專利名稱：黑色矩陣、彩色濾光片和液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種黑色矩陣、彩色濾光片和液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
液晶顯示器是一種被動(dòng)式顯示裝置，為達(dá)到彩色顯示的效果，需要為其提供一彩色濾光片，其作用是為液晶顯示器提供彩色，配合TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶體管)陣列和液晶等其它組件而顯示彩色影像。
請(qǐng)參閱圖1，是一種現(xiàn)有技術(shù)液晶顯示裝置示意圖。該液晶顯示裝置100包括第一基層14和第二基層17，其間填充一液晶層15。第二基層17底面包括一TFT陣列16。第一基層14和其上的著色層12、黑色矩陣13和ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)層11共同構(gòu)成彩色濾光片(未標(biāo)示)。該黑色矩陣13在該第一基層14上呈行列狀分布而形成許多格子，其行和列交叉處具有間隔體18，該間隔體18一般是由透明材料制成，其用以支撐該第一基層14和第二基層17。該著色層12包括紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三種著色單元，重復(fù)規(guī)則排列該三種著色單元在該第一基層14上以分別透過紅、藍(lán)、綠三原色光，并阻擋其它波長的光透過。該黑色矩陣13設(shè)置于該三種著色單元之間，其作用是遮斷三種著色單元間的光線，防止光線泄漏且阻止著色材料混合，而ITO層11則和TFT陣列16配合控制該著色層12各著色單元的光線透過多寡以顯示不同的顏色。
該黑色矩陣13一般由鉻及其化合物或黑色樹脂組成，其光學(xué)特性取決于其OD(Optical Density，光學(xué)密度)值和反射率。OD表示黑色矩陣的遮光能力，而反射率則指黑色矩陣兩面的光線反射率。當(dāng)黑色矩陣應(yīng)用于液晶顯示器時(shí)，鄰近液晶顯示屏一側(cè)的黑色矩陣表面和與其相對(duì)的另一表面會(huì)分別受到外界光和液晶顯示器背光的照射，如果反射率過高則會(huì)造成反射光過多而產(chǎn)生光線干擾問題。
黑色矩陣的OD值越高且反射率越低，其應(yīng)用于液晶顯示器時(shí)則可使該液晶顯示器顯示對(duì)比度高，圖像清晰，反之則顯示效果差。由黑色樹脂材料組成的黑色矩陣反射率低，但是OD值不高，由鉻及其化合物組成的黑色矩陣OD值高，但是反射率過高。
一種采用由鉻及其化合物組成的黑色矩陣的彩色濾光片揭露于2001年9月4日公告的美國專利第6,285,424號(hào)。請(qǐng)參閱圖2，該彩色濾光片20包括一透明玻璃基板24、一黑色矩陣23、一保護(hù)層25和一透明電極層21，另外，該彩色濾光片20表面還設(shè)置一偏光片26。該黑色矩陣23包括一第一抗反射膜231、一第二抗反射膜232和一遮光層233，上述組件依次設(shè)置于該透明玻璃基板24上。
該第一抗反射膜231和該第二抗反射膜232采用不同的金屬化合物作材料，如第一抗反射膜231采用氧化鋅，則第二抗反射膜232采用氧化鉻。該遮光層233由鉻、鉬、鎢、鎳或鍺組成，其不同于該第一抗反射膜231和該第二抗反射膜232所采用的金屬，該第一抗反射膜231和第二抗反射膜232的厚度最好為20～60nm，該遮光層233的厚度最好為50～150nm。
該專利技術(shù)是利用第一抗反射膜231、第二抗反射膜232和遮光層233各表面的反射光干涉相消原理降低反射率，可以有效降低自液晶顯示屏一側(cè)進(jìn)入、通過透明玻璃基板24的光線反射率，但是，由于該彩色濾光片20的遮光層233由鉻等金屬組成，其對(duì)光線反射率過高，當(dāng)該彩色濾光片20應(yīng)用于液晶顯示器時(shí)，遮光層233會(huì)反射過多的背光而產(chǎn)生干擾現(xiàn)象，使得該液晶顯示器的顯示效果受到影響。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)黑色矩陣雙面反射率過高的缺陷，本實(shí)用新型提供一種雙面反射率較低的黑色矩陣。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)彩色濾光片內(nèi)黑色矩陣一側(cè)反射率過高的缺陷，本實(shí)用新型提供一種黑色矩陣一側(cè)反射率低的彩色濾光片。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)液晶顯示裝置內(nèi)黑色矩陣對(duì)背光反射率過高的缺陷，本實(shí)用新型提供一種對(duì)背光反射率低的液晶顯示裝置。
本實(shí)用新型解決上述第一技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一黑色矩陣，其包括堆疊的至少兩相同的抗反射層，各抗反射層均包括兩層折射率不同的第一膜層和第二膜層，該第一膜層和第二膜層層疊設(shè)置。
本實(shí)用新型解決上述第二技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一彩色濾光片，其包括一第一基層、一黑色矩陣和一著色層，該黑色矩陣包括堆疊的至少兩相同的抗反射層，各抗反射層均包括兩層折射率不同的第一膜層和第二膜層，該著色層設(shè)置于該第一基層表面，而且與該黑色矩陣在該第一基層交替設(shè)置，該第一膜層和第二膜層依序設(shè)置于該第一基層表面。
本實(shí)用新型解決上述第三技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一液晶顯示裝置，其包括一第一基層、一黑色矩陣、一著色層和一第二基層，該黑色矩陣包括堆疊的至少兩相同的抗反射層，各抗反射層均包括兩層折射率不同的第一膜層和第二膜層，其中，該著色層設(shè)置于該第一基層表面，而且與該黑色矩陣在該第一基層交替設(shè)置，該第一膜層和第二膜層依序設(shè)置于該第一基層表面，該第二基層設(shè)置于該黑色矩陣一側(cè)，其與該第一基層之間具有一間隙。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)由于本實(shí)用新型黑色矩陣包括堆疊的至少兩抗反射層，其包括多層抗反射膜，所以該黑色矩陣可有效降低兩表面的反射率，而且該多層抗反射膜的每一層皆具遮光能力，多層迭加可有效遮擋光線，無需另外加鉻金屬等有毒材料構(gòu)成的遮光層，降低成本且利于環(huán)保。
由于本實(shí)用新型彩色濾光片采用上述黑色矩陣，所以該彩色濾光片黑色矩陣雙面皆具較低的光線反射率，因而可使該彩色濾光片具較佳的光學(xué)性能。
由于本實(shí)用新型液晶顯示裝置采用上述黑色矩陣，所以其可有效降低前光和背光反射，顯示對(duì)比度較高而使該彩色濾光片具較佳的光學(xué)性能。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)液晶顯示裝置示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)彩色濾光片示意圖。
圖3是本實(shí)用新型黑色矩陣實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型彩色濾光片第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型彩色濾光片第二實(shí)施方式的示意圖。
圖6是本實(shí)用新型彩色濾光片第三實(shí)施方式的示意圖。
圖7是本實(shí)用新型液晶顯示裝置第一實(shí)施方式的示意圖。
圖8是本實(shí)用新型液晶顯示裝置第二實(shí)施方式的示意圖。
圖9是本實(shí)用新型液晶顯示裝置第三實(shí)施方式的立體分解圖。
圖10是圖9沿X-X方向的剖視圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖3，是本實(shí)用新型黑色矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖。該黑色矩陣33包括一第一抗反射層331和一第二抗反射層332，該第一抗反射層331和該第二抗反射層332依次設(shè)置于該第一基層34上，其中，該第一抗反射層331包含設(shè)置于該第一基層34的第一膜層3311和其上的第二膜層3312，該第一膜層3311的折射率小于該第二膜層3312的折射率。該第一膜層3311主要由氧化鉻(CrOX)材料制成，其厚度為20～60nm；該第二膜層3312主要由氮化鉻(CrNY)材料制成，其厚度為20～100nm。
該第二抗反射層332和該第一抗反射層331相同，其包括貼合該第一抗反射層的第三膜層3321和第四膜層3322，該第二抗反射層332和該第一抗反射層331堆疊而形成黑色矩陣33，該第三膜層3321主要由氧化鉻材料制成，第四膜層3322主要由氮化鉻材料制成，該第三膜層3321和該第四膜層3322的厚度可分別與第一膜層和第二膜層厚度相同，也可以不同。該第二抗反射層332配合第一抗反射層331，利用各表面反射光干涉相消原理降低來自該第一抗反射層331一側(cè)光線的反射率，同理，也可降低來自該第二抗反射層332一側(cè)光線的反射率，而且，該第一抗反射層331和該第二抗反射層332采用氧化鉻和氮化鉻材料，因該等材料為著色材料，如CrO為綠色，CrN為不完全透明物質(zhì)，各膜層3311、3312、3321和3322的多層迭加可有效遮擋光線的通過，達(dá)到黑色矩陣33遮光的目的。
請(qǐng)參閱圖4，是本實(shí)用新型彩色濾光片第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。該彩色濾光片30包括一第一基層34、一黑色矩陣33、一著色層32和一ITO層31。該第一基層34是透明玻璃，該黑色矩陣33包括一第一抗反射層331和一第二抗反射層332，該第一抗反射層331和該第二抗反射層332依次設(shè)置于該第一基層34上，其中，該第一抗反射層331包含設(shè)置于該第一基層34的第一膜層3311和其上的第二膜層3312，該第一膜層3311的折射率小于該第二膜層3312的折射率。該第一膜層3311主要由氧化鉻，該第二膜層3312主要由氮化鉻材料制成。該第二抗反射層332和該第一抗反射層331相同，其包括依序設(shè)置于第二膜層3312之上的第三膜層3321和第四膜層3322，該第二抗反射層332和該第一抗反射層331堆疊而形成黑色矩陣33。
該黑色矩陣33呈格子狀規(guī)則排列于該第一基層34表面，該第一抗反射層331和第二抗反射層332經(jīng)過微影、顯像等制程形成于該第一基層34上，各層厚度可自由控制，以取得較低的反射率和較高的OD值。該著色層32采用顏料分散法等方法形成于該第一基層34上，與該黑色矩陣33在該第一基層34上交替設(shè)置，而且該著色層32的著色單元(R，G，B)分別重復(fù)排列于該黑色矩陣33格子狀間隔處。
請(qǐng)參閱圖5，是本實(shí)用新型彩色濾光片第二實(shí)施方式的示意圖。該彩色濾光片40包括一第一基層44、一黑色矩陣43和一著色層42，該第一基層44是透明玻璃，該黑色矩陣43包括一第一抗反射層431和一第二抗反射層432，該第一抗反射層431和該第二抗反射層432依次設(shè)置于該第一基層44上，其中，該第一抗反射層431包含設(shè)置于該第一基層44的第一膜層4311和其上的第二膜層4312，該第一膜層4311的折射率小于該第二膜層4312的折射率。該第一膜層4311主要由氧化鉻，該第二膜層4312主要由氮化鉻材料制成。該第二抗反射層432和該第一抗反射層431相同，其包括依序設(shè)置于第二膜層4312之上的第三膜層4321和第四膜層4322，該第二抗反射層432和該第一抗反射層431堆疊而形成黑色矩陣43。
該著色層42包括紅色、藍(lán)色和綠色三種著色單元，其作用是對(duì)光線進(jìn)行過濾，使其僅通過與該著色層42同色的光線。該著色層42和該黑色矩陣43在該第一基層44上交替設(shè)置，且該著色層42的一部分421延伸至該處黑色矩陣43整個(gè)表面上，覆蓋該黑色矩陣43而形成連續(xù)的層體。該黑色矩陣43于該第一基層44上呈格子狀規(guī)則排列。該著色層42的著色單元(R，G，B)分別重復(fù)排列于該黑色矩陣43格子狀間隔處，著色單元(G)的一部分421延伸至右邊的該處黑色矩陣43整個(gè)表面上，而且和著色單元(B)連接，該著色單元(R)的一部分422延伸至該著色單元(G)左邊的該處黑色矩陣43整個(gè)表面上，如此，R、G、B三色依次交迭連續(xù)分布并完全覆蓋該黑色矩陣43。當(dāng)然，該著色單元(G)具一部分延伸至左邊的該處黑色矩陣43整個(gè)表面上，以代替其左邊的該處黑色矩陣43表面上的著色單元(R)部分，或著色單元(R)和著色單元(B)皆具一部分延伸至該著色單元(G)左右兩側(cè)的黑色矩陣43整個(gè)表面，由于著色單元(R，G，B)是重復(fù)規(guī)則排列，所以該著色單元(G)可由著色單元(R)或著色單元(B)置換。該著色單元(G)的部分421是利用制作彩色濾光片40的著色層42時(shí)殘留而成，其厚度可在對(duì)著色層42曝光時(shí)調(diào)節(jié)，使得其反射率最低，而且和該著色層42其它部分齊平。另外，因該著色層42的一部分421形成于該黑色矩陣43上，所以其可增加該黑色矩陣43的OD值，而且可有效降低該黑色矩陣43上部分著色層421一側(cè)的反射率。
請(qǐng)參閱圖6，是本實(shí)用新型彩色濾光片第三實(shí)施方式的示意圖。該彩色濾光片50包括一第一基層54、一黑色矩陣53和一著色層52，該黑色矩陣43包括一第一抗反射層531和一第二抗反射層532，該第一抗反射層531和該第二抗反射層532依次設(shè)置于一第一基層54上，其中，該第一抗反射層531包含設(shè)置于該第一基層54的第一膜層5311和其上的第二膜層5312，該第一膜層5311的折射率小于該第二膜層5312的折射率。該第一膜層5311主要由氧化鉻，該第二膜層5312主要由氮化鉻材料制成。該第二抗反射層532和該第一抗反射層531相同，其包括依序設(shè)置于第二膜層5312之上的第三膜層5321和第四膜層5322，該第二抗反射層532和該第一抗反射層531堆疊而形成黑色矩陣53。該彩色濾光片50和本實(shí)用新型彩色濾光片第二實(shí)施方式40基本相同，所不同的是，鄰近該黑色矩陣53兩側(cè)的著色單元(R)和著色單元(G)均具有一部分521和522形成于該處黑色矩陣53上，該著色單元(R)和著色單元(G)的該部分521和522是上下重迭設(shè)置，而且和該著色層52其它部分齊平，當(dāng)然，其也可以水平左右對(duì)接排列，而且由于著色單元(R，G，B)是重復(fù)規(guī)則排列，所以著色單元(R，G，B)可相互置換，此設(shè)計(jì)在有效降低該黑色矩陣53上部分著色層521一側(cè)反射率的同時(shí)，進(jìn)一步增加該黑色矩陣53的OD值。
請(qǐng)參閱圖7，是本實(shí)用新型液晶顯示裝置第一實(shí)施方式的示意圖。該液晶顯示裝置300包括一第一基層34、一黑色矩陣33、一著色層32、一ITO層31、一液晶層35、一薄膜晶體管陣列36和一第二基層37。該黑色矩陣33和本實(shí)用新型黑色矩陣33相同。該著色層32和該黑色矩陣33在該第一基層34上交替設(shè)置。該ITO層31設(shè)置于該著色層32和該黑色矩陣33表面。該第一基層34和該第二基層37相對(duì)設(shè)置，其間留有一間距(未標(biāo)示)填充液晶層35。該薄膜晶體管陣列36設(shè)置于該第二基層37的鄰近液晶層35一側(cè)。
該ITO層31和該薄膜晶體管陣列36配合，以電場控制該液晶層35的液晶分子旋轉(zhuǎn)與否，從而控制來自背光系統(tǒng)(圖未示)的光線通過與否。通過液晶層35的光線入射到著色層32和黑色矩陣33上，該著色層32則僅通過紅藍(lán)綠三種顏色光線，該黑色矩陣33用于遮擋著色層32間的光線，防止光泄漏，而且該第二抗反射層332配合該第一抗反射層331，利用各表面反射光干涉相消原理降低對(duì)背光光線的反射率。
請(qǐng)參閱圖8，是本實(shí)用新型液晶顯示裝置第二實(shí)施方式的示意圖。該液晶顯示裝置400包括一第一基層44、一黑色矩陣43、一著色層42、一ITO層41、一液晶層45、一薄膜晶體管陣列46和一第二基層47。該黑色矩陣43和本實(shí)用新型彩色濾光片30的黑色矩陣33相同。該著色層42和該黑色矩陣43在該第一基層44上交替設(shè)置，且該著色層42的一部分421延伸至該黑色矩陣43整個(gè)表面上，其具體設(shè)計(jì)和本實(shí)用新型彩色濾光片第二實(shí)施方式或第三實(shí)施方式類似。該ITO層41設(shè)置于該著色層42表面。該第一基層44和該第二基層47相對(duì)設(shè)置，其間留有一間隙(未標(biāo)示)填充液晶層45。該薄膜晶體管陣列46設(shè)置于該第二基層47的鄰近液晶層45一側(cè)。
請(qǐng)一起參閱圖9和圖10，分別是本實(shí)用新型液晶顯示裝置第三實(shí)施方式的立體分解圖和圖9沿X-X方向的剖視圖。該液晶顯示裝置600包括第一基層64和第二基層67，其間留有一間隙用來填充一液晶層65，第二基層67底面具一TFT陣列66。第一基層64和其上的著色層62、黑色矩陣63和ITO層61共同構(gòu)成彩色濾光片(未標(biāo)示)。該黑色矩陣63和本實(shí)用新型黑色矩陣33相同。
該黑色矩陣63在該第一基層64上呈行列狀分布而形成許多格子，其內(nèi)重復(fù)填充著色層62的著色單元(R，G，B)，使其和黑色矩陣63在該第一基層64上交替設(shè)置。該黑色矩陣63和該著色層62表面覆蓋一厚度均勻的ITO層61，因該黑色矩陣63厚度比該著色層62小，因此，該黑色矩陣63所在區(qū)域的ITO表面形成一對(duì)應(yīng)的行列狀凹槽(未標(biāo)示)。該黑色矩陣63行和列交叉處的ITO層61上具間隔體68支撐該第一基層64和第二基層67，使該液晶層65的厚度為平均分布，而且使該液晶顯示裝置600不會(huì)受到外力擠壓而塌陷。該間隔體68可設(shè)置于某些黑色矩陣63行和列交叉處，而其它黑色矩陣63行和列交叉處則無間隔體68設(shè)置。該間隔體68為柱狀體，是由感光性黑色樹脂制成，其一端連接于ITO層61，另一端連接于TFT陣列66。
請(qǐng)一起參閱圖10，該黑色矩陣63所在區(qū)域的行列狀凹槽處覆蓋一墻體69，而且和其它區(qū)域的ITO層61齊平。該墻體69高度比該間隔體68高度小，其材料為感光性黑色樹脂。由于樹脂材料的光反射率低，所以該墻體69可降低該黑色矩陣63一側(cè)背光的反射，同時(shí)由于該墻體可吸收一部分入射到該黑色矩陣63的光線，所以可加強(qiáng)該黑色矩陣63區(qū)域的遮光能力，進(jìn)而提高該液晶顯示裝置600的對(duì)比度。
該墻體69是制作該間隔體68時(shí)殘留而成。因?yàn)樵谥谱鏖g隔體68時(shí)是先在IT0層61上旋轉(zhuǎn)覆蓋一感光樹脂，再利用一掩膜曝光，去除不需要的樹脂而得到間隔體68，所以可以對(duì)黑色矩陣63上方的樹脂作不充分曝光，則可得到墻體69，而且控制曝光程度的差異可得到不同高度的墻體69。
當(dāng)然，該黑色矩陣33可由該第一抗反射層331多層堆疊而成；該黑色矩陣33可呈格子狀排布于該第一基層34上；該墻體69和該間隔體68可由熱感性樹脂制成，該熱感性樹脂可以是染色樹脂；該液晶顯示裝置600也可不需要間隔體68，則該墻體69是直接在IT0層61上旋轉(zhuǎn)覆蓋一感光樹脂，再利用一掩膜曝光，保留黑色矩陣63所在區(qū)域的樹脂，去除其它區(qū)域的樹脂而得到；該液晶顯示裝置300、400或600也可不需要IT0層31、41或61，或?qū)⒃揑TO層31、41或61替換為保護(hù)層或配向?qū)?；該墻體69可部分覆蓋該黑色矩陣63。
權(quán)利要求1.一種黑色矩陣，其特征在于該黑色矩陣包括堆疊的至少兩相同的抗反射層，各抗反射層均包括兩層折射率不同的第一膜層和第二膜層，該第一膜層和第二膜層層疊設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的黑色矩陣，其特征在于該第一膜層折射率小于該第二膜層折射率。
3.如權(quán)利要求2所述的黑色矩陣，其特征在于該第一膜層為氧化鉻薄膜，其厚度為20～60nm，該第二膜層是氮化鉻薄膜，其厚度為20～100nm。
4.一種彩色濾光片，其包括一第一基層、一黑色矩陣和一著色層，該著色層設(shè)置于該第一基層表面，而且和該黑色矩陣在該第一基層交替設(shè)置，其特征在于該黑色矩陣包括堆疊的至少兩相同的抗反射層，各抗反射層均包括兩層折射率不同的第一膜層和第二膜層，該第一膜層和第二膜層依序設(shè)置于該第一基層表面。
5.如權(quán)利要求4所述的彩色濾光片，其特征在于該著色層的一部分延伸至該黑色矩陣整個(gè)表面。
6.如權(quán)利要求5所述的彩色濾光片，其特征在于該著色層至少包括紅色著色單元、藍(lán)色著色單元或綠色著色單元的一種，該紅色著色單元、藍(lán)色著色單元或綠色著色單元中的至少兩種皆具一部分延伸至該黑色矩陣整個(gè)表面。
7.一種液晶顯示裝置，其包括一第一基層、一黑色矩陣、一著色層和一第二基層，該著色層設(shè)置于該第一基層表面，而且和該黑色矩陣在該第一基層交替設(shè)置，該第二基層設(shè)置于該黑色矩陣一側(cè)，其和該第一基層之間具一間隙，其特征在于該黑色矩陣包括堆疊的至少兩相同的抗反射層，各抗反射層均包括兩層折射率不同的第一膜層和第二膜層，該第一膜層和第二膜層依序設(shè)置于該第一基層表面。
8.如權(quán)利要求7所述的液晶顯示裝置，其特征在于該液晶顯示裝置進(jìn)一步包括一墻體，該墻體設(shè)置于該第一基層和第二基層之間，而且位于該黑色矩陣所在區(qū)域。
9.如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征在于該墻體是以感光或熱感染色樹脂制成。
10.如權(quán)利要求9所述的液晶顯示裝置，其特征在于該液晶顯示裝置進(jìn)一步包括一ITO層設(shè)置于該第一基板和該黑色矩陣表面，而且該墻體位于該ITO層表面，該黑色矩陣所在區(qū)域的ITO層表面形成一凹槽，該墻體填充該凹槽，而且和該ITO其它區(qū)域齊平。
專利摘要本實(shí)用新型關(guān)于一種黑色矩陣、彩色濾光片和液晶顯示裝置。該黑色矩陣包括堆疊的至少兩相同的抗反射層，各抗反射層均包括兩層折射率不同的第一膜層和第二膜層，該第一膜層和第二膜層層疊設(shè)置。該黑色矩陣與采用該黑色矩陣的彩色濾光片和液晶顯示裝置具有較高的光學(xué)性能。
文檔編號(hào)G02F1/136GK2743870SQ20042008847
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者葉圣修, 彭家鵬 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 群創(chuàng)光電股份有限公司