TW574523B - Color filter of liquid crystal display - Google Patents

Description

574523 案號 90129105 Λ_Ά. 曰 修正 五、發明說明（1) 本發明係有關於一種液晶顯示器的彩色濾光片，特別 有關於一種具有一體成形之顏色層的彩色濾光片以及製造 該彩色濾光片的方法。 目前現有LCD彩色濾光片的製程相當多，有印刷法、 電著法、顏料分散法、染色法、喷墨法等，上述方法多半 是將紅、綠、藍3原色之顏料經由不同方式塗佈到適當的 位置後，再經過顏料之分離、過濾，以及添加黏著之機制 而得。以下分別敘述各種方法以及其缺點： (1 )印刷法使用網版印刷，3種顏色依序套印，該方法 困難處在於圖像位置的控制以及各色厚度的均勻性； (2 )電著法，其顏料經研磨之後，使用有帶電性的離 子型分散劑，顏料再依序電著到期望的區域位置而成，然 而由於電流均勻度不易控制會影響到電著厚度的控制，因 此受限於圖像形狀； (3) 顏料分散法，係使用非離子型的界面活性劑作為 高分子顏料的分散劑製程有顏色之光阻劑，均勻塗佈在基 板之後，經過曝光顯影，而得到期望的區域色塊，但是由 於需使用3次黃光對準製程，圖像成本較高； (4) 染色法，係使用可染色的光阻劑，均勻塗佈在基 板之後，經過曝光顯影得到區域分割後，再經由局部染色 得到期望的色塊，但該方法有信賴性的問題，且其耐化學 性、财熱性、耐光性不夠； (5 )喷墨法，例如第1 a〜1 c圖所示，其中1 0 4代表基 板，該基板上具有黑色陣列1 0 3以及一吸墨層1 0 2，而

第4頁 574523 案號 90129105 Λ_η 修正 五、發明說明（2) 1 0 1 a〜1 0 1 c則表示不同顏色之墨水。在第1 a圖係顯示準備 基材進行喷墨，第1 b圖則顯示墨水與基材接觸著色。第1 c 圖係顯示基材著色完成。基板上先塗佈一層吸墨層後，再 使用厚膜光阻劑，均勻塗佈在基板之後，經曝光顯影得到 區域分割後，經由喷墨而得到期望的色塊。該方法具有 紅、綠、藍3原色同時著色於基板上，故比顏料（或染 料）分散法更節省製程與使用材料，然而，喷墨法列印有 喷墨良率的疑慮，以及信賴性的問題，且喷墨法與染色法 多使用高分子材料作為輔助黏著劑或分散劑，因此亦多有 耐化學性、耐熱性、耐光性不夠的問題。 除此之外，上述之習知方法，由於以重複步驟形成三 種不同原色，因此在不同顏色之間容易有間隙產生，且形 成的厚度較難控制而有不均的問題，整體來說，在產品的 品質有許多問題。 有鑑於此，本發明之目的為提供一種液晶顯示器之彩 色濾光片，該彩色濾光片的顏色層是直接從基材氧化而 成，不需使用分散劑、黏結劑、吸墨層等高分子結構，因 此沒有耐化學性、耐熱性、耐光性不足的問題。 本發明之又一目的為提供一種開口率高、信賴性高、 解析度高之彩色濾光片。 本發明之另一目的在於提供一種製造成本低且低污染 之製造上述彩色濾光片的製造方法。 為了達成本發明，本發明之彩色濾光片，其包括：一 透明基材；以及一金屬層’位於該基材之上，該金屬層係

第5頁 574523 案號 90129105 曰 修正 五、發明說明（3) 由一體成形的第一階顏色層、第二階顏色層以及第三階顏 而定，上述彩色濾光片還可包括位於 四階顏色層，該第四階顏色層為黑色 色層 不同 矩陣 所組成。依 顏色層之間 需求 的第 包括 層； 顏色 正型 以及 第一 次進 形成 成第 陣， 及第 而於 矩陣 顏色 色階 供一 屬層 而本發明提供之 :提供一透明基 使該金屬層全面 層上全面塗佈一 光阻層上形成不 不顯影區；全面 階顏色層形成第 行全面氧化，而 第二階顏色層， 三階顏色層；以 基於不同色階顏 上述方法還包括 三階顏色層上全 該正型光阻層上 區；全面進行氧 層上形成第四階 根據本發明之另 顏色層之液晶顯 透明基板，並於 全面氧化形成第 形成 板， 氧化 正型 同曝 進行 二階 於對 同時 及移 色層 ;在 面形 對應 化而 上述彩 並於該 形成第 光阻層 光量的 氧化， 顏色層 應該部 對應先 除該正 數量的 第一階 成正型 不同階 於對應 顏色層；以 一實施例， 示器之彩色 該透明基板 一階顏色層 色濾光片 透明基板 一階顏色 ;選擇性 完全顯影 而於對應 ;移除該 分顯影區 前完全顯 型光阻層 需求，例 顏色層、 光阻層； 顏色層的 該等黑色 及移除該 可同時形 濾光片， 之方 上塗 層； 曝光 區、 該完 部分 之第 影區 〇 如前 第二 選擇 交界 矩陣 正型 成具 其步 法，其步驟 佈一金屬 在該第一階 顯影，於該 部分顯影區 全顯影區之 顯影區並再 一階顏色層 之金屬層形 上塗佈一金屬 ;在該第一階 述之黑色矩 階顏色層以 性曝光顯影 處形成黑色 區之不同階 光阻層。 有四種不同 驟包括：提 層；使該金 顏色層上全

第6頁 574523 修正 案號 90129105 五、發明說明（4) 面塗佈一正型光阻層；選擇性曝光顯影，於該正型光阻層 上形成不同曝光量的完全顯影區、第1部分顯影區、第2部 分顯影區以及不顯影區，其中第一部份顯影區之曝光量大 於第2部分顯影區；全面進行氧化；移除該第1部分顯影區 並再進行氧化；移除該第2部分顯影區並再次進行氧化， 而於對應完全顯影區之第一階顏色層上形成第四階顏色 層，對應第1部分顯影區之第一階顏色層上形成第三階顏 色層，而對應第2部分顯影區之第一階顏色層上形成第二 階顏色層；移除剩餘的該正型光阻層。上述方法中，該第 四階顏色層為黑色矩陣。 本發明所提供之製造液晶顯示器彩色濾光片的方法主 要是應用金屬氧化的方式而形成不同顏色層。例如比較常 用的鉻酸氧化法，依照鉻金屬在鉻酸溶液的反應時間長 短，可依序得到藍、綠、紅、黑等四色。 根據本發明，彩色濾光片之顏色層，除了以酸氧化 外，還可藉由其他形式氧化而得，例如雷射或高溫氧化。 因此可避免圖案受到電流密度均勻性的影響，此外，可節 省彩色光阻劑的使用。此外，本發明之彩色濾光片之顏色 層是直接從基材氧化而成，相較於傳統製程將顏料塗佈於 基材的方法，顏色層不會有混淆，也不會有漏光的問題， 因此光學品質可大幅改善，本發明的方法明顯優於傳統製 程，功能亦有效提升，而且製造成本來說亦具有競爭力。 為了讓本發明之上述目的、特徵和優點更明顯易懂， 下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如

第7頁 574523 案號 90129105 _Ά 修正 五、發明說明（5) 下： 圖式簡單說明 第1 a〜1 c圖係顯示習知技術之喷墨法形成彩色濾光面 的製作流程圖。 第2 a〜2 h圖係顯示本發明之實施例1的不包含黑色遮光 矩陣之彩色濾光片的製作流程圖。 第3 a〜3 f圖係顯示本發明之實施例1的包含黑色遮光矩 陣之彩色濾光片的製作流程圖。 第4a〜4h圖係顯示本發明之包含黑色遮光矩陣之彩色 濾光片的實施例2的製作流程圖。 元件符號的簡單說明 1 00 透明基板 不同顏色之墨水 101a 、 101b 、 101c 102 吸墨層 103 黑色陣列 104 基板 110 第一階顏色層 110α 鉻金屬層 1 20 正型光阻層 125 部分顯影區域 125 a 部分顯影區域 130 完全顯影區域 130 a 完全顯影區域 132 不顯影區域

第8頁 574523 案號 90129105 曰 修正 五、發明說明（6) 135 第 階 顏 色 層 140 第 二 階 顏 色 層 150 光 罩 160 光 阻 層 165 不 曝 光 域 170 完 全 曝 光 區 域 170 a 完 全 曝 光 域 180 黑 色 矩 陣 區 300 透 明 基 板 310 第 一 階 顏 色 層 310 a 鉻 金 屬 層 320 不 顯 影 域 320 a 不 顯 影 區 域 325 第 一 部 分 顯 影 區 域 325 a 第 一 部 分 顯 影 域 330 第 二 部 分 顯 影 區 域 330 a 第 二 部 分 顯 影 域 335 完 全 顯 影 區 域 33 5 a 完 全 顯 影 區 域 340 第 四 階 顏 色 層 355 第 二 階 顏 色 層 360 第 二 階 顏 色 層 實施例 實施例1

第9頁 574523 案號 90129105 曰 修正 五、發明說明（7) 第2 a〜2 h圖係顯示本發明之實施例1的不包含黑色遮光 矩陣之彩色濾光片的製作流程圖。首先，請參照第2 a圖， 提供一透明基板1 0 0，然後於該透明基板1 0 0上以物理氣相 蒸著法（PVD)形成如第2b圖所示的鉻金屬層110 α後，進 行全面氧化使該鉻金屬層成為第一階顏色層1 1 0 (藍 色）。 上述形成鉻金屬層之方法除了 PVD之外，亦可使用化 學氣相沈積（CVD )。該鉻金屬層之厚度至少為一層鉻原 子金屬或含鉻合金，其範圍較佳在6 0〜5 0 0 0 Α之間。該透 明基材為玻璃或高分子材料，至於該金屬層並不限於鉻金 屬，擇自鉻、銅、鋁、鐵及鎳等金屬所組成之群組皆可。 而上述氧化步驟係以強酸氧化進行，其中強酸係擇自鉻酸

第10頁 574523 案號 90129105 曰 修正 五、發明說明（8) 溶液、硫酸溶液、硝酸溶液以及其混合物所組成之群組。 本實施例係使用鉻酸溶液與硫酸溶液所組成混合溶液。 接著如第2 c圖所示，在該第一階顏色層1 1 0上形成一 正型光阻層1 2 0，該正型光阻層係擇自含酚醛樹脂及重氮 化合物之組成物以及其衍生物所組成之群組。本實施例之 正型光阻層係使用含酚醛樹脂之一般商用光組劑。 然後，如第2 d圖所示，以具有既定圖案之光罩1 5 0曝 光顯影，該光罩之圖案設計係為包含三種不同曝光量之區 域（包括完全顯影1 3 0 α、部分顯影1 2 5 α 、不顯影1 3 2 ) 使光阻部分顯影。在此使用的顯影液係擇自含碳酸鈉、碳 酸氫納、碎酸納、氫氧化納、氫氧化卸及四烧基胺類化合 物以及其混合物之水溶液所組成之群組。本實施例之顯影 液係使用碳酸氫鈉之驗性水溶液。 經過上述曝光顯影步驟後，在該正型光阻層1 2 0上形 成完全顯影1 3 0、部分顯影1 2 5及不顯影1 2 0等三個區域。 接著，全面以強酸進行氧化，此時，對應完全顯影區域 1 3 0之第一階顏色層被二次氧化而形成如第2 e圖所示之第 三階顏色層1 3 5。 接下來，移除正型光阻層的部分顯影區域125而露出 對應部分顯影區域之第一階顏色層，如第2 f圖所示，再次 全面以強酸進行氧化，此時，對應部分顯影區域之第一階 顏色層被二次氧化形成第二階顏色層1 4 0 (綠色），而該 第三階顏色層1 3 5被三次氧化而成為紅色，位於兩側之第 一階顏色層11 0則保持為原來的藍色，如

第11頁 574523 案號 90129105 Λ_ 修正 五、發明說明（9) 第2 g圖所示。經由上述重複氧化步驟而同時得到三種顏色 層。最後，如第2 h圖所示，移除剩餘的正型光阻層1 2 0而 得三種顏色層1 1 0第一階顏色層、1 3 5第三階顏色層、1 4 0 第二階顏色層一體成形的彩色濾光片。 完成上述步驟之彩色濾光片，可再經由以下步驟形成 黑色矩陣。請參照第3 a〜3 f圖。第3a圖係顯示具備三種顏 色層之彩色濾光片，100為透明基板，其上具有三種顏色 的顏色層110 、 135 、 140 。 如第3 b圖所示，全面性形成一光阻層1 6 0。接著，以 一光罩進行曝光顯影，該光罩具有如第3c圖所示之不曝光 區域165及完全曝光區域170 α ，其中該完全曝光區域位於 該等不同顏色層1 1 0、1 3 5、1 4 0之間。經過曝光顯影而在 該光阻層160上形成如第3d圖所示170完全曝光區。此步驟 之光阻層可使用正型或負型。 接著重複上述強酸氧化步驟，而於不同顏色層110、 1 3 5、1 4 0之間形成如第3 e圖所示之黑色矩陣區1 8 0。最後 移除剩餘光阻層1 6 0，而得如第3 f圖所示之彩色濾光片成 品。 實施例2 第4a〜4h圖係顯示本發明之包含黑色遮光矩陣之彩色 濾光片的製作流程圖。本實施例在製程方面，與實施例雷 同，因此對於金屬層厚度及其形成方法、顯影液及正型光 阻之種類等不予贅述。首先，請參照第4 a圖，提供一透明 基板3 0 0，然後依序於該透明基板3 0 0上以物理氣相蒸著法 11 I 1 ill 圓___ 1 1

第12頁 574523 案號 90129105 曰 修正 五、發明說明（10) (PVD )形成如第4b圖所示的鉻金屬層310 α以及正型光阻 層3 2 0後，進行全面氧化使該鉻金屬層成為第一階顏色層 31 0 (藍色）。 然後，如第4c圖所示，以具有既定圖案之光罩3 5 0曝 光顯影’該光罩之圖案設計係為包含四種不同曝光量之區 域（包括完全顯影3 3 5 α、第一部分顯影3 2 5 α 、第二部分 顯影3 3 0 α 、不顯影3 2 0 α )使光阻部分顯影，其中該第一 部份顯影區曝光大大於該第二部份顯影區。本實施例之顯 影液係使用碳酸氫鈉之驗性水溶液。 經過上述曝光顯影步驟後，在該正型光阻層3 2 0上形 成完全顯影3 3 5、第一部分顯影3 2 5、第二部分顯影3 3 0及 不顯影3 2 0等三個區域。接著，全面進行氧化，此時，對 應完全顯影區域3 3 5之第一階顏色層被二次氧化而形成如 第4 d圖所示之第位階顏色層3 4 0。 接下來，移除正型光阻層的第一部分顯影區域325而 露出對應第一部分顯影區域3 2 5之第一階顏色層，如第4e 圖所示。接著再次全面進行氧化，此時，如第4f圖所示， 對應第一部分顯影區域3 2 5之第一階顏色層被二次氧化形 成第三階顏色層3 5 5，而該第四階顏色層3 4 0被三次氧化。 接下來，如第4g圖所示，移除第二曝光顯影區330， 再全面進行氧化，此時，對應該第二曝光顯影區3 3 0之第 一階顏色層被二次氧化形成第二階顏色層3 6 0 (綠色）， 而第三階顏色層3 5 5被三次氧化成紅色，該第四

第13頁 574523 案號 90129105 Λ_3. 曰 修正 五、發明說明（11) 階顏色層3 4 0被四次氧化成黑色，而位於兩側之第一階顏 色層1 1 0則保持為原來的藍色。經由上述重複氧化步驟而 同時得到四種顏色層。最後，如第4h圖所示，移除剩餘的 正型光阻層320而得四種顏色層（第一階顏色層310、第四 階顏色層3 4 0、第三階顏色層3 5 5、第二階顏色層3 6 0 ) — 體成形的彩色濾光片，其中該第四階顏色層即黑色矩陣。 由上述實施例可發現，本發明之彩色濾光片是直接從 金屬層氧化而成，其一體成形而不會有顏色層不銜接、混 淆的情形。本實施例所指之第四階顏色層係為液晶顯示器 彩色濾光片應用上所需之黑色遮光矩陣（black matrix)， 必要時可在塗佈保護層，防止污染以及停止氧化。 上述氧化步驟係以強酸進行，但不限於此，亦可以高 溫或雷射提供金屬層氧化所需之能量進行氧化，尤其是雷 射更具有減少黃光製程區隔區域程序的潛力。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範 圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第14頁 574523 _案號90129105 年月日 修正 圖式簡單說明

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Claims (1)

1. 574523 _案號90129105_ 年月日 修正_ 六、申請專利範圍 (e) 全面進行氧化； (f ) 移除該部分顯影區並再次進行全面氧化，而於對 應該部分顯影區之第一階顏色層形成第二階顏色層，而於 對應該完全顯影區之金屬層形成第三階顏色層；以及 (g) 移除該正型光阻層。 8. 如申請專利範圍第7項所述之製造液晶顯示器之彩 色濾光片的方法，還包括： (h) 在第一階顏色層、第二階顏色層以及第三階顏色 層上全面形成光阻層；

   (i ) 選擇性曝光顯影而於該光阻層上對應不同階顏色 層的交界處形成黑色矩陣區； (j ) 全面進行氧化而於對應該等黑色矩陣區之不同階 顏色層上形成第四階顏色層；以及 (k) 移除該光阻層。 9. 如申請專利範圍第7或8項所述之製造液晶顯示器 之彩色濾光片的方法，其中該透明基材為玻璃或高分子材

   10. 如申請專利範圍第7或8項所述之製造液晶顯示器 之彩色濾光片的方法，其中該金屬層為擇自鉻、銅、鋁、 鐵及鎳等金屬所組成之群組。 11. 如申請專利範圍第7或8項所述之製造液晶顯示器 的彩色濾光片的方法，其中該金屬層的厚度為60〜 5000 A 〇 12. 如申請專利範圍第7或8項所述之製造液晶顯示器

   第17頁 574523 _案號90129105_年月日 修正 六、申請專利範圍 的 彩 色 遽 光 片 的 方 法 ， 其 中 該正 型 光 阻 層 係 擇 含 酚 醛 樹 脂 及 重 氮 化 合 物 之 組 成 物 以 及其 衍 生 物 所 組 成 之 群 組 〇 13 • 如 中 請 專 利 範 圍 第7或8 項 所 述 之 製 造 液 晶 顯 示 器 的 彩 色 遽 光 片 的 方 法 其 中 曝光 顯 影 使 用 之 顯 影 液 係 擇 含 碳 酸 納 碳 酸 氫 鈉 矽 酸 納、 氫 氧 化 鈉 氫 氧 化 鉀 及 四 烷 基 胺 類 化 合 物 以 及 其 混 合 物之 水 溶 液 所 組 成 之 群 組 0 14 . 如 中 請 專 利 範 圍 第7或8 項 所 述 之 製 造 液 晶 顯 示 器 的 彩 色 滤 光 片 的 方 法 其 中 氧化 步 驟 係 以 強 酸 氧 化 〇 15 . 如 中 請 專 利 範 圍 第 1 4項 所 述 之 製 造 液 晶 顯 示 器 的 彩 色 遽 光 片 的 方 法 其 中 強 酸係 擇 白 鉻 酸 溶 液 硫 酸 溶 液 硝 酸 溶 液 以 及 其 混 合 物 所組 成 之 群 組 〇 16 . 如 中 請 專 利 範 圍 第7或8 項 所 述 之 製 造 液 晶 顯 示 器 的 彩 色 遽 光 片 的 方 法 j 其 中 氧化 步 驟 係 以 雷 射 或 溫 氧 化 進 行 〇 17 . 如 中 請 專 利 範 圍 第 7或8 項 所 述 之 製 造 液 晶 顯 示 器 的 彩 色 遽 光 片 的 方 法 1 其 中 塗佈 金 屬 層 之 步 驟 係 以 物 理 氣 相 蒸 著 法 (1 PVD ) 或化學氣相蒸著法| (CVD ) 進 行 〇 18 . 一 種 製 造 液 晶 顯 示 器之 彩 色 滤 光 片 的 方 法 其 包 括 • (a ) 提 供 一 透 明 基 板 並於 該 透 明 基 板 上 塗 佈 一 金 屬 層 9 (b) 使 該 金 屬 層 全 面 氧 化形 成 第 一 階 顏 色 層 9 (c ) 在 該 第 一 階 顏 色 層 上全 面 塗 佈 一 正 型 光 阻 層 9 (d) 選 擇 性 曝 光 顯 影 5 於該 正 型 光 阻 層 上 形 成 不 同 曝

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