CN111584581B - 一种彩膜基板及其制备方法、显示装置 - Google Patents

一种彩膜基板及其制备方法、显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种彩膜基板及其制备方法、显示装置，所述彩膜基板包括衬底基板；平坦层，设于所述衬底基板上；黑矩阵层，设于所述平坦层上，具有多个间隔排列的黑矩阵单元，相邻的两个黑矩阵单元与所述平坦层的表面形成一凹槽，所述凹槽具有微结构；以及彩膜层，填充于所述凹槽。本申请通过刻蚀气体为CF4+O2等离子体或者O2等离子体对凹槽(即黑矩阵层的侧壁和平坦层的表面)进行蚀刻处理，使所述黑矩阵单元的侧壁具有微结构，以改变凹槽与光阻材料接触界面的亲疏水性。

Description

一种彩膜基板及其制备方法、显示装置
技术领域
本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种彩膜基板及其制备方法、显示装置。
背景技术
在显示面板中加入偏光片(polarizer，POL)能够有效地降低强光下显示面板的反射率，但是也存在以下缺陷。一方面，偏光片损失了接近58％的出光，尤其对于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示面板来说，极大地增加了其寿命负担；另一方面，由于偏光片厚度较大、材质脆，不利于动态弯折产品的开发，为了开发基于OLED显示技术的动态弯折产品，必须导入新材料、新技术以及新工艺替代偏光片，从而降低显示面板(Panel)整体的厚度，并提升Panel的弯折能力。
使用彩膜层(color filter)替代偏光片的技术被归属为无偏光片(POL-less)技术，POL-less技术以增加整体Panel的透光度并且对于外界光源的反射率也有较好的控制。
POL-less技术中应用传统的CF光刻工艺，工艺过程中需要显影等工序，不仅对于胶材的使用率较低，而且湿法制程的存在对于Panel本身的可信赖特性(Reliable，RA)生较大影响，甚至RA失效的风险。
目前，喷墨打印法制备彩膜基板的主要制程如下：首先在基底上采用颜料分散法涂布黑矩阵光阻材料，然后用光刻工艺将黑矩阵光阻材料制成相应的图形，形成黑矩阵；用喷墨打印的方法在黑矩阵之间的空隙处喷涂红、绿、蓝三色光阻材料，形成红、绿、蓝光阻。
然而，采用喷墨打印方式(Ink-Jet Printing，IJP)形成彩膜层(Color Filter，CF)，然而在传统的打印过程中出现光阻材料无法附着在特定位置，从而产生打印失效。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种彩膜基板及其制备方法、显示装置，以解决现有的彩膜层的制备过程中，会出现光阻材料不能打印到特定位置导致打印失效的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种彩膜基板，包括衬底基板；平坦层，设于所述衬底基板上；黑矩阵层，设于所述平坦层上，具有多个间隔排列的黑矩阵单元，相邻的两个黑矩阵单元与所述平坦层的表面形成一凹槽，所述黑矩阵单元的侧壁具有微结构；以及彩膜层，填充于所述凹槽，所述彩膜层在所述黑矩阵单元中的微结构中形成接触角。
进一步地，所述接触角的角度为20-35°。
进一步地，所述凹槽具有一斜面，所述斜面与所述平坦层的表面形成一坡度角。
进一步地，所述坡度角小于50°。
为实现上述目的，本发明还提供一种彩膜基板的制备方法，包括如下步骤：
提供一衬底基板；
形成一平坦层于所述衬底基板的上表面；
形成一黑矩阵层于所述平坦层上，并对所述黑矩阵层图案化处理，使得所述黑矩阵层具有多个间隔排列的黑矩阵单元，相邻的两个黑矩阵单元与所述平坦层的表面形成一凹槽；
通过刻蚀气体对所述凹槽的内壁进行刻蚀处理，使得所述黑矩阵单元的侧壁具有微结构；以及
形成一彩膜层于所述凹槽内，所述彩膜层在所述黑矩阵单元中的微结构中形成接触角。
进一步地，所述形成一黑矩阵层于所述平坦层上的步骤中，对所述黑矩阵层进行图案化处理，所述凹槽具有一斜面，所述斜面与所述平坦层的表面形成一坡度角。
进一步地，所述坡度角小于50°。
进一步地，所述刻蚀气体为CF4+O2等离子体或者O2等离子体。
进一步地，所述形成一彩膜层于所述凹槽内的步骤中，采用喷墨打印的方式在所述凹槽内打印光阻材料形成所述彩膜层；其中，所述彩膜层在所述黑矩阵单元中的微结构中形成接触角，所述接触角的角度为20-35°。
为实现上述目的，本发明还提供一种显示装置，包括前文所述的彩膜基板。
本发明的技术效果在于，提供一种彩膜基板及其制备方法、显示装置，一方面，通过刻蚀气体为CF4+O2等离子体或者O2等离子体对凹槽(即黑矩阵层的侧壁和平坦层的表面)进行蚀刻处理，使所述黑矩阵单元的侧壁具有微结构，以改变凹槽与光阻材料接触界面的亲疏水性；另一方面，通过控制所述凹槽的斜面与所述平坦层的表面形成的坡度角小于50°，便于光阻材料流动到所述凹槽的边角处，从而可以避免打印过程中凹槽的边角位置光阻材料缺失的风险，进而使得打印高PPI(Pixels Per Inch，PPI)结构成为可能。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例所述彩膜基板的结构示意图。
图2为本申请所述凹槽形成的结构示意图。
图3为本申请实施例所述彩膜基板的制备方法的流程图。
图4为现有技术所述彩膜层在所述平坦层上表面形成第一CF接触角β1。
图5为现有技术所述彩膜层在所述黑矩阵层的侧壁形成第二CF接触角β2。
图6为现有技术所述彩膜层在所述平坦层上表面形成第一接触角β3。
图7为现有技术所述彩膜层在所述黑矩阵单元的侧壁形成第二接触角β4。
图8为本申请实施例所述显示装置的结构示意图。
附图部件标识如下：
100彩膜基板；
101衬底基板；102平坦层；
103黑矩阵层；104凹槽；
105彩膜层；
1031黑矩阵单元；1041斜面；
1000显示装置；
200阵列基板；300背光模组。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1-2所示，本实施例提供一种彩膜基板100包括衬底基板101、平坦层102、黑矩阵层103以及彩膜层104。
平坦层102设于衬底基板101上。在衬底基板101沉积无机材料形成平坦层102。所述无机材料保护但不限于氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)。
黑矩阵层103设于平坦层102上，具有多个间隔排列的黑矩阵单元1031，相邻的两个黑矩阵单元1031与平坦层102的表面形成一凹槽104。凹槽104具有一斜面1041，该斜面1041与平坦层102的表面形成一坡度角α，所述坡度角α小于50°。进一步地，凹槽104具有微结构，该微结构形成于凹槽104的斜面1041，该微结构可以改变凹槽104与彩膜层105的光阻材料接触界面的亲疏水性。
彩膜层105填充于凹槽104内。在凹槽104进行喷墨打印光阻材料形成彩膜层105，彩膜层105包括红色色组、绿色色组以及蓝色色组。
本实施例中，所述凹槽的斜面1041与平坦层102的表面形成一坡度角α，所述坡度角α小于50°，优选为20°、25°、30°、35°、40°、45°，便于光阻材料流动到所述凹槽的边角处，从而可以避免打印过程中凹槽的边角位置光阻材料缺失的风险，进而使得打印高PPI(Pixels Per Inch，PPI)结构成为可能。
本实施例中，由于彩膜层102在平坦层102(即凹槽104的底壁)形成第一接触角，所述第一接触角的范围在25°左右。然而，通过刻蚀气体为CF4+O2等离子体或者O2等离子体对凹槽104(即所述黑矩阵单元的侧壁和所述平坦层的表面)进行蚀刻处理，使得黑矩阵单元1031的侧壁具有微结构，彩膜层102在黑矩阵单元1031中的微结构中形成第二接触角。所述第二接触角的角度为20-35°，使得彩膜层105在黑矩阵单元1031的侧壁(即凹槽的斜面1041)上的接触角与彩膜层105在平坦层102上(即凹槽104的底壁)的接触角基本一致，使得在形成彩膜层的光阻材料将凹槽104各个位置填满，提供光阻材料的附着性，从而改变与彩膜层接触界面的亲疏水性。
如图3所示，本实施例还提供一种彩膜基板的制备方法，包括如下步骤S1)-S5)。
S1)提供一衬底基板。
S2)形成一平坦层于所述衬底基板的上表面。在所述衬底基板沉积无机材料形成所述平坦层，所述无机材料包括但不限于氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)。
S3)形成一黑矩阵层于所述平坦层上，并对所述黑矩阵层图案化处理，使得所述黑矩阵层具有多个间隔排列的黑矩阵单元，相邻的两个黑矩阵单元与所述平坦层的表面形成一凹槽。
具体的，如图2所示，平坦层102设于所述衬底基板101上，黑矩阵层103设于平坦层102上，具有多个间隔排列的黑矩阵单元1031，相邻的两个黑矩阵单元1031与平坦层102的表面形成一凹槽104。对凹槽104进行图案化处理，使其具有一斜面1041，该斜面1041与平坦层102的表面形成一坡度角α，且该坡度角α小于50°。
S4)通过刻蚀气体对所述凹槽的内壁进行刻蚀处理，使得所述凹槽具有微结构。所述刻蚀气体为CF4+O2等离子体(Plasma)或者O2等离子体(Plasma)。所述坡度角α小于50°。具体的，通过刻蚀气体对所述凹槽的内侧壁和底壁进行蚀刻处理，从而使得所述凹槽具有微结构，该微结构形成于所述凹槽的斜面。
S5)形成一彩膜层于所述凹槽内。采用喷墨打印的方式在所述凹槽内打印光阻材料形成所述彩膜层。由于所述凹槽的斜面具有微结构，所以光阻材料可以选择性附着在所述凹槽的斜面上，从而改变所述凹槽与所述彩膜层的光阻材料接触界面的亲疏水性。
现有技术中，未采用刻蚀气体CF4+O2 Plasma或者O2 Plasma对所述凹槽的内壁进行刻蚀处理，所述彩膜层在所述平坦层(即凹槽的底壁)上表面形成一第一彩膜(CF)接触角β1，所述第一CF接触角β1在25°左右，如图4所示；所述彩膜层在所述黑矩阵层的侧壁形成第二CF接触角β2，该第二CF接触角β2小于10°，表现为强亲水性，如图5所示。可见，在同一凹槽中，所述凹槽侧壁的CF接触角与其底壁的CF接触角差值比较大，且所述彩膜层的光阻材料在所述黑矩阵层表面的亲和性大于所述彩膜层的光阻材料在所述平坦层亲和性。因此，在喷墨打印的过程中，光阻材料无法附着在所述平坦层表面上从而使得打印失效。
本实施例中，采用刻蚀气体CF4+O2 Plasma或者O2 Plasma对所述凹槽的内壁进行刻蚀处理，可以改变所述彩膜层与所述凹槽侧壁的接触的亲疏水性，使得所述彩膜层的光阻材料在所述黑矩阵层表面的亲和性与所述彩膜层的光阻材料在所述平坦层亲和性相同，从而使得所述彩膜层可以选择性附着在所述凹槽内壁的各个位置。
本实施例中，对所述凹槽的内壁进行蚀刻处理后，所述彩膜层在所述平坦层(即凹槽的底壁)上表面形成第一接触角β3，所述第一接触角β3的范围在25°左右，如图6所示。由此可见，所述平坦层无论是在刻蚀之前，还是刻蚀之后，所述彩膜层在所述平坦层形成的第一接触角β3基本不变。然而，所述黑矩阵层在刻蚀之后，所述彩膜层在所述黑矩阵层的侧壁形成第二接触角β4，所述第二接触角β4的角度为20-35°，如图7所示。因此，在刻蚀之后，第二接触角β4的角度发生了变化，第二接触角β4与CF第一接触角β3的角度基本相同，在同一凹槽中，在同一凹槽中，所述凹槽侧壁的接触角与其底壁的接触角差值较小，可以改变所述彩膜层与所述凹槽侧壁的接触的亲疏水性，使得所述彩膜层的光阻材料在所述黑矩阵层表面的亲和性与所述彩膜层的光阻材料在所述平坦层亲和性相同，从而使得所述彩膜层可以选择性附着在所述凹槽内壁的各个位置。
如下表所示，表(1)为所述平坦层、所述黑矩阵层在刻蚀气体为CF4+O2Plasma的刻蚀时长表，其中，sccm为气体质量流量单位；mTorr为压力(pressure)真空度单位；w为功率(power)单位；s为时间(time)单位。表(2)为所述彩膜层在所述平坦层、所述黑矩阵层的接触角测试表。
Figure BDA0002493213990000061
Figure BDA0002493213990000071
表(1)
Figure BDA0002493213990000072
表(2)
表(1)和表(2)显示出不同表面处理方式对于黑矩阵层表面的微结构的影响及其对于最终CF接触角的变化。其中在未处理所述黑矩阵层时，所述黑矩阵层的表面呈现连续但表面有较小起伏的微结构，当经过CF4+O2Plasma或O2Plasma处理后表面形貌发生较大变化，通过表面和截面形貌观察发现一定尺度的表面起伏和表面团簇对于所述黑矩阵层与所述彩膜层的接触角的提高有一定帮助，当团簇聚集度增大或者表面起伏过大会降低所述黑矩阵层(Black Matrix，BM)与所述彩膜层之间的接触角，导致打印性能降低。
通过表(1)和表(2)，可以看出，通过刻蚀气体为CF4+O2等离子体或者O2等离子体对凹槽(即黑矩阵层的侧壁和平坦层的表面)进行蚀刻处理，使所述凹槽的侧壁具有微结构，以改变凹槽与光阻材料接触界面的亲疏水性；另一方面，通过控制所述凹槽的斜面与所述平坦层的表面形成的坡度角小于50°，便于光阻材料流动到所述凹槽的边角处，从而可以避免打印过程中凹槽的边角位置光阻材料缺失的风险，进而使得打印高PPI(Pixels PerInch，PPI)结构成为可能。
如图8所示，本实施例还提供一种显示装置1000，包括阵列基板200、前文所述的彩膜基板100以及背光模组300。阵列基板200与彩膜基板100相对设置，背光模组300设于阵列基板200的下方。显示装置1000可以是中小尺寸的手机、平板电脑、数码相机，或其他特殊功能的显示器件，如电子书等。
本发明的技术效果在于，提供一种彩膜基板及其制备方法、显示装置，一方面，通过刻蚀气体为CF4+O2等离子体或者O2等离子体对凹槽(即黑矩阵层的侧壁和平坦层的表面)进行蚀刻处理，使所述黑矩阵单元的侧壁具有微结构，以改变凹槽与光阻材料接触界面的亲疏水性；另一方面，通过控制所述凹槽的斜面与所述平坦层的表面形成的坡度角小于50°，便于光阻材料流动到所述凹槽的边角处，从而可以避免打印过程中凹槽的边角位置光阻材料缺失的风险，进而使得打印高PPI(Pixels Per Inch，PPI)结构成为可能。
以上实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种彩膜基板及其制备方法、显示装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种彩膜基板，其特征在于，包括：
衬底基板；
平坦层，设于所述衬底基板上；
黑矩阵层，设于所述平坦层上，具有多个间隔排列的黑矩阵单元，相邻的两个黑矩阵单元与所述平坦层的表面形成一凹槽，所述黑矩阵单元的侧壁具有微结构；以及
彩膜层，填充于所述凹槽，所述彩膜层在所述黑矩阵单元中的微结构中形成接触角，所述接触角的角度为20-35°。
2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，
所述凹槽具有一斜面，所述斜面与所述平坦层的表面形成一坡度角；
所述微结构形成于所述斜面。
3.根据权利要求2所述的彩膜基板，其特征在于，
所述坡度角小于50°。
4.一种彩膜基板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底基板；
形成一平坦层于所述衬底基板的上表面；
形成一黑矩阵层于所述平坦层上，并对所述黑矩阵层图案化处理，使得所述黑矩阵层具有多个间隔排列的黑矩阵单元，相邻的两个黑矩阵单元与所述平坦层的表面形成一凹槽；
通过刻蚀气体对所述凹槽的内壁进行刻蚀处理，使得所述黑矩阵单元的侧壁具有微结构；以及
形成一彩膜层于所述凹槽内，所述彩膜层在所述黑矩阵单元中的微结构中形成接触角，所述接触角的角度为20-35°。
5.根据权利要求4所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，
所述形成一黑矩阵层于所述平坦层上的步骤中，
对所述黑矩阵层进行图案化处理，所述凹槽具有一斜面，所述斜面与所述平坦层的表面形成一坡度角。
6.根据权利要求5所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，
所述坡度角小于50°。
7.根据权利要求4所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，
所述刻蚀气体为CF4+O2等离子体或者O2等离子体。
8.根据权利要求4所述的彩膜基板的制备方法，其特征在于，
所述形成一彩膜层于所述凹槽内的步骤中，
采用喷墨打印的方式在所述凹槽内打印光阻材料形成所述彩膜层。
9.一种显示装置，包括如权利要求1-3任一项所述的彩膜基板。
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