CN1492265A - 滤色板、其制造方法及包括滤色板的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤色板、其制造方法及包括滤色板的液晶显示器。该显示器包括彼此相对的上下面板。在下面板上，形成了彼此相交的多条栅极线和多条数据线，以限定呈矩阵排列的像素区。在下面板上还设置连接到栅极线和数据线的多个薄膜晶体管、以及连接到薄膜晶体管的多个像素电极。各像素电极包括透明电极和具有透射窗的高反射率的反射电极。在上面板上形成具有相对于像素区的孔的黑矩阵以及多个红、绿及蓝滤色器。各滤色器包括较厚和较薄部分，较厚部分与透射窗相对。

Description

滤色板、其制造方法及包括滤色板的液晶显示器

技术领域

本发明涉及滤色板、其制造方法、以及液晶显示器，尤其是包括滤色板的透反射型(transflective)液晶显示器。

背景技术

液晶显示器(“LCD”)是最流行的平板显示器之一，它包括具有场产生电极的两个平板和设置在平板之间的液晶层，它通过调节施加在电极上的电压以重排液晶层中的液晶分子来控制光穿过液晶层的透射率。

在那些LCD中最流行的一种是这样的：它在各板上具有电极，还具有多个用于切换施加到电极上的电压的薄膜晶体管(“TFT”)。通常，TFT设置在两板之一上。

这种LCD可以分成两种类型，一种是透射式，通过使来自称作背光的特定光源的光透过液晶层来显示图像；另一种是反射式，通过将外部光源例如自然光利用LCD的反光器反射到液晶层来显示图像。当今，正在研制以透射模式和反射模式两种模式工作的透反射型LCD。

另一方面，常规的LCD装配有红、绿、蓝滤色器以实现彩色显示。通过控制穿过各红、绿、蓝滤色器的光透射率，得到彩色图像。由于显示装置的特性，在显示装置中颜色的效果是不同的；通过调节滤色器的厚度或分布于滤色器中颜料的密度，修正或取得在显示装置中颜色效果的差别。

由于穿过滤色器的光量不同，因此透反射型LCD在透过模式和反射模式之间显示出不均匀的颜色再现性(color reproducibility)，这引起显示特性的降低。也就是说，呈透射模式的光穿过液晶层和滤色器仅一次而到达用户的眼睛，而呈反射模式的光穿过液晶层和滤色器两次。因此，两种模式中的颜色效果是不同的。

发明内容

提供一种液晶显示器，包括：衬底；以及形成在衬底上并具有由位置决定的厚度的滤色器。

液晶显示器优选包括主要采用外部光来显示图像的第一显示区域和主要采用设置在内部的光源显示图像的第二显示区域。在第一显示区域中滤色器的厚度优选小于第二显示区域中的。

根据本发明的实施例，滤色器包括第一部分和具有大于第一部分的厚度的第二部分，第一部分围绕第二部分。

优选地，滤色板还包括位于滤色器边缘附近的黑矩阵(black matrix)和比第一部分厚并位于滤色器边缘附近的第三部分。优选地，滤色器的第三部分至少部分地覆盖黑矩阵。

根据本发明的实施例，滤色板还包括在衬底上的共用电极。

提供一种制造液晶显示器用滤色板的方法，包括：在衬底上涂覆含有颜料的感光膜；将感光膜通过对于光能具有由位置决定的透射率的至少一个掩模暴露于光下；形成多个滤色器，通过使感光膜显影，各滤色器具有由位置决定的厚度。

根据本发明的实施例，至少一个掩模包括第一、第二、第三区域，在第一区域中、第二区域中和第三区域中，对于光能的透射率顺序地增加。第二区域优选包括狭缝图形或网格状图形。

根据本发明的实施例，感光膜是负性感光膜，进一步包括单体、光聚合引发剂和粘合剂。优选地，在曝光后感光膜至少一部分的不溶性在20％至60％的范围内。

提供一种透反射型液晶显示器，它包括：具有滤色器的第一面板，此滤色器具有由位置决定的厚度；相对第一面板的第二面板，其包括场产生电极，场产生电极包括透明电极和在透明电极上的具有开口的反射电极。

优选地，滤色器包括具有第一厚度的第一部分和具有大于第一厚度的第二厚度的第二部分，第二部分对着开口。

根据本发明的实施例，透明电极位于反射电极的下方，第二面板还包括设置在透明电极和反射电极之间的绝缘层。绝缘层优选包括不均匀图形。

根据本发明的实施例，第二面板还包括栅极线、数据线以及与栅极线、数据线和透明电极电连接的薄膜晶体管。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述和其他目的和优点将变得更为显而易见。其中：

图1是根据本发明实施例的透反射型LCD的TFT阵列面板的布局图；

图2是图1所示的沿线II-II′截取的包括TFT阵列面板的LCD的截面图；

图3A-3C是根据本发明实施例的制造方法步骤中透反射型LCD的滤色板的截面图；

图4是表示红、绿和蓝滤色器的光致抗蚀剂膜的剩余厚度与曝光能通量的函数关系的曲线图；

图5是表示具有不同厚度的红、绿和蓝滤色器的透射率与光波长的函数关系的曲线图；

图6是表示具有不同厚度的红、绿和蓝滤色器的颜色坐标的曲线图；

图7A、8A、9A、10A、11A和12A是根据本发明实施例的制造方法的步骤中透反射型LCD的TFT阵列面板的布局图；

图7B是图7A所示TFT阵列面板沿线VIIB-VIIB′截取的截面图；

图8B是图8A所示的TFT阵列面板沿线VIIIB-VIIIB′截取的截面图，这是图7B的下一个步骤；

图9B是图9A所示的TFT阵列面板沿线IXB-IXB′截取的截面图，这是图8B的下一个步骤；

图10B是图10A所示的TFT阵列面板沿线XB-XB′截取的截面图，这是图9B的下一个步骤；

图11B是图11A所示的TFT阵列面板沿线XIB-XIB截取的截面图，这是图10B的下一个步骤；以及

图12B是图12A的沿线XIIB-XIIB′截取的截面图，这是图11B的下一个步骤。

具体实施方式

以下将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的优选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式实现，且不应当局限于在此示出的实施例。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。相同的附图标记自始至终代表相同的元件。应理解，当将元件例如层、膜、区、衬底或面板称作在另一个元件“上”的时候，该元件可以直接在另一个元件的上面，或者也可以存在介于其间的元件。相反，当将元件称作“直接在另一个元件的上面”的时候，就不存在介于其间的元件。于是，将参考附图描述根据本发明实施例的滤色板、透反射型液晶显示器及其制造方法。

首先，参考图1和2详细描述根据本发明实施例的LCD的结构。

图1是根据本发明实施例的透反射型LCD的TFT阵列面板的布局图；图2是包括图1所示的TFT阵列面板的LCD沿线II-II’的截面图。

如图1和2所示，根据本发明实施例的LCD包括彼此面对的上和下面板400和600、以及设置在它们之间的液晶层。

多条栅极线22和多条数据线62形成在下面板400上，它们彼此相交以限定多个布置成矩阵中的像素区P。在各像素区P中，设置连接栅极线线和数据线22和62的TFT以及电连接到TFT的像素电极。每个像素电极包括优选地由透明导电膜制成的透明电极82和优选地由反射性导电膜制成并具有透射窗96的反射电极92。以下，把由透射窗96占据的区域称作“透过区”T，而像素区P的剩余部分称作“反射区”R。另外，以下把下面板对应于透过区T和反射区R的区域称作相同的名称和附图标记。

在上面板600上形成具有对应于像素区P的开口的黑矩阵120，在各像素区P上形成由共用电极140覆盖的红、绿或蓝滤色器130。对于红、绿和蓝各滤色器130，处于反射区R中的部分132具有与透过区中另一部分134不同的厚度。在此实施例中，透过区T中的部分132具有比在反射区R中的部分134更大的厚度。

此处，反射区R主要是用于利用从反射电极92反射的光显示图像，而透过区T主要是用于利用来自背光的光显示图像，背光是其自身的光源。

在根据本发明这一实施例的LCD中，在透过区T中的图像是由穿过滤色器130仅一次的光产生的；而反射区R中的那些图像是由这样的光产生的：该光在穿过滤色器130一次后达到反射电极92，然后在由反射电极92反射后再次穿过滤色器130。由于在反射区R中的滤色器130的厚度小于在透过区T中的，因此在两个区域T和R中的两种光几乎是以相同的程度经过滤色器130。因此，可以使两区域T和R的颜色再现性相等，由此改善LCD的显示性能。

接下来，详细描述根据本发明实施例的LCD的下面板400的结构。

下面板400包括绝缘衬底10。在衬底10上形成基本上以横向伸展的多条栅极线22。各栅极线22具有单层结构，其优选由低电阻的材料制成，例如银、银合金、铝或铝合金。选择性地，各栅极线22具有多层结构，包括由上面列出的材料制成的一层或多层，优选包括与其它材料具有好的接触特性的至少一层。各栅极线22一端附近的部分24将栅信号从外部装置传输到栅极线22，各栅极线22的多条分支26用作TFT的栅电极26。

优选由氮化硅(SiNx)等制成的栅绝缘层30覆盖栅极线22。

在相对于栅电极26的栅绝缘层30上形成优选由氢化非晶硅制成的多个半导体岛40，在半导体岛40上形成优选由硅化物或以n型杂质重度掺杂的n+氢化非晶硅制成的多对欧姆接触部55和56。相对于栅极线22中所对应的一个，每对欧姆接触部55和56中的一个接触部55与另一个接触部56隔开。

在欧姆接触部55和56以及栅绝缘层30上形成多条数据线62和多个漏极电极66。数据线62和漏极电极66优选包括具有低电阻的导电材料，例如铝或银。数据线62基本上以纵向伸展以与栅极线22交叉。数据线62的多条分支65伸展到各对欧姆接触部55和56中的接触部55的上表面以形成TFT的多个源极电极。各数据线62一端附近的部分68将数据信号从外部源传输到数据线62。相对于相应的栅极电极26，TFT的漏极电极66与数据线62隔开，并且位于各对欧姆接触部55和56的其它与源极电极65相对的接触部56的上面。

在数据线62、漏极电极66以及半导体岛40的没有被数据线62或漏极电极66所覆盖的部分上形成钝化层70，该钝化层优选由氮化硅或具有良好整平性的有机材料制成。

穿过钝化层70形成分别露出漏极电极66和数据线62的端部68的多个接触孔76和78，在钝化层70和栅绝缘层30中设置露出栅极线22的端部24的多个其它接触孔74。

在像素区P的钝化层70上形成多个透明电极82，透明电极82经过接触孔76电连接到漏极电极66。另外，在钝化层70上形成多个接触辅助件84、88，这些接触辅助件84、88分别经过接触孔74连接到栅极线22的端部24以及经过接触孔78连接到数据线62的端部68。透明电极82和接触辅助件84、88优选由透明导电材料制成，例如ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)。

在透明电极82上形成层间绝缘层34。层间绝缘层34优选由氮化硅、氧化硅或有机绝缘材料制成，并且具有多个至少部分露出透明电极82的接触孔36。

在层间绝缘层34上形成多个反射电极92。各反射电极92经过适当的接触孔36连接到相关的透明电极82，各反射电极92具有透射窗96。反射电极92优选由具有高反射系数的导电膜制成，例如铝、铝合金、银、银合金、钼或钼合金。在此，优选地，层间绝缘膜34具有粗糙的上表面，以使反射电极92的表面变得不平坦，由此增加反射电极92的反射。反射电极92中的一个和相关的透明电极82构成的对形成像素电极。反射电极92的透射窗96的形状是各种各样的，在像素区中的透射窗96的数量不限于一个，可以有两个或更多。

各像素电极82、92与栅极线22中的被称作前栅极线(previous gateline)22的一个(它将栅信号传输到与其相邻的像素行的TFT)重叠，以形成存储电容器。如果存储电容器的存储容量太小，则可以添加另外的存储电容器，此另外的存储电容器由与栅极线22相同的层制成的导体和像素电极82、92形成，或者由连接到像素电极82、92的其它导体形成。

各反射电极92和与其相邻的数据线62交叠，以使各像素区P的孔径比(aperture ratio)最大。

现在，详细描述根据本发明实施例的滤色板和LCD的TFT阵列面板的制造方法。

首先，参考图3A-3D详细描述根据本发明实施例的滤色板的制造方法。

如图3A所示，通过将具有良好遮光特性的材料对上绝缘衬底100的上表面进行沉积、并利用光掩模通过光刻技术对该沉积的材料进行构图，形成黑矩阵120。

然后，如图3B所示，在上绝缘衬底100的上表面上覆盖负性感光膜135。负性感光膜135是不溶于水的分散液，其中含有可光聚合的感光组份以及红、绿、蓝颜料之一，这些组份包括光聚合引发剂、单体、粘合剂等。此后，将感光膜135通过掩模200曝光，掩模200可以改变由不同区域A、B、C的感光膜135吸收的能量。

负性感光膜135的曝光部分的光聚合导致该部分不溶于碱性显影液中。具体而言，在曝光时，将光聚合引发剂激活成自由基引发剂，自由基引发剂诱导单体以产生自由基单体，然后，通过链式反应聚合，自由基单体聚合成聚合物。结果，感光膜135的曝光部分变得不可溶。

在此实施例中，显影后的感光膜135的厚度随位置而不同，这通过利用可以使由感光膜135所吸收的曝光能量变化的掩模，随着位置来改变感光膜135对于显影液的不溶程度来实现。将参考图4对此详细描述。

图4是表示对于红、绿、蓝滤色器的感光膜的剩余部分的厚度作为曝光能通量的函数的曲线图。

图4所示的曲线表示剩余部分的厚度对于30-170mJ/cm²范围内的曝光能通量的小变化，同时表示对于10-30mJ/cm²的范围内的曝光能通量的急剧变化。也就是说，由曝光能量所决定的粘合剂对于显影液的可溶性的急剧变化导致在后一范围内光聚合程度的急剧改变。这表示，通过在此范围内控制曝光能通量，可以很容易地调节感光膜剩余部分的厚度。通过改变单体和光聚合引发剂的类型以及它们的混合比，可以控制作为曝光能通量的函数的剩余部分的厚度的斜率。

此处，起始能量几乎完全转移到感光膜135在区域A中的部分，而起始能量几乎完全被遮蔽而没有到达区域B中的部分。感光膜135在区域C中的部分接收到部分起始能量，其通量范围从10-30mJ/cm²。

利用具有带狭缝图形或网格图形的半透明部分的掩模200，可以得到区域C。当采用狭缝图形时，优选狭缝的宽度或在狭缝间的距离小于在此步骤中采用的曝光机的分辨率。选择性地，通过使其上的层的厚度根据位置进行变化或者利用具有不同透射率的多个层，得到具有半透明部分的掩模200。

在此实施例中，当通过掩模200曝光时，区域C中的部分部分地聚合，优选地为20-60％。

利用碱溶液对感光膜135显影。然后，如图3C所示，得到了滤色器130，它具有不同厚度的两部分132、134。

通过对红、绿、蓝滤色器重复进行这些步骤，得到了滤色器阵列。

最后，在滤色器130和黑矩阵120上形成优选由透明导电材料例如ITO和IZO制成的共用电极140。

虽然本发明的这一实施例采用单个掩模200，该掩模可以依据位置给出不同的曝光能量，但是其它实施例采用两个或更多的掩模，各掩模给出不同的曝光能量。

根据本发明的另一实施例，与黑矩阵120交叠的滤色器130的边缘部分基本上具有与部分132相同的厚度，如图3D所示。也就是说，区域A处于区域B和C之间的位置上，并且在相应于透射窗的位置上。这使得在区域C中的滤色器135的厚度均匀，并防止了显影时滤色器132的边缘脱离。

接下来，描述在透过区T和反射区R之间具有不同厚度的红、绿、蓝滤色器的透射率和颜色坐标(color coordinate)。

图5是表示根据本发明实施例的、具有不同厚度的红、绿和蓝滤色器的透射率与用于透过区T和反射区R的入射光的波长的函数关系的曲线图；图6是表示根据本发明实施例的、具有不同厚度的红、绿和蓝滤色器的颜色坐标的曲线图。

在透过区T和反射区R中，滤色器的厚度分别为约0.8微米和0.4微米。通过在大约0.2-2微米的范围内调节滤色器的厚度而获得的颜色再现性是约16％。在图5中，实线表示透过区T中的红、绿和蓝滤色器的透射率，而虚线表示反射区R中的。在图6中，“T”表示透过区T中的颜色坐标，“R”表示反射区“R”中的。

如图5所示，观察到在透过区T和反射区R中各滤色器的透射率是不同的，且认为这是由两个区域T和R中厚度的差别导致的。因此，适当调节滤色器使得可以实现区域T和R中不同的颜色再现。

如图6所示，在透过区T中颜色的再现性约为16％，而在反射区中约为8％。

根据NTSC(全国电视***委员会)，显示装置的颜色再现性定义为CIE(Commission Intemationale del’Eclairage)颜色坐标***中包括连接显示器的红、绿、蓝色的单色点的线段的三角形面积相对于由NTSC给出的标准面积的比值。

现在，参考图7A-12B以及图1和2详细描述根据本发明实施例的TFT阵列面板的制造方法。

首先，如图7A和7B所示，具有低电阻的导电材料淀积在下玻璃衬底10的上表面上并且构图，以形成多条基本上沿横向延伸的并包括多个栅极电极的栅极线22。

接下来，依次淀积三层，即：优选由氮化硅制成的栅绝缘层30；优选由非晶硅制成的半导体层；以及掺杂非晶硅层。利用光掩模依次对上部的半导体层和掺杂非晶硅层这两层进行构图，以相对于栅极电极24形成多个半导体岛40和其上的多个掺杂非晶硅岛5，如图8A和8B所示。

随后，淀积导电层，并利用光刻构图以形成多条与栅极线22交叉的数据线62和多个漏极电极62。各数据线62包括多个源极电极65，源极电极65延伸到相应的掺杂非晶硅岛50的上表面。漏极电极66与数据线62分离并相对于栅极电极26而与相关的源极65对立。

此后，如图9A和9B所示，除去掺杂非晶硅岛50的没有被数据线62和漏极电极66覆盖的部分，使得将各掺杂非晶硅岛50分成两个相对于栅极电极26的欧姆接触部55和56，并露出半导体岛40的在掺杂非晶硅岛50的被除去部分下方的部分。优选进行氧等离子体处理，以稳定半导体岛40的露出部分的表面。

然后，通过淀积具有低介电常数和良好平坦性的有机材料或绝缘材料例如氮化硅，形成钝化层70。此后，如图10A和10B所示，通过利用光刻的干蚀刻来对钝化层70和栅绝缘层30进行构图，以分别形成露出栅极线22的端部24、漏极电极66、以及数据线62的端部68的多个接触孔74、76和78。

随后，如图11A和11B所示，利用光掩模淀积并构图ITO层或IZO层，以形成多个透明电极82，这些透明电极82经过接触孔76连接到相关的漏极电极66，且多个接触辅助件86和88经过接触孔74和78分别连接栅极线22的端部24和数据线62的端部68。

现在，如图12A和12B所示，通过淀积有机绝缘材料并利用光刻对其构图，形成具有多个露出透明电极82的接触孔36的层间绝缘层34。优选地将不平坦图形设置在层间绝缘层34上。

最后，如图1和2所示，通过淀积并构图具有高反射率的导电层例如铝、银或钼，形成均具有透射窗96的多个反射电极92。由于下层层间绝缘层34的不均匀图形，反射电极92优选地具有凹凸图案，这增加了反射电极92的反射。

已经参考优选实施例对本发明进行了详细描述，但应理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，涵盖包括在所附权利要求的实质和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (20)

1.一种用于液晶显示器的滤色板，包括：

衬底；以及

形成在衬底上并具有由位置决定的厚度的滤色器。

2.根据权利要求1的滤色板，其中，液晶显示器包括主要采用外部光显示图像的第一显示区域和主要采用设置在其中的光源显示图像的第二显示区域。

3.根据权利要求2的滤色板，其中，第一显示区域中的滤色器的厚度小于第二显示区域中的。

4.根据权利要求1的滤色板，其中，滤色器包括第一部分和具有大于第一部分的厚度的第二部分，第一部分围绕第二部分。

5.根据权利要求4的滤色板，还包括位于滤色器边缘附近的黑矩阵。

6.根据权利要求5的滤色板，其中，滤色器还包括比第一部分厚并位于滤色器边缘附近的第三部分。

7.根据权利要求6的滤色板，其中，滤色器的第三部分至少部分地与黑矩阵交迭。

8.根据权利要求1的滤色板，还包括在衬底上的共用电极。

9.一种制造用于液晶显示器的滤色板的方法，该方法包括：

在衬底上涂覆含有颜料的感光膜；

通过对于光能具有由位置决定的透射率的至少一个掩模，将感光膜暴露于光下；以及

形成多个滤色器，各滤色器通过使感光膜显影而具有由位置决定的厚度。

10.根据权利要求9的方法，其中，该至少一个掩模包括第一、第二和第三区域，对光能的透射率在第一区域中、第二区域中和第三区域中顺序增加。

11.根据权利要求10的方法，其中，第二区域包括狭缝图形或网格图形。

12.根据权利要求9的方法，其中，感光膜是负性感光膜。

13.根据权利要求12的方法，其中，感光膜还包括单体、光聚合引发剂和粘合剂。

14.根据权利要求13的方法，其中，曝光后的感光膜的至少一部分的不溶性在20％至60％的范围内。

15.一种透反射型液晶显示器，包括：

具有滤色器的第一面板，此滤色器具有由位置决定的厚度；以及

与第一面板相对的第二面板，第二面板包括场产生电极，该场产生电极包括透明电极和透明电极上的具有开口的反射电极。

16.根据权利要求15的透反射型液晶显示器，其中，滤色器包括具有第一厚度的第一部分和具有大于第一厚度的第二厚度的第二部分，第一部分与开口相对。

17.根据权利要求16的透反射型液晶显示器，其中，透明电极位于反射电极的下方。

18.根据权利要求17的透反射型液晶显示器，其中，第二面板还包括设置在透明电极和反射电极之间的绝缘层。

19.根据权利要求18的透反射型液晶显示器，其中，绝缘层包括不平坦的图形，且反射电极具有凹凸不平的图案。

20.根据权利要求15的透反射型液晶显示器，其中，第二面板还包括栅极线、数据线以及与栅极线、数据线和透明电极电连接的薄膜晶体管。

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