CN101995702A - 彩膜基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种彩膜基板及其制造方法。彩膜基板包括由金属材料制备的黑矩阵，所述黑矩阵上形成有通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，透明结构层位于黑矩阵的上方。彩膜基板制造方法包括：在基板上形成包括黑矩阵的图形；形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，透明结构层位于黑矩阵的上方。本发明利用光线的相干干涉，在黑矩阵上形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，降低了射入TFT沟道区域照射有源层的光线强度，从而降低了暗电流，提高了TFT-LCD的显示性能。本发明可以适用于TN模式、VA模式、FFS模式、IPS模式等模式的液晶显示器，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器及其制造方法，特别是一种彩膜基板及其制造方法。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)包括对盒的阵列基板和彩膜基板。阵列基板包括栅线、数据线、像素电极和薄膜晶体管，相互垂直的栅线和数据线定义了像素区域，薄膜晶体管和像素电极形成在像素区域内，栅线用于向薄膜晶体管提供开启或关断信号，数据线用于向像素电极提供数据信号，通过控制液晶的偏转程度实现灰度显示。彩膜基板(也称彩色滤光片，Color Filter)包括黑矩阵、彩色树脂和公共电极，彩色树脂包括红色、蓝色和绿色三色树脂，彩膜基板上设置黑矩阵的主要目的是隔离彩色树脂，同时遮挡漏光区域的光线，通常黑矩阵材料为不透光的金属铬(Cr)。
现有技术黑矩阵通常形成在彩膜基板上，其位置对应于阵列基板的栅线、数据线和薄膜晶体管的位置。这样，从彩膜基板一侧入射的光被黑矩阵阻挡，使外界入射的光不能射入薄膜晶体管的TFT沟道区域，保证了薄膜晶体管的电特性。但实际应用中发现，由于金属铬对光具有很好的反射性，从阵列基板一侧入射的光(如来自背光源的光)照射在黑矩阵上时，会有部分光线从黑矩阵表面反射并射入TFT沟道区域内。薄膜晶体管沟道区域内的有源层是一种光敏材料，当遇到光照射时会产生暗电流，该暗电流会使薄膜晶体管的关态电流增大，从而减少像素电极电压的保持时间，不仅影响显示灰度，而且会使显示图像发生闪烁缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种彩膜基板及其制造方法，有效减少黑矩阵反射光线的强度，降低暗电流。
为了实现上述目的，本发明提供了一种彩膜基板，包括由金属材料制备的黑矩阵，所述黑矩阵上形成有通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，所述透明结构层位于黑矩阵的上方。
所述透明结构层可以为由透明导电薄膜形成的透明电极，所述透明导电薄膜的厚度为折射率为1.5～2.3。
所述透明结构层也可以为由有机材料薄膜形成的透明层，所述透明层的厚度为
折射率为1.5～2.3。
所述透明结构层还可以为由无机材料薄膜形成的透明层，所述透明层的厚度为折射率为1.5～2.3。
所述透明结构层还可以为由所述黑矩阵表面氧化形成的透明氧化层，所述透明氧化层的厚度为
折射率为2.2～2.8。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种彩膜基板制造方法，包括：
在基板上形成包括黑矩阵的图形；
在完成前述步骤的基板上形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，所述透明结构层位于黑矩阵的上方。
所述在基板上形成包括黑矩阵的图形包括：在基板上沉积一层厚度为
的黑矩阵金属层，通过构图工艺形成黑矩阵图形。
所述形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层可以包括：采用磁控溅射或热蒸发的方法沉积一层透明导电薄膜，形成透明电极，所述透明导电薄膜的厚度为
透明导电薄膜的折射率为1.5～2.3，沉积透明导电薄膜的工艺参数为：功率为40Kw～80Kw，温度为20℃～100℃，气压为0.4Pa～1.0Pa。
所述形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层也可以包括：采用离子体增强化学气相沉积方法沉积一层无机材料薄膜，形成透明层，所述无机材料薄膜的厚度为
折射率为1.5-2.3，沉积工艺参数为：功率为1500w～5000w，气压为100Pa～270Pa，SiH4流量为500sccm～1500sccm，NH3流量2000sccm～4000sccm，N2流量15000sccm～30000sccm。
所述形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层还可以包括：对所述黑矩阵的表面进行氧化处理，在黑矩阵表面形成透明氧化层，所述透明氧化层的厚度为折射率为2.2～2.8，形成表面氧化膜CrOx工艺参数为：射频功率为5KW～12KW，气压为25Pa～80Pa，气体的流量为1000～4000sccm。
本发明提供了一种彩膜基板及其制造方法，利用光线的相干干涉，在黑矩阵上形成降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，因此降低了射入TFT沟道区域照射有源层的光线强度，从而降低了暗电流，提高了TFT-LCD的显示性能。本发明彩膜基板可以适用于TN模式、VA模式、FFS模式、IPS模式等模式的液晶显示器，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明彩膜基板的结构示意图；
图2为本发明彩膜基板第一实施例的结构示意图；
图3为本发明彩膜基板第一实施例形成黑矩阵图形后的示意图；
图4为本发明彩膜基板第一实施例形成彩色树脂图形后的示意图；
图5为采用本发明彩膜基板组成液晶显示器的示意图；
图6为本发明彩膜基板第二实施例的结构示意图；
图7为本发明彩膜基板第三实施例的结构示意图；
图8为本发明彩膜基板制造方法的流程图；
图9为本发明彩膜基板制造方法第一实施例的流程图；
图10为本发明彩膜基板制造方法第二实施例的流程图；
图11为本发明彩膜基板制造方法第三实施例的流程图。
附图标记说明：
10-基板； 20-黑矩阵； 30-彩色树脂；
40-透明电极； 50-透明层； 60-透明氧化层；
70-透明结构层；100-彩膜基板；200-阵列基板。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明彩膜基板的结构示意图。如图1所示，本发明彩膜基板的主体结构包括基板10、黑矩阵20和透明结构层70，其中，黑矩阵20形成在基板10上，透明结构层70形成在黑矩阵20上，透明结构层70用于通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的强度。如图1所示，来自外界的第一入射光A1在透明结构层70表面O1处发生反射和折射，形成第一反射光B1和第二入射光A2，第二入射光A2进入透明结构层70后在黑矩阵20表面O2处发生反射，形成第二反射光B2，因此第二反射光B2与第一反射光B1之间的光线光程差为：δ＝(O1O2+O2C)×n2-O1D×n1，其中，δ为光线光程差，O1O2为第二入射光A2在透明结构层中传播的距离，O2C为第二反射光B2在透明结构层70中传播的距离，O1D为第一反射光B1在液晶盒中比第二反射光B2多传播的距离，n1为液晶盒内的折射率，n2为透明结构层的折射率。通过调整透明结构层的厚度和折射率，当第二反射光B2与第一反射光B1之间的光线光程差δ为第一入射光A1半波长的奇数倍时，即
λ为第一入射光的波长，n＝0，1，2，3，...，第二反射光B2与第一反射光B1的光线将发生相干干涉，总反射光的强度降低，可以降低射入TFT沟道区域的反射光照射有源层的光线强度，因此降低了薄膜晶体管的暗电流，提高了TFT-LCD的显示性能。实际应用中，透明结构层的折射率n2可以通过沉积参数来控制。如采用溅射沉积时，通过控制溅射功率、气压、温度等参数，可以准确控制透明结构层的折射率。透明结构层既可以采用透明金属材料，也可以采用透明有机材料或透明无机材料。需要说明的是，图1所示结构只是说明本发明工作原理的结构，在上述设计思想基础上，本发明彩膜基板既可以包括彩色树脂图形，也可以包括取向膜等结构层。下面通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
图2为本发明彩膜基板第一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例彩膜基板包括基板10、黑矩阵20、彩色树脂30和透明电极40。其中，黑矩阵20和彩色树脂30形成在基板10上，彩色树脂30包括红色树脂图形、蓝色树脂图形和绿色树脂图形，三种颜色的彩色树脂图形依次形成在黑矩阵20之间；金属材料的透明电极40形成在黑矩阵20和彩色树脂30上，一方面作为公共电极，另一方面作为本发明透明结构层，通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的强度。
下面通过本实施例彩膜基板制备过程进一步说明本实施例的技术方案。
图3为本发明彩膜基板第一实施例形成黑矩阵图形后的示意图。首先采用磁控溅射或热蒸发的方法，在基板(如玻璃基板或石英基板)10上沉积一层厚度为
的黑矩阵金属层，黑矩阵金属层可以采用金属Cr，然后在黑矩阵金属层上涂敷一层光刻胶，采用普通掩模板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成完全保留区域和完全去除区域，显影处理后，完全去除区域的光刻胶被完全去除，完全保留区域的光刻胶全部保留，通过刻蚀工艺刻蚀掉完全去除区域的黑矩阵金属层，剥离剩余的光刻胶后形成黑矩阵20图形，如图3所示。
图4为本发明彩膜基板第一实施例形成彩色树脂图形后的示意图。在完成上述图形的基板10上，首先涂敷一层红色树脂材料层，之后采用普通掩模板对红色树脂材料层进行曝光，使红色树脂材料层形成完全保留区域和完全去除区域，显影处理后，完全去除区域的红色树脂材料层被完全去除，完全保留区域的红色树脂材料层全部保留，烘烤处理后形成红色树脂图形。采用相同的方法，依次形成蓝色树脂图形和绿色树脂图形，并由红色树脂图形、蓝色树脂图形和绿色树脂图形组成本实施例彩色树脂30图形，彩色树脂30位于相邻的黑矩阵20之间，如图4所示。实际应用中，形成三种颜色的树脂图形可以采用任意次序。
最后，在完成上述图形的基板10上，采用磁控溅射或热蒸发的方法沉积一层透明导电薄膜，透明导电薄膜可以采用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)或氧化铝锌，也可以采用其它透明金属材料，形成透明电极40，完成本实施例彩膜基板的制备，如图2所示。当透明导电薄膜采用氧化铟锡时，沉积厚度为
透明导电薄膜的折射率为1.5～2.3，沉积透明导电薄膜的工艺参数为：功率为40Kw～80Kw，温度为20℃～100℃，气压为0.4Pa～1.0Pa。
图5为采用本发明彩膜基板组成液晶显示器的示意图。液晶显示器包括对盒的彩膜基板100和阵列基板200，彩膜基板100采用本发明彩膜基板第一实施例的结构，阵列基板200采用现有技术的结构形式。工作时，从阵列基板200一侧来自背光源的入射光A进入液晶显示器后，入射光A首先到达透明电极40，会有部分光线从透明电极40表面反射出来，形成第一反射光，进入透明电极40的入射光到达彩膜基板100上黑矩阵20的表面后，会有另一部分光线从黑矩阵20表面反射出来，形成第二反射光，由于本实施例透明电极40的厚度和折射率使第一反射光与第二反射光的光线光程差为入射光半波长的奇数倍，第二反射光与第一反射光的光线发生相干干涉，总反射光的强度降低，因此使反射光的总强度降低，从而降低了射入TFT沟道区域光线的强度，从而降低了暗电流，提高了TFT-LCD的显示性能。
本实施例提供了一种彩膜基板，通过设置透明电极的厚度和折射率，利用光线的相干干涉，降低了射入TFT沟道区域照射有源层的光线强度，从而降低了暗电流，提高了TFT-LCD的显示性能。本实施例彩膜基板可以适用于TN模式、VA模式等模式的液晶显示器，具有广泛的应用前景。
图6为本发明彩膜基板第二实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例彩膜基板包括基板10、黑矩阵20和透明层50，非金属材料的透明层50作为本发明透明结构层，通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的强度。本实施例彩膜基板中黑矩阵20的制备过程与前述第一实施例相同，制备非金属材料的透明层50可以采用旋涂方法或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法。例如，对于有机材料薄膜，可以采用旋涂方法涂敷，对于无机材料薄膜，可以采用PECVD方法沉积。本实施例透明层的作用与前述第一实施例相同，不再赘述。当采用有机材料薄膜时，沉积厚度为
折射率为1.5～2.3。当采用无机材料薄膜(如SiNx)时，沉积厚度为
有机材料薄膜的折射率为1.5～2.3，采用PECVD沉积方法无机材料薄膜的工艺参数为：功率为1500w～5000w，气压为100Pa～270Pa，SiH4流量为500sccm～1500sccm，NH3流量2000sccm～4000sccm，N2流量15000sccm～30000sccm。实际应用中，本实施例彩膜基板既可以包括彩色树脂图形，也可以包括公共电极图形，彩色树脂图形既可以形成在透明层之上，也可以形成在黑矩阵和透明层之间。当本实施例彩膜基板不设置彩色树脂图形时，该结构形式适用于彩色树脂图形位于阵列基板上的液晶显示器，当本实施例彩膜基板不设置公共电极图形时，该结构形式适用于FFS模式、IPS模式等模式的液晶显示器。
图7为本发明彩膜基板第三实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例彩膜基板包括基板10、黑矩阵20和透明氧化层60，黑矩阵20采用金属Cr，透明氧化层60为通过氧化工艺在黑矩阵20表面形成的Cr的氧化物CrOx，由于CrOx是透明的，因此透明氧化层60可用于通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的强度。本实施例彩膜基板中黑矩阵20的制备过程与前述第一实施例相同，之后，对黑矩阵20表面进行氧化处理，在黑矩阵20表面形成CrOx。形成CrOx的厚度为CrOx的折射率为2.2～2.8，形成CrOx的工艺参数为：射频功率为5KW～12KW，气压为25Pa～80Pa，气体的流量为1000sccm～4000sccm。同样地，本实施例彩膜基板既可以包括彩色树脂图形，也可以包括公共电极图形。
图8为本发明彩膜基板制造方法的流程图，包括：
步骤1、在基板上形成包括黑矩阵的图形；
步骤2、在完成前述步骤的基板上形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，所述透明结构层位于黑矩阵的上方。
本发明提供了一种彩膜基板制造方法，在黑矩阵上形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，利用光线的相干干涉，降低了射入TFT沟道区域照射有源层的光线强度，从而降低了暗电流，提高了TFT-LCD的显示性能。
图9为本发明彩膜基板制造方法第一实施例的流程图，包括：
步骤11、采用磁控溅射或热蒸发的方法，在基板上沉积一层厚度为
的黑矩阵金属层；
步骤12、在所述黑矩阵金属层上涂敷一层光刻胶；
步骤13、采用普通掩模板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成完全保留区域和完全去除区域；显影处理后，完全去除区域的光刻胶被完全去除，完全保留区域的光刻胶全部保留；
步骤14、通过刻蚀工艺刻蚀掉完全去除区域的黑矩阵金属层，剥离剩余的光刻胶；
步骤15、制备由红色树脂图形、蓝色树脂图形和绿色树脂图形组成的彩色树脂，所述彩色树脂位于相邻的黑矩阵之间；
步骤16、采用磁控溅射或热蒸发的方法沉积一层透明导电薄膜，形成透明电极，所述透明导电薄膜的厚度为
透明导电薄膜的折射率为1.5～2.3，沉积透明导电薄膜的工艺参数为：功率为40Kw～80Kw，温度为20℃～100℃，气压为0.4Pa～1.0Pa。
本实施例是一种形成金属材料透明结构层的技术方案，其过程已在图2～图4所示技术方案中详细说明，这里不再赘述。
图10为本发明彩膜基板制造方法第二实施例的流程图，包括：
步骤21、采用磁控溅射或热蒸发的方法，在基板上沉积一层厚度为
的黑矩阵金属层；
步骤22、在所述黑矩阵金属层上涂敷一层光刻胶；
步骤23、采用普通掩模板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成完全保留区域和完全去除区域；显影处理后，完全去除区域的光刻胶被完全去除，完全保留区域的光刻胶全部保留；
步骤24、通过刻蚀工艺刻蚀掉完全去除区域的黑矩阵金属层，剥离剩余的光刻胶；
步骤25、采用离子体增强化学气相沉积方法沉积一层无机材料薄膜，形成透明层，所述无机材料薄膜的厚度为
折射率为1.5～2.3，沉积工艺参数为：功率为1500w～5000w，气压为100Pa～270Pa，SiH4流量为500sccm～1500sccm，NH3流量2000sccm～4000sccm，N2流量15000sccm～30000sccm。
本实施例是一种形成非金属材料透明结构层的技术方案，步骤25也适用于采用旋涂方法涂敷有机材料薄膜，并形成透明层。实际应用中，本实施例既可以包括形成彩色树脂图形的步骤，也可以包括形成公共电极图形的步骤，形成彩色树脂图形的步骤既可以在形成透明层之后，也可以在形成透明层之前。当本实施例彩膜基板不设置彩色树脂图形时，该结构形式适用于彩色树脂图形位于阵列基板上的液晶显示器，当本实施例彩膜基板不设置公共电极图形时，该结构形式适用于FFS模式、IPS模式等模式的液晶显示器。
图11为本发明彩膜基板制造方法第三实施例的流程图，包括：
步骤31、采用磁控溅射或热蒸发的方法，在基板上沉积一层厚度为
的黑矩阵金属层；
步骤32、在所述黑矩阵金属层上涂敷一层光刻胶；
步骤33、采用普通掩模板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成完全保留区域和完全去除区域；显影处理后，完全去除区域的光刻胶被完全去除，完全保留区域的光刻胶全部保留；
步骤34、通过刻蚀工艺刻蚀掉完全去除区域的黑矩阵金属层，剥离剩余的光刻胶；
步骤35、对所述黑矩阵的表面进行氧化处理，在黑矩阵表面形成透明氧化层，所述透明氧化层的厚度为
折射率为2.2～2.8，形成表面氧化膜CrOx工艺参数为：射频功率为5KW～12KW，气压为25Pa～80Pa，气体的流量为1000～4000sccm。
本实施例是一种形成金属氧化物透明结构层的技术方案。同样地，本实施例也可以包括形成彩色树脂图形和公共电极图形的步骤。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种彩膜基板，包括由金属材料制备的黑矩阵，其特征在于，所述黑矩阵上形成有通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，所述透明结构层位于黑矩阵的上方。
2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述透明结构层为由透明导电薄膜形成的透明电极，所述透明导电薄膜的厚度为
折射率为1.5～2.3。
3.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述透明结构层为由有机材料薄膜形成的透明层，所述透明层的厚度为
折射率为1.5～2.3。
4.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述透明结构层为由无机材料薄膜形成的透明层，所述透明层的厚度为折射率为1.5～2.3。
5.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述透明结构层为由所述黑矩阵表面氧化形成的透明氧化层，所述透明氧化层的厚度为
折射率为2.2～2.8。
6.一种彩膜基板制造方法，其特征在于，包括：
在基板上形成包括黑矩阵的图形；
在完成前述步骤的基板上形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层，所述透明结构层位于黑矩阵的上方。
7.根据权利要求6所述的彩膜基板制造方法，其特征在于，所述在基板上形成包括黑矩阵的图形包括：在基板上沉积一层厚度为
的黑矩阵金属层，通过构图工艺形成黑矩阵图形。
8.根据权利要求6或7所述的彩膜基板制造方法，其特征在于，所述形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层包括：采用磁控溅射或热蒸发的方法沉积一层透明导电薄膜，形成透明电极，所述透明导电薄膜的厚度为
透明导电薄膜的折射率为1.5～2.3，沉积透明导电薄膜的工艺参数为：功率为40Kw～80Kw，温度为20℃～100℃，气压为0.4Pa～1.0Pa。
9.根据权利要求6或7所述的彩膜基板制造方法，其特征在于，所述形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层包括：采用离子体增强化学气相沉积方法沉积一层无机材料薄膜，形成透明层，所述无机材料薄膜的厚度为
折射率为1.5～2.3，沉积工艺参数为：功率为1500w～5000w，气压为100Pa～270Pa，SiH4流量为500sccm～1500sccm，NH3流量2000sccm～4000sccm，N2流量15000sccm～30000sccm。
10.根据权利要求6或7所述的彩膜基板制造方法，其特征在于，所述形成通过光线的相干干涉降低黑矩阵反射光强度的透明结构层包括：对所述黑矩阵的表面进行氧化处理，在黑矩阵表面形成透明氧化层，所述透明氧化层的厚度为折射率为2.2～2.8，形成表面氧化膜CrOx工艺参数为：射频功率为5KW～12KW，气压为25Pa～80Pa，气体的流量为1000～4000sccm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110330 |