专利名称：彩膜基板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及薄膜晶体管液晶显示器，尤其涉及一种彩膜基板。
背景技术：
以薄膜晶体管为控制元件、液晶为介质的集大规模半导体集成电路和平板光源技术于一体的光电子产品-薄膜晶体管液晶显示器以其功耗低、携带方便、使用范围广、品质高等优点成为新一代的主流显示器。薄膜晶体管液晶显示器的显示质量和整体性能在很大程度上受材料、器件结构以及工艺过程的影响。目前，薄膜晶体管液晶显示器是由阵列基板和彩膜基板对盒后，在阵列基板和彩膜基板之间注入液晶材料而形成的。通过对阵列基板和彩膜基板上的电极施加电压形成电场来控制液晶盒中液晶的取向，利用液晶分子的光学各向异性、双折射性等光学特性控制穿过液晶盒的光通量，从而获得所需图形。由于阵列基板和彩膜基板所形成的液晶盒的厚度直接影响穿过液晶盒的光通量，因此控制维持液晶盒的厚度对提高液晶显示器显示的均勻性、优化显示性能有着极为重要的作用。为了控制维持液晶显示器的液晶盒厚度的一致性，现有技术主要采用在阵列层基板和彩膜基板之间加入一定厚度的隔垫物来实现。隔垫物的工艺类型有两种一种是在对盒工艺中通过喷洒方式将大小均勻的球状隔垫物(BS，Ball Spacer)散布于阵列层基板或彩膜基板上，利用球状隔垫物的尺寸来维持液晶盒厚度的均勻；这种方法的优点在于球状隔垫物弹性好、价格便宜、工艺简单，但喷洒工艺中球状隔垫物的数量、位置不易控制，容易发生团聚现象，并使液晶显示器的对比度降低，所以这种方法大多使用在对显示性能要求不高的制备工艺中；另一种是在制备了黑矩阵、彩色像素层、公共电极层的彩膜基板上沉积柱状隔垫物(PS，Post Spacer)层，利用掩模板将PS层通过光刻工艺在彩膜基板上形成柱状凸起，利用该柱状凸起来控制维持液晶盒的厚度。由于柱状隔垫物的位置、高度、形貌可通过光刻工艺精确控制，因此使用柱状隔垫物的液晶显示器相比于使用球状隔垫物的液晶显示器在显示性能上有极大的提高。目前，在使用柱状隔垫物支撑、维持液晶盒厚度的薄膜晶体管液晶显示器的彩膜基板的制备工艺中，通常按照产品设计要求采用光阻型颜料分散法对黑矩阵层、彩色像素层、柱状隔垫物层进行光刻工艺，得到需要的膜层形状。即，由颜料、多官能团的丙烯酸类小分子单体(或其他齐聚物)、紫外光聚合引发剂、有机溶剂、颜料分散剂以及提高涂覆性能的添加剂组成的光刻胶作为黑矩阵层、彩色像素层、柱状隔垫物层的材料。为提高像素中的色泽纯度，作为阻挡光线透过的黑矩阵(BM，Black Matrix)主要使用碳黑填充的光刻胶；并且为了防止漏光，在彩色像素层的交界处下方一般都使用黑矩阵。彩色像素主要使用由红色(R)颜料、绿色(G)颜料或蓝色(B)颜料填充的光刻胶。柱状隔垫物则通常使用显影性好、机械性硬度大、贴紧力强的光刻胶。一般情况下，彩膜基板所使用的光刻胶是负性光刻胶。如图1所示，在制备彩膜基板时，先在玻璃基板1上沉积黑矩阵光刻胶层5，经过干燥、紫外光曝光成像后，用显影液除去未曝光部分，留下与掩模板图形相反的黑矩阵光刻胶图形；接着在具有黑矩阵光刻胶图形的玻璃基板1上分别沉积红色像素光刻胶层6、绿色像素光刻胶层7和蓝色像素光刻胶层8，并分别经过干燥、紫外光曝光成像后，用显影液除去未曝光部分，留下与掩模板图形相反的彩色像素光刻胶图形；再在上述玻璃基板1上沉积公共电极层9 ；然后沉积柱状隔垫物层10，经过干燥，紫外光曝光成像后，用显影液除去未曝光部分，留下柱状凸起作为支撑、维持液晶盒厚度的柱状隔垫物；最后在上述玻璃基板1上涂上液晶分子取向层11，从而完成整个彩膜基板的制备。彩膜基板的结构如图1所示。在使用上述方法所形成的彩膜基板中，由于柱状隔垫物与下方公共电极层之间的结合力不强，在外界压力作用下柱状隔垫物容易产生平行位移，造成液晶盒的厚度发生变化，从而导致液晶显示器显示不均，出现漏光、touch mura(在外力作用下由于液晶盒厚度不均而产生亮度不均)等不良现象，影响薄膜晶体管液晶显示器的显示性能与抗压能力。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种彩膜基板，能够增强柱状隔垫物与下方材料之间的结合力，从而提高薄膜晶体管液晶显示器的显示性能与抗压能力。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的一种彩膜基板，包括玻璃基板、黑矩阵、彩色像素层、公共电极层、以及液晶分子取向层；其中，所述彩色像素层具有柱状凸起。进一步地，所述黑矩阵形成于玻璃基板上；所述彩色像素层形成于玻璃基板和黑矩阵上；所述公共电极层形成于黑矩阵和彩色像素层上；所述液晶分子取向层形成于公共电极层上。进一步地，所述柱状凸起位于所述黑矩阵上方。进一步地，所述柱状凸起位于黑矩阵上方的任意位置。进一步地，所述柱状凸起在不同彩色像素层中的数目相同或不同。进一步地，所述柱状凸起的高度在不同彩色像素层中相同或不同。进一步地，所述柱状凸起的高度在同一彩色像素层中相同或不同。由以上技术方案可以看出，本实用新型是利用彩色像素层的柱状凸起作为柱状隔垫物来支撑、维持阵列基板和彩膜基板之间的液晶盒的厚度。由于彩色像素光刻胶与下方的玻璃基板、黑矩阵光刻胶之间的结合是非金属材料结合，结合力比现有技术中柱状隔垫物与公共电极之间的非金属材料与金属材料结合力更强，因此，避免了现有技术中由于柱状隔垫物与下方公共电极层之间的结合力不强，在外界压力作用下柱状隔垫物容易产生平行位移，导致漏光、touch mura等不良现象，从而提高了薄膜晶体管液晶显示器的显示性能与抗压能力；并且，制作本实用新型省略了单独制备柱状隔垫物的工艺过程，从而节省了单独制备柱状隔垫物所需的掩模板，降低了生产周期与生产成本。
图1为现有技术中使用柱状隔垫物的薄膜晶体管液晶显示器的彩膜基板的结构示意图；图2为现有技术中经过半色调掩模板或灰色调掩模板曝光、显影后的负性光刻胶的结构示意图；图3为本实用新型薄膜晶体管液晶显示器的彩膜基板的结构示意图；图4为本实用新型在玻璃基板上沉积黑矩阵光刻胶层后的结构示意图；图5为本实用新型曝光、显影后的黑矩阵光刻胶的形貌结构示意图；图6为本实用新型沉积红色(R)像素光刻胶层后的彩膜基板的结构示意图；图7为本实用新型利用半色调掩模板或灰色调掩模板将红色(R)像素光刻胶层经紫外光曝光成像，显影后的彩膜基板的结构示意图；图8为本实用新型沉积绿色(G)像素光刻胶层后的彩膜基板的结构示意图；图9为本实用新型利用半色调掩模板或灰色调掩模板将绿色(G)像素光刻胶层经紫外光曝光成像，显影后的彩膜基板的结构示意图；图10为本实用新型沉积蓝色(B)像素光刻胶层后的彩膜基板的结构示意图；图11为本实用新型利用半色调掩模板或灰色调掩模板将蓝色(B)像素光刻胶层经紫外光曝光成像，显影后的彩膜基板的结构示意图；图12-1为本实用新型柱状凸起分别位于单个像素层的两边的黑矩阵上方的彩膜基板的结构示意图；图12-2为本实用新型柱状凸起位于单个像素层的其中一边的黑矩阵上方的彩膜基板的结构示意图；图13为本实用新型红色(R)像素层上柱状凸起个数为1个，绿色(G)像素层上柱状凸起个数为2个，蓝色(B)像素层上柱状凸起个数为0个的彩膜基板的结构示意图；图14-1为本实用新型在不同彩色像素层中柱状凸起高度不同的彩膜基板的结构示意图；图14-2为本实用新型在同一彩色像素层中柱状凸起高度不同的彩膜基板的结构示意图。
具体实施方式
本领域技术人员应当理解，两层材料之间的结合力由材料之间的结合面积和材料本身的性质决定结合面积越大，结合力越强；非金属材料与非金属材料之间的结合比非金属材料与金属材料之间的结合更容易一些，非金属材料与非金属材料之间的结合力比非金属材料与金属材料之间的结合力更强；因此，增大结合面积，改善结合面材料的属性是提高材料间结合力的有效途经。如图2所示，半色调掩模板(HTM，Half Tone Mask)或灰色调掩模板(Gray Tone Mask)0由于具有三种透光模式区域完全透光区域2、部分透光区域3、不透光区域4，从而使曝光之后的玻璃基板1上的光刻胶分为完全曝光、部分曝光和未曝光三种形态。以负性光刻胶12为例，经过显影后，完全曝光的光刻胶不溶解，部分曝光的光刻胶部分溶解于显影液中，未曝光的光刻胶完全溶解于显影液中，如图2所示。考虑到上述两点，本实用新型的基本思想是在利用光刻工艺制备彩色像素层时， 利用半色调掩模板或灰色调掩模板在彩色像素光刻胶上制备出柱状凸起，将该柱状凸起作为柱状隔垫物来支撑阵列基板和彩膜基板之间的液晶盒的厚度，并在液晶面板受到外部压力时，维持液晶盒的厚度。[0037]由于彩色像素光刻胶与下方的玻璃基板(指形成彩膜基板的玻璃基板)、黑矩阵光刻胶之间的结合面积，远远大于现有技术单独制备出的柱状隔垫物与下方公共电极之间的结合面积；且彩色像素光刻胶与下方的玻璃基板、黑矩阵光刻胶之间的结合是非金属材料结合，结合力比现有技术中柱状隔垫物与公共电极之间的非金属材料与金属材料结合力更强，因此，避免了现有技术中由于柱状隔垫物层与下方公共电极层之间的结合力不强，在外界压力作用下柱状隔垫物容易产生平行位移的缺点。因此，本发明彩膜基板包括玻璃基板、黑矩阵、彩色像素层、公共电极层、以及液晶分子取向层；且本发明彩膜基板的特点在于，所述彩色像素层具有柱状凸起。以下通过实施例对本发明做进一步详细说明。 如图3所示，本实用新型一实施例提供的彩膜基板包括玻璃基板1、黑矩阵5、彩色像素层、公共电极层9、以及液晶分子取向层11 ；其中，所述黑矩阵5形成于玻璃基板1上；所述彩色像素层具有柱状凸起，且形成于玻璃基板1和黑矩阵5上，所述彩色像素层包括红色像素层6、绿色像素层7和蓝色像素层8 ；所述公共电极层9形成于黑矩阵5和彩色像素层上；所述液晶分子取向层11形成于公共电极层9上。本实用新型一实施例提供的彩膜基板的制备过程包括步骤101，在玻璃基板1上沉积黑矩阵光刻胶层5，如图4所示；步骤102，将经过步骤101的玻璃基板1进行干燥，再利用掩模板将黑矩阵光刻胶层5经紫外光曝光成像后，用显影液除去未曝光部分，留下与掩模板图形相反的黑矩阵光刻胶图形，从而形成黑矩阵5，如图5所示；步骤103，在经过步骤102的玻璃基板1上制备红色(R)像素光刻胶图形与柱状隔垫物，该步骤分为以下两个子步骤步骤1031，在玻璃基板1和黑矩阵5上沉积红色(R)像素光刻胶层6，如图6所示；步骤1032，将经过步骤1031的玻璃基板1进行经过干燥，再利用半色调掩模板或灰色调掩模板将红色(R)像素光刻胶层6经紫外光曝光成像，显影后留下与掩模板图形相反的红色(R)像素光刻胶图形，并在黑矩阵5上方留下柱状凸起作为柱状隔垫物，从而形成具有柱状凸起的红色(R)像素层6 ；其中，为了避免由于柱状凸起影响上方液晶层的偏转取向，造成显示区域漏光、对比度降低等不良影响，优选地，将光刻胶的柱状凸起设置在黑矩阵5上方，如图7所示；步骤104，在经过步骤103的玻璃基板1上制备绿色(G)像素光刻胶图形与柱状隔垫物，该步骤分为以下两个子步骤步骤1041，在玻璃基板1、黑矩阵5和红色(R)像素层6上沉积绿色(G)像素光刻胶层7，如图8所示；步骤1042，将经过步骤1041的玻璃基板1进行干燥，再利用半色调掩模板或灰色调掩模板将绿色(G)像素光刻胶层7经紫外光曝光成像，显影后留下与掩模板图形相反的绿色(G)像素光刻胶图形，并在黑矩阵5上方留下柱状凸起作为柱状隔垫物，从而形成具有柱状凸起的绿色(G)像素层7 ；其中，为了避免由于柱状凸起影响上方液晶层的偏转取向，造成显示区域漏光、对比度降低等不良影响，优选地，将光刻胶的柱状凸起设置在黑矩阵5上方，如图9所示；步骤105，在经过步骤104的玻璃基板1上制备蓝色⑶像素光刻胶图形与柱状隔垫物，该步骤分为以下两个子步骤步骤1051，在玻璃基板1、黑矩阵5、红色(R)像素层6和绿色(G)像素层7上沉积蓝色(B)像素光刻胶层8，如图10所示；步骤1052，将经过步骤1051的玻璃基板1进行干燥，再利用半色调掩模板或灰色调掩模板将蓝色(B)像素光刻胶层8经紫外光曝光成像，显影后留下与掩模板图形相反的蓝色(B)像素光刻胶图形，并在黑矩阵5上方留下柱状凸起作为柱状隔垫物，从而形成具有柱状凸起的蓝色⑶像素层8 ；其中，为了避免由于柱状凸起影响上方液晶层的偏转取向，造成显示区域漏光、对比度降低等不良影响，优选地，将光刻胶的柱状凸起设置在黑矩阵5上方，如图11所示；步骤106，在经过步骤105的玻璃基板1上沉积公共电极层9 ；步骤107，在经过步骤106的玻璃基板1上涂上液晶分子取向层11，如图3所示； 至此，完成本实用新型彩膜基板的制备。本实用新型中制备彩色像素层的顺序可以不同，即步骤103、104、105的顺序可以任意组合，如先进行步骤104，再进行步骤105，最后进行步骤103 ；等等。本实用新型中单个像素层上柱状凸起的个数为a个，其中a = 0，1，2，....。并且， 柱状凸起在黑矩阵上方的位置可以任意设计。例如当a = 2时，柱状凸起可以分别位于单个像素层的两边的黑矩阵上方，如图12-1所示；也可以一起位于单个像素层的其中一边的黑矩阵上方，如图12-2所示。本实用新型中制备的作为柱状隔垫物的柱状凸起在不同彩色像素层中的数目可以相同或不同在红色(R)像素层上柱状凸起个数为a个，绿色(G)像素层上柱状凸起个数为b个，蓝色⑶像素层上柱状凸起个数为c个；其中a = b = c，或者a兴b兴c，或者a 乒b = c，或者a = b乒c，或者a = c乒b。例如，在红色(R)像素层上柱状凸起个数为1 个，绿色(G)像素层上柱状凸起个数为2个，蓝色(B)像素层上柱状凸起个数为0个，如图 13所示。本实用新型中可以通过对半色调掩模板或灰色调掩模板的部分透光区域的设计， 制备出不同高度的柱状凸起(1)柱状凸起的高度在不同彩色像素层中可以相同或不同， 比如在红色(R)像素层上柱状凸起的高度为hl，绿色(G)像素层上柱状凸起的高度为h2， 蓝色(B)像素层上柱状凸起的高度为h3 ；其中hi = h2 = h3，或者hi兴h2兴h3 (如图14_1 所示)，或者hi乒h2 = h3，或者hi = h2乒h3，或者hi = h3乒h2。( 在同一彩色像素层中，柱状凸起的高度也可以相同或不同，如图14-2所示。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种彩膜基板，包括玻璃基板、黑矩阵、彩色像素层、公共电极层、以及液晶分子取向层；其特征在于，所述彩色像素层具有柱状凸起。
2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述黑矩阵形成于玻璃基板上；所述彩色像素层形成于玻璃基板和黑矩阵上；所述公共电极层形成于黑矩阵和彩色像素层上； 所述液晶分子取向层形成于公共电极层上。
3.根据权利要求1或2所述的彩膜基板，其特征在于，所述柱状凸起位于所述黑矩阵上方。
4.根据权利要求3所述的彩膜基板，其特征在于，所述柱状凸起位于黑矩阵上方的任意位置。
5.根据权利要求3所述的彩膜基板，其特征在于，所述柱状凸起在不同彩色像素层中的数目相同或不同。
6.根据权利要求3所述的彩膜基板，其特征在于，所述柱状凸起的高度在不同彩色像素层中相同或不同。
7.根据权利要求3所述的彩膜基板，其特征在于，所述柱状凸起的高度在同一彩色像素层中相同或不同。
专利摘要本实用新型公开了一种彩膜基板，该彩膜基板包括玻璃基板、黑矩阵、彩色像素层、公共电极层、以及液晶分子取向层；其中，所述彩色像素层具有柱状凸起。本实用新型利用彩色像素层的柱状凸起作为柱状隔垫物来支撑、维持阵列基板和彩膜基板之间的液晶盒的厚度，能够增强柱状隔垫物与下方材料之间的结合力，从而提高薄膜晶体管液晶显示器的显示性能与抗压能力。
文档编号G02F1/1335GK202025167SQ20112007768
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者李坤, 玄明花, 高永益 申请人:京东方科技集团股份有限公司, 成都京东方光电科技有限公司