[12]发明专利申请公开说明书
[21]申请号200310102745.0
[51]Int.CI7
G02B 5/20G02F 1/1335
[43]公开日2005年4月27日[22]申请日2003.10.23[21]申请号200310102745.0
[71]申请人统宝光电股份有限公司
地址台湾省新竹科学工业区苗栗县[72]发明人陈信铭
[11]公开号CN 1609637A
[74]专利代理机构北京市柳沈律师事务所
代理人李晓舒 魏晓刚
权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 7 页
[54]发明名称
滤光片结构及其制作方法
[57]摘要
本发明公开了一种滤光片结构及其制作方法。该滤光片结构包含有多个互相嵌合的滤光片设于一基板表面，其中各该滤光片与其相邻的该滤光片之间具有一重叠区域，且该重叠区域具有一约略与该重叠区域外的各该滤光片表面相切齐的表面。
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权 利 要 求 书
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1.一种平面显示器的滤光片结构，该滤光片结构包含有一基板，以及多个互相嵌合的滤光片设于该基板表面，其中各该滤光片与其相邻的该滤光片之间具有一重叠区域，且该重叠区域具有一约略与该重叠区域外的各该滤光片表面相切齐的表面。
2.如权利要求1的滤光片结构，其中该平面显示器是液晶显示器，可为一低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器。
3.如权利要求1的滤光片结构，其中该基板还包含有一像素矩阵阵列设于各该互相嵌合的滤光片下方，以及一透明导电层设于各该互相嵌合的滤光片上方，其中该滤光片结构包含有一接触插塞，用来连接该透明导电层以及该像素矩阵阵列，其中该基板是一透明玻璃基板。 4.如权利要求3的滤光片结构，其中该平面显示器是一滤光片堆叠于像素矩阵阵列上方型式的液晶显示器。
5.如权利要求1的滤光片结构，其中设于该重叠区域内下层的各该滤光片的厚度至少为设于该重叠区域外的各该滤光片的厚度的一半。 6.如权利要求1的滤光片结构，其中该重叠区域是用来当作一黑矩阵层。
7.如权利要求1的滤光片结构，其中该基板另包含一黑矩阵层设于各该滤光片与其他滤光片相邻接的区域。
8.如权利要求1的滤光片结构，其中该些滤光片至少包含有一第一滤光片、一第二滤光片与一第三滤光片，其中该第一滤光片的图案是一凸字型，该第二滤光片的图案是一阶梯形状，且该第三滤光片的图案是一颠倒的凸字型，以成为该互相嵌合的滤光片，其中该些滤光片至少包含有一红/绿/蓝滤光片。
9.一种应用于一平面显示器的彩色滤光片的制作方法，该制作方法包含有下列步骤： 提供一玻璃基板；
于该玻璃基板上形成一第一滤光片；以及
于该玻璃基板上形成一与该第一滤光片相嵌合的第二滤光片，其中该第一滤光片与该第二滤光片之间具有一重叠区域，且该重叠区域具有一约
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略与该重叠区域外的该第一滤光片以及该第二滤光片表面相切齐的表面。 10.如权利要求9的制作方法，其中该平面显示器是一液晶显示器，可为一低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器。
11.如权利要求9的制作方法，其中该制作方法利用一递减型光掩模来定义该第一滤光片以及该第二滤光片的图案，其中该递减型光掩模包含至少一透明区域以及一半透明区域。
12.如权利要求9的制作方法，其中形成该第一滤光片的方法包含下列步骤：
于该玻璃基板上形成一第一滤光材料层；
提供一递减型光掩模，该递减型光掩模包含至少一透明区域以及一半透明区域；以及
进行一第一光刻工艺，以于该第一滤光材料层上形成一与该透明区域相对应的第一图案，以及于该第一滤光材料层上形成一与该半透明区域相对应的第二图案，且该第一图案与该第二图案具有不同厚度。 13.如权利要求12的制作方法，其中形成该第二滤光片的方法包含下列步骤：
于该玻璃基板上形成一第二滤光材料层，且该第二滤光材料层部分重叠于该第一滤光材料层表面；以及
利用该递减型光掩模进行一第二光刻工艺，以于该第二滤光材料层上形成一第三图案重叠于该第一滤光材料层的该第二图案表面，以及于该第二滤光材料层上形成一与该第三图案具有不同厚度的第四图案，且该第三图案与该第四图案的表面约略相切齐，其中该第一光刻工艺与该第二光刻工艺可以选择利用相同的工艺参数或是不同的工艺参数。 14.如权利要求9的制作方法，其中该重叠区域内的该第二滤光片覆盖于该重叠区域内的该第一滤光片的表面，且该第一滤光片于该重叠区域内的厚度至少为设于该重叠区域外的该第一滤光片的厚度的一半。 15.如权利要求9的制作方法，其中该重叠区域是用来当作一黑矩阵层。
16.如权利要求9的制作方法，其中该玻璃基板还包含一黑矩阵层设于该第一滤光片与该第二滤光片相邻接的区域。
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说 明 书
滤光片结构及其制作方法
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技术领域
本发明涉及一种滤光片结构及其制作方法，尤其涉及一种应用于液晶显示器(liquid crystal liquid，LCD)的彩色滤光片结构及其制作方法。 背景技术
由于液晶显示器具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，故已被广泛地应用在笔记本电脑、个人数字助理(PDA)等便携式通讯产品上。 现有的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的彩色滤光片(color filter)结构与TFT元件是分别制作于两不同的玻璃基板上。其中，TFT元件利用多道光刻暨蚀刻(PEP)工艺制作于下玻璃基板表面，而彩色滤光片结构则是利用光刻工艺或是直接印刷技术制作于上玻璃基板表面，以使LCD的每一像素呈现丰富亮丽的颜色。此外，现有的薄膜晶体管液晶显示器工艺另会于两相邻接的彩色滤光片中设置黑矩阵(black matrix)层，以提升LCD对比，进而防止TFT元件产生光漏电流，并遮掩LCD显示时所产生的斜漏光不良。 但是当组合上、下玻璃基板时，常因上、下两玻璃基板分属不同材质，热膨胀系数也不同等的缘故，在进行压合工艺时便可能会因高温而产生对位误差，造成漏光现象，因此目前制造薄膜晶体管液晶显示器的方法大多是利用将彩色滤光片结构直接制作于薄膜晶体管上(color filter on array，COA)的新技术，以避免彩色滤光片结构中的黑矩阵层与数据线(data line)的对位误差。而且当玻璃基板尺寸增大且液晶显示器解析度提高时，基板上的像素数目也会增加，此时彩色滤光片结构于像素上的对位将更显重要。 请参考图1至图3，图1至图3为现有制作一彩色滤光片结构22的方法示意图。如图1所示，首先于一玻璃基板10上形成一黑色光致抗蚀剂层(未显示于图1中)，并进行一光刻工艺以形成一黑矩阵(black matrix)层12，一般的黑矩阵层12为遮光性强，反射率低并且与玻璃的附着性佳的铬(Cr)金属或黑色树脂层。接着于玻璃基板10上形成一红色滤光层14，并进行一光刻工艺以形成一红色滤光阵列(color filter array，CFA)16。其中红色滤光层
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14是一含有重量比例(dry weight)约10％至50％红色染料的正光致抗蚀剂材料层，或是一感光树脂(photosensitive resin)层。
接着，为了加强滤光阵列的滤光效果及可靠度，在形成红色滤光阵列16之后，可再以一波长约为320纳米(nm)，能量约为20J/cm以下的紫外光进行照射，并佐以一惰性的气体，如氮气进行一加热工艺，以避免光致抗蚀剂材料被氧化。其中加热的起始温度范围是60至140℃，之后以1.5℃/sec的速率提高温度，最终温度范围约160至220℃。之后重复上述步骤，于玻璃基板10上方依序形成一绿色滤光阵列18与一蓝色滤光阵列20，使得位于玻璃基板上10的红色滤光阵列16、绿色滤光阵列18与蓝色滤光阵列20构成一R/G/B彩色滤光片结构22。
然而现有的彩色滤光片结构在形成黑矩阵层时，有可能会因为铬膜部分脱落、铬残留或黑矩阵层对位偏移而产生漏光现象，而使得黑矩阵层无法有效遮蔽TFT元件，产生光漏电流，而且随着LCD高画质与高解析度的需求，黑矩阵层的线幅必定要缩小，使得其对位精确度更显重要。此外，现有利用多次光刻工艺以得到R/G/B彩色滤光片结构的方法，常常会因为光刻工艺的对位问题以及黑矩阵层的存在，而造成相邻两彩色滤光片结构的侧边突起(side lobe)，进而影响LCD中液晶分子的排列方向，并严重干扰LCD的正常运作，无法呈现理想中的色彩组合。 发明内容
本发明的主要目的在于提供一种彩色滤光片结构及其制作方法，以避免因为黑矩阵层的存在与光刻工艺对位不精确所造成的负面影响。 本发明的另一目的在于提供一种利用递减型光掩模制作彩色滤光片结构的方法。
为实现本发明的以上目的，提供一种液晶显示器的滤光片(color filter)结构，该滤光片结构包含有一基板，以及多个互相嵌合的滤光片设于该基板表面，其中各该滤光片与其相邻的滤光片之间具有一重叠区域，且该重叠区域具有一约略与该重叠区域外的各该滤光片表面相切齐的表面。 本发明中应用于液晶显示器的彩色滤光片结构不需要额外形成黑矩阵层，就可以有效达到光遮蔽功效，更避免黑矩阵层的对位与漏光的问题。又本发明的彩色滤光片结构具有一平整表面，不但可以平坦化透明电极，
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提高LCD的开口率(aperture ratio)，增加像素电极重叠区域率，更可以减少像素彼此间的耦合效应，且不会影响液晶分子的正常排列，增加液晶显示器操作的可靠度，以得到理想中的色彩呈现。 附图说明
图1至图3为现有制作彩色滤光片结构的方法示意图； 图4为本发明的彩色滤光片结构的剖面示意图；
图5至图10为本发明制作彩色滤光片结构的方法示意图；
图5(A)与图5(B)为本发明的递减型光掩模的部分上视图； 图11为本发明的彩色滤光片结构应用于一液晶显示器的部分上视图；以及
图12为图11沿切线I-I′的剖面示意图。 附图标记说明
10 玻璃基板 12 黑矩阵层 14 红色滤光层 16 红色滤光阵列 18 绿色滤光阵列 20 蓝色滤光阵列 22 彩色滤光片结构 30 透明玻璃基板 32 红色滤光片 34 绿色滤光片 36 蓝色滤光片 38 彩色滤光片结构 40 红色滤光材料层 42 递减型光掩模 44 透明区域 46 半透明区域 48 绿色滤光材料层 49 蓝色滤光材料 50 玻璃基板 52 像素矩阵阵列
54 像素区域 56 低温多晶硅薄膜晶体管 58 多晶硅层 60 上栅极导电层 62 栅极介电层 64 沟道层 66 源极电极 68 漏极电极 69 平坦层 70 透明导电层 72 接触插塞 74 配向膜 76 玻璃基板 78 透明导电层 80 配向膜 82 液晶
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90 低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器 具体实施方式
请参考图4，图4为本发明的彩色滤光片(color filter)结构38的剖面示意图。如图4所示，本发明的彩色滤光片结构38包含有多个呈阵列排列并互相嵌合的红/绿/蓝(R/G/B)彩色滤光片32，34，36设于一透明玻璃基板30表面。其中两相邻滤光片，例如红色滤光片32与绿色滤光片34之间具有一重叠区域A，且设于重叠区域A内下层的红色滤光片32的厚度至少为设于重叠区域A外的各滤光片32，34，36的厚度的一半，以使彩色滤光片结构38约略具有一平整表面。
请参考图5至图10，图5至图10为本发明制作彩色滤光片结构38的方法示意图，而图5(A)与图5(B)为本发明的递减型光掩模42的部分上视图。如图5所示，首先于玻璃基板30上形成一红光滤光材料层40，然后利用一递减型光掩模42进行一第一光刻工艺，以于红色滤光材料层40中形成多个红色滤光片32。其中，递减型光掩模42包含有至少一透明区域44，至少一半透明区域46以及不透明区域45。如图5(A)与图5(B)所示，半透明区域46可以是一半透明玻璃或是一具有疏密开口的透明玻璃，故本发明可以依照彩色滤光片结构及实际工艺需求来制作具有不同透光率的递减型光掩模42或一般型光掩模，在本发明的优选实施例中，半透明区域46的透光率为6％，且透明区域44具有一宽度B，半透明区域46具有一宽度C。如图6所示，由于递减型光掩模42各部分的透光率并不相同，因此所形成的红色滤光片32呈一凸字型，并包含有一与透明区域44相对应的第一部分32A，以及一与半透明区域46相对应的第二部分32B。
然后如图7所示，于玻璃基板30上形成一绿色滤光材料层48，由于玻璃基板30上已设有多个红色滤光片32，因此所形成的绿色滤光材料层48的表面并不平整，接着将同一递减型光掩模42往右侧移动一距离(B+C)，或是利用另一包含有一右移(B+C)距离的图案的递减型光掩模，以使得原本位于红色滤光片32的第一部分32A上的递减型光掩模42的半透明区域46移动至红色滤光片的第二部分32B之上，并进行一第二光刻工艺。第二光刻工艺与第一光刻工艺利用相同的工艺参数，以于绿色滤光材料层48中形成多个绿色滤光片34，每一绿色滤光片34具有一阶梯形状，且部分重叠于
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各相对应的红色滤光片32的表面，其重叠部分A的宽度即为半透明区域的宽度C，又每一红色滤光片32与其相嵌合的绿色滤光片34的上表面为一平整表面，因此不会有现有滤光片侧边突起的问题产生。在本发明的优选实施例中，递减型光掩模42的半透明区域46的透光率为6％，因此所得到的重叠区域A内下层的红色滤光片32的厚度为设于重叠区域A外的绿色滤光片34或红色滤光片32的厚度的一半以上，如图8所示。
接着如图9与图10所示，于玻璃基板30上形成一蓝色滤光材料层49，由于玻璃基板30上已设有多个红色滤光片32与多个绿色滤光片34，因此所形成的蓝色滤光材料层49的表面并不平整，接着将同一递减型光掩模42再往右侧移动一距离(B+C)，并进行一第三光刻工艺，以于蓝色滤光材料层49中形成多个蓝色滤光片36，且每一蓝色滤光片36的具有一颠倒的凸字型的图案。其中，第三光刻工艺与第二光刻工艺利用相同的工艺参数，而每一蓝色滤光片36重叠于相邻的红色滤光片32与绿色滤光片34之上，且各蓝色滤光片36的表面与各红色滤光片32与各绿色滤光片34的表面约略相切齐，以得到一相互嵌合并具有一平整表面的彩色滤光片结构38。此外，为了加强彩色滤光片的滤光效果及可靠度，在形成每一滤光片32，34，36之后，可再以紫外光进行照射，并佐以一惰性的气体来进行一加热工艺，以避免光致抗蚀剂材料被氧化。
在本发明的优选实施例中，是将彩色滤光片结构38直接制作于一透明玻璃基板30表面，此透明玻璃基板30可视为薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的上玻璃基板。然而本发明并不局限于此，本发明的彩色滤光片结构38亦可应用于其他型式的液晶显示器中，例如应用于一具有上栅极(topgate)结构的低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器(low temperature polysiliconthin film transistor LCD，LTPS TFT-LCD)中。
现即以一像素矩阵阵列上方型式(color filter on array，COA)的液晶显示器作为说明。请参考图11与图12，图11为本发明的彩色滤光片结构38应用于一液晶显示器的部分上视图，图12为图11沿切线I-I′的剖面示意图。如图11与图12所示，本发明的彩色滤光片结构38制作于一玻璃基板50上，玻璃基板50包含有一像素矩阵阵列52设置于其上，像素矩阵阵列52包含有多个相邻的像素区域54。本发明的LTPS TFT-LCD 90的制作方法是先于玻璃基板50上形成一上栅极(top gate)的低温多晶硅薄膜晶体管结构56
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位于每一像素区域54的一角落，其中LTPS TFT结构56包含有一多晶硅层58、一上栅极导电层60、一栅极介电层62、一沟道层64、一源极电极66与一漏极电极68。接着于LTPS TFT结构56上形成一平坦层62，在于平坦层62上形成一互相嵌合的彩色滤光片结构，本实施例以彩色滤光片38为例。其中，彩色滤光片结构38的红/绿/蓝滤光片32，34，36分别对应于不同的像素区域54上，且两相邻滤光片的重叠区域A是相对应于LTPS TFT结构56上，此时，重叠区域A是用来当作LCD的黑矩阵层，以达到遮蔽光线的功效。且为了连接后续形成的透明导电层70与LTPS TFT结构56的漏极电极68，可于沉积透明导电层70之前先成一开口(未显示于图12中)，再沉积一透明导电层70，如氧化铟锑(ITO)，以形成一接触插塞72，然后于玻璃基板50上形成一配向膜(orientation film)74。
接着，于另一玻璃基板76上依序形成一透明电极78与一配向膜80。然后将玻璃基板50与玻璃基板76相对放置，接着于两玻璃基板50与76之间注入一液晶82，完成本发明的LTPS TFT-LCD 90的制作。
简言之，本发明的彩色滤光片结构利用同一递减型光掩模以分别对红、绿与蓝滤光材料层，进行三次具有相同工艺参数的光刻工艺，以得到相互嵌合且表面平整的R/G/B彩色滤光片结构，不但可以简化工艺，且相邻两彩色滤光片结构的重叠区域更可用来当作现有液晶显示器的黑矩阵层，以达到遮蔽薄膜晶体管的功用，避免产生光漏电流的现象。此外，本发明亦可以适当地应用在设有黑矩阵层结构的液晶显示器中。
相较于现有技术，本发明中应用于液晶显示器的彩色滤光片结构不需要额外形成黑矩阵层，就可以有效达到光遮蔽功效，更避免黑矩阵层的对位与漏光的问题。又本发明的彩色滤光片结构具有一平整表面，不但可以平坦化透明电极，避免现有滤光片结构的侧边突起的问题，提高LCD的开口率(aperture ratio)，增加像素电极重叠区域率，更可以减少像素彼此间的耦合效应，且不会影响液晶分子的正常排列，增加液晶显示器操作的可靠度，以得到理想中的色彩呈现。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
图3
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图4
图5
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图5A
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图5B
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图6
图7
图8
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图9
图10
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