專利名稱：濾色器、顯示裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于例如液晶顯示器的顯示裝置的濾色器、使用該濾色器的顯示裝置以及制造該濾色器和顯示裝置的方法。
背景技術(shù)：
近些年來，由于其重量輕、結(jié)構(gòu)薄、低能耗、低電壓可驅(qū)動(dòng)性以及對(duì)人體的最低物理影響方面的優(yōu)越特性，液晶顯示器(下文僅將其稱為LCD)的實(shí)際應(yīng)用范圍得到了快速的擴(kuò)展。尤其是，彩色LCD的可應(yīng)用領(lǐng)域急劇擴(kuò)展，以至于成為最能和用于個(gè)人計(jì)算機(jī)以及與時(shí)下流行的多媒體兼容的各種復(fù)雜裝置的最新顯示器兼容的一種。
在可以在工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)際用于各種用途的彩色LCD顯示裝置的各種領(lǐng)域中，根據(jù)顯示模式和驅(qū)動(dòng)方法劃分，一種屬于應(yīng)用扭曲向列模式(TN)的“有源矩陣”類型(下文僅將其成為AM)，另一種屬于應(yīng)用“超扭曲向列(STN)”模式的“多元”(multiplex)類型，這兩種類型的顯示裝置都分別占據(jù)主流。此外，還提出了各種LCD驅(qū)動(dòng)方法，從而基于各種顯示模式和驅(qū)動(dòng)方法提高彩色LCD顯示裝置在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的生產(chǎn)。
上述LCD模式“TN”和“STN”在彩色顯示領(lǐng)域采用共同的原理。具體地，根據(jù)三種原色將各像素分成大量的點(diǎn)。接下來，通過適當(dāng)?shù)乜刂剖┘咏o每個(gè)分離點(diǎn)中的LCD層的電壓，可以依不同的點(diǎn)控制光透射性。結(jié)果，從三種不同原色合成所得并具有受控光透射性的某種色彩就變成了一種具體的色彩，并將顯示在對(duì)應(yīng)像素中。通常，三原色是紅(R)，綠(G)和藍(lán)(B)。即使在使用其他驅(qū)動(dòng)方法的情況下，彼此之間的彩色顯示原理也保持相同，換言之，在上述TN和STN模式中是相同的。
為了使三原色中對(duì)應(yīng)于某單個(gè)點(diǎn)的一種顏色可選擇地穿透該點(diǎn)，需要應(yīng)用濾色器(CF)。該慮色器設(shè)置在對(duì)著兩個(gè)襯底中的一個(gè)的液晶層的表面上，所述襯底由玻璃制成并構(gòu)成LCD。在有源矩陣(AM)類型LCD中，通常將濾色器設(shè)置在沒有設(shè)置薄膜晶體管(TFT)或二極管(MIM)的相對(duì)襯底的表面上。在基于上述“超扭曲向列(STN)”的LCD中，濾色器設(shè)置在一對(duì)條形襯底的任意一個(gè)上。
下面描述LCD的構(gòu)成。
濾色器的構(gòu)成在濾色器CF上形成帶有三種原色中的一種的一定數(shù)量的彩色層。然后，為了屏蔽掉光線，在各彩色層之間的縫隙上形成黑矩陣BM，也將和黑矩陣形成在那些需要防止光泄漏的部分上以及顯示區(qū)域的邊緣上。
有一種的常規(guī)方法通過先在玻璃襯底上形成黑矩陣然后再在黑矩陣上形成彩色層來形成彩色層和黑矩陣BM。而另一種方法先在玻璃襯上形成彩色層，然后形成黑矩陣以埋覆彩色層之間的縫隙。
然后，在完成彩色層和黑矩陣的形成之后，還存在這樣一種情況在彩色層和黑矩陣上形成上覆層OC，從而使濾色器的表面完全平整。但是，設(shè)置上覆層的額外步驟迫使涂覆過程引起大的工作量和少的產(chǎn)量，從而致使制造濾色器的過程導(dǎo)致生產(chǎn)成本的顯著增加。從濾色器大量生產(chǎn)的觀點(diǎn)來看，最好盡量將形成上覆層的過程刪除。
在隨后的步驟中，為了驅(qū)動(dòng)LCD顯示裝置，在壓制于玻璃襯底上的那些層上形成透明電極。該透明電極由銦錫氧化物(ITO)構(gòu)成。在形成加入LCD顯示裝置中的TFT的情況下，將ITO布圖形成在LCD裝置的整個(gè)表面上。在形成加入LCD顯示裝置或基于“超扭曲向列(STN)”的LCD顯示裝置的上述二極管的情況下，形成彼此相同的條形布圖。
黑矩陣的構(gòu)成為構(gòu)成黑矩陣，使用例如鉻的金屬材料或者黑色的樹脂質(zhì)材料。當(dāng)使用金屬材料時(shí)，由于鉻的毒性，近來主要應(yīng)用形成為雙層的鎳和鎢。在這種結(jié)構(gòu)中，鎳層設(shè)置在顯示側(cè)，而具有極高反射系數(shù)的鎢層設(shè)置在陣列部分上。考慮到光屏蔽效應(yīng)，將黑矩陣的材料設(shè)置成具有最小大約為3的光密度(OD)。為了確保所需的光密度，在使用金屬鉻的情況下，需要最小膜厚大約為0.1μm。在使用黑色樹脂質(zhì)材料的情況下，需要最小膜厚大約為1-2μm。
近年來，由于主要用于構(gòu)成薄膜晶體管和二極管的金屬鉭元素變得非常難以獲得和昂貴的市場趨勢，鋁由于其低阻抗值、便宜的造價(jià)和高反射系數(shù)而在實(shí)際應(yīng)用中更加普遍。但是，由于具有極高反射系數(shù)的鋁和黑矩陣材料會(huì)造成多重反射，所以造成了特性不均一。為了處理該問題，迫切需要降低在濾色器部分上的黑矩陣的反射系數(shù)，隨著而來的，在用于降低反射系數(shù)的設(shè)置方面有所進(jìn)展。從適當(dāng)?shù)奶匦越嵌瓤磥?，希望用黑色樹脂質(zhì)材料形成黑矩陣，從而滿足降低黑矩陣反射系數(shù)的要求。和金屬鉻60％的反射系數(shù)相比，黑色樹脂質(zhì)材料的反射系數(shù)僅為1％到3％。此外，黑色樹脂質(zhì)材料的反射系數(shù)范圍更加不依賴于波長，并顯示中性的黑色陰影。另一方面，黑色樹脂質(zhì)膜形成為基本1到2μm，因此，作為一個(gè)潛在的問題，這種厚度很有可能會(huì)不利地影響濾色器的表面平整性。
為了降低反射系數(shù)，有另一種形成黑矩陣的方法，其由氧化鉻(chromium-oxide)層和金屬鉻層的壓合層組成或者由鎳層和鎢層的壓合層組成。但是，在這種情況下，和由黑色樹脂質(zhì)材料組成的黑矩陣相比，上述任何一種壓合層均顯示出3-5％的反射系數(shù)，高于黑色樹脂質(zhì)材料的反射系數(shù)，并且，不同于黑色樹脂質(zhì)材料的中性黑色陰影，上述壓合層具有籃紫色的陰影，這是另外一個(gè)問題。此外，通常，在形成膜的過程中，通過濺射方法處理金屬雙層，因此，這一過程導(dǎo)致生產(chǎn)率降低，從而使生產(chǎn)成本升高，這是另一個(gè)負(fù)面的問題。
形成樹脂質(zhì)黑矩陣的方法有多種利用樹脂質(zhì)材料在玻璃襯底上形成黑矩陣的方法。下面描述典型的示例。
方法1首先，對(duì)玻璃襯底表面涂覆負(fù)性感光黑色樹脂質(zhì)材料，從而在其上形成薄膜。該過程能夠通過使用旋轉(zhuǎn)涂覆機(jī)為襯底表面涂覆黑色樹脂質(zhì)材料而實(shí)現(xiàn)，或者通過將先前形成為薄膜的一片黑色蝕刻材料粘附在玻璃襯底的表面上而實(shí)現(xiàn)，或者通過應(yīng)用分級(jí)涂覆工藝而實(shí)現(xiàn)。接下來，透過具有預(yù)定黑矩陣布圖的光掩膜對(duì)玻璃襯底進(jìn)行紫外線(UV)照射，從而使黑色樹脂材料的暴露部分硬化。然后，通過利用顯影過程除去黑色樹脂質(zhì)材料的未曝光部分，這樣就最終形成了黑矩陣。
方法2首先，和方法1中的一樣，在玻璃襯底的整個(gè)表面上分布負(fù)性感光無色樹脂質(zhì)材料，以形成薄膜。接下來，和方法2中的一樣，對(duì)樹脂質(zhì)膜進(jìn)行曝光和顯影，以形成最初黑矩陣的布圖。接下來，通過應(yīng)用例如非電解鍍覆方法或染色(dyeing)方法而使形成布圖的部分著色而帶有黑色陰影。
方法2首先，和方法1一樣，在玻璃襯底的整個(gè)表面上分布和顯影過程兼容的黑色樹脂質(zhì)材料。接下來，在材料的表面上形成正性光刻膠布圖，然后，和方法1中的一樣，順序執(zhí)行曝光和顯影過程。在執(zhí)行顯影過程的過程中，將光刻膠和黑色樹脂質(zhì)材料一起除去。接下來，通過應(yīng)用熱處理，黑色樹脂質(zhì)材料被交聯(lián)和硬化。最后，將未曝光的光蝕刻元件除去。
形成有色層首先，先將有色染料擴(kuò)散到樹脂質(zhì)材料中。然后，將包含有擴(kuò)散染料的樹脂質(zhì)材料分布到玻璃襯底的整個(gè)表面上，以形成薄膜。在接下來的步驟中，通過應(yīng)用光蝕刻(photolithographic)方法對(duì)薄膜進(jìn)行構(gòu)圖，使其具有預(yù)定形狀(在以后的描述中將該方法稱作“染料擴(kuò)散法”)。然后通過具有以下步驟的方法中的任意一種形成有色層一種方法，其首先在玻璃襯底的整個(gè)表面上分布感光樹脂質(zhì)材料以形成薄膜，并將薄膜構(gòu)圖成預(yù)定形狀，然后對(duì)預(yù)定形狀的薄膜上色；一種方法，其首先使有色染料擴(kuò)散到樹脂質(zhì)材料中，然后將有色樹脂質(zhì)材料以預(yù)定布圖印制到玻璃襯底的表面上(該方法在下文描述中被稱為“印制方法”)；一種方法，其首先使燃料和樹脂質(zhì)材料結(jié)合在一起地?cái)U(kuò)散到溶液中，然后通過電沉積過程在玻璃襯底上形成預(yù)定布圖；一種方法，其先將有色抗蝕刻材料形成為薄膜，然后將有色薄膜粘結(jié)在玻璃襯底的表面上(這種方法稱為“干膜壓合(dry film lamination，DFL)”)；以及，一種使用噴墨著色系統(tǒng)的著色方法。由于本發(fā)明的目的在于克服DFL方法中存在的問題，下文的描述將僅針對(duì)DFL方法。
在通過使用DFL方法形成有色層的過程中，進(jìn)行如此設(shè)置，使得首先對(duì)帶有預(yù)定布圖的樹脂質(zhì)黑矩陣材料的玻璃襯底進(jìn)行熱處理，然后熱粘附由形成薄膜的有色層構(gòu)成的涂抹(pasting)材料，該有色層一側(cè)上的覆蓋薄膜被剝離。這種處理過程被稱為壓合過程。圖1概要示出該壓合過程，其中，附圖標(biāo)記1指代涂抹輥，2指代涂抹材料，3指代玻璃襯底。在壓合過程中，如箭頭A所示，涂抹輥1在一個(gè)方向上移動(dòng)。接下來，將有色層上的另一側(cè)的覆蓋薄膜(未示出)剝離。然后，通過應(yīng)用集中(collective)曝光掩膜或分節(jié)系統(tǒng)(stepper system)使有色層經(jīng)受曝光處理，然后，通過曝光后處理過程將有機(jī)元件除去。最后，對(duì)有色層進(jìn)行烘焙后處理。
即使當(dāng)通過方法1中的涂抹過程形成黑矩陣樹脂材料時(shí)，也將圖1所示壓合過程引入。在這種情況下，形成薄膜時(shí)準(zhǔn)備的樹脂質(zhì)黑矩陣材料被用以實(shí)現(xiàn)涂抹材料2的功能。
通常，當(dāng)基于上述DFL(干膜壓合)方法制造有色過濾器時(shí)，在形成樹脂質(zhì)黑矩陣材料之前形成包括紅色層、藍(lán)色層和綠色層的有色層。該順序可以防止在玻璃襯底、樹脂質(zhì)黑矩陣材料和有色層之間的界面處形成泡沫。形成泡沫的原因?qū)⒃谝院笳f明。當(dāng)將樹脂質(zhì)黑矩陣材料插入到各個(gè)有色層之間的空隙時(shí)，使用一種方法，使得樹脂質(zhì)黑矩陣材料的黑色表面曝光以硬化。如前所述的，需要光密度的最小值為3。此外，由于近年來使用者強(qiáng)烈要求提高黑色光的亮度，并且為了使黑矩陣能夠適當(dāng)?shù)仄帘喂?，需要進(jìn)一步提供最小光密度為4的可靠材料。
但是，當(dāng)使從后側(cè)曝光的樹脂質(zhì)矩陣材料硬化時(shí)，除非可獲得的材料具有的最小光密度為4，并能夠減小不同有色層之間的高度差，否則，在樹脂質(zhì)黑矩陣材料和有色層之間的結(jié)合處將會(huì)觀察到取向無序。圖2示出了可觀察到的取向無序的原理，其中，附圖標(biāo)記3指代玻璃襯底，4指代安裝在TFT中的源極接線，5指代絕緣膜，6指代像素電極，7指代液晶層，8a、8b和8c分別指代著有不同顏色的有色層，12指代具有一定數(shù)量的條狀開口的樹脂質(zhì)黑矩陣材料，具有條形結(jié)構(gòu)的上述有色層8a、8b和8c分別通過上述開口露出。如圖2所示，當(dāng)使用者的眼睛從垂直于LCD屏幕的方向傾斜時(shí)，使用者可以通過有色層8a、8b和8c的側(cè)向表面觀察到樹脂質(zhì)黑矩陣材料12下的多個(gè)部分。在這些部分9中存在取向無序。
為了補(bǔ)償這種錯(cuò)誤現(xiàn)象，在上述使用“染料擴(kuò)散方法”的情況下，當(dāng)在形成樹脂質(zhì)黑色矩陣材料12后形成有色層8時(shí)，該有色層8設(shè)置在樹脂質(zhì)黑矩陣材料12上，以便使黑矩陣部分得以完全以藏，從而校正了無序的取向。圖3示出使用者通過實(shí)施上述方法而防止觀察到無序取向的原理。由于樹脂質(zhì)黑矩陣材料和有色層8a、8b和8c的邊緣交疊，使用者不能再通過有色層8a、8b和8c的側(cè)向表面觀察到部分9，從而通過陣列側(cè)上的樹脂質(zhì)黑矩陣材料12和源極接線4使取向無序完全隱藏。
根據(jù)日本已公開專利申請No.H09-105809公開的一種在先發(fā)明，為了在形成有色層8的過程中通過使用上述“染料擴(kuò)散方法”防止有色層8的凸起部分失去平整性，做出如此設(shè)置，通過為調(diào)整有色層外部形狀的掩膜設(shè)置精細(xì)的波紋，有色層8的邊緣逐漸上升。
另一方面，當(dāng)使用上述DFL(干膜壓合)方法時(shí)，如圖1所示，通過操作涂抹輥1將用以構(gòu)成有色層的涂抹材料沿一個(gè)方向粘結(jié)，當(dāng)涂抹材料2和樹脂質(zhì)黑矩陣材料(未示出)壁交疊時(shí)，易于在襯底3、樹脂質(zhì)黑矩陣材料和涂抹材料2之間的界面上生成泡沫。有關(guān)泡沫生成的方面在圖4中示出，其中，在樹脂質(zhì)黑矩陣12沿著涂抹方向A的上游側(cè)的側(cè)面、襯底3的上表面和涂抹材料2的底表面之間的界面生成泡沫11。一旦生成泡沫11，涂抹材料2、即通過曝光和顯影而帶有布圖的有色層8被退色，從而導(dǎo)致生成圖像的質(zhì)量降低。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題作出本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)主要目的在于提供一種制造濾色器的方法，通過這種方法，盡管使用包含最初形成樹脂質(zhì)黑矩陣材料12的步驟和隨后的涂抹有色層8的步驟的簡單方法，幾乎不會(huì)導(dǎo)致有色層8在靠近樹脂質(zhì)黑矩陣材料12的局部部分中退色。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于進(jìn)一步提供一種濾色器，其幾乎不會(huì)導(dǎo)致有色層8在靠近樹脂質(zhì)黑矩陣材料12的局部部分中退色。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種包括通過實(shí)施上述方法而制造的濾色器的顯示裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種通過將有色膜粘結(jié)在具有形成在襯底上的黑矩陣的襯底之上而制造濾色器的方法，該方法包括如下步驟事先在樹脂黑矩陣中形成不同的高度，從而使樹脂質(zhì)矩陣相對(duì)粘結(jié)有色膜的方向位于上游側(cè)的邊緣部分低于樹脂質(zhì)黑矩陣的其他部分。
根據(jù)該方法，當(dāng)有色膜和樹脂質(zhì)黑矩陣材料的邊緣交疊時(shí)，可以從襯底的表面將環(huán)境空氣引入樹脂質(zhì)黑矩陣材料的邊緣的上部分，從而防止在襯底、樹脂質(zhì)黑矩陣材料和有色膜之間的界面產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象，或者可以降低泡沫現(xiàn)象的產(chǎn)生。即使有泡沫生成在它們之間的界面，由于樹脂質(zhì)黑矩陣材料的邊緣部分的高度低于其他部分的高度，僅能產(chǎn)生可忽略的少量泡沫，此外，退色也僅僅會(huì)在非常狹窄的范圍內(nèi)產(chǎn)生。
優(yōu)選地，通過包括經(jīng)過形成在掩膜中的開口曝光和隨后顯影的過程用負(fù)性抗蝕劑形成樹脂黑矩陣材料，并且，在掩膜對(duì)應(yīng)于樹脂黑矩陣邊緣部分的部分中形成多個(gè)小開口，從而使樹脂黑矩陣的邊緣部分低于其他部分。引入這種方法使得能夠容易地形成滿意的邊緣部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在和襯底設(shè)置在一起的濾色器中，形成在襯底上的樹脂黑矩陣和有色膜設(shè)置成貫穿地覆蓋位于樹脂黑矩陣的開口中的襯底部分和樹脂黑矩陣，沿著開口定位并位于有色膜下的樹脂黑矩陣邊緣部分低于樹脂黑矩陣和邊緣部分相連的部分?？梢酝ㄟ^應(yīng)用上述方法制造該濾色器。因此，可以防止由泡沫現(xiàn)象的產(chǎn)生而產(chǎn)生的退色。


通過參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特征將會(huì)更加易于理解，附圖中圖1是基于DFL(干膜壓合)方法的壓合過程的剖視圖；圖2是示出為何當(dāng)基于DFL方法在形成色層之后形成樹脂質(zhì)黑矩陣時(shí)會(huì)觀察到無序取向的原理的剖視圖；圖3是示出為何當(dāng)基于DFL系統(tǒng)在形成樹脂黑色矩陣之后形成有色層時(shí)不會(huì)觀察到無序取向的原理的剖視圖；圖4是示出基于DFL方法在形成樹脂黑矩陣之后形成有色層的過程中，在襯底、樹脂黑矩陣和有色層之間的間隙產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象的原理的剖視圖；圖5是示出通過本發(fā)明抑制在襯底、樹脂黑矩陣和有色膜之間的間隙形成泡沫的剖視圖；圖6A至6G示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式制造濾色器的順序過程；圖7A至7G示出根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式制造濾色器的順序過程；圖8A至8G示出根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式制造濾色器的順序過程；圖9A至9G示出根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式制造濾色器的順序過程；圖10A和10B分別是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式得到的濾色器的完整形狀的俯視圖和剖視圖；圖11A和11B示出具有根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式得到的濾色器的LCD裝置的具體結(jié)構(gòu)；圖12A和12B示出具有根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式得到的濾色器的LCD裝置的具體結(jié)構(gòu)；圖13A和13B是俯視圖和剖視圖，分別示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式得到的濾色器的完整形狀，其帶有位于周邊部分和像素內(nèi)的樹脂質(zhì)黑矩陣；圖14A和14B示出帶有圖13A和13B所示濾色器的LCD裝置的具體結(jié)構(gòu)；圖15A和15B是俯視圖和剖視圖，分別示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式安裝的濾色器，其中，高度小于樹脂質(zhì)黑矩陣其他部分的邊緣設(shè)置在其兩側(cè)上；以及圖16A和16B示出帶有圖15A和15B所示濾色器的LCD裝置的具體結(jié)構(gòu)；具體實(shí)施方式
圖5概要示出通過本發(fā)明防止在事先布置的襯底、樹脂黑矩陣和有色膜之間的間隙形成泡沫的原理。通過圖4所示傳統(tǒng)系統(tǒng)和圖5所示本發(fā)明系統(tǒng)的比較顯然可知，通過降低樹脂質(zhì)黑矩陣12的邊緣部分13的高度，使之小于其他部分的高度，和不存在高度差的情況相比，可以理解，當(dāng)樹脂質(zhì)黑矩陣12中具有高度差時(shí)很難產(chǎn)生泡沫。根據(jù)圖5所示的本發(fā)明的系統(tǒng)，可以把將要在襯底3上生成的泡沫11引導(dǎo)到樹脂質(zhì)黑矩陣12的邊緣13的正上方。需要指出，引導(dǎo)到樹脂質(zhì)黑矩陣12的邊緣部分13上的泡沫11不會(huì)對(duì)周邊部分產(chǎn)生不良的影響。
現(xiàn)在參照附圖，說明實(shí)施本發(fā)明的具體形式。
在圖6A至6G、圖7A至7G、圖8A至8G和圖9A至9G中分別示出制造濾色器的順序過程。其中，圖6A至圖9A分別指代樹脂質(zhì)黑矩陣121設(shè)置有掩膜14的狀態(tài)。圖6B至圖9B分別指代對(duì)樹脂質(zhì)黑矩陣121進(jìn)行構(gòu)圖的狀態(tài)。圖6D至圖9D分別指代將已經(jīng)完成構(gòu)圖的樹脂質(zhì)黑矩陣材料121進(jìn)行烘焙以形成具有高度差的樹脂質(zhì)黑矩陣12。圖6F至圖9F分別指代粘結(jié)有有色層8的俯視圖。圖6C至圖9C、圖6E至圖9E以及圖6G至圖9G分別示出了沿圖6B至圖9B、圖6D至圖9D和圖6F至圖9F所示的B-B’線截取的剖視圖。
通過使用Fuji Film Cp.，Ltd的產(chǎn)品準(zhǔn)備樹脂質(zhì)黑矩陣材料121，稱為KU1。在100℃襯底溫度和130℃涂抹輥溫度的條件下，將該樹脂質(zhì)黑矩陣材料KU1以1.3米/分的粘結(jié)速度涂抹到襯底3的表面上。只要不會(huì)在粘結(jié)強(qiáng)度上出現(xiàn)問題，該樹脂質(zhì)黑矩陣材料12可以經(jīng)受用于執(zhí)行熱處理的可選溫度。此外，可以使用任何樹脂質(zhì)黑矩陣材料。
在完成把樹脂質(zhì)黑矩陣材料121粘結(jié)在具有680mm×880mm×0.6mm自身尺寸的玻璃襯底3上之后，通過使用如圖6A至9A所述的四種掩膜14的任何一種對(duì)樹脂質(zhì)黑矩陣材料121構(gòu)圖。
圖6A中，設(shè)置掩膜14，用以曝光由負(fù)型感光黑樹脂質(zhì)材料組成的未曝光樹脂質(zhì)黑矩陣材料121(用以組成在曝光過程前形成樹脂質(zhì)黑矩陣所需的涂覆膜)，其中，分別設(shè)計(jì)開口15以便形成多個(gè)直徑均為4μm的圓形點(diǎn)，并且，以各個(gè)點(diǎn)之間4μm的間距對(duì)掩膜進(jìn)行構(gòu)圖。圖7A中，每個(gè)開口構(gòu)成直徑4μm的圓形點(diǎn)，其中，各個(gè)點(diǎn)在掩膜中的間距為2μm和4μm。圖8A中，每個(gè)開口由方形的點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)點(diǎn)的各邊的長度為4μm，每個(gè)方形開口在掩膜中的間距為4μm。圖9A中，每個(gè)開口15由各邊長均為4μm的方形點(diǎn)構(gòu)成，其中，方形開口在掩膜中分別以2μm和4μm的間距設(shè)置。
在圖6A至9A所示實(shí)施例的任何一個(gè)中，通過在具有800mm×920mm×10mm尺寸的玻璃襯底上氣相沉積鉻而使掩膜14和所設(shè)計(jì)的掩膜開口保持一致。此外，通過在掩膜和玻璃襯底之間設(shè)置150μm的間隙，可以利用燈發(fā)射GHI射線對(duì)樹脂質(zhì)黑矩陣材料(可通過被I射線曝光而被固化)進(jìn)行曝光。然后，利用100mJ的曝光量以及浸泡到包含有機(jī)堿顯影溶液PD、CD和SD(Fuji Film Co.，Ltd的產(chǎn)品)的顯影溶液中對(duì)各布圖進(jìn)行處理，如圖6B至9B所示，在已曝光樹脂質(zhì)材料122上靠近即將成為條形開口的部分的位置處形成點(diǎn)布圖123。此外，通過烘焙樹脂質(zhì)材料122將點(diǎn)布圖123熔融，以便掩埋所有點(diǎn)布圖之間的間隙，從而形成高度小于其他部分的邊緣部分13，如圖6D至圖9D所示。
可以通過觀察樹脂質(zhì)黑矩陣材料確認(rèn)最終形成了均勻的薄邊緣部分13。確認(rèn)樹脂質(zhì)黑矩陣材料12除了邊緣13之外的其他部分具有1.4μm的高度，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，邊緣部分13的高度降低大約一半而到0.8μm，所以最終確保了從襯底測量的高度差。邊緣部分13的高度位置低于其他部分的高度位置意味著從樹脂質(zhì)黑矩陣材料12的邊緣部分13的基部分到表面的高度實(shí)際上小于從樹脂質(zhì)黑矩陣材料12的其他部分的基部分到表面的高度。換言之，樹脂質(zhì)黑矩陣材料的邊緣部分13的厚度小于其他部分的厚度。
如圖7A和圖9A所示，通過改變各個(gè)點(diǎn)(開口15)之間的間隙和掩膜14中單位位置的開口點(diǎn)的大小，可以更加容易地形成樹脂質(zhì)黑矩陣材料12的邊緣部分13。
接下來，如圖6F至圖9F所示，基于DFL(干膜壓合)方法，分別具有不同顏色的膜形成涂抹材料被粘結(jié)到容納如圖6D至圖9D所示的樹脂質(zhì)黑矩陣12的襯底上，從而得到滿意的高度差。也在相同的條件下將有色膜粘結(jié)到襯底上，其方式和將樹脂質(zhì)黑矩陣12粘結(jié)到相同的襯底上相同。每個(gè)有色膜都包含最終加工膜厚度為1.8μm的有色層。在近距離觀察帶有有色膜的最終形成的濾色器之后，可以確認(rèn)沒有生成泡沫。圖10A和圖10B示出濾色器的最終形式。圖10A為俯視圖，而圖10B為沿圖10A所示的C-C’線截取的剖視圖。附圖標(biāo)記151指代樹脂質(zhì)黑矩陣12的開口。
圖11A和11B概要示出了包含上述濾色器的LCD裝置的結(jié)構(gòu)。圖11A示出使用多個(gè)塑料珠18來確保液晶層7的厚度的示例。圖11B示出了將多個(gè)柱體18a附連至位于對(duì)置的透明電極16的一部分上的取向膜17從而確保液晶層7的厚度的示例。需要注意，附圖標(biāo)記15指代絕緣膜，6指代像素電極，10指代柵極接線，以及19指代中間層絕緣膜。
還可以將濾色器設(shè)置在陣列側(cè)，即液晶層7和TFT之間。該示例在圖12A和12B中示出。
在上述示例中將樹脂質(zhì)黑矩陣12的邊緣部分設(shè)計(jì)為0.8μm。優(yōu)選地，邊緣部分13的高度最小為0.5μm，最大為1μm。通過為邊緣部分13設(shè)置推薦的高度值，可以有效地防止生成泡沫，并且，還可以防止樹脂黑矩陣12的邊緣部分12過薄。
此外，優(yōu)選地，通過將開口15相對(duì)掩膜14總面積的分配比例設(shè)置在最小25％和最大50％，樹脂質(zhì)黑矩陣12的邊緣部分13的寬度相對(duì)樹脂黑矩陣12的總寬度的分配比例也應(yīng)最小為25％和最大為50％。這種設(shè)置可以防止樹脂質(zhì)黑矩陣12的邊緣部分13意外地溶解和其他部分接合的部分。
掩膜中形成的微小開口15不僅可以是上述圓形或者方形的形狀，而且可以是橢圓形或除方形之外的多邊形，或者任何接近它們的形狀。
本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于像素周圍的部分，還可以用于控制像素內(nèi)部的顏色重疊(override)現(xiàn)象。例如，如圖13A和13B所示，在存在黑矩陣完全被黑矩陣的其他部分包圍的離散部分(完全不和其他部分相連)的情況下，類似周邊黑矩陣的情況下，當(dāng)有色膜跨越該黑矩陣的這一部分時(shí)，生成泡沫。為了處理這種情況，通過首先降低黑矩陣12的該離散部分的邊緣部分13的高度，使其小于其他部分的高度，然后通過應(yīng)用DFL方法涂抹有色層，可以防止發(fā)生泡沫現(xiàn)象。圖14A和14B概要示出包含圖13A和13B所示濾色器的LCD裝置的結(jié)構(gòu)。
在上述實(shí)施例中，使得僅有樹脂質(zhì)黑矩陣12的一側(cè)上的邊緣部分13低于其他部分。但是，如圖15A和15B所示，也允許兩側(cè)上的邊緣13都低于其他部分。通過這種設(shè)置，不僅在箭頭A所示的一個(gè)方向上、而且在另一個(gè)箭頭A’所示的反方向上可以涂抹有色層8。隨后，即使當(dāng)在和壓制單元相反的方向上設(shè)置裝有樹脂質(zhì)黑矩陣12時(shí)，也可以防止發(fā)生泡沫現(xiàn)象，并進(jìn)一步地，提高生產(chǎn)效率。此外，不再需要在具體的方向上調(diào)整襯底3的安裝方向，從而可以提高壓制過程的效率。圖16A和16B概要示出了包含圖15A和15B所示濾色器的本發(fā)明LCD裝置的結(jié)構(gòu)。
本說明書將LCD裝置作為本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用目標(biāo)而當(dāng)作例子示出。但是，通過上述根據(jù)本發(fā)明的制造方法而確保的濾色器還兼容于其他顯示原理不同的顯示裝置，例如等離子顯示器。
通過上述描述顯然可知，還可以通過在由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)加入各種變化和改進(jìn)，并且，本發(fā)明并不限于上述描述的具體內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種通過將有色膜粘結(jié)在襯底上而制造濾色器的方法，所述襯底上形成有樹脂黑矩陣，包括如下步驟事先在樹脂黑矩陣中形成高度差，這樣，樹脂黑矩陣相對(duì)粘結(jié)有色膜的方向位于上游的邊緣部分低于樹脂黑矩陣的其他部分。
2.如權(quán)利要求1所述的制造濾色器的方法，其中，所述樹脂黑矩陣通過經(jīng)由形成在掩膜中的開口曝光、之后進(jìn)行顯影的過程由負(fù)性抗蝕劑形成，并且多個(gè)微小的開口形成在掩膜中相當(dāng)于樹脂黑矩陣的所述邊緣部分的部分中，從而使樹脂黑矩陣的所述邊緣部分低于其他部分。
3.如權(quán)利要求2所述的制造濾色器的方法，其中，形成在掩膜中的微小開口的形狀基本為圓形、橢圓形或多邊形。
4.如權(quán)利要求2所述的制造濾色器的方法，其中，對(duì)于掩膜中形成的微小開口，相鄰開口之間的間距和開口大小的比例根據(jù)位置的不同而改變。
5.如權(quán)利要求1所述的制造濾色器的方法，其中，所述樹脂黑矩陣的所述邊緣部分的寬度為整個(gè)樹脂黑矩陣寬度的25％至50％，包括端值。
6.如權(quán)利要求1所述的制造濾色器的方法，其中，所述樹脂黑矩陣的所述邊緣部分的頂表面和襯底頂表面之間的高度差在0.5μm到1μm的范圍內(nèi)，包括端值。
7.一種濾色器，其包括襯底、形成在所述襯底上并具有開口的樹脂質(zhì)黑矩陣和有色膜，其中，所述有色膜貫穿地覆蓋襯底的、位于樹脂黑矩陣中的開口內(nèi)的部分和樹脂黑矩陣，其特征在于，所述樹脂黑矩陣中沿著所述開口位于有色膜下的邊緣部分的高度低于樹脂黑矩陣和該邊緣部分相接的部分的高度。
8.如權(quán)利要求7所述的濾色器，其中，所述樹脂黑矩陣的所述邊緣部分的寬度為整個(gè)樹脂黑矩陣寬度的25％至50％，包括端值。
9.如權(quán)利要求7所述的濾色器，其中，所述樹脂黑矩陣的所述邊緣部分的頂表面和襯底頂表面之間的高度差在0.5μm到1μm的范圍內(nèi)，包括端值。
10.一種顯示裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求7所述的濾色器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種濾色器、顯示裝置及其制造方法。當(dāng)通過使用干膜壓合方法生產(chǎn)濾色器時(shí)，如果使用了事先設(shè)置的樹脂質(zhì)黑矩陣，在附連形成有色層所需的干膜的過程中，由于樹脂質(zhì)黑矩陣中明顯的高度差，當(dāng)干膜跨過樹脂黑矩陣不同高度位置時(shí)，會(huì)在靠近樹脂質(zhì)黑矩陣和襯底的有色層之間生成泡沫，并因而易于在有色層中產(chǎn)生退色。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，通過事先設(shè)置樹脂質(zhì)黑矩陣邊緣部分的高度低于其他部分，將空氣引入樹脂質(zhì)黑矩陣邊緣部分的上部分中，從而最終防止在有色層和襯底之間生成泡沫。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1534316SQ20041003334
公開日2004年10月6日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者松岡康司, 竹場光弘, 滝井健司, 德田剛, 司, 弘 申請人:夏普株式會(huì)社