TWI400490B - 液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法 - Google Patents

Description

液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法

本發明係關於一種液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法，尤指一種具備高均勻度的液晶配向膜之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，以及其製作方法。

習知的液晶顯示器(liquid crystal display)之彩色濾光片(color filter；CF)結構與薄膜電晶體(thin-film transistor)元件係分別製作於兩個不同之玻璃基板上，此兩玻璃基板之間又包含液晶分子。液晶分子的排列係由設置於彩色濾光片基板(CF substrate)之內側表面的一液晶配向膜(liquid crystal alignment film)以及設置於陣列基板(array substrate)之內側表面的另一液晶配向膜決定之，且液晶分子的排列對於畫面顯示品質影響甚大。液晶配向膜可控制液晶分子的排列並提供液晶分子一預傾角(pretilt angle)，當液晶配向膜無法發揮正常功能時，即會發生液晶分子的配向異常，進而影響液晶顯示器的畫面顯示。

一般而言，彩色濾光片基板上定義有開口區與非開口區，其中具有可透光性質的彩色濾光片係對應於開口區，而具有不透光性質的遮光層，亦即黑色矩陣(black matrix；BM)則係對應於非開口區。由於彩色濾光片與黑色矩陣的厚度不同而具有段差，因此在習知液晶配向膜之塗布製程時，此不平坦的表面型態易造成液晶配向膜流入位於非開口區內相對位置較低的黑色矩陣中，而使得位置較高的開口區之液晶配向膜厚度過薄，導致液晶配向膜塗布不均。在液晶配向膜過薄之位置，液晶分子的配向功能無法正常發揮，於開口區的液晶分子因此排列不規則，此現象即為配向異常，而配向異常將致使液晶顯示器出現配向漏光的情形。另外，液晶配向膜過薄也會造成液晶離子的吸附程度超出預期，產生燒付現像。上述問題在以下狀況例如：選用樹脂黑色矩陣(resin BM)、黑色矩陣面積過大、彩色濾光片表面粗糙度大、彩色濾光片採取島狀配置、液晶配向膜本身黏度高或形成彩色濾光片之步驟係於設置黑色矩陣之後進行等狀況下，將更顯嚴重。

有鑑於此，在無須增加額外製程或成本的情形下，能夠改善液晶配向膜塗布的均勻度，以降低配向異常與燒付現象的發生，進而有效提昇液晶顯示器之畫面品質實為目前相當重要的課題。

本發明的目的之一在於提供一種液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法，以有效改善液晶配向膜塗布的均勻度，同時無須增加額外的製程或成本。

為達上述目的，本發明提供一種液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，包括一基板、複數個彩色濾光片、複數個遮光層以及複數個平坦輔助層。基板上定義複數個開口區與複數個非開口區，且彩色濾光片分別設置於基板之開口區內，同時彼此互不接觸。遮光層分別設置於基板之非開口區內。平坦輔助層至少設置於基板之部分非開口區之遮光層上，且平坦輔助層的表面與彩色濾光片的表面大體上齊平。

為達上述目的，本發明另提供一種液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，包括下列步驟。首先，提供一基板，並於基板上定義複數個開口區與複數個非開口區。接著將複數個彩色濾光片分別設置於基板之開口區內，且彩色濾光片彼此互不接觸，再將複數個遮光層分別設置於基板之非開口區內。隨後，形成複數個平坦輔助層，至少設置於基板之部分非開口區之遮光層上，且使平坦輔助層的表面與彩色濾光片的表面大體上齊平。

本發明所提供的一種液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法，可消除彩色濾光片與遮光層因厚度不同而形成段差，藉此改善液晶顯示器之液晶配向膜塗布的均勻度，以降低配向異常與燒付現象的發生，進而有效提昇液晶顯示器之畫面品質，同時其製作過程無須增加額外的步驟或成本。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。

根據本發明的第一實施例，第1圖至第3圖係為液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法的示意圖，詳細步驟敘述如下。首先如第1圖所示，提供一基板100，並於基板100上定義出複數個開口區11與複數個非開口區12。接著於基板100之開口區11內分別形成複數個彩色濾光片102，並使彩色濾光片102彼此互不接觸，以形成溝渠狀結構於相鄰的彩色濾光片102之間，換言之，溝渠狀結構位於非開口區12內。隨後於各溝渠狀結構中分別形成複數個遮光層104，使得複數個遮光層104位於基板100之非開口區12內。接著，形成一共通電極層106於彩色濾光片102及遮光層104上，其中共通電極層106可由透明導電材質構成，例如銦錫氧化物(indium tin oxide；ITO)。上述方法為先於開口區11內形成彩色濾光片102，而後再形成非開口區12內之遮光層104，然而本發明之方法並不以此為限，例如亦可先於非開口區12內形成遮光層104，而後再形成開口區11內之彩色濾光片102。另外，彩色濾光片102的製作可藉由於基板100上塗布一感光性顏料，並進行一曝光暨顯影製程得到，但不限於此。

接著如第2圖所示，形成複數個平坦輔助層108於基板100部分或全部的非開口區12之遮光層104及共通電極層106上，並使平坦輔助層108的表面與彩色濾光片102的表面大體上齊平。值得說明的是，在考慮共通電極層106的狀況下，平坦輔助層108的表面會與位於彩色濾光片102上的共通電極層106的表面大體上齊平。於本發明之第一實施例中，平坦輔助層108的形成與光阻間隔物110之製程整合，其步驟如下。首先，塗布一感光材料(圖上未標示)於開口區11及非開口區12上，再利用一灰階光罩50對感光材料進行一曝光暨顯影製程，此感光材料可為正型光阻或負型光阻。本實施例以正型光阻為例，灰階光罩50具有一全透光區502，作為定義複數個光阻間隔物110的位置之用，一半透光區501，作為定義平坦輔助層108的位置之用，以及一不透光區503，大體上對應於基板100之開口區11的位置。曝光暨顯影後，可於基板100之非開口區12內形成平坦輔助層108與光阻間隔物110，其中平坦輔助層108與光阻間隔物110係由相同材質構成，但由於光阻間隔物110的作用在於維持液晶顯示器的液晶間隙，因此光阻間隔物110的表面高於平坦輔助層108的表面。藉由上述步驟所形成之平坦輔助層108，其厚度PA大致為基板100底部至共通電極層106於開口區11表面的距離X，與基板100底部至共通電極層106於非開口區12表面的距離Y，兩者之間差異的絕對值，亦即PA=X-Y。一般而言，PA值主要由彩色濾光片102的厚度以及遮光層104的厚度決定，大約介於≦0.5μm至2μm之間。

如第3圖所示，於共通電極層106、平坦輔助層108以及光阻間隔物110上塗布一液晶配向膜112。於本實施例中，彩色濾光片基板結構之平坦輔助層108以及光阻間隔物110同時形成，且平坦輔助層108可平整化此基板結構之表面，因此當塗布液晶配向膜112於共通電極層106、平坦輔助層108以及光阻間隔物110上時，可獲得厚度均勻之液晶配向膜112，形成如第3圖所示之彩色濾光片基板結構。

根據本發明的第二實施例，第4圖及第5圖係為液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法的示意圖，以下敘述為強調本實施例與第二實施例技術手段之差異，相同的部分將不再贅述。如第4圖所示，提供一基板200並於基板200上定義複數個開口區21與複數個非開口區22。接著形成複數個彩色濾光片202於基板200之開口區21內，並於基板200之非開口區22內形成複數個遮光層204，並形成一共通電極層206於彩色濾光片202以及遮光層204上。

隨後如第5圖所示，形成複數個平坦輔助層208於基板200部分或全部的非開口區22之遮光層204及共通電極層206上，使平坦輔助層208的表面與彩色濾光片202的表面大體上齊平。於本發明之第二實施例中，平坦輔助層208的形成與配向凸塊210之製程整合，其步驟簡述如下。利用一灰階光罩60對感光材料進行一曝光暨顯影製程以形成平坦輔助層208與配向凸塊210，其中配向凸塊210的表面高於平坦輔助層208的表面，且兩者材質相同。藉由上述步驟所形成之平坦輔助層208如本發明第一實施例所述，其厚度PA由彩色濾光片202的厚度以及遮光層204的厚度決定。

如第5圖所示，於共通電極層206、平坦輔助層208以及配向凸塊210上塗布一液晶配向膜212。於本實施例中，彩色濾光片基板結構之平坦輔助層208以及配向凸塊210同時形成，且平坦輔助層208可平整化此基板結構之表面，因此當塗布液晶配向膜212於共通電極層206、平坦輔助層208以及配向凸塊210上時，可獲得厚度均勻之液晶配向膜212，形成如第5圖所示之彩色濾光片基板結構。

根據本發明的第三實施例，第6圖至第9圖係為液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法的示意圖，其中第6圖為本實施例之彩色濾光片基板結構的上視圖，且第7圖及第9圖為第6圖沿A-A’之剖面圖，第8圖為第6圖沿B-B’之剖面圖，與上述第一及第二實施例製程或結構相似之處將不再贅述。如第6圖至第8圖所示，首先，提供一基板300，並於基板300上定義出複數個開口區31與複數個非開口區32，其中非開口區32可進一步定義出複數個第一非開口區321及複數個第二非開口區322，且第一非開口區321之面積大於第二非開口區322之面積，亦即第一非開口區321之寬度大於第二非開口區322之寬度。接著，塗布一感光材料(圖上未標示)於開口區31及非開口區32上，並利用一灰階光罩70對感光材料進行一曝光暨顯影製程。當感光材料以負型光阻為例時，如第7圖與第8圖所示，灰階光罩70具有一不透光區703、一半透光區701與一全透光區702，其中不透光區703(第8圖中未標示)對應於第一非開口區321，半透光區701(第7圖中未標示)，全透光區702對於於開口區31。在曝光暨顯影製程之後，在第一非開口區321與第二非開口區322內會形成遮光層304，且於遮光層304上會形成平坦輔助層308。精確地說，如第8圖所示，於面積較小的第二開口區322中僅會形成遮光層304，而不會形成平坦輔助層308；反之，如第7圖所示，於面積較大的第一非開口區321中同時形成有遮光層304與堆疊於其上的平坦輔助層308，藉此平坦輔助層308的表面與彩色濾光片302的表面大體上齊平。在本實施例中，平坦輔助層308的表面高於遮光層304的表面，且平坦輔助層308的材質與遮光層304的材質相同。另外，於本實施例中，平坦輔助層308僅設置於面積較大之第一非開口區321內，然實際應用並不限於此，例如亦可將平坦輔助層308全面性地設置於第一非開口區321與第二非開口區322內。

由上述可知，於本實施例中，此彩色濾光片基板結構之平坦輔助層308的形成與遮光層304之製程整合。換言之，平坦輔助層308以及遮光層304同時形成，以平整化此基板結構之表面。接著如第9圖所示，於基板30上形成一共通電極層306，並使共通電極層306覆蓋彩色濾光片302與平坦補助層308。最後，塗布一液晶配向膜312於共通電極層306上，且藉由平坦補助層308的設置，可獲得厚度均勻之液晶配向膜312，形成如第9圖所示之彩色濾光片基板結構。

如上所述，本發明以上三種實施例形成彩色濾光片之步驟可於形成遮光層之前或之後。然在形成遮光層之前即形成彩色濾光片，更可有效預防遮光層設置之後於其上形成彩色濾光片時，於開口區與非開口區交界處，因段差進一步增加所產生的牛角效應。

藉由本發明所提供的液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，利用平坦輔助層填平彩色濾光片與遮光層因厚度不同而形成段差，可得到高均勻度之液晶配向膜的效果，如此一來可有效改善習知技術中配向異常造成的配向漏光，或液晶配向膜在過薄之處產生的燒付現象，進而提升液晶顯示器的畫面顯示品質。另外，本發明於製造液晶顯示器之彩色濾光片基板結構時，可選擇利用原有之遮光層製程、光阻間隔物製程或配向凸塊製程的其中之一，以相同的灰階光罩形成平坦輔助層，且其材質依據不同製程可分別與遮光層、光阻間隔物或配向凸塊相同，因此可節省額外的製程及成本。

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。

100、200、300．．．基板

102、202、302．．．彩色濾光片

104、204、304．．．遮光層

106、206、306．．．共通電極層

108、208、308．．．平坦輔助層

110．．．光阻間隔物

112、212、312．．．液晶配向膜

210．．．配向凸塊

321．．．第一非開口區

322．．．第二非開口區

50、60、70．．．灰階光罩

501、701．．．半透光區

502、702．．．全透光區

503、703．．．不透光區

11、21、31．．．開口區

12、22、32．．．非開口區

A-A’、B-B’．．．剖面線

第1圖至第3圖係為根據本發明第一實施例液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法的示意圖。

第4圖及第5圖係為根據本發明第二實施例液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法的示意圖。

第6圖至第9圖係為根據本發明第三實施例液晶顯示器之彩色濾光片基板結構及其製作方法的示意圖。

100．．．基板

102．．．彩色濾光片

104．．．遮光層

106．．．共通電極層

108．．．平坦輔助層

110．．．光阻間隔物

11．．．開口區

12．．．非開口區

50．．．灰階光罩

501．．．半透光區

502．．．全透光區

Claims (15)

1. 一種液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，包括：一基板，該基板上定義複數個開口區與複數個非開口區；複數個彩色濾光片，該等彩色濾光片分別設置於該基板之該等開口區內，且該等彩色濾光片彼此互不接觸；複數個遮光層，分別設置於該基板之該等非開口區內；以及複數個平坦輔助層，至少設置於該基板之部分該等非開口區之該等遮光層上，且該等平坦輔助層的表面與該等彩色濾光片的表面大體上齊平。
2. 如請求項1所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，另包括一共通電極層設置於該等彩色濾光片上，以及一液晶配向膜，設置於該共通電極層上。
3. 如請求項2所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，另包括複數個光阻間隔物，設置於該基板之至少部分該等非開口區內，且該等光阻間隔物係位於該共通電極層與該液晶配向膜之間。
4. 如請求項3所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，其中該等平坦輔助層的材質係與該等光阻間隔物的材質相同。
5. 如請求項2所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，另包括複數個配向凸塊，設置於該基板之至少部分該等開口區內，且該等配向凸塊係位於該共通電極層與該液晶配向膜之間。
6. 如請求項5所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，其中該等平坦輔助層的材質係與該等配向凸塊的材質相同。
7. 如請求項2所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，其中該等非開口區包含複數個第一非開口區及複數個第二非開口區，該等第一非開口區之面積大於該等第二非開口區之面積，且該等第一非開口區之內具有該等平坦輔助層，而該等第二非開口區之內不具有該等平坦輔助層。
8. 如請求項7所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構，其中該等平坦輔助層的材質係與該等遮光層的材質相同。
9. 一種液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，包括：提供一基板，於該基板上定義複數個開口區與複數個非開口區；形成複數個彩色濾光片，該等彩色濾光片分別設置於該基板之該等開口區內，且該等彩色濾光片彼此互不接觸；形成複數個遮光層，分別設置於該基板之該等非開口區內；以及形成複數個平坦輔助層，至少設置於該基板之部分該等非開口區之該等遮光層上，且使該等平坦輔助層的表面與該等彩色濾光片的表面大體上齊平。
10. 如請求項9所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，另包括設置一共通電極層於該等彩色濾光片上，以及設置一液晶配向膜於該共通電極層上。
11. 如請求項10所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，其中形成該等平坦輔助層之步驟另包括：塗布一感光材料於該等開口區及該等非開口區上；利用一灰階光罩對該感光材料進行一曝光暨顯影製程，以形成該等平坦輔助層與複數個光阻間隔物，其中該等光阻間隔物的表面高於該等平坦輔助層的表面。
12. 如請求項10所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，其中形成該等平坦輔助層之步驟另包括：塗布一感光材料於該等開口區及該等非開口區上；利用一灰階光罩對該感光材料進行一曝光暨顯影製程，以形成該等平坦輔助層與複數個配向凸塊，其中該等配向凸塊的表面高於該等平坦輔助層的表面。
13. 如請求項10所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，其中形成該等平坦輔助層之步驟另包括：塗布一感光材料於該等開口區及該等非開口區上，其中該等非開口區包含複數個第一非開口區及複數個第二非開口區；以及利用一灰階光罩對該感光材料進行一曝光暨顯影製程，以於該等第一非開口區與該等第二非開口區形成該等遮光層，以及於該等第一非開口區之該等遮光層上復形成該等平坦輔助層，其中該等第一非開口區之面積大於該等第二非開口區之面積，且該等平坦輔助層的表面高於該等遮光層的表面。
14. 如請求項9所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，其中形成該等彩色濾光片之步驟係於形成該等遮光層之前。
15. 如請求項9所述之液晶顯示器之彩色濾光片基板結構的製作方法，其中形成該等彩色濾光片之步驟係於形成該等遮光層之後。