TW200417787A - A structure of a color filter - Google Patents

Description

200417787 玖、發明說明 (發明說明應敘明發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 發明所屬之技術領域 本發明是有關於一種液晶顯示器之結構，且特別是有 關於一種彩色濾光片之結構。 先前技術 液晶（liquid crystal ; LC)為介於晶體與液體之間的物 質。當受到電場等外部之刺激，液晶分子的排列會因而變 化，進而控制光線的通過與否。利用液晶此特性，可以使 其構成顯示用元件。 目前在傳統的彩色薄膜電晶體液晶顯示器（c〇1〇r TFT-LCD)上，是採用將薄膜電晶體基板和彩色濾光基板分 開製作，再經熱壓組立等後續製程的方式所完成的。彩色 濾光基板包含紅綠藍三種顏色的彩色濾光片，以及黑色矩 陣（black matrix)。黑色矩陣被用來遮擋薄膜電晶體、氧化 銦錫（ITO)上的佈線以及顯示區域靠近電極的部分，其中靠 近電極的部份會由於電場分佈不均勻或橫向電場造成漏光 的情形。另外，黑色矩陣的主要功能是增加色彩對比性及 避免光傷害薄膜電晶體’因此這黑色矩陣必須具有低反射 率且高光學密度（Optical density)的特性。 第1圖是習知液晶顯示器面板結構的簡單示意圖。請 參照第1圖，薄膜電晶體106位於薄膜電晶體基板1〇2上， 薄膜電晶體106負責改變電壓以控制液晶分子1〇8的排列 方向。在薄膜電晶體106的正下方為黑色矩陣118，黑色矩 200417787 陣118是由金屬112與氧化物114所組成，目前最常利用 金屬絡與氧化絡來組成黑色矩陣11 8。在黑色矩陣11 8之間 為彩色濾光片120a，將光源11 〇的光線過濾成為紅（R)、綠 (G)或藍（B)光。此外，上述之黑色矩陣118與彩色濾光片 120a皆位於基板1〇4上。 一般習知利用金屬/氧化物結構的黑色矩陣，會有遮光 率不足以及對外界光線反光嚴重的問題。薄膜電晶體對於 光線非常敏感，容易因為微光產生光電流而影響薄膜電晶 體的操作，而更強的光線則可能對薄膜電晶體造成傷害。 遮光率不足不但無法提供薄膜電晶體良好的光遮蔽，並且 使得顯示器面板的底色僅呈現深藍色，無法利用純黑的底 色來增加視覺上色彩的對比性。對外界光線反光嚴重的問 題更使得顯示器面板的視覺效果下降，造成使用上的不便。 發明内容 -種彩色濾光片之結 良好遮光率與低反射 因此本發明的目的就是在提供一 構，用以改善習知里多拓瞌包 率之問題。

"、、巴矩陴無法提供| 一種反射式彩色濾光片之 的’提出一種彩色濾光片之結 長一層氧化銦錫層，再依序成長 依照本發明之一較佳實施例，黑色矩陣之氧化銦錫 層、氮化矽層、非晶矽層、N型矽層與金屬層的厚度分別 為420A、500人、500 A、500 A、780 A左右。成長氮化 石夕層的CVD射頻功率為1.6千瓦，金屬層係利用鉻金屬。 反射式藍色渡光片之氧化銦錫層、氮化石夕層、非晶石夕 層、N型矽層與金屬層的厚度分別為42〇A、5〇〇a、5⑼入、 500 A、780 A左右。成長氮化矽層的CVD射頻功率為2. i 千瓦，金屬層係利用鉻金屬。 反射式綠色濾、光片之氧化鋼錫層、氮化碎層、非晶碎 層、N型矽層與金屬層的厚度分別為168A、3〇〇A、5〇〇BaA、 500 A、780 A左右。成長氮化矽層的CVD射頻功率為 千瓦，金屬層係利用絡金屬。 反射式紅色濾光片之氧化銦錫層、氮化矽層、非晶矽 層、N型矽層與金屬層的厚度分別為42〇人、4〇〇 A、4⑻人、 400人、780人左右。成長氮化矽層的CVD射頻功率為2·工 千瓦，金屬層係利用鉻金屬。 ’ 另一種反射式紅色濾光片之氧化銦錫層、氮化矽層、 非晶矽層、N型矽層與金屬層的厚度分別為168A、4〇〇Sa、 4〇〇入、400人、780 A左右。成長氮化石夕層的⑽射頻 功率為1.6千瓦，金屬層係利用鉻金屬。 根據本發明之目的，提出一種高亮度反射式彩色濟光 片之結構。係在玻璃基板上先成長—層氮切層，再 成長非晶石夕層、N型石夕層與金屬層。 依照本發明之另-較佳實施例，高亮度反射式紅色渡 200417787 光片之氮化矽層、非晶矽層、N型矽層與金屬層的厚度分 別為500人、400人、400 A、780 A左右。成長氮化矽層 的CVD射頻功率為1 ·6千瓦，金屬層係利用鉻金屬。 高亮度反射式綠色濾光片之氮化矽層、非晶矽層、Ν 型石夕層與金屬層的厚度分別為5〇〇 A、500 A、500人、780 人左右。成長氮化矽層的CVD射頻功率為1.6千瓦，金屬 層係利用鉻金屬。 本發明之黑色矩陣結構，具有良好遮光率與低反射 率’在長波長區（650 nm〜790 nm)亦可保持5%以下的反射 率’大幅地改善習知的黑色矩陣結構反射率不佳與長波長 區反射率高的問題。 本發明之彩色濾光片結構中的氮化矽層、非晶矽層與 N i石夕層都疋利用cvd成長，而習知金屬/氧化物層的黑色 矩陣結構則是利用PVD成長。光線若要在薄臈中形成干涉 現象，薄膜之均勻度與厚度的控制是相當重要的，因此在 pattern化表面上成膜，對於薄膜之均勻度與厚度控制而 ，，CVD都較pVD為佳。故本發明較習知之技術有較好的 溥膜品質與光線干涉效果。 實施方式 為了改善習知黑色矩陣無法提供良好遮光率與低反射 率之問題，本發明提出―種彩色濾光片之結構。 本發明係在玻璃基板上先成長一層氧化銦錫層’再依 序成長氮切層、非㈣層、Ν μ層與金屬層。外界光 200417787 線會從玻璃基板進入本發明之彩色遽光片，先利用非晶石夕 層與N型矽層吸收光線，而後金屬層會阻絕並反射外界光 線，入射與反射的光線會在氧化銦錫層與氮化矽層形成破 壞性干涉。此外，由於入射的光線會被金屬層反射，因此 非晶矽層與N型矽層可再一次地吸收光線。 請參照第2圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的一 種結構剖面圖。先在玻璃基板202上利用物理氣相沉積 (PVD)成長氧化銦錫層2〇4。接著利用化學氣相沉積（CvD) 依序成長氮化矽層206、非晶矽層208與N型矽層210。最 後，再利用PVD成長金屬層212，即可得到彩色濾光片之 結構。 " 依照本發明之一黑色矩陣的較佳實施例，上述之氧化 銦錫層204、氮化矽層206、非晶矽層208、N型石夕層210 與金屬層212的厚度分別為420人、500 A、500 A、500 Λ、 780 Α左右。成長氮化矽層2〇6的CVD射頻功率為16千 瓦，金屬層212係利用鉻金屬，且利用磷摻雜形成Ν型石夕 層210。如此，可形成一具有良好遮光濾與低反射率的黑色 矩陣結構。 … 第3圖為本發明之較佳實施例的反射率光譜圖，光譜 里測的波長範圍為390nm至780nm。譜線310為習知利用 鉻/氧化鉻的黑色矩陣之反射率譜線，譜線32〇為本發明之 黑色矩陣結構的反射率譜線。由第3圖可知，本發明之累 色矩陣結構的反射率，在390 nm至650 nm之間大約為2 % ，都較習知鉻/氧化鉻的黑色矩陣之反射率4%為低。且 200417787 在650nm至790 nm之間，即紅光與紅外光區，習知鉻/ 化鉻的黑色矩陣之反射率隨波長增加上升至25% ，而本笋 明之黑色矩陣結構的反射率依然可維持在5%以下，在長^ 長區域可保持低反射率，有效地減少反光的產生。 本發明除黑色矩陣之結構外，亦可利用調變以上氧化 銦錫層204、氮化矽層206、非晶石夕層2〇8、n型矽層21〇 與金屬層212各層的厚度、製程條件例如利用改變氮3化石夕 層成長時的射頻功率以改變氮化矽層的結構，分別製作出 不同色彩與不同強度的彩色濾光>{之結構。以下說明本發 明在反射式彩色濾光片方面的應用，並舉出數個不同色彩 與不同強度的實施例。 以下以表一列出紅色、綠色與藍色反射式遽光片之實 施例的參數條件。表一中紅色濾光片的參數條件有兩個， 說明本發明可用運用不同的參數條件來得到同一種顏色之 彩色濾光片。上述之氧化銦錫層2〇4、氮化矽層2〇6、非晶 矽層208、N型矽層210、金屬層212的厚度與成長氮化矽 層206的CVD射頻功率分別列於表一之中。其中金屬層212 係利用鉻金屬，且利用填摻雜形成N型石夕層21 〇。 --i·:……，巧士!· 叭杉巴邋7Ϊ 彩色濾光片之顏色 紅 紅 敦條 綠 件。 i 氧化銦錫層2〇4之厚度（人） 168 420 168 420 氮化矽層206之厚度（人） 400 400 300 500 非晶矽層208之厚度（人） 400 400 500 500 200417/«/ N型矽層2i〇之厚度（入） 金屬層212之厚度（A) 206 之 400 780 400 780 500 780 500 780 瓦）1_6 2.1 1.6 2.1 、u ^ $ μ —較佳實施例’調整上述之反射式彩 ，濾光片的結構，不成長其中的氧化銦錫層綱，可得到高 受度的反射式彩色據光片^如第4圖所示，除缺少氧化铜 踢層204之外，其餘結構與第3圖相同，其中金屬層212 係利用鉻金屬，且利用磷摻雜形成Ν型矽層21〇。表二列 出紅色與綠色高亮度反射切色濾光#的參數條件，包含 氮化石夕層206、非晶㈣2〇8、Ν型韻21()、金屬層212 的厚度與成長氮化矽層206的CVD射頻功率。 表二·紅色與綠色的高亮度反射式彩色濾光片之參數 條件。 彩色濾光片之顏色 紅 綠 氮化矽層2〇6之厚度（人） 500 500 非晶矽層2〇8之厚度（人） 400 500 N型矽層210之厚度（人） 400 500 金屬層212之厚度（A) 780 780 成長氮化矽層206之CVD射頻功率（千瓦） 1.6 1.6 本發明可以依照不同的液晶面板結構做調整，亦可利 用相反順序來成長以上各層，係在基板上先成長一層金屬 12 200417787 » 層’再依序成長N型矽層、非晶矽層、氮化矽層與氧化銦 錫層。外界光線會從氧化銦錫層進入反射式彩色濾光片， 先利用非晶石夕層與N型矽層吸收特定顏色以外的光線，而 後金屬層會反射外界光線，入射與反射的光線中特定顏色 以外的光線會在氧化銦錫層與氮化矽層形成破壞性干涉， 非晶石夕層與N型矽層則負責再一次吸收特定顏色以外的光 線。如此，本發明之彩色濾光片便可過濾不需要的光線， 僅反射出特定顏色的光線。以下舉出本發明之另一較佳實 施例’說明此種相反順序成長之彩色濾光片以及其應用。 第5圖疋反射式液晶顯不盗面板結構的簡單示意圖。 請參照第5圖，薄膜電晶體106位於薄膜電晶體基板1〇2 上，薄膜電晶體106負責改變電壓以控制液晶分子1〇8的 排列方向。在薄膜電晶體106的正下方為黑色矩陣118，黑 色矩陣118位於基板1〇4上。在薄膜電晶體基板1〇2上有 彩色濾光片120b，光源11〇的光線會通過基板1〇4到達彩 色濾光片120b，由彩色濾光片12〇b將光線反射過濾成為紅 (R)、綠（G)或藍（B)光，然後再通過基板1〇4向外發出。 請參照第6圖，其繪示本發明應用於反射式液晶顯示 器之一較佳實施例的結構剖面圖。先在基板4〇2上利用物 理氣相沉積（PVD)成長金屬層212。接著利用化學氣相沉積 (CVD)成長N型矽層210、非晶矽層208與氮化矽層2〇6。 最後，再利用PVD成長氧化銦錫層2〇4，即可得到反射式 彩色濾光片之結構。調變以上各層的厚度與製程的參數條 件可彳于到不同顏色的反射式彩色濾光片，然而同一種顏色 200417787 色遽光片之參數條件可為多數個，不僅限於單-特定 ::户：二亦可利用去除其中的氧化銦錫層204來製作 同冗度反射式彩色濾光片。 由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列 優點。 •本發明之黑色矩陣結構，具有良好遮光率與低反射 率’在長波長區（650 nm〜790 nm)亦可保持5%以下的反射 率’大幅地改善習知的黑色矩陣結構反射率不佳與長波長 區反射率高的問題。 2·本發明之彩色濾光片結構中的氮化矽層、非晶矽層 與N型矽層都是利用CVD成長，而習知金屬/氧化物層的 黑色矩陣結構則是利用PVD成長。光線若要在薄膜中形成 干涉現象，薄膜之均勻度與厚度的控制是相當重要的，因 此f Pattern化表面上成膜，對於薄膜之均勻度與厚度控制 而σ CVD都較pvd為佳。故本發明較習知之技術有較好 的薄膜品質與光線干涉效果。

3 ·本發明所使用之材料，例如氮化石夕層、非晶石夕層與 N型矽層，皆是在液晶顯示器製程中已有且相當容易取得 的材料。並且可以一次就在CVD機台中成長完成，不需要 額外的製程或時間。此外，利用調變氧化錮錫層、氮化矽 層、非晶石夕層、N型矽層與金屬層各層的厚度與製程條件， 即可仔到黑色矩陣或紅、綠、藍三種顏色的濾光片，為一 簡單又成本低廉的彩色濾光片結構。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 14 200417787 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 圖式簡單說明 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 第1圖是習知液晶顯示器面板結構的簡單示意圖。 第2圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種結構剖 面圖。 第3圖係繪示依照本發明一較佳實施例的反射率光譜 圖。 第4圖係繪示依照本發明另一較佳實施例的一種結構 剖面圖。 第5圖是反射式液晶顯示器面板結構的簡單示意圖。 第6圖係繪示依照本發明再一較佳實施例的一種結構 剖面圖。 里式標^說明 102 :薄膜電晶體基板 1G4 :基板 1〇6 :薄膜電晶體 15 200417787 108 :液晶分子 110 :光诔 112 :金屬 114 :氧化物 118 :黑色矩陣 120a、120b :彩色濾光片 202 :玻璃基板 204 :氧化銦錫層 206 :氮化矽層 208 :非晶矽層 210 : N型矽層 212 :金屬層 310 :譜線 320 :譜線 402 :基板

Claims (1)

1. 200417787 申請專利範圍 1 · 一種彩色濾光片之結構，該彩色濾光片係利用於— 液晶顯示器中，該彩色濾光片之結構至少包含： 一基板； 一氧化銦錫層位於該基板之上； 一氮化矽層位於該氧化銦錫層之上，成長該氮化矽層 所使用的射頻功率為一第一功率值； 一非晶石夕層位於該氮化石夕層之上； 一 N型矽層位於該非晶矽層之上；以及 一金屬層位於該N型矽層之上，其中光線自該基板入 射該彩色濾光片，該光線依序通過該基板、該氧化銦錫層、 該氮化矽層、該非晶矽層與該N型矽層後被該金屬層反射 循原路徑離開該彩色濾光片，該光線會被該氧化銦錫層、 该氮化石夕層、該非晶石夕層與該N型石夕層吸收且產生干涉， 使該光線離開該彩色濾光片時為特定顏色的光。 2.如申請專利範圍第！項所述之彩色滤光片之結構， 其中該基板的材質至少包含玻璃。 3·如申請專利範圍第1項所述之彩色渡光片之結構， 其中該金屬層的材質至少包含鉻。 4.如申請專利範圍第3項所述之彩色滤光片之結構， 17 200417787 其中當該彩色濾光片為一黑色矩陣時，該氧化銦錫層的厚 度為420A，該氮化矽層的厚度為500A，該第一功率值為 1.6千瓦，該非晶矽層的厚度為500A，該N型矽層的厚度 為500A，以及該金屬層的厚度為780A。 5·如申請專利範圍第3項所述之彩色濾光片之結構， 其中當該彩色濾光片為一反射式藍色濾光片時，該氧化銦 錫層的厚度為168 A，該氮化矽層的厚度為500 A，該第一 功率值為2·1千瓦，該非晶矽層的厚度為5〇〇 A，該N型石夕 層的厚度為500 A，以及該金屬層的厚度為780人。 6·如申請專利範圍第3項所述之彩色濾光片之結構， 其中當該彩色濾光片為一反射式綠色濾光片時，該氧化銦 锡層的厚度為168 A，該氮化矽層的厚度為300 A，該第一 功率值為1·6千瓦，該非晶矽層的厚度為5〇〇 A，該N型矽 層的厚度為500 Λ，以及該金屬層的厚度為78〇 Α。 7.如申請專利範圍第3項所述之彩色濾光片之結構， 其中當該彩色濾光片為一反射式紅色濾光片時，該氧化銦 锡層的厚度為420 A，該氮化矽層的厚度為4〇〇人，該第一 力率值為2·1千瓦，該非晶矽層的厚度為400 A，該N型矽 的厚度為400 Λ，以及該金屬層的厚度為780 A。 8·如申請專利範圍第3項所述之彩色濾光片之結構， 200417787 其中當該彩色濾光片為一反射式紅色濾光片時，該氧化銦 錫層的厚度為168 A，該氮化石夕層的厚度為400 A，該第一 功率值為1·6千瓦’該非晶碎層的厚度為400 A ;該N型紗 層的厚度為400 A，以及該金屬層的厚度為780 Λ。 9· 一種彩色濾光片之結構，該彩色濾光片係利用於一 液晶顯示器中，該彩色濾光片之結構至少包含： 一基板； 一氮化矽層位於該基板之上，成長該氮化矽層所使用 的射頻功率為一第一功率值； 一非晶石夕層位於該氮化石夕層之上； 一 Ν型石夕層位於該非晶石夕層之上；以及 一金屬層位於該Ν型矽層之上，其中光線自該基板入 射該彩色遽光片，該光線依序通過該基板、該氮化石夕層、 該非晶矽層與該Ν型矽層後被該金屬層反射循原路徑離開 該彩色濾光片，該光線會被該氮化矽層、該非晶矽層與該 Ν型石夕層吸收且產生干涉，使該光線離開該彩色濾光片時 為特定顏色的光。 10·如申請專利範圍第9項所述之彩色濾光片之結 構’其中該基板的材質至少包含玻璃。 11.如申請專利範圍第9項所述之彩色濾光片之結 構，其中該金屬層的材質至少包含鉻。 200417787 12.如申請專利範圍第11項所述之彩色濾光片之結 構，其中當該彩色濾光片為一高亮度反射式紅色濾、光片 時’該氣化碎層的厚度為50〇A’該第一功率值為16千瓦， 該非晶矽層的厚度為400人，該N型矽層的厚度為4〇〇 A， 以及該金屬層的厚度為780 A。 13·如申請專利範圍第11項所述之彩色濾光片之結 構，其中當該彩色濾、光片為一高亮度反射式綠色淚光片 時，該氮化矽層的厚度為500 A，該第一功率值為ι.6千瓦， 該非晶碎層的厚度為50〇A’該N型碎層的厚度為5〇〇人， 以及該金屬層的厚度為780 A。 14· 一種彩色濾光片之結構，該彩色濾光片係利用於 一液晶顯示器中，該彩色濾光片之結構至少包含： 一基板； 一金屬層位於該基板之上； 一 N型矽層位於該金屬層之上； 一非晶矽層為於該N型矽層之上； 一氮化石夕層位於該非晶石夕層之上，成長該氮化石夕層所 使用的射頻功率為一第一功率值；以及 一氧化銦錫層位於該氮化矽層之上，其中光線自該氧 化銦錫層入射該彩色濾光片，該光線依序通過該氧化銦錫 層、4氮化石夕層、該非晶石夕層與該n型石夕層後被該金屬層 20 200417787 反射循祕徑離開該彩色據光片，該光線會被該氧化鋼錫 層、該氮化矽層、該非晶矽層與該N型矽層吸收且產生干 涉，使该光線離開該彩色濾光片時為特定顏色的光。 15.如申請專利範圍帛14項所述之彩色遽光片之結 構，其中該金屬層的材質至少包含絡。 16_如申請專利範圍第15項所述之彩色濾光片之結 構’其中當該彩色濾光片為一黑色矩陣時，該氧化錮錫層 的厚度為420A，該氮化矽層的厚度為500A，該第一功率 值為1.6千瓦，該非晶矽層的厚度為500入，該N型石夕層的 厚度為500A，以及該金屬層的厚度為780A。 17 ·如申請專利範圍第15項所述之彩色漉光片之結 構，其中當該彩色濾光片為一反射式藍色濾光片時，該氧 化銦錫層的厚度為168人，該氮化矽層的厚度為500 A，該 第一功率值為2.1千瓦，該非晶矽層的厚度為500 A，該N 型矽層的厚度為500 A，以及該金屬層的厚度為780 A。 18.如申請專利範圍第15項所述之彩色濾光片之結 構，其中當該彩色濾光片為一反射式綠色濾光片時，該氧 化銦錫層的厚度為168 A，該氮化矽層的厚度為300 A，該 第一功率值為1 ·6千瓦，該非晶矽層的厚度為500 A，該N 型矽層的厚度為500 A，以及該金屬層的厚度為780人。 21 200417787 19·如申請專利範圍第15項所述之彩色濾光片之結 構’其中當該彩色滤光片為一反射式紅色渡光片時，該氧 化銦錫層的厚度為420 A，該氮化石夕層的厚度為4〇〇 A，該 第一功率值為2·1千瓦，該非晶矽層的厚度為4〇0 A，該N 型矽層的厚度為400 A，以及該金屬層的厚度為780 A。 20·如申請專利範圍第15項所述之彩色濾光片之結 構’其中當該彩色濾光片為一反射式紅色濾光片時，該氧 化銦錫層的厚度為168 Λ，該氮化矽層的厚度為4〇〇 A，該 第一功率值為1·6千瓦，該非晶矽層的厚度為4〇〇人；該N 型矽層的厚度為400 A，以及該金屬層的厚度為780 A。 21· —種彩色濾光片之結構，該彩色濾光片係利用於 一液晶顯示器中，該彩色濾光片之結構至少包含： 一基板； 一金屬層位於該基板之上； 一 N型矽層位於該金屬層之上； 一非晶石夕層為於該N型石夕層之上；以及 一氮化矽層位於該非晶矽層之上，成長該氮化矽層所 使用的射頻功率為一第一功率值，其中光線自該氮化矽層 入射4彩色遽光片’該光線依序通過該氮化石夕層、該非晶 矽層與該N型矽層後被該金屬層反射循原路徑離開該彩色 濾光片，該光線會被該氮化矽層、該非晶矽層與該N型矽 22 200417787 層吸收且產生干涉，使該光線離開該彩色濾光片時為特定 顏色的光。 22·如申請專利範圍第21項所述之彩色濾光片之結 構，其中該金屬層的材質至少包含鉻。 23·如申請專利範圍第21項所述之彩色濾光片之結 構，其中當該彩色渡光片為一高亮度反射式紅色渡光片 時’該氮化矽層的厚度為50〇A，該第一功率值為h6千瓦， 該非晶矽層的厚度為400 A，該Ν型矽層的厚度為400 A， 以及該金屬層的厚度為780 A。 24.如申請專利範圍第21項所述之彩色濾光片之結 構’其中當該彩色濾光片為一高亮度反射式綠色濾光片 時，該氮化石夕層的厚度為5 00人，該第一功率值為1.6千瓦， 該非晶石夕層的厚度為500 A，該N型石夕層的厚度為500 A， 以及該金屬層的厚度為780 A。 23