CN100428018C - 液晶显示装置用滤色器基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶显示装置用滤色器基板及其制造方法，其能够实现用于液晶彩色显示的6色图案的高色纯度，并能够实现便宜的制造。该滤色器基板包括由3原色R、G、B的彩色层形成的3原色的子像素区、以及由3原色的补色(即C、M和Y)的子像素区，各子像素区是通过将3原色的彩色层中的两个布置为使这两个彩色层彼此相邻而形成的。各补色子像素区的彩色层厚度大于各原色子像素区的彩色层厚度。为了补偿该厚度差，形成对透射率没有影响的透明树脂层，以使彩色层的接触液晶层的表面齐平。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够实现高色纯度的液晶显示(LCD)装置用滤色器基板及其制造方法。
背景技术
近来，在平板显示器(FPD)领域中，已积极地对液晶显示器(LCD)、等离子体显示板(PDP)、场发射显示器(FED)、真空荧光显示器(VFD)等进行了研究。
目前，LCD因其批量生成技术、容易驱动、高图像质量等而受到关注。LCD是一种利用液晶的折射率各向异性在屏幕上显示信息的装置。
作为高色纯度的颜色显示的传统技术，有如下两个示例。
第一种传统技术是在反射型LCD中使用的滤色器。该滤色器包括第一层和第二层。第一层具有分别包括3补色(即，黄色(Y)、洋红色(M)和青色(C))的彩色图案的三个区域。第二层具有分别包括3补色的彩色图案且与第一层部分地交叠的三个区域。因此，通过使3补色的彩色图案中的两个彼此交叠，形成3原色(即，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))的彩色图案。因此，该技术利用6种颜色可以显示具有高色纯度的颜色。例如，在日本专利申请特开平第10-307205号公报中公开了该技术。
第二种传统技术是采用宾主模式(guest-host mode)执行全彩色显示的LCD中的显示器。该显示器包括分别显示3原色R、G和B的第一彩色区域、以及分别显示3补色C、M和Y的第二彩色区域。各第二彩色区域与原色对应于补色的第一彩色区域交叠。因此，该技术可以显示具有高色纯度的颜色。例如，在日本专利申请特开第2005-107227号公报中公开了该技术。
这两种传统技术通过利用3种颜色作为基色并将这三种颜色的彩色层中的两个彩色层组合为使这两个彩色层彼此交叠，从而实现了6种或更多种颜色的彩色显示。
然而，在两种颜色的彩色层沿LCD中的显示方向彼此交叠的情况下(就像上述传统技术中一样)，与透射了单色的单层的光相比，沿该显示方向发出的光表现为透射率降低。这是因为入射光的与透射的两种颜色相对应的两个谱被吸收。
发明内容
因此，本发明提出了一种液晶显示装置用滤色器基板及其制造方法，其基本消除了由于现有技术的局限和缺点而引起的一个或更多个问题。
本发明的一个目的是提供一种液晶显示装置用滤色器基板及其制造方法，其能够实现用于液晶彩色显示的6色图案的高色纯度，并能够实现便宜的制造。
本发明的另外的优点、目的和特点将部分地在后面的描述中阐述，并且部分地将在本领域的普通技术人员分析以下说明时变得显而易见，或者可以通过实践本发明而被了解。通过在书面说明书及权利要求书以及附图中具体指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其他优点。
为了实现这些目的和其他优点并且根据本发明的目的，如在此实施和宽泛描述的，一种液晶显示装置用滤色器基板包括：透明绝缘基板；和形成在所述透明绝缘基板上的单层滤色器层，所述滤色器层具有至少6种彩色图案，其中，所述滤色器层包括红色、绿色和蓝色的三原色的彩色图案部分以及所述三原色的补色的3种彩色图案部分，各补色的彩色图案部分是通过将所述三原色的彩色图案中的至少两种布置为彼此相邻而形成的，其中，所述滤色器层在所述三原色的各彩色图案部分处和在所述补色的各彩色图案部分处分别具有不同的厚度。
所述滤色器层在所述补色的彩色图案部分处的厚度可以大于所述滤色器层在所述三原色的彩色图案部分处的厚度。
所述滤色器基板还可包括：透明树脂层，其形成在所述透明绝缘基板上，使所述透明树脂层与所述三原色的彩色图案部分交叠。所述透明树脂层可以具有这样的厚度，该厚度等于所述滤色器层在所述三原色的彩色图案部分处的厚度与所述滤色器层在所述补色的彩色图案部分处的厚度的差。
在本发明的另一方面中，一种液晶显示装置用滤色器基板的制造方法包括：在透明绝缘基板上淀积透明树脂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的透明树脂，从而形成透明树脂层；在所述透明绝缘基板上淀积红色着色剂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的红色着色剂，从而形成红色滤色器层；在所述透明绝缘基板上淀积绿色着色剂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的绿色着色剂，从而形成绿色滤色器层；在所述透明绝缘基板上淀积蓝色着色剂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的蓝色着色剂，从而形成蓝色滤色器层，其中，在所述透明绝缘基板的其上形成有所述透明树脂层的部分上，将各所述红色、绿色和蓝色滤色器层形成为使所述滤色器层与所述透明树脂层交叠，并且在所述透明绝缘基板的其上形成有所述透明树脂层的所述透明绝缘基板部分之外的部分上，将各所述红色、绿色和蓝色滤色器层形成为使该滤色器层被布置为与红色、绿色和蓝色的所述滤色器层中的另一滤色器层相邻。
应该理解，本发明的前面的一般描述和后面的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所提出的本发明的进一步的解释。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步的理解，附图被并入构成了本发明的一部分，附图示出了本发明的实施例并且与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了解释根据本发明实施例的LCD用滤色器基板的结构的平面图；
图2A至图2C分别示出了沿图1所示的I-I’线、II-II’线、III-III’线截取的截面图；
图3示出了解释在包括根据本发明的LCD滤色器的LCD的显示屏上的色纯度的xy色度图；
图4A至图4C示出了解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法的截面图；
图5A至图5C示出了解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法的截面图；
图6A至图6C示出了解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法的截面图；
图7A至图7C示出了解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法的截面图；
图8A至图8C示出了解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法的截面图；
图9A至图9C示出了解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法的截面图；以及
图10A至图10C示出了解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法的截面图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。只要可能，在所有附图中将使用相同的标号来指示相同或相似的部分。
在下文中，将参照图1至图10C来描述本发明的实施例。
图1示出了解释根据本发明实施例的液晶显示(LCD)装置用滤色器基板的结构的平面图。图2A至图2C分别示出了沿图1所示的I-I’线、II-II’线、III-III’线截取的截面图。
图3示出了解释在包括根据本发明的LCD滤色器的LCD的显示屏上的色纯度的xy色度图。
图4A至图10C示出了各个制造处理步骤的截面图，解释图1和图2所示的滤色器基板的制造方法。
<实施例>
图1示意性地示出了根据本实施例的滤色器基板的整体结构。
如图1所示，滤色器基板100包括以矩阵形式规则地布置的多个像素。每个像素包括6种颜色的子像素区。
具体地，每个像素包括6个子像素区，即，红色(R)像素区2、绿色(G)像素区4、蓝色(B)像素区6、黄色(Y)像素区8、洋红色(M)像素区10、以及青色(C)像素区12。
在此情况下，Y像素区8由R像素区2的滤色器和G像素区4的滤色器的组合形成。M像素区10由R像素区2的滤色器和B像素区6的滤色器的组合形成。C像素区12由G像素区4的滤色器和B像素区6的滤色器的组合形成。
此外，可以在设计阶段根据显示屏的颜色再现能力，来确定用于形成各个子像素Y像素区8、M像素区10和C像素区12的用于R像素区2的滤色器、用于G像素区4的滤色器和用于B像素区6的滤色器的组合比例。
按如图1所示的图案的形式来排列6色子像素区。然而，也可应用诸如镶嵌(斜纹)图案或三角状(三角形)图案的其他排列图案。
在下文中，将参照图2A至图2C来描述图1所示的6个子像素区2、4、6、8、10和12的截面结构。
在图2A至2C中共同的是，滤色器基板100具有这样的截面结构，该截面结构包括：透明绝缘基板20，其由诸如玻璃的透明绝缘材料制成；透明树脂层16，其由对透射率没有影响的透明材料(诸如丙烯酸类树脂)制成；3色(即，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))彩色层(滤色器层)；和黑底14，用于屏蔽通过这些彩色层之间的间隙的入射光。
现在将详细描述图2A至图2C中分别示出的截面结构。
图2A示出了沿图1的线I-I’截取的截面图。图2A示出了R像素区2和Y像素区8的结构。
如图2A所示，通过将透明树脂层16与红色(R)彩色层交叠，形成了R像素区2的截面结构。通过将绿色(G)彩色层和红色(R)彩色层布置为使它们彼此相邻，形成了Y像素区8的截面结构。
与R像素区2相似，由以上两种彩色层的组合形成的Y像素区8对应于一个子像素区。然而，在Y像素区8中，红色(R)彩色层和绿色(G)彩色层的组合比例是1∶1。
在R像素区2中的红色(R)彩色层的厚度为d1并且R像素区2中的透明树脂层的厚度为d2的情况下，Y像素区8中的红色(R)彩色层和绿色(G)彩色层两者的厚度都为“d1+d2”。即，Y像素区8的彩色层比R像素区2的彩色层厚出透明树脂层16的厚度。
在本实施例中，虽然R像素区2的彩色层厚度和Y像素区8的彩色层厚度彼此不同，但是由于通过设置透明树脂层16消除了厚度差，所以R像素区2和Y像素区8之间的边界具有齐平的表面。因此，不会出现延迟(retardation)而引起显示亮度不均。
图2B示出了沿图1的线II-II’截取的截面图。图2B示出了G像素区4和M像素区10的结构。
如图2B所示，通过将透明树脂层16与绿色(G)彩色层交叠，形成了G像素区4。通过将蓝色(B)彩色层和红色(R)彩色层布置为使它们彼此相邻，形成了M像素区10。
即，除了各彩色层的颜色外，图2B的情况就截面结构而言与图2A的情况是相同的。因此，未给出对G像素区4和M像素区10的截面结构的详细描述。
图2C示出了沿图1的线III-III’截取的截面图。图2C示出了B像素区6和C像素区12的结构。
如图2C所示，通过将透明树脂层16与蓝色(B)彩色层交叠，形成了B像素区6。通过将蓝色(B)彩色层和绿色(G)彩色层布置为使它们彼此相邻，形成了C像素区12。
与图2B的情况类似，除了各彩色层的颜色外，图2C的情况就截面结构而言与图2A和图2B的情况是相同的。因此，未给出对B像素区6和C像素区12的截面结构的详细描述。
在下文中，将参照图3详细描述根据仿真的结果而展现的色纯度，所述仿真是针对包括根据本实施例的滤色器基板的LCD装置中的显示屏执行的。
图3示出了描绘针对使用滤色器基板100的LCD装置执行的仿真的结果的xy色度图。在针对该LCD装置的仿真中，将传统上使用的普通3波长管的荧光灯用作背光。即使在使用LED(与荧光灯相比，其展示出低的功耗并可更灵活地调节输出光的波长)的情况下，也可获得相同的结果。
在图3的xy色度图中，由连接三个点R、G和B的虚线画出的三角形表示3原色(即R、G和B)的色度。沿该三角形的外周画出的马蹄形区域表示由国际照明委员会(CIE)规定的可视范围的边界。该xy色度图显示出，朝向该马蹄形区域的内侧，饱和度(色纯度)逐渐减小。
当一颜色根据3原色(红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))的迭加混合而实现时，仅可再现在xy色度图上由具有与多个基准色所表示的点相对应的顶点的多边形所限定的色域(color gamut)。
例如，在与根据上述实施例的截面结构不同的、形成红色(R)子像素区2、绿色(G)子像素区4和蓝色(B)子像素区6的彩色层具有与由3原色的彩色层的组合分别形成的黄色(Y)像素区8、洋红色(M)像素区10和青色(C)像素区12的彩色层相同的厚度的情况下，利用如传统上使用的荧光灯等可显示的色域位于由xy色度图上的三角形RGB所限定的范围内。
另一方面，在根据本实施例的截面结构的情况下，利用如传统上使用的荧光灯等可显示的色域位于由xy色度图上的六边形RYGCBM所限定的范围内。即，通过将黄色(Y)像素区8、洋红色(M)像素区10和青色(C)像素区12的彩色层形成为使其比红色(R)子像素区2、绿色(G)子像素区4和蓝色(B)子像素区6的彩色层更厚，在LCD显示屏上实现了高色纯度。
这显示出可以更确定地显示子像素区的彩色图案，并且依靠比传统情况的更厚的黄色(Y)像素区8、洋红色(M)像素区10和青色(C)像素区12的彩色层部分，提高了可显示色域的色纯度。
在下文中，将参照图4A至10C详细描述在图1和图2中示出的根据本实施例的滤色器基板100的制造方法。
图4A至图4C分别示出了与沿图1的线I-I’、II-II’和III-III’截取的截面相对应的截面图，并且示出了滤色器基板100的制造方法的第一处理步骤。
在该第一处理步骤中，在例如由玻璃制成的透明绝缘基板20上在R、G、B子像素区2、4、6以及C、M、Y子像素区8、10、12之间的边界处形成黑底(以下称为“BM”)14。之后，在透明绝缘基板20上形成透明树脂层16。
与传统情况相同，可以使用铬作为BM 14的材料。或者出于减少表面反射的目的，可以使用氧化铬(CrOx)的BM或树脂的BM。
与传统情况相同，可以利用光刻(PEP)工艺来形成BM 14。
可以使用透明树脂(诸如丙烯酸类树脂)作为透明树脂层16的材料。如图4A至4C所示，在透明绝缘基板20的整个上表面上形成透明树脂层16。
接着，图5A至图5C分别示出了与沿图1的线I-I’、II-II’和III-III’截取的截面相对应的截面图，并且示出了滤色器基板100的制造方法的第二处理步骤。
在该第二处理步骤中，根据PEP工艺去除在上述第一处理步骤中形成在透明绝缘基板20上的透明树脂层16的多余部分。
在本实施例中，优选的是，仅保留R、G、B子像素区2、4、6中的透明树脂层16，从而实现形成R、G、B子像素区2、4、6的彩色层的表面与形成C、M、Y子像素区8、10、12的彩色层的表面齐平。即，优选的是，作为多余部分，去除透明树脂层16的与C、M、Y子像素区8、10、12分别对应的部分。如图5A至图5C所示，随着多余部分的去除，透明树脂层16的必要部分分别对应于R、G、B子像素区2、4、6。
接着，图6A至图6C分别示出了与沿图1的线I-I’、II-II’和III-III’截取的截面相对应的截面图，并且示出了滤色器基板100的制造方法的第三处理步骤。
在该第三处理步骤中，如图6A至6C所示，在透明绝缘基板20的整个上表面上形成红色(R)彩色层22。在此情况下，将红色(R)彩色层22形成为具有齐平的表面。用于R彩色层22的染料或颜料(着色剂)与传统情况所使用的相同。
接着，图7A至图7C分别示出了与沿图1的线I-I’、II-II’和III-III’截取的截面相对应的截面图，并且示出了滤色器基板100的制造方法的第四处理步骤。
在该第四处理步骤中，利用PEP工艺去除在第三处理步骤中形成在透明绝缘基板20上的R彩色层22的多余部分。
图7A示出了与图2A相对应的截面图。如图7A所示，将R彩色层22保留在像素区2和Y像素区8的一半部分中，同时从Y像素区8的剩余的一半部分中去除R彩色层22。
图7B示出了与图2B相对应的截面图。如图7B所示，将R彩色层22保留在M像素区10的一半部分中，同时从M像素区10的剩余的一半部分中去除R彩色层22。
图7C示出了与图2C相对应的截面图。如图7C所示，因为R彩色层22在B像素区6和C像素区12中是多余的，所以从B像素区6和C像素区12中完全去除R彩色层22。
接着，图8A至图8C分别示出了与沿图1的线I-I’、II-II’和III-III’截取的截面相对应的截面图，并且示出了滤色器基板100的制造方法的第五处理步骤。
在该第五处理步骤中，如图8A至8C所示，在上述第四处理步骤的完成状态下，在透明绝缘基板20的整个上表面上形成绿色(G)彩色层24。在此情况下，将绿色(G)彩色层24形成为具有齐平的表面。用于G彩色层24的染料或颜料(着色剂)与传统情况所使用的相同。
接着，图9A至图9C分别示出了与沿图1的线I-I’、II-II’和III-III’截取的截面相对应的截面图，并且示出了滤色器基板100的制造方法的第六处理步骤。
在该第六处理步骤中，利用PEP工艺去除在第五处理步骤中形成在透明绝缘基板20上的G彩色层24的多余部分。
图9A示出了与图2A相对应的截面图。如图9A所示，将G彩色层24保留在Y像素区8的一半部分中，同时从Y像素区8的剩余的一半部分中去除G彩色层24。
图9B示出了与图2B相对应的截面图。如图9B所示，将G彩色层24保留在G像素区4中，同时从M像素区10中去除G彩色层24。
图9C示出了与图2C相对应的截面图。如图9C所示，将G彩色层24保留在C像素区12的一半部分中，同时从C像素区12的剩余的一半部分中去除G彩色层24。
接着，图10A至图10C分别示出了与沿图1的线I-I’、II-II’和III-III’截取的截面相对应的截面图，并且示出了滤色器基板100的制造方法的第七处理步骤。
在该第七处理步骤中，如图10A至图10C所示，在上述第六处理步骤的完成状态下，在透明绝缘基板20的整个上表面上形成蓝色(B)彩色层26。在此情况下，将蓝色(B)彩色层26形成为具有齐平的表面。用于B彩色层26的染料或颜料(着色剂)与传统情况所使用的相同。
最后，如图10A至图10C所示，利用PEP工艺去除在第七处理步骤中形成在透明绝缘基板20上的B彩色层26的多余部分。
具体地说，从R像素区2和Y像素区8中完全去除图10A所示的B彩色层26。
将图10B所示的B彩色层26保留在M像素区10的一半部分中，同时从G像素区4和M像素区10的剩余的一半部分中去除B彩色层26。
将图10C所示的B彩色层26保留在B像素区6和C像素区12的一半部分中，同时从C像素区12的剩余的一半部分中去除B彩色层26。
当执行了上述处理步骤时，完成了图2所示的截面结构。
虽然在本实施例中将该制造方法描述为包括第一至第七处理步骤，但是也可以执行另一制造方法，在该制造方法中，除了在第一处理步骤中形成BM 14之外，形成透明树脂层16、R彩色层22、G彩色层24和B彩色层26的处理步骤可以根据各种顺序模式而改变。
根据以上描述清楚的是，根据本实施例，利用对透光率没有影响的透明树脂层16使3原色(即，R、G和B)彩色层的接触液晶层的表面齐平，从而补偿了R、G、B子像素区2、4、6中的彩色层和补色子像素区(其根据与3原色中彩色层被布置得彼此相邻的两个原色相对应的彩色层的排列来显示3原色的补色)中的彩色层之间的厚度差，可以在不降低面板的透射率的情况下实现用于液晶彩色显示的6色图案的高色纯度。
此外，利用3原色的传统彩色层可以制造上述面板。
本发明可以提供一种LCD装置用滤色器基板及其制造方法，其通过将具有至少6种颜色的彩色图案的单层滤色器层形成为使其包括3原色(即，红色、绿色和蓝色)的彩色图案部分以及3原色的补色的彩色图案部分(每个都是通过将原色图案部分中的至少两种形成为使这两种原色图案部分彼此相邻而形成的)，使滤色器层在补色图案部分比在原色图案部分具有更大的厚度，从而能够实现用于液晶彩色显示的6色图案的高色纯度，并能够实现便宜的制造。
本发明还可以提供一种LCD装置用滤色器基板及其制造方法，其通过将透明树脂层形成为使其与3原色的彩色图案部分交叠，并通过该透明树脂层使该彩色图案部分的与液晶层接触的表面齐平，从而能够在不降低面板的透射率的情况下实现用于液晶彩色显示的6色图案的高色纯度。
对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因此，如果本发明的这些修改和变型落入所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明旨在包括这些修改和变型。
本申请要求于2005年11月22日提交的第2005-336952号日本专利申请的权益，通过引用将其包括于此，就像在此完全阐述一样。
Claims (4)
1、一种液晶显示装置用滤色器基板，所述滤色器基板包括：
透明绝缘基板；和
形成在所述透明绝缘基板上的单层滤色器层，所述滤色器层具有至少6种彩色图案，
其中，所述滤色器层包括红色、绿色和蓝色的三原色的彩色图案部分以及所述三原色的补色的3种彩色图案部分，每种补色的彩色图案部分是通过将所述三原色的彩色图案中的至少两种布置为彼此相邻而形成的，
其中，所述滤色器层在所述三原色的各彩色图案部分处和在所述补色的各彩色图案部分处分别具有不同的厚度。
2、根据权利要求1所述的滤色器基板，其中，所述滤色器层在所述补色的彩色图案部分处的厚度大于所述滤色器层在所述三原色的彩色图案部分处的厚度。
3、根据权利要求1所述的滤色器基板，该滤色器基板还包括：
透明树脂层，其形成在所述透明绝缘基板上，所述透明树脂层在所述三原色的彩色图案部分处与所述滤色器层交叠，
其中，所述透明树脂层具有这样的厚度，该厚度等于所述滤色器层在所述三原色的彩色图案部分处的厚度与所述滤色器层在所述补色的彩色图案部分处的厚度的差。
4、一种液晶显示装置用滤色器基板的制造方法，该方法包括：
在透明绝缘基板上淀积透明树脂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的透明树脂，从而形成透明树脂层；
在所述透明绝缘基板上淀积红色着色剂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的红色着色剂，从而形成红色滤色器层；
在所述透明绝缘基板上淀积绿色着色剂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的绿色着色剂，从而形成绿色滤色器层；以及
在所述透明绝缘基板上淀积蓝色着色剂，并通过掩模曝光部分地去除所淀积的蓝色着色剂，从而形成蓝色滤色器层；
其中，在所述透明绝缘基板的其上形成有所述透明树脂层的部分上，将各所述红色、绿色和蓝色滤色器层形成为使该滤色器层与所述透明树脂层交叠，并且在所述透明绝缘基板的其上形成有所述透明树脂层的所述透明绝缘基板部分之外的部分上，将各所述红色、绿色和蓝色滤色器层形成为使该滤色器层被布置为与所述红色、绿色和蓝色滤色器层中的另一滤色器层相邻。
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