CN103149763A - Tft-lcd阵列基板、显示面板及其制作方法 - Google Patents

Tft-lcd阵列基板、显示面板及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TFT-LCD阵列基板、显示面板及其制作方法。所述阵列基板的钝化层采用黑色绝缘材料，且所述钝化层在所述阵列基板的像素显示区域设置有开口。所述显示面板包括所述阵列基板、彩膜基板、以及位于所述阵列基板和所述彩膜基板之间的液晶层，其中，所述彩膜基板包括彩色滤光层且不包括黑矩阵。本发明中的彩膜基板减少了黑矩阵的制作工艺，可降低设备投资和生产成本，同时提高了彩膜基板表面的平整度；此外，阵列基板中的钝化层用黑色绝缘材料制备，并通过刻蚀形成黑矩阵，起到遮蔽栅线和数据线的作用，可有效增加显示面板的开口率。

Description

TFT-LCD阵列基板、显示面板及其制作方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种TFT-LCD阵列基板、显示面板及其制作方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示装置（TFT-LCD）是目前显示领域的主流产品。现有技术中的液晶显示屏包括阵列基板、彩膜基板以及位于阵列基板和彩膜基板之间的液晶层。其中，彩膜基板（又称彩色滤光片、Color Filter，缩写CF）的结构如图1（a）-图1（b）所示，主要包括彩膜基板的衬底基板41、黑矩阵42、彩色滤光层43（一般包括红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元），以及柱状隔垫物50。黑矩阵(Black Matrix)主要是防止像素间的漏光、防止混色、增加颜色的纯度和色彩的对比性。相应的阵列基板（又称TFT基板）的结构如图2所示，阵列基板上包括形成在衬底基板11上的多条栅线和多条数据线，所述多条栅线和所述多条数据线限定出多个像素单元，像素单元包括像素电极层30和薄膜晶体管。薄膜晶体管器件包括形成于衬底基板11上的栅极12、栅极绝缘层13、有源层、源极16、漏极17等，其中有源层包括半导体层14和掺杂半导体层15。
阵列基板与彩膜基板对盒，彩膜基板上的黑矩阵遮挡阵列基板上的栅线、数据线和薄膜晶体管。但是在实际工艺中，可能出现对位偏差，导致像素边缘区域漏光，所以一般需要将黑矩阵加宽，但黑矩阵加宽会导致开口率下降。
从图1（a）-图1（b）和图2中可以看出，在现有工艺中，通常将黑矩阵制作在彩膜基板上，一方面会影响彩膜基板的整体平整度。另一方面，由于阵列基板与彩膜基板对盒存在偏差，需要增加黑矩阵的宽度，从而降低TFT-LCD显示屏的开口率。随着液晶显示技术的迅速发展，针对上述问题，实有改善的必要。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够提升开口率的TFT-LCD阵列基板、与阵列基板相对的彩膜基板、显示面板及其制作方法。
（二）技术方案
本发明通过在阵列基板上形成黑色钝化层，黑色钝化层图案覆盖阵列基板上的栅线、数据线和薄膜晶体管，从而起到黑矩阵的作用。
本发明提供了一种TFT-LCD阵列基板，所述阵列基板的钝化层采用黑色绝缘材料，且所述钝化层在所述阵列基板的像素显示区域设置有开口。
优选地，所述阵列基板包括形成在衬底基板上的多条栅线、多条数据线，所述多条栅线和所述多条数据线限定出多个像素单元，所述像素单元包括像素电极和薄膜晶体管，所述钝化层覆盖所述栅线、所述数据线和所述薄膜晶体管。
优选地，所述钝化层的光密度不小于4。
优选地，所述黑色绝缘材料的相对介电常数在6～7之间。
优选地，所述钝化层的厚度不小于
Figure BDA00002870382000021
其中n表示所述厚度为1微米的黑色绝缘材料的光密度。
本发明还提供了一种显示面板，包括如上所述的阵列基板。所述显示面板还包括彩膜基板、以及位于所述阵列基板和所述彩膜基板之间的液晶层，其中，所述彩膜基板包括彩色滤光层且不包括黑矩阵。
本发明还提供了一种阵列基板的制作方法，所述方法包括：
在衬底基板上形成薄膜晶体管、栅线、数据线；
在完成前述步骤的基板上形成黑色钝化层薄膜，通过构图工艺形成黑色钝化层图案，所述黑色钝化层图案覆盖栅线、数据线和薄膜晶体管，所述黑色钝化层在像素显示区域设置有开口。
优选地，所述在衬底基板上形成薄膜晶体管、栅线、数据线包括如下步骤：
在衬底基板上沉积栅金属薄膜，通过构图工艺形成包括栅极和栅线的图形；
在完成前述步骤的基板上形成栅绝缘层；
在完成前述步骤的基板上沉积半导体薄膜、掺杂半导体薄膜和源漏金属薄膜，通过构图工艺形成包括有源层、数据线、源极、漏极和薄膜晶体管（TFT）沟道的图形。
本发明还提供了一种显示面板的制作方法，所述方法包括阵列基板的制作方法和彩膜基板的制作方法，其中所述彩膜基板的制作方法包括如下步骤：
在所述彩膜基板的衬底基板上形成彩色滤光层；
在完成前述步骤的基板上形成保护层；
在完成前述步骤的基板上形成隔垫物。
（三）有益效果
本发明中彩膜基板减少了黑矩阵的制作工艺，可降低设备投资，降低生产成本，同时直接在衬底基板上制作彩色膜层，可消除像素角段差对彩膜基板表面平整度的影响；此外，阵列基板中的钝化层用黑色绝缘材料制备，并通过刻蚀形成黑矩阵，起到遮蔽栅线和数据线的作用，可有效增加显示面板的开口率，同时增加像素区的透过率。本发明可广泛应用于扭曲向列型（TN）、平面内转换型（IPS）、高级超维场转换型（ADS）等多种模式的TFT-LCD中。
附图说明
图1（a）-图1（b）是现有技术中彩膜基板的平面图和剖面图；
图2是现有技术中阵列基板的剖面结构示意图；
图3（a）-图3（b）是本发明提供的阵列基板的平面图和剖面图；
图4（a）-图4（b）是本发明提供的彩膜基板的平面图和剖面图；
图5是本发明提供的阵列基板的制作方法流程图；
图6（a）-图6（f）是本发明阵列基板在制作过程中的剖面图；
图7是本发明提供的彩膜基板的制作方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
图3（a）-图3（b）是本发明提供的阵列基板的平面结构示意图和剖面结构示意图，阵列基板上包括形成在衬底基板11上的多条栅线和多条数据线，所述多条栅线和所述多条数据线限定出多个像素单元，像素单元包括像素电极层30和薄膜晶体管。薄膜晶体管器件包括形成于衬底基板11上的栅极12、栅极绝缘层13、有源层、源极16、漏极17、钝化层20、过孔19等，其中有源层包括半导体层14和掺杂半导体层15。
其中，所述钝化层20采用黑色绝缘材料，且所述钝化层20在所述阵列基板的像素显示区域（即像素电极层30）设置有开口。所述钝化层20覆盖所述栅线、所述数据线和所述薄膜晶体管。
在本实施例中，所述黑色绝缘材料的相对介电常数在6～7之间，所述钝化层，即黑色绝缘材料层的光密度不小于4。进一步地，所述钝化层20的厚度不小于
Figure BDA00002870382000041
其中n表示厚度为1微米的所述黑色绝缘材料的光密度。优选的，所述钝化层的厚度不超过1微米。
黑色绝缘材料具有高的相对介电常数和高的光密度（opticaldensity，OD）。光密度表征了材料遮光能力，没有量纲单位，是一个对数值，光密度是入射光与透射光比值的对数或者说是光线透过率倒数的对数。
与现有TFT-LCD显示屏中的阵列基板相比，本发明使用黑色绝缘材料代替传统的钝化层（PVX）材料（如氮化硅）来制作钝化层，并更换制作过孔时使用的掩模板，在形成过孔的同时，保留覆盖栅线、数据线和薄膜晶体管的黑色钝化层，去除覆盖像素显示区域的钝化层，形成黑矩阵，由于该黑矩阵起到了遮蔽栅线和数据线的作用，可有效增加开口率，同时增加像素区的透过率。
本实施例中阵列基板中薄膜晶体管为底栅结构，对于阵列基板中薄膜晶体管为顶栅结构或其他改进结构的，同样适用本发明。
实施例2：
本实施例提供一种显示面板，包括如实施例1所述的阵列基板。所述显示面板还包括彩膜基板、以及位于所述阵列基板和所述彩膜基板之间的液晶层，其中，所述彩膜基板包括彩色滤光层且不包括黑矩阵。由于本发明中阵列基板的钝化层采用黑色绝缘材料，在阵列基板上形成了黑矩阵，所以本发明中显示面板中彩膜基板可以不设置黑矩阵。当然，本发明中显示面板中也可以采用实施例1中的阵列基板与现有技术中的设置有黑矩阵的彩膜基板对盒制备液晶面板。本实施例中彩膜基板包括彩色滤光层，但不设置黑矩阵。
图4（a）-图4（b）是本发明提供的彩膜基板的平面图和剖面图，包括彩膜基板的衬底基板41、彩色滤光层43（一般包括红色滤光单元、绿色滤光单元、蓝色滤光单元），以及柱状隔垫物50。在彩色滤光层43外表面还可以覆盖一层保护膜层44，在衬底基板41上与彩色滤光层43相反的一侧还可以形成一层透明导电层45。
对于ADS和IPS模式的TFT-LCD显示屏，所述透明导电层45位于衬底基板41上与彩色滤光层43相反的一侧；对于TN模式的TFT-LCD显示屏，所述透明导电层45位于所述彩色滤光层43上。所述透明导电层为ITO或IZO透明导电层，所述彩色滤光层为彩色光刻胶矩阵膜层。
与现有TFT-LCD显示屏中的彩膜基板相比，本发明中的彩膜基板不包含黑矩阵，因此可消除像素角段差对彩膜基板表面平整度的影响。
实施例3：
本实施例提供一种阵列基板的制作方法，如图5所示，所述方法包括：
S11、在衬底基板上形成薄膜晶体管、栅线、数据线；
S12、在完成前述步骤的基板上形成黑色钝化层薄膜，通过构图工艺形成黑色钝化层图案，所述黑色钝化层图案覆盖栅线、数据线和薄膜晶体管，所述黑色钝化层在像素显示区域设置有开口。
其中，所述步骤S11进一步包括如下步骤：
S101、在衬底基板上沉积栅金属薄膜，通过构图工艺形成包括栅极和栅线的图形；
S102、在完成前述步骤的基板上形成栅绝缘层；
S103、在完成前述步骤的基板上沉积半导体薄膜、掺杂半导体薄膜和源漏金属薄膜，通过构图工艺形成包括有源层、数据线、源极、漏极和TFT沟道的图形。
图6（a）-图6（f）是本发明阵列基板在制作过程中的剖面图。图6（a）表示在衬底基板11上形成栅极12；图6（b）表示进一步形成栅极绝缘层13；图6（c）表示形成有源层（半导体层14和掺杂半导体层15）、源极16、漏极17和TFT沟道的图形；图6（d）表示采用黑色绝缘材料形成钝化层20；图6（e）表示通过构图工艺在钝化层20上形成过孔19和像素显示区域的开口；图6（f）表示形成像素电极层30。
在本实施例中，所述黑色绝缘材料的相对介电常数在6～7之间，所述钝化层，即黑色绝缘材料层的光密度不小于4。进一步地，所述钝化层20的厚度不小于
Figure BDA00002870382000061
其中n表示厚度为1微米的所述黑色绝缘材料的光密度。
本实施例中将TFT-LCD中的黑矩阵制作在阵列基板上。阵列基板中的钝化层用黑色绝缘材料制备，同时，通过选择合适的掩膜板，即可在制作过孔的同时，保留覆盖栅线、数据线和薄膜晶体管的黑色钝化层，去除覆盖像素显示区域的钝化层，可有效增加开口率。
本发明方法只需更换现有阵列基板制作方法中的钝化层材料和其中的一张掩模板，无需增加新的设备投资及工艺流程。该方法可应用于ADS、IPS及TN模式的TFT-LCD中，可有效提高开口率，同时增加像素区的透过率。
实施例4：
本实施例提供一种显示面板的制作方法，包括如实施例3所述的阵列基板的制作方法和如图7所示的彩膜基板的制作方法。所述彩膜基板的制作方法包括如下步骤：
S21、在所述彩膜基板的衬底基板上形成彩色滤光层；
S22、在完成前述步骤的基板上形成保护层；
S23、在完成前述步骤的基板上形成隔垫物，所述隔垫物为柱状隔垫物。
对于ADS和IPS模式的TFT-LCD显示屏，所述彩膜基板的制作方法进一步包括以下步骤：在所述彩膜基板的衬底基板上与所述彩色滤光层相反的一侧形成透明导电层。
对于TN模式的TFT-LCD显示屏，所述彩膜基板的制作方法进一步包括以下步骤：在所述彩色滤光层上形成透明导电层。
所述透明导电层为ITO或IZO透明导电层，所述彩色滤光层为彩色光刻胶矩阵膜层。
本实施例中彩膜基板减少了黑矩阵的制作工艺，可降低设备投资，降低生产成本。此外，直接在衬底基板上制作彩色滤光层，可消除像素角段差对彩膜基板表面平整度的影响。该方法可应用于ADS、IPS及TN模式的TFT-LCD中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种TFT-LCD阵列基板，其特征在于，所述阵列基板的钝化层采用黑色绝缘材料，且所述钝化层在所述阵列基板的像素显示区域设置有开口。
2.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述阵列基板包括形成在衬底基板上的多条栅线、多条数据线，所述多条栅线和所述多条数据线限定出多个像素单元，所述像素单元包括像素电极和薄膜晶体管，所述钝化层覆盖所述栅线、所述数据线和所述薄膜晶体管。
3.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述钝化层的光密度不小于4。
4.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述黑色绝缘材料的相对介电常数在6～7之间。
5.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述钝化层的厚度不小于
Figure FDA00002870381900011
其中n表示厚度为1微米的所述黑色绝缘材料的光密度。
6.一种显示面板，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的阵列基板。
7.根据权利要求6所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板还包括彩膜基板、以及位于所述阵列基板和所述彩膜基板之间的液晶层，其中，所述彩膜基板包括彩色滤光层且不包括黑矩阵。
8.一种阵列基板的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底基板上形成薄膜晶体管、栅线、数据线；
在完成前述步骤的基板上形成黑色钝化层薄膜，通过构图工艺形成黑色钝化层图案，所述黑色钝化层图案覆盖栅线、数据线和薄膜晶体管，所述黑色钝化层在像素显示区域设置有开口。
9.根据权利要求8所述的阵列基板的制作方法，其特征在于，所述在衬底基板上形成薄膜晶体管、栅线、数据线包括如下步骤：
在衬底基板上沉积栅金属薄膜，通过构图工艺形成包括栅极和栅线的图形；
在完成前述步骤的基板上形成栅绝缘层；
在完成前述步骤的基板上沉积半导体薄膜、掺杂半导体薄膜和源漏金属薄膜，通过构图工艺形成包括有源层、数据线、源极、漏极和薄膜晶体沟道的图形。
10.一种如权利要求7所述的显示面板的制作方法，其特征在于，所述方法包括阵列基板的制作方法和彩膜基板的制作方法，其中所述彩膜基板的制作方法包括如下步骤：
在所述彩膜基板的衬底基板上形成彩色滤光层；
在完成前述步骤的基板上形成保护层；
在完成前述步骤的基板上形成隔垫物。
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