CN103278963B - 彩色滤光阵列基板及其制造方法、显示装置 - Google Patents

彩色滤光阵列基板及其制造方法、显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于显示技术领域，公开了一种彩色滤光阵列基板及其制造方法、显示装置。该彩色滤光阵列基板包括多个像素区域和形成在像素区域内的法布里‑珀罗式带通滤光层，该带通滤光层包括第一介质亚层、第二介质亚层和第三介质亚层，其中，第二介质亚层在不同像素区域具有不同的厚度，从而每个像素区域只允许一定波长范围内的光线透过，而反射其他波长光线。未透过的光线被反射回去重新利用，大大提高了光线的利用率，进而提高了显示装置对光线的利用率。进一步地，由于带通滤光层集成在阵列基板上，提升了显示装置的开口率，增加了显示装置的亮度。

Description

彩色滤光阵列基板及其制造方法、显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种彩色滤光阵列基板及其制造方法、显示装置。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器包括薄膜晶体管阵列基板、彩色滤光片和液晶层，其中，彩色滤光片是液晶显示器的主要组成部分，用于实现彩色画面的显示。早期制造薄膜晶体管液晶显示器的技术中，彩色滤光片与作为驱动开关的薄膜晶体管形成在不同基板上，并位于液晶层两侧，然而这种配置方式会造成显示面板的开口率降低，进而影响显示面板的亮度与画面品质。由于近年来，市场上对显示面板的开口率及亮度的要求提高，业界为应市场需求进而开发出一种彩色滤光片直接形成在阵列基板上（Color filter On Array，简称“COA”）的技术，即将彩色滤光片和薄膜晶体管形成在一块玻璃基板上，如此不仅可以提升显示面板的开口率，增加显示面板的亮度，而且避免了将彩色滤光片和薄膜晶体管形成在不同基板上所衍生的问题。
现有技术中采用COA技术制造的薄膜晶体管液晶显示器，液晶显示面板的阵列基板包括横纵交叉分布的栅线和数据线，以及由栅线和数据线限定的多个像素区域，在像素区域内形成有薄膜晶体管和不同颜色的滤光层。通常是红色滤光层（R）、绿色滤光层（G）和蓝色滤光层（B）。其中的滤光层一般为色阻式滤光层，通过吸收光线来达到滤光的目的，使得光线的利用率很低，仅有30％左右。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明提供一种彩色滤光阵列基板及其制造方法，用以解决彩色滤光阵列基板的滤光层对光线的利用率低的问题。
同时，本发明还提供一种显示装置，其包括上述彩色滤光阵列基板，进而解决了显示装置对光线的利用率低的问题。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种彩色滤光阵列基板，包括横纵交叉分布的多条栅线和多条数据线，以及由所述栅线和所述数据线限定的多个像素区域，所述像素区域内形成有薄膜晶体管和带通滤光层，所述带通滤光层透射一定波长范围内的光线，而反射其他波长光线；
所述带通滤光层包括第一介质亚层、第二介质亚层和第三介质亚层；所述第二介质亚层在不同像素区域具有不同厚度。
本发明还提供一种显示装置，包括阵列基板，所述阵列基板采用如上所述的彩色滤光阵列基板。
同时，本发明还提供一种如上所述的彩色滤光阵列基板的制造方法，包括在一衬底基板上形成薄膜晶体管和带通滤光层的步骤；
其中，所述形成带通滤光层的步骤包括：
在所述衬底基板上形成第一介质亚层；
在形成有所述第一介质亚层的基板上形成第二介质亚层，所述第二介质亚层在不同像素区域具有不同厚度；
在形成有所述第一介质亚层和第二介质亚层的基板上形成第三介质亚层。
（三）有益效果
本发明所提供的彩色滤光阵列基板及其制造方法，通过法布里-珀罗式带通滤光层来实现滤光的目的，而未透过的光线则被反射回去重新利用，大大提高了光线的利用率，进而提高了显示装置对光线的利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种彩色滤光阵列基板的主视图；
图2为本发明实施例提供的一种彩色滤光阵列基板的结构示意图；
图3～图7为本发明实施例提供的彩色滤光阵列基板上带通滤光层的制作过程示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种彩色滤光阵列基板的结构示意图；
其中，1：薄膜晶体管；2：像素电极；3：薄膜晶体管的源电极；4：薄膜晶体管的漏电极；5：钝化层过孔；6：等离子体增强化学气相沉积设备；7：掩亚层板；8：薄膜晶体管的栅电极；10：栅线；20：数据线；30：第一像素区域；31：第二像素区域；32：第三像素区域；40：有源层；50：源漏金属层；100：衬底基板；101：栅绝缘层；102：钝化层；103：绝缘层薄膜；200：带通滤光层；201：第一介质亚层；202：第二介质亚层；203：第三介质亚层。
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。
需要说明的是，以下内容中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
采用COA技术制造的液晶显示器的提升了显示面板的开口率，增加了显示面板的亮度，但现有技术中采用COA技术制造的液晶显示器的滤光层一般为色阻式（吸收型）滤光层，通过吸收光线来达到滤光的目的，使得光线的利用率很低的问题。针对该技术问题，本发明提供一种彩色滤光阵列基板，以提高对光线的利用率。
带通滤光层可以从复合光中分离出某一波段单色光。一定波段内的光线入射至带通滤光层，只有一小段波段内的光线具有高透过率，而其他波段内的光线具有高反射率。通常带通滤光层有两种结构形式：一种是由一个长波通层和一个短波通层的重叠通带波段形成带通滤光层的通带，但这种结构不容易获得较窄的通带，不适用于液晶显示器的彩色滤光片；另一种是法布里-珀罗干涉仪形式的滤光层，包括第二介质亚层以及涂覆在该第二介质层的相对的两表面上的第一介质亚层和第二介质亚层，其中，光线的透过率与第二介质亚层的厚度相关，即不同波长的光线对应的第二介质亚层的厚度不同。这种结构能够获得很窄的通带，适用于液晶显示器的彩色滤光层。本实用新型实施例中的彩色滤光阵列基板的滤光层就是法布里-珀罗干涉仪形式的滤光层。
实施例一
结合图1、图2和图8所示，液晶显示器的彩色滤光阵列基板，包括横纵交叉分布的多条栅线10和多条数据线20，以及由栅线10和数据线20限定的多个像素区域，在像素区域内形成有薄膜晶体管1和滤光层200，该滤光层200只允许一定波长范围内的光线透过，实现彩色画面的显示，而反射其他波长光线进行重新利用，提高了对光线的利用率。
其中，本发明实施例中的滤光层200为带通滤光层。其包括依次形成在衬底基板100上的第一介质亚层201、第二介质层亚202和第三介质亚层203。液晶显示器的背光源发出的光线射入第一介质亚层201后，一部分光线被反射回去，再经过液晶显示器的背光源的反射板的反射后重新利用，提高了对光线的利用率；而另一部分光线则射入第二介质亚层202，通过控制第二介质亚层202在不同像素区域内的厚度，使得每个像素区域内只有某一小段波段内的光线从第三介质亚层203射出，通带很窄，能够保证液晶显示器的色彩分辨率和质量，而其他波段的光同样被反射回去，再经过液晶显示器的背光源的反射板的反射后重新利用，进一步提高了对背光源光线的利用率。本技术方案中的彩色滤光阵列基板的带通滤光层对光线的利用率可达到50％左右。
现有的液晶显示器通常都是以红、绿、蓝三原色来实现彩色画面的显示，相应地，彩色滤光阵列基板的多个像素区域根据第二介质亚层202的厚度划分为第一像素区域30、第二像素区域31和第三像素区域32。其中，第一像素区域30内的第二介质亚层202具有第一厚度d1，只允许红光透过，而反射其他波长光线；第二像素区域31内的第二介质亚层202具有第二厚度d2，只允许绿光透过，而反射其他波长光线；第三像素区域32内的第二介质亚层202具有第二厚度d3，只允许蓝光透过，而反射其他波长光线。具体的，可以根据公式来计算每个像素区域内的第二介质亚层202的厚度d，其中，m为奇数，优选m=1，计算出的第二介质亚层202的厚度d小，透光性较好；λ为每个像素区域允许透过的光线的波长；n为第二介质亚层202的折射率。
本实施例中第一介质亚层201和第三介质亚层203的材料可以为但不局限于金属材料、合金材料或金属氧化物材料，如：银、银为主要成分的合金、氧化铟锡或氧化铟锌。并优选第一介质亚层201和第三介质亚层203的材料相同，以保证带通滤光层200透射光谱的对称性和波峰单一。
进一步地，还可以设置第一介质亚层201和第三介质亚层203的厚度相同，进一步保证带通滤光层200透射光谱的对称性和波峰单一。
为了保证透光性，需要设置第一介质亚层201和第三介质亚层203具有较薄的厚度，一般为20～100nm，优选为40nm。
其中，带通滤光层200可以通过单独的工艺形成在衬底基板100上，也可以在薄膜晶体管1的制作工艺中同时形成带通滤光层200。
结合图2和图8所示，当带通滤光层200通过单独的工艺形成在衬底基板100上时，优选带通滤光层200位于像素电极2的下方，防止带通滤光层200对驱动液晶分子偏转的驱动电场（对于TN型液晶显示器，驱动液晶分子偏转的驱动电场由阵列基板上的像素电极和对盒基板上的公共电极形成；对于ADS液晶显示器，驱动液晶分子偏转的驱动电场由阵列基板上的像素电极和公共电极形成）产生影响。对于TN模式，结合图8所示，可以设置第三介质亚层203作为像素电极2，省去了单独做像素电极2的步骤。同时，对于ADS型液晶显示器，结合图2所示，还可以设置第三介质亚层203作为公共电极（图中未示出），省去了公共电极的制作工艺。当将第三介质亚层203作为像素电极2或公共电极时，第三介质亚层203应当采用透明导电材料，如氧化铟锡ITO。相应地，当第一介质亚层201和第三介质亚层203的材料相同时，第二介质亚层202选择介电材料，如：MgF2、SiO2、Si3N4或TiO2。
进一步地，本实施例中设置带通滤光层200位于薄膜晶体管1的下方，可以简化带通滤光层200的制作工艺。当第三介质亚层203为导电材料时，优选在带通滤光层200和薄膜晶体管1之间还形成有绝缘层薄膜103，如图2所示。而当带通滤光层200位于薄膜晶体管1的上方时，钝化层102即可作为带通滤光层200和薄膜晶体管1之间的绝缘层。结合图8所示，当在薄膜晶体管1的制作工艺中同时形成带通滤光层200时，优选设置第三介质亚层203为透明导电材料，如氧化铟锡ITO。对于TN型液晶显示器，第三介质亚层203可以通过钝化层过孔5与薄膜晶体管1的漏电极4电性连接，且第三介质亚层203仅覆盖第一像素区域30、第二像素区域31和第三像素区域32，从而可以将第三介质亚层203作为像素电极2，无需再制作像素电极2，节省工艺，降低成本。对于ADS型液晶显示器，可以设置第三介质亚层203为公共电极（图中未示出），省去了公共电极的制作工艺。相应地，当第一介质亚层201和第三介质亚层203的材料相同时，第二介质亚层202选择介电材料，如：MgF2、SiO2、Si3N4或TiO2。具体的，可以设置钝化层102在不同像素区域内具有不同的厚度，从而可以将钝化层102作为带通滤光层200的第二介质亚层202；当然，也可以设置栅绝缘层101在不同像素区域内具有不同的厚度，从而可以将栅绝缘层101作为带通滤光层200的第二介质亚层202，无论将钝化层102还是栅绝缘层101作为第二介质亚层202，都可以省略单独制作第二介质亚层202的工艺，节省材料。
如图2和图8所示，本发明实施例中的薄膜晶体管1为底栅型薄膜晶体管，即薄膜晶体管的栅电极8位于源电极3和漏电极4的下方。其具体制作工艺为，首先在衬底基板100上形成薄膜晶体管的栅电极8，然后在栅电极8上方依次形成栅绝缘层薄膜101、有源层图案40和源漏金属层图案50，其中，源漏金属层图案50包括源电极3和漏电极4。最后在薄膜晶体管1的上方形成钝化层薄膜102。且薄膜晶体管的栅电极8与栅线10连接，源电极3与数据线20连接，漏电极4与像素电极2连接，结合图1所示。
本领域所属技术人员很容易得知本发明中的薄膜晶体管1不仅可以为底栅型薄膜晶体管，也可以为顶栅型薄膜晶体管、共平面型薄膜晶体管、背沟道型薄膜晶体管，对应的带通滤光层200的制作工艺与上述相同，在此不再赘述。
对于不是以红（R）、绿（G）、蓝(B)三原色来实现彩色画面显示的液晶显示器，如：在R、G、B三原色的基础上，再增加一个白色（W）的子像素或黄色（Y）的子像素时，只需再增加一个像素区域，且该像素区域内的第二介质亚层202具有第四厚度d4，只许白光（或黄光）透过，而反射其他波长的光线。而对于以其他混色方案实现彩色画面显示的液晶显示器，只需变更每个像素区域内第二介质亚层202的厚度，从而允许对应波长的光线透过，而反射其他波长的光线。
实施例二
基于同一发明构思，本实施例中提供一种显示装置，其包括阵列基板，且该阵列基板采用实施例一中的彩色滤光阵列基板，大大提高了显示装置的光线利用率，并保证了显示装置显示画面的色彩分辨率和质量。
其中，该显示装置可以为：液晶显示面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
实施例三
结合图2、图3～图7和图8所示，本实施例中提供一种实施例一中的彩色滤光阵列基板的制造方法，包括在一衬底基板100上形成薄膜晶体管1和带通滤光层200的步骤。
其中，形成带通滤光层200的步骤包括：
在所述衬底基板上形成第一介质亚层；
当通过单独工艺形成带通滤光层200时，优选带通滤光层200位于薄膜晶体管1的下方，结合图3所示，由于带通滤光层200允许透过的光线只与第二介质亚层202的厚度有关，因此，本实施例中可以通过涂覆、沉积、溅射等工艺在衬底基板100上形成覆盖整个衬底基板100的第一介质亚层201，省去了构图工艺，提高了生产效率，降低了生产成本。
当在薄膜晶体管1的制作工艺中同时形成带通滤光层200时，结合图8所示，可以通过涂覆、沉积、溅射等工艺在衬底基板100上形成覆盖整个衬底基板100的第一介质亚层201，优选再通过构图工艺形成第一介质亚层的图案201，使得第一介质亚层201仅覆盖像素区域。进一步地，对于TN型液晶显示器，为了节省工艺，优选第二介质亚层202与钝化层102同层制作，并设置第三介质亚层203为导电材料，通过钝化层过孔5与薄膜晶体管1的漏电极4电性连接，且仅覆盖第一像素区域30、第二像素区域31和第三像素区域32，从而可以将第三介质亚层203作为像素电极2。进一步地，还可以设置钝化层102在不同像素区域内具有不同的厚度，从而可以将钝化层102作为带通滤光层200的第二介质亚层202。当然，还可以设置栅绝缘层101在不同像素区域内具有不同的厚度，从而可以将栅绝缘层101作为带通滤光层200的第二介质亚层202。无论将钝化层102还是栅绝缘层101作为带通滤光层200的第二介质亚层202，都可以省略单独制作第二介质亚层202的工艺，节省材料。
在形成有所述第一介质亚层的衬底基板上形成第二介质亚层，所述第二介质亚层在不同像素区域具有不同厚度；
当通过单独工艺形成带通滤光层200时，优选带通滤光层200位于薄膜晶体管1的下方，结合图4～图6所示，则该步骤具体可以为：
首先，利用掩亚层板7，通过等离子体增强化学气相沉积设备（Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，简称“PECVD”）6在衬底基板100上沉积覆盖第一像素区域30的第二介质亚层202，并控制沉积的时间，使得第一像素区域30内的第二介质亚层202的厚度为d1，当第二介质亚层202为Si3N4时，取m=1，n=1.938，λ=700nm，根据公式计算出d1=180.6nm，其中，d1的取值范围为180.6±15.5nm；
之后，利用掩亚层板7，通过PECVD6在衬底基板100上沉积覆盖第二像素区域31的第二介质亚层202，并控制沉积的时间，使得第二像素区域31内的第二介质亚层202的厚度为d2，当第二介质亚层202为Si3N4时，取m=1，n=1.938，λ=546.1nm，根据公式计算出d2=140.9nm，其中，d2的取值范围为140.9±15.5nm；
最后，利用掩亚层板7，通过PECVD6在衬底基板100上沉积覆盖第三像素区域32的第二介质亚层202，并控制沉积的时间，使得第三像素区域32对应的第二介质亚层202的厚度为d3，当第二介质亚层202为Si3N4时，取m=1，n=1.938，λ=435.8nm，根据公式计算出d3=112.4nm，其中，d3的取值范围为112.4±15.5nm；
需要说明的是，形成具有第一厚度的第二介质亚层202的步骤、形成具有第二厚度的第二介质亚层202的步骤和形成具有第三厚度的第二介质亚层202的步骤的顺序是可以更换的，其也属于本发明的保护范围。
当然，第二介质亚层202也可以通过其他制作工艺形成，如：多灰阶掩膜工艺，其都属于本发明的保护范围。
当在薄膜晶体管1的制作工艺中同时形成带通滤光层200时，可以设置钝化层102在不同像素区域内具有不同的厚度，从而可以将钝化层102作为带通滤光层200的第二介质亚层202。当然，还可以设置栅绝缘层101在不同像素区域内具有不同的厚度，从而可以将栅绝缘层101作为带通滤光层200的第二介质亚层202。无论将钝化层102还是栅绝缘层101作为带通滤光层200的第二介质亚层202，都可以省略单独制作第二介质亚层202的工艺，节省材料。
在形成有所述第一介质亚层和第二介质亚层的衬底基板上形成第三介质亚层。
当通过单独工艺形成带通滤光层200时，优选带通滤光层200位于薄膜晶体管1的下方，结合图7所示，与第一介质亚层201相同，由于带通滤光层200允许透过的光线只与第二介质亚层202的厚度有关，因此，本实施例中可以通过涂覆、沉积、溅射等工艺在衬底基板100上形成覆盖整个衬底基板100的第三介质亚层203，省去了构图工艺，提高了生产效率，降低了生产成本。对于ADS型液晶显示器，第三介质亚层203可以选择透明导电材料，以作为公共电极。并在带通滤光层200和薄膜晶体管1之间形成绝缘层薄膜103，如图2所示，省去了制作公共电极的工艺。
当在薄膜晶体管1的制作工艺中同时形成带通滤光层200时，对于TN型液晶显示器，为了节省工艺，可以将像素电极2作为带通滤光层200的第三介质亚层203。
由以上实施例可以看出，本发明所提供的彩色滤光阵列基板及其制造方法，通过法布里-珀罗式带通滤光层来实现滤光的目的而未透过的光线则被反射回去重新利用，大大提高了光线的利用率，进而提高了液晶显示装置的光线利用率。且本技术方案中的彩色滤光片的带通很窄，保证了液晶显示装置显示画面的色彩分辨率和质量。进一步地，由于带通滤光层集成在阵列基板上，提升了显示装置的开口率，增加了显示装置的亮度。
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 (8)

1.一种彩色滤光阵列基板，包括横纵交叉分布的多条栅线和多条数据线，以及由所述栅线和所述数据线限定的多个像素区域，所述像素区域内形成有薄膜晶体管，其特征在于，所述像素区域内形成有带通滤光层，所述带通滤光层透射一定波长范围内的光线，而反射其他波长光线；
所述带通滤光层包括第一介质亚层、第二介质亚层和第三介质亚层；所述第二介质亚层在不同像素区域具有不同厚度；
不同像素区域的第二介质亚层均为相互独立的层结构；
所述像素区域内形成有公共电极；所述公共电极为所述带通滤光层的第三介质亚层；
所述带通滤光层位于所述薄膜晶体管的下方；
所述带通滤光层与所述薄膜晶体管之间形成有绝缘层薄膜；所述绝缘层薄膜的上表面为凹凸面；所述薄膜晶体管的栅电极位于所述绝缘层薄膜的凹面上；
所述第一介质亚层和第三介质亚层接触。
2.根据权利要求1所述的彩色滤光阵列基板，其特征在于，所述多个像素区域根据所述第二介质亚层厚度不同划分为第一像素区域、第二像素区域和第三像素区域；所述第二介质亚层在所述第一像素区域具有第一厚度，所述第一像素区域内的所述带通滤光层透射红光，反射其他波长光线；所述第二介质亚层在所述第二像素区域内具有第二厚度，所述第二像素区域内的所述带通滤光层透射绿光，反射其他波长光线；所述第二介质亚层在所述第三像素区域内具有第三厚度，所述第三像素区域内的所述带通滤光层透射蓝光，反射其他波长光线。
3.根据权利要求1或2所述的彩色滤光阵列基板，其特征在于，所述像素区域内形成有像素电极，所述像素电极与所述薄膜晶体管的漏电极连接；所述带通滤光层位于所述像素电极的下方。
4.根据权利要求1或2所述的彩色滤光阵列基板，其特征在于，所述第一介质亚层和第三介质亚层为金属材料、合金材料或金属氧化物材料；所述第二介质亚层为介电材料。
5.根据权利要求4所述的彩色滤光阵列基板，其特征在于，所述第一介质亚层和第三介质亚层的材料相同；且所述第一介质亚层和第三介质亚层的厚度相同。
6.根据权利要求5所述的彩色滤光阵列基板，其特征在于，所述第一介质亚层和第三介质亚层的厚度范围为20～100nm。
7.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的彩色滤光阵列基板。
8.一种如权利要求1～6任一项所述的彩色滤光阵列基板的制造方法，包括在一衬底基板上形成薄膜晶体管的步骤，其特征在于，还包括在所述衬底基板上形成带通滤光层的步骤；
所述形成带通滤光层的步骤包括：
在所述衬底基板上形成第一介质亚层；
在形成有所述第一介质亚层的基板上形成第二介质亚层，所述第二介质亚层在不同像素区域具有不同厚度；
在形成有所述第一介质亚层和第二介质亚层的基板上形成第三介质亚层；
其中，在所述带通滤光层的上方形成所述薄膜晶体管；
在所述带通滤光层和薄膜晶体管之间形成有绝缘层薄膜。
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