CN104656306A - 设置有黑矩阵的基板及其制造方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种设置有黑矩阵的基板及其制造方法、显示装置，能够有效提高透过率，从而降低显示器功耗。本发明提供一种设置有黑矩阵的基板，黑矩阵迎向背光的一面为反射面，射向黑矩阵的背光经反射面反射后能够重新被利用。本发明提供一种基板的制造方法，包括：形成黑矩阵的工序，形成黑矩阵的工序中形成的黑矩阵迎向背光的一面为反射面，其中，反射面的作用是：使射向黑矩阵的背光经反射面反射后能够重新被利用。本发明提供一种显示装置，包括有上述任意的设置有黑矩阵的基板。本发明用于提高显示面板的透过率。

Description

设置有黑矩阵的基板及其制造方法、显示装置

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种设置有黑矩阵的基板及其制造方法、显示装置。

背景技术

彩膜基板12是薄膜晶体管-液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay,TFT-LCD)的重要元件之一，其基本结构如图1所示，包括基板1、设置在基板1上的黑矩阵3和R/G/B色阻块2。由于黑矩阵3的遮光作用，很大程度上影响了彩膜基板12的开口率，致使其透过率较低。为了使显示器达到显示亮度要求，就需要提高背光的亮度，这会导致功耗增加。

发明内容

本发明提供一种设置有黑矩阵的基板及其制造方法、显示装置，能够有效提高透过率，从而降低显示器功耗。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种设置有黑矩阵的基板，所述黑矩阵迎向背光的一面为反射面，射向所述黑矩阵的背光经所述反射面反射后能够重新被利用。

更优地，所述黑矩阵的反射面为凸面。

可选地，所述凸面的横截面为弧形。

可选地，所述凸面的横截面为梯形，或者倒V字形。

更优地，所述反射面的表面设置有增加反射的纳米结构。

可选地，所述反射面为金属材料制成。

可选地，所述黑矩阵包括：黑矩阵的主体部分，所述反射面设置在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面，所述黑矩阵的主体部分由吸光材料或金属材料制成。

本发明实施例还提供一种所述的基板的制造方法，包括：形成黑矩阵的工序，所述形成黑矩阵的工序中形成的黑矩阵迎向背光的一面为反射面，其中，所述反射面的作用是：使射向所述黑矩阵的背光经所述反射面反射后能够重新被利用。

可选地，所述形成黑矩阵的工序，包括：沉积金属材料；涂覆光刻胶，进行曝光；进行刻蚀，形成迎向背光的一面为反射面的黑矩阵。

其中，所述涂覆光刻胶，进行曝光，具体为：涂覆光刻胶，并使用灰度掩膜板进行曝光，使显影后的光刻胶能形成如下图样：所述黑矩阵预设区域的光刻胶厚度递增，呈现凸面结构，所述黑矩阵预设区域之外的光刻胶完全剥离。

所述进行刻蚀，形成迎向背光的一面为反射面的黑矩阵，包括：

S1、显影，形成如下光刻胶图样：所述黑矩阵预设区域的光刻胶厚度递增，呈现凸面结构，所述黑矩阵预设区域之外的光刻胶完全剥离。

S2、进行刻蚀，去除未被光刻胶覆盖区域的金属材料。

S3、进行灰化处理，使所述黑矩阵预设区域边缘部分的金属材料暴露。

S4、对暴露出的金属材料进行浅刻蚀。

重复步骤S3、S4直到光刻胶被完全去除，形成上表面为凸面的黑矩阵。

可选地，所述形成黑矩阵的工序，包括：形成黑矩阵的主体部分；

在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面。

可选地，所述形成黑矩阵的主体部分，包括：沉积感光性材料；使用灰度掩膜板进行曝光；显影，形成上表面为凸面的黑矩阵的主体部分。

可选地，在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面，具体为：在掩膜板的遮挡下沉积金属材料，从而在所述黑矩阵的主体部分上形成反射面。

可选地，在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面，具体为：沉积金属材料并进行构图工艺，只在所述黑矩阵表面保留所述金属材料，从而形成反射面。

更优地，在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面，之后还包括：对所述反射面进行微加工处理，在所述反射面上形成增加反光的纳米结构。

本发明实施例还提供一种显示装置，包括有上述任一项的设置有黑矩阵的基板。

本发明实施例提供的设置有黑矩阵的基板及其制造方法、显示装置，将黑矩阵迎向背光的一面设置为反射面，从而，使射向黑矩阵的背光被反射面反射后能够重新被利用，取代现有技术中射向黑矩阵的背光被黑矩阵吸收的做法，可以提高显示亮度。设置有上述黑矩阵的显示装置，有较高的透过率，进而降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有彩膜基板的截面结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的设置有黑矩阵的基板的截面结构示意图；

图3(a)为本发明实施例一提供的横截面为梯形的反射面的截面结构示意图；

图3(b)为本发明实施例一提供的横截面倒V字形的反射面的截面示意图；

图4为本发明实施例一提供的材料为金属的黑矩阵的截面示意图；

图5为本发明实施例二提供的制备材料为金属的黑矩阵的流程图

图6(a)-图6(f)为图5中各步骤实现的效果示意图；

图7为本发明实施例二提供的使用感光性材料制备黑矩阵的主体部分的方法示意图。

附图标记

1-彩膜基板，2-色阻块，3-黑矩阵，11-阵列基板，12-彩膜基板，

31-主体部分，32-反射面，33-液晶，34-显示面板，61-灰度掩膜板，

62-光刻胶，63-金属层，71-紫外光，72-感光性材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

本实施例提供一种设置有黑矩阵3的基板，黑矩阵3迎向背光的一面为反射面32，射向黑矩阵3的背光经反射面32反射后能够重新被利用。

设置有黑矩阵3的基板1的结构，如图2所示，包括基板1、设置在基板1上的R/G/B色组块2、黑矩阵3。其中，黑矩阵3包括主体部分31和设置在主体部分31上的反射面32。主体部分31和反射面32可以为同种材料制成，也可以为不同材料制成。反射面32为由反射材料比如反光率较高的金属材料形成，具体可以为银、铝等，反射面32反射率高，能将入射到其表面的背光反射至其他方向，使所述背光直接穿过色阻块2被利用或者经过多次反射或折射最终能够被重新利用。可选地，黑矩阵3可以位于阵列基板11也可以位于彩膜基板12上，本实施例所述设置有黑矩阵3的基板可以是阵列基板11也可以是彩膜基板12上，下文中以黑矩阵3位于彩膜基板12上的情况为例，说明设置有反射面32的黑矩阵3如何提高背光的利用率。

如图2所示，显示面板34包括彩膜基板12、阵列基板11以及分布在两者之间的液晶33。射向黑矩阵3的背光经过液晶33，到达黑矩阵3的反射面32，在反射面32的表面被重新反射进入液晶33中。其中，以光线A为例，这部分背光被反射后向色阻块2位置传播，直接穿出色阻块2射出显示面板34得到利用，提高了显示面板34的显示亮度；另外，以光线B为例，这部分被反射的背光，转而向阵列基板11方向传播，到达背光源的反射片(图中未示出)处会再次被反射，再次朝向彩膜基板12方向传播进入液晶33中，从而该部分背光经过多次反射或折射最终被重新利用，仍然会提高显示面板34的显示亮度。

因此，本发明实施例中的背光被反射面32反射后，会直接穿过色阻块2被利用或者经过多次反射或折射最终被重新利用，相比现有技术中背光到达黑矩阵3后即被黑矩阵3吸收的情况而言，提高了背光的利用率，从而提高了透过率。

与此同时，本实施例中的黑矩阵3能起到遮挡，防漏光防混色的作用。

优选地，当黑矩阵3的反射面32为凸面时，如图2所示，反射面32迎着背光入射方向凸起，背光射至此种结构的反射面32后，能够达到更高的背光利用率。原因如下：入射的背光为基本与基板1垂直的平行光，被反射面32反射的背光中，部分被反射向色阻块2方向(以光线A为例)，然后从色阻块2直接射出，损耗低，利用率高，而被反射向阵列基板11的背光(以光线B为例)，需穿过多个膜层(例如背光源中的导向膜，偏振片等)，再次被反射经过同样的多个膜层后，才能再次被利用，损耗相对较高，这部分光线利用率低。采用形状为凸面的反射面32(相对平面或凹面设计)，反射后向色阻块2方向传播的光线所占比例更大，从而进一步提高了背光的利用率。

如上所述，反射面32设计成凸面时，能达到更高的背光利用率。反射面32为凸面时，进一步优选地如图3所示，凸面的横截面为弧形。该形状的反射面32相比会将更多的背光反射到色阻块2区域，然后从色阻块2直接射出得到利用，从而使背光的利用率进一步提高。

反射面32的横截面的形状除弧形外，还可以为梯形或者倒V字形。如图3(a)所示，当反射面32的横截面设计成梯形时，入射到梯形不同区域的背光将被反射向不同方向，比如，光线A’入射到梯形与基板1平行的区域，被反射后向阵列基板11(参考图2)方向传播，该部分背光经过多次反射或折射最终被重新利用；光线B’入射到梯形的与基板1相倾斜的区域，被反射后向色阻块2的方向传播，然后直接射出。如图3(b)所示，当反射面32的横截面设计成倒V字形时，大部分射向黑矩阵3的背光被反射至色阻块2方向，直接得到利用。

上述的反射面32的横截面的形状，均为设计时的可选模型，具体实施时本领域的技术人员在制作反射面32时，可以通过光学模拟实验对所述反射面32的具体形状外型进行优化设计，以达到最高背光的利用率为准。

或者，本实施还可以在上述反射面32形状基础上，对上述弧形的弧度、梯形和倒V字形的各内角等参数通过模拟实验进行优化确定。其判断标准是，优化过程中，如果弧形的弧度、梯形和倒V字形的各内角等参数处于某些值时，反射面32反射的背光能达到最高的利用率，则将这些值定为反射面32制作时上述参数的预设值。

更优地，为达到更高的背光利用率，可以在反射面32的表面设置增加反射的纳米结构，进一步提高背光利用率。

从上述的实施例可以看出，反射面32设计成某些形状时，可以使背光达到较高的利用率，而在反射面32上制作增加反射的纳米结构，可以进一步提高背光利用率。本实施例对纳米结构的具体形状不做限定，以能达到增加反射的效果为准。供本领域的技术人员参考的一种设计思路如下，可以在反射面32表面制作反射光栅结构，将入射到反射面32的背光尽量多的反射到色阻块2区域，从而使该部分背光直接得到利用。

上述的黑矩阵3包括主体部分31和反射面32，主体部分31和反射面32可以采用相同材料一起制作出来，具体如图4所示，黑矩阵3整体为金属材料制成。当黑矩阵3整体为金属材料时，可以进一步提高背光的利用率，具体而言，由于其与色阻块2相接触的部分具有反光的能力，经过色阻块2传播到黑矩阵3的主体部分31上的背光，如图中的光线C，被反射回色阻块2中，直接被利用，从而进一步提高了背光的利用率。

上述的黑矩阵3的主体部分31和反射面32也可以由不同材料单独制作而成，如图2所示，黑矩阵3包括：黑矩阵3的主体部分31，由吸光材料或金属材料制成；反射面32，设置在黑矩阵3的主体部分31迎向背光的一面，由金属材料制成。该结构的黑矩阵3制备工艺较为简单(实施例二中进行详细说明)，同时能达到较高的背光利用率。

上述的任意的设置有黑矩阵3的彩膜基板12，由于其避免了因黑矩阵3吸收背光而造成的背光损失，提高了背光的利用率，使设置有本实施例所述黑矩阵的显示器只需较小的功耗，就可以达到显示亮度要求，从而满足了显示器低功耗的需求。

实施例二

本实施例提供一种基板的制造方法，包括：形成黑矩阵3的工序，所述形成黑矩阵3的工序中形成的黑矩阵3迎向背光的一面为反射面32，其中，反射面32的作用是：使射向黑矩阵3的背光经反射面32反射后能够重新被利用。

上述的基板为彩膜基板12或者阵列基板11，本实施例中以彩膜基板12为例进行说明。如图2所示，不同于现有技术中的黑矩阵3整体均由吸光材料制成，本实施例的黑矩阵3的主体部分31仍然可以由吸光材料形成，但其反射面32由反射率较高的金属材料制成。反光面32设置在黑矩阵3主体部分31迎向背光的一面，其作用是使射向黑矩阵3的背光直接穿过色阻块2被利用或者经过多次反射或折射最终被重新利用，相比之下，现有技术中的射向黑矩阵3的背光则会被黑矩阵3吸收，因而本实施例提供的制造方法，形成的基板1上设置有具有反射面32的黑矩阵3，能提高背光的利用率。

根据上述黑矩阵3的结构，本实施例提供两种制备上述黑矩阵3的思路，思路一是，使用同一种材料制备黑矩阵3，所用材料可以为金属，所形成的黑矩阵3的迎向背光的一面即为反射面32，黑矩阵3的其余部分为主体部分31；思路二是，分两步对黑矩阵进行制作，先形成黑矩阵3的主体部分31，然后在主体部分31的表面制作反射面32。

根据上述的思路一，本实施例提供一种采用金属作为制备材料进行黑矩阵3制作的方法，即上述形成黑矩阵3的工序，包括以下步骤：

步骤一、沉积金属材料。

本步骤中的金属材料是形成反射面32的材料，也是形成主体部分31的材料。所述金属材料为反射率较高的金属，例如银、铝等，成膜厚度及其工艺参数可参考现有工艺。

步骤二、涂覆光刻胶，进行曝光。

例如，本步骤在黑矩阵3预设位置保留光刻胶，其余位置光刻胶去除；为下一步骤刻蚀形成黑矩阵3做准备。所用光刻胶62材料以及其工艺参数参考现有技术。

步骤三、进行刻蚀，形成迎向背光的一面为反射面32的黑矩阵3。

本步骤完成后，保留的金属材料形成的黑矩阵3的图形，黑矩阵3迎向背光的一面如果不够光滑，还需要进一步加工使黑矩阵3迎向背光的一面形成反射面32。

下面结合具体实施方式来解释上述成黑矩阵3的工序，本具体实施方式所采用的黑矩阵3的材料为金属，形成的黑矩阵3的反射面32为凸面，下面结合图5及图6(a)-图6(f)进行详细说明。

首先进行步骤一，形成金属层63，与上述步骤一相同，不再详述。然后进行步骤二，即涂覆光刻胶62，进行曝光，具体为：

S0、涂覆光刻胶62，并使用灰度掩膜板61进行曝光，使显影后的光刻胶62能形成如下图样：黑矩阵3预设区域的光刻胶62厚度递增，呈现凸面结构，黑矩阵3预设区域之外的光刻胶62完全剥离,具体如图6(a)所示。

然后，进行步骤三，即进行刻蚀，形成迎向背光的一面为反射面32的黑矩阵3，包括：

S1、显影，形成如下光刻胶62图样：黑矩阵3预设区域的光刻胶62厚度递增，呈现凸面结构，黑矩阵3预设区域之外的光刻胶62完全剥离，具体如图6(b)所示。

S2、进行刻蚀，去除未被光刻胶62覆盖区域的金属材料。

本步骤完成后，金属材料形成黑矩阵3的图形,具体如图6(c)所示。

S3、进行灰化处理，使黑矩阵3预设区域边缘部分的金属材料暴露。

本步骤中，光刻胶62的灰化程度使黑矩阵3预设区域边缘部分的材料暴露，具体暴露尺寸以及灰化参数预先设计，或者在生产中进行优化，灰化后如图6(d)所示。

S4、对暴露出的金属材料进行浅刻蚀。

本步骤中对金属材料的刻蚀采用浅刻蚀工艺，如图6(e)所示，使暴漏出的金属材料厚度变薄但并不全部刻蚀掉。刻蚀程度参考预先设计或在实践中进行优化。

重复步骤S3、S4直到：S5、光刻胶被完全去除，形成上表面为凸面的黑矩阵3。

如图6(f)所示，本步骤完成后，金属材料的图形与预设的黑矩阵3的图形相同，其横截面呈现凸面结构，从而在基板1上形成了材料为金属且上表面为凸面的黑矩阵3。

根据上述思路二，本实施例提供一种制备反射面32和主体部分31为不同材料的黑矩阵3的方法，此方法中，形成黑矩阵3的工序包括：形成黑矩阵3的主体部分31；在黑矩阵3的主体部分迎向背光的一面上形成反射面32。

此方法形成的黑矩阵3的主体部分31和反射面32，分别在不同步骤中形成。

其中，形成黑矩阵3的主体部分31，优选地，如图7所示，包括：

步骤一、沉积感光性材料72。

本步骤中的感光性材料72经曝光后，形成光学性质及电学性质稳定的材料，从而可以作为黑矩阵3的主体部分31的材料。该材料有如下性质：本身为感光性材料，曝光后即形成吸光材料，用其制作而成的主体部分31具有吸光的能力。

步骤二、使用灰度掩膜板61进行曝光。

本步骤中用紫外光71或其他频谱光线对感光性材料72进行照射，由于采用灰度掩膜板61，从而对感光性材料72进行的是非均匀照射，照射深度不同，具体为：黑矩阵3预设区域照射深度发生自最深(感光性材料72全部曝光)到最浅(感光性材料72全部未曝光)的变化，其他区域照射至最深，即感光性材料72全部曝光。

步骤三、显影，形成上表面为凸面的黑矩阵3的主体部分31。

如图7所示，由于步骤二中照射深度不同，显影后，保留的感光性材料72形成图7所示黑矩阵3的主体部分31的形状，且主体部分31的上表面为凸面，从而使设置在其上的反射面32具有形成凸面的先天优势。此方法通过一次曝光及显影工序即可形成黑矩阵3的主体部分31的图形，无需经过现有技术中的刻蚀工序，从而简化了黑矩阵3的制作工艺。

在形成主体部分31的工序之后，此方法中的在黑矩阵3的主体部分31迎向背光的一面上形成反射面32的工序，具体的步骤可以为：

在掩膜板的遮挡下沉积金属材料，从而在黑矩阵3的主体部分31上形成反射面32。此做法工艺相对简单。

还可以为：沉积金属材料并进行构图工艺，只在黑矩阵3表面保留所述金属材料，从而形成反射面32。此做法可以较高精度地控制金属材料沉积的位置以及厚度。

根据上述两种形成黑矩阵3的方法，在黑矩阵3的主体部分31迎向背光的一面上形成反射面32，之后还包括：对反射面32进行微加工处理，在反射面32上形成增加反光的纳米结构。此工序可以进一步地提高黑矩阵3的对背光的利用率，使黑矩阵3所在的显示器具有更高的透过率。

本实施例提供制造方法，形成的基板1上设置有具有反射面的黑矩阵3，能提高背光的利用率，进而可降低功耗。

实施例三

本实施例提供一种显示装置，其包括上述任意一种的设置有黑矩阵3的基板。所述显示装置避免了现有工艺中的因黑矩阵3的吸光作用而造成的背光损失，在相同功耗下能达到更高的显示亮度，节能省电。所述显示装置可以为：液晶面板、电子纸、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。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种设置有黑矩阵的基板，其特征在于，所述黑矩阵迎向背光的一面为反射面，射向所述黑矩阵的背光经所述反射面反射后能够重新被利用。

2.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，所述黑矩阵的反射面为凸面。

3.根据权利要求2所述的基板，其特征在于，所述凸面的横截面为弧形。

4.根据权利要求2所述的基板，其特征在于，所述凸面的横截面为梯形，或者倒V字形。

5.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，所述反射面的表面设置有增加反射的纳米结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基板，其特征在于，所述反射面为金属材料制成。

7.根据权利要求6所述的基板，其特征在于，所述黑矩阵包括：黑矩阵的主体部分，所述反射面设置在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面，

所述黑矩阵的主体部分，由吸光材料或金属材料制成。

8.一种如权利要求1所述的基板的制造方法，包括：形成黑矩阵的工序，其特征在于，所述形成黑矩阵的工序中形成的黑矩阵迎向背光的一面为反射面，其中，所述反射面的作用是：使射向所述黑矩阵的背光经所述反射面反射后能够重新被利用。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述形成黑矩阵的工序，包括：沉积金属材料；

涂覆光刻胶，进行曝光；

进行刻蚀，形成迎向背光的一面为反射面的黑矩阵。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述涂覆光刻胶，进行曝光，具体为：涂覆光刻胶，并使用灰度掩膜板进行曝光，使显影后的光刻胶能形成如下图样：所述黑矩阵预设区域的光刻胶厚度递增，呈现凸面结构，所述黑矩阵预设区域之外的光刻胶完全剥离；

所述进行刻蚀，形成迎向背光的一面为反射面的黑矩阵，包括：

S1、显影，形成如下光刻胶图样：所述黑矩阵预设区域的光刻胶厚度递增，呈现凸面结构，所述黑矩阵预设区域之外的光刻胶完全剥离；

S2、进行刻蚀，去除未被光刻胶覆盖区域的金属材料；

S3、进行灰化处理，使所述黑矩阵预设区域边缘部分的金属材料暴露；

S4、对暴露出的金属材料进行浅刻蚀；

重复步骤S3、S4直到光刻胶被完全去除，形成上表面为凸面的黑矩阵。

11.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述形成黑矩阵的工序，包括：

形成黑矩阵的主体部分；

在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述形成黑矩阵的主体部分，包括：

沉积感光性材料；

使用灰度掩膜板进行曝光；

显影，形成上表面为凸面的黑矩阵的主体部分。

13.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面，具体为：

在掩膜板的遮挡下沉积金属材料，从而在所述黑矩阵的主体部分上形成反射面。

14.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面，具体为：

沉积金属材料并进行构图工艺，只在所述黑矩阵表面保留所述金属材料，从而形成反射面。

15.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，在所述黑矩阵的主体部分迎向背光的一面上形成反射面，之后还包括：

对所述反射面进行微加工处理，在所述反射面上形成增加反光的纳米结构。

16.一种显示装置，其特征在于，包括有权利要求1-7任一项所述的设置有黑矩阵的基板。