一种可改善大视角漏光的彩色滤光片基板及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种可改善大视角漏光的彩色滤光片基板及其制造方法。该彩色滤光片基板包括：玻璃基板；彩膜层，位于玻璃基板的上方；黑矩阵，位于相邻的两个彩色滤光片之间，用以吸收和遮蔽光线；平坦层；共通电极层；以及透镜阵列，包括多个圆弧形的凸透镜，每一凸透镜位于共通电极层的上方且在垂直方向上与黑矩阵彼此正对。相比于现有技术，本发明利用光阻层在黑矩阵下方设计一透镜阵列，借助于透镜的聚光和折射特性，使大视角斜向射入基板的光线改变光学路径，如此一来，原本从大视角所看到的漏光可被黑矩阵吸收和遮蔽。再者，该透镜阵列和光阻间隔物可采用半调光罩在同一制程中形成，无需额外增加新的制程。
【专利说明】一种可改善大视角漏光的彩色滤光片基板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种彩色滤光片基板，尤其涉及一种可改善大视角漏光的彩色滤光片基板以及该彩色滤光片基板的制造方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，常用的液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD)分为TN (Twisted Nematic,扭曲向列)、STN (Super TN,超扭曲向列)、DSTN (Double layer STN,双层超扭曲向列)TFT (Thin Film Transistor,薄膜晶体管)四种。
[0003]以TN型液晶显示器为例，其像素设计主要由上下两基板的ΙΤ0电极(例如，彩色滤光片基板一侧的共通电极以及阵列基板一侧的像素电极)中间夹液晶所组成，透过施加电压来控制液晶分子的排列方向(平躺或站立)，造成旋光特性的改变，进而控制光的通过量以达到灰阶控制的目的。现有技术中的一种TN型液晶显示器采用进阶型超高开口率(Advanced Super High Aperture rat1, ASHA)技术，通过增加平坦层(Planarizat1nLayer, PL)纵向拉开数据线与像素电极之间的距离，使得像素电极不必受限于横向与数据线必须保持一定距离，进而提高开口率。
[0004]然而，在上述TN型液晶显示器中，像素电极的边缘受地形影响，易发生摩擦(Rubbing)配向不良，加上像素电极边缘的电场混乱，导致边缘液晶倒向紊乱，进而造成斜向光源偏振态改变和大视角漏光等不良情形。虽然可通过加大黑矩阵或加宽数据线这两种方式来遮蔽大视角漏光，但都会牺牲开口率，使画面显示的亮度降低。另一方面，若要维持画面显示的亮度，则须提高背光模组中的背光源亮度，这将增加能量消耗。
[0005]有鉴于此，如何设计一种新的彩色滤光片基板，或对现有的彩色滤光片基板进行改进，从而克服现有技术中的上述缺陷，改善大视角漏光的不良情形，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的彩色滤光片基板所存在的大视角漏光这一不良情形，本发明提供了一种可改善大视角漏光的彩色滤光片基板及其制造方法。
[0007]依据本发明的一个方面，提供了一种可改善大视角漏光的彩色滤光片基板，适于扭曲向列模式的液晶面板，所述彩色滤光片基板包括:
[0008]—玻璃基板；
[0009]一彩膜层，包括多个彩色滤光片，所述彩膜层位于所述玻璃基板的上方；
[0010]一黑矩阵，设置于所述玻璃基板的上方，并且所述黑矩阵位于相邻的两个彩色滤光片之间，用以吸收和遮蔽光线；
[0011]一平坦层，设置于所述彩膜层的上方；
[0012]一共通电极层，设置于所述平坦层的上方；以及
[0013]一透镜阵列，包括多个圆弧形的凸透镜，每一凸透镜位于所述共通电极层的上方且在垂直方向上与所述黑矩阵彼此正对，
[0014]当光线从斜向大视角射入时，藉由所述凸透镜来会聚和折射入射光线，使得所述凸透镜的出射光线被所述黑矩阵吸收和遮蔽。
[0015]在其中的一实施例，所述彩色滤光片基板还包括多个光阻间隔物，设置于所述共通电极层的上方，其中所述光阻间隔物的高度大于所述透镜阵列的凸透镜高度。
[0016]在其中的一实施例，所述透镜阵列的凸透镜高度介于2微米?3.5微米之间。
[0017]在其中的一实施例，所述透镜阵列以及所述光阻间隔物在同一制程中采用半调光罩(Halftone)制作而成。
[0018]在其中的一实施例，所述凸透镜的曲率半径由曝光能量、曝光时间以及显影时间进行调整和控制。
[0019]在其中的一实施例，所述凸透镜的曲率半径为3?8。
[0020]在其中的一实施例，所述凸透镜的折射率介于1.5?2之间。
[0021]依据本发明的另一个方面，提供了一种彩色滤光片基板的制造方法，包括以下步骤:
[0022]提供一玻璃基板；
[0023]形成一彩膜层于所述玻璃基板的上方，所述彩膜层包括多个彩色滤光片；
[0024]形成一黑矩阵于所述玻璃基板的上方，所述黑矩阵设置于相邻的两个彩色滤光片之间；
[0025]形成一平坦层于所述彩膜层的上方；
[0026]形成一共通电极层于所述平坦层的上方；以及
[0027]形成一透镜阵列于所述共通电极层的上方，所述透镜阵列包括多个圆弧形的凸透镜，每一凸透镜在垂直方向上与所述黑矩阵彼此正对，
[0028]其中，当光线从斜向大视角射入时，藉由所述凸透镜来会聚和折射入射光线，使得所述凸透镜的出射光线被所述黑矩阵吸收和遮蔽。
[0029]在其中的一实施例，该制造方法还包括:形成一光阻层于所述共通电极层的上方；在同一制程中采用半调光罩(Halftone)对所述光阻层进行曝光和显影；以及根据半调光罩在曝光过程中的透光度，在不同区域分别形成光阻间隔物和所述透镜阵列。
[0030]在其中的一实施例，所述透镜阵列的凸透镜高度介于2微米?3.5微米之间，且所述光阻间隔物的高度大于所述透镜阵列的凸透镜高度。
[0031]采用本发明的可改善大视角漏光的彩色滤光片基板及其制造方法，具有多个彩色滤光片的彩膜层位于玻璃基板的上方，黑矩阵设置于玻璃基板的上方且位于相邻两彩色滤光片之间，平坦层设置于彩膜层的上方，共通电极层位于平坦层的上方，透镜阵列包括多个圆弧形的凸透镜，每一凸透镜位于共通电极层的上方且在垂直方向上与黑矩阵彼此正对，当光线从斜向大视角射入时，藉由凸透镜来会聚和折射入射光线，使得凸透镜的出射光线被黑矩阵吸收和遮蔽。相比于现有技术，本发明利用光阻层在黑矩阵下方设计一透镜阵列，借助于透镜的聚光和折射特性，使大视角斜向射入基板的光线改变光学路径，如此一来，原本从大视角所看到的漏光可被黑矩阵吸收和遮蔽。此外，该透镜阵列不必加大黑矩阵或加宽数据线即可解决大视角漏光现象，可避免牺牲开口率。再者，该透镜阵列和光阻间隔物可采用半调光罩在同一制程中形成，无需额外增加新的制程，因而也不会增加基板的制程成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]读者在参照附图阅读了本发明的【具体实施方式】以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
[0033]图1示出现有技术中的一种采用进阶型超高开口率(Advanced Super HighAperture rat1, ASHA)技术的TN型液晶显示器的面板结构示意图；
[0034]图2示出图1的液晶面板在斜向大视角光线入射时引起漏光的状态示意图；
[0035]图3A示出图1的液晶面板在斜向大视角光线入射时，可消除漏光的一种现有解决方案的结构示意图；
[0036]图3B示出图1的液晶面板在斜向大视角光线入射时，可消除漏光的另一种现有解决方案的结构示意图；
[0037]图4示出依据本发明的一实施方式，包括可消除漏光的彩色滤光片基板的液晶面板的结构示意图；
[0038]图5示出依据本发明的另一实施方式，可消除漏光的彩色滤光片基板的制造方法的流程框图；
[0039]图6A不出米用图5的制造方法时，在同一制程中通过半调光罩(half-tone mask)形成透镜阵列以及光阻间隔物的原理示意图；以及
[0040]图6B示出采用图6A的半调光罩制程所得到的圆弧形凸透镜和光阻间隔物的示意图。
【具体实施方式】
[0041]为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
[0042]下面参照附图，对本发明各个方面的【具体实施方式】作进一步的详细描述。
[0043]图1示出现有技术中的一种采用进阶型超高开口率(Advanced Super HighAperture rat1, ASHA)技术的TN型液晶显示器的面板结构示意图。
[0044]参照图1,该液晶面板包括一彩色滤光片基板(Color Filter Substrate) 100、一阵列基板(Array Substrate) 200以及设置在两基板之间的液晶层30。于彩色滤光片基板一侧，还包括一共通电极层102和一黑矩阵104，共通电极102位于彩色滤光片基板100的下方。于阵列基板一侧，还包括平坦层(Planarizat1n Layer,PL) 202、像素电极204和数据线206。由于平坦层202的存在，可纵向拉开数据线206与像素电极204之间的距离，使得像素电极204不必受限于，横向与数据线206必须保持一定距离才能避免寄生电容(如图1的斜线框所示)带来的耦合效应，进而提高开口率。如此一来，当共通电极102与像素电极204之间未施加电压时，液晶分子30处于平躺状态(例如，图中左侧的液晶分子)；当共通电极102与像素电极204之间施加电压时，液晶分子30处于站立状态(例如，图中右侧的液晶分子)。
[0045]图2示出图1的液晶面板在斜向大视角光线入射时引起漏光的状态示意图。图3A示出图1的液晶面板在斜向大视角光线入射时，可消除漏光的一种现有解决方案的结构示意图。图3Btj^出图1的液晶面板在斜向大视角光线入射时，可消除漏光的另一种现有解决方案的结构示意图。
[0046]在图1所示的液晶面板中，平坦层106位于共通电极102的上方，黑矩阵104设置于相邻的两个彩色滤光片之间。参照图2，像素电极204的边缘受地形影响，易发生摩擦(Rubbing)配向不良，加上像素电极边缘的电场混乱(例如，共通电极102与像素电极204之间的电场，以及像素电极204与数据线206之间的电场)，导致边缘液晶倒向紊乱，进而造成斜向光源偏振态改变和大视角漏光等不良情形，如图2中的虚线圆圈所示，一部分光线未能被黑矩阵104所遮挡而直接穿透基板。
[0047]为了解决图2的漏光情形，一种设计方案是在于，将黑矩阵104’加长，如图3A所示，使其足够遮挡来自阵列基板200 —侧的光线。然而，黑矩阵104’变大将会牺牲开口率，影响画面的亮度。另一种设计方案是在于，保持黑矩阵104不变且加宽数据线206’，如图3B所示，进而使环境光到达阵列基板200时的入射角发生变化，让黑矩阵104可完全遮挡来自阵列基板并经由液晶分子折射后的光线。同样，数据线206’的加宽也会牺牲开口率，影响画面的亮度。换句话说，若要维持画面显示的亮度，则须提高背光模组中的背光源亮度，这将增加能量消耗。
[0048]图4示出依据本发明的一实施方式，包括可消除漏光的彩色滤光片基板的液晶面板的结构示意图。本领域的技术人员应当理解，该液晶面板在阵列基板200 —侧的结构并未发生变化，为描述简便起见，在此不再赘述。
[0049]参照图4,该彩色滤光片基板适于扭曲向列模式的液晶面板，其包括一玻璃基板100、一彩膜层、一黑矩阵104、一平坦层106和一共通电极层102。其中，彩膜层包括多个彩色滤光片，且该彩膜层位于玻璃基板100的上方。黑矩阵104设置于玻璃基板100的上方，并且黑矩阵104位于相邻的两个彩色滤光片之间，用以吸收和遮蔽光线。平坦层106设置于彩膜层的上方。共通电极层102设置于平坦层106的上方。本领域的技术人员应当理解，彩色滤光片基板各组件的位置关系仅示意性地使用诸如“上方”或“下方”予以说明，但并不用来限定本发明的各组件的相互关系，例如，当彩色滤光片基板100倒置而位于阵列基板200的下方时，其各组件的上下位置关系刚好相反。
[0050]需要强调的是，本发明的彩色滤光片基板还包括一透镜阵列，该透镜阵列包括多个圆弧形的凸透镜40，每一凸透镜40位于共通电极层102的上方且在垂直方向上与黑矩阵104彼此正对。当光线从斜向大视角射入基板时，藉由凸透镜来会聚和折射入射光线，使得凸透镜40的出射光线被黑矩阵104吸收和遮蔽。
[0051]在一具体实施例，彩色滤光片基板还包括多个光阻间隔物(Photo Spacer, PS),设置于共通电极层的上方，其中光阻间隔物的高度大于透镜阵列的凸透镜高度，如图6B所
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[0052]图5示出依据本发明的另一实施方式，可消除漏光的彩色滤光片基板的制造方法的流程框图。
[0053]参照图5，并结合图4，在该制造方法中，首先执行步骤S100，提供一玻璃基板100。然后执行步骤S102，形成一彩膜层于玻璃基板100的上方，该彩膜层包括多个彩色滤光片。接着依次执行步骤S104、S106和S108，形成一黑矩阵104于玻璃基板100的上方，该黑矩阵104设置于相邻的两个彩色滤光片之间，形成一平坦层106于彩膜层的上方，以及形成一共通电极层102于平坦层106的上方。最后，执行步骤S110，形成一透镜阵列于共通电极层102的上方，透镜阵列包括多个圆弧形的凸透镜40，每一凸透镜40在垂直方向上与黑矩阵104彼此正对,其中，当光线从斜向大视角射入时，藉由凸透镜40来会聚和折射入射光线，使得凸透镜40的出射光线被黑矩阵104吸收和遮蔽。
[0054]图6A不出米用图5的制造方法时，在同一制程中通过半调光罩(half-tone mask)形成透镜阵列以及光阻间隔物的原理示意图。图6B示出采用图6A的半调光罩制程所得到的圆弧形凸透镜和光阻间隔物的示意图。
[0055]参照图6A，在该实施例中，该制造方法先形成一光阻层50于共通电极层102的上方，然后在同一制程中采用半调光罩(Halftone)对光阻层50进行曝光和显影。此时，不同区域的透光度也不相同，最后，根据半调光罩在曝光过程中的透光度，于不同区域分别形成光阻间隔物502和透镜阵列的凸透镜40，如图6B所示。不难理解，由于光阻层50在曝光和显影之后，其边缘的直角部分会自然变成圆弧形状，得到透镜外轮廓，因而无需增加额外的制程。
[0056]实验数据表明，为证实凸透镜40对光线的会聚和折射作用，透镜阵列的凸透镜高度最好介于2微米?3.5微米之间。凸透镜的折射率介于1.5?2之间，在此前提下，凸透镜材料的折射率越大，聚光效果越明显。此外，凸透镜的曲率半径由曝光能量、曝光时间以及显影时间进行调整和控制，例如，凸透镜的曲率半径为3?8。
[0057]采用本发明的可改善大视角漏光的彩色滤光片基板及其制造方法，具有多个彩色滤光片的彩膜层位于玻璃基板的上方，黑矩阵设置于玻璃基板的上方且位于相邻两彩色滤光片之间，平坦层设置于彩膜层的上方，共通电极层位于平坦层的上方，透镜阵列包括多个圆弧形的凸透镜，每一凸透镜位于共通电极层的上方且在垂直方向上与黑矩阵彼此正对，当光线从斜向大视角射入玻璃基板时，藉由凸透镜来会聚和折射入射光线，使得凸透镜的出射光线被黑矩阵吸收和遮蔽。相比于现有技术，本发明利用光阻层在黑矩阵下方设计一透镜阵列，借助于透镜的聚光和折射特性，使大视角斜向射入基板的光线改变光学路径，如此一来，原本从大视角所看到的漏光可被黑矩阵吸收和遮蔽。此外，该透镜阵列不必加大黑矩阵或加宽数据线即可解决大视角漏光现象，可避免牺牲开口率。再者，该透镜阵列和光阻间隔物可采用半调光罩在同一制程中形成，无需额外增加新的制程，因而也不会增加制程成本。
[0058]上文中，参照附图描述了本发明的【具体实施方式】。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的【具体实施方式】作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种可改善大视角漏光的彩色滤光片基板，适于扭曲向列模式的液晶面板，其特征在于，所述彩色滤光片基板包括: 一玻璃基板； 一彩膜层，包括多个彩色滤光片，所述彩膜层位于所述玻璃基板的上方； 一黑矩阵，设置于所述玻璃基板的上方，并且所述黑矩阵位于相邻的两个彩色滤光片之间，用以吸收和遮蔽光线； 一平坦层，设置于所述彩膜层的上方； 一共通电极层，设置于所述平坦层的上方；以及 一透镜阵列，包括多个圆弧形的凸透镜，每一凸透镜位于所述共通电极层的上方且在垂直方向上与所述黑矩阵彼此正对， 其中，当光线从斜向大视角射入时，藉由所述凸透镜来会聚和折射入射光线，使得所述凸透镜的出射光线被所述黑矩阵吸收和遮蔽。
2.根据权利要求1所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述彩色滤光片基板还包括多个光阻间隔物，设置于所述共通电极层的上方，其中所述光阻间隔物的高度大于所述透镜阵列的凸透镜高度。
3.根据权利要求2所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述透镜阵列的凸透镜高度介于2微米?3.5微米之间。
4.根据权利要求2所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述透镜阵列以及所述光阻间隔物在同一制程中采用半调光罩制作而成。
5.根据权利要求4所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述凸透镜的曲率半径由曝光能量、曝光时间以及显影时间进行调整和控制。
6.根据权利要求5所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述凸透镜的曲率半径为3?8。
7.根据权利要求1所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述凸透镜的折射率介于1.5?2之间。
8.一种彩色滤光片基板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤: 提供一玻璃基板； 形成一彩膜层于所述玻璃基板的上方，所述彩膜层包括多个彩色滤光片； 形成一黑矩阵于所述玻璃基板的上方，所述黑矩阵设置于相邻的两个彩色滤光片之间； 形成一平坦层于所述彩膜层的上方； 形成一共通电极层于所述平坦层的上方；以及 形成一透镜阵列于所述共通电极层的上方，所述透镜阵列包括多个圆弧形的凸透镜，每一凸透镜在垂直方向上与所述黑矩阵彼此正对， 其中，当光线从斜向大视角射入时，藉由所述凸透镜来会聚和折射入射光线，使得所述凸透镜的出射光线被所述黑矩阵吸收和遮蔽。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该制造方法还包括: 形成一光阻层于所述共通电极层的上方； 在同一制程中采用半调光罩对所述光阻层进行曝光和显影；以及 根据半调光罩在曝光过程中的透光度，在不同区域分别形成光阻间隔物和所述透镜阵列。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述透镜阵列的凸透镜高度介于2微米?3.5微米之间，且所述光阻间隔物的高度大于所述透镜阵列的凸透镜高度。
【文档编号】G02F1/1335GK104280931SQ201410555069
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】邱于瑞, 徐彦皇 申请人:友达光电股份有限公司