CN102778714B - 一种彩色滤光片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色滤光片及其制造方法，均可在基板上依次形成间隔排列的彩色滤光区，使所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积，在相邻彩色滤光区之间形成格状开口；在所述开口中以背面曝光法形成与相邻彩色滤光区紧密相接的黑矩阵。本发明有效提高了彩色滤光片表面的均匀度；而且最后形成的黑矩阵与相邻的彩色滤光区紧密相接，避免了因为曝光时光掩膜对位不精确所引起的漏光和混色现象。

Description

一种彩色滤光片及其制造方法

技术领域

本发明涉及滤光片技术，具体涉及一种彩色滤光片(color filter)及其制造方法。

背景技术

目前，较为常用的彩色滤光片制作方法包括：染色法、颜料分散法、印刷法、电着法等。基于制作成本和质量考虑，由于颜料分散法所制作的彩色滤光片具有高精密度和较佳的耐旋光性与耐热性，成为薄膜晶体管(TFT)型彩色滤光片的主要制造方法。

具体而言，颜料分散法主要采用四次光刻工艺，以分别形成黑矩阵(blackmatrix)和红(R)、绿(G)、蓝(B)滤光区。一般来说，黑矩阵可避免不同颜色的彩色滤光图案之间发生混色现象，因此，黑矩阵必须配置在相邻的彩色滤光区之间。

如图1A所示，首先在基板上形成黑矩阵，通过曝光显影限定出多个滤光区，之后在黑矩阵形成的多个开口中依次填入彩色滤光图案。但是在实际的制造过程中存在着不可避免的对位误差，使得彩色滤光图案的实际位置和理想位置有偏差，进而导致彩色滤光区无法填满于开口中。如图1B所示，这样就会因黑矩阵的效果不佳而使彩色滤光片发生漏光；另外，对位误差还有可能导致出现两个相邻的彩色滤光区交互重叠(cross-talk)的现象，从而发生混色现象，造成颜色混淆、色彩失真等后果。而且，彩色滤光区和黑矩阵之间的重叠程度会影响彩色滤光图案的表面平整度，进而使背光或者环境光通过彩色滤光图案后发生偏折，这种偏折情形同样会使彩色滤光片的光学品质大幅下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种彩色滤光片及其制造方法，能保证彩色滤光片的平整度，避免漏光和混色现象。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种彩色滤光片的制造方法，该方法包括：

在基板上依次形成间隔排列的彩色滤光区，使所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积，在相邻彩色滤光区之间形成格状开口；在所述开口中以背面曝光法形成与相邻彩色滤光区紧密相接的黑矩阵。

形成所述彩色滤光区时，使所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积的方法为：

对基板进行疏墨处理，利用疏墨表面与所述彩色滤光区的光刻胶之间所形成的接触角，使彩色滤光区形成顶表面宽、底表面窄的形状；

或者，通过控制曝光条件，使彩色滤光区形成顶表面宽、底表面窄的形状。

以背面曝光法形成所述黑矩阵的方法为：

利用所述彩色滤光区的彩色图案的遮光效应，将所述彩色滤光区作为光掩膜，对黑矩阵进行背面曝光；使黑矩阵因彩色滤光区顶宽底窄的结构，与相邻的彩色滤光区之间紧密相接。

该方法进一步包括：

基于所述彩色滤光区感光性的差异，在进行所述背面曝光时对曝光强度进行控制；

和/或，

将包含黑矩阵树脂与所述彩色滤光区的基板均匀覆盖平坦保护层。

所述彩色滤光区在从所述底表面向所述顶表面方向上的宽度变化是：以不同比例逐渐增加，或者以相同比例逐渐增加；

所述彩色滤光区包括：分别与红、绿、蓝光刻胶材料相对应的第一、第二、第三滤光区。

一种彩色滤光片，包括基板；所述基板上覆盖有间隔排列的彩色滤光区，所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积，在相邻彩色滤光区之间有格状开口；在所述开口中覆盖与相邻彩色滤光区紧密相接的黑矩阵。

所述基板是经过疏墨处理的基板；经过所述疏墨处理的疏墨表面与所述彩色滤光区的光刻胶之间形成大接触角，所述彩色滤光区形成有顶表面宽、底表面窄的形状；

或者，所述基板是通过控制曝光条件所形成的曝光后的基板，所述彩色滤光区形成有顶表面宽、底表面窄的形状。

在包含黑矩阵树脂与所述彩色滤光区的基板上，进一步均匀覆盖有平坦保护层。

所述彩色滤光区在从所述底表面向所述顶表面方向上的宽度变化是：以不同比例逐渐增加，或者以相同比例逐渐增加；

所述彩色滤光区包括：分别与红、绿、蓝光刻胶材料相对应的第一、第二、第三滤光区。

所述彩色滤光区的材质为负型或正型光刻胶。

本发明先采用正面曝光法形成三个彩色滤光区，且滤光区与经疏墨处理过的基板接触的底表面的面积小于顶表面的面积；然后利用滤光区的遮光效应，将所述彩色滤光区作为光掩膜板(photo mask)，利用背面曝光的方法在彩色滤光区所形成的间隔中制作出黑矩阵，这样，避免了滤光区和黑矩阵之间大段差的产生，有效提高了表面的均匀度；而且，最后形成的黑矩阵与相邻的彩色滤光区紧密相接，避免了因为曝光时光掩膜对位不精确所引起的漏光和混色现象。再有，较大的彩色滤光区顶表面暴露，提高了开口率，而且比传统工艺少用了一块掩膜板，节省了制造成本。

附图说明

图1A为现有涂布曝光工艺在基板首先形成黑矩阵的平面示意图；

图1B为现有涂布曝光工艺下形成彩色滤光区之后发生混色现象的俯视示意图；

图1C为现在涂布曝光工艺下制作的彩色滤光片的侧面剖面示意图；

图2A至图2F为本发明实施例的制造彩色滤光片的流程图；

图3为本发明实施例的彩色滤光片制造流程简图。

具体实施方式

本发明中，首先可以对基板进行疏墨处理，利用疏墨表面与光刻胶之间所形成的较大接触角，使彩色滤光区形成顶表面宽、底表面窄的形状，以便与黑矩阵紧密相接；然后，采用背面曝光的方法制作黑矩阵。上述操作方式在减少一块掩膜板的同时，增大了彩色滤光片的开口率，可以保证彩色滤光片的平整度；而且，可以避免漏光和混色现象，进而得到成本低、平整度高、光学品质好的彩色滤光片结构。

具体而言，首先可以在基板上涂覆疏墨层，接着采用正面涂布曝光显影法在基板上依次形成R、G、B三个彩色滤光区。因基板的疏墨性，R、G、B三个彩色滤光区呈顶表面宽、底表面窄的形状；形成彩色滤光区之后，利用已经制作好的彩色滤光区的彩色图案的遮光效应，将所述彩色滤光区作为光掩膜，对黑矩阵进行背面曝光，即：将涂有黑色树脂层的基板移到背面曝光单元(backside exposure unit)，将含图案层朝上、不含图案层朝下，在严格控制曝光量的前提下，以一定量紫外光进行照射曝光，显影后即可在彩色滤光区的开口中形成黑矩阵。因为彩色滤光区顶宽底窄的结构，使得黑矩阵和相邻的彩色滤光区之间是紧密相接的，而且较大面积的顶表面使得彩色滤光片尽可能暴露，能提高滤光片的开口率，也保证了表面的均匀度；并且，采用背面曝光制作黑矩阵，能够减少一道掩膜板，降低了制作彩色滤光片的成本。

下面结合实施例对本发明详细描述。

首先对基板进行疏墨处理，如图2A所示，以使彩色滤光区与疏墨表面具有较大的接触角，从而使彩色滤光区与基板接触的底表面比顶表面的面积小，即：形成顶表面宽、底表面窄的滤光区。

将第一滤光层(first color filter layer)(例如含红色颜料的负性光刻胶材料)以刮涂/旋转涂胶法(slit/spin coating)方式均匀涂布在基板上，接下来在90℃下进行预烘烤，预烘烤后进行正面曝光，经过紫外光透过掩膜板正面曝光之后，如图2B所示，接着以碱性水溶液进行显影蚀刻，可得到第一滤光区的图案，如图2B所示，最后以高压纯水清洗后，进行主要烘烤，即后烘(post bake)。然后，应用类似方法接着进行第二滤光层(second color filter layer)、第三滤光层(third color filter layer)的制造流程。其中，第一、第二、第三滤光区可分别为红色、绿色及蓝色滤光区，如图2C所示。红色、绿色及蓝色滤光区之间分别间隔一定距离，以形成格状的滤光区分布，而非条状。

如图2D所示，在基板上依次按上述工艺形成红色、绿色及蓝色滤光区。

三种彩色滤光层全部完成之后，经过背面曝光法在红色、绿色及蓝色滤光区之间的格状间隔中形成黑矩阵，具体而言，应用背面曝光法制造彩色滤光片的工艺如下：

如图2E所示，为背面曝光完成后彩色滤光片的示意图。首先将黑色树脂层(如：负性光刻胶类型)的黑矩阵以均匀涂布的方式(以spin coating方式：spin coating的速度需控制在800～1200rpm)涂在已经具有R、G、B三种滤光区的基板上。将该基板在90℃下进行预烘烤，将烘烤过的包含第一、第二、第三滤光区与黑矩阵树脂的基板移到背面曝光单元，将该彩色滤光片的滤光区朝上(正面朝上)，涂有黑色树脂的不含图案的该基板面朝下。曝光时，以红色、绿色、蓝色滤光区图案为掩膜板，并以紫外线(UV，UltraViolet)光照射进行曝光。

因为彩色滤光层具有一定的透光效应，且三种滤光层感光性是有一定差异的，所以曝光量在背面曝光步骤中是一个关键因素，具体的，在该曝光步骤中需要特别注意紫外光的曝光强度，如果曝光强度过强会造成黑色树脂层残留在第一、第二、第三滤光区的图案之上，因此需要对曝光强度进行合理控制。在曝光后的基板上，利用显影液(可为碱性溶液)将覆盖在已形成的滤光区的图案除去。经过上述显影步骤，最后在230℃下烘烤除去溶剂进行固化，即可形成黑矩阵的图案。

经由上述操作，可获得如图2E所示的彩色滤光片。

接下来，将包含第一、第二、第三滤光区与黑矩阵树脂的基板均匀覆盖平坦保护层(over coat)，将覆盖有平坦保护层的基板放入烤箱(oven)中，在210～250℃下烘烤20～40min，即得到如图2F所示的彩色滤光片。

由上述本发明的实施例可以得到不会发生混色和漏光的彩色滤光片，且因为基本没有凸起的存在，可以得到表面平整度较高的彩色滤光片结构。其结构如下：经过疏墨处理的基板、第一滤光区、第二滤光区、第三滤光区与黑矩阵，平坦保护层。其中，第一滤光区、第二滤光区、第三滤光区均按照次像素间隔排列在基板上，形成格状分布，且三种滤光区均与基板表面具有较大的接触角，使得滤光区形成了顶表面宽、底表面窄的形状。黑矩阵通过背面曝光法填充于三个滤光区所形成的间隔中，且与相邻的彩色滤光区紧密相接，在保证表面均匀性和不混色的同时，有效提高了开口率，节约了制造成本。

需要说明的是，为了提高开口率，并保证彩色滤光片的平整度，在制作所述彩色滤光区时，除了可以进行前述的疏墨处理以外，还可通过控制曝光条件来达到相同的效果；另外，也可以采用正型彩色光刻胶，通过控制曝光后的刻蚀条件，使刻蚀后的彩色层形成顶宽底窄的形状。并且，彩色滤光区在从所述底表面向所述顶表面方向上的宽度变化是：以不同比例逐渐增加，或者以相同比例逐渐增加。

结合以上描述可见，本发明制造彩色滤光片的实现流程如图3所示，该流程包括以下步骤：

步骤310：在基板上依次形成间隔排列的彩色滤光区，所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积，在相邻彩色滤光区之间形成格状开口。所述彩色滤光区可以包括第一、第二、第三滤光区。

步骤320：在所述开口中以背面曝光法形成与相邻彩色滤光区紧密相接的黑矩阵。

需要说明的是，所述彩色滤光区的材质可以为负型或正型光刻胶。

可见，本发明先采用正面曝光法形成三个彩色滤光区，且滤光区与经疏墨处理过的基板接触的底表面的面积小于顶表面的面积。然后利用滤光区的遮光效应，将所述彩色滤光区作为光掩膜板，利用背面曝光的方法在彩色滤光区所形成的间隔中制作出黑矩阵，这样避免了滤光区和黑矩阵之间大段差的产生，有效提高了表面的均匀度；而且最后形成的黑矩阵与相邻的彩色滤光区紧密相接，避免了因为曝光时光掩膜对位不精确所引起的漏光现象。再有，较大的彩色滤光区顶表面暴露，提高了开口率，而且比传统工艺少用了一块掩膜板，节省了制造成本。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种彩色滤光片的制造方法，其特征在于，该方法包括：

在基板上依次形成间隔排列的彩色滤光区，使所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积，在相邻彩色滤光区之间形成格状开口；在所述开口中以背面曝光法形成与相邻彩色滤光区紧密相接的黑矩阵；

形成所述彩色滤光区时，使所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积的方法为：

对基板进行疏墨处理，利用疏墨表面与所述彩色滤光区的光刻胶之间所形成的接触角，使彩色滤光区形成顶表面宽、底表面窄的形状。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以背面曝光法形成所述黑矩阵的方法为：

利用所述彩色滤光区的彩色图案的遮光效应，将所述彩色滤光区作为光掩膜，对黑矩阵进行背面曝光；使黑矩阵因彩色滤光区顶宽底窄的结构，与相邻的彩色滤光区之间紧密相接。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

基于所述彩色滤光区感光性的差异，在进行所述背面曝光时对曝光强度进行控制；

和/或，

将包含黑矩阵树脂与所述彩色滤光区的基板均匀覆盖平坦保护层。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述彩色滤光区在从所述底表面向所述顶表面方向上的宽度变化是：以不同比例逐渐增加，或者以相同比例逐渐增加；

所述彩色滤光区包括：分别与红、绿、蓝光刻胶材料相对应的第一、第二、第三滤光区。

5.一种彩色滤光片，包括基板；其特征在于，所述基板上覆盖有间隔排列的彩色滤光区，所述彩色滤光区接触基板的底表面面积小于不接触基板的顶表面面积，在相邻彩色滤光区之间有格状开口；在所述开口中覆盖与相邻彩色滤光区紧密相接的黑矩阵；

所述基板是经过疏墨处理的基板；经过所述疏墨处理的疏墨表面与所述彩色滤光区的光刻胶之间形成大接触角，所述彩色滤光区形成有顶表面宽、底表面窄的形状。

6.根据权利要求5所述的彩色滤光片，其特征在于，在包含黑矩阵树脂与所述彩色滤光区的基板上，进一步均匀覆盖有平坦保护层。

7.根据权利要求5或6所述的彩色滤光片，其特征在于，

所述彩色滤光区在从所述底表面向所述顶表面方向上的宽度变化是：以不同比例逐渐增加，或者以相同比例逐渐增加；

所述彩色滤光区包括：分别与红、绿、蓝光刻胶材料相对应的第一、第二、第三滤光区。

8.根据权利要求5或6所述的彩色滤光片，其特征在于，所述彩色滤光区的材质为负型或正型光刻胶。