CN103605231B - 彩膜基板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液晶显示技术领域，公开了一种彩膜基板及其制备方法。该彩膜基板的黑矩阵和隔垫物由制备带通滤光层的膜层形成，大大简化了彩膜基板的制备工艺，降低了生产成本。同时，由于带通滤光层和黑矩阵同时形成，带通滤光层不再搭接在黑矩阵上，从而不会出现角断差区域，形成在黑矩阵上的隔垫物也不会由于基底不平坦而出现变形问题。

Description

彩膜基板及其制备方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别是涉及一种彩膜基板及其制备方法。

背景技术

液晶显示器的显示面板包括对盒设置的彩膜基板和阵列基板，以及填充在彩膜基板和阵列基板之间的液晶分子层。其中，彩膜基板（ColorFilter，简称CF）用于实现彩色画面的显示。

现有技术中，结合图1-图3所示，液晶显示器的彩膜基板包括衬底基板10，在衬底基板10的上底面上形成有黑矩阵（BlackMatrix，简称BM）20，以及由黑矩阵20限定的多个亚像素区域30，其中，亚像素区域30与阵列基板上的像素单元对应。亚像素区域30内设置有透射不同颜色光线的带通滤光层，通常是红色滤光层40（R）、绿色滤光层50（G）或蓝色滤光层60（B）。在滤光层之上还设置有平坦层（或保护层）90，在平坦层90上对应黑矩阵的区域内设置有隔垫物（PhotoSpacer，简称PS）70，通常为柱状，起到支撑作用，用于在彩膜基板和阵列基板之间形成一定的空间，填充液晶分子层。在衬底基板10的下底面上还可以形成一透明导电层80，起到电磁屏蔽的作用。

相应地，彩膜基板的制备流程为：经过曝光显影工艺，在衬底基板10上依次形成黑矩阵20、红色滤光层40、绿色滤光层50、蓝色滤光层60和隔垫物70，至少需要5次构图工艺才能完成彩膜基板的制备，不仅工艺繁琐，而且成本较高。同时，在黑矩阵20上形成带通滤光膜层，经过曝光显影工艺，形成带通滤光层的图案时，容易导致带通滤光层搭接在黑矩阵20上，形成角断差区域A，如图3所示，而形成在该区域A上方的隔垫物70会由于基底不平坦而出现变形。

发明内容

本发明提供一种彩膜基板及其制备方法，用以解决现有技术中彩膜基板的制备工艺繁琐，成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种彩膜基板的制备方法，包括在一衬底基板上形成黑矩阵、多个带通滤光层和多个隔垫物的步骤，所述黑矩阵限定多个亚像素区域，所述带通滤光层位于对应的亚像素区域内，透射特定颜色的光线，所述隔垫物位于黑矩阵所在的区域内，其中，

形成透射特定颜色光线的带通滤光层的步骤包括：

在衬底基板上形成透射所述特定颜色光线的带通滤光膜层；

图形化所述带通滤光膜层，形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案和对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，并在所述亚滤光层的上表面形成多个凸起结构，所述凸起结构对应隔垫物所在的区域；

透射不同颜色光线的多个亚滤光层叠层形成所述黑矩阵；透射不同颜色光线的凸起结构叠层形成所述隔垫物。

本发明还提供一种彩膜基板，包括衬底基板和形成在衬底基板上的黑矩阵和多个隔垫物，所述黑矩阵限定多个亚像素区域，所述隔垫物位于黑矩阵所在的区域内，其特征在于，还包括多个图形化的带通滤光膜层，所述带通滤光膜层透射特定颜色的光线；

透射特定颜色光线的带通滤光膜层包括：

带通滤光层，位于对应的亚像素区域内；

亚滤光层，对应黑矩阵所在区域；

凸起结构，形成在亚滤光层的上表面；

透射不同颜色光线的多个亚滤光层叠层形成所述黑矩阵；透射不同颜色光线的凸起结构叠层形成所述隔垫物。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案中，通过制备带通滤光层的工艺同时形成彩膜基板的黑矩阵和隔垫物，大大简化了彩膜基板的制备工艺，降低了生产成本。同时，由于带通滤光层和黑矩阵同时形成，带通滤光层不再搭接在黑矩阵上，从而不会出现角断差区域，形成在黑矩阵上的隔垫物也不会由于基底不平坦而出现变形问题。本技术方案中的隔垫物是由各带通滤光层的凸起结构逐渐层叠形成，每个带通滤光层都形成凸起结构，隔垫物的高度逐步增加，这样形成的隔垫物工艺上实现更容易，且形成的隔垫物的支撑效果也更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示现有技术中彩膜基板的结构示意图；

图2表示图1沿B-B方向的剖视图；

图3表示图1沿C-C方向的剖视图；

图4-图6表示本发明实施例中彩膜基板制备过程示意图；

图7表示图6沿B-B方向的剖视图；

图8表示图6沿C-C方向的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，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。

实施例一

本发明实施例中提供一种彩膜基板的制备方法，通过制备带通滤光层的工艺同时形成彩膜基板的黑矩阵和隔垫物，用于解决现有技术中液晶显示器的彩膜基板制备工艺繁琐，生产成本高的问题。

该制备方法具体包括：

在一衬底基板上形成黑矩阵、多个带通滤光层和多个隔垫物。

其中，所述黑矩阵限定多个亚像素区域，且黑矩阵所在的区域不允许光线透过，保证液晶显示器显示屏的对比度。所述隔垫物位于黑矩阵所在的区域内，起到支撑作用，用于在彩膜基板和阵列基板之间形成一定的空间，填充液晶分子层。所述带通滤光层透射特定颜色的光线，一般包括红色滤光层（R）、绿色滤光层（G）和蓝色滤光层（B），当然还可以包括黄色滤光层（Y）和白色滤光层（W）等，在此不再一一列举。

这些带通滤光层按一定规则分布，即透射特定颜色的带通滤光层位于对应的亚像素区域内，使得不同的亚像素区域具有特定的透射光线，实现彩色画面的显示。

本实施例中，形成透射特定颜色光线的带通滤光层的步骤包括：

在衬底基板上形成透射所述特定颜色光线的带通滤光膜层；

图形化所述带通滤光膜层，形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案和对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，并在所述亚滤光层的上表面形成多个凸起结构，所述凸起结构对应隔垫物所在的区域；

透射不同颜色光线的多个亚滤光层叠层形成所述黑矩阵；透射不同颜色光线的凸起结构叠层形成所述隔垫物。

上述技术方案中，通过制备带通滤光层的膜层形成彩膜基板的黑矩阵和隔垫物，省略了单独制备黑矩阵和隔垫物的工艺，节省了大量的材料成本、时间成本、设备成本和人力成本。同时，由于带通滤光层和黑矩阵同时形成，带通滤光层不再搭接在黑矩阵上，从而不会出现角断差区域，形成在黑矩阵上的隔垫物也不会由于基底不平坦而出现变形问题。

本发明技术方案的工作原理为：透射不同颜色光线的亚滤光层叠层时，该叠层区域是不允许光线透射的，从而可以形成黑矩阵。同时，透射不同颜色光线的凸起结构叠层形成隔垫物，更容易保证隔垫物具有所需的支撑高度，且叠层结构可以增加隔垫物的结构稳定性，支撑效果更好。

进一步地，每个隔垫物中，还可以设置靠近衬底基板一侧的凸起结构位于远离衬底基板一侧的凸起结构所在的区域内，增加了隔垫物与阵列基板的接触面积，从而降低了对阵列基板表面平整度的要求，在显示面板受到撞击时不易出现滑动（该滑动会摩擦阵列基板的取向膜，影响液晶分子的取向），能够承受较大的撞击力。

进一步地，每个隔垫物中，设置远离衬底基板一侧的凸起结构覆盖靠近衬底基板一侧的凸起结构，即每个隔垫物中，相邻凸起结构具有纵向交叠部分，且远离衬底基板一侧的凸起结构的顶面高于靠近衬底基板一侧的凸起结构的顶面，用于进一步增加隔垫物的结构稳定性。具体的，对于具有RGB带通滤光层的彩膜基板，首先形成2.0-2.5μm厚的红色滤光层，同时形成红色亚滤光层和红色凸起结构，红色凸起结构的横截面尺寸为30～40μm，高度（相对于红色亚滤光层顶面的高度）为0.5～1.1μm；然后形成2.0-2.5μm厚的绿色滤光层，同时形成绿色亚滤光层和绿色凸起结构，绿色凸起结构的横截面尺寸比红色凸起结构增加约10μm，高度（相对于绿色亚滤光层顶面的高度）比红色凸起结构增高0.7-1.3μm，红色凸起结构的顶部与绿色凸起结构的底部纵向交叠约0.3μm；最后形成2.0-2.5μm厚的蓝色滤光层，同时形成蓝色亚滤光层和蓝色凸起结构，蓝色凸起结构的横截面尺寸比绿色凸起结构增加约10μm，高度（相对于蓝色亚滤光层顶面的高度）比绿色凸起结构增高0.9-1.5μm，绿色凸起结构的顶部与蓝色凸起结构的底部纵向交叠约1.2μm；最终得到的隔垫物的横截面尺寸为30+10+10～40+10+10μm，高度（相对于RGB滤光层顶面的高度）为0.5+0.7+0.9=2.1～1.1+1.3+1.5=3.9μm。由此可见，通过每个带通滤光膜层中形成的凸起结构的叠层更易形成隔垫物，且各层凸起结构都有一定的支撑作用，支持效果更好，同时凸起结构的纵向交叠使得隔垫物的结构更加稳定。

需要说明的是，在此并不是限定带通滤光层的形成顺序和颜色组合，它们的顺序是可以变换的，也可以是其他颜色组合，只要将透射不同颜色光线的带通滤光层按预设的规则形成在对应的亚像素区域内即可。至于该预设的规则，现有技术中已有成熟的技术，在此不再赘述。

在形成带通滤光层、黑矩阵和隔垫物之后，还需要在衬底基板上形成平坦层，以保证彩膜基板表面的平整度。

进一步地，为了更好地保证彩膜基板表面的平整度，本实施例中设置彩膜基板包括三个带通滤光膜层，每个带通滤光膜层中亚滤光层的厚度小于带通滤光层的厚度，具体地，每个带通滤光膜层中亚滤光层的厚度为带通滤光层的厚度的1/5至1/2，优选每个带通滤光膜层中亚滤光层的厚度为带通滤光层的厚度的1/3，使得透射不同颜色的多个亚滤光层叠层形成的黑矩阵厚度与带通滤光层厚度大致相同，保证了彩膜基板表面的平整度。如：对于具有RGB带通滤光层的彩膜基板，红色亚滤光层的厚度为红色滤光层的厚度的1/3、绿色亚滤光层的厚度为绿色滤光层的厚度的1/3、蓝色亚滤光层的厚度为蓝色滤光层的厚度的1/3，则红色亚滤光层、绿色亚滤光层和蓝色亚滤光层叠层形成的黑矩阵和RGB带通滤光层的厚度大致相同。

下面以具有RGB带通滤光层的彩膜基板的制备工艺过程为例，来具体说明本发明的制备方法。

步骤100、结合图4、图7和图8所示，在衬底基板10上形成厚度为2.0～2.5μm的红色滤光膜层（图中未示出），采用灰阶掩膜版或半阶掩膜版对所述红色滤光膜层进行曝光，显影，形成位于对应亚像素区域30内的红色滤光层40、对应黑矩阵所在区域的红色亚滤光层41以及对应隔垫物所在区域的红色凸起结构42，其中，红色亚滤光层41的厚度为红色滤光层40厚度的1/3，红色凸起结构42的横截面尺寸为30～40μm，高度（相对于红色亚滤光层41顶面的高度）为0.5～1.1μm；

步骤101、结合图5、图7和图8所示，在衬底基板10形成厚度为2.0～2.5μm的绿色滤光膜层（图中未示出），对所述绿色滤光膜层进行曝光，显影，形成位于对应亚像素区域30内的绿色滤光层50、对应黑矩阵所在区域的绿色亚滤光层51以及对应隔垫物所在区域的绿色凸起结构52，其中，绿色亚滤光层51的厚度为绿色滤光层50厚度的1/3，绿色凸起结构52的横截面尺寸为40～50μm，高度（相对于绿色亚滤光层51顶面的高度）为1.2～2.4μm，红色凸起结构42的顶部与绿色凸起结构52的底部纵向交叠0.3μm；

步骤102、结合图6、图7和图8所示，在衬底基板10形成厚度为2.0～2.5μm的蓝色滤光膜层（图中未示出），对所述蓝色滤光膜层进行曝光，显影，形成位于对应亚像素区域30内的蓝色滤光层60、对应黑矩阵所在区域的蓝色亚层滤光61以及对应隔垫物所在区域的蓝色凸起结构62，其中，蓝色亚层滤光61的厚度为蓝色滤光层60厚度的1/3，蓝色凸起结构62的横截面尺寸为50～60μm，高度（相对于蓝色亚滤光层61顶面的高度）为2.1～3.9μm，绿色凸起结构52的顶部与蓝色凸起结构62的底部交叠1.5μm。

红色凸起结构42、绿色凸起结构52和蓝色凸起结构62叠层形成隔垫物70，通过上述步骤得到的隔垫物70的高度（相对于蓝色滤光层60顶面的高度）为2.1～3.9μm。

结合图7和图8所示，在衬底基板10上与带通滤光层相对的另一面还可以形成透明导电层80，如：氧化铟锡、氧化铟锌，对显示面板起到电磁屏蔽的作用。

其中，对透射特定颜色光线的带通滤光膜层进行一次构图工艺，形成位于对应亚像素区域内的带通滤光层的图案、对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案以及对应隔垫物所在区域的凸起结构图案的步骤具体包括：

采用灰阶掩膜版或半阶掩膜版对带通滤光膜层进行曝光，显影，形成具有第一厚度的带通滤光膜层、具有第二厚度的带通滤光膜层、具有第三厚度的带通滤光膜层和带通滤光膜层不保留区，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度，所述第三厚度大于所述第二厚度，所述具有第一厚度的带通滤光膜层形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案，所述具有第二厚度的带通滤光膜层形成对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，所述具有第三厚度的带通滤光膜层高出所述具有第二厚度的带通滤光膜层的部分形成对应隔垫物所在区域的凸起结构图案。

其中，带通滤光膜层不保留区对应透射其他颜色光线的带通滤光层所在的区域，如：对于具有RGB带通滤光层的彩膜基板，对红色滤光膜层进行成像显影操作，制备红色滤光层时，带通滤光膜层不保留区对应绿色滤光层和蓝色滤光层所在的区域。

实施例二

基于同一发明构思，本实施例中提供一种彩膜基板，其包括衬底基板和形成在衬底基板上的黑矩阵和多个隔垫物，所述黑矩阵限定多个亚像素区域，且黑矩阵所在的区域不允许光线透过，保证液晶显示器显示屏的对比度。所述隔垫物位于黑矩阵所在的区域内，用于在彩膜基板和阵列基板之间形成一定的空间，填充液晶分子层。

所述彩膜基板还包括多个图形化的带通滤光膜层，所述带通滤光膜层透射特定颜色的光线。

透射特定颜色光线的带通滤光膜层包括位于对应的亚像素区域内的带通滤光层、对应黑矩阵所在区域的亚滤光层以及形成在亚滤光层的上表面的凸起结构。其中，透射不同颜色光线的多个亚滤光层叠层形成所述黑矩阵，透射不同颜色光线的凸起结构叠层形成所述隔垫物。透射不同颜色光线的带通滤光层按一定规则分布，位于对应的亚像素区域内，使得不同的亚像素区域具有特定的透射光线，实现彩色画面的显示。

上述技术方案中，黑矩阵和隔垫物由制备带通滤光层的膜层形成，省略了单独制备黑矩阵和隔垫物的工艺，节省了大量的材料成本、时间成本、设备成本和人力成本。同时，由于带通滤光层和黑矩阵同时形成，带通滤光层不再搭接在黑矩阵上，从而不会出现角断差区域，形成在黑矩阵上的隔垫物也不会由于基底不平坦而出现变形问题。

其中，带通滤光层一般包括红色滤光层、绿色滤光层和蓝色滤光层。当然还可以包括黄色滤光层（Y）和白色滤光层（W）等，在此不再一一列举。

需要说明的是在此并不是对带通滤光层透射光线的颜色组合进行限定，只要能实现彩色画面的显示即可。

本实施例中，透射特定颜色光线的亚滤光层的上表面均具有多个凸起结构，所述凸起结构对应隔垫物所在的区域，透射不同颜色光线的凸起结构的叠层可以垫高隔垫物所在的区域，更易形成隔垫物结构。同时各层的凸起结构都起到一定的支撑作用，使得隔垫物的支撑效果更好。

进一步地，每个隔垫物中，还可以设置靠近衬底基板一侧的凸起结构位于远离衬底基板一侧的凸起结构所在的区域内，增加了隔垫物与阵列基板的接触面积，从而降低了对阵列基板表面平整度的要求，在显示面板受到撞击时不易出现滑动（该滑动会摩擦阵列基板的取向膜，影响液晶分子的取向），能够承受较大的撞击力。

进一步地，每个隔垫物中，设置远离衬底基板一侧的凸起结构覆盖靠近衬底基板一侧的凸起结构，即每个隔垫物中，相邻凸起结构具有纵向交叠部分，且远离衬底基板一侧的凸起结构的顶面高于靠近衬底基板一侧的凸起结构的顶面，用于进一步增加隔垫物的结构稳定性。

在形成带通滤光层、黑矩阵和隔垫物之后，还需要在衬底基板上形成平坦层，以保证彩膜基板表面的平整度。

进一步地，为了更好地保证彩膜基板表面的平整度，本实施例中设置彩膜基板包括三个带通滤光膜层，每个带通滤光膜层中亚滤光层的厚度小于带通滤光层的厚度，具体地，每个带通滤光膜层中亚滤光层的厚度为带通滤光层的厚度的1/5至1/2，优选每个带通滤光膜层中亚滤光层的厚度为带通滤光层的厚度的1/3，使得透射不同颜色的多个亚滤光层叠层形成的黑矩阵厚度与带通滤光层厚度大致相同，保证了彩膜基板表面的平整度。如：对于具有RGB带通滤光层的彩膜基板，红色亚滤光层的厚度为红色滤光层的厚度的1/3、绿色亚滤光层的厚度为绿色滤光层的厚度的1/3、蓝色亚滤光层的厚度为蓝色滤光层的厚度的1/3，则红色亚滤光层、绿色亚滤光层和蓝色亚滤光层叠层形成的黑矩阵和RGB带通滤光层的厚度大致相同。

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)

1.一种彩膜基板的制备方法，包括在一衬底基板上形成黑矩阵、多个带通滤光层和多个隔垫物的步骤，所述黑矩阵限定多个亚像素区域，所述带通滤光层位于对应的亚像素区域内，透射特定颜色的光线，所述隔垫物位于黑矩阵所在的区域内，其特征在于，

形成透射特定颜色光线的带通滤光层的步骤包括：

在衬底基板上形成透射所述特定颜色光线的带通滤光膜层，

图形化所述带通滤光膜层，形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案和对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，并在所述亚滤光层的上表面形成多个凸起结构，所述凸起结构对应隔垫物所在的区域；

透射不同颜色光线的多个亚滤光层叠层形成所述黑矩阵；透射不同颜色光线的多个凸起结构叠层形成所述隔垫物；

靠近衬底基板一侧的凸起结构位于远离衬底基板一侧的凸起结构所在的区域内，且远离衬底基板一侧的凸起结构覆盖靠近衬底基板一侧的凸起结构。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述图形化所述带通滤光膜层，形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案和对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，并在所述亚滤光层的上表面形成多个凸起结构，所述凸起结构对应隔垫物所在的区域的步骤包括：

对所述带通滤光膜层进行一次构图工艺，形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案和对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，并在所述亚滤光层的上表面形成多个凸起结构，所述凸起结构对应隔垫物所在的区域。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述对所述带通滤光膜层进行一次构图工艺，形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案和对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，并在所述亚滤光层的上表面形成多个凸起结构，所述凸起结构对应隔垫物所在的区域的步骤包括：

采用灰阶掩膜版或半灰阶掩膜版对带通滤光膜层进行曝光，显影，形成具有第一厚度的带通滤光膜层、具有第二厚度的带通滤光膜层、具有第三厚度的带通滤光膜层和带通滤光膜层不保留区，其中，所述第一厚度大于第二厚度，所述第三厚度大于所述第二厚度，所述具有第一厚度的带通滤光膜层形成位于对应亚像素区域的带通滤光层图案，所述具有第二厚度的带通滤光膜层形成对应黑矩阵所在区域的亚滤光层图案，所述具有第三厚度的带通滤光膜层高出所述具有第二厚度的带通滤光膜层的部分形成对应隔垫物所在区域的凸起结构图案，带通滤光膜层不保留区对应其他区域。

4.一种彩膜基板，包括衬底基板与形成在衬底基板上的黑矩阵和多个隔垫物，所述黑矩阵限定多个亚像素区域，所述隔垫物位于黑矩阵所在的区域内，其特征在于，还包括多个图形化的带通滤光膜层，所述带通滤光膜层透射特定颜色的光线；

透射特定颜色光线的带通滤光膜层包括：

带通滤光层，位于对应的亚像素区域内；

亚滤光层，对应黑矩阵所在区域；

凸起结构，形成在亚滤光层的上表面；

所述黑矩阵由透射不同颜色光线的多个亚滤光层叠层形成；所述隔垫物由透射不同颜色光线的凸起结构叠层形成；

每个隔垫物中，靠近衬底基板一侧的凸起结构位于远离衬底基板一侧的凸起结构所在的区域内；

每个隔垫物中，远离衬底基板一侧的凸起结构覆盖靠近衬底基板一侧的凸起结构。

5.根据权利要求4所述的彩膜基板，其特征在于，所述彩膜基板包括三个所述带通滤光膜层；

每个带通滤光膜层中，所述亚滤光层的厚度小于所述带通滤光层的厚度。

6.根据权利要求5所述的彩膜基板，其特征在于，每个带通滤光膜层中，所述亚滤光层的厚度为所述带通滤光层的厚度的1/5至1/2。

7.根据权利要求5所述的彩膜基板，其特征在于，每个带通滤光膜层中，所述亚滤光层的厚度为所述带通滤光层的厚度的1/3。

8.根据权利要求4所述的彩膜基板，其特征在于，所述隔垫物的高度为2.1-3.9μm。