液晶显示器装置及其制造方法

专利名称：液晶显示器装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种显示装置的结构与其制作方法，特别是涉及一种液晶显示器装置的结构与其制作方法。
背景技术：
液晶显示器装置典型上包含一对基板，彼此维持隔开且平行的关系。该基板间的空间一般被称为液晶单元间隙或单元间隙(cell gap)。一液晶材料介于该两基板间，位于该单元间隙中，可响应一外加的电子信号而改变其的光学特性。
多个电极置于该基板的内部表面上，用以控制该电子信号，并将其作用于该液晶材料。某些型式的液晶显示器装置所具有的电极排列，能够产生一组预定的文字或符号，同时其它型式的液晶显示器装置具有电极矩阵，其形成一显示面，包括极大数量的可个别存取的像素(pixel)元件，每一个像素元件可被选择性地启动以形成无限变化的影像。
为了确保液晶显示器装置的正确的运作，非常重要的是，在遍及该整个显示面上保持单元间隙的均匀以及精准。甚至，单元间隙中甚至极微小的误差皆会造成显示面上显而易见且缺陷的外观(所谓的面板色度不均暇疵，Mura缺陷)。当以一指尖施予甚至极轻微的压力时，此一效应亦可轻易的见于现有的液晶显示器显示面板中。为响应该压力，在受影响区域的单元间隙将稍微地被减小，造成暗点、对比的降低、或在该显示影像中其它不良的缺点。
在一现有技术中，如图1所示，该液晶显示器装置包含一薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)基板61、一彩色滤光片(Color Filter；CF)基板71、以及夹在该两者间的液晶材料69。该单元间隙藉提供在该两基板61，71间的多个间隙子79所保持。该间隙子79为一致的高度，通常诸如藉由洒布技术，随机地置于该单元间隙中。如此通常会导致间隙子局部密度的不均匀分布。为了确保置于该显示面所有区域上的间隙子具有足够浓度，以维持适当的单元间隙，必须使用过剩的间隙子。此外，根据此类用于间隙子配置的现有技术，其置于该显示面板的“非动态(inactive)”以及“动态(active)”区域上。该“动态”区域为该液晶材料可被选择性地启动的区域，因为其位于两相对电极之间，该电极配置于该基板之上。该“非动态”区域为该液晶材料无法被选择性地启动的区域，因为缺少该基板上的相对电极。
本质上，在于上述现有的间隙子技术中，液晶显示面板的结构及功能便存在有几个不受欢迎的缺点。特别是落在该动态显示区域的间隙子，会导致某些缺点，诸如对比下降，或该间隙子边缘附近不良的光线放射。
因此，欧洲专利第1,030,211 A2号，其并入本案以为参考，揭示了一液晶显示器，如图2所示，其能够省略散播间隙子的步骤，并因而避免间隙子的不均匀分布所产生的单元厚度上的差异。此类的液晶显示器装置大致上包含薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)基板30、一彩色滤光片(Color Filter；CF)基板40、以及一密封于该两者间的液晶材料层49。如图2所示，成形于该CF基板40上的该突出图案，亦即间隙子45，具有大约4.0μm的高度，用以保持一致的单元间隙。
一般而言，液晶显示器的单元间隙为该两基板的取向膜间的平均距离，且通常大约为两基板对组后该间隙子的高度。
然而，在现有技术与前述欧洲专利的该两液晶显示器中的该间隙子45，皆置于一玻璃基板41上，且该彩色滤光片层43配置于该间隙子45和该玻璃基板41两者之间。
现在参考图3，其描述在室温下一20Φμm的柱状间隙子直接置于一玻璃基板上，以及该柱状间隙子与玻璃基板两者之间具有一彩色滤光片层的应力-应变图。请了解，直接置于该玻璃基板上的该间隙子大体上为弹性体，如曲线A所示，然而于该玻璃基板上并具有该彩色滤光片层介于其间的该间隙子是部分弹性的，如曲线B所示，其中于该负载被释放之后会保有一永久应变d。因此，若负载在该LCD装置上的一压力(或应力)大至足以产生该永久的应变，该间隙子与置于该玻璃基板上的该彩色滤光片层的总高度将会被改变。换言之，在该LCD面板被施予一相当大的压力后，该单元间隙可能会不均匀，并且该面板色度不均瑕疵(Mura缺陷)可能会产生。
再者，就液晶显示器中两基板的结合与液晶材料的充填工艺而言，先前技术业已提供许多的方法。举例而言，该显示器的两基板首先建构所有必要的薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)、电路、以及彩色滤光片。该两基板然后相互对齐，并以大约5微米的距离间隔开，再于其边缘处利用环氧树脂结合在一起。将此一结合基板与一盛满液晶材料的液晶皿置于一真空室中，使该结合基板内的间隙处于一真空状态。之后，将该结合基板的填充口朝向该液晶皿，并接触于该液晶材料上，接着破坏真空，使该结合基板的填充口藉由毛细效应(capillary effect)以及该结合基板内外部的一压力差而渐渐吸入该液晶材料。
于近年来，已经发展出一种更快速充填技术，亦即所谓的液晶滴下式(One Drop Fill)技术。于此一技术中，两基板结合之前，两基板中的一基板容纳有液滴填入的液晶材料。该液滴充填方法可见于1993年11月23号颁予Teruhisa Ishihara等人的美国专利第5,263,888号，标题为”液晶显示器面板的制造方法(Method of Manufacture of Liquid Crystal Display Panel)”，其并入本文以为参考。
于此一工艺中，间隙子的弹性攸关液晶滴下式(One Drop Fill)技术中，基板上滴入液晶的量的操作区间(operation window)。当间隙子过少或塑性变形量过大(例如弹性系数过低)时，相对上液晶的量易于过多，而亦造成重力色不均匀(gravity mura)。若间隙子过多或弹性变形量过低(例如弹性系数过高)时，相对上液晶的量易于过少，则易于产生气泡。在理想弹性体的模式下，高度越高的间隙子，可以获得越大的操作区间。

发明内容
本发明的目的就是在提供一种凸起结构的制作方法，以藉由遮光图案的开口大小调整所形成的凸起结构的高度，而构成不同高度的凸起结构，以作为间隙子与/或配向凸起。
本发明的目的是提供一种液晶显示器装置的构造及其制造方法，可同时制作不同高度的间隙子，以保持液晶显示器装置的均匀且精准的单元间隙(cell gap)。
本发明的目的是提供一种液晶显示器装置的构造及其制造方法，可在制作间隙子的同时形成配向凸起，以简化工艺，节省制作成本。
基于上述或其它目的，本发明提出一种凸起结构的制作方法。首先，提供一彩色滤光片基板或一薄膜晶体管阵列基板，其中此彩色滤光片基板或薄膜晶体管阵列基板上具有一遮光图案，且此遮光图案界定多个开口。接着，在具有遮光图案的彩色滤光片基板或薄膜晶体管阵列基板上形成一光致抗蚀剂。然后，以遮光图案为掩模，而由彩色滤光片基板或有源元件阵列基板的另一侧对光致抗蚀剂进行背向曝光，以藉由开口的尺寸来调整开口处的光致抗蚀剂的曝光深度。之后，将光致抗蚀剂显影，而形成对应于开口的多个凸起结构。
本发明还提出一种液晶显示器装置，其包括一第一基板、一第二基板、一液晶层、多个第一凸起结构以及多个第二凸起结构。其中，第一基板与第二基板结合在一起，以形成一空腔，而第二基板上具有一遮光图案，此遮光图案界定不同尺寸的多个第一开口与多个第二开口。此外，液晶层配置于空腔内。另外，第一凸起结构与第二凸起结构位于空腔内，其中第一凸起结构对应配置于遮光图案的第一开口的位置上，而第二凸起结构对应配置于遮光图案的第二开口的位置上，且第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
本发明还提出一种液晶显示器装置的制造方法。首先，提供一第一基板与一第二基板，其中第二基板上具有一遮光图案，且遮光图案界定不同尺寸的多个第一开口与多个第二开口。接着，于第二基板上涂布一光致抗蚀剂。然后，以遮光图案为掩模，而由第二基板的另一侧对光致抗蚀剂进行背向曝光，其中第一开口处的光致抗蚀剂与第二开口处的光致抗蚀剂具有不同的曝光深度。之后，将光致抗蚀剂显影，而形成对应于第一开口的多个第一凸起结构以及对应于第二开口的多个第二凸起结构，其中第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
本发明提出一种彩色滤光片基板，其主要包括一透明基板、一黑色矩阵、多个彩色滤光片、多个第一凸起结构以及多个第二凸起结构。其中，黑色矩阵配置在透明基板上，并裸露出部分的透明基板，以界定多个第一开口、多个第二开口以及多个像素区域，其中第一开口与第二开口具有不同的尺寸。此外，彩色滤光片配置于像素区域内。另外，第一凸起结构与第二凸起结构配置于透明基板上，其中第一凸起结构对应于第一开口，而第二凸起结构对应于第二开口，且第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
本发明提出一种彩色滤光片基板的制作方法。首先，提供一透明基板。接着，于透明基板上形成一黑色矩阵，以界定多个第一开口、多个第二开口以及多个像素区域，其中第一开口与第二开口具有不同的尺寸，且第一开口与第二开口暴露部分的该透明基板。然后，于像素区域内形成多个彩色滤光片。接着，于透明基板上涂布一光致抗蚀剂，且以黑色矩阵与彩色滤光片为掩模，而由透明基板的另一侧对光致抗蚀剂进行背向曝光，其中第一开口处的光致抗蚀剂与第二开口处的光致抗蚀剂具有不同的曝光深度。之后，将光致抗蚀剂显影，而形成对应于第一开口的多个第一凸起结构以及对应于第二开口的多个第二凸起结构，其中第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
本发明提出另一种彩色滤光片基板，主要包括一透明基板、一黑色矩阵、多个彩色滤光片、多个第一凸起结构以及多个第二凸起结构。其中，黑色矩阵配置在透明基板上，并裸露出部分的透明基板，以界定多个第一开口以及多个像素区域。此外，彩色滤光片配置于像素区域内，其中彩色滤光片具有多个第二开口，且第一开口与第二开口具有不同的尺寸。另外，第一凸起结构与第二凸起结构配置于透明基板上，其中第一凸起结构对应于第一开口，而第二凸起结构对应于第二开口，且第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
本发明提出另一种彩色滤光片基板的制作方法。首先，提供一透明基板。接着，于透明基板上形成一黑色矩阵，以界定多个第一开口与多个像素区域，且第一开口暴露部分的透明基板。然后，于像素区域内形成多个彩色滤光片，其具有多个第二开口，以暴露部分的透明基板，其中第一开口与第二开口具有不同的尺寸。接着，于透明基板上涂布一光致抗蚀剂，并以黑色矩阵与彩色滤光片为掩模，而由透明基板的另一侧对光致抗蚀剂进行背向曝光，其中第一开口处的光致抗蚀剂与第二开口处的光致抗蚀剂具有不同的曝光深度。之后，将光致抗蚀剂显影，而形成对应于第一开口的多个第一凸起结构以及对应于第二开口的多个第二凸起结构，其中第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
本发明提出又一种彩色滤光片基板，主要包括一透明基板、一黑色矩阵、多个彩色滤光片、多个第一凸起结构以及多个第二凸起结构。其中，黑色矩阵配置在透明基板上，并裸露出部分的透明基板，以界定多个像素区域。此外，彩色滤光片配置于像素区域内，其中彩色滤光片具有多个第一开口与多个第二开口，且第一开口与第二开口具有不同的尺寸。另外，第一凸起结构与第二凸起结构配置于透明基板上，其中第一凸起结构对应于第一开口，而第二凸起结构对应于第二开口，且第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
本发明提出又一种彩色滤光片基板的制作方法。首先，提供一透明基板。接着，于透明基板上形成一黑色矩阵，以界定多个像素区域。然后，于像素区域内形成多个彩色滤光片，其具有多个第一开口与多个第二开口，以暴露部分的透明基板，其中第一开口与第二开口具有不同的尺寸。接着，于透明基板上涂布一光致抗蚀剂，并以黑色矩阵与彩色滤光片为掩模，而由透明基板的另一侧对光致抗蚀剂进行背向曝光，其中第一开口处的光致抗蚀剂与第二开口处的光致抗蚀剂具有不同的曝光深度。之后，将光致抗蚀剂显影，而形成对应于第一开口的多个第一凸起结构以及对应于第二开口的多个第二凸起结构，其中第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
基于上述，本发明的间隙子直接置于该玻璃基板上，并可具有不同的高度，所以在承受了一压力或力量之后，该液晶显示器装置能够充分地恢复以及该单元间隙能够保持一致。此外，本发明可藉由遮光图案上的开口尺寸来调整曝光深度，以同时形成不同高度的凸起结构，其可作为间隙子或配向凸起，因此有助于简化工艺，降低制作成本。另外，本发明亦有助于在液晶滴下式(One Drop Fill)的加工工艺中，进一步加大滴入液晶量的操作区间。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图作详细说明如下。


图1为一具有球形间隙子的现有LCD装置的横剖面示意图。
图2为一具有突出图案间隙子的现有LCD装置的横剖面示意图。
图3为该间隙子直接置于一玻璃基板之上，以及其具有一彩色滤光片层介在该间隙子与玻璃基板间的应力-应变图形。
图4a为根据本发明的一LCD装置的一彩色滤光片基板的平面示意图。
图4b为沿着图4a的剖面线4b-4b的彩色滤光片基板的横剖面示意图。
图4c为沿着图4a的剖面线4c-4c的彩色滤光片基板的横剖面示意图。
图5为根据本发明的一实施例的LCD装置的部份横剖面示意图。
图6至10为根据本发明的一LCD装置的一彩色滤光片基板的制造方法的剖面示意图。
图11为根据本发明的另一实施例的LCD装置的部份横剖面示意图。
图12为根据本发明的另一实施例的LCD装置的部份横剖面示意图。
图13显示根据本发明另一实施例的一彩色滤光片基板800。
图14显示根据本发明另一实施例的一彩色滤光片(Color Filter；CF)基板900。
图15绘示为不同形状与尺寸的光掩模开口对应于其所形成的凸起结构高度的关系16绘示为图15中不同光掩模所定义的开口尺寸的示意图。
图17A～17D，其依序绘示本发明的凸起结构的制作方法。
图18绘示为同时具有不同高度的凸起结构的基板。
图19～21分别绘示不同高度的间隙子的示意22绘示为本发明的优选实施例的一种彩色滤光片基板的示意图。
图23绘示为本发明的优选实施例的另一种彩色滤光片基板的局部俯视示意图。
简单符号说明30 TFT基板40CF基板41 玻璃基板 43彩色滤光片层45 间隙子 49液晶材料层61 TFT基板69液晶材料71彩色滤光片基板 79间隙子100 CF基板 120 玻璃基板140 电极层 150 黑色矩阵152 间隙子区域152a 间隙子区域 152b 间隙子区域160 彩色滤光片 160a 彩色滤光片160b 彩色滤光片 160c 彩色滤光片170 取向膜 180 间隙子180a 间隙子 180b 间隙子182 负光致抗蚀剂184 紫外光线200 LCD装置
210 液晶材料 212 空腔220 TFT基板 222 玻璃基板224 栅极 225 栅极线226 辅助电容线227 半导体层228 像素电极 229a 源极区域的金属层229b 漏极区域的金属层 233 色缘膜234 取向膜500 CF基板520 玻璃基板550 黑色矩阵 552 间隙子区域552a 间隙子区域552b 间隙子区域560 彩色滤光片580 间隙子580a 间隙子580b 间隙子610 液晶材料 612 空腔620 薄膜晶体管基板622 透明基板623 基板624 栅极 628 像素电极629 源极 634 取向膜652 间隙子区域652a 间隙子区域652b 间隙子区域660 彩色滤光片680 间隙子680a 间隙子680b 间隙子700 LCD装置800 彩色滤光片基板850 黑色矩阵852 间隙子区域860a 彩色滤光片860b 彩色滤光片860c 彩色滤光片878 开口 880 间隙子900 彩色滤光片基板950 黑色矩阵952 间隙子区域960a 彩色滤光片960b 彩色滤光片960c 彩色滤光片980 间隙子987 保持电容区域S光掩模开口的尺寸
1010 基板1012 第一表面1014 第二表面1020 遮光图案1022 开口1022a 第一开口1022b 第二开口1030 光致抗蚀剂 1032 凸起结构1032a 第一凸起结构1032b 第二凸起结构1120 黑色矩阵1122 第一开口1132 第二开口1142 第一凸起结构1144 第二凸起结构1150 遮光图案具体实施方式
参考图4a、4b及4c，其显示根据本发明的一实施例的一间隙子基板，例如一彩色滤光片(Color Filter；下文中简称为CF)基板100，用于一薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)装置中。
如图4a所示，其显示在CF基板100上的一个像素(pixel)，包含三个次像素(sub-pixel)。该像素与该LCD装置的TFT基板(图中未示)上的薄膜晶体管相对应。现在进一步参考图4b及4c，其为图4a沿着剖面线4b-4b及4c-4c的CF基板100的横剖面视图。该CF基板100具有一透明基板，诸如一玻璃基板120。一黑色矩阵150一般由金属制成，诸如薄膜形式的铬(Cr)或氧化铬(CrOx)，或者黑色树脂所制成，且覆盖于该玻璃基板120上，并裸露出部分的玻璃基板120，以界定多个像素区域，以及间隙子区域152。
该黑色矩阵150以及该间隙子区域152一般与该LCD装置的非动态部份相对应的部分上，该部份包括有在该TFT基板上的源极汇流线、栅极汇流线、辅助电容电极、以及薄膜晶体管。
该像素区域对应于该LCD装置的动态部份，其与该TFT基板上的像素电极相对应。彩色滤光片160，例如红色彩色滤光层160a、绿色彩色滤光层160b、以及蓝色彩色滤光层160c，条状且交替的对应于该像素区域上。本领域技术人员将可了解，该彩色滤光片160可排列为各种不同的图样。
一共同电极140，诸如由ITO所制造，覆盖该黑色矩阵150及该彩色滤光片160。多个间隙子180配置于该共同电极140上，该间隙子区域152处。换言之，该间隙子180配置于该玻璃基板120上，且该共同电极140配置于该间隙子180与该玻璃基板120之间。本领域技术人员将可了解，在某些型式的液晶显示器中，例如平面切换(In Plane Switching；IPS)液晶显示器中，该彩色滤光片(Color Filter；CF)基板100并未提供该共同电极140。
本领域技术人员应可了解一取向膜170，例如以聚亚酰胺所形成，可进一步地涂覆于该玻璃基板120之上，以具有约0.1μm的厚度。该取向膜170的表面适于配向该液晶分子，该取向膜例如进行摩擦加工(rubbing process)、照光配向(photo-align)，或是其本身分子特性即可使液晶分子具有一定的排列方向，而不需再进行摩擦加工工艺。
在此实施例里，该黑色矩阵150、彩色滤光片160、电极层140、以及间隙子180分别具有大约0.16μm、大约1.5μm、大约0.15μm以及大约5.81μm的厚度。显而易见的，根据本发明的该间隙子180的高度大于该单元间隙(cellgap)，而有助于液晶滴下式(One Drop Fill)的加工工艺中，进一步加大操作区间。此外，当根据本发明的间隙子基板应用于一垂直配向(vertically-aligned；VA)形式的LCD装置，该间隙子基板可具有一区域规制装置(domainregulating means)，诸如形成在该基板上的凸起(protrusions)或利用透明电极的狭缝(例如ITO slit)，用以规制液晶的方向。具有区域规制装置的垂直配向的LCD装置揭示在并入本案参考的该欧洲专利公开第0,884,626-A2号。
现在参考图5，其显示一根据本发明的LCD装置200。该LCD装置200包括根据本发明的该CF基板100与TFT基板220，且该CF基板100和TFT基板220的边缘黏着在一起，以界定一空腔212，用来容纳该液晶材料210。该空腔212具有由该多个间隙子180所界定的一均匀且精准的间隙(单元间隙；cell gap)。该TFT基板220的结构说明如下。在一玻璃基板222之上，分别成形栅极224、栅极线(扫瞄线)225、以及该辅助电容线226。该栅极224、栅极线225、以及该辅助电容线226覆盖一绝缘膜233。作为TFT(薄膜晶体管)通道的一半导体层227成形于每一栅极224之上的该绝缘膜233上。再者，作为该TFT的源极与漏极区域的金属层229a、229b成形于每一半导体层227的上部部份，并连接至源极线路与像素电极228。又，例如以ITO所构成的该像素电极228，覆盖每一辅助电容线226，且该绝缘膜233配置于其间。此外，一取向膜234形成在该源极与漏极区域229a、229b、以及该像素电极228上。
本发明还提供一种方法用以制造该CF基板100。首先，参考图6，提供具有一平坦表面的一基板120，例如为一玻璃基板。为满足光学浓度值(Optical density)大于3.5，以达到高对比值，形成一黑色矩阵，例如形成厚度约0.16μm的铬膜在该玻璃基板120之上，然后一光致抗蚀剂形成在该铬膜之上。之后，使用一光掩模，其具有一预定图案，用以将该光致抗蚀剂曝光。经过显影后，蚀刻该铬膜而形成该黑色矩阵150，且该黑色矩阵150具有一间隙子区域152，诸如圆形状、八角形、多边形、四边形、三角形或方形状等。
参考图7，红色、绿色以及蓝色的彩色滤光片160例如分别借着将红色树脂、绿色树脂以及蓝色树脂涂布在该玻璃基板120上而成形。该彩色滤光片160的厚度依不同彩色光致抗蚀剂材料与色度需求而有不同厚度，例如设定为约1.5μm。该彩色滤光片160与该黑色矩阵150于边缘处重叠。该彩色滤光片160成形为一图案，以暴露出位于下方的该黑色矩阵150及该间隙子区域152。该彩色滤光片160成形方法例如为一黄光微影工艺。
之后，参考图8，形成一共同电极140，例如藉由溅射铟锡氧化物(IndiμmTin Oxide；ITO)，约0.15μm厚度的铟锡氧化物覆盖于该彩色滤光片160、该黑色矩阵150、以及该间隙子区域152上。
然后，参考图9，一负光致抗蚀剂182涂布在该玻璃基板120上，并且覆盖该间隙子区域152。一适于将该光致抗蚀剂形成固化反应的光线，例如为一紫外光线184由另一侧照射该玻璃基板120，用以将该负光致抗蚀剂182曝光。该负光致抗蚀剂182经过该紫外光线184照射后会产生键结(closslinking)，亦即该负光致抗蚀剂182被该紫外光线184照射后将硬化，而不溶解显影剂中。经过显影及烘烤固化后，该负光致抗蚀剂182形成一约5.81μm厚度的高度的该间隙子180。本领域技术人员可知，该间隙子180可为任意形状，诸如圆锥、八角柱、八角锥、多边形角柱、多边形角锥、或方柱状等，并非只限定为圆柱状。该彩色滤光片160对于该紫外光线184不透明的，以避免位于彩色滤光片160上方的该负光致抗蚀剂182硬化。在此情况下，该彩色滤光片160及该黑色矩阵150作用为一光掩模，以将该间隙子180成形，如图10所示。
于一特定实验范例中，就现今所使用的彩色滤光片、ITO、及玻璃基板而言，其对应于不同波长的紫外光的透光率列表如下

该透光率列表中，第一列分别排列为紫外光J line(波长335nm)、I line(波长365nm)、H line(波长405nm)及G line(波长437nm)，且第一行分别排列为厚0.6mm玻璃上的ITO+红色负光致抗蚀剂(JSR公司的型号R745-4，厚度2μm)、厚0.6mm玻璃上的ITO+绿色负光致抗蚀剂(JSR公司的型号G772-4，厚度2μm)、厚0.6mm玻璃上的ITO+蓝色负光致抗蚀剂(JSR公司的型号B764-4，厚度2μm)、ITO+bare glass(厚度为0.6mm)及bare glass(厚度为0.6mm)在不同波长下穿透光的吸收值。该紫外光J line(波长335nm)、I line(波长365nm)、H line(波长405nm)及G line(波长437nm)可由一曝光设备所使用USHIO 10KW灯管所发出，并使用紫外光光谱仪(UV SpectrμmMeter)，诸如机器型号USHIO Spectroadiometer USR-405加以量测。
如表所示，该紫外光J line(波长335)照射ITO+红色负光致抗蚀剂、ITO+绿色负光致抗蚀剂及ITO+蓝色负光致抗蚀剂时，其穿透率虽然最低，但其照射能量最小，将使得该间隙子区域152上的负光致抗蚀剂182硬化成该间隙子180的工艺时间增长。再者，该紫外光H line(波长405nm)及G line(波长437nm)照射ITO+蓝色负光致抗蚀剂时，其穿透率较高，将使得该间隙子区域152以外的负光致抗蚀剂182硬化，使容纳液晶的空间改变或无法容纳液晶。
因此，由于波长365nm的紫外光(I line)的穿透率大体上介于J line(波长335)、紫外光H line(波长405nm)及G line(波长437nm)之间，其具有对于ITO及玻璃基板的穿透率较高，而对于红、绿、蓝色的彩色滤光片的穿透率较低，故选用对波长365nm的紫外光，用以反应该负光致抗蚀剂182，即可利用各种彩色滤光片，例如红、绿、蓝色彩色滤光片，而自然形成光掩模，因此大部分紫外光只能穿透间隙子区域将该间隙子的负光致抗蚀剂材料硬化而形成间隙子。根据本实验范例，该间隙子区域以外的区域的优选穿透率小于7.1％，而最佳穿透率小于1.31％。
此外，考量间隙子所用光致抗蚀剂在彩色滤光层上的残膜问题，可将吸收剂(在此实施例为365nm波长的紫外光吸收剂)添加入彩色滤光层(在此实施例为添加到红色、绿色彩色滤光层)中，以确保紫外光只能穿透间隙子区域，而可利用红、绿、蓝色彩色滤光片以及黑色矩阵自然形成光掩模，利用光在间隙子区域自行对位形成间隙子。最后，成形该取向膜，以覆盖该玻璃基板120的表面，如图4b所示。
再者，如图5所示，该CF基板100可进一步与一TFT基板220结合，且该CF基板100和TFT基板220的边缘黏着在一起，以界定一空腔212，用以容纳该液晶材料210。该空腔212具有藉由该多个间隙子180所界定的一均匀且精准的间隙(单元间隙)。之后，再将一偏光板分别安装到该CF基板100及该TFT基板之后，根据本发明的LCD装置便得以完成。该液晶材料210可藉由真空吸入式技术或液晶滴下式(One Drop Fill)技术，配置于该两基板100及220之间。
如前所述，根据本发明的间隙子180直接配置于该玻璃基板120上，该间隙子180大体上是弹性的。当该LCD装置被施予一外在压力或一力量时，只有该间隙子180会变形。因为根据本发明直接置于玻璃基板120上的间隙子180大体上是弹性的，故当该外在压力或负载被释放之后，该间隙子180将会回到接近它们原来的大小以维持均匀且精准的单元间隙，而不会导致面板色度不均瑕疵。再者，该间隙子180具有较高的高度，故于液晶滴下式(OneDrop Fill)的加工工艺中，可以进一步加大操作区间。
现请参考图11，其显示根据本发明另一实施例的一彩色滤光片(ColorFilter；CF)基板500，用于一薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)装置中。该CF基板500大体上类似于该CF基板100，其中相似的元件标示相似的图号。于该CF基板500中，该间隙子580配置于该彩色滤光片560中。于该彩色滤光片基板500的制造过程中，一黑色矩阵550覆盖于该玻璃基板520上，并裸露出部分的玻璃基板520，以界定多个像素区域或彩色滤光片区域。多个彩色滤光片560配置于该彩色滤光片区域上，并会具有多个开口，裸露出该玻璃基板520，并藉以界定多个该间隙子区域552。于涂布并显影负光致抗蚀剂时，光线会穿过该间隙子区域552，而将此一部份的该负光致抗蚀剂硬化，藉此形成多个间隙子580。由于在此实施例中，间隙子区域位于像素区域里面，故用以制造该间隙子580的材料，可为该像素区域中的该彩色滤光片区域相同的颜色的材料，以增加显示器的透光率。
现请参考图12，其显示根据本发明另一实施例的一液晶显示器(LiquidCrystal Display；LCD)装置700，其具有一薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)基板620。该液晶显示器700大体上类似于该液晶显示器200，其中相似的元件标示相似的图号。该薄膜晶体管基板620包含一透明基板622、一栅极624、一源极629及一像素电极628(诸如ITO所构成)，该栅极624、该源极629及该像素电极628以现有的技术形成于该透明基板622上。一般而言，该栅极624与扫瞄线路相连接，由一第一金属的光刻腐蚀工艺中所成形，而该源极629与数据线路相连接，由一第二金属的光刻腐蚀工艺中所成形。于该薄膜晶体管基板620中，多个彩色滤光片660形成于该像素电极628上，且多个间隙子680配置于该彩色滤光片660中。
于该薄膜晶体管基板620的制造过程中，多个彩色滤光片660形成于该像素电极628上，并裸露出部分的像素电极628，以界定多个像素区域。该多个彩色滤光片660具有多个开口，裸露出该像素电极628，并藉以界定多个该间隙子区域652。于涂布并显影负光致抗蚀剂时，紫外光线会由该透明基板622的外侧穿过该间隙子区域652，而将此一部份的该负光致抗蚀剂硬化，藉此形成多个间隙子680。此外，一取向膜634形成在该源极629、该彩色滤光片660及该间隙子680上。
该薄膜晶体管基板620可进一步与另一基板623结合，且该薄膜晶体管基板620和该基板623的边缘黏着在一起，以界定一空腔612，用以容纳一液晶材料610，如此以形成该液晶显示器装置700。该空腔612具有藉由该多个间隙子680所界定的一均匀且精准的间隙(单元间隙)。本领域技术人员将可了解，两偏光板(图中未示)会分别安装到该薄膜晶体管基板620及该基板623的外侧表面上。
现请参考图13，其显示根据本发明另一实施例的一彩色滤光片(ColorFilter；CF)基板800。该CF基板800大体上类似于该CF基板100，其中相似的元件标示相似的图号。于该彩色滤光片基板800的制造过程中，一黑色矩阵850覆盖于一玻璃基板上，并裸露出部分的玻璃基板，以界定多个像素区域或彩色滤光片区域，以及多个开口878。多个彩色滤光片860a、860b、860c配置于该彩色滤光片区域及该开口878上，并裸露出该玻璃基板，并藉以界定多个该间隙子区域852。于涂布并显影负光致抗蚀剂时，光线会穿过该间隙子区域852，而将此一部份的该负光致抗蚀剂硬化，藉此形成多个间隙子880。再者，本领域技术人员将可了解该间隙子880可对应于薄膜晶体管基板(图中未示)的薄膜晶体管的位置。
现请参考图14，其显示根据本发明另一实施例的一彩色滤光片(ColorFilter；CF)基板900。该CF基板900大体上类似于该CF基板100，其中相似的元件标示相似的图号。于该彩色滤光片基板900的制造过程中，一黑色矩阵950覆盖于一玻璃基板上，并裸露出部分的玻璃基板，以界定多个像素区域或彩色滤光片区域。多个彩色滤光片960a、960b、960c配置于该彩色滤光片区域上，并会具有多个开口，裸露出该玻璃基板，并藉以界定多个该间隙子区域952。于涂布并显影负光致抗蚀剂时，光线会穿过该间隙子区域952，而将此一部份的该负光致抗蚀剂硬化，藉此形成多个间隙子980。再者，本领域技术人员将可了解该间隙子980可对应于薄膜晶体管基板(图中未示)的保持电容区域987，亦即辅助电容电极的位置，如虚线所示。综前所述，本发明的特征在于利用液晶显示器中既有的图案(Pattern)，诸如黑色矩阵、彩色滤光片、扫瞄线路或第一金属(Metal One)、或数据线路或第二金属(MetalTwo)，界定间隙子区域。又，这些图案对于将该间隙子的光致抗蚀剂曝光的光线是不透光的，因此该间隙子可由该液晶显示器的任一基板的外侧曝光，而成形于该基板上。如此，根据本发明的间隙子的制造过程中，不需要额外的光掩模，以将该光致抗蚀剂曝光，藉由该图案上的间隔子区域便得以直接将该间隙子成形。且本发明的间隙子并不限于单独使用，亦可与传统的球状间隙子(Ball spacer)或黏着型间隙子(adhesive spacer)一并混用。此外，任何本领域技术人员可知，本发明的间隙子可采用一不透光材料形成(例如一黑色树脂)，以避免漏光情形发生。
本发明以CF基板或TFT基板上的不透光膜层制作遮光图案，并以背向曝光(back-exposure process)的方式形成间隙子。值得注意的是，若以上述实施例所揭示的技术为基础，本发明更可藉由对遮光图案所界定的开口尺寸(即上述的间隙子区域)的设计，来调整对应于开口位置的光致抗蚀剂的曝光深度，而可同时形成不同高度的间隙子(hybrid spacers)。此具有不同高度的间隙子的设计将有助于提高液晶显示器面板的抗压能力，且更有利于增加以液晶滴下技术滴入液晶的操作区间。
请参考图15与图16，其中图15绘示为不同形状与尺寸的光掩模开口对应于其所形成的凸起结构高度的关系图，而图16绘示为图15中不同光掩模所定义的开口尺寸的示意图。如图15所示的横坐标为光掩模的开口尺寸，而纵坐标为所形成的凸起结构的高度，其中图15列举菱形、长方形、正方形、八角形等不同形状的光掩模开口，而图16中以标号S标示这些形状的光掩模开口的尺寸。由图15中可以明显地发现，对应不同的开口尺寸，可形成不同高度的凸起结构。更详细的说，藉由光掩模开口尺寸的设计，可以控制其所对应的光致抗蚀剂的曝光深度，因此显影后所形成的凸起结构的高度便会有所不同。
结合上述所揭示的背向曝光与调整光掩模开口的技术，本发明将可以在液晶显示器装置中同时形成不同高度的凸起结构，以作为间隙子(hybridspacer)之用，下文将举例说明本发明的用以形成相同或不同高度的凸起结构的方法，而上述所有实施例的内容均可并入下文中，以作为参考。
请参考图17A～17D，其依序绘示本发明的凸起结构的制作方法。
首先，如图17A所示，提供一基板1010，其中此基板1010例如是上述的彩色滤光片基板或薄膜晶体管阵列基板，且此基板1010具有相对应的一第一表面1012与一第二表面1014。此外，基板1010的第一表面1012上具有遮光图案1020，此遮光图案1020例如是上述的黑色矩阵、彩色滤光片、扫瞄线路或第一金属层(Metal One)、或数据线路或第二金属层(Metal Two)，用以界定出多个开口1022，而此开口1022例如是上述的间隙子区域。
接着，如图17B所示，在基板1010上形成一光致抗蚀剂1030，其覆盖遮光图案1020，且此光致抗蚀剂1030例如是负光致抗蚀剂。
然后，如图17C所示，以遮光图案1020为掩模，而由基板1010的第二表面1014的一侧对光致抗蚀剂1030进行背向曝光。其中，依据图15所绘示的光掩模开口尺寸与凸起结构高度的关系图，例如可选择其中一种形状的光掩模设计，并且对应图15中的关系曲线，来设计遮光图案1020的开口1022的形状与尺寸。在一优选实施例中，例如可形成矩形的开口1022，并藉由开口1022的尺寸来调整开口1022处的光致抗蚀剂1030的曝光深度。
之后，如图17D所示，将光致抗蚀剂1030显影，而形成对应于开口1022的多个凸起结构1032。
在上述实施例中，例如可在基板1010上同时形成相同高度的凸起结构。当然，若遮光图案1020具有不同尺寸的开口1022，则因应不同的曝光深度，其所形成的凸起结构1032的高度将不会相同。
请参考图18，其绘示为同时具有不同高度的凸起结构的基板。其中，基板1010上的遮光图案1020具有不同尺寸的第一开口1022a与第二开口1022b，而借由这些第一开口1022a与第二开口1022b，便可经过形成光致抗蚀剂、背向曝光以及显影等步骤，同时形成具有不同高度的第一凸起结构1032a与第二凸起结构1032b。举例而言，第一凸起结构1032a与第二凸起结构1032b的高度差例如是0.4μm，而可将这些第一凸起结构1032a与第二凸起结构1032b作为间隙子，以形成具有混合间隙子(hybrid spacers)的液晶显示器面板。以上述的图5、图11与图12所揭示的液晶显示器装置的结构为例，图19～21分别绘示其具有不同高度的间隙子的示意图。
如图19所示，以彩色滤光片基板100上的黑色矩阵150作为遮光图案，其中黑色矩阵150界定不同尺寸的间隙子区域152a与152b，以在进行光致抗蚀剂涂布、背向曝光与显影等步骤之后，于彩色滤光片基板100上形成不同高度的间隙子180a与180b。
此外，如图20所示，以彩色滤光片560作为遮光图案，其中彩色滤光片560界定不同尺寸的间隙子区域552a与552b，且彩色滤光片560内更例如可添加光吸收剂，以增加其遮光效果。同理，在进行光致抗蚀剂涂布、背向曝光与显影等步骤之后，便可在彩色滤光片基板500上形成不同高度的间隙子580a与580b，其中关于其它构件与其制作方法的说明请参考上述实施例，在此不再重复赘述。
另外，如图21所示的薄膜晶体管基板620上制作有彩色滤光片660的结构(积层型彩色滤光片，color filter on array，COA)，其中配置于像素电极628上的彩色滤光片660同样可界定出不同尺寸的间隙子区域652a与652b，因此可形成不同高度的间隙子680a与680b。
关于图19～21中所绘示的其它构件与其制作方法，请参考前述实施例的说明，在此不再重复赘述。
当然，除了上述图19～21所绘示的实施例之外，本发明亦可同时藉由黑色矩阵与彩色滤光片界定不同尺寸的间隙子区域。此外，位于黑色矩阵上的间隙子例如可对应于TFT基板上的薄膜晶体管、扫描线路、数据线路等部分，而位于彩色滤光片上的间隙子例如可对应于TFT基板上的辅助电容电极，而不致影响液晶显示器装置的开口率(aperture ratio)。换言之，在优选实施例中，间隙子位于LCD装置的非动态部份相对应的部分上，该部份包括在该TFT基板上的源极汇流线(扫描线路)、栅极汇流线(数据线路)、辅助电容电极、以及薄膜晶体管。
此外，本发明的用以形成凸起结构的技术除可应用于制作间隙子之外，若应用于多域垂直配向(multi-domain vertical alignment，MVA)的液晶显示器装置时，亦可在制作间隙子的同时，选择性地在彩色滤光片基板或薄膜晶体管基板上制作配向凸起。
请参考图22，其绘示本发明的优选实施例的一种彩色滤光片基板的示意图。在本实施例中，黑色矩阵1120例如界定第一开口1122，而彩色滤光片1130例如界定第二开口1132，其中第一开口1122的尺寸例如约为20μm，第二开口1132的尺寸约为11μm，而其所形成的第一凸起结构1142与第二凸起结构1144的高度例如分别是4μm与1.4μm，两者具有约2.6μm的高度差。当然，形成此高度差所需的开口的尺寸亦可例如由图15所列举的光掩模开口与凸起结构高度的关系曲线求得。高度为4μm的第一凸起结构1142可作为间隙子，而高度为1.4μm的第二凸起结构1144可作为配向凸起。
请参考图23，本发明例如还可在上述的彩色滤光片1130所界定的第二开口1132内保留部分的遮光图案1150，其例如是彩色滤光片或黑色矩阵，而藉由此保留的遮光图案1140可控制第二开口1132内的光致抗蚀剂的曝光深度，以调整所形成的第二凸起结构(配向凸起)的高度。
值得一提的是，如图22或23所述的黑色矩阵1120，亦可同时界定多种尺寸的开口，以形成不同高度的间隙子，进而提供同时具有混合间隙子与配向凸起的液晶显示器装置。此外，上述的制作方式同样可应用于薄膜晶体管基板上的间隙子与配向凸起的制作，然本领域技术人员应可参考上述实施例与说明，轻易推知，故不再一一赘述。
综上所述，本发明至少具有下列特征与优点(一)间隙子直接置于该玻璃基板上，并可具有不同的高度，所以在承受了一压力或力量之后，该液晶显示器装置能够充分地恢复以及该单元间隙能够保持一致。
(二)可藉由遮光图案上的开口尺寸来调整曝光深度，以同时形成不同高度的凸起结构，其可作为间隙子或配向凸起，因此有助于减少使用的光掩模数与工艺数，进而提高生产效率，并可降低制作成本。
(三)不同高度的间隙子有助于在液晶滴下式(One Drop Fill)的加工工艺中，进一步加大滴入液晶量的操作区间，以提高生产成品率。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种液晶显示器装置，具有一第一基板、一第二基板，与该第一基板结合在一起，并形成一空腔、液晶材料，配置于该空腔中、以及多个间隙子，其特征在于该第一基板及该第二基板中之一上具有一图案，用以界定多个间隙子区域，且该间隙子配置于该间隙子区域上。
2.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该图案包含黑色矩阵。
3.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该图案包含彩色滤光片。
4.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该图案包含一第一金属层。
5.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该图案包含一第二金属层。
6.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该间隙子经由照光硬化而形成。
7.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该间隙子区域以外的区域的优选透光率小于7.1％。
8.如权利要求7所述的液晶显示器装置，其中该间隙子区域以外的区域的最佳透光率小于1.31％。
9.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该间隙子区域对应于一薄膜晶体管而配置。
10.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该间隙子区域对应于一辅助电容电极而配置。
11.如权利要求2所述的液晶显示器装置，其中还包括一彩色滤光片对应于一像素区域而配置，且该彩色滤光片未覆盖间隙子区域。
12.如权利要求11所述的液晶显示器装置，其中该彩色滤光片包含一光吸收剂。
13.如权利要求11所述的液晶显示器装置，其中该第一基板与该第二基板界定一单元间隙(cell gap)，且该间隙子的高度大于该单元间隙的高度。
14.如权利要求11所述的液晶显示器装置，其中每个该第一基板及该第二基板皆具有一取向膜，该单元间隙为该两取向膜间的平均距离。
15.如权利要求1所述的液晶显示器装置，其中该间隙子为一不透光材料所形成。
16.如权利要求15所述的液晶显示器装置，其中该不透光材料为一黑色树脂。
17.如权利要求15所述的液晶显示器装置，其中该图案为一遮光图案，该遮光图案界定不同尺寸的多个第一开口与多个第二开口；其中该些间隙子包含多个第一凸起结构，对应配置于该遮光图案的该些第一开口的位置上，且位于该空腔内；以及多个第二凸起结构，对应配置于该遮光图案的该些第二开口的位置上，且位于该空腔内，其中该第一凸起结构与该第二凸起结构具有不同的高度。
18.一种液晶显示器装置的制造方法，包括下列步骤提供一第一基板与一第二基板；于该第二基板的该内侧及外侧表面的一者上，形成一遮光图案，以界定多个间隙子区域；于该第二基板中的该内侧表面上，涂布一光致抗蚀剂；于该第二基板中的该外侧表面上，照射光线；以及将该光致抗蚀剂显影，而形成多个间隙子。
19.如权利要求18所述的液晶显示器装置的制造方法，还包括下列步骤将该第一基板与该第二基板相结合，以形成一空腔；以及将一液晶材料充填入该空腔中。
20.如权利要求18所述的液晶显示器装置的制造方法，还包括下列步骤将一液晶材料滴入该第一基板及该第二基板中的一者上；将该第一基板与该第二基板相结合，如此以将该液晶材料密封于该第一基板与该第二基板之间。
21.如权利要求18所述的液晶显示器装置的制造方法，其中该图案为黑色矩阵。
22.如权利要求18所述的液晶显示器装置的制造方法，其中该图案为彩色滤光片。
23.如权利要求18所述的液晶显示器装置的制造方法，其中该图案为第一金属。
24.如权利要求18所述的液晶显示器装置的制造方法，其中该图案为第二金属。
25.如权利要求18所述的液晶显示器装置的制造方法，其中该遮光图案还包括不同尺寸的多个第一开口与多个第二开口；以使该些第一开口处的该光致抗蚀剂与该些第二开口处的该光致抗蚀剂具有不同的曝光深度；以及将该光致抗蚀剂显影，而形成对应于该些第一开口的多个第一凸起结构以及对应于该些第二开口的多个第二凸起结构，其中该第一凸起结构与该第二凸起结构具有不同的高度。
全文摘要
一种液晶显示器装置、其彩色滤光片基板和凸起结构，及其制造方法。其中，彩色滤光片基板主要包括一透明基板、一黑色矩阵、多个彩色滤光片、多个第一凸起结构以及多个第二凸起结构。黑色矩阵配置在透明基板上，并裸露出部分的透明基板，以界定多个第一开口、多个第二开口以及多个像素区域，其中第一开口与第二开口具有不同的尺寸。此外，彩色滤光片配置于像素区域内。另外，第一凸起结构与第二凸起结构配置于透明基板上，其中第一凸起结构对应于第一开口，而第二凸起结构对应于第二开口，且第一凸起结构与第二凸起结构具有不同的高度。
文档编号G02F1/133GK1818758SQ20051005161
公开日2006年8月16日 申请日期2005年2月8日 优先权日2005年2月8日
发明者吴永良, 陈猷仁 申请人:奇美电子股份有限公司