专利名称：彩色滤波器基片和彩色液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色滤波器基片以及采用该基片的彩色液晶显示装置，该类显示装置被装备在电视机、计算机、文字处理机、办公自动化设备等上面。
图15示出了普通彩色液晶显示装置的实例。
这种彩色液晶显示装置包括一对相向夹持液晶层12放置的基片。其中一块基片为彩色滤波器基片，它包括玻璃基片1以及形成于玻璃基片1上的遮光部件(黑色掩膜)3、彩色滤波器彩色层4和平滑层(覆盖层)5。在它们上面形成有显示电极6a和对版薄膜7a。在另一块玻璃基片2上形成有显示电极6b、绝缘薄膜8和对准薄膜7b。基片1和2借助包含玻璃珠9和塑料珠11的密封材料10附着在一起，玻璃珠9沿基片四周排放，而塑料珠11的用途是调节基片之间所排列元胞的间隙以形成液晶层12，液晶被密封在密封材料10包围的玻璃基片1和2之间的间隙内。显示电极6a和6b未被遮光部件遮挡的反面部分是液晶透光区域。
图16A-16I示出了上述彩色滤波器基片的制造过程，其中采用金属薄膜作为黑色掩膜3。
首先如图16A所示，利用溅射等方法在玻璃基片1上真空淀积一层厚度约为1000埃的金属(铬等)薄膜3a，如图16B所示，在它上面覆盖一层保护膜13。随后如图16C所示采用光掩膜14曝光保护膜13，并如图16D所示显影形成保护膜图案13a。接着如图16E所示腐蚀形成黑色掩膜3。
随后如图16F所示形成彩色层15。通过涂覆含颜料的有机墨水或者转移含颜料光敏树脂在整个基片表面形成彩色层15。接着如图16G所示利用光掩膜曝光彩色层15，并如图16H所示显影形成点状彩色滤波器彩色层15(在图中为R(红色像素的彩色层)。同样也形成了G(绿色)和B(蓝色)像素的彩色层。此外也可以采用印刷方法，该方法将含颜料有机墨水印制在基片规定区域以形成彩色滤波器彩色层。
随后如图16I所示，利用旋转涂膜方法或者印刷方法形成覆盖层5，由此提高了彩色滤波器基片表面的平整程度并确保其与显示电极有足够的粘合力。
对于提高彩色滤波器基片表面平整度，正如日本公开特许No.2-275903和3-246503中所揭示的那样，一般的方法是对彩色滤波器基片的表面进行机械抛光，或者改善涂覆材料平整能力。而且由于担心液晶区域和元胞厚度的不均匀以及色彩混合，一般的方法还包括按下述方式形成相邻彩色层的步骤，即在点状R、G和B像素彩色滤波器彩色层的形成过程中不使它们互相交叠起来，或者包括在相邻彩色层之间形成遮光部件作为两侧面夹层的步骤。即，如图18所示，通常在相邻彩色层4之间形成间隙(凹陷部分)24。在图18中，a表示元胞厚度差，b表示液晶透光显示区域，而c和d分别表示液晶显示区域的像素中心部分和像素边缘部分。
当上述彩色滤波器彩色层经过曝光、显影、烘干等工艺步骤形成后，如图17A所示，在彩色层15曝光过程中，紫外线被折射到不需要的部分形成泄光区域e，由此形成曝光超越区域f。这样如图17B所示，超越曝光部分14a在腐蚀过程中仍然保留了下来。随后如图17C所示，在烘干形成彩色层时，包括超越曝光部分14a在内的像素边缘部分发生热变形，该彩色层的圆形边缘部分14b为圆桶形状截面。当在它上面形成平整薄膜时，圆桶形状部分经过平整水平度差异进一步扩大。
而当利用印刷方法形成彩色滤波器彩色层时，由于印制彩色层的表面张力，所以与图17C所示一样，彩色层截面为带圆角边缘部分的圆桶形状，这在日本公开特许No.4-62504中有所揭示。这样，如图18所示，在相邻的彩色层4之间形成了间隙(凹陷部分)24。而且在这种情况下，边缘部分不是笔直的，而是方向偏离的。
近年来，市场上需要的液晶显示装置是可演示动画的液晶显示器、随多媒体个人电脑发展起来的高清晰度(例如SVGA、XGA等)大显示屏幕液晶显示器以及替代桌面型计算机所用CRT的大屏幕液晶显示装置。为了满足上述需求，在性能上，对液晶显示装置，特别是采用STN(超扭转向列)型液晶的彩色液晶显示装置而言，提出了高对比度、高亮度、高响应速度和低功耗的要求，例如对比度30∶1以上，响应速度200毫秒以下等。为了实现这些要求，需要改进液晶的陡度(以下称为α值)以获得高对比度和高亮度，需要改进彩色滤波器基片表面的均匀性以获得高显示质量，需要减小高亮度引起的背入射光线的电流消耗以获得低功耗。而且为了改进上述这一些对彩色滤波器基片的表面平整度和剖面形状(圆桶状)也需要改进。
但是在提高对比度的过程中，上述普通彩色滤波器基片存在下列问题。即，如图18所示，在彩色滤波器彩色层4之间有间隙(凹陷部分)24，并且在覆盖层5的形成过程中有覆盖材料流入间隙24，这不仅使彩色滤波器基片表面缺乏平整度，而且形成圆桶形状区域。因此在显示电极6a和6b所夹持的液晶透光显示区域内产生元胞厚度差异。由于像素边缘部分d内的元胞厚度比像素中心部分c内的元胞厚度增加了a，所以如图19所示，像素边缘部分d的V(电压)-T(透射率)曲线与像素边缘部分c之间存在差异。因此，当部分c处于Voff状态时，部分d接近允许光透过的To状态，从而使对比度得不到改善。而且对于STN型液晶而言，通过改进液晶陡度(即降低α值)来改善对比度的方法存在如下的问题，即液晶α值的降低会引起一系列的显示不均匀，从而影响显示质量。即当液晶的变化更加陡峭时，液晶的显示很容易受到表面状态的影响。因此，如果因为与液晶接触的彩色滤波器基片表面平整度不够而使元胞厚度产生差异，并且彩色滤波器基片的剖面形状又较差，则限制了液晶α值的减小。
为了提高亮度，需要提高图19中V-T曲线的Ton，但是Ton与对比度也是相关的(对比度为Ton/Toff)，由此需要增加作为动态范围的Ton与Toff之差。不过由于像素中心部分c内元胞厚度与像素边缘部分d的不同，所以如图19所示，V-T曲线之间会产生差异，这减小了合成V-T曲线内的动态范围，从而无法改善作为亮度的透射率。而且由于低功耗是通过将亮度提高至所需水平以上并将背入射光的隧道电流降低同一程度而实现的，所以不提高亮度就无法降低功耗。
为了提高响应速度和显示质量，彩色滤波器基片的表面平整度和剖面形状同样需要改进。特别是由于为了提高响应速度，元胞厚度有所减小(例如从6微米-5或4微米)，所以表面不平整(例如水平度差异)间隙与整个元胞厚度之比将会更大。因此需要进一步改善彩色滤波器基片的表面平整度和剖面形状。
而且，当图18所示普通彩色滤波器基片经过机械抛光来平整其表面时，圆桶形状部分的表面平整度可能会有一定程度的改善，但是凹陷部分24却无法改善。另一方面，当表面抛光过度时，甚至彩色滤波器彩色层4的厚度也会变化，从而导致其性能的变化，例如色调变化等。而且对于如图18所示的普通彩色滤波器基片来说，改善覆盖材料的平整度效果不大，并且难以使液晶透光显示区域的表面平整度达到±0.01微米。
本发明的彩色滤波器基片包括基片和包含至少两种颜色的彩色层，其中彩色层的相邻边缘部分互相交叠，交叠部分的高度大于或等于彩色层其它部分的高度。
在本发明一个实施例中，交叠部分的宽度大于或等于2微米。
在本发明另一个实施例中，上述彩色滤波器基片进一步包括遮光部件。
在本发明另一个实施例中，遮光部件的厚度小于或等于1微米。
在本发明另一个实施例中，遮光部件的厚度小于或等于0.5微米。
在本发明另一个实施例中，上述彩色滤波器基片进一步包括覆盖彩色层的平整层，其中平整层的整个表面或者平整层交叠部分以外的表面是平坦的。
在本发明另一个实施例中，通过对交叠部分和/或形成于交叠部分上的所述平整层部分进行抛光使彩色层的整个表面和平整层平整。
在本发明另一个实施例中，彩色层包含彩色材料和光敏树脂，并且重复采用光刻方法形成。
本发明的彩色液晶显示装置包括上述彩色滤波器基片、背面基片和液晶层。
在本发明一个实施例中，液晶层包含STN型液晶，其中液晶分子的扭转角在180°-360°之间。
本发明的彩色液晶显示装置包括上述彩色滤波器基片，它进一步包含遮光部件；背面基片；以及液晶层。
在本发明一个实施例中，液晶层包含STN型液晶，其中液晶分子的扭转角在180°-360°之间。
本发明的彩色液晶显示装置包括上述彩色滤波器基片，它进一步包含覆盖彩色层的平整层；背面基片；以及液晶层。
在本发明一个实施例中，液晶层包含STN型液晶，其中液晶分支的扭转角在180°-360°之间。
以下论述本发明的功效。
由于相邻彩色层的边缘部分互相交叠并且交叠部分的高度大于凸起部分或者等于平坦部分(其它部分)，所以像素边缘部分不会形成凸起部分。
如果交叠部分的宽度大于或等于2微米，则交叠程度足够并且不会在像素边缘部分内形成凸起部分。
如果交叠部分的宽度小于遮光部件(黑色掩膜)的宽度，则彩色层不会溢出从而导致颜色混合。
当遮光部件交叠形成于交叠部分上时，交叠部分的最大高度为彩色层厚度×2加上遮光部件的厚度。交叠部分的高度增加导致交叠部分的凸起更大从而在交叠部分以外的彩色层部分内形成更大的凸起部分，这将在液晶显示装置形成过程中引起元胞厚度的变化。不可能单单减少彩色层交叠部分的厚度，但是可以通过减少遮光部件的厚度降低交叠部分的高度。例如，当遮光部件的厚度小于或等于1微米时，具有普通元胞厚度的液晶显示装置可以实现稳定的显示。而且当遮光部件的厚度小于或等于0.5微米时，甚至具有较小元胞厚度的液晶显示装置也可以实现稳定的显示，从而提供了较高的响应速度。
当覆盖材料涂覆在彩色层上并进行预烘干时覆盖材料向不平整的低位表面流动。此时，如果彩色层的交叠部分上形成凸起部分，则该部分起着堤岸的作用并使覆盖材料流向像素中心。由于与普通彩色滤波器基片不同，覆盖材料不会流入像素边缘部分的凸起部分从而影响表面平整度，所以这可以有效地显示它的平整能力。由于平整层(覆盖层)的整个表面或者彩色层交叠部分以外的表面部分是平坦的，所以像素边缘部分内不会形成凹陷部分。
由于彩色层的高度在交叠部分内是最大的，所以像素大部分表面可以通过抛光而得到平整，但是彩色层的厚度没有变化。而且由于交叠层的高度在彩色层交叠部分内是最大的，所以像素大部分表面可以通过抛光该部分而得到平整，但是彩色层的厚度没有变化。
当彩色层采用光刻工艺形成时，在现有光学掩膜形成精度、光敏材料显影对比度和曝光装置精度条件下，加工精度相对设计精度的偏差范围在±2微米之内。而且当利用印刷方法形成彩色层时，由于可以印刷成像素点，所以可以省略曝光和显影工艺。
由于本发明的彩色液晶显示装置采用了本发明的彩色滤波器基片，所以通过使相邻彩色层的边缘部分交叠并调整交叠部分的宽度，彩色滤波器基片的像素边缘部分表面不会形成凹陷部分。由于与普通彩色滤波器基片不同，像素边缘部分凹陷部分内的元胞厚度不会增加，并且即使施加液晶驱动电压，V-T曲线也不会产生差异，所以可以避免对比度下降和显示质量降低。而且通过控制遮光部件上彩色层的交叠宽度可以调整交叠部分拖尾区域的延伸范围。因此可以控制作为施加液晶驱动电压时液晶透光显示区域的整个部分的平整度。而且彩色层上覆盖层的形成有助于整个像素部分内彩色滤波器基片表面的平整，并减小相邻彩色层之间像素中心部分的高度差异。而且，由于与普通彩色滤波器基片不同，在对彩色层和覆盖层表面进行抛光时，即使是凹陷部分最低的部分也无需抛光掉，所以可以改善包括像素中心部分在内的大部分像素部分的表面平整度，但是不会引起性能的变化。
由于可以将相邻彩色层水平度差异调整为等于或小于0.01微米并使彩色滤波器基片内的覆盖层水平度最好，所以获得了均匀表面，并且在液晶透光显示区域内没有凹陷部分。因此即使采用光学性能和显示质量受元胞厚度变化和表面均匀性影响较大的STN液晶，也可以获得较好的光学性能和显示质量。
因此本发明的优点在于(1)提供了具有较好表面平整度的彩色滤波器基片；以及(2)提供了具有极佳光学性能和显示质量的彩色液晶显示装置。
通过以下借助附图对本发明的描述，可以进一步理解本发明的各种优点。
图1为表示本发明彩色滤波器基片内彩色层交叠宽度与高度之间关系的曲线图。
图2为表示本发明彩色滤波器基片内彩色层交叠宽度与覆盖层高度之间关系的曲线图。
图3A-3G为本发明彩色滤波器基片制造工艺的剖面示意图。
图4为本发明液晶显示装置的剖面示意图。
图5为本发明彩色滤波器基片彩色层的剖面示意图。
图6为本发明彩色滤波器基片覆盖层的剖面示意图。
图7A和7B为实施例1和7彩色层的剖面示意图。
图8A和8B为实施例4和比较实例5的液晶显示装置的剖面示意图。
图9A和9B为实施例4和比较实例5在形成时的覆盖层的剖面示意图。
图10A和10B为实施例4和比较实例5的彩色滤波器基片四周光泄漏状态的示意图。
图11A和11B为测量得到的实施例4和比较实例5中覆盖层形成时密封部分附近剖面形状(薄膜表面高度)的示意图。
图12为实施例4和比较实例5液晶显示装置中密封部分附近的剖面示意图。
图13A和13B为实施例4和比较实例5中每个元胞内元胞间隙分布的比较结果示意图。
图14为实例4和比较实例5液晶显示装置对比度性能评价结果的示意图。
图15为普通液晶显示装置的剖面图。
图16A-16I为普通彩色滤波器基片制造工艺的剖面图。
图17A-17C为利用光刻工艺形成的彩色滤波器基片彩色层表面和剖面的示意图。
图18为普通彩色液晶显示装置的剖面图。
图19为普通彩色液晶显示装置V-T特性的曲线图。
图20为比较实例的彩色液晶显示装置的剖面图。
图21为比较实例的彩色液晶显示装置彩色层的剖面图。
图22为比较实例的彩色液晶显示装置覆盖层的剖面图。
图23为比较实例的彩色液晶显示装置的剖面图。
图24为比较实例的彩色液晶显示装置彩色层的剖面图。
图25为比较实例的彩色液晶显示装置覆盖层的剖面图。
以下描述本发明的实施例。
本发明的彩色滤波器基片包括基片和包含当交叠相邻彩色层边缘部分时形成于基片上的两种以上不同颜色的彩色层。由于交叠部分的表面抬高和边缘部分高于或等于其它部分，所以不会形成凹陷部分。此外，下面给出了形成彩色层R、G和B的实例，但是也可以采用两种或更多不同颜色的其它彩色层。
图1和下列表1示出了彩色层交叠部分高度随相邻彩色层宽度变化的测量结果。在这种情况下，相邻彩色层(RG、GB和GR)的交叠宽度根据条状彩色层(R、G和B)的像素宽度而变化，彩色层在像素边缘部分为圆剖面形状而在整个层内为圆桶剖面形状。制造了一对这样的彩色滤波器并且在交叠部分的凸起(凸起部分)、凹槽(凹陷部分)和平坦表面选择11个点测量高度，并与交叠部分以外的其它彩色层进行比较。
由图1和表1可见，如果交叠宽度小于2微米，则彩色层交叠程度不够并且在表面上形成了凹陷部分。因此比较好的是使彩色层的交叠宽度大于2微米从而避免在交叠部分表面形成凹陷部分(像素边缘部分)。
如果在交叠彩色层交叠部分时形成遮光部件(黑色掩膜)，则交叠部分可以由遮光部件遮挡。当交叠部分宽度超过遮光部件宽度时，彩色层溢入相邻像素从而产生由混色引起的显示缺陷。因此比较好的是使交叠部分的宽度小于遮光部件。在这种情况下，遮光部件可以形成在基片上，并且随后形成彩色层从而使交叠部分位于遮光部件上。而且彩色层可以形成于基片上，随后在交叠部分形成遮光部件。
当遮光部件在使交叠部分交叠过程中形成时，交叠部分的最大高度等于彩色层厚度×2加上遮光部件的厚度。交叠部分高度增加会导致交叠部分内的凸起部分变大。由于凸起部分的尾部要求较大，所以一部分与交叠部分不对应的彩色层变成较大的凹陷部分，这导致元胞厚度在液晶显示装置形成过程中发生变化，从而使光学性能和显示质量有所变化。由于彩色层的材料与像素中心部分和像素边缘部分的相同，所以单单减小对应彩色层的交叠部分的厚度是不可能的，但是可以通过减少遮光部件的厚度来降低交叠部分的高度。通过遮光部件厚度依次变化为1.5微米、1.4微米、1.3微米、1.2微米、1.1微米、1.0微米和0.9微米时对液晶畴域和聚焦锥面进行的评价表明，遮光部件厚度小于或等于1.0微米时提供了稳定的显示。通过元胞厚度依次变化为6微米、5微米和4微米时对液晶畴域和聚锥面进行的评价表明，遮光部件厚度小于或等于0.5微米时提供了稳定的显示。因此比较好的是为了提供较高的响应速度，在元胞厚度减小的液晶显示装置内遮光部件的厚度为1微米或以下，或者0.5微米以下。
当主烘干步骤前在彩色层上涂覆覆盖材料并进行预烘干时，覆盖材料流向不平整的低位表面以缓解不平整度。此时，如果彩色层的交叠部分(像素边缘部分)形成凸起部分时，该凸起部分起着堤岸的作用并且使覆盖材料流向像素中心以使像素部分表面平整。由于与普通彩色滤波器基片不同，覆盖材料没有流入像素边缘部分的凹陷部分从而影响表面平整度，所以本发明显示出有效的平整能力从而提高了像素部分的表面平整度。
图2和下列表2示出了形成于交叠部分上的交叠层厚度随相邻彩色层交叠宽度变化的测量结果。与图1和表1一样，相邻彩色层(RG、GB和GR)的交叠宽度根据条状彩色层(R、G和B)的像素宽度变化，彩色层在像素边缘部分为圆形剖面形状而在整个层内为圆桶剖面形状。制造了一对这样的彩色滤波器并且在交叠部分的凸起(凸起部分)、凹槽(凹陷部分)和平坦表面选择11个点测量高度，并与交叠部分以外的其它彩色层进行比较。
由图2和表2可见，如果相邻彩色层的交叠宽度小于2微米，则彩色层交叠程度不够并且在表面上形成了凹陷而交叠部分上的覆盖层(像素边缘部分)形成凸起部分。
由于没有如上所述在像素边缘部分的覆盖层上形成凹陷部分，所以与普通彩色滤波器基片不同，元胞在象素边缘部分的凹陷部分内不会形成厚度差异，从而使液晶元胞的初始状态产生差异。而且由于覆盖材料没有流入象素边缘部分的凹陷部分从而影响表面平整度，所以它显示出它的平整能力，因而可以明显改善象素部分的表面平整度。
如上所述，对于改善和提高液晶显示装置的光学性能和显示质量来说，彩色滤波器基片表面平整度的提高是非常关键的。为了进一步提高平整度，一种方法是对彩色滤波器基片表面进行抛光。由于彩色层的交叠部分在本发明的彩色滤波器基片中高度最高，所以通过对包括象素中心部分在内的大部分象素部分进行抛光就可以提高这部分的平整度而不改变厚度。在这种情况下，由于与普通滤波器基片不同，即使是象素边缘部分形成的凹陷部分最低部分也无需抛光，所以彩色层本身的厚度不会变化并且避免了彩色滤波器基片色调和性能的变化。而且由于覆盖层的表面在本发明彩色滤波器基片的彩色层交叠部分中高度最高，所以通过对包括象素中心部分在内的大部分象素部分的表面进行抛光就可以提高这部分的平整度而不改变厚度。而且在这种情况下，由于与普通滤波器基片不同，即使是象素边缘部分形成的凹陷部分最低部分也无需抛光，所以彩色层本身的厚度不会变化并且避免了彩色滤波器基片色调和性能的变化。
比较好的是利用包含至少相应颜色物质和光敏树脂的材料，通过光刻工艺形成包含两种颜色以上的每一彩色层。在光刻过程中，象素的形成精度取决于光学掩膜的精度、光敏材料的显影对比度和曝光装置的精度，但是可以提供的精度为偏离设计值的±2微米。虽然彩色层可以利用印刷方法形成，但是在这种情况下，象素边缘部分内可能会有大约20-25微米的波纹，因此在遮光部件上难以精确形成宽度从2微米到遮光部件宽度不等的交叠部分。
本发明的彩色液晶显示装置采用本发明的彩色滤波器基片。通过使相邻圆桶形状彩色层的边缘部分交叠以抬高象素边缘部分并且通过调整交叠部分的宽度，可以消除彩色滤波器基片象素边缘部分内的凹陷部分。由于与普通彩色滤波器基片不同，象素边缘部分的凹陷部分内元胞厚度不会增加，并且即使施加液晶驱动电压时V-T曲线也不会产生差异，所以可以防止对比度和显示质量的变差。而且通过控制遮光部件上彩色层的交叠宽度，可以调整交叠部分拖尾区域的延伸范围。因此可以控制施加液晶驱动电压时变为液晶透光区域的整个部分的平整度。而且彩色层上覆盖层的形成使整个象素部分内彩色滤波器基片的表面平整，有效地改善平整能力，并减少相邻彩色层之间象素中心部分的高度差异。而且由于与普通滤波器基片不同，即使是在对彩色层和覆盖层表面进行抛光时象素边缘部分形成的凹陷部分最低部分也无需抛光，所以包括象素中心部分在内的大部分象素部分的平整度得以提高而性能没有改变。
特别是元胞厚度的变化和表面均匀度在很大程度上影响着STN或型液晶的光学性能和显示质量，但是可以将相邻彩色层水平差异调整到0.01微米以下并且使彩色滤波器基片内覆盖层的平整能力最强。因此本发明的彩色滤波器基片在液晶显示区域内提供了无凹陷部分的均匀表面，并且满足了STN型液晶显示装置高速响应的要求。
彩色滤波器基片可以例如按照下述步骤制造，但是遮光部件(黑色掩膜)的形成方式可以与图16A-16I所示普通过程相同，这里不再赘述。在图16A-16I中黑色掩膜的厚度为1000埃，但是在这种情况下比较好的是薄膜厚度为1微米或以下或者0.5微米或以下。而且在图3A-3G中，与图15和图18所示普通基片功能相同的部分用相同的标号和符号表示。
首先，如图3A所示，第一彩色层R(红色)15形成于有黑色掩膜3的透明基片1的整个表面，并且如图3B所示，利用光掩膜曝光和显影以提供与R象素对应的彩色层17。
随后如图3C所示，第二彩色层G(绿色)18形成于透明基片1的整个表面，并且如图3D所示，利用光掩膜曝光和显影以提供与G象素对应的彩色层19。此时，调整光掩膜的设计从而使G彩色层19的边缘部分与黑色掩膜3上R彩色层17的边缘部分交叠。
接着，如图3E所示，第三彩色层B(蓝色)20形成于透明基片1的整个表面，并且如图3F所示，利用光掩膜曝光和显影以提供与B象素对应的彩色层21。此时，调整光掩膜的设计从而使B彩色层21的边缘部分与黑色掩膜3上G彩色层19的边缘部分和R彩色层17的边缘部分两者交叠。这样，R彩色层17、G彩色层19和B彩色层21的相邻边缘部分互相交叠以提供凸起的交叠部分。
此后如图3G所示，涂覆覆盖层5以覆盖彩色层17、19和21。这样R彩色层17、G彩色层19和B彩色层21交叠部分上的覆盖层5形成凸起部分。
此外，也可以利用印刷方法形成彩色滤波器基片的彩色层。在这种情况下，由于彩色层在基片上印刷成点状，所以可以省略显影和曝光的步骤。
实施例1图4为实施例1的彩色液晶显示装置的剖面图。
该彩色液晶显示装置包括彩色滤波器基片，其中对应像素R、G和B的相邻彩色层4互相交叠在遮光部件(黑色掩膜)3上。彩色层4的边缘部分在交叠部分内形成凸起部分，并且形成于其上的一部分覆盖层从彩色层4的凸起部分流至像素中心部分以在液晶透光显示区域b内提供平整表面，凸起部分只形成于彩色层4的凸起部分。
该彩色滤波器基片的制造步骤如下。
首先在形成有厚度为0.12微米而宽度为20微米的黑色掩膜3的玻璃基片1上，利用初始膜厚为2微米的薄膜形成对应像素R、G和B的彩色层4并且通过薄膜层叠方法形成1.5微米厚的烘干后薄膜，从而使交叠部分的宽度为2微米左右。剖面形状如图5所示，并且交叠部分的高度为1.2-1.25微米，每个像素之间最大的水平差异为0.1微米。
随后利用自旋覆盖方法将Nihon Gosei Gomu制造的丙烯酸覆盖材料涂覆在彩色层4上以形成覆盖层5。其剖面形状如图6所示，并且用触诊(palpation)度量计测得每个像素之间的最大水平差异为0.005微米，这提供了较好的表面平整度。
该彩色滤波器基片经研磨角为260°、元胞厚度为6微米而液晶α值1.035的SVGA面板系统调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其显示质量均匀，对比度为40∶1(1.3倍于普通装置)，亮度为96cd/cm2(4.8％的面板透射率)。
实施例2实施例1的彩色滤波器基片经研磨角为260°、元胞厚度为6微米而液晶α值为1.026的SVGA面板系统调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其显示质量均匀，对比度为55∶1(1.4倍于普通装置)，亮度为108cd/cm2(5.4％的面板透射率)。
实施例3实施例1的彩色滤波器基片经研磨角为260°、元胞厚度为4.5微米而液晶α值为1.030的SVGA面板系统调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其显示质量均匀，对比度为30∶1(1.5倍于普通装置)，亮度为90cd/cm2(4.5％的面板透射率)，并且响应速度为120毫秒。
实施例4实施例1的彩色滤波器基片经研磨角为240°、元胞厚度为6.5微米而液晶角为1.035的SVGA面板系统调制以制造彩色液晶显示装置。由于240°扭转对准薄膜材料比260°扭转对准薄膜材料的倾角更低，所以显示质量受基片不平整度的影响更大。但是最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其显示质量均匀，对比度为50∶1(1.25倍于普通装置)，亮度为108cd/cm2(5.2％的面板透射率)。
实施例5按照与实施例1相同的方法制造了1024×768XGA彩色滤波器基片，该彩色滤波器基片经研磨角为260°、元胞厚度为6微米而液晶α值为1.035的SVGA面板系统调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其显示质量均匀，对比度为35∶1(1.4倍于普通装置)，亮度为80cd/cm2(4.0％的面板透射率)。
实施例6实施例1的彩色滤波器基片经研磨角为260°、元胞厚度为5.0微米而液晶α值为1.035的面板系统调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其显示质量均匀，对比度为50∶1，亮度为90cd/cm2(4.5％的面板透射率)，并且响应速度为100毫秒。因此作为STN彩色液晶显示装置，适用于笔记本个人电脑之类的多媒体(动画等)应用。
实施例7在本实施例中，用JSR光敏热定型覆盖材料代替实施例1中的热定型覆盖材料涂覆形成覆盖层以进一步改善实施例1的彩色滤波器基片的表面平整度。
图7A示出了该实施例彩色滤波器基片内的彩色层的剖面。在这种情况下，像素部分的表面与实施例1一样平整，但是彩色层交叠部分与像素部分之间的边界呈锐角，并且平整部分向黑色掩膜一侧(宽度为20微米的区域)延伸。因此可以通过使黑色掩膜变窄进一步改善像素的孔径比。
另一方面，涂覆热定型覆盖材料的实施例1彩色滤波器基片的剖面形状图7B所示相同。在这种情况下，黑色掩膜部分以外的像素部分(宽度为20微米的区域)是均匀而平整的，但是彩色层交叠部分与像素部分之间的边界有拖尾。因此彩色滤波器基片提供了较好的显示性能，但是当试图改善像素孔径比时，液晶显示区域与该拖尾区域交叠，从而导致性能的下降。
比较实例1图20为比较实例1彩色液晶显示装置的剖面图。
对应该彩色液晶显示装置的像素R、G和B的相邻彩色层4形成后留下空间。形成于其上的覆盖层流入彩色层之间的间隙从而在像素边缘部分内提供凹陷部分。
该彩色滤波器基片的制造步骤如下。
首先在形成有黑色掩膜3的玻璃基片1上，利用实施例1中采用的材料，通过层叠方法形成对应像素R、G和B的彩色层4。剖面形状如图21所示，并且每个像素之间最大的水平差异为0.1微米。
随后将实施例1中采用的同一覆盖材料涂覆在彩色层4上以形成覆盖层5。其剖面形状如图22所示，并且用触诊(palpation)度量计测得每个像素之间的最大水平差异为0.05微米，这大于实施例1。
该彩色滤波器基片经与实施例1相同的面板调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其对比度为30∶1，较实施例1的液晶显示装置差。这是因为图20所示像素边缘部分内c1部分的肩部拖尾在局部范围内增加了元胞厚度，从而在像素中心部分处于Voff状态时因为V-T特性差异引起光泄漏。而且经过评估，G颜色在中性彩色显示中是均匀的绿色。这是因为图20中G像素与B像素之间(c-c1之间)的水平差异为0.05微米，这减小了G像素的元胞厚度。
比较实例2图23为比较实例2彩色液晶显示装置的剖面图。
对应该彩色液晶显示装置的像素R、G和B的相邻彩色层4形成后留下空间，黑色掩膜23形成于其上。形成于其上的覆盖层5流入彩色层4与黑色掩膜23之间的间隙从而在像素边缘部分内提供凹陷部分。
该彩色滤波器基片的制造步骤如下。
首先在玻璃基片1上，利用实施例1中采用的材料，通过薄膜层叠方法形成对应像素R、G和B的彩色层4。相邻彩色层4的间隙对应于黑色掩膜23的设计值，在该比较实施例中为25微米。随后利用薄膜层叠方法形成薄膜形状的黑色掩膜23，或者利用印刷或自旋涂覆方法形成墨水形状的黑色掩膜23。剖面形状如图24所示，并且每个像素之间最大的水平差异为0.1微米。
随后利用实施例1中采用的同一覆盖材料在彩色层4和黑色掩膜23上形成覆盖层5。其剖面形状如图25所示，并且用触诊(palpation)度量计测得每个像素之间的最大水平差异为0.03微米，这大于实施例1。
该彩色滤波器基片经与实施例1相同的面板调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其对比度为30∶1，较实施例1的液晶显示装置差。这是因为图23所示像素边缘部分内c1部分的肩部拖尾在局部范围内增加了元胞厚度，从而在像素中心部分处于Voff状态时因为V-T特性差异引起光泄漏。而且经过对它显示质量的评估，G颜色在中性彩色显示中是非均匀的绿色。这是因为图23中G像素与B像素之间(c-c1之间)的水平差异为0.03微米，这减小了G像素的元胞厚度。
比较实例3比较实例1的彩色滤波器基片经与实施例2相同的面板调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其对比度为40∶1，较实施例2的液晶显示装置差，这是因为像素边缘部分内光泄漏引起的。而且显示质量经过评估，与比较实例1相比，每个像素之间的水平差异更大，这导致的严重不均匀性使得其特别是在中性颜色显示中无法适用。而且采用比较实例2的彩色滤波器基片制造的彩色液晶显示装置也是同样的结果。
比较实例4比较实例1的彩色滤波器基片经与实施例3相同的面板调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其对比度为25∶1，较实施例1的液晶显示装置差，这是因为像素边缘部分内光泄漏引起的。而且显示质量经过评估，与比较实例1相比，每个像素之间的水平差异更大，这导致的严重不均匀性使得其特别是在中性颜色显示中无法适用。而且采用比较实例2的彩色滤波器基片制造的彩色液晶显示装置也是同样的结果。
比较实例5比较实例1的彩色滤波器基片经与实施例4相同的面板调制以制造彩色液晶显示装置。最终的彩色液晶显示装置的光学性能和显示质量经过测量，其对比度为25∶1，较实施例4的液晶显示装置差，这是因为像素边缘部分内光泄漏引起的。而且，由于在中性颜色显示中的不均匀性它的显示质量较差。
按照下述程序对上述实施例4和比较实例5的液晶显示装置进行评估。
图8A，8B，9A，9B，10A和10B分别为液晶显示装置、形成中的覆盖层和边缘部分的彩色滤波器基片光泄漏示意图。在图中，A和B分别代表实施例4和比较实例5的情形。在图10A和10B中，粗线包围的部分是观察到光泄漏的部分，而虚线包围的部分为颜色更淡的部分。而且图10A的部分4R，4G和4B分别对应图8A的4R，4G和4B，而图10B的部分5R，5G和5B分别对应图8B的5R，5G和5B。
由于在实施例4的液晶显示装置中，像素点的中心部分与边缘部分之间覆盖层的水平差异更小并且边缘部分与中心部分之间的元胞间隙差异更小，所以如图10A所示，在彩色滤波器基片的边缘部分没有观察到光泄漏。
另一方面，如图8A和9B所示，由于在比较实例5的液晶显示装置中，像素点的中心部分与边缘部分之间覆盖层的水平差异更大并且边缘部分与中心部分之间的元胞间隙差异为0.05-0.08微米，所以如图10B所示在彩色滤波器基片的边缘部分观察到光泄漏。
而且图11A和11B分别示出了在实施例4和比较实例5的覆盖层形成过程中密封部分附近测得的剖面形状(薄膜表面高度)结果。此外，彩色层4a形成于密封部分和黑色掩膜部分的黑色掩膜3上从而如图12所示减小实施例4和比较实例5中有效显示区域与密封部分之间的水平差异。
由图11A和11B可见，实施例4彩色滤波器基片中密封部分与有效显示区域之间的水平差异小于比较实例5。该水平差异导致模块形成过程中密封部分附近出现颜色不均匀。与比较实例5比较，在实施例4中密封部分附近的颜色非均匀性可以得到大大的抑制。
原因如下。
如图8A所示，在实施例4中有效显示区域内彩色滤波器基片的彩色层是凹陷的，并且当在其上面涂覆覆盖材料时，不会流入不需要部分。因此，如图11A所示，密封部分与有效显示区域之间的水平差异不会很大。
另一方面，如图8B所示，在比较实例5中彩色滤波器基片的彩色层是凸起的，并且当在其上面涂覆覆盖材料时，它将流入没有形成彩色层的凹陷部分从而提高薄膜压缩的比例。因此，如图11B所示，密封部分与有效显示区域之间的水平差异很大。
图13A和13B分别示出了实施例4和比较实例5的液晶显示装置内元胞间隙分布。此外如图13C所示，对每个元胞测量了35点。
由图13A，13B和13C可见，与比较实例5相比，实施例4的液晶显示装置具有较小变化的元胞间隙。这是因为与比较实例5相比，实施例4中的彩色滤波器基片彩色层是交叠的从而在覆盖层形成过程中改善了表面平整度。
而且图14示出了实施例4和比较实例5的液晶显示装置对比度性能评价结果。此外，评价是对每个液晶显示装置的30组进行的。
由图14可见，实施例4液晶显示装置的平均对比度是比较实例5的1.5倍。而且由于实施例4彩色滤波器基片的表面比比较实例5的更为平整，所以对比度变化只是比较实例5的一半。
如上详述，按照本发明，在不影响性能的前提下可以改善彩色滤波器基片的表面平整度和均匀性。本发明的彩色滤波器基片提供了光学性能出众(例如高对比度、高亮度，高响应速度)并且显示质量出色的彩色液晶显示装置。由于彩色滤波器基片的制造只是改变了普通制造工艺中的光学掩膜，所以不会增加制造成本或需要额外投资新设备，因此对成品率没有影响。
本发明的范围和精神实质由后面所附权利要求限定。
权利要求
1.一种彩色滤波器基片，其特征在于包括基片和包含至少两种颜色的彩色层，其中所述彩色层的相邻边缘部分互相交叠，交叠部分的高度大于或等于所述彩色层其它部分的高度。
2.如权利要求1所述的彩色滤波器基片，其特征在于交叠部分的宽度大于或等于2微米。
3.如权利要求1所述的彩色滤波器基片，其特征在于进一步包括遮光部件。
4.如权利要求3所述的彩色滤波器基片，其特征在于所述遮光部件的厚度小于或等于1微米。
5.如权利要求3所述的彩色滤波器基片，其特征在于所述遮光部件的厚度小于或等于0.5微米。
6.如权利要求1所述的彩色滤波器基片，其特征在于进一步包括覆盖所述彩色层的平整层，其中所述平整层的整个表面或者所述平整层交叠部分以外的表面是平坦的。
7.如权利要求6所述的彩色滤波器基片，其特征在于通过对交叠部分和/或形成于交叠部分上的所述平整层部分进行抛光使彩色层的整个表面和平整层平整。
8.如权利要求1所述的彩色滤波器基片，其特征在于所述彩色层包含彩色材料和光敏树脂，并且重复采用光刻方法形成。
9.一种彩色液晶显示装置，其特征在于包括权利要求1所述的彩色滤波器基片、背面基片和液晶层。
10.如权利要求9所述的彩色滤波器基片，其特征在于所述液晶层包含STN型液晶，其中液晶分子的扭转角在180°-360°之间。
11.一种彩色液晶显示装置，其特征在于包括如权利要求3所述的彩色滤波器基片、背面基片和液晶层。
12.如权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于所述液晶层包含STN型液晶，其中液晶分子的扭转角在180°-360°之间。
13.一种彩色液晶显示装置，其特征在于包括如权利要求6所述的彩色滤波器基片、背面基片和液晶层。
14.如权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于所述液晶层包含STN型液晶，其中液晶分子的扭转角在180°-360°之间。
全文摘要
本发明提供一种彩色滤波器基片,它包括基片和包含至少两种颜色的彩色层,其中彩色层的相邻边缘部分互相交叠,交叠部分的高度大于或等于彩色层其它部分的高度。
文档编号G02B5/20GK1188898SQ9810369
公开日1998年7月29日 申请日期1998年1月21日 优先权日1997年1月21日
发明者小仓优美, 吉村和也 申请人:夏普株式会社