CN101566751B - 一种液晶面板及制作方法和液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液晶面板，通过在现有的采用COA技术的液晶面板中加入微透镜阵列，使得光线透过彩色滤光片单元之后，经过微透镜阵列会聚，从而提高了液晶面板的亮度。本发明还提供了一种液晶面板的制作方法和一种液晶显示器，采用本发明的液晶面板及其制作方法和液晶显示器，可以在不增加背光源发光量和光学膜的情况下提高液晶面板的亮度，进而提高液晶显示器的亮度。

Description

一种液晶面板及制作方法和液晶显示器 

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种液晶面板及制作方法和应用该液晶面板的液晶显示器。 

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)不仅具有轻、薄、小等特点，而且具有功耗低、无辐射、制造成本相对较低等优点，因此在目前的平板显示领域占主导地位。TFT-LCD非常适合应用在台式计算机、掌上型计算机、个人数字助理(PDA)、便携式电话、电视和多种办公自动化和视听设备中。 

液晶面板是TFT-LCD的主要组件，目前应用的液晶面板的结构主要可以分为两种类型，即由薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板构成的传统液晶面板和采用彩色滤光片整合薄膜晶体管阵列基板(Color Filter On Array，COA)技术的液晶面板。 

传统液晶面板的剖面图如图1所示。传统液晶面板主要由下层玻璃基板11、上层玻璃基板12以及下层玻璃基板11与上层玻璃基板12之间的液晶层13构成。在下层玻璃基板11靠近液晶层13的一侧有多个薄膜晶体管(ThinFilm Transistor，TFT)111，每一TFT 111之上均对应一个像素电极112，TFT111与像素电极112之间具有一层透明绝缘的保护层113，通常像素电极之上还有一层透明的钝化层(未图示)。在上层玻璃基板12上靠近液晶层13的一侧有多个彩色滤光片单元121，每个彩色滤光片单元121分别对应红(R)、绿(G)、蓝(B)中的一种颜色，并且每个彩色滤光片单元121对准下层玻璃基板11上的一个像素电极112，并且各个彩色滤光片单元121之间均以黑矩阵(Black Matrix，BM)122隔开，BM 122作为遮光层，防止光线 泄漏，在彩色滤光片单元121和BM 122靠近液晶层13的一侧有一透明的共同电极123。传统液晶面板的制作过程中，在贴合下层玻璃基板11和上层玻璃基板12时，很难做到每个彩色滤光片单元121与每个像素电极112的位置严格对准，导致部分光线不能透过彩色滤光片单元121从而使得液晶面板的亮度较低。 

目前，在液晶面板量产技术中还提出了彩色滤光片整合薄膜晶体管阵列基板(COA)技术。图2是现有技术中采用COA技术的液晶面板的剖面图。如图2所示，与传统液晶面板相同，采用COA技术的液晶面板也由下层玻璃基板21、上层玻璃基板22以及下层玻璃基板21与上层玻璃基板22之间的液晶层23构成，在下层玻璃基板21靠近液晶层23的一侧有多个TFT 211，每一TFT 211之上均对应一个像素电极212，通常像素电极212之上还有一层透明的钝化层(未图示)。采用COA技术的液晶面板与传统液晶面板的区别在于，采用COA技术的液晶面板中TFT 211与像素电极212之间除了保护层215，还含有彩色滤光片单元213，各个彩色滤光片单元213之间均以BM 214隔开，BM 214作为遮光层，防止光线泄漏，通常TFT 211与BM214之间还设有绝缘层(未图示)；而在上层玻璃基板22靠近液晶层13的一侧，不再设有传统液晶面板中的彩色滤光片单元，而仅有一个透明的共同电极221。 

相对于传统液晶面板，采用COA技术不存在彩色滤光片单元与像素电极未严格对准的问题，可以使液晶面板的开口率有所提高，液晶面板的亮度有所增大。但是即使在采用COA技术的液晶面板中，当背光经下层玻璃基板21入射到液晶面板，由于经过彩色滤光片单元213时有大部分光线被损失掉，液晶面板的亮度仍然不高，这就使得液晶显示器的亮度降低，因此如何提高液晶面板的显示亮度仍然是目前本行业工作者所面临的问题。 

液晶显示器主要由背光模组和液晶面板构成，目前主要采用两种方法增大液晶显示器的亮度，这两种方法都是对于背光模组的改进：一种方法为增加背光模组中背光源本身的发光量，这可以通过增大灯管功率和增加灯管数量实现， 但是会导致液晶显示器功耗增加、发热量增加，不利于液晶显示器品质的提升；另一种方法为在背光模组中增加光学膜，这虽然可以提高液晶显示器的亮度，但是会使液晶显示器的厚度增大，并且增加了液晶显示器的制造成本。因此，需要一种方法提高液晶面板的亮度，进而提高液晶显示器的亮度。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种液晶面板，以提高液晶面板的亮度。 

本发明提供一种液晶面板的制作方法，以提高液晶面板的亮度。 

本发明提供一种液晶显示器，以提高液晶显示器的亮度。 

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的： 

本发明公开了一种液晶面板，包括下层玻璃基板、上层玻璃基板和液晶层，所述下层玻璃基板上制作有薄膜晶体管、保护层、像素电极、彩色滤光片单元和黑矩阵，所述上层玻璃基板上形成有透明的公共电极，所述下层玻璃基板上还包括微透镜阵列； 

所述微透镜阵列，位于彩色滤光片单元与保护层之间，由保护层材料将位于彩色滤光片单元上的凹坑阵列填满所形成，对入射光线会聚并经所述保护层进入所述液晶层。 

所述微透镜阵列为完全相同的微透镜规则排列，所述微透镜为具有固定半径的半球形或球冠，或具有圆锥系数或具有不同曲率半径的形状。 

所述微透镜阵列的材料为折射率大于微透镜入射光线一侧的材料折射率的透明材料。 

所述微透镜阵列的材料为保护层材料。 

本发明还公开了一种液晶面板的制作方法，包括以下步骤： 

A、在下层玻璃基板上制作多个薄膜晶体管、多个彩色滤光片单元和介于所述多个彩色滤光片单元之间的黑矩阵； 

B、在彩色滤光片单元上制作凹坑阵列； 

C、在具有凹坑阵列的彩色滤光片单元上形成透明的保护层材料，保护 层材料将凹坑阵列填满制成微透镜阵列； 

D、在保护层上与彩色滤光片单元相对应的位置制作像素电极； 

E、将形成有透明共同电极的上层玻璃基板与制作后的下层玻璃基板有空隙地贴合，空隙间填充液晶层，光线从下层玻璃基板侧入射到液晶面板，微透镜阵列使入射光会聚。 

所述在彩色滤光片单元上制作凹坑阵列为： 

采用半透膜光罩工艺，按照微透镜阵列的排列方式，预先在光罩上设计对应的半透膜图形，利用光在光罩材料中的穿透率差异改变不同区域的曝光量分布，光线透过该光罩照射彩色滤光片单元，在彩色滤光片单元上曝光刻蚀出凹坑阵列。 

本发明还公开了一种液晶显示器，包括液晶面板、背光模组和驱动电路，所述液晶面板是如上所述的液晶面板。 

由上述的技术方案可见，本发明通过在现有的采用COA技术的液晶面板中加入微透镜阵列，使得光线透过彩色滤光片单元之后，经过微透镜阵列会聚，从而提高了液晶面板的亮度，在不对背光模组进行改进的情况下，达到了提高液晶显示器亮度的效果。 

附图说明

图1为现有技术中传统液晶面板的剖面图； 

图2为现有技术中采用COA技术的液晶面板的剖面图； 

图3是本发明实施例提出的液晶面板剖面图； 

图4是本发明实施例提出的液晶面板中微透镜阵列的俯视图； 

图5是本发明实施例提出的液晶面板中微透镜提高亮度的原理示意图； 

图6是本发明实施例提出的液晶面板制作方法流程图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。 

本发明实施例在现有的采用COA技术的液晶面板中加入微透镜阵列，通过微透镜阵列使透过彩色滤光片单元的光线会聚，从而提高液晶面板的亮度。 

图3是本发明实施例提出的液晶面板的剖面图。本发明实施例提出的液晶面板在现有采用COA技术的液晶面板中加入微透镜阵列，对结构进行改进。如图3所示，本发明实施例提出的液晶面板与现有技术中采用COA技术的液晶面板相同的是：下层玻璃基板31与上层玻璃基板32之间夹有液晶层33；在下层玻璃基板31靠近液晶层33的一侧有多个TFT 311，每一TFT311之上均对应一个像素电极312，TFT 311与像素电极312之间是保护层315和多个彩色滤光片单元313，每个彩色滤光片单元313分别为红(R)、绿(G)、蓝(B)中的一种颜色，各个彩色滤光片单元313之间均以BM 314隔开，BM 314作为遮光层，防止光线泄漏，通常TFT 311与BM 314之间还设有绝缘层(未图示)；在上层玻璃基板32靠近液晶层33的一侧，为透明的共同电极321。TFT控制像素电极电压，液晶层中的液晶分子在像素电极和共同电极的电场作用下发生扭转，控制光线通过。而本发明实施例提出的液晶面板与现有技术中采用COA技术的液晶面板的不同之处在于：在每 个彩色滤光片单元313上靠近保护层315的一侧具有由规则排列的微透镜组成的微透镜阵列316。 

本发明实施例提出的液晶面板中微透镜阵列的俯视图如图4所示，在每个彩色滤光片单元313上均有规则排列的微透镜阵列316。微透镜阵列316中的各个微透镜完全相同，其可以为具有固定半径的半球形或球冠，也可以为具有圆锥系数或具有不同的曲率半径的形状。 

采用本发明实施例提出的液晶面板，背光光源发出的光线从下层玻璃基板31侧入射到液晶面板，透过下层玻璃基板31和彩色滤光片单元313后，光线入射到微透镜阵列316，经过微透镜阵列316后再透过液晶层33，最后光线从上层玻璃基板32出射到观察者。 

微透镜提高液晶面板亮度的详细原理如图5所示，图中以微透镜阵列316中的任意一个微透镜为例，相对于光线的入射方向，该微透镜为凸透镜，对光线具有会聚作用。参见图5，微透镜入射光线一侧的材料折射率为n₁，微透镜材料的折射率为n₂，一条平行于微透镜主轴的光线入射到微透镜时发生折射现象，入射光线与法线的夹角为θ₁，折射光线与法线的夹角为θ₂，当θ₂＜θ₁时，光线经过透镜会发生会聚作用，根据光的折射定律： 

n₁ sin θ₁＝n₂ sin θ₂

因此，要使θ₂＜θ₁，则要求n₂＞n₁，因此本发明实施例提出的液晶面板对微透镜的材料有特定要求，即要求微透镜的材料折射率大于微透镜入射光线一侧的材料的折射率。当保护层315的材料折射率大于微透镜阵列316相邻的靠近光源一侧的材料的折射率时，微透镜阵列316可以采用与保护层315相同的材料，并且，微透镜阵列316还可以采用其它材料，只要是满足上述要求的透明材料即可，具体可以采用高折射率的透明环氧树脂材料、聚酰亚胺、聚氨酯、聚碳酸酯或聚苯乙烯等。 

制作本发明实施例提出的液晶面板的方法流程如图6所示，具体包括如下步骤： 

步骤601：采用与现有技术相同的方法，在下层玻璃基板31上制作多个TFT 311、多个彩色滤光片单元313和介于多个彩色滤光片单元313之间的BM 314； 

步骤602：在彩色滤光片单元上制作微透镜阵列316。 

制作微透镜阵列316的方法是：制作凹坑阵列，将微透镜材料填入凹坑阵列制成微透镜阵列316。 

在制作凹坑阵列时，可以采用半透膜光罩工艺，即按照微透镜阵列的排列方式，预先在光罩上设计对应的半透膜图形，利用光在光罩材料中的穿透率差异改变不同区域的曝光量分布，光线透过该光罩照射感光介质，在感光介质上曝光刻蚀出凹坑阵列。 

步骤603：在微透镜阵列上形成保护层315。 

步骤604：采用与现有技术相同的方法，在保护层315上与彩色滤光片单元313相对应的位置制作像素电极312，即完成下层玻璃基板31上的工艺制作； 

步骤605：采用与现有技术相同的方法，将形成有透明的共同电极321的上层玻璃基板32与制作后的下层玻璃基板31相贴合，贴合时中间留下3至4um的均匀空隙，空隙间填充液晶层33。 

其中，步骤602可以采用如下两种方法。 

方法一：此方法中的感光介质为彩色滤光片单元313。 

步骤1：采用半透膜光罩工艺在彩色滤光片单元313上制作凹坑阵列； 

步骤2：在具有凹坑阵列的彩色滤光片单元313上形成透明的保护层材料，保护层材料将凹坑阵列填满则制成微透镜阵列316，并且在凹坑阵列填满后再制作一层表面水平的保护层315。此步骤中也可以采用折射率大于彩色滤光片单元折射率的透明材料将凹坑阵列填满，一次形成微透镜阵列316及其上的保护层315。 

方法二：此方法中的感光介质为透明层。 

步骤1：在TFT 311、BM 314和彩色滤光片单元313上形成一层或多层 透明层； 

步骤2：采用半透膜光罩工艺在透明层上对应彩色滤光片单元313的位置制作凹坑阵列； 

步骤3：在具有凹坑阵列的透明层上形成透明的保护层材料，保护层材料将凹坑阵列填满则制成微透镜阵列316，并且在凹坑阵列填满后接着形成表面水平的保护层315。此步骤中也可以采用折射率大于透明层折射率的透明材料将凹坑阵列填满形成微透镜阵列316及其上的保护层315。 

目前的液晶显示器主要包括液晶面板、背光模组和驱动电路，采用本发明实施例提出的液晶面板制造液晶显示器，不需要对液晶显示器的背光模组、驱动电路等其它部件进行改动，即可提高液晶显示器的显示亮度。 

由以上实施例可见，本发明通过在现有的采用COA技术的液晶面板中加入微透镜阵列，使得光线透过彩色滤光片单元之后，经过微透镜阵列会聚，从而提高了液晶面板的亮度，在不增加背光源发光量和光学膜的情况下，达到了提高液晶显示器亮度的效果。 

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种液晶面板，包括下层玻璃基板、上层玻璃基板和液晶层，所述下层玻璃基板上制作有薄膜晶体管、保护层、像素电极、彩色滤光片单元和黑矩阵，所述上层玻璃基板上形成有透明的公共电极，其特征在于，所述下层玻璃基板上还包括微透镜阵列；

所述微透镜阵列，位于彩色滤光片单元与保护层之间，由保护层材料将位于彩色滤光片单元上的凹坑阵列填满所形成，对入射光线会聚并经所述保护层进入所述液晶层。

2.如权利要求1所述的液晶面板，其特征在于，所述微透镜阵列为完全相同的微透镜规则排列，所述微透镜为具有固定半径的半球形或球冠，或具有圆锥系数或具有不同曲率半径的形状。

3.如权利要求1所述的液晶面板，其特征在于，所述微透镜阵列的材料为折射率大于微透镜入射光线一侧的材料折射率的透明材料。

4.如权利要求3所述的液晶面板，其特征在于，所述微透镜阵列的材料为保护层材料。

5.一种液晶面板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、在下层玻璃基板上制作多个薄膜晶体管、多个彩色滤光片单元和介于所述多个彩色滤光片单元之间的黑矩阵；

B、在彩色滤光片单元上制作凹坑阵列；

C、在具有凹坑阵列的彩色滤光片单元上形成透明的保护层材料，保护层材料将凹坑阵列填满制成微透镜阵列；

D、在保护层上与彩色滤光片单元相对应的位置制作像素电极；

E、将形成有透明共同电极的上层玻璃基板与制作后的下层玻璃基板有空隙地贴合，空隙间填充液晶层，光线从下层玻璃基板侧入射到液晶面板，微透镜阵列使入射光会聚。

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述在彩色滤光片单元上制作凹坑阵列为：

采用半透膜光罩工艺，按照微透镜阵列的排列方式，预先在光罩上设计对应的半透膜图形，利用光在光罩材料中的穿透率差异改变不同区域的曝光量分布，光线透过该光罩照射彩色滤光片单元，在彩色滤光片单元上曝光刻蚀出凹坑阵列。

7.一种液晶显示器，包括液晶面板、背光模组和驱动电路，其特征在于，所述液晶面板是如权利要求1所述的液晶面板。

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