TWI230301B - Color filter substrate and fabricating method thereof - Google Patents

Description

1230301 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種形成彩色濾光片基板之方法，且 特別是有關於一種具平坦化效果之形成彩色濾光片基板的 方法。 【先前技術】

薄膜電晶體液晶顯示器（以下簡稱TFT-LCD或液晶顯示 螢幕），主要是利用成矩陣狀排列的薄膜電晶體，配合適 當的電容、轉接墊等電子元件來驅動液晶像素，以產生豐 富亮麗的圖形。由於TFT-LCD具有外型輕薄、耗電量少以 及無輻射污染等特性，因此被廣泛地應用在筆記型電腦 (notebook)、個人數位助理（PDA)等攜帶式資訊產品上， 甚至已有逐漸取代傳統桌上型電腦之CRT監視器的趨勢。 在傳統的液晶顯示螢幕製作中，彩色濾光片基板是以 鉻（Cr)作為黑色矩陣（black matrix，BM)之材料。請參照 第1圖’其繪示傳統液晶顯示螢幕以鉻為黑色矩陣和顯示 單元之簡單示意圖。一般而言，鉻膜104的厚度約〇入 200 0A (0·1-0·2 //m)，顯示單元如紅色r、綠色g、藍色

B顯不單元的厚度約丨· 5 # m。然而，在製程中蝕刻鉻所產 生的重金屬’對環境會造成嚴重污染，因此，近幾年多以 黑色樹脂作為黑色矩陣之材料。 請參照第2圖，其繪示傳統液晶顯示螢幕以黑色樹脂 广Λ色丄矩陣和顯示單元之簡單示意圖。首先，冑黑色樹脂 (為負先阻型）塗佈於裸玻璃基板上，然後經由曝光顯影而

1230301 五、發明說明（2) '-- 形成黑色樹脂矩陣（res in BM)204。由於在相同的厚度 時’黑色樹脂矩陣204的吸光度（〇·!)·，optical density) 較鉻膜104為小，遮光效果差，因此在設計上需要增加樹 脂的厚度以達到如鉻膜1〇4般之吸光效果。一般而言，黑 色樹脂矩陣204的厚度約1 · 4 //m，可達到〇· D值4· 2。當幾 乎與之等高的顯示單元R、G、B形成時，會在黑色樹脂矩 陣204的兩侧頂端，亦即顯示單元與黑色樹脂矩陣之重疊 處產生嚴重的凸角，而造成後續疊層之不平坦。因此，需 要在顯示單元R、G、B與黑色樹脂矩陣204的上方形成一= 護層（over coat) 2 08作為一平坦化層，再進行後續製程:、 此外，由於黑色樹脂的透光性不佳，於曝光時需要較高的 曝光能量，約100〜200 mj，且加上黑色樹脂黏度高等原 因，均使得黑色樹脂在顯影後容易有殘留物（1^31(11^)滯 留，影響黑色矩陣之圖形。 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種彩色濾光少 基板及其形成方法，用以形成具有平坦化之功效之^

光片基板，其製程可省略傳統方法中之保護層和顯景^ " 驟’進而節省時間，降低生產成本。 根據本發明的目的，提出一種形成彩色濾光片基板之 方法，係應用於一液晶顯示螢幕之製作上，其中 於 璃基板（glass substrate)上係已形成—顯示單元圖案 (R-G-B pattern) °形成方法包括以下步驟：首先，塗佈

1230301 五、發明說明（3) 一光致變色材料層（photochromic material)於玻璃基板 上，並覆蓋顯示單元圖案；然後，對光致變色材料層進行 曝光，使光致變色材料層照光的部分形成一不透光區 (opaque region)，未照光的部分則形成一透光區 (transparent region);接著，進行烘烤步驟，以硬化光 致變色材料層。其中，本發明之光致變色材料層例如是： 一具有光學排列特性之侧鏈液晶高分子（Side chain LC polymer with photo alignment property)，或是含有染 料或染料前趨物之光阻。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明 如下： 【實施方 本發 material 前和照光 藉由本發 平坦問題 此實施例 清楚凸顯 關元件。 請參 色矩陣形 式】 明係利用一種光致變色材料（ph〇t〇chr〇mic )作為遮光層，例如為黑色矩陣，此材料在照光 後會產生顏色變化，而有不透光或透光之效果， 明可解決了傳統上使用黑色樹脂矩陣所造成的不 。以下即以較佳實施例做本發明之詳細說明，但 並不會對本發明欲保護之範圍做限縮。此外，為 本發明之技術特點，參考圖示僅列出實施例之相 照第3A〜3D圖，其繪示依照本發明一實施例之黑 成方法的不意圖。首先，於一玻璃基板（glass

第7頁 1230301 五、發明說明（4) 51^31:『&七6)302上形成一顯示單元圖案（1?-6-6 pattern)303，如第3A圖所示。然後，形成一光致變色材 料層（photochromic material) 304 於玻璃基板 302 上，並 覆蓋顯示單元圖案303，如第3B圖所示。接著，提供一具 有特定圖形之光罩3 0 6，再依照光罩3 0 6上之特定圖案，對 光致變色材料層304進行曝光，如第3C圖所示。 本發明之光致變色材料層304例如是一具有光學排列 特性之側鍵液晶南分子（Side chain LC polymer with photo alignment property)。此種液晶高分子在照光後 會排列成一特定方向，並且產生交互鏈結 (cross-linked)，使光線無法通過；而未照光的液晶分子 則保持原來的狀態，使光線可通過。因此，如第3D圖所 示’光致變色材料層304照光的部分形成不透光區（opaque region)304a，未照光的部分則形成透光區（transparent region)304b。不透光區304a可用以作為黑色矩陣（black matrix ， BM) 〇 另外，本發明之光致變色材料層3 0 4亦可選擇具有混 合染料或染料前趨物（precursor)的一般光阻。在曝光 前，此光阻為透光材料，在曝光後，染料或染料前趨物變 色而具有不透光之效果。 在光致變色材料層304形成不透光區30 4a和透光區 304b後’再進行烘烤步驟（p〇st_curing)，使殘留的溶劑 含量降低，硬化光致變色材料層3〇4，並提升其對玻璃基 板302表面的附著能力。值得注意的是，在烘烤步驟後，

TW1104F 倚美).ptd 第8頁 1230301 五、發明說明（5) 不透光區與透光區仍分別維持其不透光與透光之特性。 另外，本發明之曝光方式視實際應用之製程而定，也 可使用背面曝光之方式。背面曝光係利用顯示單元圖案 303作為遮光物，對光致變色材料層304進行曝光，而不需 提供光罩306。進行背面曝光後，被顯示單元圖案303阻擋 的部分不照光而形成透光區304b，未被顯示單元圖案303 阻擋的部分則照光形成不透光區3 〇 4 a。

再者’透光的光致變色材料層（photochromic material )304亦可填入部分顯示單元圖案3〇3之空隙。然 後’對透光之光致變色材料層304進行曝光，使透光之光 致變色材料層304照光的部分形成一不透光區（opaqUe regi〇n)304a，作為一遮光層。

另外，應用本發明之方法於一液晶顯示元件時，係令 上述之顯示單元圖案303形成於第一基板上，且令光致變 色材料層304亦形成於第一基板上並部分覆蓋顯示單元圖 案303，光致變色材料層3〇4並具有複數個不透光區⑽“與 複數個透光區304b，其中不透光區30乜係位於顯示單元^ 案3 0 3之間，以作為液晶顯示元件之一遮光層。接著，再 以一第二基板與該第一基板平行設置並對位組裝， 晶’以形成一液晶顯示元件。 傳統之黑色樹脂矩陣（如第2圖所示）相較，本 之光致變色材料層3〇4可平整地覆蓋顯示單元圖案3 而要另外形成一保護層2〇8，即可達 ^ 利用光致變色㈣照光前可透光、照光後力;;性而

J2303〇1 五、發明說明（6) — 及其具平坦化之效果，可省略顯影步驟，因此沒有傳統方 法中樹脂殘留的問題。因此，本發明形成黑色矩陣之方 法，不但具爭坦化之功效，其簡化的製程（省略保護層和 顯影步驟）更可節省時間、降低生產成本。 ^曰 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，铁 1並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在 = 範圍”，當可作各種之更動與潤飾， 呆濩範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 第10頁 TW1104F 倚美).ptd 1230301 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1圖繪示傳統液晶顯示螢幕以鉻 單元之簡單示意圖； "、、“、、色矩陣和顯示 第2圖繪示傳統液晶顯示螢幕以黑 和顯示單元之簡單示意圖；及 、曰為黑色矩陣 第3A〜3D圖緣示依照本發明一實施 方法的示意圖。 』之黑色矩陣形成 圖式標號說明 鉻膜 黑色樹脂矩陣 保護層 玻璃基板 顯示單元圖案 光致變色材料層 304a :不透光區 304b :透光區 306 :光罩 TW1104F 倚美).ptd 第11頁 春

Claims (1)

1230301 六、申請專利範圍 1 · 一種形成彩色濾光片基板（black matrix，BM)之 方法’係應用於一液晶顯示螢幕之製作上，其中，於一基 板（glass substrate)上係已形成一顯示單元圖案（R-G-B pattern)，該方法包括以下步驟： 塗佈一光致變色材料層（photochromic material)於 該基板上，並覆蓋該顯示單元圖案；及 對該光致變色材料層進行曝光，使該光致變色材料層 照光的部分形成一不透光區（〇pa(JUe region)，未照光的 部分則开> 成一透光區（transparent regi〇n)，其中該不透 光區係作為一黑色矩陣。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在曝光步 驟後，再進行烘烤步驟，以硬化（post —curing)該光致變 色材料層。 ^ 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中烘烤步驟 後，該不透光區與該透光區仍分別維持其不透光與透光之 特性。 法，其中係提供一 之一特疋圖案，再 變色材料層進行曝 4 ·如申清專利範圍第1項所述之方 光罩’且該光罩上具有形成該黑色矩陣 依照該光罩上之該特定圖案，對該光致 光0 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，苴中 璃基板之背面進行曝光，使被該顯示單元圖案阻矜 不照光而形成該透光區，未被該顯示單 ^ ^从邻7刀 則照光形成該不透光區。 早疋圖案阻擋的部分

1230301 六、申請專利範圍 6 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光致變 色材料層為一具有光學排列特性之侧鏈液晶高分子（S i d e chain LC p〇iymer with ph〇t〇 alignment pr〇perty)。 7·如申請專利範圍第i項所述之方法，其中該光致變 色材料層為一含有染料或染料前趨物（dye precurs〇r)之 光阻。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光致變 色材料層係平整地覆蓋該些顯示單元，使該彩色濾光片基 板平坦化。

9 · 一種液晶顯示元件，包括： 一下基板； 複數個顯示單元，係形成於該下基板上； 一光致變色材料層，係形成於該下基板上並平整地覆 蓋該些顯示單元，並具有複數個不透光區與複數個透光 區， 一上基板，具有一薄膜電晶體陣列； 一液晶層，設置於該下基板與該上基板之間；

其中’該些不透光區係位於該些顯示單元之間，以形 成該液晶顯示元件之一黑色矩陣，該些透光區則位於該些 顯示單元之上方，且該光致變色材料層可使該液晶顯示元 件平坦化。 10·如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示元件，其 中該些顯示單元由複數個紅色顯示單元、複數個綠色顯示 單元和複數個藍色顯示單元所組成。

TW1104F 倚美).ptd 第13頁 1230301 六、申請專利範圍 11·如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示元件，其 中該光致變色材料層為一具有光學排列特性之侧鏈液晶高 分子。 12·如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示元件，其 中該光致變色材料層為一含有染料或染料前趨物之光阻。 13· 一種彩色濾光片基板之形成方法，至少包括以下 步驟： 在一基板上形成一彩色濾光圖案，其中該圖案間具有 空隙； 形成一透光之光致變色材料層（photochromic material) 於該基板上，並填入部分該空隙；及 對該透光之光致變色材料層之一第一部份進行曝光， 使該透光之光致變色材料層之該第一部分形成一不透光區 (opaque region)，作為一遮光層，該透光之光致變色層 之一第二部分係覆蓋該彩色濾光圖案。 14·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中在曝光 步驟後，再進行烘烤步驟，以硬化（post-curing)該光致 變色材料層。 15·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中係提供 一光罩’且該光罩上具有形成該遮光層之一特定圖案，再 依照該光罩上之該特定圖案，對該光致變色材料層進行曝 光。 16·如申請專利範圍第1 3項所述之方法’其中係自該 玻璃基板之背面進行曝光，使被該顯不早元圖案阻擔的部

TW1104F 倚美).ptd 第14頁 1230301

六、申請專利範圍 分不照光而形成一透光區，未被該顯不單元圖案阻擋的部 分則照光形成 '一不透光區。 17·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中該光致 變色材料層為一具有光學排列特性之侧鏈液晶高分子 (Side chain LC polymer with ph〇to alignment property) 〇 18·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中該光致 變色材料層為一含有染料或染料前趨物（dye precursor) 之光阻。

19·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中該光致 變色材料層係平整地覆蓋該些顯示單元，使該彩色濾光片 基板平坦化。 2 0· —種液晶顯示元件，包括： 一第一基板； 一彩色濾光層圖案，係形成於該第一基板上；

一光致變色材料層，係形成於該第一基板上並部分覆 蓋該彩色濾光層圖案，並具有複數個不透光區與複數個透 光區’其中該些不透光區係位於該些彩色濾光層圖案之 間’以作為該液晶顯示元件之一遮光層； 一第二基板，係與該第一基板平行設置；以及 一液晶層，設置於該第一基板與該第二基板之間。 2 1 · 如申請專利範圍第2 0項所述之液晶顯示元件，其 中該彩色濾光層圖案係由複數個紅色顯示單元、複數個綠 色顯示單元和複數個藍色顯示單元所組成。

第15頁 TW1104F 倚美).ptd ；:m4 1230301 六、申請專利範圍 22. 如申請專利範圍第20項所述之液晶顯示元件，其 中該光致變色材料層為一具有光學排列特性之侧鏈液晶高 分子。 2 3. 如申請專利範圍第2 0項所述之液晶顯示元件，其 中該光致變色材料層為一含有染料或染料前趨物之光阻。 TW1104F 倚美).ptd 第16頁