CN105467667B - 彩膜基板及其制备方法、显示面板和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种彩膜基板及其制备方法、显示面板和显示装置。该彩膜基板包括彩膜层和黑矩阵，所述彩膜层包括依次循环排列的多个不同颜色的子彩膜层，述黑矩阵设置于相邻的所述子彩膜层之间的间隙区、且与相邻的所述子彩膜层无重叠相接，所述黑矩阵采用含有离子的材料形成，所述黑矩阵的下方设置有工艺电极层，形成所述黑矩阵的材料在电场作用下能在所述工艺电极层的上方产生沉积。该彩膜基板结构简单，其中黑矩阵上表面和子彩膜层上表面基本齐平，可以有效降低子彩膜层与黑矩阵之间的段差；相应的，该彩膜基板的制备方法中，其中的黑矩阵的制备结合采用了光刻显影技术和电沉积技术制备，简化了制备工艺。

Description

彩膜基板及其制备方法、显示面板和显示装置
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种彩膜基板及其制备方法、显示面板和显示装置。
背景技术
液晶显示装置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，已经得到了广泛的应用。液晶显示面板通常包括对合设置的彩膜基板、阵列基板以及位于二者之间的液晶层。
目前的彩膜基板中，其制备过程为：先涂覆黑矩阵(Black Matrix，简称BM)材料，通过光刻显影工艺得到包括黑矩阵的图形；然后以此黑矩阵的图形为基准，采用光刻显影工艺，陆续制备包括BGR光阻的子彩膜层；然后根据不同的显示模式，相应形成不同的层结构，最后制备隔垫物(PS)，形成完整的彩膜基板。
为了达到完好的遮光效果，如图1所示，黑矩阵2的图形与RGB光阻形成的子彩膜层3通常存在一定的重叠(Overlap)，导致黑矩阵2的图形与子彩膜层3存在高度段差，引起一系列的不良。例如，引起取向层的Rubbing Mura(摩擦水纹)不良，阻碍液晶在液晶盒内流动而引起DNU(灰态分布不均)等不良。虽然，目前也通过在彩膜层上方制备平坦层4(OC)试图消除该段差的影响，但平坦层4通常无法从根本上消除该段差。
目前的彩膜基板通常采用构图工艺来制备各层结构，工艺复杂繁琐；而且，设置平坦层并无法避免段差问题，仍会影响后续的工艺步骤和隔垫物5的制备。可见，设计一种彩膜基板的结构，从根本上减小或消除黑矩阵的图形与彩膜层之间的段差，简化工艺，有效降低成本及工艺步骤成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种彩膜基板及其制备方法、显示面板和显示装置，该彩膜基板结构简单，可以有效降低子彩膜层与黑矩阵之间的段差。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该彩膜基板，包括彩膜层和黑矩阵，所述彩膜层包括依次循环排列的多个不同颜色的子彩膜层，所述黑矩阵设置于相邻的所述子彩膜层之间的间隙区、且与相邻的所述子彩膜层无重叠相接，所述黑矩阵采用含有离子的材料形成，所述黑矩阵的下方设置有工艺电极层，形成所述黑矩阵的材料在电场作用下能在所述工艺电极层的上方产生沉积。
优选的是，所述黑矩阵的宽度和所述工艺电极层的宽度分别等于相邻的所述子彩膜层之间的间隙区的宽度，所述黑矩阵与所述工艺电极层的厚度之和等于所述子彩膜层的厚度。
优选的是，所述黑矩阵的厚度小于所述子彩膜层的厚度，所述黑矩阵的厚度范围为所述子彩膜层的厚度的3/4-5/6。
优选的是，所述黑矩阵材料包括树脂、着色剂、固化剂、助溶剂和溶剂，其中：树脂包括丙烯酸树脂或聚酯树脂，着色剂包括炭黑或灯黑，固化剂包括三聚氰胺，助溶剂包括醇类材料或醚醇类材料，溶剂包括去离子水。
优选的是，所述工艺电极层采用导电材料形成，所述导电材料包括ITO。
优选的是，所述彩膜基板还包括在所述黑矩阵和所述子彩膜层的上方设置的公共电极层或隔垫物。
一种彩膜基板的制备方法，包括形成彩膜层和黑矩阵的图形的步骤，包括步骤：
形成包括不同颜色的子彩膜层的图形；
在相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成工艺电极层；
在所述工艺电极层的上方形成包括黑矩阵的图形。
优选的是，在所述工艺电极层上方形成包括黑矩阵的图形的步骤包括：在所述工艺电极层及所述子彩膜层的上方涂覆黑矩阵材料，向所述工艺电极层通电，采用电沉积方式使得相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成所述黑矩阵的图形，所述黑矩阵与相邻的所述子彩膜层无重叠相接。
优选的是，所述黑矩阵材料包括树脂、着色剂、固化剂、助溶剂和溶剂，其中：树脂包括丙烯酸树脂或聚酯树脂，着色剂包括炭黑或灯黑，固化剂包括三聚氰胺，助溶剂包括醇类材料或醚醇类材料，溶剂包括去离子水。
优选的是，在相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成工艺电极层的步骤包括：形成包括工艺电极层的图形的光刻胶层，在所述光刻胶层的上方形成工艺电极膜层，采用剥离工艺在相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成所述工艺电极层。
优选的是，所述工艺电极层采用导电材料形成，所述导电材料包括ITO。
优选的是，所述黑矩阵的宽度和所述工艺电极层的宽度分别等于相邻的所述子彩膜层之间的宽度，所述黑矩阵与所述工艺电极层的厚度之和等于所述子彩膜层的厚度。
优选的是，所述黑矩阵的厚度小于所述子彩膜层的厚度，所述黑矩阵的厚度范围为所述子彩膜层的厚度的3/4-5/6。
优选的是，所述制备方法还包括在所述黑矩阵和所述子彩膜层的上方形成包括公共电极层的图形的步骤，或形成隔垫物的步骤。
一种显示面板，包括上述的彩膜基板。
一种显示装置，包括上述的显示面板。
本发明的有益效果是：
该彩膜基板结构简单，其中黑矩阵上表面和子彩膜层上表面基本齐平，可以有效降低子彩膜层与黑矩阵之间的段差；
相应的，该彩膜基板的制备方法中，其中的黑矩阵的制备结合采用了光刻显影技术和电沉积技术制备，简化了制备工艺。
附图说明
图1为现有技术中彩膜基板的结构示意图；
图2为本发明实施例1中彩膜基板的结构示意图；
图3为本发明实施例1中彩膜基板的制备方法流程图；
图4A-图4D为对应着图3的制备方法的彩膜基板的结构示意图；
图5为本发明实施例1中ADS显示模式的彩膜基板的结构示意图；
图中：
1－基板；2－黑矩阵；20－黑矩阵材料；3－子彩膜层；4－平坦层；5－隔垫物；6－工艺电极层；7－供电电极。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明彩膜基板及其制备方法、显示面板和显示装置作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种彩膜基板及其制备方法，该彩膜基板结构简单，黑矩阵与彩膜层之间无段差，而且制备方法的工艺简单，有效降低工艺成本。
如图2所示，该彩膜基板包括彩膜层和黑矩阵2，彩膜层包括依次循环排列的多个不同颜色的子彩膜层3，黑矩阵2设置于相邻的子彩膜层3之间且与相邻的子彩膜层3无重叠相接，黑矩阵2采用含有离子的材料形成，黑矩阵2的下方设置有工艺电极层6，形成黑矩阵2的材料在电场作用下能在工艺电极层6的上方产生沉积。
其中，黑矩阵2的宽度与工艺电极层6的宽度分别等于相邻的子彩膜层3之间的间隙区的宽度，黑矩阵2与工艺电极层6的厚度之和等于子彩膜层3的厚度。这样，可使得黑矩阵2的上表面与子彩膜层3的上表面齐平，保证各处厚度相等，无段差。
优选的是，黑矩阵2的厚度小于子彩膜层3的厚度，黑矩阵2的厚度范围为子彩膜层3的厚度的3/4-5/6，从而保证黑矩阵2的厚度，保证遮光效果。例如，子彩膜层3的厚度为1.9μm，工艺电极层6的厚度为0.5μm以下，黑矩阵2的厚度约为1.5μm。
在本实施例的彩膜基板中，形成黑矩阵2的材料含有离子。一种示例方式为，黑矩阵材料20包括树脂、着色剂、固化剂、助溶剂和溶剂，其中：树脂包括丙烯酸树脂或聚酯树脂，着色剂包括炭黑或灯黑，固化剂包括三聚氰胺，助溶剂包括醇类材料或醚醇类材料，溶剂包括去离子水。其中的丙烯酸树脂或聚酯树脂含有离子，在电场作用下能与工艺电极层6相对运动而产生电沉积反应。
同时，工艺电极层6采用导电材料形成，导电材料包括ITO，ITO在显示领域中是常用材料，选材方便。本实施例的彩膜基板中，由于工艺电极层6与黑矩阵2在正投影方向上的面积完全一一对应，因此对形成工艺电极层6的材料的透明性并不做限定，只要其能通电实现导电即可。
容易理解的是，在上述彩膜基板的基础上，可以进一步形成适应于各种显示模式的彩膜基板，例如在黑矩阵2和子彩膜层3的上方设置的公共电极层或隔垫物5(如图5所示)。
该彩膜基板与现有的彩膜基板相比，可以减小子彩膜层与黑矩阵的段差，降低该段差对后续隔垫物PS制备以及取向层摩擦(PIRubbing)等工艺的影响，降低后续工艺中Rubbing类不良及DNU不良。
相应的，本实施例还提供一种彩膜基板的制备方法，包括形成彩膜层和黑矩阵的图形的步骤，如图3所示，该制备方法包括步骤：
1)形成包括不同颜色的子彩膜层的图形。
在该步骤中，如图4A所示，可以采用现有的构图工艺，通过曝光、显影工艺在基板上制备RGB色阻，形成包括不同颜色的子彩膜层3的图形。
2)在相邻的子彩膜层3之间的间隙区形成工艺电极层。
在该步骤中，如图4B所示，在相邻的子彩膜层3之间的间隙区形成工艺电极层6包括：形成包括工艺电极层6的图形的光刻胶层，在光刻胶层的上方形成工艺电极膜层，采用剥离工艺在相邻的子彩膜层3之间的间隙区形成工艺电极层6。采用剥离工艺形成工艺电极层6，仅需对光刻胶材料进行曝光、显影工艺即可，而省去了对形成工艺电极材料的刻蚀工艺，能有效简化工艺步骤，而且保持工艺环境的洁净安全。
其中，工艺电极层6采用导电材料形成，导电材料包括ITO，ITO在显示领域中是常用材料，选材方便。优选的是，工艺电极层6的宽度与相邻的子彩膜层3之间的宽度相等。
在本步骤中，如图4C所示，采用剥离工艺形成工艺电极层是一种优选方式，当然也可以采用现有的构图工艺，通过曝光、显影、刻蚀工艺在子彩膜层3之间制备形成工艺电极层6，这里不做限定。
3)在工艺电极层的上方形成包括黑矩阵的图形。
在该步骤中，在工艺电极层6上方形成包括黑矩阵2的图形包括：在工艺电极层6及子彩膜层3的上方涂覆黑矩阵材料20，通过供电电极7向工艺电极层6通电，采用电沉积方式使得相邻的子彩膜层3之间形成黑矩阵2的图形，黑矩阵2与相邻的子彩膜层3无重叠相接。
优选的是，如图4D所示，黑矩阵2的宽度与相邻的子彩膜层3之间的间隙区的宽度相等，黑矩阵2与工艺电极层6的厚度之和等于子彩膜层3的厚度。这样，可使得黑矩阵2的上表面与子彩膜层3的上表面齐平，保证各处厚度相等，无段差。
进一步优选的是，黑矩阵2的厚度小于子彩膜层3的厚度，黑矩阵2的厚度范围为子彩膜层3的厚度的3/4-5/6，从而保证黑矩阵2的厚度，保证遮光效果。
其中，黑矩阵材料20包括树脂、着色剂、固化剂、助溶剂和溶剂，其中：树脂包括丙烯酸树脂或聚酯树脂，着色剂包括炭黑或灯黑，固化剂包括三聚氰胺，助溶剂包括醇类材料或醚醇类材料，溶剂包括去离子水。上述材料混合在一起形成混合溶液，在溶剂和助溶剂的作用下，着色剂中的颜料粒子和独立的颜料粒子、树脂中的带电离子均处于游离状态。
采用电沉积方式形成黑矩阵2的图形的原理在于，树脂中的带电离子在电场的作用下，向相应极性的电极移动，溶解的颜料粒子和独立的颜料粒子由于树脂的包裹、拖带也一起迁移，并和树脂在电极上析出形成不可溶的有色薄膜，从而在工艺电极层对应的上方形成黑矩阵的图形；同时，通过对工艺电极的通电时间和通电电压的控制，可以获得符合要求的黑矩阵的厚度。
在该步骤中，内嵌于子彩膜层3之间的黑矩阵2采用电沉积方式形成，使得形成的黑矩阵2图形的的上表面与子彩膜层3的上表面基本齐平，而不用采用现有的构图工艺形成，不仅节省了工艺，而且完全消除了子彩膜层3与黑矩阵2之间的高度段差，特别有利于后续彩膜基板结构的制备。
该步骤中，电沉积效果可对工艺参数综合调节得以控制，例如对工艺电极层6的通电电压、通电电流以及通电时间综合调节，以获得较佳的黑矩阵材料20的沉积效果为宜，这里不做限定。上述电沉积反应后的彩膜基板从混合溶液中取出后，清洗之后即可进入下一工艺。
在上述彩膜基板的制备方法的基础上，还可以进一步包括在黑矩阵2和子彩膜层3的上方形成保护层的图形的步骤，或形成包括公共电极层的图形的步骤，或形成隔垫物5的步骤。
在上述彩膜基板的基础上，可以应用到不同类型的显示面板中，保证良好的显示效果。以应用于ADS显示模式为例，如图5所示，仅需依次制备子彩膜层3、工艺电极层6、黑矩阵2和隔垫物5，即可得到最终的彩膜基板。该彩膜基板与现有的应用于ADS显示模式的彩膜基板的结构相比，可以减小子彩膜层与黑矩阵之间的牛角段差，省略制备平坦层的工艺步骤，但是能保持良好的平坦度，能有效消除黑矩阵与子彩膜层之间的段差，在简化了工艺步骤的同时，有效地降低后续制备工艺可能产生的诸如DNU不良(灰态分布不均)及Cell端Rubbing Mura(摩擦水纹)等的各种不良。
另外，对于某些TN显示模式的显示面板，现有技术中也有部分不使用平坦层的应用，但此时后续的隔垫物通常必须制备在蓝色子像素显示区中，而采用本实施例中的彩膜基板，则可以在省略平坦层的基础行，隔垫物可以保持制备在非显示区，提高像素开口率。
本实施例中的彩膜基板，其中黑矩阵上表面和子彩膜层上表面基本齐平，结构简单，可以有效降低子彩膜层与黑矩阵之间的段差；相应的，该彩膜基板的制备方法中，其中的黑矩阵的制备结合采用了光刻显影技术和电沉积技术制备，简化了制备工艺。
总之，该彩膜基板从基本结构的设计出发，有效解决了现有技术中彩膜基板存在的制造工艺复杂及膜层段差过大的问题，彻底消除了段差的产生原因，可以有效地实现彩膜基板高度平坦化，对后续的制备工艺诸如Rubbing Mura类不良及LCM DNU不良改善有着积极的意义，无论是在ADS显示模式还是TN显示模式的应用显示产品中，无论使用平坦层与否、隔垫物的设置位置上都有着良好的优势。
实施例2：
一种显示面板，包括实施例1中的彩膜基板。
在上述彩膜基板的基础上，可以与阵列基板进一步对合并在二者之间滴注液晶，从而形成液晶显示面板。
由于采用了上述的上表面具有较佳平坦度的彩膜基板，因此该显示面板具有较佳的显示效果。
实施例3：
一种显示装置，包括实施例2中的显示面板。
该显示装置可以为：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。
该显示装置具有较佳的显示效果。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种彩膜基板，包括彩膜层和黑矩阵，所述彩膜层包括依次循环排列的多个不同颜色的子彩膜层，其特征在于，所述黑矩阵设置于相邻的所述子彩膜层之间的间隙区、且与相邻的所述子彩膜层无重叠相接，所述黑矩阵采用含有离子的材料形成，所述黑矩阵的下方设置有工艺电极层，形成所述黑矩阵的材料在电场作用下能在所述工艺电极层的上方产生沉积，所述黑矩阵与所述工艺电极层的厚度之和等于所述子彩膜层的厚度，所述黑矩阵的宽度和所述工艺电极层的宽度分别等于相邻的所述子彩膜层之间的间隙区的宽度。
2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述黑矩阵的厚度小于所述子彩膜层的厚度，所述黑矩阵的厚度范围为所述子彩膜层的厚度的3/4-5/6。
3.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述黑矩阵材料包括树脂、着色剂、固化剂、助溶剂和溶剂，其中：树脂包括丙烯酸树脂或聚酯树脂，着色剂包括炭黑或灯黑，固化剂包括三聚氰胺，助溶剂包括醇类材料或醚醇类材料，溶剂包括去离子水。
4.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述工艺电极层采用导电材料形成，所述导电材料包括ITO。
5.根据权利要求1-4任一项所述的彩膜基板，其特征在于，所述彩膜基板还包括在所述黑矩阵和所述子彩膜层的上方设置的公共电极层或隔垫物。
6.一种彩膜基板的制备方法，包括形成彩膜层和黑矩阵的图形的步骤，其特征在于，包括步骤：
形成包括不同颜色的子彩膜层的图形；
在相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成工艺电极层；
在所述工艺电极层的上方形成包括黑矩阵的图形，所述黑矩阵与所述工艺电极层的厚度之和等于所述子彩膜层的厚度，所述黑矩阵的宽度和所述工艺电极层的宽度分别等于相邻的所述子彩膜层之间的间隙区的宽度；
其中，在所述工艺电极层上方形成包括黑矩阵的图形的步骤包括：在所述工艺电极层及所述子彩膜层的上方涂覆黑矩阵材料，向所述工艺电极层通电，采用电沉积方式使得相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成所述黑矩阵的图形，所述黑矩阵与相邻的所述子彩膜层无重叠相接。
7.根据权利要求6所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，所述黑矩阵材料包括树脂、着色剂、固化剂、助溶剂和溶剂，其中：树脂包括丙烯酸树脂或聚酯树脂，着色剂包括炭黑或灯黑，固化剂包括三聚氰胺，助溶剂包括醇类材料或醚醇类材料，溶剂包括去离子水。
8.根据权利要求6所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，在相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成工艺电极层的步骤包括：形成包括工艺电极层的图形的光刻胶层，在所述光刻胶层的上方形成工艺电极膜层，采用剥离工艺在相邻的所述子彩膜层之间的间隙区形成所述工艺电极层。
9.根据权利要求6所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，所述工艺电极层采用导电材料形成，所述导电材料包括ITO。
10.根据权利要求6所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，所述黑矩阵的厚度小于所述子彩膜层的厚度，所述黑矩阵的厚度范围为所述子彩膜层的厚度的3/4-5/6。
11.根据权利要求6-10任一项所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述黑矩阵和所述子彩膜层的上方形成包括公共电极层的图形的步骤，或形成隔垫物的步骤。
12.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的彩膜基板。
13.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求12所述的显示面板。
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