彩膜基板、显示面板、显示装置及彩膜基板的制作方法与流程

1.本发明涉及显示技术领域，尤其涉及彩膜基板、显示面板、显示装置及彩膜基板的制作方法。


背景技术：

2.目前已进入到视频时代，薄膜晶体管液晶显示面板具有体积小、功耗低、无辐射等优点，可以更好满足人们对显示器的要求。特别是随着第五代通信技术的成熟及商用普及，显示行业更高品质的4k、8k画质得以成为可能，同时随着各种直播场景应用的需求提升，大尺寸、高画质成了主流需求。提升显示面板的对比度是提高显示面板画质的关键之一。在现有的解决方案中，可通过降低显示面板的黑态亮度，也即降低灰阶l0(灰阶等级为0时)状态下的亮度来提升产品的对比度；可通过增加黑矩阵的厚度来降低黑态亮度，但过厚的黑色矩阵会导致彩膜基板在rubbing工艺(一种摩擦工艺)中很容易形成rubbing弱区，从而使产品对比度难以有效提高。


技术实现要素：

3.本技术实施例通过提供一种彩膜基板、显示面板、显示装置及彩膜基板的制作方法，降低了黑色矩阵中框体单元边缘的tape角，从而可有效提高采用该彩膜基板的产品对比度。
4.第一方面，本技术通过本技术的一实施例提供如下技术方案：
5.一种彩膜基板，包括：
6.玻璃基板和设置在所述玻璃基板上的黑色矩阵；所述玻璃基板的有效显示区域的黑色矩阵包括多个环状的框体单元；每个所述框体单元包括依次层叠的至少两层黑色膜层，所述黑色膜层的环宽与所述黑色膜层相距所述玻璃基板的距离程负相关。
7.可选的，所述黑色矩阵的有效显示区域部分的最大厚度为2um～6um。
8.可选的，所述有效显示区域的黑色矩阵与所述玻璃基板之间形成的tape角不大于50
°
。
9.可选的，还包括色阻单元，所述色阻单元设置在所述框体单元内；每个所述框体单元的任一边缘均具有遮挡区；所述遮挡区用于遮挡所述色阻单元边缘对应的电场紊乱区。
10.可选的，所述遮挡区的宽度为所述电场紊乱区的宽度与生产工艺的对位偏差之和。
11.可选的，所述遮挡区的宽度为4um～12um。
12.可选的，所述遮挡区的厚度为1um～2um。
13.可选的，所述黑色膜层的层数为2、3或4。
14.第二方面，基于同一发明构思，本技术通过本技术的一实施例，提供如下技术方案：
15.一种彩膜基板的制作方法，所述方法用于制作上述第一方面中任一所述的彩膜基
板，所述方法包括：
16.提供玻璃基板；在所述玻璃基板上形成黑色矩阵；其中，所述玻璃基板的有效显示区域包括多个环状的框体单元；每个所述框体单元包括依次层叠的至少两层黑色膜层，所述黑色膜层的环宽与所述黑色膜层相距所述玻璃基板的距离程负相关。
17.可选的，所述在所述玻璃基板上形成黑色矩阵，包括：
18.在所述玻璃基板上涂布黑色矩阵材料；在所述黑色矩阵材料上形成图形化掩膜；所述图形化掩膜包括多个图形单元，每个图形单元边缘的透明度程阶梯增加，每个所述图形单元与所述黑色矩阵的一个框体单元对应；对形成有所述图形化掩膜的所述黑色矩阵材料进行曝光显影，形成所述黑色矩阵。
19.第三方面，基于同一发明构思，本技术通过本技术的一实施例，提供如下技术方案：
20.一种显示面板，包括：阵列基板和上述第一方面中任一所述的彩膜基板；所述彩膜基板上具有黑色矩阵的一侧覆盖在所述阵列基板上。
21.第四方面，基于同一发明构思，本技术通过本技术的一实施例，提供如下技术方案：
22.一种显示装置，其特征在于，包括：上述第三方面中所述的显示面板。
23.本发明实施例中提供的彩膜基板、显示面板、显示装置及彩膜基板的制作方法至少具备如下技术效果：
24.在彩膜基板中，黑色矩阵中的框体单元的边缘宽度由靠近玻璃基板向远离玻璃基板逐层减小，形成阶梯状设计，降低了黑色矩阵中框体单元边缘的tape角；可有效避免或抑制rubbing工序过程中产生rubbing弱区，从而在黑色矩阵的厚度增加后能够显著的提高使用该彩膜基板的产品的对比度；同时，也抑制了rubbing工序过程产生划伤、异物等不良。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
26.图1为本发明实施例中示出的rubbing工序过程产生弱区的原理示意图；
27.图2为本发明实施例中黑色矩阵的结构示意图；
28.图3为本发明实施例中提供的彩膜基板的部分(图2中n位置的截面)结构示意图；
29.图4为本发明实施例中示出的框体单元上的遮挡区结构示意图；
30.图5为本发明实施例中示出的电场紊乱区的位置示意图；
31.图6为本发明实施例中像素电极对应产生的电场紊乱区的原理示意图；
32.图7为本发明实施例中模拟框体单元边缘宽度增加后对比度、灰阶l0及灰阶l255的变化趋势示意图；
33.图8为本发明实施例中提供的彩膜基板的制作方法的流程示意图；
34.图9为本发明实施例中提供的一种显示面板的部分结构示意图。
具体实施方式
35.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
36.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
37.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
38.请参阅图1，为了降低显示面板在灰阶l0状态时的亮度值，可采用增加彩膜基板上黑色矩阵1厚度的方式实现；但是黑色矩阵1的厚度增加，在rubbing工艺的辊轮2处理后，往往在黑色矩阵1的框体单元边缘形成rubbing弱区a，或使rubbing弱区a增加，如图1所示，液晶3在rubbing弱区a难以得到有效的控制，从而难以达到提高对比度的效果。因此，在本实施例中提供了一种彩膜基板，用以克服上述问题。
39.请参阅图2和图3，其中，图3为图2中n位置的截面结构。在本发明的一实施例中提供了一种彩膜基板100，该彩膜基板100包括玻璃基板110和形成在玻璃基板110上的黑色矩阵120(black matrix，bm)。
40.玻璃基板110，为常用的制作显示面板的玻璃基板110。玻璃基板110包括有效显示区域和边框区域；对应的，位于有效显示区域的黑色矩阵120包括多个环形的框体单元123，如图3所示。每个框体单元123包括依次层叠的至少两层黑色膜层，在图2中示出了第一黑色膜层121和第二黑色膜层122构成的框体单元123，该至少两层黑色膜层可一体成型。黑色膜层的环宽与黑色膜层相距玻璃基板110的距离程负相关，也即，至少两层黑色膜层的环宽由靠近玻璃基板110向远离玻璃基板110的方向依次变窄，形成阶梯状。该种结构可降低黑色矩阵120边缘的段差，降低了黑色矩阵120中框体单元123边缘的tape角，如图3所示的α角；避免黑色矩阵120整体增厚使rubbing弱区的增加，从而抑制了黑色矩阵120边缘暗态漏光，提升了使用该彩膜基板100产品的对比度；还降低了rubbing工序时，产生异物和划伤等不良的风险。
41.需要说明的是，液晶显示屏对比度的提升主要是通过降低显示屏暗态时的亮度，显示屏暗态时亮度主要由显示区的散射和黑色矩阵120的透过及散射光组成。若单纯的增加黑色矩阵120的厚度，虽然可以增加黑色矩阵120的od值(optical density，光学密度)，降低灰阶l0时的亮度值；但是，在灰阶l255时亮度也将有所降低；同时，框体单元123边缘的rubbing弱区也将明显增加，从而导致像素边缘的紊乱区增加，又对灰阶l0、l255状态时的亮度均未消极影响；也即，对灰阶l0时的亮度有一定的提高，对灰阶l255的亮度值有一定降低；最终，显示屏的对比度(cr)还是难以明显降低。如下表1所示。
42.表1黑色矩阵厚度增加对对比度的影响
[0043][0044]
从上述表1可以看出，只增加黑色矩阵120厚度时，灰阶l255亮度值会有下降，原因为：框体单元123边缘rubbing弱区范围增加以及黑色矩阵120厚度增加导致透过率降低。灰阶l0亮度值会有一定降低，原因为：黑色矩阵120厚度增加，透过率降低；但是框体单元123的rubbing弱区的增加，又会增加l0时的亮度值，从而抵消了部分黑色矩阵120增厚设计带来的技术效果，考虑合理的测试波动，最终对比度提升并不明显。
[0045]
若保持原有rubbing弱区范围，灰阶l255时的亮度值将更加稳定，下降更少；灰阶l0时的亮度值将会有更大幅度的下降，从而更好的提升对比度。因而采用本实施例提供的彩膜基板100，其中框体单元123中的至少两层黑色膜层形成阶梯结构，减小了tape角，使得增厚黑色矩阵120带来的rubbing弱区能够得到有效控制，从而能够更加有效的提高使用该彩膜基板100的产品对比度。
[0046]
进一步的，在本实施例中将框体单元123形成多层的阶梯状，还可有效的增加黑色矩阵120的最大厚度；相对于目前黑色矩阵120的常规设计，可增厚2～4倍。具体的，黑色膜层的厚度可设计为2um～6um，黑色膜层的厚度可为2层，3层或4层、等等；较少的层数可节省工艺成本，较多的层数可有效降低各个黑色膜层之间的段差，避免产生rubbing弱区。该厚度和段差设计可提高黑色矩阵120的od值，大幅降低灰阶l0状态时透过黑色矩阵120的光亮度；并且，控制rubbing弱区在可接受的范围内，不至于rubbing弱区的增加导致灰阶l0时的亮度值增加，以及灰阶l255时的亮度值降低，抵消黑色矩阵120增厚带来的有益效果。不仅如此，由于阶梯状的框体单元123中的最下层黑色膜层边缘较薄，具有一定的透过率，还可有效抑制灰阶l255时的亮度值降低，从而进一步的保留黑色矩阵120增厚带来的有益效果。
[0047]
进一步的，还可将至少两层黑色膜层与所述玻璃基板110之间形成的tape角控制在小于50
°
，可进一步的提升rubbing工艺的平稳性，抑制rubbing弱区。
[0048]
在一些实现方式中，还可对框体单元123的边缘进行增宽设计形成遮挡区125，如图4所示。需要说明书的是框体单元123的边缘包括内边缘和外边缘。
[0049]
具体的，在框体单元123内设置有色阻单元，色阻单元用于形成像素，色阻单元和黑色矩阵120上覆盖平坦层150。框体单元123的任一边缘均具有遮挡区125；遮挡区125用于遮挡色阻单元边缘对应的电场紊乱区，也即电场弱区。请参阅图5，在图5中示出了像素101的边缘靠近黑色矩阵120的位置，形成了电场紊乱区b，透过率较差。请继续参阅图6，其原因是在彩膜基板100所匹配的阵列基板(tft基板)中，像素电极103的边缘区域由于电场较弱，对液晶160的控制力小；即在像素101和像素电极103之间形成电场紊乱区b。该电场紊乱区b在低灰阶时，光的散射亮度占比较高；在高灰阶时，对亮度具有一定贡献。因此，通过该遮挡区125遮挡电场紊乱区b，可进一步的降低低灰阶l0状态下的亮度，从而提高对比度。下面提供两种具体的实现：
[0050]
第一种实现方式是，在现有的黑色矩阵120结构基础上对框体单元123的边缘进行宽度增加设计，形成遮挡区125。
[0051]
在未采用本实施例中的黑色矩阵120设计时，增加框体单元123的边缘宽度形成遮挡区125，以遮挡电场紊乱区，降低灰阶亮度；但是，该方案会影响了高灰阶的亮度。最终导致对比度提升效果不明显，因此也难以做到将电场紊乱区进行完全遮挡，遮挡区125的宽度可设置为1um～3um。
[0052]
具体的，请参阅图7，当不采用本实施例中的黑色矩阵120设计时，框体单元123的边缘宽度在现有设计的基础上进行增加时，灰阶l0、灰阶l255的亮度值均会逐步降低，但在遮挡区125宽度小于4um时，对灰阶l255影响较小。当遮挡区125加宽至8um左右后，灰阶l0、灰阶l255的亮度值均将大幅下降，影响产品的透过率。因此，当遮挡区125的宽度增加至4um时，电场紊乱区可几乎被全部遮挡，继续加宽则影响正常区，所以透过率出现明显下降。进一步的，若在考虑生产实际，上下基板对位波动一般为5um～8um，则采用该实现方式进行框体单元123的边缘宽度增加的设计，可增加幅度较小，一般只能增加1um～3um才不会影响透过率，例如设置为1um、2um、3um等等。通过实验验证，若不进行本实施例的黑色矩阵120结构设计，直接设置2um的遮挡区125时，数据如下表2所示。
[0053]
表2增加遮挡区对对比度的影响
[0054][0055]
可以看出，当对框体单元123的边缘任一侧设置2um宽的遮挡区125时，灰阶l255状态时的亮度值无影响，在测试波动范围内；灰阶l0状态时，亮度降低8％左右，同模拟结果较吻合，如图7所示。该结果中也包含框体单元123的任一边缘增加后，现有黑色矩阵120的rubbing弱区移动带来的负效应，若对rubbing弱区进行抑制就可进一步降低rubbing弱区移动带来的负效应，增加遮挡区125的设计宽度。
[0056]
第二种实现方式是，在第一种实现方式的基础上采用本实施例中的框体单元123边缘的阶梯状设计。
[0057]
具体在实现时，可在本实施例的黑色矩阵120的结构基础上，将框体单元123最靠近玻璃基板110的黑色膜层设置较宽，以在框体单元123的任一边缘均形成遮挡区125；由于黑色矩阵120中每个框体单元123的边缘均为阶梯状，使得在框体单元123的最边缘为最薄的区域，该区域能够保留一定的透过率。在具体实现时，该遮挡区125的厚度可控制在1um～2um，例如可为1.2um、1.5um、1.8um等等，具体数值根据产品像素电极设计模拟的电场紊乱区范围设定。因此，结合阵列基板上的像素电极设计以及对位工艺的波动，可将遮挡区125向外延伸进一步的遮挡更宽的电场紊乱区，遮挡区125的宽度可设置达到4um～12um，例如可为4um、6um、8um、9um等等。换言之，当该彩膜基板100与阵列基板形成显示面板时，结合具体产线对位工艺能力，电场紊乱区的范围(宽度)加上生产工艺的对位偏差即为该遮挡区的宽度设定值，即该遮挡区125在阵列基板上的正投影即使对位工艺有波动时，也能全覆盖像素电极边缘，以保证能够完全遮挡电场紊乱区，有效的提高产品对比度。
[0058]
因此，本实施例中提供的彩膜基板100中，黑色矩阵120中的框体单元123的边缘宽
度由靠近玻璃基板110向远离玻璃基板110逐层减小，形成阶梯状设计，降低了黑色矩阵120中框体单元123边缘的tape角；可有效避免或抑制rubbing工序过程中产生rubbing弱区，从而在黑色矩阵120的厚度增加后能够显著的提高产品的对比度；同时，也抑制了rubbing工序过程产生划伤、异物等不良。
[0059]
请参阅图8，基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种彩膜基板的制作方法，所述方法用于制作上述实施例中任一所述的彩膜基板，所述方法包括：
[0060]
步骤s10：提供玻璃基板；
[0061]
步骤s20：在所述玻璃基板上形成黑色矩阵；其中，所述玻璃基板包括有效显示区域，所述有效显示区域形成的所述黑色矩阵包括依次层叠的至少两层黑色膜层，所述黑色膜层的环宽与所述黑色膜层相距所述玻璃基板的距离程负相关。
[0062]
在步骤s20中：
[0063]
首先，可在玻璃基板上涂布黑色矩阵材料。
[0064]
然后，在黑色矩阵材料上形成图形化掩膜；图形化掩膜包括多个图形单元，每个图形单元边缘的透明度程阶梯增加，每个所述图形单元与所述黑色矩阵的一个框体单元对应。可采用半透式掩膜(half tone mask，htm)实现不同程度的曝光；由此，可有效的将黑色矩阵中框体单元边缘的tape角控制在50
°
，可达到30
°
～50
°
；相对于常规工艺方法的70
°
有显著的下降。半透式掩膜的透过率可根据黑色矩阵材料进行适应性的调整测试，不做限制。
[0065]
最后，对形成有图形化掩膜的所述黑色矩阵材料进行曝光显影，形成黑色矩阵。
[0066]
在本实施例中通过上述一种彩膜基板的制作方法，可有效形成框体单元边缘的阶梯结构，并且将黑色矩阵的tape角度有效的控制在较小角度。提升了rubbing工序的平稳性，降低黑色矩阵中rubbing弱区和高段差产生的异物、划伤等不良。
[0067]
需要说明的是，本实施例中各个个步骤的所形成的结构可参照前述结构实施例，所产生的且本实施例中未描述的有益效果已在前述结构实施例中进行阐述，具体可参见前述结构实施例，本实施例中不再赘述。每个结构被制作时的具体未提及的工艺实现可采用现有的工艺技术，本实施例中不作限制。
[0068]
请参阅图9，基于同一发明构思，在本发明的又一实施例中还提供了一种显示面板20，阵列基板200和前述实施例中任一所述的彩膜基板100；彩膜基板100上具有黑色矩阵120的一侧覆盖在该阵列基板200上。
[0069]
该阵列基板200可采用现有的阵列基板200结构。例如，该阵列基板200包括：玻璃基板210；在玻璃基板210上设置的公共电极220；覆盖在公共电极220上的栅保护层230；覆盖在栅保护层230上的钝化层240；设置在栅保护层230和钝化层240之间的金属线260；设置在钝化层240上的像素电极250。彩膜基板100和阵列基板200之间填充有液晶160。彩膜基板100的结构已在前述实施例中阐述，本实施例中不再赘述。在一些实现方式中，彩膜基板100上的黑色矩阵120的框体单元边缘在阵列基板200上的正投影能够部分覆盖像素电极250的边缘，以遮挡像素电极250产生的电场弱区。从而有效的提高对比度。
[0070]
基于同一发明构思，在本实施例中还提供了一种显示装置，包括前述实施例中的显示面板20。
[0071]
需要说明的是，在本实施例中的显示面板20和显示装置均包括了前述实施例中的彩膜基板100。因此，在本实施例中显示面板20和显示装置所具备但未阐述的有益效果与前
述彩膜基板100实施例中相同，本实施例不在赘述。
[0072]
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
[0073]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0074]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。