CN105988249A - 显示装置及其彩色滤光片的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置及其彩色滤光片的制造方法，所述显示装置包括：第一基板；多个滤光层图案设置于所述第一基板上，其中相邻两滤光层图案下设置一遮光层图案；其中所述滤光层图案包括条状滤光层图案与岛状滤光层图案；第二基板，与所述第一基板对向设置；以及第一隔垫物，具有第一端以及第二端，所述第一端接触于所述第二基板上，所述第二端接触所述条状滤光层图案。

Description

显示装置及其彩色滤光片的制造方法

技术领域

本发明是关于一种显示装置，特别是关于一种利用彩色滤光片架构与材料特性形成彩色滤光片上隔垫物的高低差的显示装置。

背景技术

液晶显示器(Liquid crystal display,LCD)因具有体积轻薄、低消耗功率、低工作电压及高画质等优点，目前已广泛应用于电子产品的显示装置上，而薄膜晶体管液晶显示器(Thin film transistor liquid crystal display,TFT-LCD)是多数液晶显示器的一种，它使用薄膜晶体管技术改善影像品质，被应用于电视、手机、笔记型电脑、平板电脑、桌上型电脑、投影机及其他显示装置等消费性电子或电脑产品。TFT-LCD面板的构造为两片玻璃基板中间夹着一层液晶，彩色滤光片(Color filter,CF)贴合于上层玻璃基板，而下层玻璃基板则有晶体管(Transistor)设置于上。当电流通过晶体管产生电场变化，造成液晶分子偏转，藉以改变光线的偏极性，再利用偏光片决定像素的明暗状态。此外，上层玻璃基板因与彩色滤光片贴合，形成每个像素各包含红(R)、蓝(B)、绿(G)三种颜色，这些发出红、蓝、绿色彩的像素便构成了面板上的影像画面。TFT-LCD的制造工艺，包含了前段－薄膜晶体管阵列(TFT-array)制造工艺、中段－液晶显示单元组装(liquid crystal cell assembly)制造工艺及后段－模块组装(module assembly)制造工艺，其中，在中段－液晶显示单元组装制造工艺中，其上下两片玻璃基板间配置了多个隔垫物(PS,Photo Spacer)，其功能是作为TFT-LCD面板结构中用来维持两片玻璃基板的固定距离(Cell Gap)与控制液晶厚度的关键材料，可保持两片玻璃基板间液晶厚度的均一性，防止因液晶厚度不均所产生显示影像模糊的缺失；然而，由于上层玻璃基板结构与镶嵌于下层玻璃基板上的彩色滤光片并非皆是平整的表面，因此，多个隔垫物的高度与配置位置并不完全相同，应配合上述情形做适当的安排，使多个隔垫物具有高度差，如此一来，于上下两片玻璃基板组立后，于外力施加于面板时，可缓冲外力并维持两玻璃基板间液晶厚度的均一性。

现有技术对于隔垫物的制作方法，是利用半调式掩膜(Half-tone Mask)的方式形成彩色滤光片上隔垫物的高度差，如图1所示为现有技术利用半调式掩膜(Half-tone mask)的示意图。请参照图1，半调式掩膜(Half-tone ask)1101为灰阶掩膜(Gray scale mask)中的一种，用来过滤一光源1102，利用半透光区1103，来进行半曝光，其中半透光区1103的掩膜可过滤部分光线，与全透光区1104相较，其通过的光线可能只占原本光线的5-30％，上述方式是在一次曝光过程后即可呈现出“曝光部分”、“半曝光部分”及“未曝光部分”的三种曝光层次，故在显影后能够在彩色滤光片上形成不同厚度的隔垫物(1105、1106)，其中彩色滤光片的基板1107上具有三种颜色的滤光层，分别为红色滤光层1108、绿色滤光层1109及蓝色滤光层1110，不同颜色滤光层之间为黑色矩阵(black matrix)所构成的遮光层图案1111，利用此半调式掩膜1101于彩色滤光片的遮光层图案1111上形成不同高度的隔垫物(1105、1106)，其中隔垫物1105及隔垫物1106间因高度不同而形成断差1112；然而，现有技术所使用的半调式掩膜过于昂贵，将无法在TFT-LCD的制造工艺中，节省两基板间隔垫物的制作成本。

为了解决上述缺点，我们提出一种显示装置，利用彩色滤光片架构与材料特性形成彩色滤光片上隔垫物的高低差，无论是将隔垫物配置于彩色滤光片上或是TFT-array侧，本发明可于不使用现有技术半调式掩膜的情形下，制作出彩色滤光片上隔垫物的高低差，由于TFT-LCD制造工艺中省去了昂贵半调式掩膜的使用，将能节省不少制作成本。

发明内容

因此，申请人鉴于现有技术中所产生的缺失，经过悉心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终构思出本案“显示装置及其彩色滤光片的制造方法”，能够克服上述缺点，以下为本案的简要说明。

根据本发明的第一构想，提供一种显示装置，包括：第一基板；多个滤光层图案设置于所述第一基板上，其中相邻两滤光层图案下设置一遮光层图案；其中所述滤光层图案包括条状滤光层图案与岛状滤光层图案；第二基板，与所述第一基板对向设置；以及第一隔垫物，具有第一端以及第二端，所述第一端接触于所述第二基板上，所述第二端接触所述条状滤光层图案。

根据本发明的第二构想，提供一种彩色滤光片的制造方法，包括：提供彩色滤光基板；于所述彩色滤光基板上形成多个滤光层图案；于其中相邻两滤光层图案下形成遮光层图案；其中所述滤光层图案包括条状滤光层图案与岛状滤光层图案；提供掩膜；以及以所述掩膜于所述条状滤光层图案及所述遮光层图案上形成多个隔垫物。

本发明的显示装置利用彩色滤光片架构与材料特性形成彩色滤光片上隔垫物的高低差，无论是将隔垫物配置于彩色滤光片上或是TFT-array侧，本发明可于不使用现有技术半调式掩膜的情形下，制作出彩色滤光片上隔垫物的高低差，亦可依光阻材料特性依实际需求形成不同厚度的隔垫物，使得显示装置两侧的基板于组立后能够增加液晶显示单元组装制造工艺的余裕度(tolerance)，以维持液晶单元(cell)的均匀性，亦可承受较大的指压压力，以减少液晶层产生气泡或显示不均的现象。

附图说明

图1为现有技术使用半调式掩膜的示意图。

图2(a)为本发明一较佳实施例于彩色滤光片上使用一条状滤光层图案搭配两岛状滤光层图案的示意图。

图2(b)为本发明一较佳实施例图2(a)条状滤光层图案的数据线(Data Line)方向的侧视图。

图2(c)为本发明一较佳实施例图2(a)岛状滤光层图案的数据线(Data Line)方向的侧视图。

图2(d)为本发明一较佳实施例图2(a)条状及岛状滤光层图案的扫描线(Scan Line)方向的侧视图。

图3(a)为本发明一较佳实施例于彩色滤光片上使用一条状滤光层图案搭配两岛状滤光层图案的示意图。

图3(b)为本发明图3(a)条状及岛状滤光层图案的扫描线(Scan Line)方向于显示装置两基板组立后的侧视图。

具体实施方式

本案将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得本领域技术人员可以据以完成之，然本案的实施并非可由下列实施案例而被限制其实施型态。其中相同的标号始终代表相同的组件。

本发明的实施例1

本发明所提供的显示装置的一较佳实施例的示意图如图2(a)～图2(d)所示，首先，图2(a)所示的彩色滤光片2100上使用一条状滤光层图案2101搭配两岛状滤光层图案(2102、2103)，条状滤光层图案2101为条状未截断的滤光层，与条状滤光层图案2101相比，岛状滤光层图案(2102、2103)的中间部分是截断不连续且未与遮光层图案2104交错的，即两岛状滤光层图案(2102、2103)中间隔着遮光层图案2104，其中该条状滤光层图案2101以绿色滤光层为例，两岛状滤光层图案(2102、2103)分别以红色滤光层及蓝色滤光层为例，依上述选定的颜色顺序循环排列，然而，上述任一滤光层图案可为红色滤光层、绿色滤光层、蓝色滤光层以及白色滤光层其中一个，其中，滤光层图案下设置遮光层图案2104，其遮光层图案为水平及垂直条状的图案，该遮光层图案即所谓的黑色矩阵(blackmatrix)，其功能为遮光以避免不同颜色的材料造成的混光，进而影响光学性质，同时，用于区隔彩色滤光片2100上不同颜色的材料，且条状滤光层图案2101以条状形式覆盖于遮光层图案2104上，并未被截掉，而岛状滤光层图案(2102、2103)则以岛状形式覆盖于遮光层图案2104上，其中间被截断的部分即露出遮光层图案2104。此外，图中包含椭圆(或圆形)的多个隔垫物(2105、2106)，位于条状滤光层2101上或岛状滤光层图案(2102、2103)中间露出的遮光层图案2104上方，且此彩色滤光片2100的水平方向为数据线(DataLine)方向2107，垂直方向则为扫描线(Scan Line)方向2108。

图2(b)及图2(c)分别为图2(a)条状滤光层图案及岛状滤光层图案的数据线方向2107的侧视图，其呈现出图2(a)中多个隔垫物(2105、2106)于彩色滤光片2100上形成的过程，其中条状滤光层图案2101及岛状滤光层图案2103皆位于基板2200上。本实施例中隔垫物(2105、2106)的初始位置，是在经由后述光刻处理后，配置于彩色滤光片2100上，首先，使用同一道掩膜2201，该掩膜具有两种面积大小不同的开口，分别为第一开口2202以及第二开口2301，其中第一开口2202的面积小于第二开口2301的面积，先于彩色滤光片2100上涂布一层光阻层2203(Photoresist layer)，由于条状滤光层2101与岛状滤光层2103中间露出的遮光层图案2104本身已有高度差，因此，涂布于条状滤光层2101上的光阻层2203高度也相对比涂布于遮光层图案2104上的光阻层2203高度来的高。

接下来再通过控制掩膜开口(2202、2301)与光阻层2203材料的特性使高度差更为明显，如图2(b)及图2(c)所示，首先由同一道光源2204且设定同一曝光间隙(gap)2205，经由一次照射通过第一开口2202及第二开口2301分别对条状滤光层图案2101上的光阻层2203及岛状滤光层2103中间露出的遮光层图案2104上的光阻层2203进行光刻处理，由于前述第一开口2202面积较小，光的平行度较佳，曝光量较集中，于光刻处理时，光阻层2203的厚度受曝光间隙2205增加的变异较小，因此光刻后的光阻层2203厚度较厚；反之，第二开口2301面积较大，曝光量较不集中，若提高曝光间隙2205的状态下，大开口曝光绕射较为严重，易有薄膜损耗(film loss)的现象发生，造成光刻后的光阻层2203厚度较薄，也就是说，在同一掩膜2201的下，利用增加曝光间隙2205的方式来使开口较大的第二开口2301增加光绕射、散射使曝光不集中，使得光阻层2203膜厚较薄，将明显小于经由开口较小的第二开口2301所光刻产生的光阻层2203膜厚。简而言之，本实施例中只需使用同一片掩膜2201、相同的曝光间隙2205，经由一次曝光来完成光刻的步骤。

如图2(d)所示，其为图2(a)条状及岛状滤光层图案的扫描线方向2108的侧视图，最后去除额外的光阻层2203以形成条状滤光层图案2101上的隔垫物2105及岛状滤光层2103中间露出的遮光层图案2104上的隔垫物2106，其中，由上述掩膜开口(2202、2301)与光阻层2203材料的特性，可使隔垫物2105的厚度大于隔垫物2106的厚度，使得高度差更为明显，其中隔垫物2105与隔垫物2106的高度较佳约为3.9μm(Micrometer)，上底较佳约为7μm宽，下底(与彩色滤光片接触2100的部分)较佳约为9μm宽，条状滤光层2101的高度较佳约为2.2μm，其中，位于条状滤光层图案2101上的隔垫物2105的下底约有0.3-0.6μm的厚度压缩于下方条状滤光层图案2101中，隔垫物2105因位于条状滤光层图案2101上，相较之下，其高度比位于遮光层图案2104上的隔垫物2106来的高，因此，隔垫物2105与隔垫物2106因高度的不同而具有断差2401。简而言之，本实施例利用条状滤光层图案2101与岛状滤光层图案(2102、2103)的搭配产生高低差，再利用掩膜开口(2202、2203)、光阻层2203曝光量与增加曝光间隙2205的搭配，使隔垫物2105制作上较隔垫物2106略高以加强前述的高低差，形成所需的断差2401。此外，在本技术领域中，与条状滤光层2101接触的隔垫物2105通称为主要隔垫物(main Spacer)；未与任何条状滤光层接触的隔垫物2106则通称为次要隔垫物(sub Spacer)。

本发明的实施例2

本发明所提供的液晶显示装置的一较佳实施例的示意图如图3(a)～图3(b)所示，首先，图3(a)所示的彩色滤光片3100上使用一条状滤光层图案3101搭配两岛状滤光层图案(3102、3103)，条状及岛状滤光层图案的定义如同前述实施例，其中该条状滤光层图案3101以绿色滤光层为例，两岛状滤光层图案(3102、3103)分别以红色滤光层及蓝色滤光层为例，依上述选定的颜色顺序循环排列，然而，上述滤光层图案可为红色滤光层、绿色滤光层、蓝色滤光层以及白色滤光层其中一个，其中，滤光层图案下设置遮光层图案3104，其遮光层图案为水平及垂直条状的图案，其功能同前述实施例，且条状滤光层图案3101以条状形式覆盖于遮光层图案3104上，并未被截掉，而岛状滤光层图案(3102、3103)则以岛状形式覆盖于遮光层图案3104上，其中间被截断的部分即露出遮光层图案3104。此外，图中包含椭圆(或圆形)的多个隔垫物(3105、3106)，位于条状滤光层3101上或岛状滤光层图案(3102、3103)中间露出的遮光层图案3104上方，且此彩色滤光片3100的水平方向为数据线(Data Line)方向3107，垂直方向则为扫描线(Scan Line)方向3108。

图3(b)为本发明图3(a)条状及岛状滤光层图案的扫描线方向于显示装置两基板组立后的侧视图，图中该显示装置3200的下层具有第一基板3201，上层则为第二基板3202，前述的彩色滤光片3100设置于第一基板3201上，前述的薄膜晶体管阵列(TFT-array)设置于第二基板3202上，与上一实施例不同的是，本实施例中隔垫物(3105、3106)的初始位置，是在经由光刻处理后，配置于第二基板3202上，而非彩色滤光片3100上，其光刻处理方式与前述实施例相似，可通过掩膜开口与光阻层材料的特性来产生隔垫物(3105、3106)的厚薄度差异。在两基板组立后，隔垫物3105与条状滤光层3101接触，隔垫物3106则与遮光层图案3104靠近，但不一定与遮光层图案3104相接触，其中隔垫物3105与隔垫物3106的高度较佳约为3.9μm(Micrometer)，上底较佳约为7μm宽，下底(与TFT-array接触的部分)较佳约为9μm宽，条状滤光层3101的高度较佳约为2.2μm，其中，与条状滤光层图案3101接触的隔垫物3105的上底较佳约有0.3-0.6μm的厚度压缩于下方条状滤光层图案3101中，隔垫物3105因与条状滤光层图案3101接触并受到压缩，相较之下，和未与条状滤光层图案3101接触的隔垫物3106因高度的不同而具有断差3203。简而言之，本实施例利用条状滤光层图案3101与岛状滤光层图案(3102、3103)的搭配产生高低差，亦可利用前述实施例中掩膜开口、光阻层曝光量与增加曝光间隙的搭配，使隔垫物3105制作上较隔垫物3106的厚度略厚以加强前述的高低差，形成所需的断差3203。此外，在本技术领域中，在两基板组立后，与条状滤光层3101接触的隔垫物3105通称为主要隔垫物(mainSpacer)；未与任何条状滤光层接触的隔垫物3106则通称为次要隔垫物(sub Spacer)。

本发明的实施例3

一种显示装置，包括：第一基板；多个滤光层图案设置于所述第一基板上，其中相邻两滤光层图案下设置一遮光层图案；其中所述滤光层图案包括条状滤光层图案与岛状滤光层图案；第二基板，与所述第一基板对向设置；以及第一隔垫物，具有第一端以及第二端，所述第一端接触于所述第二基板上，所述第二端接触所述条状滤光层图案。

本发明的实施例4

如本发明的实施例3所述的显示装置，其特征在于，还包括第二隔垫物，具有第一端以及第二端，所述第二隔垫物的第一端接触于所述第二基板上，所述第二隔垫物的第二端接触所述遮光层图案。

本发明的实施例5

如本发明的实施例4所述的显示装置，其特征在于，所述第一隔垫物与所述第二隔垫物具有高度差。

本发明的实施例6

如本发明的实施例3～5其中之一所述的显示装置，其特征在于，所述第一隔垫物设置于第一基板或第二基板上。

本发明的实施例7

如本发明的实施例4～6其中之一所述的显示装置，其特征在于，所述第二隔垫物设置于第一基板或第二基板上。

本发明的实施例8

如本发明的实施例3～7其中之一所述的显示装置，其特征在于，所述多个滤光层图案选自红色滤光层、绿色滤光层、蓝色滤光层以及白色滤光层其中一个。

本发明的实施例9

如本发明的实施例3～8其中之一所述的显示装置，其特征在于，还包括保护层以及导电层，依序形成于所述多个滤光层图案上。

本发明的实施例10

一种彩色滤光片的制造方法，包括：提供彩色滤光基板；于所述彩色滤光基板上形成多个滤光层图案；于其中相邻两滤光层图案下形成遮光层图案；其中所述滤光层图案包括条状滤光层图案与岛状滤光层图案；提供掩膜；以及以所述掩膜于所述条状滤光层图案及所述遮光层图案上形成多个隔垫物。

本发明的实施例11

如本发明的实施例10所述的制造方法，其特征在于，所述掩膜具有第一开口以及第二开口，且所述第一开口的面积小于所述第二开口的面积。

本发明的实施例12

如本发明的实施例10或11所述的制造方法，其特征在于，所述形成多个隔垫物的步骤还包括：于所述彩色滤光片基板上形成光阻层；以所述第一开口对所述条状滤光层图案上的所述光阻层的第一隔垫物预定处进行光刻处理；以所述第二开口对所述遮光层图案上的所述光阻层的第二隔垫物预定处进行光刻处理；以及去除所述光阻层以形成第一隔垫物以及第二隔垫物，其特征在于，所述第一隔垫物的厚度大于所述第二隔垫物的厚度，且所述第一隔垫物的厚度以及所述第二隔垫物的厚度与所述掩膜及所述光阻层的间隔距离成反比。

由上述实施例可推得本发明具有以下优点：

1.利用条状滤光层、岛状滤光层与红(R)、绿(G)、蓝(B)混搭形成条状滤光层与岛状滤光层间的高度差，因此，涂布于条状滤光层上的光阻层的膜厚会比涂布于岛状滤光层上的光阻层的膜厚的位置略高。

2.利用掩膜开口大小与增加曝光间隙的搭配，使得次要隔垫物(sub Spacer)具有程度上的薄膜损耗，形成主要隔垫物(main Spacer)与次要隔垫物(sub Spacer)约0.3-1μm的高低差。

3.以一般适用于光阻层的掩膜取代半调式掩膜，可在掩膜上节省成本，每一片彩色滤片可节省掩膜成本约20％-50％。

4.可依断差大小需求来调整曝光制造工艺。

5.将隔垫物配置于TFT-array侧，使用正型光阻(Photoresist)或负型光阻均可确实符合高精细隔垫物的需求，其隔垫物的上底与下底可准确做到5-6μm的大小。

由上述优点可知，本发明利用彩色滤光片架构与材料特性形成彩色滤光片上隔垫物的高低差，无论是将隔垫物配置于彩色滤光片上或是TFT-array侧，本发明可于不使用现有技术半调式掩膜的情形下，制作出彩色滤光片上隔垫物的高低差，亦可依光阻材料特性依实际需求形成不同厚度的隔垫物以使前述隔垫物间的高低差更明显，使得显示器两侧的基板于组立后能够增加液晶显示单元组装制造工艺的余裕度(tolerance)，以维持液晶单元(cell)的均匀性以及控制液晶层的厚度，并于TFT-LCD面板结构中维持两片玻璃基板的固定距离，使其能承受较大的指压压力，防止外来因素造成基板位移，减少液晶层产生气泡或显示不均的现象。

总结而言，本案实为一难得一见，值得珍惜的难得发明，但以上所述者，仅为本发明的最佳实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

第一基板；

多个滤光层图案设置于所述第一基板上，其中相邻两滤光层图案下设置一遮光层图案；

其中所述滤光层图案包括条状滤光层图案与岛状滤光层图案；

第二基板，与所述第一基板对向设置；以及

第一隔垫物，具有第一端以及第二端，所述第一端接触于所述第二基板上，所述第二端接触所述条状滤光层图案。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，还包括第二隔垫物，具有第一端以及第二端，所述第二隔垫物的第一端接触于所述第二基板上，所述第二隔垫物的第二端接触所述遮光层图案。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一隔垫物与所述第二隔垫物具有高度差。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一隔垫物设置于第一基板或第二基板上。

5.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第二隔垫物设置于第一基板或第二基板上。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述多个滤光层图案选自红色滤光层、绿色滤光层、蓝色滤光层以及白色滤光层其中一个。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，还包括保护层以及导电层，依序形成于所述多个滤光层图案上。

8.一种彩色滤光片的制造方法，其特征在于，包括：

提供彩色滤光基板；

于所述彩色滤光基板上形成多个滤光层图案；

于其中相邻两滤光层图案下形成遮光层图案；

其中所述滤光层图案包括条状滤光层图案与岛状滤光层图案；

提供掩膜；以及

以所述掩膜于所述条状滤光层图案及所述遮光层图案上形成多个隔垫物。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述掩膜具有第一开口以及第二开口，且所述第一开口的面积小于所述第二开口的面积。

10.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述形成多个隔垫物的步骤还包括：

于所述彩色滤光片基板上形成光阻层；

以所述第一开口对所述条状滤光层图案上的所述光阻层的第一隔垫物预定处进行光刻处理；

以所述第二开口对所述遮光层图案上的所述光阻层的第二隔垫物预定处进行光刻处理；以及

去除所述光阻层以形成第一隔垫物以及第二隔垫物，其特征在于，所述第一隔垫物的厚度大于所述第二隔垫物的厚度，且所述第一隔垫物的厚度以及所述第二隔垫物的厚度与所述掩膜及所述光阻层的间隔距离成反比。