CN101373300A - 一种tft lcd彩膜基板结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TFT LCD彩膜基板结构，包括：一底基板；一黑矩阵，形成在底基板之上；一像素，包括红、绿、蓝三亚像素，形成在黑矩阵和底基板之上；一公共电极，形成在像素及黑矩阵之上；一柱状隔垫物，形成在黑矩阵区域之上；其中，黑矩阵为横向和纵向折线型排布的多边形结构，优选六边形；红、绿、蓝三亚像素填充于黑矩阵所形成多边形蜂窝状像素结构中。本发明同时公开了该彩膜基板结构的制造方法。本发明通过使用类似于蜂巢的排布结构，最大程度上增加开口率，同时也使得在同等面积基板下的像素数目最大；另外通过柱状隔垫物在彩膜基板上的均匀对称设置也使液晶盒厚的稳定性得到很大程度的提高。

Description

一种TFT LCD彩膜基板结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，尤其涉及薄膜晶体管液晶显示器彩膜基板结构及其制造方法。

背景技术

在平板显示技术中，TFT LCD具有功耗低、制造成本相对较低和无辐射的特点。当前，在每个像素处具有薄膜晶体管(TFT)作为开关元件的有源矩阵液晶显示器(TFT LCD)已成为该领域的主流。这种TFT LCD器件是由阵列玻璃基板和彩膜玻璃基板对盒而形成的，在TFT LCD中，通过用柱状隔垫物保持两个基板之间的盒厚。图1、图1a、图1b、图1c和图1d所示，是目前主流的彩膜基板像素结构俯视图、局部放大图和局部放大图的A-A’，B-B’和C-C’部位的截面示意图。如图1所示，是利用柱状隔垫物的液晶显示彩膜基板的示意结构。在此图形的水平和垂直方向各设置多个像素单元10，每个像素单元10由红(R)、绿(G)、蓝(B)色的三个亚像素构成。该彩膜结构具体还包括:一黑矩阵1，相邻的绿色亚像素2、蓝色亚像素3、红色亚像素4以及公共电极5，如图1b所示。图1c和图1d分别为主柱状隔垫物和辅柱状隔垫物所在处的剖面图。其中图1c中包括黑矩阵1、蓝色亚像素3以及公共电极5和在其上的主柱状隔垫物6。图1d中包括黑矩阵1、绿色亚像素2以及公共电极5和在其上的辅柱状隔垫物7。

图1e示出柱状隔垫物的示意结构。柱状隔垫物是具有为正八边形的上底面和正八边形下底面的截锥体。其中主柱状隔垫物与辅柱状隔垫物的上、下底面的直径各不相同。在图1的显示区中，主柱状隔垫物的设置密度为1/12，辅柱状隔垫物的设置密度为4/12。

光刻、涂敷曝光和化学显影工艺是目前制作彩膜的典型工艺技术。其主要工艺步骤分为以下几步：

1、形成黑矩阵图案；

2、形成红色亚像素图案；

3、形成绿色亚像素图案；

4、形成蓝色亚像素图案；

5、形成公共电极；

6、形成柱状隔垫物。

每一步骤都包括薄膜沉积或涂敷、曝光和图案形成三个主要工艺。如上所述的是一种典型的彩膜制造技术。通过改变Mask设计和工艺流程，也有其它的制造工艺技术。

由于传统的TFT和对应的彩膜(CF)像素结构为矩形结构，这就使得在一定的面积下，像素的利用率有限，像素数目受到制约，同时柱状隔垫物的不完全对称性也让盒厚的稳定受到了一定的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种彩膜基板结构及其制造方法，通过使用多边形蜂窝状彩膜基板结构，最大程度的增大开口率；并且使用黑矩阵及相邻三亚像素组成像素结构，可以充分利用基板空间，使像素数目达到最大。同时在相邻亚像素的交汇处均匀的设置柱状隔垫物，使液晶盒厚的稳定性进一步的提高。

为了实现上述目的，本发明提供一种TFT LCD彩膜基板结构，包括：

一底基板；

一黑矩阵，形成在所述底基板之上；

一像素，包括红、绿、蓝三亚像素，形成在所述黑矩阵和底基板之上；

一公共电极，形成在所述像素及黑矩阵之上；

一柱状隔垫物，形成在所述黑矩阵区域之上；

其中，所述黑矩阵为横向和纵向折线型排布的多边形结构；所述红、绿、蓝三亚像素填充于黑矩阵所形成多边形蜂窝状像素结构中。

上述方案中，所述多边性结构具体为六边形。所述柱状隔垫物均匀对称的设置在相邻亚像素的黑矩阵区域之上。所述红、绿和蓝亚像素为相邻排布结构。所述黑矩阵为铬或氧化铬组合构成的单层或复合层结构，或为树脂型黑矩阵。所述红、绿和蓝亚像素的材料为感光性有机树脂；红、绿和蓝亚像素的结构为单层或复合层结构。。所述公共电极的材料为氧化铟锡、氧化铟锌或氧化铝锌。

为了实现上述目的，本发明同时提供一种TFT LCD彩膜基板结构的制造方法，包括：

步骤1，在基板上沉积黑矩阵材料层，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，或涂敷曝光工艺和化学显影工艺，形成横向和纵向折线型排布的多边形结构的黑矩阵；

步骤2，在完成步骤1的基板上通过涂敷曝光工艺和化学显影工艺，形成红色、绿色和蓝色亚像素，其中红、绿和蓝亚像素为相邻结构，填充于所述多边形结构的黑矩阵中；

步骤3，在完成步骤2的基板上沉积公共电极层，形成公共电极；

步骤4，在完成步骤3的基板上沉积柱状隔垫物树脂层，通过涂敷曝光工艺和化学显影工艺或光刻工艺，形成柱状隔垫物层。

上述方案中，所述步骤1中形成多边形结构的黑矩阵具体为形成六边形结构的黑矩阵。所述步骤3中形成的柱状隔垫物均匀对称位于相邻亚像素的交汇处的黑矩阵之上。

同现有技术相比，本发明使用黑矩阵的纵横排列组成多边形蜂巢状结构，最大程度的增大了开口率；同时可以充分利用基板空间，使得像素数目超过传统矩形像素设计数目从而达到了最大。

本发明中形成的柱状隔垫物均匀对称地位于相邻像素的交汇处。这样设计的最大优势在于，使得液晶盒厚的稳定性得到了很大程度的提高。

附图说明

图1是现有技术中的像素结构在彩膜基板显示区俯视图；

图1a是图1中局部放大图；

图1b是图1a中A-A’部分横截面图；

图1c是图1a中B-B’部分横截面图；

图1d是图1a中C-C’部分横截面图；

图1e是柱状隔垫物的示意结构；

图2是本发明的像素结构在彩膜基板上显示区俯视图；

图2a是图2中D-D’部分横截面图；

图2b是图2中E-E’部分横截面图。

图中标识：1、黑矩阵；2、绿色亚像素；3、蓝色亚像素；4、红色亚像素；5、公共电极；6、主柱状隔垫物；7、辅柱状隔垫物；10、像素单元。

具体实施方式

下面结合附图说明和首选具体实施例，对本发明进行进一步详细说明：

图2是本发明的像素结构在彩膜基板上显示区俯视图。如图2所示，本彩膜基板上有横向及纵向折线形黑矩阵1、一个完整的彩膜像素结构包括绿色亚像素2、蓝色亚像素3和红色亚像素4。黑矩阵和相邻像素共同定义了一个六边形蜂窝状亚像素单元。如图2所示。本发明的彩膜像素结构不同之处在于，采用黑矩阵和相邻的亚像素单元填充于黑矩阵中共同形成六边形蜂窝状像素结构。这样设计的最大优势在于，能够极大地增加开口率。同时，使用这种六边形蜂窝状像素结构可以充分利用基板空间，使得像素数目超过传统矩形像素设计数目从而达到最大。

如图2所示，本发明的彩膜像素采用相邻的排列方式，同样的颜色在纵向上为同一列，并与相邻像素和黑矩阵形成六边形蜂窝状像素结构，不同颜色的像素采用类似的工艺完成，可以在同一台设备上使用不同的掩膜板形成。图2a至图2b的横截面图可以进一步说明本发明的彩膜像素结构。图2a是图2中D-D’部分横截面图。比较图2a和图1b，本发明的彩膜像素结构与现有技术中的彩膜像素在剖面图上是一样的。但六边形蜂窝状像素结构较传统矩形像素结构，可以获得更大的开口率。图2c是图2中E-E’部分横截面图，比较图2c和图1c，本发明的彩膜像素结构与现有技术中的彩膜像素在主柱状隔垫物位置处的剖面图上是一样的。但是，与传统的彩膜像素结构相比，无需进行主辅柱状隔垫物的区分，而且对称的结构设置对液晶盒厚的稳定起到了很好的改善作用，从而提高液晶显示器的显示品质。在图2中，本发明的柱状隔垫物被均匀对称的设置在相邻亚像素的黑矩阵区域。

另外，上述实施例中，所述黑矩阵1为铬或氧化铬等组合构成的单层或复合层结构，或为树脂型黑矩阵。所述绿色亚像素2、蓝色亚像素3和红色亚像素4材料为感光性有机树脂；结构为单层或复合层结构。其组合构成的单层或复合层结构，通常使用丙烯酸或环氧丙烯酸类光聚合材料。所述公共电极5材料可以是氧化铟锡、氧化铟锌或氧化铝锌等。所述柱状隔垫物的截面形状可以为等腰梯形等；上下断面形状可以为正多边形(如八边形)、圆形等。

上述彩膜像素结构是本发明的一种典型结构，显然可以进行各种形式的变通，如仅仅将六边形蜂巢结构变更为其它形式的多边形结构等，只要是使用纵横向的黑矩阵与相邻像素共同组成结构，也可以有其它形状和图案的像素结构，符合本发明范围。

本发明的彩膜结构可以通过下面的方法制造：

首先，使用化学汽相沉积方法，在底基板上制备一层厚度在1um至5um的黑矩阵层。黑矩阵材料通常可以采用铬或氧化铬组合构成的单层结构，也可以使用上述几种材料薄膜的组合结构。用掩模版通过曝光工艺和化学刻蚀工艺，在玻璃基板的一定区域上形成黑矩阵1图案。或是采用树脂型黑矩阵，例如含有炭黑的树脂材料，利用涂敷分散法在彩膜基板上涂敷1um到5um的黑矩阵树脂层，然后通过曝光工艺和化学显影工艺，在玻璃基板的一定区域上形成黑矩阵1图案。

然后，利用涂敷分散法在彩膜基板上涂敷1um到5um的红色像素树脂层。像素树脂层材料通常是丙稀酸类感光性树脂或其他羧酸型色素颜料树脂。然后通过曝光工艺和化学显影工艺，在玻璃基板的一定区域上形成红色亚像素4图案。

接下来，采用和制备红色像素类似的方法，利用涂敷分散法在彩膜基板上涂敷1um到5um的绿色和蓝色像素树脂层，然后通过曝光工艺和化学显影工艺，在玻璃基板的一定区域上形成绿色亚像素2和蓝色亚像素3图案。

上述形成红色亚像素4、绿色亚像素2和蓝色亚像素3图案的顺序可以进行变换。

随后，在整个阵列基板上沉积一层公共电极层。此公共电极为透明电极。常用的透明电极为氧化铟锡(ITO)或IZO，厚度在1000至5000之间。

最后，采用与黑矩阵层形成相类似的方法，在玻璃底基板上沉积一层柱状隔垫物层，通过涂敷曝光及化学显影或光刻工艺，最终形成柱状隔垫物。柱状隔垫物的上表面为正八边形、圆形等，直径在10um至20um。柱状隔垫物的高度在2um至5um。

以上所提出实施例为一种实现方法，也可以通过选择不同的材料或材料组合来实现本发明。在具有多边形结构的彩膜基板上面，彩膜像素结构显然可以有各种修改和变化。同时在彩膜的制作工艺中也可以有不同的变化，但考虑到现今的环保要求，通常都选择使用树脂型材料，并采用颜料分散法进行制作。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，按照需要可使用不同材料和设备实现之，即可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种TFT LCD彩膜基板结构，其特征在于，包括：

一底基板；

一黑矩阵，形成在所述底基板之上；

一像素，包括红、绿、蓝三亚像素，形成在所述黑矩阵和底基板之上；

一公共电极，形成在所述像素及黑矩阵之上；

一柱状隔垫物，形成在所述黑矩阵区域之上；

其中，所述黑矩阵为横向和纵向折线型排布的多边形结构；所述红、绿、蓝三亚像素填充于黑矩阵所形成多边形蜂窝状像素结构中。

2.根据权利要求1所述的彩膜基板结构，其特征在于：所述多边性结构具体为六边形。

3.根据权利要求1所述的彩膜基板结构，其特征在于：所述柱状隔垫物均匀对称的设置在相邻亚像素的黑矩阵区域之上。

4.根据权利要求1所述的彩膜基板结构，其特征在于：所述红、绿和蓝亚像素为相邻排布结构。

5.根据权利要求1至4任一所述的彩膜基板结构，其特征在于：所述黑矩阵为铬或氧化铬组合构成的单层或复合层结构，或为树脂型黑矩阵。

6.根据权利要求1至4任一所述的彩膜基板结构，其特征在于：所述红、绿和蓝亚像素的材料为感光性有机树脂；红、绿和蓝亚像素的结构为单层或复合层结构。

7.根据权利要求1至4任一所述的彩膜基板结构，其特征在于：所述公共电极的材料为氧化铟锡、氧化铟锌或氧化铝锌。

8.一种TFT LCD彩膜基板结构的制造方法，其特征在于，包括：

步骤1，在基板上沉积黑矩阵材料层，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，或涂敷曝光工艺和化学显影工艺，形成横向和纵向折线型排布的多边形结构的黑矩阵；

步骤2，在完成步骤1的基板上通过涂敷曝光工艺和化学显影工艺，形成红色、绿色和蓝色亚像素，其中红、绿和蓝亚像素为相邻结构，填充于所述多边形结构的黑矩阵中；

步骤3，在完成步骤2的基板上沉积公共电极层，形成公共电极；

步骤4，在完成步骤3的基板上沉积柱状隔垫物树脂层，通过涂敷曝光工艺和化学显影工艺或光刻工艺，形成柱状隔垫物层。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述步骤1中形成多边形结构的黑矩阵具体为形成六边形结构的黑矩阵。

10.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的柱状隔垫物均匀对称位于相邻亚像素的交汇处的黑矩阵之上。

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