TWI291042B - Color filter and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

1291042 、 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種彩色濾光片及一種彩色濾光片之製造 方法。 【先前技術】 由於液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD)為非主 動發光之元件，必須透過内部之背光源提供光源，搭配驅 動1C與液晶控制形成黑、白兩色之灰階顯示，再透過彩色 濾光片（Color Filter，CF)之紅(R)、綠（G)、藍（B)三種顏色層 - 提供色相，形成彩色顯示晝面，因此彩色濾光片為液晶顯 • 示器彩色化之關鍵零組件。 彩色濾光片為達到高解析度、高色彩對比度以及為避 免出現LCD各次像素間漏光現象之出現，利用黑矩陣 _ (Black Matrix，BM)將紅、綠、藍三種顏色層分別隔開。 黑矩陣之材料一般為金屬，如鉻，或有機材料，如碳黑樹 脂材料。金屬鉻係一種對環境不利之元素，且於製程過於丨/ 繁瑣。因此，以碳黑樹脂材料製造黑矩陣為一個發展趨勢。/ 傳統運用顏料分散-光微影法以碳黑樹脂材料製造黑 矩陣時，由於最終要求黑矩陣之厚度相對較薄，因太厚會 使黑矩陣曝光不元全’而光學密度（Optical Density)值要 南。而且傳統奴黑樹脂材料於曝光顯影後表面之平整度， 7 1291042 因受碳黑不易被顯影帶走，且又係非連續相之影響，而較 不平整。當以喷墨法製造彩色濾光片時，墨水較容易潤濕 不平整之表面，故相鄰之顏色墨水容易發生混色之現象。 常見之解決方法為傳統黑矩陣上形成上一擋牆層。惟如此 一來，喷墨法製程簡單之優點即不易凸顯。 【發明内容】 有鑒於此，有必要提供一種於製造中可省去形成擔牆 層之彩色濾光片及一種彩色濾光片之製造方法。 一種彩色濾光片包括一基板、一位於基板上之黑矩陣，該黑 矩陣限定複數次像素區及位於複數次像素區中藉由喷墨法形成之 複數顏色層。該黑矩陣組成包括：5至55 wt%之碳黑、15至95 wt%之高分子聚合體以及40 wt%及以下之其他添加物。 一種彩色遽光片之製造方法，包括以下步驟： 於一基板上形成一黑矩陣，該黑矩陣組成包括：5至55 wt% 之碳黑、15至95 wt%之高分子聚合體以及4〇 wt%及以下之其他 添加物，該黑矩陣限定複數次像素區； 藉由一喷墨裝置利用喷墨法將墨水填充至複數次像素區； 乾燥固化複數次像素區中之墨水，而形成複數顏色層。 一種彩色濾光片之製造方法，包括以下步驟： 提供一喷墨法彩色濾光片製程之黑矩陣用之光阻材料，該光 阻材料組成包括：佔光阻材料中所有可固化成分之比例5至55 1291042 wt%之礙黑、佔光阻材料中所有可固化成分之比例15至95㈣之 單體或寡㈣或高分子錢彳纟触材料巾所有可固化成分 之比例40 wt%及以下之其他添加物； 於一基板上塗佈該光阻材料，然後經乾燥，曝光，顯影及固 化該光阻材料層而形成黑矩陣，該黑矩陣限定複數次像素區； 藉由一喷墨裝置利用喷墨法將墨水填充至複數次像素區； 乾燥固化複數次像素區中之墨水，而形成複數顏色層。 相較於先前技術，所述之彩色濾光片之黑矩陣單層結構 即能達成喷墨法彩色遽光片製程中之傳統黑矩陣與播牆雙 • 層結構之效果。所述之彩色遽光片之製造方法，省去了製 、作擋牆之步驟，使製造工時減少，成本降低。 【實施方式】 下面將結合附圖對本發明實施例作進一步之詳細說 明。 > 請參閱圖1，本發明第一實例提供之一彩色濾光片 100，該彩色濾光片100包括一基板102、位於基板102上 之黑矩陣106及位於由黑矩陣106限定之複數次像素區中 之複數顏色層114。 基板102可採用玻璃或塑膠板或矽晶片之基板。黑矩 陣106組成包括：5至55wt%之碳黑、15至95 wt%之高分子聚 合體以及40 wt%及以下之其他添加物。 9 1291042 優選的，黑矩陣106之厚度為1.2至10微米（//m)，較佳 為 1.5 至 6// m。 優選的，碳黑之較佳比例為b至45 wt%。 優選的’高分子聚合體之較佳比例為25至85 wt%。而 優選之材料，包括單體或寡聚物與光起始劑形成之高分子 ?队合體或包括高分子樹脂。高分子樹脂包括但不限於壓克 力樹月曰，單體或寡聚物包括但不限於三經曱基丙烧三丙烯 酸醋、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季 戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯中之一種或幾 種。 優k的’其他添加物包括反應後剩下起始劑或分散劑。 其中，該起始劑包括光起始劑。該光起始劑包括：二（二 甲基胺基）二苯甲酮（4,4-bis(dimethylamino))、二（二乙基胺 基)二苯甲 _(4,4’ -Bis(Diethylamino)Benzophenone)、曱氧 基苯-二（三氯甲基）-三氮雜苯 (2 - (4 - Methoxyphenyl)-4,6-Bis(Trichloromethyl)-1，3,5-Triazine)、三（三氣甲基）三氮雜苯 (Tris(trichloromethyl)-l，3,5-triazine)等。目前，該光起始劑 之主要商品包括下列種類：IRGACURE® 819、IRGACURE® 369、IRGACURE® 2959、IRGACURE® 379、IRGACURE® 184、IRGACURE® 784、IRGACURE® 250 IRGACURE® 1291042 907、IRGACURE® 651、IRGACURE® OXE01、IRGACURE® 500、IRGACURE® 1800、IRGACURE® 1000、IRGACURE® 1700、DAROCURE® BP、DAROCURE⑧ 1173 CGI 242、 DAROCURE® 1173 CGI-552 、 Chivacure®TPO 、

Chivacure®TPO-L、Chivacure®200、Chivacure®107、 Chivacure®184 或 Chivacure®284 等0 以下，結合本實施例，列出幾種黑矩陣優選之組成比 • 例：1) 15%碳黑、38%由壓克力樹脂形成之高分子聚合體、 42%由二季戊四醇五丙烯酸醋及光起始劑形成之高分子聚 • 合體、5%其他添加物（分散劑）； 2) 20%碳黑、44%由壓克力樹脂形成之高分子聚合體、 30%由二季戊四醇六丙烯酸酯及光起始劑形成之高分子聚 合體、6%其他添加物（分散劑）； 3) 25%碳黑、35%由壓克力樹脂形成之高分子聚合體、 參 35%由二季戊四醇五丙稀酸酯及光起始劑形成之高分子聚 合體、5%其他添加物（分散劑）； 4) 35%碳黑、33%由壓克力樹脂形成之高分子聚合體、 22%由三羥曱基丙烷三丙烯酸酯及光起始劑形成之高分子 聚合體、9.5%其他添加物（分散劑）、0·5%其他添加物（剩餘 之光起始劑）； 5) 40%碳黑、35%由壓克力樹脂形成之高分子聚合 π 1291042 體、15%由季戊四醇四丙烯酸酯及光起始劑形成之高分子 聚合體、10%其他添加物（分散劑）； • 6) 45%碳黑、29%由壓克力樹脂形成之高分子聚合體、 - 14%由季戊四醇三丙烯酸酯及光起始劑形成之高分子聚合 體、12%其他添加物（分散劑）； 7) 52%碳黑、10%由壓克力樹脂形成之高分子聚合體、 25%由三羥曱基丙烷三丙烯酸酯及光起始劑形成之高分子 ❿ 聚合體、13%其他添加物（分散劑）。 本實施例提供之彩色濾光片100,只需製作黑矩陣106 a 單層結構便可達到喷墨法製作彩色濾光片製程中之傳統黑 - 矩陣及擋牆之雙層結構之效果。且碳黑之含量比例為5至 55 wt%，可獲得黑矩陣較高之平整度。 請一併參閱圖2至圖6，為本發明第二實施例提供一 種第一實施例提供之彩色濾光片100之製造方法。該方法 •包括以下步驟。 步驟一：於一基板102上形成一黑矩陣106，如圖2 所示。該黑矩陣106組成包括：5至55 wt%之碳黑、15至95 wt% 之高分子聚合體以及40 wt%及以下之其他添加物，該黑矩陣106 限定複數次像素區108。 於基板102上形成黑矩陣106可包括以下分步驟：（1) 利用乾膜法（Dry Film Lamination)、濕式旋轉法（Wet Spin 12 l29l〇42 ating)、濕式裂縫法(Wet slit Coating)或裂縫旋轉法(Slit and Spin Coating)於該基板1〇2之表面上塗佈一黑矩陣用 之光阻材料層；（2)乾燥該光阻材料層後，利用光罩式曝 光機，將具有預定之黑矩陣圖案之光罩設置於該光阻材料 層與曝光機光源間，並曝光該光阻材料層；⑶利用顯影 方式，將非黑矩陣圖案部分之光阻材料層去除；（4)固化 藝剩下光阻材料從而形成設於基板表面上之黑矩陣該 黑矩陣106限定複數次像素區108，如圖2所示。 該黑矩陣之厚度為1.2至ΙΟ/zm，較佳為1>5〜6// 光子雄、度值可達到3或更高。該基板1〇2可採用破 續或塑膠板或矽晶片之基板。 優選的，本實施例中，黑矩陣1〇6之上表面1〇62形成一突 出之弧面。此一突出之弧面可藉由本材料搭配曝光及顯影條件形 魯成。此一突出弧面之結構可防止藉由喷墨法將墨水喷射至複數次 像素區時，相鄰兩次像素區墨水相混之情況出現。可以理解的是 黑矩陣106之上表面1〇62射以為其他形狀，如金字塔形、圓錐 形等，能使黑矩陣106之上表面1062形成至少兩個不同高度之區 域便可，而不必以具體實施例為限。 步驟三：藉由一喷墨裝置110利用喷墨法將墨水ιΐ2 填充至複數次像素區108中，如圖3所示。該喷墨裝置可 選用熱泡式喷墨裝置（Themal Bubble Ink Jet Printing 13 1291042

Apparatus)或壓電式嗔墨裝置(朽_16咖她如priming Apparatus) o 土水112於入像素區i〇8中形成墨水層m，，如圖4 所丁“;/驟—使用之喷墨法包括同步喷墨法及分步喷墨 法同一/喷土法為同時於複數次像素區應中喷射所需之 土欠刀步噴墨法為依次嘴射同色墨水於形成相 同顏色層之複數次像素區108中。 步驟四··乾燥固化次像 成顏色層U4,如圖^ 巾之墨水層112,而形 ,丁此步驟主要藉由一真空裝置、 一加熱裝置或一發朵绽罢 w. ^ "，將久像素區108中之墨水112 進仃乾燥固化，或者採用上 ^ m yL < —考方式之任兩種或任三種 進㈣林置包㈣外光發歧射裝置。 夕也可採用一抽真空裝置或/盥 水中之溶劑揮發後，利用—蘇丄、力口熱裝置，將墨 傻和用發光裝置， 裝置，將收容空間之墨水112，進行固化，再採用= 置，將收容空間之墨水112，進行進^步固化；或可採用、一 後再知用一加熱裝置，將收容空間之墨水m，進行進一 步固化。 進仃進一 本實施之彩色遽光片100之製造方法可進一牛 步驟五：於該基板102上形成覆蓋該黑矩陣雇2色層 14 1291042 114之一保護層116或一導電層118,或同時依次形成一保 護層116及一導電層118，如圖5所示。 ^ 此外，除如前所述，直接形成一保護層116或一導電 - 層118,或同時依次形成一保護層116及一導電層118外， 另外可在形成一保護層116或一導電層118之前，加入前 處理步驟：利用研磨或蝕刻方式，將黑矩陣106相對於顏 色層114突出之部分磨平，如圖6所示，以達成平坦度之 ❿要求。 可以理解，上述步驟五之分步驟中，導電層之製程可 採用真空濺鍍裝置進行濺鍍等工藝，而保護層則可採用旋 轉塗佈或裂縫塗佈等製程。 本實施例提供之彩色濾光片之製造方法，省去了製作 擋牆之步驟，使製造工時減少，成本降低。 本發明還提供一第三實施例提供一種彩色濾光片之製 * 造方法σ該方法與第二實施例提供之方法不同點在於，先 提供製備黑矩陣之光阻材料，故第三實施例提供之彩色濾 光片之方法包括以下步驟。 步驟一：製備一喷墨法彩色濾光片製程之黑矩陣用之 光阻材料，該光阻材料組成包括：佔光阻材料中所有可固 化成分之比例5至55 wt%之碳黑、佔光阻材料中所有可固 化成分之比例15至95 wt%之單體或寡聚物或高分子樹 15 1291042 -脂，以及佔光阻材料中所有可固化成分之比例40wt%及以 下之其他添加物。 優選的’碳黑佔光阻材料中所有可固化成分之較佳比例為 - 15 至 45 wt%。 優選的’單體或募聚物或高分子樹脂佔光阻材料中所有可 固化成分之較佳比例為25至85斯％。高分子樹脂包括但不限 於壓克力樹脂，單體或寡聚物包括但不限於三經甲基丙燒二丙 ’稀酸醋、季戊四醇三丙稀酸醋、季戊四醇四丙婦酸醋、二季戊四 醇五丙烯酸醋和二季戊四醇六丙烤酸醋中之一種或幾種。 步驟二：於一基板上塗佈該光阻材料而形成黑矩陣， 該黑矩陣限定複數次像素區。 力該基板上塗佈該光阻材料而形成黑矩陣可包括以下 刀y驟（1)利用乾膜法（Dry 、濕式旋轉 _ 法_ Sphl C〇ating)、濕式裂縫法(Wet Slit Coating)或裂縫 旋轉法(SHt and Spin Coating)於該基板之表面上塗佈一里 矩陣用之光阻材料層；⑵乾燥該光阻材料層後，利用光 罩式曝光機，將具有預定之黑矩陣圖案之光罩設置於該光 阻材料層與曝光機光源間，並曝光該光阻材料層；⑶利 用顯影方式’將非黑矩陣圖案部分之光阻材料層去除；U) 固化剩下光阻材料從而形成設於基板表面上之黑矩陣，該 黑矩陣限疋複數-人像素區。該單體或寡聚物經上述曝光化學反 16 1291042 -應之後，顯侧化形成高分子聚合體，純分子樹脂直接形成高 分子聚合體黑矩陣。 由於碳黑佔光阻材料中所有可固化成分之比例為5至 5 wt%車又佳比例為15至衫评恢’可被曝光機光源曝光 完全。 優選的，黑矩陣厚度為1>2至1〇_，較佳為15至6⑽。 優選的，黑矩陣之上表面形成一突出之弧面。此一突出之弧 面可藉由本材料搭轉光及顯影條件形成。此—突出弧面之結構 可防止藉由噴墨法將墨树射至減次像素區時，相鄰兩次像素 區墨水相混之情況出現。可以理解的是黑矩陣之上表面還可以為 其他形狀，如金字獅、》轉等，能使黑矩陣之上表面形成至 父兩個不同鬲度之區域便可，而不必以具體實施例為限。 步驟三：藉由一喷墨裝置利用喷墨法將墨水填充至複 數次像素區。 該喷墨裝置可選用熱泡式噴墨裝置（Thermal Bubble Ink Jet Printing Apparatus)或壓電式噴墨裝置（Piez〇electric Ijik Jet printing Apparatus)。該步驟三使用之喷墨法包括同 步噴墨法及分步喷墨法。同步喷墨法為同時於複數次像素 區中嘴射所需之RGB三色墨水，並通過加熱及抽真空方式 對墨水層進行乾燥處理。分步喷墨法為依次喷射同色墨水 於所設計群組單元圖案之複數次像素區中，並通過加熱及 17 1291042 抽真空方式對同色墨水層進行乾燥處理。 步驟四：乾燥固化複數次像素區中之墨水，而形成複 數顏色層。 - 後續之工序，如磨平黑矩陣，形成一保護層及一導電 層等，可參考本發明第二實施例提供之彩色濾光片之製造 方法"—進行。 本實施例提供之彩色濾光片之製造方法，省去了製作 • 擋牆之步驟，使製造工時減少，成本降低。 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法 ’ 提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方 式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限、，舉凡熟習本 案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化， 皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 * 圖1為本發明第一實施例提供之一種彩色濾光片之結 構示意圖。 圖2至圖6為本發明第二實施例提供之一種彩色濾光 片製造方法之流程不意圖。 【主要元件符號說明】 彩色濾光片 100 基板 102 次像素區 108 黑矩陣 106 18 1291042 墨水 112 、 112, 喷墨裝置 110 保護層 116 顏色層 114 導電層 118 黑矩陣表面 1062 19

Claims (1)

1291042 十、申請專利範圍： 1·種彩色/慮光片，其改進在於包括： . 一基板； … 一位於基板上之黑矩陣，該黑矩陣組成包括·· 5 至55 wt%之 石反黑、15至95 wt%之高分子聚合體以及4〇 wt%及以下之 其他添加物，該黑矩陣限定複數次像素區；及 位於複數次像素區中藉由噴墨法形成之複數顏色層。 • 2·如申請專利範圍S 1項所述之彩色濾光片 ，其中，所述之黑矩 陣之厚度為1.2至10微米。 -3·如申請專利範圍第2項所述之彩色濾光片，其中，所述之黑矩 陣之厚度為1·5至6微米。 4·如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光片，其中，所述之黑矩 陣之表面為一突出之弧面，且所述弧面最高點位於中間黑矩陣 之中間。 • 5·如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光片，其中，所述之碳黑 之比例為15至45 wt%。 6·如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光片，其中，所述之高分 子聚合體之比例為25至85 wt%。 7·如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光片，其中，所述之添加 物包括反應後剩下起始劑或分散劑。 8· —種彩色濾光片之製造方法，包括以下步驟： 於一基板上形成一黑矩陣，該黑矩陣組成包括：5奚55 wt% 20 •1291042 • 之碳黑、15至95 wt%之高分子聚合體以及40 wt%及以下 之其他添加物，該黑矩陣限定複數次像素區； 藉由一噴墨裝置利用噴墨法將墨水填充至複數次像素區； 乾燥固化複數次像素區中之墨水，而形成複數顏色層。 9·如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之噴墨裝置包括熱泡式噴墨裝置或壓電式喷墨裝置。 〇·如申凊專利範圍第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之噴墨法包括同步噴墨法或分步喷墨法。 .U·如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之乾燥固化係採用一抽真空裝置、一加熱裝置或一發 光裂置，將收谷空間之墨水進行乾燥固化，或者採用上述三者 方式之任兩種或任三種，發光裝置包括紫外光發光照射裝置。 12·如申請專利範圍第8項所述之彩色遽光片之製造方法，其 _ 中，所述之碳黑之比例為15至45 wt%。 13·如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之高分子聚合體之比例為25至85 wt%。 14·如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之添加物包括反應後剩下起始劑或分散劑。 15·如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之於-基板上形成一黑矩陣之步驟包括於基板上塗佈 —光阻材料層，經乾燥，曝光，顯影及@化該光崎料層而形 21 1291042 、成黑矩陣。 I6·如申4專利範u第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之乾燥固化係採用一抽真空裝置或/與一加熱裝置，ς 土 X中之岭副揮發後，利用一發光裝置，將收容空間之墨水進 行固化。 17.如申請專利範圍第16項所述之彩色渡光片之製造方法，其 中’所述之發絲置包括料光發光照射裂置。 队如申請專利範圍第8項所述之彩色渡光片之製造方法，其 巾’所述之乾燥固化係採用一抽真空裝置或/與〆如熱菜 置，將墨水中之溶劑揮發。 19.如中請專利範圍第16或18項所述之彩色據光片之製造方 法，其中’所述之乾燥固化最後還增加—加熱裝置，將收多 空間之墨水進行進一步地固化。 • 20.如申睛專利範圍第8項所述之彩色遽光片之製造方涑’其 .中’所述之彩色渡光片製造方法進-步包括一步驟：於该基板 上形成覆蓋黑矩陣及顏色層之一保護層或一導電層，威同持俗 次形成一保護層及一導電層。 θ 21·如申請專利範圍第8項所述之彩色渡光片之製造方法，其 中’所述之黑矩陣厚度為1.2 JL 1〇微米。 22.如申請專利範圍第21項所述之彩色滤光片之製造方法，其 中，所述之黑矩陣厚度為1.5至6微米。 22 1291042 • 23·如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中’所述之黑矩陣之表面為一突出之弧面，且所述弧面最高點 位於中間黑矩陣之中間。 24·種彩色濾光片之製造方法，包括以下步驟： 提供一喷墨法彩色濾光片製程之黑矩陣用之光阻材 料該光阻材料組成包括：佔光阻材料中所有可固 丨 化成分之比例5至55wt%之碳黑、佔光阻材料中所 有可固化成分之比例15至95 wt%之單體或寡聚物 • 或高分子樹脂，以及佔光阻材料中所有可固化成分 之比例4〇wt%及以下之其他添加物； 於基板上塗佈該光阻材料，然後經乾燥，曝光，顯 y及固化該光阻材料層而形成黑矩陣，該黑矩陣限 疋被數次像素區； | _ 噴墨裝置利用噴墨法將墨水填充至複數次像素 區； 25·如申請第欠:素區中之墨水’而形成複數顏色， 中，m+ 4項所述之彩色濾光片之製造方法 1光:之署乾燥固化係採用一抽真空裝置、-加熱裝1 用上^將收Μ間之墨水進行錢ϋ化，或邊 光發：:裝方:?任兩種或任三種’發光裝祕 23 •1291042 _ 26.如申請專利範圍第24項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之黑矩陣厚度為1.2至10微米。 • 27.如申請專利範圍第26項所述之彩色濾光片之製造方法，其 • 中，所述之黑矩陣厚度為1.5至6微米。 28. 如申請專利範圍第24項所述之彩色濾光片之製造方法，其 中，所述之碳黑之比例為15至45 wt%。 29. 如申請專利範圍第24項所述之彩色濾光片之製造方法，其 > 中，所述之單體或寡聚物或高分子樹脂之比例為25至85 wt%。 3(λ如申請專利範圍第24項所述之彩色濾光片之製造方法，其 1 中，所述之高分子樹脂包括壓克力樹脂，單體或寡聚物包 括三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季 戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四 醇六丙烯酸酯中之一種或幾種。

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