CN104076551A - 一种彩膜基板及其制备方法、显示面板、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种彩膜基板，所述彩膜基板包括：第一导电层，形成在衬底基板第一方向上；色阻层，至少形成在第一导电层上像素区域对应位置处，与亚像素区域对应的色阻层位置处形成暴露出第一导电层过孔；黑矩阵，形成在第一导电层上像素空隙对应位置处；第二导电层，形成在黑矩阵和色阻层表面的第二方向上，且处于过孔间的空隙处；介电层，形成在第二导电层上，其上存在与色阻层过孔对应的过孔；第三导电层，形成在介电层的第三方向上，通过过孔与第一导电层相连接。本发明增大了单位像素上的投射电容，防止触摸部分信号和像素显示部分信号产生干扰，有效地提高开口率，保证显示面板的透过率。

Description

一种彩膜基板及其制备方法、显示面板、显示装置
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其是一种彩膜基板及其制备方法，以及具有该彩膜基板的显示面板和显示装置。
背景技术
随着光电技术与半导体制造技术的发展，触摸屏成为目前最新的信息输入设备，它能简单、方便、自然地实现人机交互，是一种极富吸引力的全新多媒体交互设备。以液晶显示面板为例，其主要包括：阵列(Array)基板、彩膜(Color Filter，CF)基板，以及在阵列基板和彩膜基板之间填充的液晶层等部分。液晶显示面板在工作时，背光源发出的光经过液晶分子的调制入射到彩膜基板，通过彩膜基板的红色、绿色、蓝色色阻的滤光作用，分别显示红、绿、蓝三种光线。其中，彩膜基板是用来实现彩色显示的主要器件，其通常包括：玻璃基板、黑矩阵、彩色色阻层等部分，不同颜色的色阻分别透射对应颜色波段的光，从而最终实现显示器的彩色显示。
随着触摸屏的应用越来越广泛，其轻薄化的趋势越来越明显，一体化触控屏幕(One Glass Solution，OGS)，“In-cell”方式的触摸屏逐渐占据了高端触摸屏的市场。其中，OGS是在最外层的保护玻璃上直接形成ITO导电膜及传感器，即将最外层的保护玻璃和触摸屏结合成为一个屏，而传统的触摸屏则是顺序包括最外层的保护玻璃，中间的触摸屏和最内侧的显示屏；“In-cell”触摸屏是将触摸面板嵌入到阵列基板和彩膜基板之间。
为了进一步提高In-cell触摸屏的质量，本发明提出一种彩膜基板及其制备方法，以及具有该彩膜基板的显示面板和显示装置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提出了一种彩膜基板及其制备方法，以及具有该彩膜基板的显示面板和显示装置。
根据本发明的一方面，提出一种彩膜基板，所述彩膜基板包括衬底基板、第一导电层、黑矩阵、色阻层、第二导电层、介电层和第三导电层，其中：
所述第一导电层形成在所述衬底基板的第一方向上；
所述色阻层至少形成在所述第一导电层上像素区域对应的位置处，其中，与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成有一个或多个过孔，且每个过孔均暴露出第一导电层；
所述黑矩阵形成在所述第一导电层上像素空隙对应的位置处；
所述第二导电层形成在所述黑矩阵和色阻层表面上的第二方向上，其中，所述第二导电层形成在所述过孔之间的空隙处；
所述介电层形成在所述第二导电层上，其上也存在与色阻层的过孔相应的过孔；
所述第三导电层形成在所述介电层上的第三方向上，且通过所述色阻层和介电层上的过孔与第一导电层相连接。
其中，所述第二方向不同于所述第一方向。
其中，所述第一导电层、第二导电层和第三导电层均由透明导电材料制成，和/或所述介电层由无机介电材料制成。
其中，还包括绝缘层，所述绝缘层形成在所述第三导电层上。
其中，还包括隔垫物，所述隔垫物形成在所述绝缘层上对应所述黑矩阵的上方位置处。
根据本发明的另一方面，还提出一种显示面板，所述显示面板包括如上所述的彩膜基板。
根据本发明的另一方面，还提出一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的显示面板。
根据本发明的再一方面，还提出一种彩膜基板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
在衬底基板的第一方向上形成第一导电层，并进行图形化；
至少在所述第一导电层上像素区域对应的位置处形成色阻层，在所述第一导电层上像素空隙对应的位置处形成黑矩阵，并进行图形化，其中，与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成有一个或多个过孔，且每个过孔均暴露出第一导电层；
在得到的基板的第二方向上形成第二导电层，并进行图形化，其中，所述第二导电层形成在所述过孔之间的空隙处；
在所述第二导电层上形成介电层，并进行图形化，在介电层上形成与色阻层的过孔相应的过孔；
在所述介电层上的第三方向上形成第三导电层，并进行图形化，其中，所述第三导电层通过所述色阻层和介电层上的过孔与第一导电层相连接。
其中，所述第一导电层、第二导电层和第三导电层均由透明导电材料制成，和/或所述介电层由无机介电材料制成。
其中，所述第二方向不同于所述第一方向。
其中，还包括在所述第三导电层上形成绝缘层的步骤。
其中，还包括在所述绝缘层上对应所述黑矩阵的上方位置处形成隔垫物的步骤。
本发明在传统ADS像素的结构基础上，通过在另一方向上增加一层导电层，使得在等尺寸像素条件下增加了一个投射电容，形成了一种交叠式电容结构，这样对于单位像素而言，单位像素上的投射电容变大，将该结构应用在更高分辨率的面板上，可以提高触摸屏的触摸精度；另一方面，本发明采用有机绝缘膜的材料作为隔离，可以防止触摸部分信号和像素显示部分信号产生干扰；再一方面，色阻层上的过孔设计能够在高分辨率的前提下，有效地提高开口率，保证显示面板的透过率；同时，由于本发明使用的绝缘层和彩膜的膜层较厚，既不会影响像素上的电场，还能保证画面的正常显示；另外，本发明彩膜基板的最外层使用起到平坦化作用的绝缘层，既可隔离LC，还能够防止对于阵列基板上的电信号产生干扰。
附图说明
图1是根据本发明一实施例得到的彩膜基板的结构示意图；
图2是根据本发明另一实施例得到的彩膜基板的结构示意图；
图3是本发明彩膜基板的电容结构与传统彩膜基板电容结构的比较示意图；
图4是根据本发明一实施例的彩膜基板制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
鉴于投射电容互感型触摸屏是采用X向和Y向电极的交叉来形成电容，利用导电体接触后产生的电容变化来感测触摸信号的变化，本发明在原有的像素尺寸基础上增加了一层导电层，从而增加了一个触摸电容C2，同时减小了底电极的接触电阻，将具有上述结构的彩膜基板实现在高分辨率产品上时，可增加触摸屏的触摸灵敏度；同时，本发明还在彩膜基板的色阻层上开设过孔，以提高液晶显示面板的开口率及透过率。
根据本发明的一方面，提出一种彩膜基板，所述彩膜基板包括衬底基板1、第一导电层2、黑矩阵(Black Matrix，BM)3、色阻层4、第二导电层5、介电层6和第三导电层7，其中：
所述第一导电层2形成在所述衬底基板1的第一方向上，作为投射式电容的底电极；
可选地，所述衬底基板1的制作材料包括玻璃、硅片、石英、塑料以及硅片等材料，优选为玻璃。
其中，所述第一导电层2由透明导电材料制成，所述透明导电材料包括透明金属薄膜、透明金属氧化物薄膜、非金属氧化物薄膜以及导电性颗粒分散铁电材料等材料，薄膜的形式包括单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元素型。优选地，所述透明导电材料为金属氧化物薄膜，比如氧化铟锡(ITO)薄膜。
所述色阻层4至少形成在所述第一导电层2上像素区域对应的位置处，所述黑矩阵3形成在所述第一导电层2上像素空隙对应的位置处；
其中，所述黑矩阵3用于降低像素区域之间的漏光现象，其由高遮光材料制成，可选的，制作黑矩阵3的材料为掺有遮光材料的树脂材料。
其中，所述色阻层4可以包括RGB三色色阻，也可以包括RGBW四色色阻。
其中，与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成有一个或多个过孔，比如两个方形过孔，且每个过孔均暴露出位于底层的第一导电层2。本发明对于过孔的具体位置和具体数量以及具体的形状均不作任何限定，但需至少满足与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成的过孔的总面积不应大于亚像素区域的面积，也不应大于过孔与第三导电层交叠区域的面积；每个过孔均应位于第三导电层覆盖的范围内，而不应暴露在第三导电层覆盖的范围外；过孔的数量不宜过多，以避免影响色阻层本身应有的功能等基本条件，也就是说，任何合理的、能够实现上述过孔所应能实现的功能的有关于过孔的选择均应落入本发明的保护范围内。
所述第二导电层5形成在所述黑矩阵3和色阻层4表面上的第二方向上；
其中，所述第二导电层5与所述色阻层上的过孔不相重叠，即所述第二导电层5形成在所述过孔之间的空隙处，以使得所述第三导电层7能够通过所述色阻层上的过孔与位于底层的第一导电层2相连接。
其中，所述第二方向不同于所述第一方向，在本发明一实施例中，这两个方向相互垂直。
其中，所述第二导电层5由透明导电材料制成，所述透明导电材料包括透明金属薄膜、透明金属氧化物薄膜、非金属氧化物薄膜以及导电性颗粒分散铁电材料等材料，薄膜的形式包括单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元素型。优选地，所述透明导电材料为金属氧化物薄膜，比如氧化铟锡(ITO)薄膜。
所述介电层6(图中未示出)形成在所述第二导电层5上，且所述介电层6上也存在与所述色阻层的过孔数量、位置均相应的过孔；
在本发明一实施例中，所述介电层6由无机介电材料制成，优选为SiNx无机绝缘材料。
所述第三导电层7形成在所述介电层6上的第三方向上，这样，所述第三导电层7就可以通过所述色阻层4以及介电层6上位置对应的过孔与位于底层的第一导电层2相连接。
在本发明一实施例中，所述第三方向与所述第一方向大致一致，如图1所示，在本发明另一实施例中，所述第三方向与所述第二方向大致一致，如图2所示。本发明对于第三导电层7形成的第三方向不作特别限制，只要能够使得第三导电层7覆盖住色阻层4以及介电层6上位置对应的过孔区域即可。
其中，所述第三导电层7由透明导电材料制成，所述透明导电材料包括透明金属薄膜、透明金属氧化物薄膜、非金属氧化物薄膜以及导电性颗粒分散铁电材料等材料，薄膜的形式包括单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元素型。优选地，所述透明导电材料为金属氧化物薄膜，比如氧化铟锡(ITO)薄膜。
在本发明一实施例中，所述彩膜基板还包括绝缘层(图中未示出)，所述绝缘层形成在所述第三导电层7上，以防止触摸部分信号和像素显示部分信号之间产生干扰。
其中，所述绝缘层由绝缘材料制成，优选为有机绝缘薄膜。
所述绝缘层的存在使得显示部分和触摸部分产生空间上的层差，从而减小了信号之间的相互干扰。
在本发明一实施例中，所述彩膜基板还包括隔垫物(PS，图中未示出)，所述隔垫物形成在所述绝缘层上对应所述黑矩阵的上方位置处。
其中，所述隔垫物起支撑、保证显示面板的厚度的作用，其由具有高弹性恢复率和高外压形变承受能力的材料制成，这样就可以使得制作的基板在对盒过程中更为稳固、最终制得的显示面板抗压、抗形变能力更强。
根据上述技术方案形成的触摸屏结构的主要特点是，作为投射式电容底电极的第一导电层形成在所述彩膜基板的第一层，形成色阻层之后还形成有第二导电层，之后还形成有第三导电层，第三导电层通过色阻层上的过孔与第一导电层连接。这样在一方面，在传统ADS像素的结构基础上，通过在另一方向上增加一层导电层，使得在等尺寸像素条件下相对于图3a所示的传统触摸屏的电容结构增加了一个投射电容，形成了一种交叠式电容结构，即位于中间的第二导电层，分别与其上下导电层形成并联电容C1和C2，其中的电解质分别为色阻层和介电层，具体地，由于第三导电层与第一导电层通过色阻层上的过孔连接，故第三导电层的实际点位与第一导电层的点位相同，则第三导电层与第二导电层的交叠位置处形成一交叠电容，其可同时作为触摸屏的投射电容，如图3b所示，这样对于单位像素而言，单位像素上的投射电容变大，将该结构应用在更高分辨率的面板上，可以提高触摸屏的触摸精度；另一方面，本发明的上述技术方案采用有机绝缘膜的材料作为隔离，可以防止触摸部分信号和像素显示部分信号产生干扰；再一方面，色阻层上的过孔设计能够在高分辨率的前提下，有效地提高开口率，保证显示面板的透过率；同时，由于本发明上述技术方案中使用的绝缘层和彩膜的膜层较厚，既不会影响像素上的电场，还能保证画面的正常显示；另外，本发明彩膜基板的最外层使用起到平坦化作用的绝缘层，既可隔离LC，还能够防止对于阵列基板上的电信号产生干扰。
根据本发明的另一方面，还提出一种显示面板，所述显示面板包括如上所述的彩膜基板。
根据本发明的另一方面，还提出一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的显示面板。
根据本发明的再一方面，还提出一种彩膜基板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1，在衬底基板1的第一方向上形成第一导电层2，并进行图形化，作为投射式电容的底电极；
可选地，所述衬底基板1的制作材料包括玻璃、硅片、石英、塑料以及硅片等材料，优选为玻璃。
其中，所述第一导电层2由透明导电材料制成，所述透明导电材料包括透明金属薄膜、透明金属氧化物薄膜、非金属氧化物薄膜以及导电性颗粒分散铁电材料等材料，薄膜的形式包括单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元素型。优选地，所述透明导电材料为金属氧化物薄膜，比如氧化铟锡(ITO)薄膜。
步骤2，至少在所述第一导电层2上像素区域对应的位置处形成色阻层4，在所述第一导电层2上像素空隙对应的位置处形成黑矩阵3，并进行图形化；
其中，所述黑矩阵3用于降低像素区域之间的漏光现象，其由高遮光材料制成，可选的，制作黑矩阵3的材料为掺有遮光材料的树脂材料。
其中，所述色阻层4可以包括RGB三色色阻，也可以包括RGBW四色色阻。
其中，利用刻蚀等构图工艺对所述色阻层4进行图形化，以在所述第一导电层2上像素区域对应的位置处形成色阻层4。
在对所述色阻层4进行图形化的过程中，与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成有一个或多个过孔，比如两个方形过孔，且每个过孔内的色阻层被完全刻蚀掉，暴露出位于底层的第一导电层2。本发明对于过孔的具体位置和具体数量以及具体的形状均不作任何限定，但需至少满足与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成的过孔的总面积不应大于亚像素区域的面积，也不应大于过孔与第三导电层交叠区域的面积；每个过孔均应位于第三导电层覆盖的范围内，而不应暴露在第三导电层覆盖的范围外；过孔的数量不宜过多，以避免影响色阻层本身应有的功能等基本条件，也就是说，任何合理的、能够实现上述过孔所应能实现的功能的有关于过孔的选择均应落入本发明的保护范围内。
步骤3，在得到的基板的第二方向上形成第二导电层5，并进行图形化，作为投射式电容的顶电极；
其中，利用刻蚀等构图工艺对所述第二导电层5进行图形化。
其中，所述第二导电层5与所述色阻层上的过孔不相重叠，即所述第二导电层5形成在所述过孔之间的空隙处，以使得所述第三导电层7能够通过所述色阻层上的过孔与位于底层的第一导电层2相连接。
其中，所述第二方向不同于所述第一方向，在本发明一实施例中，所述第二方向垂直于所述第一方向。
其中，所述第二电极层5由透明导电材料制成，所述透明导电材料包括透明金属薄膜、透明金属氧化物薄膜、非金属氧化物薄膜以及导电性颗粒分散铁电材料等材料，薄膜的形式包括单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元素型。优选地，所述透明导电材料为金属氧化物薄膜，比如氧化铟锡(ITO)薄膜。
步骤4，在所述第二导电层5上形成介电层6，并进行图形化；
其中，利用刻蚀等构图工艺对所述介电层6进行图形化。
在所述介电层6图形化的过程中，将所述过孔对应位置处的介电层6部分也刻蚀掉，露出位于底层的第一导电层2。
在本发明一实施例中，所述介电层6由无机介电材料制成，优选为SiNx无机绝缘材料。
步骤5，在所述介电层6上的第三方向上形成第三导电层7，并进行图形化，这样，所述第三导电层7就可以通过所述色阻层4以及介电层6上位置对应的过孔与位于底层的第一导电层2相连接；
其中，利用刻蚀等构图工艺对所述第三导电层7进行图形化。
在本发明一实施例中，所述第三方向与所述第一方向大致一致，如图1所示，在本发明另一实施例中，所述第三方向与所述第二方向大致一致，如图2所示。本发明对于第三导电层7形成的第三方向不作特别限制，只要能够使得第三导电层7覆盖住色阻层4以及介电层6上位置对应的过孔区域即可。
其中，所述第三导电层7由透明导电材料制成，所述透明导电材料包括透明金属薄膜、透明金属氧化物薄膜、非金属氧化物薄膜以及导电性颗粒分散铁电材料等材料，薄膜的形式包括单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元素型。优选地，所述透明导电材料为金属氧化物薄膜，比如氧化铟锡(ITO)薄膜。
步骤6，在所述第三导电层7上形成绝缘层，以防止触摸部分信号和像素显示部分信号之间产生干扰；
其中，所述绝缘层由绝缘材料制成，优选为有机绝缘薄膜。
所述绝缘层的存在使得显示部分和触摸部分产生空间上的层差，从而减小了信号之间的相互干扰。
步骤7，在所述绝缘层上对应所述黑矩阵的上方位置处形成隔垫物(PS)，最终形成彩膜基板。
其中，所述隔垫物起支撑、保证显示面板的厚度的作用，其由具有高弹性恢复率和高外压形变承受能力的材料制成，这样就可以使得制作的基板在对盒过程中更为稳固、最终制得的显示面板抗压、抗形变能力更强。
根据上述技术方案制得的触摸屏的主要特点是，作为投射式电容底电极的第一导电层形成在所述彩膜基板的第一层，形成色阻层之后还形成有第二导电层，之后还形成有第三导电层，第三导电层通过色阻层上的过孔与第一导电层连接。这样在一方面，在传统ADS像素的结构基础上，通过在另一方向上增加一层导电层，使得在等尺寸像素条件下相对于图3a所示的传统触摸屏的电容结构增加了一个投射电容，形成了一种交叠式电容结构，即位于中间的第二导电层，分别与其上下导电层形成并联电容C1和C2，其中的电解质分别为色阻层和介电层，具体地，由于第三导电层与第一导电层通过色阻层上的过孔连接，故第三导电层的实际点位与第一导电层的点位相同，则第三导电层与第二导电层的交叠位置处形成一交叠电容，其可同时作为触摸屏的投射电容，如图3b所示，这样对于单位像素而言，单位像素上的投射电容变大，将该结构应用在更高分辨率的面板上，可以提高触摸屏的触摸精度；另一方面，本发明的上述技术方案采用有机绝缘膜的材料作为隔离，可以防止触摸部分信号和像素显示部分信号产生干扰；再一方面，色阻层上的过孔设计能够在高分辨率的前提下，有效地提高开口率，保证显示面板的透过率；同时，由于本发明上述技术方案中使用的绝缘层和彩膜的膜层较厚，既不会影响像素上的电场，还能保证画面的正常显示；另外，本发明彩膜基板的最外层使用起到平坦化作用的绝缘层，既可隔离LC，还能够防止对于阵列基板上的电信号产生干扰。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种彩膜基板，其特征在于，所述彩膜基板包括衬底基板、第一导电层、黑矩阵、色阻层、第二导电层、介电层和第三导电层，其中：
所述第一导电层形成在所述衬底基板的第一方向上；
所述色阻层至少形成在所述第一导电层上像素区域对应的位置处，其中，与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成有一个或多个过孔，且每个过孔均暴露出第一导电层；
所述黑矩阵形成在所述第一导电层上像素空隙对应的位置处；
所述第二导电层形成在所述黑矩阵和色阻层表面上的第二方向上，其中，所述第二导电层形成在所述过孔之间的空隙处；
所述介电层形成在所述第二导电层上，其上也存在与色阻层的过孔相应的过孔；
所述第三导电层形成在所述介电层上的第三方向上，且通过所述色阻层和介电层上的过孔与第一导电层相连接。
2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述第二方向不同于所述第一方向。
3.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述第一导电层、第二导电层和第三导电层均由透明导电材料制成，和/或所述介电层由无机介电材料制成。
4.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层形成在所述第三导电层上。
5.根据权利要求4所述的彩膜基板，其特征在于，还包括隔垫物，所述隔垫物形成在所述绝缘层上对应所述黑矩阵的上方位置处。
6.一种显示面板，其特征在于，所述显示面板包括如权利要求1-5任一项所述的彩膜基板。
7.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括如权利要求6所述的显示面板。
8.一种彩膜基板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
在衬底基板的第一方向上形成第一导电层，并进行图形化；
至少在所述第一导电层上像素区域对应的位置处形成色阻层，在所述第一导电层上像素空隙对应的位置处形成黑矩阵，并进行图形化，其中，与每个亚像素区域相对应的色阻层位置处形成有一个或多个过孔，且每个过孔均暴露出第一导电层；
在得到的基板的第二方向上形成第二导电层，并进行图形化，其中，所述第二导电层形成在所述过孔之间的空隙处；
在所述第二导电层上形成介电层，并进行图形化，在介电层上形成与色阻层的过孔相应的过孔；
在所述介电层上的第三方向上形成第三导电层，并进行图形化，其中，所述第三导电层通过所述色阻层和介电层上的过孔与第一导电层相连接。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一导电层、第二导电层和第三导电层均由透明导电材料制成，和/或所述介电层由无机介电材料制成。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第二方向不同于所述第一方向。
11.根据权利要求8-10任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括在所述第三导电层上形成绝缘层的步骤。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，还包括在所述绝缘层上对应所述黑矩阵的上方位置处形成隔垫物的步骤。
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