CN103941471A - 彩膜基板及其制作方法、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种彩膜基板及其制作方法、显示装置，该彩膜基板包括彩色滤光片、以及设置在所述彩色滤光片的正反面的正电极和负电极；所述彩色滤光片的红色色阻由红色的PIN结构非晶硅薄膜制成；所述PIN结构非晶硅薄膜分别与所述正电极和负电极相连。本发明可有效地进行自我充电，成功的解决了智能手机、平板电脑等移动显示装置耗电量大，待机时间短的问题。

Description

彩膜基板及其制作方法、显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种彩膜基板及其制作方法、显示装置。
背景技术
现有的液晶显示装置，特别是具有大屏幕的液晶显示装置，如智能手机屏幕、平板电脑等移动显示装置，其上的薄膜晶体管为液晶显示屏每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过薄膜晶体管直接、连续地控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以该类液晶显示屏的亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，且具有清晰逼真的影像、动感流畅的画面。但是，该类液晶显示屏均存在耗电量大、电池供电量不足的问题，使智能手机或平板电脑等移动显示装置具有待机时间短的缺陷。
为了解决以上问题，本发明做了有益改进。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是一种可实现自我充电的彩膜基板及其制作方法、显示装置，以克服显示屏耗电量大、电池供电量不足的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种彩膜基板，其包括彩色滤光片、以及设置在所述彩色滤光片的正反面的正电极和负电极；所述彩色滤光片的红色色阻由红色的PIN结构非晶硅薄膜制成；所述PIN结构非晶硅薄膜分别与所述正电极和负电极相连。
进一步地，所述PIN结构非晶硅薄膜包括P层非晶硅薄膜、I层非晶硅薄膜和N层非晶硅薄膜；所述N层非晶硅薄膜的成份为a-Si:H:P，且该N层非晶硅薄膜为红色。
进一步地，所述P层非晶硅薄膜成份为：a-Si:H:B:C。
进一步地，所述I层非晶硅薄膜成份为：a-Si:H。
进一步地，所述负电极采用金属网格电极。
进一步地，所述负电极为金属电极；所述金属电极为具有与彩色滤光片的黑矩阵相同图案的金属薄膜。
进一步地，所述金属电极的材质为铝或钼。
进一步地，所述正电极采用氧化铟锡材料制成。
本发明还提供一种彩膜基板的制作方法，其包括以下步骤：
S1、在衬底基板上形成正电极；
S2、在完成步骤S1的衬底基板上形成红色的PIN结构非晶硅薄膜作为红色色阻；
S3、在完成步骤S2的衬底基板上形成绿色色阻和蓝色色阻，再形成黑矩阵；
S4、在完成步骤S3的衬底基板上形成负电极。
进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、在完成步骤S1的衬底基板上形成P层非晶硅薄膜；
S22、在完成步骤S21的衬底基板上形成I层非晶硅薄膜；
S23、在完成步骤S22的衬底基板上形成具有红色色域的N层非晶硅薄膜，从而形成PIN结构非晶硅薄膜层；
S24、在完成步骤23的衬底基板上通过一次构图工艺在PIN结构非晶硅薄膜层上形成以PIN结构非晶硅薄膜作为红色色阻的图案。
进一步地，所述步骤S23包括以下具体步骤：
采用PECVD方法沉积a-Si:H:P薄膜层；其中，沉积气源为包括SiH4、PH3、H2和He的混合气体，且沉积工艺参数如下：沉积气源的总流量在10000～20000sccm，沉积功率为1500～3000W，沉积气体压力为250～450Pa，反应室温度为100～350℃。
进一步地，所述沉积气源中各气体所占体积比例范围如下：
SiH4气体所占体积比例为10-30％；PH3气体所占体积比例为15-40％；H2气体所占体积比例为50-70％；He气体所占体积比例为1％-10％。
进一步地，所述步骤S21包括以下具体步骤：
采用PECVD沉积工艺在完成步骤S1的衬底基板上形成a-Si:H:B:C薄膜层；其中，沉积的气源包括SiH4、CH4、B2H6和He的混合气体。
进一步地，所述步骤22包括以下具体步骤：
采用PECVD沉积工艺在完成步骤S21的衬底基板上形成a-Si:H薄膜层；其中，沉积的气源包括SiH4和H2；沉积工艺的放电功率范围为3000-6000W、反应室温度范围为200-300℃、反应腔内部压力为1000-2000mtorr。
进一步地，所述步骤S1包括以下具体步骤：
在衬底基板上形成氧化铟锡材料的透明导电层，然后通过一次构图工艺形成包括正电极的图案。
进一步地，所述步骤S4包括以下具体步骤：
在完成步骤S3的衬底基板上形成金属电极层，然后通过一次构图工艺形成包括与黑矩阵图案相同的负电极的图案。
本发明还提供一种显示装置，其包括上述的彩膜基板和用于供电的电源模块；所述正电极和负电极通过电源走线与所述电源模块连接。
进一步地，还包括充电电池，所述正电极和负电极通过充电线路与所述充电电池连接。
(三)有益效果
与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：
本发明的彩膜基板及其制作方法、显示装置，通过采用红色的PIN结构非晶硅薄膜来代替传统彩膜基板中的红色色阻，实现了非晶硅太阳能电池与彩色滤光片的良好契合，可将吸收的太阳能的有效地转换为电能，以帮助供给整个手机的电池使用；进一步，非晶硅对可见光的吸收很强,即使在阴雨天或有月光的晚上,非晶硅电池也可以产生少量的电流，得以有效地进行自我充电，成功的解决了智能手机、平板电脑等移动显示装置耗电量大，待机时间短的问题。
附图说明
图1是本发明的彩色滤光片的平面示意图；
图2是图1中A-A的截面结构示意图；
图3是本发明彩膜基板的截面结构示意图一；
图4是本发明彩膜基板的截面结构示意图二；
图5是本发明彩膜基板的截面结构示意图三；
图6是本发明彩膜基板的截面结构示意图四；
图7是本发明提供的PIN结构非晶硅薄膜的结构示意图；
图8是本发明提供的显示装置的结构示意图；
图9是本发明提供的彩膜基板的制作方法的步骤示意图。
附图中，各标号所代表的组件列表如下：
1-衬底基板；2-正电极；3-负电极；4-红色色阻；41-P层非晶硅薄膜；42-I层非晶硅薄膜；43-N层非晶硅薄膜；5-绿色色阻；6-蓝色色阻；7-黑矩阵；8-液晶面板；9-驱动芯片；10-充电电池；11-电源模块；12-印刷电路板；13-柔性电路板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1和图2所示，本实施例提供一种彩膜基板，其包括形成在衬底基板1上的彩色滤光片、以及设置在该彩色滤光片下侧表面的正电极2和设置在该彩色滤光片上侧表面的负电极3；所述彩色滤光片包括红色色阻4、绿色色阻5和蓝色色阻6。红色色阻4采用红色的PIN结构非晶硅薄膜4制成；所述PIN结构非晶硅薄膜4分别与所述正电极2和负电极3相连。本发明的PIN结构非晶硅薄膜4相当于平板式光电换能器件。
一般来说，PIN结构非晶硅薄膜(P-I-N结构就是在P型和N型半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层，组成的这种结构就是PIN结构)薄膜制成的平板式光电换能器件。当太阳光照射到平板式光电换能器件上时，平板式光电换能器件吸收光能，在PIN结构非晶硅薄膜内产生了光生电子-空穴对，在PIN结构非晶硅的内建电场作用下，光生电子和空穴对被分离，PIN结构非晶硅的两端出现异性电荷积累，即产生光生电压，若在两侧引出电极并接上负载，则负载中就有光生电流流过，从而获得功率输出(如图2所示)。非晶硅(a-Si)被认为是理想的太阳能电池制成材料，非晶硅薄膜(a-Si)具有高的光吸收系数(光电转换效率已达到13％)、制备工艺简单、易于大面积生产，且不受价格限制，具有广阔的应用前景。
具体地，如图3所示，所述PIN结构非晶硅薄膜包括P层非晶硅薄膜41、I层非晶硅薄膜42和N层非晶硅薄膜43；所述N层非晶硅薄膜43的成份为a-Si:H:P，且该N层非晶硅薄膜43具有红色色域。所述P层非晶硅薄膜41成份为：a-Si:H:B:C；所述I层非晶硅薄膜42成份为：a-Si:H。
其中，所述正电极采用氧化铟锡ITO材料制成；负电极采用铝或钼等金属材料制成，例如采用金属网格电极，从而负电极导电性能好，降低原材料成本。也可采用金属网格电极。此外，负电极也可采用金属薄膜制成，使金属薄膜具有与彩色滤光片的黑矩阵7相同图案，从而使背光正常穿过负电极。
如图8所示，本发明还提供一种显示装置，如液晶面板、手机、平板电脑、电脑屏幕、电视屏幕或电子纸等，包括如上所述的彩膜基板和用于供电的电源模块11；所述彩膜基板设置在液晶面板8上。所述正电极和负电极(图中未显示)通过电源走线与所述电源模块11连接。电源模块11用于给整个显示装置供电的，电源模块11设置在印刷电路板12上。电源模块11的导通方式主要是印刷电路板12先给柔性电路板13信号，柔性电路板13给驱动芯片9信号及电压，驱动芯片9再工作。
为了充分利用太阳能，显示装置还包括充电电池10，所述正电极2和负电极3通过充电线路与所述充电电池10连接，使平板式光电换能器件产生的多余电量给充电电池10充电。
本发明提供的彩膜基板及显示装置能够将平板式光电换能器件的发电功能融入彩膜基板中，成功地制成应用太阳能的液晶屏幕，将吸收的太阳光能有效的转换成电能，以帮助供给整个手机、平板电脑等移动显示装置的电能。PIN结构非晶硅薄膜对可见光的吸收很强,即使在阴雨天或有月光的晚上,PIN结构非晶硅薄膜也可以产生少量的电流，得以有效地自我充电、延长待机时间。此外，PIN结构非晶硅薄膜材料的成本较低，正适合于这种大规模的生产和使用。
本发明还提供一种彩膜基板的制造方法，如图9所示，包括以下步骤：
S1、如图4所示，在衬底基板1上形成正电极2。
具体可包括以下步骤：在衬底基板1上形成氧化铟锡材料的透明导电层，然后通过一次构图工艺形成包括正电极2的图案。
其中，正电极可采用采用磁控溅射的方法沉积一层氧化铟锡ITO材料透明导电层，作为正电极；接着进行掩模工艺，涂覆一层PR胶(负性光刻胶)后曝光，我们需要保留的区域PR胶不被光照，需要去除部分的PR胶被光照后变性，在下一步显影过程中被显影掉，掩模工艺后只有需保留区域的PR胶存在。接着进行采用湿法刻蚀方法，刻蚀掉没有PR胶保护区域的ITO，下一步将需保留部分的区域PR胶剥离掉，这样透明导电层上就形成了我们所需的包括正电极的图案。
S2、如图5所示，在完成步骤S1的衬底基板1上形成红色的PIN结构非晶硅薄膜作为红色色阻4。
步骤S2包括以下具体步骤：
S21、在完成步骤S1的衬底基板上形成P层非晶硅薄膜；
P层非晶硅薄膜成份为a-Si:H:B:C，制备工艺为等离子增强型化学气相沉积(PECVD)，它是一种高频(13.56MHz)辉光放电物理过程和化学反应相结合的技术，此法的优点是沉积速率快，成膜质量好，针孔少，不易龟裂。该步骤中沉积的气源包括SiH4、CH4、B2H6和He的混合气体；具体地，各气体所占体积比例范围如下：SiH4为10～20％，CH4为10～20％,B2H6为5-10％，和He为40-50％。B2H6气体用来实现材料搀杂，He气体用作稀释气体，搀入CH4来改善P层非晶硅薄膜的光学性质。通过改变沉积过程中的气体流量比，就可以获得含C质量百分比为2％-8％，具有良好的光电性质。
S22、在完成步骤S21的衬底基板上形成I层非晶硅薄膜。
I层非晶硅薄膜成份为a-Si:H,制备工艺仍为等离子增强型化学气相沉积PECVD，沉积的气源为SiH4和H2。I层非晶硅薄膜作为本征层，是光生电流的产生区，因而其成膜质量直接影响到PIN结构非晶硅薄膜作为太阳电池的性能。本步骤中，沉积工艺的放电功率范围为3000-6000W、反应室温度范围为200-300℃、反应气体压力1000-2000mtorr以及气体流量10000-20000sccm。因而在成膜过程中，在保持一定的成膜速率下采用上述的放电功率能够提高PIN结构非晶硅薄膜的光电性能。
S23、在完成步骤S22的衬底基板上形成具有红色色域的N层非晶硅薄膜，从而形成PIN结构非晶硅薄膜层；
采用PECVD方法沉积a-Si:H:P薄膜层；其中，沉积气源包括SiH4、PH3、H2和He的混合气体。其中PH3用来实现材料搀杂。a-Si:H:P薄膜的结构和光电性能同反应室温度、气源配比、反应压力、放电功率和气体流量等因素紧密相关。本实施例中，沉积工艺参数如下：沉积气源的总流量在10000～20000sccm，沉积功率为1500～3000W，沉积气体压力为250～450Pa，反应室温度为100～350℃。在上述的各参数范围内，对沉积工艺进行调节和控制，使得形成的N层非晶硅薄膜偏向红色，以满足我们对其红色色域的要求。
为了提高N层非晶硅薄膜的光电性能，沉积所述沉积气源中各气体所占体积比例范围如下：
SiH4气体所占体积比例为10-30％；PH3气体所占体积比例为15-40％；H2气体所占体积比例为50-70％；He气体所占体积比例为1％-10％。
S24、在完成步骤23的衬底基板上通过一次构图工艺在PIN结构非晶硅薄膜层上形成红色色阻的图案。
具体地，沉积完所需的PIN结构非晶硅薄膜层后，接着进行掩模工艺。涂覆PR胶后进行曝光(形成需保留的区域和待去除的区域)，显影(待去除区域的PR胶被显影掉，PIN结构非晶硅薄膜层被暴露出来，而需要保留区域的PR胶仍在)。接着采用干法刻蚀方法进行刻蚀，将暴露出的PIN结构非晶硅薄膜层刻蚀掉，并同时灰化掉需保留区域覆盖的PR胶，形成以PIN结构非晶硅薄膜作为红色色阻的图案。
S3、如图6所示，在完成步骤S2的衬底基板1上形成绿色色阻5和蓝色色阻6，如图7所示，再形成黑矩阵7。
在衬底基板上涂覆一层绿色感光树脂进行曝光，使绿色树脂层形成保留区域以及去除区域，进行显影，完全保留区域的绿色树脂被保留下来，需要去除区域被显影掉，烘烤处理，固化，形成绿色色阻。再重复相同的方法，制成蓝色色阻。
在衬底基板上形成黑矩阵，防止漏光和相邻的RGB混色，以提高显示对比度。
S4、如图2所示，在完成步骤S3的衬底基板1上形成负电极3。
负电极可作为具体地，可在完成步骤S3的衬底基板上运用磁控溅射的方法沉积一层金属电极作为负电极，可采用Al、Mo等金属材料制成，然后通过一次构图工艺形成包括与黑矩阵图案相同的负电极的图案。
本发明的彩膜基板及其制作方法、显示装置，通过采用红色的PIN结构非晶硅薄膜来代替传统彩膜基板中的红色色阻，实现了非晶硅太阳能电池与彩色滤光片的良好契合，可将吸收的太阳能的有效地转换为电能，以帮助供给整个手机的电池使用；进一步，非晶硅对可见光的吸收很强,即使在阴雨天或有月光的晚上,非晶硅电池也可以产生少量的电流，得以有效地进行自我充电，成功的解决了智能手机、平板电脑等移动显示装置耗电量大，待机时间短的问题。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (18)

1.一种彩膜基板，其特征在于，包括彩色滤光片、以及设置在所述彩色滤光片的正反面的正电极和负电极；所述彩色滤光片的红色色阻由红色的PIN结构非晶硅薄膜制成；所述PIN结构非晶硅薄膜分别与所述正电极和负电极相连。
2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述PIN结构非晶硅薄膜包括P层非晶硅薄膜、I层非晶硅薄膜和N层非晶硅薄膜；所述N层非晶硅薄膜的成份为a-Si:H:P，且该N层非晶硅薄膜为红色。
3.根据权利要求2所述的彩膜基板，其特征在于，所述P层非晶硅薄膜成份为：a-Si:H:B:C。
4.根据权利要求2所述的彩膜基板，其特征在于，所述I层非晶硅薄膜成份为：a-Si:H。
5.根据权利要求1～4任一项所述的彩膜基板，其特征在于，所述负电极采用金属网格电极。
6.根据权利要求1～4任一项所述的彩膜基板，其特征在于，所述负电极为金属电极；所述金属电极为具有与彩色滤光片的黑矩阵相同图案的金属薄膜。
7.根据权利要求6所述的彩膜基板，其特征在于，所述金属电极的材质为铝或钼。
8.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述正电极采用氧化铟锡材料制成。
9.一种彩膜基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在衬底基板上形成正电极；
S2、在完成步骤S1的衬底基板上形成红色的PIN结构非晶硅薄膜作为红色色阻；
S3、在完成步骤S2的衬底基板上形成绿色色阻和蓝色色阻，再形成黑矩阵；
S4、在完成步骤S3的衬底基板上形成负电极。
10.根据权利要求9所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、在完成步骤S1的衬底基板上形成P层非晶硅薄膜；
S22、在完成步骤S21的衬底基板上形成I层非晶硅薄膜；
S23、在完成步骤S22的衬底基板上形成具有红色色域的N层非晶硅薄膜，从而形成PIN结构非晶硅薄膜层；
S24、在完成步骤23的衬底基板上通过一次构图工艺在PIN结构非晶硅薄膜层上形成以PIN结构非晶硅薄膜作为红色色阻的图案。
11.根据权利要求10所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述步骤S23包括以下具体步骤：
采用PECVD方法沉积a-Si:H:P薄膜层；其中，沉积气源为包括SiH4、PH3、H2和He的混合气体，且沉积工艺参数如下：沉积气源的总流量在10000～20000sccm，沉积功率为1500～3000W，沉积气体压力为250～450Pa，反应室温度为100～350℃。
12.根据权利要求11所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述沉积气源中各气体所占体积比例范围如下：
SiH4气体所占体积比例为10-30％；PH3气体所占体积比例为15-40％；H2气体所占体积比例为50-70％；He气体所占体积比例为1％-10％。
13.根据权利要求10所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述步骤S21包括以下具体步骤：
采用PECVD沉积工艺在完成步骤S1的衬底基板上形成a-Si:H:B:C薄膜层；其中，沉积的气源包括SiH4、CH4、B2H6和He的混合气体。
14.根据权利要求10所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述步骤22包括以下具体步骤：
采用PECVD沉积工艺在完成步骤S21的衬底基板上形成a-Si:H薄膜层；其中，沉积的气源包括SiH4和H2；沉积工艺的放电功率范围为3000-6000W、反应室温度范围为200-300℃、反应腔内部压力为1000-2000mtorr。
15.根据权利要求9所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下具体步骤：
在衬底基板上形成氧化铟锡材料的透明导电层，然后通过一次构图工艺形成包括正电极的图案。
16.根据权利要求9所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下具体步骤：
在完成步骤S3的衬底基板上形成金属电极层，然后通过一次构图工艺形成包括与黑矩阵图案相同的负电极的图案。
17.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的彩膜基板和用于供电的电源模块；所述正电极和负电极通过电源走线与所述电源模块连接。
18.根据权利要求17所述的显示装置，其特征在于，还包括充电电池，所述正电极和负电极通过充电线路与所述充电电池连接。
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