CN104698521B - 彩色滤光片及其制作方法及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种彩色滤光片，包括透明基板、黑矩阵层和彩色滤光膜层，黑矩阵层位于所明基板上，黑矩阵层的层厚小于或等于0.7μm，黑矩阵层包括第一遮光层和第二遮光层，第二遮光层位于第一遮光层上，第二遮光层为黑色金属层，彩色滤光膜层位于透明基板和黑矩阵层的第二遮光层上。彩色滤光片的黑矩阵层的光密度值较高且层厚较小，有效地降低彩色滤光膜层的角段差，减少了液晶显示装置的暗态漏光不良，提高了液晶显示装置的显示品质。本发明还涉及彩色滤光片的制作方法及具有此彩色滤光片的液晶显示装置。

Description

彩色滤光片及其制作方法及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种彩色滤光片及其制作方法及具有此彩色滤光片的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置包括对置的彩色滤光片(Color Filter)和阵列基板(Thin FilmTransistor)以及夹置在两者之间的液晶层(Liquid Crystal)，为了使液晶层的液晶分子呈规律地排列，在彩色滤光片靠近阵列基板一侧的表面和阵列基板靠近彩色滤光片一侧的表面均涂布一层配向膜层(Polyimide)，对配向膜层做配向摩擦(Rubbing)动作之后可使液晶分子按固定方向排列。
现有的彩色滤光片的基本结构是由玻璃基板(Glass Substrate)、黑矩阵层(Black Matrix)、彩色滤光膜层(Color Layer)和配向膜层等组成。图1是现有的液晶显示装置的彩色滤光片的局部剖面示意图。请参阅图1，彩色滤光片10的黑矩阵层12设置在玻璃基板11基板表面11a上，黑矩阵层12包括多条相互交叉的遮光条12a，玻璃基板11未被黑矩阵层12覆盖的地方被相互交叉的遮光条12a分隔形成多个透光区域11B。彩色滤光膜层13包括红色滤光膜层R、绿色滤光膜层G和蓝色滤光膜层B，红色滤光膜层R、绿色滤光膜层G和蓝色滤光膜层B按一定的排列方式设置在玻璃基板11的透光区域11B上，为了避免彩色滤光膜层13的边缘漏光，彩色滤光膜层13与黑矩阵层12有一定的重叠(Overlap)，也即相邻的两个滤光膜层的相邻的边缘(图未示)间隔一定距离或互相接触并位于同一条遮光条12a上以防止光线泄漏影响显示品质，因此在遮光条12a上方的重叠区域，彩色滤光膜层13会有一定的突起，从而造成彩色滤光膜层13的角段差，角段差的高度H是指位于遮光条12a上方的彩色滤光膜层13与位于透光区域11B上方的彩色滤光膜层13之间的高度差值，角段差的高度H越大，彩色滤光膜层13就越不平坦，导致最终形成于玻璃基板11表面11a上的各膜层的膜厚的均一性也越差。
彩色滤光片10的黑矩阵层12大部分使用例如铬的金属材料或黑色树脂材料制成。使用铬的金属材料制成的黑矩阵层12虽然能够在较小的层厚下实现较高的光密度(OD，Optical Density)，但由于金属材料的反射率(Reflection Ratio)较高，会将背光源的光反射到与彩色滤光片10对置的阵列基板从而影响液晶显示装置的显示品质。使用黑色树脂材料制成的黑矩阵层12虽具有较低的反射率，但如果要具备较高的光密度值以达到较好的遮光效果则需要增加黑矩阵层12的层厚。使用黑色树脂材料制成的黑矩阵层12的层厚一般都大于1μm。而黑矩阵层12的层厚越大，角段差的高度H的值也越大。角段差的高度H值过大会导致后期形成在彩色滤光片10的最外层的配向膜层的表面不平整，在配向膜层进行配向摩擦后，位于黑矩阵层12的遮光条12a上方附近区域的配向膜层的配向摩擦不到位而导致液晶分子不转向或转向不到位产生暗态漏光不良。也可以在彩色滤光膜层13和配向膜层之间增设平坦保护层(Over Coat)使配向膜层的表面更平坦，但平坦保护层又会降低液晶显示装置的穿透率。因此，在保持黑矩阵层12应有的光密度值的前提下降低黑矩阵层12的厚度为解决此问题的较佳方法之一。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种彩色滤光片，其黑矩阵层的光密度值较高且层厚较小，有效地降低彩色滤光膜层的角段差。
本发明的另一目的在于，提供了一种彩色滤光片的制作方法，其所制作的彩色滤光片的黑矩阵层的光密度值较高且层厚较小，有效地降低彩色滤光膜层的角段差。
本发明的又一目的在于，提供了一种液晶显示装置，其彩色滤光片的黑矩阵层的光密度值较高且层厚较小，有效地降低彩色滤光膜层的角段差，减少了液晶显示装置的暗态漏光不良，提高了液晶显示装置的显示品质。
本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。
一种彩色滤光片，包括透明基板、黑矩阵层和彩色滤光膜层。黑矩阵层位于透明基板上。黑矩阵层的层厚小于或等于0.7μm。黑矩阵层包括第一遮光层和第二遮光层，第二遮光层位于第一遮光层上。第二遮光层为黑色金属层，彩色滤光膜层位于透明基板和黑矩阵层的第二遮光层上。
在本发明较佳实施例中，上述第一遮光层的材料为黑色树脂，第二遮光层的材料是铬和/或氧化铬。
在本发明较佳实施例中，上述第一遮光层的层厚为0.4μm至0.6μm，第二遮光层的层厚小于或等于0.1μm。
一种液晶显示装置，包括上述的彩色滤光片。
一种彩色滤光片的制作方法，其制作方法包括提供透明基板；在透明基板上形成黑矩阵层，形成的黑矩阵层包括第一遮光层和第二遮光层，第二遮光层位于第一遮光层上，第二遮光层为黑色金属层，黑矩阵层的层厚小于或等于0.7μm；在透明基板上形成彩色滤光膜层并覆盖黑矩阵层。
在本发明较佳实施例中，形成上述黑矩阵层的方法包括在透明基板上涂布一层黑色树脂层，利用第一光罩对黑色树脂层进行曝光后再显影形成第一遮光层；在透明基板和第一遮光层上涂布一层黑色金属层，在黑色金属层上涂布一层光刻胶，利用与第一光罩的图案互补的第二光罩对光刻胶进行曝光后显影形成光阻图案；对黑色金属层进行蚀刻形成第二遮光层。
在本发明较佳实施例中，上述黑色树脂层和光刻胶的材料的其中之一为正性光阻材料，另一个为负性光阻材料。
在本发明较佳实施例中，形成上述黑矩阵层的方法包括在透明基板上涂布一层黑色树脂层，利用第一光罩对黑色树脂层进行曝光后再显影形成第一遮光层；在透明基板和第一遮光层上涂布一层黑色金属层，在黑色金属层上涂布一层光刻胶，再利用第一光罩对光刻胶进行曝光后显影形成光阻图案；对黑色金属层进行蚀刻形成第二遮光层。
在本发明较佳实施例中，上述黑色树脂层和光刻胶的材料均为正性光阻材料或负性光阻材料。
在本发明较佳实施例中，上述第二遮光层的材料是铬和/或氧化铬，第一遮光层的层厚为0.4μm至0.6μm，第二遮光层的层厚小于或等于0.1μm。
本发明的有益效果是，本发明的彩色滤光片包括透明基板、黑矩阵层和彩色滤光膜层，黑矩阵层位于透明基板上，黑矩阵层包括第一遮光层和第二遮光层，第二遮光层位于第一遮光层上，第二遮光层为黑色金属层，第一遮光层用于减小黑矩阵层的表面反射率，第二遮光层用于增大黑矩阵层的光密度，彩色滤光膜层位于透明基板和黑矩阵层的第二遮光层上。由于黑矩阵层的层厚小于或等于0.7μm，位于黑矩阵层上的彩色滤光膜层与位于透明基板上方的彩色滤光膜层不存在角段差或角段差值很小，因此在后期形成于彩色滤光片靠近阵列基板一侧表面的配向膜层也较平坦，配向膜层不会出现配向摩擦不到位的情况，有效地减少了液晶显示装置的暗态漏光不良，提高了液晶显示装置的显示品质。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述彩色滤光片及其制作方法及液晶显示装置的其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。
附图说明
图1是现有的液晶显示装置的彩色滤光片的局部剖面示意图。
图2是本发明一实施例的液晶显示装置的彩色滤光片的局部剖面示意图。
图3A至图3E是本发明一实施例的液晶显示装置的彩色滤光片的第一种制作方法的局部剖面制作流程示意图。
图4A至图4E是本发明一实施例的液晶显示装置的彩色滤光片的第二种制作方法的局部剖面制作流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的彩色滤光片及其制作方法及具有此彩色滤光片的液晶显示装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
图2是本发明一实施例的液晶显示装置的彩色滤光片的局部剖面示意图。请参阅图2，液晶显示装置的彩色滤光片100包括透明基板110、黑矩阵层120和彩色滤光膜层130，黑矩阵层120位于透明基板110上，彩色滤光膜层130位于透明基板110和黑矩阵层120上。
具体地，黑矩阵层120的层厚小于或等于0.7μm，包括第一遮光层122和第二遮光层124，第二遮光层124位于第一遮光层122上。本实施例中，第一遮光层122的材料为黑色树脂，第一遮光层122有层厚为0.4μm至0.6μm，由黑色树脂制成的第一遮光层122的反射率较低。第二遮光层124是黑色金属层，第二遮光层124的材料可以是铬和/或氧化铬等金属材料，第二遮光层234的层厚小于或等于0.1μm，由金属材料制成的第二遮光层124具有较高的光密度值。黑矩阵层120将透明基板110分隔成多个矩阵排列的透光区域(图未示)，彩色滤光膜层130包括红色滤光膜层R、绿色滤光膜层G和蓝色滤光膜层B，红色滤光膜层R、绿色滤光膜层G和蓝色滤光膜层B按一定的排列方式设置在透明基板110的透光区域上，由于黑矩阵层120的层厚较小，在透明基板110和黑矩阵层120上形成彩色滤光膜层130后，位于黑矩阵层120上方的彩色滤光膜层130与位于透明基板110上方的彩色滤光膜层130不存在角段差或角段差值很小。
彩色滤光片100还包括平坦保护层或透明导电层140以及配向膜层150。平坦保护层或透明导电层140位于彩色滤光膜130上，对于不同类型的液晶显示装置，彩色滤光片100的彩色滤光膜层130上对应制作不同的结构。例如横向电场效液晶显示装置(IPS，In PlaneSwitching)其透明导电层直接设置在彩色滤光膜层130上，而边缘场开关液晶显示装置(FFS，Fringe Field Switching)由于其透明导电层位于阵列基板一侧，因此在彩色滤光膜130上还要形成平坦保护层用于保护彩色滤光膜层130，此为本领域技术人员较为熟知的结构，在此不作详细描述。配向膜层150位于平坦保护层或透明导电层140上，由于彩色滤光膜层130不存在角段差或角段差值很小，在制作完成平坦保护层或透明导电层140后，平坦保护层或透明导电层140的远离透明基板110一侧的表面基本是平坦的，形成于平坦保护层或透明导电层140上的配向膜层150也是平坦的，也即位于透明基板110表面的各膜层的膜厚的均一性较好。因此，配向膜层150能够进行充分地配向摩擦，配向膜层150不会出现配向摩擦不到位的情况，进而有效地降低了由于液晶分子不转向或转向不到位而产生的暗态漏光不良，提高了液晶显示装置的显示品质。
以下将对彩色滤光片100的制作方法作进一步说明。
图3A至图3E是本发明一实施例的液晶显示装置的彩色滤光片的第一种制作方法的局部剖面制作流程示意图。请参阅图3A至图3E，彩色滤光片100的第一种制作方法的步骤为：首先，提供透明基板110，透明基板110例如是玻璃基板。在透明基板110上涂布一层黑色树脂层121并使黑色树脂层121的层厚为0.4μm至0.6μm，利用第一光罩301对黑色树脂层121进行曝光后显影形成如图3B中所示的第一遮光层122。本实施例中，黑色树脂层121例如是负性光阻材料，并且黑色树脂层121在曝光显影后保留下来的图案是对应第一光罩301镂空区域的图案，也即是说，第一遮光层122的图案与第一光罩301的图案是互补的，但并不以此为限。然后，在透明基板110和第一遮光层122上涂布一层黑色金属层123并使黑色金属层123的层厚小于或等于0.1μm，黑色金属层123的材料例如是铬和/或氧化铬等金属材料，在黑色金属层123上再涂布一层光刻胶125，光刻胶125例如是正性光阻材料；利用与第一光罩301的图案互补的第二光罩302对光刻胶125层进行曝光后显影形成图形化后的光阻图案125′并使光阻图案125′对应位于第一遮光层122上方。接着，对黑色金属层123进行蚀刻形成第二遮光层124，由于光阻图案125′对应位于第一遮光层122上方，图案化后的第二遮光层124也同样位于第一遮光层122的上方。最后，移除位于第二遮光层124上方的光阻图案125′，由第一遮光层122和第二遮光层124共同形成黑矩阵层120。彩色滤光膜层130位于透明基板110和黑矩阵层120上。
以上彩色滤光片100的第一种制作方法的其它实施例中，黑色树脂层121也可是正性光阻材料，并且黑色树脂层121在曝光显影后保留下来的图案是对应第一光罩的图案，而对应在黑色金属层123上涂布的光刻胶125层则使用负性光阻材料，因此当第二光罩的图案采用与第一光罩的图案互补的图案时，同样也能生成与第一遮光层122相同的图案并使光阻图案125′位于第一遮光层122的上方。
图4A至图4E是本发明一实施例的液晶显示装置的彩色滤光片的第二种制作方法的局部剖面制作流程示意图。请参阅图4A至图4E，彩色滤光片100的第二种制作方法的步骤为：首先，提供透明基板210，透明基板210例如是玻璃基板。在透明基板210上涂布一层黑色树脂层221并使黑色树脂层221的层厚为0.4μm至0.6μm，利用第一光罩301对黑色树脂层221进行曝光后显影形成如图4B中所示的第一遮光层222。本实施例中，黑色树脂层221例如是负性光阻材料，并且黑色树脂层221在曝光显影后保留下来的图案是对应第一光罩301镂空区域的图案，也即是说，第一遮光层222的图案与第一光罩301的图案是互补的，但并不以此为限。然后，在透明基板210和第一遮光层222上涂布一层黑色金属层223并使黑色金属层223的层厚小于或等于0.1μm，黑色金属层223的材料例如是铬和/或氧化铬等金属材料，在黑色金属层223上再涂布一层光刻胶225，光刻胶225例如还是负性光阻材料；再利用第一光罩301对光刻胶225层进行曝光后显影形成图形化后的光阻图案225′并使光阻图案225′对应位于第一遮光层222上方。接着，对黑色金属层223进行蚀刻形成第二遮光层224，由于光阻图案225′对应位于第一遮光层222上方，图案化后的第二遮光层224也同样位于第一遮光层222的上方。最后，移除位于第二遮光层224上方的光阻图案225′，由第一遮光层222和第二遮光层224共同形成黑矩阵层220。彩色滤光膜层230位于透明基板210和黑矩阵层220上。
以上彩色滤光片100的第二种制作方法的其它实施例中，黑色树脂层221也可是正性光阻材料，并且黑色树脂层221在曝光显影后保留下来的第一遮光层222的图案是与第一光罩的图案互补的图案，而对应在黑色金属层223上涂布的光刻胶225层也使用正性光阻材料并继续使用第一光罩对光刻胶225层进行曝光，因此再对光刻胶225层显影后所形成的光阻图案225′与第一遮光层222的图案相同并位于第一遮光层222的上方。
在以上彩色滤光片100的第一种制作方法和第二种制作方法制作完成黑矩阵层120、220后还包括在黑矩阵层120、220上制作平坦保护层或透明导电层140、配向膜层150等本领域技术人员较为熟知的结构，在此不再赘述。由上述两种方法制成的黑矩阵层的层厚小于或等于0.7μm，其中第一遮光层的层厚为0.4μm至0.6μm，第二遮光层的层厚小于或等于0.1μm。第一遮光层用于减小黑矩阵层的表面反射率，第二遮光层用于增大黑矩阵层的光密度，相较现有技术在保持应有的光密度值下有效地降低的黑矩阵层的层厚。
本发明的有益效果是，彩色滤光片包括透明基板、黑矩阵层和彩色滤光膜层，黑矩阵层位于透明基板上，黑矩阵层包括第一遮光层和第二遮光层，第二遮光层位于第一遮光层上，第二遮光层为黑色金属层，第一遮光层用于减小黑矩阵层的表面反射率，第二遮光层用于增大黑矩阵层的光密度，彩色滤光膜层位于透明基板和黑矩阵层的第二遮光层上。由于黑矩阵层的层厚小于或等于0.7μm，位于黑矩阵层上的彩色滤光膜层与位于透明基板上方的彩色滤光膜层不存在角段差或角段差值很小，因此在后期形成于彩色滤光片靠近阵列基板一侧表面的配向膜层也较平坦，配向膜层不会出现配向摩擦不到位的情况，有效地减少了液晶显示装置的暗态漏光不良，提高了液晶显示装置的显示品质。
以上对本发明所提供的彩色滤光片及其制作方法及液晶显示装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种彩色滤光片，包括透明基板、黑矩阵层和彩色滤光膜层，所述黑矩阵层位于所述透明基板上，其特征在于，所述黑矩阵层包括第一遮光层和第二遮光层，所述第一遮光层的材料为黑色树脂、层厚为0.4μm至0.6μm，所述第二遮光层位于所述第一遮光层上，所述第二遮光层为黑色金属层、层厚小于或等于0.1μm，所述彩色滤光膜层位于所述透明基板和所述黑矩阵层的所述第二遮光层上。
2.如权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，所述第二遮光层的材料是铬和/或氧化铬。
3.一种液晶显示装置，其特征在于，包括权利要求1～2任一项所述的彩色滤光片。
4.一种彩色滤光片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供透明基板；
在所述透明基板上形成黑矩阵层，形成的所述黑矩阵层包括第一遮光层和第二遮光层，所述第一遮光层的层厚为0.4μm至0.6μm，所述第二遮光层位于所述第一遮光层上，所述第二遮光层为黑色金属层、层厚小于或等于0.1μm；及
在所述透明基板上形成彩色滤光膜层并覆盖所述黑矩阵层。
5.如权利要求4所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于，形成所述黑矩阵层的方法包括：
在所述透明基板上涂布一层黑色树脂层，利用第一光罩对所述黑色树脂层进行曝光后再显影形成所述第一遮光层；
在所述透明基板和所述第一遮光层上涂布一层黑色金属层，在所述黑色金属层上涂布一层光刻胶，利用与所述第一光罩的图案互补的第二光罩对所述光刻胶进行曝光后显影形成光阻图案；及
对所述黑色金属层进行蚀刻形成所述第二遮光层。
6.如权利要求5所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于，所述黑色树脂层和所述光刻胶的材料的其中之一为正性光阻材料，另一个为负性光阻材料。
7.如权利要求4所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于，形成所述黑矩阵层的方法包括：
在所述透明基板上涂布一层黑色树脂层，利用第一光罩对所述黑色树脂层进行曝光后再显影形成所述第一遮光层；
在所述透明基板和所述第一遮光层上涂布一层黑色金属层，在所述黑色金属层上涂布一层光刻胶，再利用所述第一光罩对所述光刻胶进行曝光后显影形成光阻图案；及
对所述黑色金属层进行蚀刻形成所述第二遮光层。
8.如权利要求7所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于，所述黑色树脂层和所述光刻胶的材料均为正性光阻材料或负性光阻材料。
9.如权利要求4所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于，所述第二遮光层的材料是铬和/或氧化铬。
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