CN102629016A - 彩膜结构及其制造方法、和应用该彩膜结构的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了液晶显示器的彩膜结构及其制造方法，和应用该彩膜结构的液晶显示器。该彩膜结构包括：基板；多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵，其设置在基板上，各相邻黑矩阵之间具有预定间隔，且第一黑矩阵的高度大于第二黑矩阵的高度；以及多个彩膜层，其设置于各相邻黑矩阵之间的间隔中，并位于基板上。本发明有效的节省了成本，提高了整个面板的对比度，改善了画面品质。

Description

彩膜结构及其制造方法、和应用该彩膜结构的液晶显示器

技术领域

本发明涉及液晶显示器技术，尤其涉及一种彩膜结构及其制造方法，以及应用该彩膜结构的液晶显示器。

背景技术

在当前的液晶显示装置中，彩膜由玻璃基板、RGB着色层、黑矩阵(BM)、隔垫物(PS)及电极组成。现有技术中彩膜制作的工艺如下：首先在玻璃基板上沉积由感光性树脂形成的黑底形成材料的层，然后通过光刻法形成黑矩阵，接着分别在各个像素对应位置形成RGB的滤色层，然后在滤色层表面上形成表面平坦的覆盖层。接下来，在覆盖层的表面上形成规定的取向膜，并且在规定的位置形成间隔的隔垫物，从而形成彩膜。黑矩阵的作用是为了防止外界杂散光的干扰，同时在液晶显示装置中，栅线和数据线在理论上是可以无限窄，但是实际上由于曝光机精度的限制，栅线和数据线都有一定的宽度，因此造成在栅线和数据线的上方没有规则的电磁场，从而导致了液晶的不规则偏转。同时由于在栅线和数据线与BM之间有一定的距离，如图6所示，因此光线就会不规则地进行传播，从而导致了在像素的周围有光散射出来。光线的不规则传播，导致了像素的暗态亮度比较大，整体的模组的对比度很低，从而影响了画面品质。另外，在传统的彩膜制造工艺中，由于在BM和彩膜层之间没有交叠，就容易在BM与彩膜层之间产生间隙，从而造成漏光，这也影响了画面品质。此外，现有的制造彩膜结构的方法由于需要在基板上分别形成黑矩阵、RGB着色层、和隔垫物(PS)，因此工艺较复杂，并且造成了材料的浪费，从而导致成本升高。因此，需要一种形成彩膜结构的解决方案，进而解决上述相关技术中的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种彩膜结构的解决方案，至少能够解决现有技术中彩膜制造工艺复杂的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于液晶显示器的彩膜结构，包括：基板；多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵，其设置在基板上，各相邻黑矩阵之间具有预定间隔，且第一黑矩阵的高度大于第二黑矩阵的高度；以及多个彩膜层，其设置于各相邻黑矩阵之间的间隔中，并位于基板上。

其中，多个彩膜层的高度小于或等于多个第二黑矩阵的高度。

其中，多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵中的至少一部分黑矩阵的底部与相邻的彩膜层相交叠。

其中，每个第一黑矩阵均为至少一层的结构，以及每个第二黑矩阵均为至少一层的结构。

其中，每个第一黑矩阵均为三层的结构，以及每个第二黑矩阵均为两层的结构。

其中，多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵与基板相连的一层的厚度小于多个彩膜层的厚度。

其中，多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵的各层的截面宽度按照从所述基板开始的顺序而逐层减小。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括如前所述的彩膜结构液晶显示器。

根据本发明的再一个方面，提供了一种用于液晶显示器的彩膜制造方法，该方法包括以下步骤：提供基板；在基板上形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵，各相邻黑矩阵之间具有预定间隔，且第一黑矩阵的高度大于第二黑矩阵的高度；以及在各相邻黑矩阵之间的间隔中、且在基板上形成多个彩膜层。

其中，形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：将多个彩膜层的高度形成为小于或等于第二黑矩阵的高度。

其中，还包括以下步骤：将多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵中至少一些黑矩阵的底部形成为与相邻的彩膜层相交叠。

其中，形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：将每个第一黑矩阵均形成为至少一层的结构；以及将每个第二黑矩阵均形成为至少一层的结构。

其中，形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：将每个第一黑矩阵均形成为三层的结构；以及将每个第二黑矩阵均形成为两层的结构。

其中，形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：将多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵中与基板相连的一层的厚度形成为小于多个彩膜层的厚度。

其中，形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：将多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵中的各层形成为其截面宽度按照从所述基板开始的顺序而逐层减小。

其中，形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：在基板涂覆光刻胶层，光刻胶层的厚度等于第一黑矩阵的高度；利用半色调或灰色调掩模板、并通过调整曝光量来对光刻胶层进行曝光，以将第一黑矩阵和第二黑矩阵形成为具有如下形状：其与基板接触的部分的宽度大于其远离基板的部分的宽度，其中，光刻胶层为形成第一黑矩阵和第二黑矩阵的材料层。

本发明的彩膜结构有利于减少面板暗态液晶的漏光、增加对比度，从而提高了液晶面板的画面品质，并且简化了工艺、节省了材料，从而降低了成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1A是示出根据本发明第一实施例的彩膜结构的局部剖面图，

图1B是示出根据本发明第一实施例的彩膜结构的局部俯面图，图1C是示出根据本发明第一实施例的彩膜结构的第一黑矩阵的侧视图，以及图1D是示出根据本发明第一实施例的彩膜结构的第二黑矩阵的侧视图；

图2是示出根据本发明第一实施例的在基板上形成黑矩阵的流程示意图；

图3是示出根据本发明第一实施例的黑矩阵的截锥体形状的示意图；

图4是示出根据本发明第二实施例的制造彩膜结构的流程图；

图5是示出根据本发明第三实施例中的形成彩膜结构的彩膜层的流程图；

图6是示出现有技术中的彩膜结构的示意图；以及

图7是示出根据利用本发明的彩膜结构制造的液晶显示器的局部剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图来详细说明本发明的实施例。

图1A是示出根据本发明第一实施例的彩膜结构的局部剖面图。参照图1A，该实施例中的彩膜结构100包括：基板102；多个第一黑矩阵104和多个第二黑矩阵106，图1A中示例性地示出了两个第一黑矩阵104和两个第二黑矩阵106，这两个第一黑矩阵104和两个第二黑矩阵106交替设置在基板102上，第一黑矩阵104和与其相邻的第二黑矩阵106之间具有预定的间隔，且第一黑矩阵104的高度大于第二黑矩阵106的高度；以及多个彩膜层，其由R(红色)彩膜层108、G(绿色)彩膜层110、和B(蓝色)彩膜层112组成，R彩膜层108、G彩膜层110、和B彩膜层112分别设置于第一黑矩阵104与第二黑矩阵106之间的间隔中，并位于基板102上。图1A仅示例性示出了第一黑矩阵104和第二黑矩阵106的一种排列方式。实际上，可以根据需要任意排列第一黑矩阵104和第二黑矩阵106，例如，在由第一黑矩阵104和第二黑矩阵106构成的黑矩阵行中，可以在设置一个、两个、三个、或更多的第二黑矩阵106后设置一个或多个第一黑矩阵104。R彩膜层108、G彩膜层110、和B彩膜层112可以依次顺序设置，如图1A所示，当然，其也可以根据需要任意进行设置。

图1B至图1D分别示出了第一实施例的彩膜结构的局部的俯视图、沿图1B中的框A所取的截面图、以及沿图1B中的框B所取的截面图。

优选地，各彩膜层的高度小于或等于第二黑矩阵106的高度。

优选地，各第一黑矩阵104和各第二黑矩阵106的底部均与各相邻的彩膜层交叠。

优选地，每个第一黑矩阵104和每个第二黑矩阵106均形成为上窄下宽的多层的阶梯形，其中的每一层可以为立方体、长方体或圆柱体形状，且与基板相连的一层的厚度小于多个彩膜层的厚度，如图1A所示，在该实施例中，第一黑矩阵104形成为3层的结构，这三层结构分别为第一层104-2、第二层104-4、和第三层104-6，第二黑矩阵106形成为2层的结构，这两层包括第一层106-2、第二层106-4。如图1A所示，一个第一黑矩阵104的第一层104-2与R彩膜层108交叠，另一个第一黑矩阵104的第一层104-2与G彩膜层110和B彩膜层112交叠，一个第二黑矩阵106的第一层106-2与R彩膜层108和G彩膜层110交叠，另一个第二黑矩阵106的第一层106-2与B彩膜层112交叠，以此类推。由图中可以看出，第一层104-2和106-2的截面宽度大于第二层104-4和106-4的截面宽度，这样的设置能够保证黑矩阵的底部与彩膜层的交叠，从而可以防止漏光。实际上，第一黑矩阵104的第一层104-2与第二层104-4与第二黑矩阵106的第一层106-2和第二层106-4是利用相同工艺同时形成的，因此将它们的厚度形成为相同。此外，在第一黑矩阵104的第二层104-4上又额外形成了第三层104-6，从而使得第一黑矩阵104的高度大于第二黑矩阵106的高度，从而能够维持盒厚。

本领域技术人员应该理解，图1中所示的三层结构的第一黑矩阵104和两层的第二黑矩阵106仅是示例性的。实际上，可以将第一黑矩阵104和第二黑矩阵106形成为各种形状，只要满足第一黑矩阵104的高度大于第二黑矩阵106的高度，且第一黑矩阵104和第二黑矩阵106的靠近基板部分的宽度大于其远离基板部分的宽度即可。

优选地，基板为玻璃基板、塑胶基板、亚克力基板或其他透明基板。

该实施例中，通过使第一黑矩阵104的高度大于第二黑矩阵106的高度，使第一黑矩阵的高度等于盒厚，既维持了盒厚，同时又保证了液晶在液晶盒中的流动，以及还能缓冲来自外界的压力。同时由于在后续的工序中，当在第一黑矩阵104上方形成栅线和数据线时，使得所形成的栅线和数据线与第一黑矩阵104之间没有空隙，从而在像素的周围没有光散射出来，因此提高了整体模组的对比度，提高了画面品质。

图4示出根据本发明第二实施例的彩膜制造方法的流程图。参照图4，并结合图1A，第二实施例中的彩膜制造方法400包括以下步骤：

步骤S402，提供基板102；

步骤S404，在基板102上形成交替设置的多个第一黑矩阵104和多个第二黑矩阵106，第一黑矩阵104和与其相邻的第二黑矩阵106之间具有预定的间隔，且第一黑矩阵104的高度大于第二黑矩阵106的高度；以及

步骤S406，在第一黑矩阵104与第二黑矩阵106之间的间隔中、且在基板102上形成多个彩膜层，多个彩膜层包括R彩膜层108、G彩膜层110、和B彩膜层112。

优选地，步骤S406还包括以下步骤：

将各彩膜层的高度形成为小于或等于第二黑矩阵106的高度。

优选地，上述方法400还包括以下步骤：

将多个第一黑矩阵104和多个第二黑矩阵106中一部分黑矩阵的底部形成为与相邻的彩膜层交叠，优选地，可以将每个黑矩阵的底部均形成为与相邻的彩膜层交叠。

优选地，步骤S406还包括以下步骤：

多个第一黑矩阵104和多个第二黑矩阵106中的每一个均形成为多层的上窄下宽的阶梯形，其中的每一层均为立方体、长方体或圆柱体形状，且与基板相连的一层的厚度小于各彩膜层的厚度。

优选地，步骤S406还包括以下步骤：

将各第一黑矩阵104和各第二黑矩阵106中的每一个均形成为截椎体形状，如图3所示。

下面参照图2，以及图5至图7并结合图1至图3来描述本发明的第三实施例。

如图2所示，在第三实施例中，首先提供基板102，基板102可以是玻璃基板，塑胶基板，压克力基板或其他透明基板。然后利用光刻工艺在基板102上形成多个第一黑矩阵104和多个第二黑矩阵106。在该实施例中，出于示例性的目的，将第一黑矩阵104和第二黑矩阵106的数量分别示为两个。同时，将第一黑矩阵104形成为具有三层的结构，即第一黑矩阵104包括第一黑矩阵第一层104-2，第一黑矩阵第二层104-4和第一黑矩阵第三层104-6，其中，第一黑矩阵第一层104-2位于基板102上。

具体的，第一黑矩阵104和第二黑矩阵106是通过以下工艺过程形成的：首先，在诸如玻璃基板的基板102上涂覆光刻胶层，其厚度等于最终要形成的黑矩阵的最大高度，光刻胶层的材料为氧化铬或者相关材料，光刻胶层即为形成第一黑矩阵和第二黑矩阵的材料层。然后，利用半色调或灰色调掩模板来对光刻胶进行曝光，使光刻胶层形成完全曝光区域、未曝光区域和部分曝光区域。在曝光工艺中使用的曝光量大小可以根据要形成的黑矩阵的每一层的高度与整个黑矩阵的高度的比例来确定。如此，通过利用半色调或灰色调掩模板、并控制曝光量就可以形成如图2所示的第一黑矩阵104和第二黑矩阵106的形状。图2中，以第一黑矩阵104为例示出了形成第一黑矩阵104的过程中的外部曝光区域，其中A区域为全曝光区域，B、C区域为灰色调曝光区域，对B、C区域进行曝光时采用的曝光量的大小根据所要形成的第一黑矩阵104的三个层的高度第一黑矩阵104的三个层的总高度的比例来确定，D区域为未曝光区域。

图2中所形成的第一黑矩阵104和第二黑矩阵106仅作为示例性的目的。根据需要，利用上述工艺可以将第一黑矩阵104和第二黑矩阵106形成为图3所示的梯形截面的形状。本领域技术人员应该理解，利用上述工艺，可以将第一黑矩阵104和第二黑矩阵106形成为任何所需的形状。

图5中将第一黑矩阵第一层104-2，第一黑矩阵第二层104-4和第一黑矩阵第三层104-6示为截面为矩形，并且将它们示为规则的对称形状，第一黑矩阵第一层104-2的横向长度被示为大于第一黑矩阵第二层104-4的横向长度，第一黑矩阵第二层104-4的横向长度被示为大于第一黑矩阵第三层104-6的横向长度。实际上，第一黑矩阵第一层104-2，第一黑矩阵第二层104-4和第一黑矩阵第三层104-6可以为正方体、长方体、或圆柱体，并且它们也可以不是对称的形状，但是为了制造的方便，有利地将它们形成为规则的对称形状。此外，将第二黑矩阵106形成为具有两层的结构。第一黑矩阵104的高度高于多个第二黑矩阵106的高度。另外，在该第三实施例中，利用光刻工艺在一个蚀刻步骤中将第一黑矩阵104形成为三层结构，以及将第二黑矩阵106形成为两层的结构，在图中将第二黑矩阵106示为包括第二黑矩阵第一层106-2和第二黑矩阵第二层106-4。

接下来，如图5所示，在基板102上、在第一黑矩阵104和第二黑矩阵106之间的空隙中形成多个彩膜层，这些彩膜层包括R彩膜层(红色彩膜层)、G彩膜层(绿色彩膜层)和B彩膜层(蓝色彩膜层)。R彩膜层、G彩膜层和B彩膜层按照R彩膜层、G彩膜层和B彩膜层的次序依次形成在各第一黑矩阵104和各第二黑矩阵106之间的间隔中。这些彩膜层与第一黑矩阵104和第二黑矩阵106交叠。并且这些彩膜层的高度小于或等于第二黑矩阵106的高度。具体地，在第三实施例中，这些彩膜层与第一黑矩阵第一层104-2和第二黑矩阵第一层106-2交叠，如图5所示。例如，这些彩色膜层的厚度一般为2μm，第一黑矩阵104的厚度是3-4μm，第一黑矩阵第一层104-2为很薄的一层，第一黑矩阵第二层的厚度为2-3μm，第一黑矩阵第三层的厚度为1μm左右。即，第二黑矩阵106的厚度小于第一黑矩阵104的厚度，黑矩阵的厚度大于各彩色膜的厚度。在这种彩膜结构中，由于第一黑矩阵104的高度大于第二黑矩阵106的高度，既维持了盒厚，同时又保证了液晶在液晶盒中的流动，以及还能缓冲来自外界的压力。在该实施例中，为了示例性的目的，以三层的第一黑矩阵104和两层的第二黑矩阵106为例进行了描述，但是也可以将第一黑矩阵104和第二黑矩阵106形成为一层、两层或者更多层，只要保证第一黑矩阵104的高度大于第二黑矩阵的高度即可。

在该实施例中，形成第一黑矩阵104和第二黑矩阵106的材料包括金属材料和树脂材料，其中金属材料一般采用Cr/Cr₂O₃。树脂材料作为黑矩阵的材料时，在树脂中掺入碳黑(或钛黑或硫化铋或氧化铁等)。

相对于现有技术中先后利用形成黑矩阵、红色彩膜层、绿色彩膜层、蓝色彩膜层、隔垫物层的五个Mask工艺来制造普通彩膜，由于隔垫物的作用是维持盒厚，而在本发明中，通过形成诸如第一黑矩阵104就可以实现维持盒厚的作用，因此在本发明中就可以省略形成隔垫物层的工艺，从而减少了一道工艺，也就是说，本发明只用了四个Mask工艺制造彩膜。在本发明中，在厚度较大的黑矩阵(例如第一黑矩阵104)上方形成栅线和数据线时，消除了栅线和数据线与黑矩阵之间的距离，因此可以有效的减少栅线和数据线上方由于不规则的电磁场而导致的液晶的不规则偏转，从而消除了光线的不规则传播，进而在像素的周围没有光散射出来。同时由于第二黑矩阵106的厚度小于第一黑矩阵104的厚度，从而能够保证液晶在液晶盒中流动。同时本实施了中的彩膜结构还能通过第一黑矩阵104来缓冲来自外界的压力，维持盒厚。

综上所述，本发明提供的彩膜结构及其制造方法，改变了彩膜的制造工艺，使彩膜的制造工艺更加简单，同时减小了栅线和数据线与其下方的黑矩阵之间的距离，减少了栅线和数据线处的漏光。本发明还有效的节省了成本，提高了整个面板的对比度，改善了画面品质。此外，相比于现有的R-G-B-BM-PS的制造工艺，本发明的BM-R-G-B制造工艺减少了制造PS的工艺，从而可以节约一道工艺的成本，同时这样的设计能够提高液晶面板的画面品质对比度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种用于液晶显示器的彩膜结构，其特征在于，包括：

基板；

多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵，其设置在所述基板上，各相邻黑矩阵之间具有预定间隔，且所述第一黑矩阵的高度大于所述第二黑矩阵的高度；以及

多个彩膜层，其设置于各相邻黑矩阵之间的间隔中，并位于所述基板上。

2.根据权利要求1所述的彩膜结构，其特征在于，所述多个彩膜层的高度小于或等于所述多个第二黑矩阵的高度。

3.根据权利要求1或2所述的彩膜结构，其特征在于，所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵中的至少一部分黑矩阵的底部与相邻的彩膜层相交叠。

4.根据权利要求3所述的彩膜结构，其特征在于，所述多个第一黑矩阵中的每一个均为至少一层的结构，以及所述多个第二黑矩阵中的每一个均为至少一层的结构。

5.根据权利要求4所述的彩膜结构，其特征在于，所述多个第一黑矩阵中的每一个均为三层的结构，以及所述多个第二黑矩阵中的每一个均为两层的结构。

6.根据权利要求4或5所述的彩膜结构，其特征在于，所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵与所述基板相连的一层的厚度小于所述多个彩膜层的厚度。

7.根据权利要求4或5所述的彩膜结构，其特征在于，所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的各层的截面宽度按照从所述基板开始的顺序而逐层减小。

8.一种液晶显示器，其包括如前述任一权利要求所述的彩膜结构。

9.一种用于液晶显示器的彩膜制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供基板；

在所述基板上形成多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵，各相邻黑矩阵之间具有预定间隔，且所述第一黑矩阵的高度大于所述第二黑矩阵的高度；以及

在各相邻黑矩阵之间的间隔中、且在所述基板上形成多个彩膜层。

10.根据权利要求9所述的彩膜制造方法，其特征在于，形成所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：

将所述多个彩膜层的高度形成为小于或等于所述第二黑矩阵的高度。

11.根据权利要求9或10所述的彩膜制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将所述多个第一黑矩阵和多个第二黑矩阵中至少一些黑矩阵的底部形成为与相邻的彩膜层相交叠。

12.根据权利要求9或10所述的彩膜制造方法，其特征在于，形成所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：

将所述多个第一黑矩阵中的每一个均形成为至少一层的结构；以及

将所述多个第二黑矩阵中的每一个均形成为至少一层的结构。

13.根据权利要求12所述的彩膜制造方法，其特征在于，形成所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：

将所述多个第一黑矩阵中的每一个均形成为三层的结构；以及

将所述多个第二黑矩阵中的每一个均形成为两层的结构。

14.根据权利要求12所述的彩膜制造方法，其特征在于，形成所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：

将所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵与所述基板相连的一层的厚度形成为小于所述多个彩膜层的厚度。

15.根据权利要求14所述的彩膜制造方法，其特征在于，形成所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：

将所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的各层形成为其截面宽度按照从所述基板开始的顺序而逐层减小。

16.根据权利要求9所述的彩膜制造方法，其特征在于，形成所述多个第一黑矩阵和所述多个第二黑矩阵的步骤还包括以下步骤：

在所述基板上涂覆光刻胶层，所述光刻胶层的厚度等于所述第一黑矩阵的高度；以及

利用半色调或灰色调掩模板并通过调整曝光量来对所述光刻胶层进行曝光，以将所述第一黑矩阵和所述第二黑矩阵形成为具有如下形状：其与所述基板接触的部分的宽度大于其远离所述基板的部分的宽度，

其中，所述光刻胶层为形成所述第一黑矩阵和所述第二黑矩阵的材料层。

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