液晶显示装置的滤色片及其制作方法

液晶显示装置的滤色片及其制作方法

本发明涉及一种滤色片及其制作方法，更准确地说，涉及一种含有对准主图形(an align key pattern)、用于液晶显示装置的滤色片及其制造方法。

彩色液晶显示装置用来显示图像。这类装置带有两个基片，其中之一有若干形成二其上的透明扫描电极，另一个上面有若干面朝上述扫描电极的信号电极，上述二基片之间装有液晶，二基片的外侧装有偏振板。这类装置还有相对于前述扫描电极被染成诸如红、绿、兰等原色的滤色片。将上述滤色片加到有源矩阵液晶显示装置上，其中用薄膜晶体管作为有源器件。扫描电极与信号电极的交点构成象素，而相邻的三个象素即构成彩色图象的一个组元。

上述显示装置所用的滤色片形成于基片之上的透明信号电极上面。通过涂敷诸如酪素和明胶等蛋白质构成的有色基材层，再使该层形成图案，就能得到这类滤色片。滤色片的基材是介电材料；液晶就放在滤色片与扫描电极之间。

对于这类滤色片，应当准确地制作各种颜色的彩色图形，以便充分显示液晶显示器的象素。因此，为了制作滤色片，在制出与基材的各种颜色相对应的彩色基材层之后，应当进行光刻处理。

在制作普通滤色片的方法中，为了形成红色、绿色以及兰色图形，用铬(Cr)在基片上形成对准主图形，然后形成一滤色层(a col-or resist layer)。这之后，以上述对准主图形为标板，通过移动基片用激光束自对准一掩模，再利用普通光刻工艺将上述滤色层形成图案。

图1至图3是对准主图形区的截面图，表示按常规方法形成滤色片的红色、绿色及兰色滤色图形的过程。

对照图1至图3，参考号11为基片、参考号12为对准主图形，参考号13为红色滤色层、14为绿色滤色层，而15为兰色滤色层。参考号16是抗氧化膜，17是激光束。图1至图3所示各截面都有相同的结构，不过滤色层不同。以下对照图1来描述普通对准主图形以及用它制作彩色图形的方法。

首先，通过沉积厚度约1500A的铬，在基片11上形成铬层，再利用常规光刻工艺形成图案，从而形成对准主图形12。继而，通过涂敷红色滤色膜形成红色滤色层13；再在其上形成抗氧化膜16。此后，借助波长约为633nm的激光束17，以对准主图形12为标板，使暴露出红色滤色层13的掩模自对准。最后，经普通光刻工艺使红色滤色层13构成图形，于是形成了红色图案。

进而，利用由上述铬组成的对准主图形12作为标板对准另一个掩模，再利用与上述相同的制作方法，就能形成图2和图3中的绿色图形和兰色图形。不过，绿色滤色层14和兰色滤色层15具有极低(几乎为零)的激光束透射比。图11是表示兰色图形、绿色图形及红色图形的透射比相对于激光束波长的响应曲线。对照图11，参考号31表示兰色滤色层的透射比，参考号32表示绿色滤色层的透射比，而参考号33表示红色滤色层的透射比。所以，当通过涂敷绿色和兰色滤色膜形成滤色层时，由于测不到激光束的反射光，因而自对准装置在检测对准主图形时有困难。也就是说，对于红色滤色层13的情况，波长为633nm左右的激光的透射比大约是90％，这时能进行自对准，因为激光束在对准主图形处被反射，而且反射光信号很容易被自对准装置测得。然而，绿色和兰色滤色层14、15对上述波长的激光束的透射比几乎为零(比红色滤色膜的低很多)，正像由图11所能看到的那样。除此之外，由铬构成的对准主图形的厚度很薄，所以，当使用几乎没有图形阶梯差的对准主图形时，大部分光均被吸收。于是，几乎没有光从该对准主图形处被反射出来。

图4是表示按照常规方法在基片上形成的对准主图形和在掩模上形成的对准主图形的平面图，图5表示由图4所示的对准主图形的反射光测得的波形图。

参照图4，a1，c1，a2和c2表示基片上形成的对准主图形，而b1和b2表示掩模上形成的对准主图形。正如图4所示，由掩模上的对准主图形b1和b2反射的激光束被测得。并对准基片上形成的对准主图形的中央部分。图5表示在掩模被对准的情况下，利用示波器从图4的一组对准主图形a1、b1、c1和a2、b2、c2得到的波形图。参照图5，波形图A表示形成红色滤色层时的情形；波形图B表示形成兰色或者绿色滤色层时的情形。如图5所示，在形成兰色或者绿色滤色层时很难进行对准工艺，因为几乎没有产生要测的反射波信号。因此，要自对准一个掩模，就应该去掉对准主图形上面的滤色层。为此，应当通过用诸如丙酮或者显影剂等溶剂手工擦洗该主图形的上部，去掉对准主图形上面的部分颜色保护层的一部分，露出对准主图形，这就产生因手工操作而降低生产率及产量的问题。

本发明的目的在于提供一种滤色片，该滤色片带有用滤色膜形成的对准主图形，以便通过增大对准主图形的阶梯差来检测衍射光信号。

本发明的另一目的在于提供一种制作滤色片的方法，其中利用上述对准主图形的阶梯差，通过检测所得到的衍射光信号形成滤色膜图形。

本发明的再一目的是利用上述对准主图形来对准掩模的方法。

为实现本发明的上述目的，提供了一种滤色片，它包括：基片以及为对准覆盖在基片上的掩模而在基片上预定部分形成的对准主图形，该对准主图形具有预定尺寸的阶梯差，以便在用激光束辐照时产生衍射光。基片上形成有第一滤色层，它在后来的步骤中被曝光。该第一滤色层由滤色膜构成，具有较低的激光束透射比，并覆盖着对准主图形。第一滤色层最好由激光束透射比低于90％的材料，如兰色或者绿色滤色膜组成。

本发明还提供一种滤色片，它包含：基片；在基片的第一部分形成的第一滤色图形；在基片的第二部分形成的第一对准主图形，这个第一对准主图形具有阶梯差，以便在激光束照射其上时产生衍射光，而且该第一对准主图形由与第一滤色图形同样的材料制成；在其上带有第一滤色膜图形和第一对准主图形的基片上形成第二滤色图形，第二滤色膜图形覆盖住第一对准主图形。

为了实现本发明的另一目的，提供一种制作滤色片的方法，它包括以下步骤：在基片上形成第一滤色层；对第一滤色层光刻制图，从而同时形成一个预定的第一滤色膜图形和一个第一对准主图形，用于其后的掩模对准工序。用红色滤色膜制成第一滤色层。在形成第一对准主图形之后形成由绿色或者兰色滤色膜构成的第二滤色层，它盖住第一对准主图形，然后利用来自第二滤色层入射面的激光束的衍射光对准用于使第二滤色层曝光的掩模，所说第二滤色层的入射面处形成由第一对准主图形产生的阶梯差。

为了实现本发明的再一个目的，提供了一种对准曝光掩模的方法，包括以下步骤：形成具有阶梯差的对准主图形，用以在基片上产生激光束的衍射光；形成覆盖住对准主图形的第一滤色层；检测激光束照射在对准主图形上得到的衍射光，以产生一个信号；根据该信号使暴露出第一滤色层的掩模被对准。

本发明还给出一种形成滤色片的方法，包括以下步骤：在基片上形成遮光层；使该遮光层光刻制出图形，从而形成第一对准主图形和遮光图形；在已经形成第一对准主图形和遮光图形的基片上形成红色滤光层；用第一对准主图形对红色滤色层光刻制出图形，以便在遮光层图形上同时形成红色滤色膜图形和有预定阶梯差的第二对准主图形，遮光层图形处有使绿色滤色层暴露出来的对准主图形；在其上已经形成第二对准主图形的所得结构上形成绿色滤色层；用第二对准主图形使绿色滤色层图形化，以便在一部分红色滤色图形上同时形成绿色滤色图形和有预定阶梯差的第三对准主图形，在那部分红色滤色图形处要形成使兰色滤色层暴露出来的对准主图形；在具有第三对准主图形的所得结构上形成兰色滤色层；用第三对准主图形使兰色滤色层图形化，形成兰色滤色膜图形。通过用短波长激光束照在第一对准主图形上，检测自第一对准主图形反射的激光束的光，以产生一个信号，再按该信号对准使红色滤色层暴露出的掩模，从而完成红色滤色层的图形化步骤。通过用短波长激光束照在第二对准主图形上，检测从第二对准主图形来的激光束衍射光，以产生一个信号，再按该信号对准使绿色滤色层暴露出的掩模，从而完成绿色滤色层的图形化步骤。此外，通过用短波长激光束照射第三对准主图形，检测从第三对准主图形来的激光束衍射光，以产生一个信号，再按该信号对准使兰色滤色层暴露出的掩模，从而完成兰色滤色层的图形化步骤。

按照本发明形成滤色片的方法，形成由滤色膜构成的对准主图形，以便在形成红色图形和绿色图形时，可将该对准主图形分别用于对准使绿色滤色层及兰色滤色层暴露的掩模。检测在对准主图形的阶梯差上方的绿色滤色膜和兰色滤色膜的倾斜表面反射出的衍射光，产生一个信号。按此信号对准使绿色滤色层和兰色滤色层暴露出来的掩模。从而，可以很简单地做到掩模的自对准。

通过参考附图详细描述本发明的优选实施例，可使上述目的及优点变得愈加明白。

图1至图3是对准主图形区的截面图，用来表明按常规方法形成滤色片的红色、绿色及兰色图形的过程；图4是表示按常规方法在基片上形成的对准主图形和在掩模上形成的对准主图形的平面图；图5表示由图4所示对准主图形的反射光测得的波形图；图6至图8表示本发明一个实施例的对准主图形及其形成方法，用于暴露出使滤色片的红色、绿色及兰色滤色层的掩模；图9是表示本发明的对准主图形和掩模上的对准主图形的平面图；图10表示由图9所示对准主图形的衍射光测得的波形图；图11是表示兰色、绿色和红色滤色层的透射比相对于激光束波长的响应曲线。

以下参考这些附图更详细地描述本发明。

图6和图8表示本发明一个实施例的对准主图形及其形成方法，用于暴露出使滤色片的红、绿色及兰色滤色层被对准的掩模。

图6表示形成第一对准主图形22′和对准使第一滤色层暴露出的掩模的步骤。

对照图6，沉积诸如铬之类的遮光材料达1500A的厚度，形成一个铬层，即在基片21上形成一个遮光层。然后，用常规光刻工艺使上述铬层形成图形，从而形成第一对准主图形22′。这里，在形成第一对准主图形22′的同时，在基片21上形成一个黑色基质(图7的参考数码22)，即滤色片的遮光图形。随后涂敷红色滤色膜，厚度为1至2μm，最好厚度接近1.6μm，从而形成作为第一滤色层的红色滤色层23，再在它上面形成厚度为0.8-1.0μm的第一抗氧化膜26A。随后，利用波长约633nm的激光束27，同时以第一对准主图形22′为标板，移动基片21，使红色滤色层23暴露出的掩模自对准。也即使激光束27照到第一对准主图形22′上，然后检测自第一对准主图形22′反射的光，以产生一个信号。按这个信号对准上述掩模。此后，通过常规光刻工艺，使红色滤色层23图形化，形成红色滤色膜图形(未示出)。在光刻过程中，于曝光步骤之后、显影步骤之前，除去第一抗氧化膜26A。

这时，在与形成第一对准主图形22′的区域不同的另一区域形成第二对准主图形(图7中的参考号23′)，用以对准使接着形成的第二滤色层暴露出的掩模。具体地说，当形成上述红色滤色图形时，在形成用来对准使绿色滤色层暴露出的掩模的对准主图形的位置上，同时形成由红色滤色膜构成的第二对准主图形23′。

图7表示形成第二对准主图形23′以及对准使第二滤色层暴露出来的掩模的方法。图7所示的截面图表示在与形成图6所示之第一对准主图形区域之外的另一区域形成的第二对准主图形。

对照图7，在基片21上有按图6的步骤形成的黑色基质22，而在黑色基质22上有按图6步骤形成的第二对准主图形23′。将绿色滤色膜涂在由图6步骤得到的最终结构上，就形成了第二滤色层，即绿色滤色层24。在绿色滤色层24上形成厚度为0.6至1.0μm的第二抗氧化膜26B，再用波长约600nm-700nm的激光束27照射第二对准主图形23′。检测从形成有第二对准主图形23′的阶梯差处的绿色滤色层24的倾斜表面部分来的衍射光，以产生一个信号，并按该信号对使绿色滤色层24暴露出的掩膜自对准。随后，通过接着进行的光刻工艺使绿色滤色层24图形化，形成绿色滤色图形(未示出)。这时，在要形成兰色滤色层的对准主图形位置处形成由上述绿色滤色膜的第三对准主图形(图8中的参考号24′)。在光刻过程中，在曝光之后、显影之前，去掉第二抗氧化膜26B。

图8表示用第三对准主图形24′对准使第三滤色层暴露出来的掩模的步骤。图8的截面图表示出第三对准主图形24′，该图形形成在与图6和7所示之第一、第二对准主图形22′和23′形成区域之外的别的区域内。

对照图8，在基片21上有按图6步骤形成的黑色基质22，在黑色基质22上有按图6步骤形成的第一滤色膜图形23，而在第一滤色膜图形23上有按图7方法形成的第三对准主图形24′。在由图7步骤得到的最终结构上涂敷兰色滤色膜，以形成第三滤色层，即兰色滤色层25。在其上形成厚度为0.6-1.0μm的第三抗氧化膜26c，再用波长约为600nm-700nm的激光束27照射第三对准主图形24′。然后检测来自形成有第三对准主图形24′的阶梯差的兰色滤色层25的倾斜表面的衍射光，得到一个信号，并按该信号自对准使兰色滤色层25暴露出的掩模。随之，通过接着进行的光刻工序，使兰色滤色层25图形化，形成兰色滤色膜图形(未示出)。

图9是图7所示之本发明的第二对准主图形和掩模上的对准主图形的平面图。图10表示根据图9所示的对准主图形的反射光检测到的波形。

对照图9，除去用参考号30表示掩模上形成的对准主图形外，所有参考号都表示与图7所示一样的组成部分。图10表示，在掩模被对准时，用示波器从图9的一组对准主图形23′和30所得到的波形图。对照图10，波形曲线A得自第二对准主图形，而波形曲线B得自掩模上的对准主图形。如图10所示，由于能测得精密的波形图，所以当按本发明方法形成对准主图形时，就很容易实现掩模的自对准。

按照本发明的制作滤色片的方法，在形成红色和绿色滤色膜图形时，利用上述红色和绿色滤色膜形成的对准主图形被分别用于绿色滤色层和兰色滤色层的对准。通过检测从由对准主图形所得的绿色滤色层和兰色滤色层的阶梯差的倾斜表面反射的激光束衍射光，可得到图10所示的信号，所以能使暴露出绿色及兰色滤色膜的掩模被自对准。

因此，由于能够与手工除去主图形的光刻胶的传统方法不同地自动进行对准工艺，使对准工艺得到简化，节省了工作时间并改善了生产能力。

应当理解，尽管上面详细描述了本发明的优选实施例，但其许多变型和变化均可由本领域的普通技术人员实行，而不脱离所附权利要求表示的本发明的精神和范围。