于曝光头的错位或曝光条件不同而变动，也能够使该重叠部分的宽度的变动混在像素区域整体上有意设置的重叠部分宽度的不均匀。因此，根据通过小型掩膜连续曝光方式，并使用上述曝光掩膜而制成的本实施方式的彩色滤光片，能够使错位等所造成的彩色图案的尺寸或位置的局部变动不明显，从而能够实现观看整个像素区域时画质不存在不均匀的液晶显示装置。
此外，本实施方式中是使彩色滤光片的着色层的节距及宽度变动，但本发明既可以使黑矩阵的节距或宽度变动来取代着色层，也可以使着色层及黑矩阵一起变动。既可以使红、绿及蓝色的着色层的节距或宽度都变动，也可以仅使特定颜色的着色层的节距或宽度变动。
此外，本实施方式中，说明了使整个曝光掩膜的所有透过部分的节距或宽度发生变化的例子、以及使特定数目的透过部分等的节距或宽度发生变化的例子，但也可以仅使曝光掩膜中更有限的范围内的透过部分的节距或宽度发生变化。在此情况下，由于小型掩膜连续曝光方式使用多片掩膜，所以能够使重叠部分的尺寸不均匀分散于像素区域整体上。
此外，本实施方式中使用黑矩阵来作为遮光层，但本发明并不局限于此。例如，也可以是由形成在基板上的金属薄膜构成的电极层。
(实施例)
以下说明具体实施本发明的实施例。实施例一至五分别使用图2至6所示的曝光掩膜，来使着色图案的尺寸不均匀发生在像素区域整体上。此外，实施例六至十分别使用图2至6所示的曝光掩膜，来使黑矩阵的尺寸不均匀发生在像素区域整体上。
首先，通过光刻法，并使用黑色颜料分散型光阻剂来在基板上形成黑矩阵图案、着色层区域周围的带状遮光范围、周围伪图案(peripheraldummy patterns)及用于对位的对准标记(alignment mark)。
其次，通过精密狭缝涂布机，在基板上涂布着色光阻剂，该着色光阻剂含有红色颜料、透明树脂及具有乙烯性不饱和双键的单体、光聚合引发剂及阻聚剂，并通过波长340至380nm的激光照射而能够硬化。
通过小型掩膜连续曝光方式来对基板上的光阻剂进行曝光。与图7相同，六片曝光掩膜并排设置成一行，同样地，在后方一行，以补充各曝光掩膜之间的空隙的形式，同样地配置六片光掩膜。通过一边使基板在Y轴方向上移动，一边通过曝光掩膜的条纹状的透过部分依次照射基板上形成膜的光阻剂，从而依次对条纹状的着色层图案进行晒图。此外，曝光掩膜与基板之间的对位是通过CCD照相机对基板上的黑矩阵图案与曝光掩膜图案之间的位置关系进行图像识别(image recognition)，来逐步调整曝光位置而实现的。
然后，经由显影、清洗、烘烤工序，形成红色的着色层。通过相同的工序来依次在基板上设置绿色及蓝色的着色层，从而形成彩色滤光片。
(实施例一)
实施例一的曝光掩膜采用的是使图2的曝光掩膜的透过部分的排列节距在-1.5μm至+1.5μm的范围内，按0.05μm随机偏移(offset)的曝光掩膜。其中，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含变动量0μm在内可以进行61种偏移，通过使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以实施例一的彩色滤光片中，能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的着色层节距的变动幅度±1.5μm内。
由此，液晶显示装置中，尽管在整个显示区域上会均匀地产生因基板整面的像素节距的变动而造成的细微不均匀，但从宏观上来观察时，连接部分的着色层的宽度或位置的局部变动所造成的不均匀却变得不明显。
(实施例二)
实施例二的曝光掩膜使图3的曝光掩膜的透过部分的所有宽度在-1.5μm至+1.5μm的范围内，按0.05μm随机变动。其中，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含线宽变动量0μm在内可以进行61种偏移，通过使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的像素宽度的变动±1.5μm内。
(实施例三)
实施例三的曝光掩膜采用的是使图4的曝光掩膜的透过部分的排列节距在-1.5μm至+1.5μm的范围内，按0.05μm随机偏移(offset)的曝光掩膜。其中，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含变动量0μm在内可以进行61种偏移。这里使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。并且，使曝光掩膜的透过部分的所有宽度在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm随机变动。此外，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含线宽变动量0μm在内可以进行的61种偏移，通过使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的着色层的节距变动±1.5μm内以及像素宽度的变动±1.5μm内。
(实施例四)
实施例四的曝光掩膜是，图5所示的曝光掩膜中，每个三个像素(约1mm)以从设计值在图5的X轴方向的一个方向上产生0.5μm偏差的排列节距排列的透过部分、与每个像素(约1mm)以在另一方向上产生0.5μm偏差的排列节距排列的透过部分交替地排列的曝光掩膜。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的着色层节距的变动±1.5μm内。
(实施例五)
实施例五的曝光掩膜是使图6所示的曝光掩膜的透过部分的宽度从设计值增加0.5μm而成的透过部分、以及通过使该宽度从设计值减少0.5μm而成的透过部分每隔三个像素(约1mm)交替地配置的曝光掩膜。
由于曝光条件的最佳化使图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的着色层宽度的变动±1.5μm内。
(实施例六)
实施例六的曝光掩膜采用的是使图2所示的曝光掩膜的透过部分的排列节距在-1.5μm至+1.5μm的范围内，按0.05μm随机变动的曝光掩膜。其中，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含变动量0μm在内可以进行61种偏移，通过使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以实施例六的彩色滤光片中，能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的黑矩阵的节距的变动±1.5μm内。
由此，在液晶显示装置中，尽管在整个显示区域上会均匀地产生因基板整面的黑矩阵节距的变动而造成的细微不均匀，但从宏观上观察时，局部变动所造成的特定部分的不均匀却变得不明显。
(实施例七)
实施例七的曝光掩膜采用的是使图3的曝光掩膜的透过部分的所有狭缝图案的线宽在-1.5μm至+1.5μm的范围内，按0.05μm随机变动的曝光掩膜。其中，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含线宽变动量0μm在内可以进行61种偏移，通过使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的黑矩阵的变动±1.5μm内。
(实施例八)
实施例八的曝光掩膜采用的是使图4的曝光掩膜的透过部分的所有狭缝图案的线宽在-1.5μm至+1.5μm的范围内，按0.05μm随机变动的曝光掩膜。其中，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含线宽变动量0μm在内可以进行61种偏移。这里使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。此外，使曝光掩膜的透过部分的所有宽度在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm随机变动。此时，在-1.5μm至+1.5μm的范围内按0.05μm偏移的情况下，包含线宽变动量0μm在内可以进行61种偏移，通过使各种偏移的发生频率大致相同来实施偏移，以免变动不均匀。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的黑矩阵节距的变动±1.5μm以及黑矩阵宽度的变动±1.5μm内。
(实施例九)
实施例九的曝光掩膜是，图5所示的曝光掩膜中，每三个像素(约1mm)以图5的X轴方向的一个方向上产生0.5μm的偏差的排列节距排列的透过部分、以及每个像素(约1mm)以另一方向上产生0.5μm的偏差的排列节距排列的透过部分交替地排列的曝光掩膜。
由于曝光条件的最佳化使相邻曝光头间的图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的黑矩阵节距的变动±1.5μm内。
(实施例十)
实施例十的曝光掩膜是使图6所示的曝光掩膜的透过部分的宽度从标准值增加0.5μm而成的透过部分、以及使该透过部分的宽度从标准值减少0.5μm而成的透过部分每隔三个像素(约1mm)交替地配置的曝光掩膜。
由于曝光条件的最佳化使图案边缘的错位控制在1μm以内，所以能够使连接部分的局部的图案宽度或位置的变动混在均匀分布于彩色滤光片整面的黑矩阵宽度的变动±1.5μm内。
工业实用性
本发明可应用于具备彩色滤光片的液晶显示装置等。
1             彩色滤光片
2、12         基板
3、13         黑矩阵
4、14         着色层
5、15         重叠部分
8A～8D、18    曝光掩膜
9             透过部分
10            液晶显示装置
16            相对基板
17            液晶

Claims (8)

1.一种彩色滤光片，其特征在于：
该彩色滤光片是在第一方向及与该第一方向正交的第二方向上排列有多个像素的液晶显示装置中使用的彩色滤光片，具备：
基板；
设置于上述基板上的遮光层；以及
至少在上述第一方向上与上述遮光层部分重叠的多个着色层，
上述遮光层及上述着色层的重叠部分在上述第一方向上的宽度在整个显示区域上变动，并且，上述重叠部分的宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
2.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：
通过使上述遮光层及上述着色层至少一方的排列节距随机变动，从而使上述重叠部分的宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
3.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：
通过使上述遮光层及上述着色层至少一方的宽度随机变动，从而使上述重叠部分的宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
4.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：
通过使上述遮光层及上述着色层至少一方的排列节距随机变动，并使上述遮光层及上述着色层至少一方的宽度随机变动，从而使上述重叠部分的宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
5.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于：
通过使上述遮光层及着色层至少一方的排列节距每隔三个像素就变动，从而使上述重叠部分的宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
6.根据权利要求1或5所述的彩色滤光片，其特征在于：
通过使上述遮光层及着色层至少一方的宽度每隔三个像素就变动，从而使上述重叠部分的宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
7.一种液晶显示装置，其特征在于：
该液晶显示装置在第一方向及与该第一方向正交的第二方向上排列有多个像素，并具备：
彩色滤光片；
相对基板，与上述彩色滤光片相对；以及
液晶，被封入上述彩色滤光片与上述相对基板之间，
上述彩色滤光片具备：
基板；
设置于上述基板上的遮光层；以及
至少在上述第一方向上与上述遮光层部分重叠的多个着色层，
上述遮光层及上述着色层的重叠部分在上述第一方向上的宽度在整个显示区域上变动，并且，上述重叠部分的宽度的变动程度在整个显示区域上相同。
8.一种曝光掩膜，其特征在于：
为了制造根据权利要求1所述的彩色滤光片，该曝光掩膜分别被安装在配置成行列状的多个曝光头，并通过逐步使曝光头下面移动的基板上的被曝光区域曝光，从而形成遮光层及着色层中至少一个，
上述曝光掩膜具备形成为狭缝状并使光透过的多个透过部分，
上述透过部分的宽度及相邻透过部分之间的节距至少一方的尺寸互不相同。
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