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CN104076550A - 彩膜阵列基板、显示装置及彩膜阵列基板的制作方法 - Google Patents

彩膜阵列基板、显示装置及彩膜阵列基板的制作方法 Download PDF

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CN104076550A
CN104076550A CN201410270639.1A CN201410270639A CN104076550A CN 104076550 A CN104076550 A CN 104076550A CN 201410270639 A CN201410270639 A CN 201410270639A CN 104076550 A CN104076550 A CN 104076550A
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color filter
array substrate
electrode layer
layer
black matrix
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CN201410270639.1A
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靳福江
陈轶
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BOE Technology Group Co Ltd
Chengdu BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
Chengdu BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种彩膜阵列基板、显示装置及彩膜阵列基板的制作方法，涉及显示技术领域。所述彩膜阵列基板包括衬底基板、形成在所述衬底基板上的薄膜晶体管阵列、形成在所述薄膜晶体管阵列上的彩色滤光膜，还包括形成在所述彩色滤光膜上的黑矩阵、以及形成在所述黑矩阵上的平坦化层。本发明调整了黑矩阵在彩膜阵列基板制程中的工艺顺序，通过在黑矩阵上形成平坦化层，隔绝了黑矩阵与第一电极层、第二电极层之间的距离，有效防止了黑矩阵对第一电极层和第二电极层之间电场的影响，解决了黑矩阵对平面电场产生串扰信号的问题，改善了显示效果。

Description

彩膜阵列基板、显示装置及彩膜阵列基板的制作方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种彩膜阵列基板、包括该彩膜阵列基板的显示装置、以及该彩膜阵列基板的制作方法。
背景技术
随着人们对液晶显示产品高、精、细品质的要求越来越高，产线对液晶显示屏的阵列基板和彩膜基板的对位压盒精度要求也越来越高。传统的对盒工艺已经无法满足高精度要求，而通过在TFT阵列基板上制作彩色滤光膜来提高对位精度和提升开口率的COA(CFon Array)技术逐渐发展起来。
COA技术直接在TFT阵列基板上制备彩色滤光膜和黑矩阵，使其与ITO像素电极的对位精度要求大幅度减小，从而使像素的开口率大幅度提高，实现增大光透过率和对比度的目的。
目前COA技术主要应用在小尺寸中高分辨率产品中，现有的COA基板(彩膜阵列基板)结构如图1中所示，其制作流程如图2所示。这里用到的方位词“上、下”是指如图1中所示的“上、下”方向。在TFT阵列16上依次制备彩色滤光膜11、第一电极层12、钝化层13、第二电极层14、以及黑矩阵15。由于彩色滤光膜11中RGB像素的角段差等原因，通常还需要在彩色滤光膜11上再做一层平坦化层，以防止电极(通常是ITO电极)断裂。现有技术中提到如下制作平坦化层的工艺流程：首先在彩色滤光膜上形成过孔，然后在所述彩色滤光膜上制作亚克力层以起到平坦化层的作用，然而上述过孔会对ITO电极的成膜性能造成影响。
此外，由于黑矩阵15的光刻胶中含有导电碳粉粒子，黑矩阵15与第二电极层14容易产生水平方向的感应电场，如图3中所示，影响显示效果。对于ADS类型的产品，在TFT器件上进行黑矩阵工艺时，黑矩阵15还会与接线区(Fan out区)的栅线(Gate line)产生感应电场，导致开机产生明显白线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种彩膜阵列基板、显示装置及彩膜阵列基板的制作方法，解决现有彩膜阵列基板中黑矩阵对平面电场造成串扰信号从而影响显示效果的技术问题。
为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供一种彩膜阵列基板，包括衬底基板、形成在所述衬底基板上的薄膜晶体管阵列、形成在所述薄膜晶体管阵列上的彩色滤光膜，还包括形成在所述彩色滤光膜上的黑矩阵、以及形成在所述黑矩阵上的平坦化层。
优选地，所述彩膜阵列基板还包括形成在所述平坦化层上方的第一电极层、钝化层和第二电极层，所述钝化层形成在所述第一电极层和所述第二电极层之间。
优选地，所述第一电极层、所述钝化层和所述第二电极层从下至上依次形成在所述平坦化层上，所述第一电极层中的第一电极通过贯穿所述平坦化层、所述黑矩阵和所述彩色滤光膜的过孔与所述薄膜晶体管阵列中相应的薄膜晶体管的漏极相连。
优选地，所述平坦化层的厚度在2.5μm-3.0μm之间。
优选地，所述平坦化层的介电常数在3.0-5.0之间。
优选地，所述平坦化层的电阻率在1012Ω·cm-1014Ω·cm之间。
优选地，所述平坦化层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、含氟聚合物、含酰亚胺环结构的聚合物、硅烷交联聚乙烯和四甲基硅甲烷聚合物中的任意一者或任意几者的混合。
作为本发明的第二个方面，还提供一种显示装置，包括本发明所提供的上述彩膜阵列基板。
作为本发明的第三个方面，还提供一种彩膜阵列基板的制作方法，所述方法包括以下步骤：
S101、提供衬底基板并在所述衬底基板上形成薄膜晶体管阵列；
S102、在所述薄膜晶体管阵列上形成彩色滤光膜；
S103、在所述彩色滤光膜上形成黑矩阵；
S104、在所述黑矩阵上形成平坦化层。
优选地，所述方法还包括以下步骤：
S105、在所述平坦化层上依次形成第一电极层、钝化层和第二电极层。
优选地，在所述步骤S104和所述步骤S105之间还包括以下步骤：
通过干刻法形成贯穿所述彩色滤光膜、所述黑矩阵和所述平坦化层的过孔，以使得所述步骤S105中形成的第一电极层中的第一电极通过所述过孔与所述薄膜晶体管阵列中相应的薄膜晶体管的漏极相连。
本发明调整了黑矩阵在彩膜阵列基板制程中的工艺顺序，通过在黑矩阵上形成平坦化层，隔绝了黑矩阵与第一电极层、第二电极层之间的距离，有效防止了黑矩阵对第一电极层和第二电极层之间电场的影响，解决了黑矩阵对平面电场产生串扰信号的问题，改善了显示效果。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1是现有彩膜阵列基板的结构示意图；
图2是现有彩膜阵列基板的制作流程示意图；
图3是现有彩膜阵列基板的实际显示效果示意图；
图4是本发明实施例提供的彩膜阵列基板的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的彩膜阵列基板的实际显示效果示意图；
图6是ADS产品中第一电极层与SD层(Data line)产生耦合电场的示意图；
图7是本发明实施例提供的彩膜阵列基板的制作方法流程图；
图8是本发明实施例提供的彩膜阵列基板的制作流程示意图；
在附图中，11：彩色滤光膜；12：第一电极层；13：钝化层；14：第二电极层；15：黑矩阵；16：TFT阵列；17：平坦化层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明首先提供一种彩膜阵列基板，其结构如图4所示。需要指出的是，在本发明中用到的方位词“上、下”是指如图4中所示的“上、下”方向。所述彩膜阵列基板包括衬底基板、形成在所述衬底基板上的TFT阵列16、形成在所述TFT阵列16上的彩色滤光膜11，还包括形成在所述彩色滤光膜11上的黑矩阵15、以及形成在所述黑矩阵15上的平坦化层17。
所述彩膜阵列基板还包括形成在所述平坦化层17上方的第一电极层12、钝化层13和第二电极层14，所述钝化层13形成在所述第一电极层12和所述第二电极层14之间。
需要指出的是，所述第一电极层12和所述第二电极层14的位置是可以互换的。在图4中，所述第一电极层12、所述钝化层13和所述第二电极层14从下至上依次形成在所述平坦化层17上，所述第一电极层12中的第一电极通过贯穿所述平坦化层17、所述黑矩阵15和所述彩色滤光膜11的过孔与所述TFT阵列16中相应的薄膜晶体管的漏极相连。
所述第一电极层12可以为像素电极层，包括多个像素电极。所述第二电极层14可以为公共电极层，包括多个公共电极。所述像素电极可以是ITO电极，所述公共电极也可以是ITO电极。
本发明中使用的平坦化层17隔绝开了黑矩阵15与第一电极层12、钝化层13和第二电极层14之间的距离，有效防止了黑矩阵15中的导电碳粉粒子对第一电极层12和第二电极层14之间电场的影响。
由于目前显示产品具有低电压的特性，因此避免了对平坦化层17产生电流击穿的风险，降低了第一电极层12和第二电极层14之间的电场对黑矩阵15中导电粒子的感应，改善了显示效果。
此外，现有技术中黑矩阵与接线区(Fan out区)的栅线引线也会产生感应电场，这类感应电场将导致开机产生明显白线，本发明对于减弱此类感应电场也有一定的效果。
图5是本发明实施例提供的彩膜阵列基板的实际显示效果示意图，对比图3可以看出，由于平坦化层17的隔绝作用，第一电极层12和第二电极层14之间的电场不会受到黑矩阵15中导电碳粉粒子的干扰，显示效果得到明显改善。
通过以下实施例可以确定上述平坦化层的优选厚度。在ADS产品中，第一电极层与SD层(Data line)之间的输入电压介于-5V至5V之间，第一电极层与SD层之间产生耦合电场，造成显示串扰不良(Cross talk)。图6是第一电极层与SD层产生耦合电场的示意图，图中第一电极层与SD层的间距为5.75μm。通过大量的实验测试表明，对于5μm左右间距产生的耦合电场，采用厚度约2.5μm-3.0μm的高分子层就能够起到降低耦合电场的作用。
针对本发明，在彩膜阵列基板的结构中，结合显示和工艺等方面的要求，黑矩阵与两层ITO电极层之间的间距大约是在5μm-10μm之间，优选的平坦化层的厚度在2.5μm-3.0μm之间。
上述方案参考的公式为：
C＝εr*S/4πkd
式中，C是耦合电容，εr是介电常数，k是静电力常量，S是两极板的正对面积，d是两极板的垂直距离。从上述公式中可以看出，具有低介电常数的材料是屏蔽和降低耦合电场的重要手段。本发明中，所述平坦化层的介电常数优选在3.0-5.0之间。
除了具有低介电常数的材料，具有较高的电阻率的材料也具有良好的隔绝耦合电场的作用，经过大量实验表明，本发明中平坦化层的电阻率优选在1012Ω·cm-1014Ω·cm之间。
例如，所述平坦化层的材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯、含氟聚合物、含酰亚胺环结构的聚合物、硅烷交联聚乙烯和四甲基硅甲烷聚合物中的任意一者或任意几者的混合，也可以是其它满足电阻率和介电常数要求的材料。进一步地，所述平坦化层材料可以是Samyang公司生产的平坦化材料SSP-721。
本发明还提供一种显示装置，所述显示装置包括本发明提供的上述任一种彩膜阵列基板、与所述彩膜阵列基板对盒设置的对盒基板、以及填充在两者之间的液晶层。
本发明还提供一种彩膜阵列基板的制作方法，如图7所示，该方法包括以下步骤：
S101、提供衬底基板并在所述衬底基板上形成薄膜晶体管阵列；
S102、在所述薄膜晶体管阵列上形成彩色滤光膜；
S103、在所述彩色滤光膜上形成黑矩阵；
S104、在所述黑矩阵上形成平坦化层。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：
S105、在所述平坦化层上依次形成第一电极层、钝化层和第二电极层。其中，所述第一电极层和所述第二电极层的位置是可以互换的，所述钝化层位于所述第一电极层和所述第二电极层第二电极层之间。通常情况下，所述第一电极层为像素电极层，所述第二电极层为公共电极层。
图8是本发明实施例提供的彩膜阵列基板的制作流程示意图。首先在衬底基板上形成TFT阵列16，之后在TFT阵列16上形成彩色滤光膜11，之后在彩色滤光膜11上形成黑矩阵15，之后在黑矩阵15上形成平坦化层17，然后在平坦化层17上依次形成第一电极层12、钝化层13和第二电极层14。
本发明方法在传统彩膜阵列基板的制作流程基础上调整了黑矩阵15的工艺顺序，将黑矩阵15形成在彩色滤光膜11上，然后在黑矩阵15上形成一层平坦化层17来隔绝第一电极层12、钝化层13和第二电极层14。通过隔离开黑矩阵15与第一电极层12、钝化层13和第二电极层14之间的距离，来防止黑矩阵15对两层ITO电极层之间平面电场的串扰，改善了显示效果。显然，本发明方法只调整了工艺顺序，并未增加新的工艺步骤。
优选地，所述平坦化层17的厚度在2.5μm-3.0μm之间，制作所述平坦化层17的材料具有高电阻率、低介电常数的特性，其介电常数优选在3.0-5.0之间，其电阻率优选在1012Ω·cm-1014Ω·cm之间。
进一步地，本发明方法还包括以下步骤：
形成贯穿所述彩色滤光膜11、所述黑矩阵15和所述平坦化层17的过孔，以使得所述步骤S105中形成的第一电极层12中的第一电极通过所述过孔与TFT阵列16中的薄膜晶体管的漏极相连。所述第一电极层可以是像素电极层，那么像素电极层中的像素电极通过所述过孔与所述薄膜晶体管的漏极相连。
在本发明中，所述过孔可以采用区别于传统湿刻工艺的干刻工艺来完成。由于彩色滤光膜、黑矩阵和平坦化层都是高分子膜，使用干刻工艺可以一步完成，避免了单层刻蚀过孔对位困难的问题。
干刻反应的机理是：等离子体电离，O2与高分子膜中的C、H进行反应。所述过孔的孔径和深度主要由掩膜板设定，并通过参数进行控制，所述参数主要有：等离子体的能量、气体的流量、压力、和时间等。上述参数中，O2流量通常控制在10000mL/min-20000mL/min，反应时间通常控制在120s-200s，真空压力控制在10Pa以下。例如彩色滤光膜、黑矩阵和平坦化层的厚度之和一般在3μm-4μm之间，相应的孔径一般要求在5μm-10μm之间。对于不同的产品，设定也不同。
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 (11)

1.一种彩膜阵列基板，包括衬底基板、形成在所述衬底基板上的薄膜晶体管阵列、形成在所述薄膜晶体管阵列上的彩色滤光膜，其特征在于，还包括形成在所述彩色滤光膜上的黑矩阵、以及形成在所述黑矩阵上的平坦化层。
2.根据权利要求1所述的彩膜阵列基板，其特征在于，所述彩膜阵列基板还包括形成在所述平坦化层上方的第一电极层、钝化层和第二电极层，所述钝化层形成在所述第一电极层和所述第二电极层之间。
3.根据权利要求2所述的彩膜阵列基板，其特征在于，所述第一电极层、所述钝化层和所述第二电极层依次形成在所述平坦化层上，所述第一电极层中的第一电极通过贯穿所述平坦化层、所述黑矩阵和所述彩色滤光膜的过孔与所述薄膜晶体管阵列中相应的薄膜晶体管的漏极相连。
4.根据权利要求1至3任一项所述的彩膜阵列基板，其特征在于，所述平坦化层的厚度在2.5μm-3.0μm之间。
5.根据权利要求1至3任一项所述的彩膜阵列基板，其特征在于，所述平坦化层的介电常数在3.0-5.0之间。
6.根据权利要求1至3任一项所述的彩膜阵列基板，其特征在于，所述平坦化层的电阻率在1012Ω·cm-1014Ω·cm之间。
7.根据权利要求1至3任一项所述的彩膜阵列基板，其特征在于，所述平坦化层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、含氟聚合物、含酰亚胺环结构的聚合物、硅烷交联聚乙烯和四甲基硅甲烷聚合物中的任意一者或任意几者的混合。
8.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的彩膜阵列基板。
9.一种彩膜阵列基板的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S101、提供衬底基板并在所述衬底基板上形成薄膜晶体管阵列；
S102、在所述薄膜晶体管阵列上形成彩色滤光膜；
S103、在所述彩色滤光膜上形成黑矩阵；
S104、在所述黑矩阵上形成平坦化层。
10.根据权利要求9所述的彩膜阵列基板的制作方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
S105、在所述平坦化层上依次形成第一电极层、钝化层和第二电极层。
11.根据权利要求10所述的彩膜阵列基板的制作方法，其特征在于，在所述步骤S104和所述步骤S105之间还包括以下步骤：
通过干刻法形成贯穿所述彩色滤光膜、所述黑矩阵和所述平坦化层的过孔，以使得所述步骤S105中形成的第一电极层中的第一电极通过所述过孔与所述薄膜晶体管阵列中相应的薄膜晶体管的漏极相连。
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