TWI486644B - 彩色濾光片及液晶顯示裝置以及曝光遮罩 - Google Patents

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Description

彩色濾光片及液晶顯示裝置以及曝光遮罩
本發明係關於用於液晶顯示裝置之彩色濾光片及液晶顯示裝置，以及用於製造彩色濾光片之曝光遮罩。
隨著近年來液晶顯示裝置的大型化，正要求用於液晶顯示裝置之彩色濾光片的大型化。在彩色濾光片之製造步驟中，藉由光微影法使著色層及黑矩陣形成圖案，在使用實際尺寸大小之曝光遮罩的總體曝光方式中，需要大型的曝光遮罩。由於該等大型之曝光遮罩非常昂貴，而有彩色濾光片之製造成本變高的問題。
為了解決該問題，則有採用使用搭載複數個曝光頭之曝光機，在各自的曝光頭上裝置小型之曝光遮罩，對於其為曝光對象之基板全面進行重複曝光的方式(以下稱為「小型遮罩連續曝光方式」)的情況。
第7圖係在小型遮罩連續曝光方式中之曝光遮罩的配置圖。
曝光遮罩18係各自裝配於複數個曝光頭，而配置成整齊排列於X軸方向的2行。在裝配於所鄰接之曝光頭的曝光遮罩18之間，無間隙地配置裝配於他行之曝光頭的曝光遮罩18，而使形成於各光遮罩之遮罩圖案的節距成為固定。
更詳細而言，在各行之曝光遮罩上設計間隔，藉由並排於他行的遮罩，各自補償位於間隔之圖案的電鍍。例如，藉由配置於圖中之位置P1的曝光遮罩18所曝光的部分、與以配置於位置P2之曝光遮罩18所曝光的部分之間的部分，係藉由配置於位置P3之曝光遮罩18所曝光。藉此，在X軸方向之各曝光圖案的終端部分彼此之間被連接(以下，稱該連接部分為「連接部分」)。
先前技術文獻
專利文獻1：特開2007-121344號公報
專利文獻2：特開2008-216593號公報
在小型遮罩連續曝光方式中，由於發生曝光頭間之曝光照度差異、對於基板之光軸的交錯、曝光遮罩之圖案的交錯、曝光遮罩與基板之位置的交錯等，在連接部分有所謂著色層之圖案膜厚、線寬、位置激烈變化的問題。
第8圖係模式顯示在連接部分附近之液晶顯示裝置簡略構成的截面圖。
在X軸方向，著色層14部分重疊於黑矩陣13，而形成重疊部分15。在整個連接部分上著色層之圖案的線寬或位置變化時，如例如第8圖所示，從連接部分(在第8圖，以L表示)開始左側之範圍(以下稱為「範圍A」)與從連接部分開始右側(以下稱為「範圍B」)，重疊部分15之寬度改變。該等連接部分在邊界上，由於被密封於基板12與相對向基板16之間之液晶17的配向狀態變化，在液晶顯示裝置中局部不均勻變得明顯而被辨識。
因此，本發明係以提供可構成局部之顯示不均勻不引人注意、顯示品質優異之液晶顯示裝置的彩色濾光片，及用於製造彩色濾光片之曝光遮罩為目的。
本發明係關於用於在第1方向及與其垂直之第2方向排列複數個畫素之液晶顯示裝置的彩色濾光片。該彩色濾光片具備基板、設置於基板上之黑矩陣、與至少在第1方向與黑矩陣部分重疊之複數層著色層。黑矩陣及著色層之重疊部分的第1方向之寬度在整個顯示範圍的全體中變動，而且重疊部分寬度的變動程度在顯示範圍全體中相同。
使用關於本發明之彩色濾光片時，由於可同樣地將重疊部分寬度之變動分布於顯示範圍全體中，即使有發生曝光時之連接部分之著色圖案形成不均勻的情況，著色圖案不均勻亦不引人注意，可實現顯示品質優異之液晶顯示裝置及其中所用之彩色濾光片。
第1圖係顯示關於本發明實施樣態之彩色濾光片簡略構成的截面圖。
關於本發明之實施樣態的彩色濾光片1，係使用於具有排列於X軸及Y軸方向之複數個畫素的液晶顯示裝置者，具備基板2、黑矩陣3、與著色層4。著色層4係使用對應於紅、綠及藍之顏色的光阻，藉由光微影法而在基板2上，形成為在X軸方向與黑矩陣3部分重疊。重疊部分5係稱為上述之黑矩陣3與著色層4重疊的部分。由於在重疊部分5附近，著色層4之高度(Z軸方向)改變，因此如後述對液晶之配向造成影響。
如上述，在小型遮罩連續曝光方式中，藉由曝光頭之位置交錯或曝光條件之散亂，而有重疊部分5之寬度較設計值交錯的情況(第1圖)。由於該等重疊部分5之寬度的變動係關於液晶分子配向性之散亂，故在畫素範圍上局部地發生顯示不均勻。其中，在關於本發明之彩色濾光片1中，有意地在顯示範圍全體上發生如第1圖所示之重疊部分5寬度的變動，而且在顯示範圍全體中同樣地分布該變動程度(重疊部分5之寬度散亂)。更詳細而言，形成於以一個曝光頭曝光之曝光範圍中的重疊部分5具有至少2種寬度。然後，在該曝光範圍內，在X軸方向，重疊部分5之寬度的轉換(重疊寬度變化的部分)至少發生2次以上。又，即使在以任何曝光頭所曝光的曝光範圍中，重疊部分5之寬度的分散亦成為固定。該結果為變得相對地不易辨識局部的傾向變動(顯示不均勻)，可提升微視畫素範圍全體時之畫面品質。
其次，使用第2至6圖來說明用於製造關於本實施樣態之彩色濾光片所使用的曝光遮罩8。
第2圖係隨機變動透過部分之節距的曝光遮罩模式圖。
曝光遮罩8A具備透過光之裂縫狀的透過部分9，適合使用例如以鉻蒸鍍基板表面全體後，除去相當於透過部分9之部分的鉻者。
在示於第2圖之曝光遮罩8A中，透過部分9各自雖為相同寬度，但如第2圖所示節距P1至P4為非固定的。其中所謂節距係鄰接之透過部分之假設中心線的間隔。又所謂等節距係配置成為透過部分之假設中心線為等間隔的節距。
複數次使用該曝光遮罩8A而藉由小型遮罩連續曝光方式來製作彩色濾光片時，在顯示範圍全體中同樣地分布著色層4之節距的變動成相同程度。著色層4之節距不同時，由於重疊部分5之寬度變動，在顯示範圍全體中同樣地以相同程度分布重疊部分5之寬度的變動。
第3圖係隨機變動透過部分之寬度的曝光遮罩模式圖。
在曝光遮罩8B中，雖然透過部分9各自以等節距排列，但如第3圖所示，寬度W1至W5為非固定。
使用該曝光遮罩8B而藉由小型遮罩連續曝光方式所製作的彩色濾光片1，係在顯示範圍全體中同樣地以相同程度分布著色層4之寬度的變動。著色層4之寬度不同時，由於重疊部分5之寬度變動，在顯示範圍全體中同樣地以相同程度分布重疊部分5之寬度的變動。
第4圖係隨機變動透過部分之節距及寬度的曝光遮罩模式圖。
在曝光遮罩8C中，隨機變動透過部分9之節距P1至P4、與透過部分9之寬度W1至W5。
使用該曝光遮罩8C而藉由小型遮罩連續曝光方式所製作之彩色濾光片1，在顯示範圍全體中同樣地以相同程度分布著色層4之寬度及節距的變動。著色層4之寬度不同時，重疊部分5之寬度變動。又，即使藉由使著色層4之節距不同，重疊部分5之寬度亦變動。該結果為在顯示範圍全體中同樣地以相同程度分布重疊部分5之寬度的變動。
第5圖係每3條地變動透過部分之節距的曝光遮罩模式圖。
曝光遮罩8D係透過部分9雖各自為相同寬度，但如第5圖所示，排列節距在P5與P6之間每3條交互地重複變化。
使用該曝光遮罩8D而藉由小型遮罩連續曝光方式所製作之彩色濾光片1，著色層4之節距在整個顯示範圍全體，每3個畫素重複變動。著色層4之節距不同時，由於重疊部分5之寬度亦不同，重疊部分5之寬度在整個顯示範圍全體中，每3個畫素重複變動。即使該等重疊部分每3個畫素規則地重複變動，在液晶顯示裝置中，在顯示範圍全體中發現細微的不均勻，亦未辨識出因局部變動所引起之在特定位置的明顯不均勻。
第6圖係透過部分之寬度每3條變動的曝光遮罩模式圖。
曝光遮罩8E係透過部9之各自排列的節距雖然相同，但如第6圖所示，各自寬度在W6與W7之間每3條交互地重複變化。
使用該曝光遮罩8E而藉由小型遮罩連續曝光方式所製作的彩色濾光片1，著色層4之寬度在整個顯示範圍全體，每3個畫素重複變動。著色層4之寬度不同時，由於重疊部分5之寬度亦不同，重疊部分5之寬度在整個顯示範圍全體中，每3個畫素重複變動。
使用以上所說明之第2至6圖的曝光遮罩而藉由小型遮罩連續曝光方式形成著色層時，在以一個曝光遮罩所形成之光阻圖案中，局部地發生節距或寬度的變動。惟，使用複數片該曝光遮罩而在基板逐次形成圖案時，藉由曝光遮罩單體之圖案均等地被燒鍍於基板全體上，將以1片曝光遮罩所產生之局部變動分散於畫素範圍的全體中。該結果為即使暫時藉由曝光頭之位置交錯或曝光條件之混亂而使重疊部分之寬度變動，亦可使該重疊部分之寬度的變動，在整個畫素範圍全體中刻意設置之重疊部分寬度的散亂混雜。因此，根據使用上述曝光遮罩而藉由小型遮罩連續曝光方式所製成之本實施樣態的彩色濾光片，不易注意因位置交錯等所引起之彩色圖案的尺寸或位置的局部變動，可實現目視畫素範圍全體時畫質無不均勻的液晶顯示裝置。
還有，在本實施樣態中，雖然使彩色濾光片之著色層的節距及寬度變動，但亦可取代著色層而使黑矩陣之節距或寬度變動，亦可使著色層及黑矩陣一起變動。即使在著色層中，亦針對紅、綠及藍色全部而使節距或寬度變動或僅特定色變動均可。
又，在本實施樣態中，雖說明在曝光遮罩全體中使全部之透過部分的節距或寬度變化的範例，或在特定數目之透過部分等中節距或寬度變化的範例，但僅由曝光遮罩內較為限制之範圍內的透過部分，亦可使該節距或寬度變化。即使在該情況下，在小型遮罩連續曝光方式中，由於使用複數片遮罩，而可分散重疊部分之尺寸散亂於畫素範圍全體中。
再者，在本實施樣態中，雖使用黑矩陣做為遮光層，但並無特別限制。例如，亦可使用由形成於基板上之金屬薄膜所構成的電極層。
實施例
以下說明具體實施本發明之實施例。實施例1至5係各自使用示於第2至6圖之曝光遮罩，係在畫素範圍全體中未發生著色圖案之尺寸散亂者。又，實施例6至10係各自使用示於第2至6圖之曝光遮罩，在畫素範圍全體中發生黑矩陣之尺寸散亂者。
首先，在基板上，藉由光微影法以黑色顏料分散光阻形成黑矩陣圖案、著色層區域周邊之帶狀遮光範圍、周邊虛擬圖案及用於定位之定位標識。
其次，以精密狹縫塗布機，在基板上塗布紅色顏料、透明樹脂及具有乙烯性不飽和雙鍵之單體、含有光聚合起始劑及聚合抑制劑，而且以波長340至380nm之雷射照射可硬化的著色光阻。
對於基板上之光阻的曝光係藉由小型遮罩連續曝光方式來實施。與第7圖所示者相同，將6版之曝光遮罩並排設置成1行，以補償各曝光遮罩間之空隙的形態，同樣地將6版之光遮罩配置於後方1行。將基板向Y軸方向移動，並且藉由在成膜於基板的光阻上經由曝光遮罩之條狀的透過部分來依次照射，依次燒鍍條狀的著色層圖案。還有，藉由以CCD照相機畫面辨識曝光遮罩與基板之定位、基板上之黑矩陣圖案與曝光遮罩之圖案的位置關係，調整逐次曝光位置來進行。
然後，經由顯像、水洗、烘烤步驟，形成紅色的著色層。以下，亦針對綠色及藍色之著色層，以同樣的步驟依次設置於基板上，形成彩色濾光片。
實施例1
關於實施例1之曝光遮罩係使用在-1.5μm至+1.5μm之範圍、以0.05μm刻度隨機偏移(offset)示於第2圖之曝光遮罩之透過部分的排列節距者。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍中0.05μm刻度的情況下，亦包含變動量0μm而可成為61種的偏移，在各種偏移之發生頻率約略相同之下，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此在關於實施例1之彩色濾光片中，可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片全部範圍之著色層節距的變動寬度±1.5μm內交錯。
因此，在液晶顯示裝置中，雖在未遍布於顯示範圍全體之下，同樣地發生因基板全面畫素節距之變動所引起的細微不均勻，但在細微地觀察的情況，未強調因連接部分之著色層寬度或位置之局部變動所引起的不均勻。
實施例2
關於實施例2之曝光遮罩，係在-1.5μm至+1.5μm之範圍、以0.05μm刻度，隨機變動示於第3圖之曝光遮罩之透過部分全部的寬度。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍0.05μm刻度的情況下，亦包含線寬變動量0μm而可成為61種偏移，在各種偏移之發生頻率約略相同之下，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片之著色層節距的變動寬度±1.5μm內交錯。
實施例3
關於實施例3之曝光遮罩，係使用在-1.5μm至+1.5μm之範圍、以0.05μm刻度，隨機偏移示於第4圖之曝光遮罩之透過部分的排列節距者。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍0.05μm刻度的情況下，亦包含線寬變動量0μm而可成為61種偏移。惟，其中各種偏移之發生頻率約略相同，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。再者，在-1.5μm至+1.5μm之範圍以0.05μm刻度隨機變動曝光遮罩之透過部分全部的寬度。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍0.05μm刻度的情況下，亦包含線寬變動量0μm而可成為61種偏移，在各種偏移之發生頻率約略相同之下，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片之著色層節距的變動±1.5μm及畫素寬度的變動±1.5μm內交錯。
實施例4
關於實施例4之曝光遮罩，係將示於第5圖之曝光遮罩透過部的節距每3個畫素(約1mm)從設計值朝向第5圖之X軸方向之單一方向位移0.5μm，並朝其它方向位移0.5μm，交互排列而成。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片之著色層節距的變動±1.5μm內交錯。
實施例5
關於實施例5之曝光遮罩，係將示於第6圖之曝光遮罩透過部分的寬度從基準值增加0.5μm者及相反地減少0.5μm者，每3個畫素(約1mm)交互配置而成。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片全部範圍之著色層的寬度的變動±1.5μm內交錯。
實施例6
關於實施例6之曝光遮罩，係使用在-1.5μm至+1.5μm之範圍、以0.05μm刻度，隨機變動示於第2圖之曝光遮罩之透過部分的排列節距者。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍0.05μm刻度的情況下，亦包含線寬變動量0μm而可成為61種偏移，在各種偏移之發生頻率約略相同下，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此在關於實施例6之彩色濾光片中，可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片全部範圍之黑矩陣之節距的變動±1.5μm內交錯。
藉此，在液晶顯示裝置中，雖沒有在遍佈顯示範圍全體內，同樣地發生因基板全面黑矩陣節距之變動所引起的細微不均勻，但在細微地觀察的情況下，未強調因局部變動所引起之特定位置的不均勻。
實施例7
關於實施例7之曝光遮罩，係全部裂縫圖案之線寬在-1.5μm至+1.5μm範圍，以0.05μm刻度隨機變動示於第3圖之曝光遮罩透過部的寬度。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍0.05μm刻度的情況下，亦包含線寬變動量0μm而可成為61種偏移，在各種偏移之發生頻率約略相同下，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片全部範圍之黑矩陣的寬度變動±1.5μm內交錯。
實施例8
關於實施例8之曝光遮罩，係全部裂縫圖案之線寬在-1.5μm至+1.5μm範圍、以0.05μm刻度隨機變動示於第4圖之曝光遮罩透過部的寬度。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍0.05μm刻度的情況下，亦包含線寬變動量0μm而可成為61種偏移。惟，其中各種偏移之發生頻率約略相同，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。再者，在-1.5μm至+1.5μm之範圍以0.05μm刻度隨機變動曝光遮罩之透過部分全部的寬度。還有，在-1.5μm至+1.5μm之範圍0.05μm刻度的情況下，亦包含線寬變動量0μm而可成為61種偏移，在各種偏移之發生頻率約略相同之下，在未散亂地產生偏差之下實施偏移。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片全部範圍之黑矩陣的節距變動±1.5μm及黑矩陣的寬度變動±1.5μm內交錯。
實施例9
關於實施例9之曝光遮罩，係每3個畫素(約1mm)將排列節距在第5圖之X軸方向之單一方向位移0.5μm、且在其他方向位移0.5μm，交互排列示於第5圖之曝光遮罩的透過部分。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片全部範圍之黑矩陣的節距變動±1.5μm內交錯。
實施例10
關於實施例10之曝光遮罩，係將示於第6圖之曝光遮罩透過部分的寬度從基準值增加0.5μm及或相反的減少0.5μm者每3個畫素(約1mm)交互配置而成。
藉由曝光條件之最適化，由於可將鄰接曝光頭間之圖案邊緣的位置交錯收斂於1μm以內，因此可將在連接部分之局部圖案寬度或位置之變動，在同樣分布於彩色濾光片全部範圍之黑矩陣的寬度變動±1.5μm內交錯。
產業上之可利用性
本發明係可利用於具備彩色濾光片之液晶顯示裝置等。
1．．．彩色濾光片
2、12．．．基板
3、13．．．黑矩陣
4、14．．．著色層
5、15．．．重疊部分
8A~8D、18．．．曝光遮罩
9．．．透過部份
10．．．液晶顯示裝置
16．．．對向基板
17．．．液晶
第1圖係顯示關於本發明實施樣態之彩色濾光片簡略構成的截面圖。
第2圖係隨機變動透過部分之節距的曝光遮罩模式圖。
第3圖係隨機變動透過部分之寬度的曝光遮罩模式圖。
第4圖係隨機變動透過部分之節距及寬度的曝光遮罩模式圖。
第5圖係每3條地變動透過部分之節距的曝光遮罩模式圖。
第6圖係每3條地變動透過部分之寬度的曝光遮罩模式圖。
第7圖係在小型遮罩連續曝光方式中之曝光遮罩的配置圖。
第8圖係模式顯示連接部分中之液晶顯示裝置簡略構成的截面圖。
1．．．彩色濾光片
2．．．基板
3．．．黑矩陣
4．．．著色層
5．．．重疊部分

Claims (8)

  1. 一種彩色濾光片，其係在第1方向及與其垂直之第2方向排列複數個畫素之液晶顯示裝置中所用的彩色濾光片，其中具備基板、設置於該基板之上的遮光層、與至少在該第1方向與該遮光層部分重疊之複數層著色層，該遮光層及該著色層之重疊部分在該第1方向的寬度係在整個顯示範圍全體中變動，而且該重疊部分之寬度的變動程度在顯示範圍全體中相同。
  2. 如申請專利範圍第1項之彩色濾光片，其係藉由使該遮光層及該著色層中至少一者之排列節距隨機地不同，而該重疊部分之寬度的變動程度在顯示範圍全體中相同。
  3. 如申請專利範圍第1項之彩色濾光片，其係藉由使該遮光層及著色層中至少一者之寬度隨機地不同，而該重疊部分之寬度的變動程度在顯示範圍全體中相同。
  4. 如申請專利範圍第1項之彩色濾光片，其係使該遮光層及該著色層中至少一者之排列節距隨機地不同，而且使該遮光層及該著色層中至少一者之寬度隨機地不同，而該重疊部分之寬度的變動程度在顯示範圍全體相同。
  5. 如申請專利範圍第1項之彩色濾光片，其係藉由使該遮光層及著色層中至少一者之排列節距在至少每3個畫素為不相同，而該重疊部分之寬度的變動程度在顯示範圍 全體中相同。
  6. 如申請專利範圍第1或5項之彩色濾光片，其係藉由使該遮光層及著色層中至少一者之寬度在至少每3畫素為不同，而該重疊部分之寬度的變動程度在顯示範圍全體中相同。
  7. 一種液晶顯示裝置，其係在第1方向及與其垂直之第2方向排列複數個畫素的液晶顯示裝置，其中具備彩色濾光片、與該彩色濾光片相對向之對向基板、及密封於該彩色濾光片與該對向基板之間的液晶，該彩色濾光片具備基板、設置於該基板之上的遮光層、與至少在該第1方向與該遮光層部分重疊之複數層著色層，在該遮光層及該著色層之重疊部分之該第1方向的寬度係在整個顯示範圍的全體中變動，而且該重疊部分之寬度的變動程度在顯示範圍全體中相同。
  8. 一種曝光遮罩，其係為了製造如申請專利範圍第1項之彩色濾光片，藉由各自裝載配置成行列狀之複數個曝光頭、並逐次地曝光在移動的曝光頭下之基板上的被曝光範圍，以形成遮光層及著色層中至少一者的曝光遮罩，其中具備形成為裂縫狀並透過光之複數個透過部份，而 該透過部份之寬度或所鄰接之透過部份的節距中至少一者的尺寸不同。
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