TWI387784B - 彩色濾光片的製作方法 - Google Patents

Description

彩色濾光片的製作方法

本發明係關於一種彩色濾光片的製作方法，特別是一種利用靜電力將固態之色料粒子固著於圖案化之透明導電層，再將該色料粒子固化以形成彩色濾光片的製作方法。

隨著製造技術日益進展，液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)已經是一種被廣泛應用的顯示元件，其具有高畫質、體積小、重量輕、低電壓驅動以及低消耗功率等優點，常見於中、小型的可攜式電視、行動電話、攝錄放影機、筆記型電腦、桌上型顯示器以及投影電視等消費性電子或電腦產品，其工作原理主要利用電場來改變液晶之排列狀態，使得通過液晶之光線產生路線改變之現象，進而成明暗變化之顯示效果，其中，液晶顯示器的彩色濾光片，更是決定該液晶顯示器的顯示畫面之色特性、對比、色澤、鮮明度及其表面反射性與否的關鍵元件之一，因此，彩色濾光片製程品質的良窳，便直接影響了液晶顯示器的顯示效能，及使用者對該液晶顯示器的評價。

第1圖為習知製作彩色濾光片的流程示意圖，其實施步驟如下：步驟1：於一基板10上設置一黑色矩陣圖案12；步驟2：在基板10上塗佈一紅色光阻層14；步驟3：利用一光罩16覆於紅色光阻層14，以紫外光18照射使預定位置的光阻固化；步驟4：移除光罩16並以有機溶劑清除未固化之光阻，即可於基板10上形成紅色光阻圖案20；於紅色光阻圖案20形成後，重覆步驟2到步驟4，分別將綠色光阻及藍色光阻塗佈於基板10表面，經由多次曝光暨顯影製程，在基板上依序形成綠色光阻圖案22及藍色光阻圖案24，以完成彩色濾光片的製作，如步驟5所示。

然而，習知以光阻製作彩色濾光片的過程中，需多次使用光罩、光阻及有機溶劑，其中，各色光阻圖案需使用對應之光罩，其製作成本高昂，若在製作過程中發現問題，重新設計並製作光罩需要花費大筆的費用及延長整體的製程時間，使得產品的開發成本提高，相對來說，利潤也因而下降；此外，在彩色光阻塗佈、固化及移除未固化光阻等步驟的過程中，約有三分之二的光阻材料會成為廢棄物，以物資利用率的觀點來看，習知的製程相當浪費資源；另外移除未固化光阻所使用之有機溶劑，若未經過良好的廢棄物處理流程，很有可能會污染環境，對環境造成的莫大的負擔。

因此，本發明之一目的在於改善習知以多道光罩及多種彩色光阻製作彩色濾光片的所引發之高成本、高污染的問題。

為達上述目的，本發明提供一種彩色濾光片的製作方法。首先提供一基板，接著於該基板之一表面形成一透明導電圖案層，其包含一第一區塊、一第二區塊以及一第三區塊，且該等區塊間係設有複數個間隙，以間隔該等區塊，然後形成一黑色矩陣圖案於該等間隙，並進行一第一轉印製程，係提供一帶有一第一電荷之一第一色料粒子(color toner)，且提供一第二電荷於該第一區塊，同時，提供該第一電荷於該第二區塊及該第三區塊，其中該第一電荷與該第二電荷係具有相反之電性，使得該第一色料粒子吸附於該第一區塊，最後進行一色料粒子固化製程，使得該第一色料粒子固著於該第一區塊，以形成一第一彩色濾光片。

由於本發明之彩色濾光片的製作方法，係將帶有電荷之色料粒子，因正負相吸之靜電力吸引而附著在透明導電圖案的特定區塊，以形成彩色濾光片，如此一來，即可減少光罩的使用次數，且無需使用彩色光阻及有機溶劑，不僅降低設計光罩的成本，且幾乎不會造成環境污染，為良好之彩色濾光片之製作方法。

以下將以參考圖示來說明本發明之具體較佳實施例，該等圖示係說明本發明中可據以實施之一特定具體實施例，然不排除其他具體實施例，且其步驟可做調整，仍不脫離本發明之範疇。

第2圖至第6圖係依據本發明之一第一較佳實施例所繪示之彩色濾光片製作方法的流程示意圖。請參考第2a圖及第2b圖，其中第2a圖係為側視圖，第2b圖係為俯視圖，首先如第2a圖所示，提供一基板30，例如一塑膠基板、一玻璃基板、或一石英基板，於基板30之一上表面301形成一透明導電層(圖未示)，該透明導電層可包含氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)或氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)等；接著進行一透明導電層之圖案化製程，係於該透明導電層上形成一第一光阻層(圖未示)，並進行一第一微影製程，於該第一光阻層上定義出透明導電層之圖案，接著，進行一蝕刻製程，例如一乾蝕刻製程，沿著所定義之透明導電層之圖案垂直向下蝕刻部分之該透明導電層，直至曝露出部分基板30之上表面301，以形成透明導電圖案層34於基板30之上表面301，最後去除該第一光阻層。其中，透明導電圖案層34係包含至少一第一區塊、至少一第二區塊、至少一第三區塊，依序排列於基板30之上表面301，於本較佳實施例中，透明導電圖案層34具有複數個第一區塊341、複數個第二區塊342以及複數個第三區塊343，依照第一區塊341、第二區塊342以及第三區塊343的順序重覆排列於基板30之上表面301，且各該區塊之電性獨立，此外該等區塊間係設有複數個間隙36，用以間隔該等區塊；另外，如第2b圖所示，本較佳實施例之該等區塊係為相互平行之長條，但不限於此，該等區塊亦可以是矩形、菱形、三角形或其他形狀，亦適用於本發明。

接著，如第3a圖所示，於基板30上形成一黑色矩陣層38並覆蓋透明導電圖案34，且黑色矩陣層38係填充於該等間隙36(圖未示)中，本較佳實施例之黑色矩陣層38係由包含鉻(Cr)之無機材料所構成，但不以此為限。接著，於黑色矩陣層38表面形成一第二光阻層(圖未示)，並進行一圖案轉移製程，係利用一光罩40對該第二光阻層進行一曝光顯影製程，以形成一圖案化遮罩(圖未示)，然後再進行一蝕刻製程來去除未被圖案化遮罩所覆蓋的區域，保留填充於該等間隙38內之部分黑色矩陣層38，以於基板30之上表面301定義出黑色矩陣圖案41，且黑色矩陣圖案41之高度略高於透明導電圖案層34，如第3b圖所示，之後再移除該第二光阻層。值得注意的是，於本較佳實施例中，透明導電層與黑色矩陣層之圖案化製程可使用同一光罩，再搭配正、負光阻來製得。

如第4圖所示，進行一第一轉印製程90，係將設有透明導電圖案層34及黑色矩陣圖案41之基板30置於一平台(圖未示)或輸送帶等傳送設備，該平台係用於承載基板30。此時，透明導電圖案層34之第一區塊341係被施加正電荷，例如以探針、導電夾、可撓性線路板(Flexible Print Circuit,FPC)等來選擇性施加電荷，使得該等第一區塊341均勻地佈有正電荷(第4圖中以「+」標示)，同時，第二區域342及第三區塊343被施加負電荷(第4圖中以「-」標示)，使得第二區域342及第三區塊343均勻地帶有負電荷；另外，帶有負電荷之紅色色料粒子42係存置於一紅色色料容器44中，且紅色色料容器44的開口處裝置有一轉印滾輪46，且轉印滾輪46帶有微量的正電荷，使得帶有負電荷之紅色色料粒子42可附著在轉印滾輪46表面，且轉印滾輪46可控制紅色色料粒子42的流出量。如第4圖所示，基板30下方的該平台帶動基板30沿箭頭L的方向移動，相對來說，帶有紅色色料42的色料容器44及轉印滾輪46則往箭頭L的反方向移動，或者轉印滾輪46滾過靜置的基板30表面，又或是兩者相對作動，使得基板30上方的透明導電圖案34逐一與轉印滾輪46及其表面之紅色色料粒子42接觸。由於第一區塊341帶有的正電荷之數量、強度均大於轉印滾輪46上的數量或強度，因此，正負電荷相吸的靜電力使得帶有負電荷的紅色色料粒子42會自轉印滾輪46表面脫離，且由於第二區塊342及第三區塊343係帶有負電荷，電性相同所產生的斥力確保自轉印滾輪46脫離的紅色色料粒子42僅會附著在帶有正電荷的第一區塊341表面，而不會誤植在第二區塊342或第三區塊343表面。之後，再藉由一加熱源或紫外光源等之固著裝置，例如第4圖所示之熱壓滾輪48，進行一色料粒子的固化製程，對附著於第一區塊341表面的紅色色料42施加一定的壓力和溫度，使得紅色色料42除了成形形成一紅色彩色濾光片50外，並可加強紅色彩色濾光片50與第一區塊341的固著效果，將紅色彩色濾光片50固著於第一區塊341。

如第5圖所示，於紅色彩色濾光片50形成後，接著進行一第二轉印製程92，係將帶有負電荷之綠色色料粒子52於一綠色色料容器54中，且綠色色料容器54的開口亦設有一轉印滾輪56，其帶有微量的正電荷，使得帶有負電荷之綠色色料粒子22可附著在轉印滾輪56表面，藉由基板30與綠色色料容器54的相對移動，使得基板30上方的透明導電圖案34逐一與轉印滾輪46及其表面之綠色色料粒子52接觸，此時，透明導電圖案34的第二區塊342係被施予正電荷，而第一區塊341及第三區塊343係被施予負電荷，藉由正負電荷相吸的靜電力使得帶有負電荷的綠色色料粒子52會自轉印滾輪56表面脫離，附著在帶有正電荷的第二區塊342表面，且由於第一區塊341及第三區塊343係帶有負電荷，與同為帶負電荷的綠色色料粒子52相斥，而不會誤植在第一區塊341或第三區塊343表面。之後，再藉由一固著裝置，例如第5圖所示之熱壓滾輪48，進行一色料粒子的固化製程，對附著於第二區塊342表面的綠色色料粒子52施加一定的壓力和溫度，使得綠色色料粒子52固著於第二區塊342，並形成一綠色彩色濾光片58。

最後，如第6圖所示，進行一第三轉印製程，係提供一藍色色料容器60，如同前述之第一、第二轉印製程，藍色色料容器60裝有帶著負電荷的藍色色料粒子62，且藍色色料容器60的開口亦設有一帶有微量正電荷的轉印滾輪64，使得帶有負電荷之藍色色料粒子62可附著在轉印滾輪56表面，再藉由基板30與藍色色料容器60的相對移動，使得基板30上方被施予正電荷的透明導電圖案34逐一與轉印滾輪64及其表面帶負電荷之藍色色料粒子62接觸；同樣地，第一區塊341及第二區塊342係被施予負電荷而與同為帶負電荷的藍色色料粒子62相斥，以確保自轉印滾輪64脫離的藍色色料粒子62不會誤植在第一區塊341或第二區塊342表面。之後，再藉由熱壓滾輪48等固著裝置，對附著於第三區塊343表面的藍色色料粒子62施加一定的壓力和溫度，使其固著於第三區塊343形成一藍色彩色濾光片66，於是，完成可用於顯示器面板的彩色濾光片(CF)基板的製作。而透明導電圖案層34則可選擇性作為顯示器面板的共通電極(Common Electrode)。

接著請參考本發明之一第二較佳實施例，其中，第二較佳實施例之流程步驟與第一較佳實施例相近，其差異於黑色矩陣圖案的形成方法，請參考第7圖。如同第一較佳實施例，第二較佳實施例在一基板70的上表面形成一透明導電圖案層72，其包含至少一第一區塊721、至少一第二區塊722以及至少一第三區塊723，各區塊之電性獨立，且透明導電圖案層72中穿插著複數個間隙74，用以間隔該等區塊。如第7圖所示，接著在間隙74基板下端佈正電荷77，同時，透明導電圖案層72各區塊721、722、723係施予負電荷，如同前述之轉印製程，另提供一裝有帶著負電荷的黑色色料粒子76之黑色色料容器80，且黑色色料容器80的開口設有一帶有微量正電荷的轉印滾輪82，使得帶有負電荷之黑色色料容器80可附著在轉印滾輪82表面，藉由基板70與黑色色料容器80的相對移動，轉印滾輪80與基板70上的透明導電圖案層72接觸，原本附著於轉印滾輪80表面的黑色色料粒子76受到間隙74下方的正電荷77吸引，轉而附著於間隙74，同時，透明導電圖案層72的該等區塊721、722、723因帶有負電荷，與同為帶負電荷的黑色色料粒子76相斥，可確保自轉印滾輪82脫離的黑色色料粒子76可精準地附著在間隙74中；然後再藉由一固著裝置，例如第7圖所示之熱壓滾輪84，進行一色料粒子的固化製程，對附著在間隙74中的黑色色料粒子76施加一定的壓力和溫度，使得黑色色料粒子76固著，於是，於基板70之上表面701上形成黑色矩陣圖案86。於黑色矩陣圖案86完成後，如同前一較佳實施例，依序進行一第一轉印製程90、一第二轉印製程92以及一第三轉印製程94，各轉印製程之細節請參考第一較佳實施例之第4圖至第6圖以及相對應的文字敍述，各轉印製程利用轉印滾輪讓帶有負電荷的紅色色料粒子、綠色色料粒子、或藍色色料粒子依序附著在帶有正電荷的透明導電圖案層72的各個區塊上，並利用一固著裝置讓紅色色料粒子、綠色色料粒子、或藍色色料粒子固化，於透明導電圖案層72上形成紅色彩色濾光片、綠色彩色濾光片以及藍色彩色濾光片，於是，完成本發明之彩色濾光片的製作。

本發明另揭露一第三較佳實施例，請參考第8圖。如同前述之第一較佳實施例及第二較佳實施例，第三較佳實施例係先在一基板108之一上表面1081，利用如第3圖所示之沉積及蝕刻製程，或如第7圖所示之轉印製程，形成黑色矩陣圖案110以及透明導電圖案層112，其中透明導電圖案層112包含一第一區塊1121、一第二區塊1122、一第三區塊1123，且各區塊之電性獨立，接著如第8圖所示，進行一第一轉印製程114，與前述較佳實施例不同的是，本較佳實施例係倒置基板108，使得基板108之一下表面1082朝上，此時，透明導電圖案112的第一區塊1121係被施予正電荷，而第二區塊1122及第三區塊1123係被施予負電荷，另提供一裝有帶著負電荷的紅色色料粒子116之紅色色料容器118，其開口朝上對應至基板108上表面1081之該等區塊，然後藉由基板108與紅色色料容器118的相對移動，在無需前述實施例之轉印滾輪協助的情況下，紅色色料粒子116受到靜電力的吸引，即自紅色色料容器118移出而直接附著於第一區塊1121表面，然後，再藉由一固著裝置，例如第8圖所示之熱壓滾輪120，進行一色料粒子的固化製程，將附著於第一區塊1121表面的紅色色料116成形固化，於第一區塊1121表面形成一紅色彩色濾光片118。接著，重覆如第8圖所示之轉印製程，在基板108倒置的狀態下，依序讓帶有負電荷的綠色色料粒子或藍色色料粒子依序附著在帶有正電荷的透明導電圖案層112的第二區塊1122或第三區塊1123，再利用一固著裝置讓綠色色料粒子或藍色色料粒子固化，於透明導電圖案層112上形成綠色彩色濾光片以及藍色彩色濾光片，於是，完成本發明之彩色濾光片的製作。

如上所述，本發明係先將設於基板表面的透明導電層圖案化，以定義出不同的區塊，接著分別對不同的區塊施於正電荷，使得帶有負電荷之色料粒子因正負電相吸的靜電力而附著於帶有正電荷的區塊表面，再利用如前述較佳實施例的熱壓滾輪，或雷射光、紅外線、加熱板等固著裝置，使得附著於區塊表面的色料粒子固化，以形成本發明之彩色濾光片。然而，色料粒子的電性並不限於上述較佳實施例中之負電荷，色料粒子亦可帶正電荷，且將對應之透明導電圖案層之電性改為負電荷，亦適用於本發明。另外，於本發明中，色料粒子可以是具有磁性的色料粒子，例如第二較佳實施例所使用之黑色色料粒子；或不具磁性之色料粒子，其包含帶有顏色或染料之色素粒子、高分子材料(如聚酯、苯乙烯、丙烯酸)及電荷控制劑(如四級胺鹽)，例如本發明之紅色色料粒子、藍色色料粒子、綠色色料粒子。此外，色料粒子的固著並不限於本發明所示，在每種色料粒子附著後，隨即以固著裝置熱壓色料粒子，形成本發明之彩色濾光片，亦可以在紅色色料粒子、藍色色料粒子、綠色色料粒子均附著於透明導電圖案表面後，再一次進行色料粒子的固化製程，同時形成紅色濾光片、綠色彩色濾光片以及藍色彩色濾光片。

彩色濾光片的形成並不限於前述較佳實施例所述：先形成紅色彩色濾光片、再形成綠色彩色濾光片、最後形成藍色彩色濾光片的順序，可依需要調整其形成順序，例如先形成綠色彩色濾光片後，再形成紅色彩色濾光片；彩色濾光片的顏色並不限於紅藍綠三色之組合，其他適用於顯示裝置之色彩組合，例如，青色(cyan)、洋紅色(magenta)及黃色之三色組合，紅色、綠色、藍色及祖母綠色(emerald)之四色組合，青色、洋紅色、黃色及綠色之四色組合或黃色、青色、綠色及無濾光層之四色組合等，亦適用於本發明。此外，本發明之實施並不限於前述實施例之順序，以光罩形成黑色矩陣圖案的製作步驟，或者，以轉印製程形成黑色矩陣圖案的製作步驟，亦可與倒置基板的該等轉印製程結合，形成本發明之該等彩色濾光片。

值得注意的是，本發明之彩色濾光片的製作方法亦可適用於彩色濾光片陣列(Color filter On Array,COA)基板，亦即在薄膜電晶體(TFT)面板完成薄膜電晶體陣列(TFT Array)製程後，接著再利用各像素電極來分別施以所需之正、負電荷，使得帶有負、正電荷之色料粒子因靜電相吸而附著於相對應之像素電極表面，如同前述實施例之各該區塊，以完成本發明之彩色濾光片的製程。

由此可知，本發明之彩色濾光片的製作方法，係將製作彩色濾光片的固態色料粒子係利用靜電吸附的方式，固著於透明導電圖案層上對應的位置，再予以固化即可形成彩色濾光片；因此本發明之製作方法不僅有效減少製作彩色濾光片時製程中所需的光罩數量，且本發明各步驟的機動性高，可相互配搭而整合於現有的製程，並適用於量產的製程。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1、2、3、4、5．．．習知製作彩色濾光片的步驟

10、30、70、108．．．基板

12、41、86、110．．．黑色矩陣圖案

14．．．紅色光阻層

16、40．．．光罩

18．．．紫外光

20．．．紅色光阻圖案

22．．．綠色光阻圖案

24．．．藍色光阻圖案

301、1081．．．上表面

32．．．透明導電層

34、72、112．．．透明導電圖案層

341、1121．．．第一區塊

342、1122．．．第二區塊

343、1123．．．第三區塊

36、74．．．間隙

38．．．黑色矩陣層

42、116．．．紅色色料粒子

44、96、118．．．紅色色料容器

46、56、64、82．．．轉印滾輪

48、84、120．．．熱壓滾輪

50．．．紅色彩色濾光片

52、98、120．．．綠色色料粒子

54．．．綠色色料容器

58、124．．．綠色彩色濾光片

60．．．藍色色料容器

62、100、122．．．藍色色料粒子

66、126．．．藍色彩色濾光片

76．．．黑色色料粒子

77．．．正電荷

80．．．黑色色料容器

90、114．．．第一轉印製程

92．．．第二轉印製程

94．．．第三轉印製程

1082．．．下表面

第1圖為習知製作彩色濾光片的流程示意圖。

第2圖至第6圖係依據本發明之一第一較佳實施例所繪示之彩色濾光片製作方法的示意圖。

第7圖係依據本發明之一第二較佳實施例所繪示之黑色矩陣圖案製作方法的示意圖。

第8圖係依據本發明之一第三較佳實施例所繪示之彩色濾光片製作方法的示意圖。

30．．．基板

41．．．黑色矩陣圖案

301．．．上表面

34．．．透明導電圖案層

341．．．第一區塊

342．．．第二區塊

343．．．第三區塊

41．．．黑色矩陣圖案

48．．．熱壓滾輪

50．．．紅色彩色濾光片

58．．．綠色彩色濾光片

60．．．藍色色料容器

62．．．藍色色料粒子

64．．．轉印滾輪

66．．．藍色彩色濾光片

94．．．第三轉印製程

Claims (8)

1. 一種彩色濾光片的製作方法，其包含：提供一基板；形成一透明導電圖案層於該基板之一表面，該透明導電圖案包含至少一第一區塊、至少一第二區塊以及至少一第三區塊，且該等區塊間係設有複數個間隙，以間隔該等區塊；進行一第一轉印製程，係提供一帶有一第一電荷之一第一色料粒子(color toner)，且提供一相反電性之第二電荷於該第一區塊，並提供該第一電荷於該第二區塊及該第三區塊，使該第一色料粒子附著於該第一區塊；以及進行一色料粒子固化製程，使該第一色料粒子固著於該第一區塊，以形成一第一彩色濾光片。
2. 如請求項1所述之製作方法，於該第一彩色濾光片形成後，另包含：進行一第二轉印製程，係提供帶有該第一電荷之一第二色料粒子，且提供該第二電荷於該第二區塊，同時，提供該第一電荷於該第一區塊及該第三區塊，使該第二色料粒子附著於該第二區塊；以及進行該色料粒子固化製程，使該第二色料粒子固著於該第二區塊，以形成一第二彩色濾光片。
3. 如請求項2所述之製作方法，於該第二彩色濾光片形成後，另包含：進行一第三轉印製程，係提供帶有該第一電荷之一第三色料粒子，且提供該第二電荷於該第三區塊，同時，提供該第一電荷於該第 一區塊及該第二區塊，使該第三色料粒子附著於該第三區塊；以及進行該色料粒子固化製程，使該第三色料粒子固著於該第三區塊，以形成一第三彩色濾光片。
4. 如請求項1所述之製作方法，於該透明導電圖案層形成後，另包含形成一黑色矩陣圖案於該基板之該表面，且該黑色矩陣圖案係填滿於該等間隙。
5. 如請求項4所述之製作方法，其中形成該黑色矩陣圖案之方法包含：提供該第一電荷於該等間隙之正下方，同時提供該第一電荷於該透明導電圖案，另提供一帶有該第二電荷之黑色色料粒子，使該黑色色料粒子附著於該等間隙；以及進行該色料粒子固化製程，使該黑色色料粒子固著於該等間隙中，以形成該黑色矩陣圖案。
6. 如請求項4所述之製作方法，其中形成該黑色矩陣圖案之方法包含：形成一黑色矩陣層覆蓋該透明導電圖案層，且該黑色矩陣層係填充於該等間隙中；以及移除形成於該透明導電圖案層上之部分該黑色矩陣層，以形成該黑色矩陣圖案。
7. 如請求項1所述之製作方法，係用於製備一彩色濾光片(CF)基板。
8. 如請求項1所述之製作方法，係用於製備一彩色濾光片陣列(COA) 基板。