软模用抗蚀剂和使用其制造液晶显示器的方法

摘要

本发明提供软模用抗蚀剂和使用其制造液晶显示器的方法。本发明提供用于软光刻的软模抗蚀剂、制造软模的方法、以及使用软模来制造液晶显示装置的方法，其中，所述软模包括亲水液态预聚物、光引发剂以及表面活性剂。通过将软模抗蚀剂涂覆到底板或模板并且将预定图案从模板转印到软模抗蚀剂，从而形成软模。通过将软模施加于覆盖在薄膜上的刻蚀抗蚀剂层、并且将预定图案转印到刻蚀抗蚀剂、接着使用该刻蚀抗蚀剂作为掩模对薄膜进行刻蚀，从而形成显示器。执行附加的工艺步骤，以形成液晶显示装置。

说明书

技术领域

本发明涉及用于软光刻(soft-lithography)的软模用抗蚀剂(resist forsoft mold)(即，抗蚀图案)和使用其制造液晶显示(LCD)装置的方法。

背景技术

近来，作为视觉信息传输介质的显示装置的重要性已经增加了，并且开发了各种类型的有竞争力的显示装置。为了保持重要地位，显示装置应当满足功耗低、薄且轻、以及画面质量高的需求。

LCD(平板显示器(FPD)中的主要产品)可以大量生产，并且仍具有满足显示器市场的预期所必要的性能。LCD通常可以用在诸如大TV或计算机监视器等的多种应用领域，并且正保持为可以最终取代市场上的现有阴极射线管(CRT)的核心显示装置。

LCD是如下的显示装置：其中，将根据图像信息的数据信号分别地提供给排列为矩阵形式的液晶单元以控制液晶单元的透光率，由此显示期望的图像。

现在，对现有技术LCD的构造进行说明。

图1是示出现有技术LCD的构造的分解立体图。

如图所示，通常的LCD包括滤色器基板113、TFT阵列基板101，以及形成在滤色器基板113与阵列基板101之间的液晶层109。

滤色器基板113包括滤色器117、黑底115以及透明公共电极111，滤色器117包括实现红色、绿色以及蓝色的多个子滤色器，黑底115用于划分子滤色器并遮挡透过液晶层109的光透射，透明公共电极111用于向液晶层109施加电压。

阵列基板101包括垂直和水平地设置以限定多个像素区(P)的多条选通线103和多条数据线105、形成在选通线103和数据线105的各个交叉处的TFT(开关元件)、以及形成在像素区(P)上的像素电极107。

在包括LCD在内的大多数平板显示装置的制造方法中，使用光刻工艺对层叠在基板上的薄膜材料进行构图。光刻工艺是一种光刻蚀工艺，使用光刻工艺的构图方法如下所述。

首先，将诸如光敏材料的光刻胶涂覆在要构图的薄膜上，将具有特定图案的光掩模对准，执行曝光工艺。在这种情况下，光掩模包括特定的透射区和遮蔽区，透射通过透射区的光化学地改变光刻胶。

光刻胶的化学变化根据光刻胶的类型而改变。在正性光刻胶的情况下，其曝光部分变为具有被显影剂溶解的性质，在负性光刻胶的情况下，其曝光部分变为具有不被显影剂溶解的性质。在以下的说明中以使用正性光刻胶的工艺为实施例。

在曝光工艺之后，当使用显影剂去除了光刻胶的曝光部分时，在薄膜上形成了特定的光刻胶图案。此后，根据光刻胶图案的形状对薄膜进行刻蚀，并且去除剩余的光刻胶图案以形成特定形状的薄膜图案。由此，光刻工艺需要昂贵的光掩模，并且是包含曝光和显影工艺的复杂工艺，这导致了高加工成本和低生产率。

发明内容

在一个方面，软模包括96wt％(重量百分比)或以上的亲水液态预聚物(hydrophilic liquid prepolymer)、大约1wt％到3wt％的光引发剂(photoinitiator)、以及大约0.01wt％到1wt％的表面活性剂。

在第二方面，一种软模制造方法包括设置具有凹陷或凸起部分的模板(master plate)。在所述模板上涂覆树脂层，该树脂层包含96wt％或以上的亲水液态预聚物、大约1wt％到3wt％的光引发剂以及大约0.01wt％到1wt％的表面活性剂。通过向所述树脂层照射紫外(UV)光来固化该树脂层。将固化的所述树脂层从所述模板分离，其中，所述软模包括固化的树脂层。

在第三方面，一种使用软模来形成图案的方法包括在基板上形成薄膜。向所述基板上的所述薄膜涂覆抗蚀剂。在所述抗蚀剂上设置软模。所述软模包括至少一个凹陷图案并且具有亲水性质。将所述软模从所述基板去除，以在该基板上形成至少一个期望图案。

在第四方面，一种使用软模来形成液晶显示(LCD)装置的方法包括设置第一基板和第二基板。在所述第一基板上形成黑底。在所述黑底上形成滤色器。使用软模对外覆层和柱状间隔体进行构图。所述软模具有亲水性质。在所述第二基板上形成栅极。在所述栅极上形成栅绝缘层。在所述第二基板上形成TFT，该TFT包括源极、漏极、有源图案以及半导体层。在所述第二基板上形成钝化层和像素电极。在所述第一基板与所述第二基板之间设置液晶层。将所述第一基板与所述第二基板接合。

结合附图，根据以下对本发明的详细说明，本发明的前述和其他目的、特征、方面以及优点将变得更清楚。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施方式，并与说明一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是示出现有技术的液晶显示器的结构的分解立体图；

图2A到2C是顺序地示出根据本发明示例性实施方式的用于对薄膜进行构图的方法的剖面图；

图3A到3E是顺序地示出根据本发明一个示例性实施方式的用于制造软模的方法的剖面图；以及

图4A到4E是顺序地示出根据本发明另一示例性实施方式的用于制造软模的方法的剖面图。

图5A到5C是顺序地示出根据本发明另一示例性实施方式的用于使用软模来制造包括柱状间隔体的外覆层的方法的剖面图。

具体实施方式

现在，参照附图，对根据本发明示例性实施方式的软模用抗蚀剂和使用其制造液晶显示(LCD)装置的方法进行说明。

图2A到2C是顺序地示出根据本发明示例性实施方式的用于对薄膜进行构图的方法的剖面图。具体来说，图2A到2C示出了使用软光刻(其使得无需使用光刻工艺即可形成图案)对薄膜进行构图的方法。

如图2A所示，在基板201上形成薄膜203a，接着在薄膜203a上使用液态树脂形成刻蚀抗蚀剂205a。

此后，从其上形成有薄膜203a和刻蚀抗蚀剂205a的基板201的上方，使包括凹陷图案(B)和凸起图案(A)的软模207a与刻蚀抗蚀剂205a的表面接触。在这种情况下，可以通过使软模用抗蚀剂固化来形成软模207a。

当软模207a与对应于要形成图案的部分的刻蚀抗蚀剂205a的表面接触时，作为液态树脂的刻蚀抗蚀剂205a由于毛细作用和软模207a的高表面能而转印到软模207a的凹陷图案(B)。在这种情况下，如果有必要，则在软模207a与刻蚀抗蚀剂205a的表面接触时按压该软模207a。

在经过特定量的时间之后，将软模207a从基板201分离。于是，如图2B所示，与凹陷图案(B)形状相同的刻蚀抗蚀剂图案206a保留在薄膜203a上。除了刻蚀抗蚀剂图案206a以外，还可能有特定量的刻蚀抗蚀剂保留在其他部分，在这种情况下，可以执行灰化工艺以去除这些剩下的刻蚀抗蚀剂。

接下来，如图2C所示，使用刻蚀抗蚀剂图案206a作为掩模来选择性地刻蚀薄膜203a，接着，去除刻蚀抗蚀剂图案206a以形成特定的薄膜图案203。

如上所述，根据本发明的软光刻工艺包括使得刻蚀抗蚀剂和软模可以彼此接触以形成刻蚀抗蚀剂图案的工艺。在这种情况下，刻蚀抗蚀剂转印到软模图案的凹陷图案，以形成与形成在软模图案的图案对应的刻蚀抗蚀剂图案。

然而，在这个方面，如果刻蚀抗蚀剂与软模表面之间的斥力很强，即，如果因软模的低表面能而使得刻蚀抗蚀剂与软模之间的粘附性很弱，则刻蚀抗蚀剂不能充分转印到软模的凹陷图案，使得难于形成刻蚀抗蚀剂图案。在使用刻蚀抗蚀剂图案的后继工艺中，刻蚀抗蚀剂图案不能恰当地形成在基础层中。因此，必须改进软模与刻蚀抗蚀剂之间的粘附性，随着粘附性的改进，可以改进两种材料之间的接触，并且可以形成高质量图案。

两种接触材料之间的粘附性和延展特性取决于表面能，软模的表面能越强，与刻蚀抗蚀剂的粘附性和延展特性就越好。此外，两种材料之间的粘附性取决于这两种材料的亲水性，材料的亲水性越大，粘附性就增加得越大。与此相反的是，材料的疏水性越大，粘附性就将降得越低。

因此，在本发明的示例性实施方式中，使用可光致固化(可UV固化)的材料来形成具有亲水性和高表面能的软模，并且使用该软模制造LCD。

图3A到3E是顺序地示出根据本发明第一示例性实施方式的用于制造软模的方法的剖面图。

如图3A所示，在基板301上涂覆软模用抗蚀剂305以形成软模。在这种情况下，用于形成软模的材料是用于形成图案的可UV固化的液态材料，其在下文中被称为软模用抗蚀剂。

基板301可以由玻璃或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成。

接下来，如图3B和3C所示，制备模板307，该模板307在与期望要在软模上形成的图案对应的区域处形成有特定图案，并且使得模板307与抗蚀剂305的上表面接触。在这种情况下，如果有必要，可以对抗蚀剂305进行按压或加热，以增强其流动性。

模板307包括形成在模板307上的诸如凹陷图案或凸起图案的特定图案。模板307可以是玻璃板或者其上形成有金属的玻璃板。另选的是，模板307可以是诸如塑料的柔性板，或者可以是其上形成有金属的柔性板。用于形成特定图案的材料可以由金属、氧化硅/氮化硅、光刻胶和蜡中的一种制成。

当模板307与抗蚀剂305接触时，处于液态的抗蚀剂305转印到模板307的凹陷图案。

接下来，如图3D所示，通过将抗蚀剂305暴露于光而使其固化，从而产生软模。根据本发明的示例性实施方式，抗蚀剂305是在向其照射光时可以固化的材料。在优选实施方式中，使用具有大约300nm到500nm的波长的紫外光而使抗蚀剂305固化。

如图3E所示，在形成软模305’之后，将模板307从基板301分离。

图4A到4E是顺序地示出根据本发明另一示例性实施方式的用于制造软模的方法的剖面图。

首先，如图4A所示，制备模板407，该模板407在与期望要在软模上形成的图案对应的区域处形成有特定图案。

如上所述，模板407包括形成在模板407上的诸如凹陷图案或凸起图案的特定图案。模板407可以是玻璃板或者其上形成有金属的玻璃板。另选的是，模板407可以是诸如塑料的柔性板，或者可以是其上形成有金属的柔性板。用于形成特定图案的材料可以由金属、氧化硅/氮化硅、光刻胶、有机材料和蜡中的一种制成。

此后，如图4B所示，使用旋涂方法等，在模板407上涂覆用于形成软模的树脂层405。在这种情况下，用于形成软模的材料可以是用于形成图案的可UV固化的液态材料。

接下来，如图4C所示，使底板401与树脂层405的上表面接触。在这种情况下，如果有必要，可以在树脂层405与底板401之间插入特定的接合材料(未示出)。

底板401可以由玻璃或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等制成。

接下来，如图4D所示，透过底板401照射光，以固化树脂层405并且形成软模405’。

与上述示例性实施方式类似的是，根据本实施方式的用于树脂层405的抗蚀剂材料是在向其照射光时可以固化的材料。优选地使用具有大约300nm到500nm的波长的紫外光来使树脂层405固化。

如图4E所示，在形成软模405’之后，将模板407从底板401分离。

优选的是，形成图案的抗蚀剂处于呈现UV可固化性的液态。此外，形成图案的抗蚀剂优选地具有亲水性，以在形成LCD中的图案等时与刻蚀抗蚀剂的接触特性更好。

软模的材料(即根据本发明的软模用抗蚀剂)包括大约96wt％或以上的亲水液态预聚物、大约1wt％到3wt％的光引发剂、以及大约0.01wt％到1wt％的表面活性剂，并且是在向其照射光时可以固化的材料。在一个实施方式中，亲水液态预聚物可以为98wt％；光引发剂可以为1.5wt％；表面活性剂可以为0.5wt％。

亲水液态预聚物是可以UV固化的预聚物，并且包括丙烯酸酯预聚物。该丙烯酸酯预聚物包括HEA(2-羟乙基丙烯酸酯)、EGDMA(乙二醇二甲基丙烯酸酯)、EGPEA(乙二醇苯基醚丙烯酸酯)(EthyleneglycolPhenyletheracrylate)、HPA(羟丙基丙烯酸酯)以及HPPA(羟苯氧丙基丙烯酸酯)等，并且包括可以UV固化的亲水丙烯酸酯预聚物。

在软模材料中，可以使用一种预聚物，或者，另选的是，如果有必要，可以混合使用两种或更多种预聚物。

光引发剂是在接收到光时形成基团(radical)以开始聚合的材料，包括可以从Ciba Speciality Chemicals获得的“Irgacure 369”、“Irgacure 184”、“Irgacure 819”等。[注意，应对化学成分进行说明并且要求保护]。在软模材料中，可以使用一种光引发剂，或者另选的是，如果有必要，可以混合几种光引发剂。

添加表面活性剂以改变表面张力或表面能。优选的表面活性剂为可以从DuPont公司获得的“FSO-100”。[注意，应对化学成分进行说明并且要求保护]。

当将根据本发明的软模用抗蚀剂暴露于光时，发生光诱发的反应，其中光引发剂形成基团，由此抗蚀剂发生聚合和固化。具体地说，通过将光照射在抗蚀剂上来使其固化并对其进行模制，并且如上所述，可以使用大约300nm到500nm的UV光来固化抗蚀剂。

可以在形成滤色器或黑底、或者包括柱状间隔体的外覆层的工艺中采用使用该软模用抗蚀剂的薄膜构图工艺。此外，还可以在制造OLED(有机发光二极管)或其他平面显示装置、以及LCD装置的工艺中采用使用该软模用抗蚀剂的薄膜构图工艺。

对软模用抗蚀剂和使用软模制造方法来制造LCD的方法说明如下。

可以将用于制造液晶显示板的工艺分为用于在下阵列基板上形成驱动元件的驱动元件阵列工艺、用于在上滤色器基板上形成滤色器的滤色器工艺、以及单元工艺。

首先，通过阵列工艺，形成被设置为限定阵列基板上的像素区的多条选通线和多条数据线，并且在各个像素区形成与选通线和数据线相连接的TFT(驱动元件)。此外，通过阵列工艺，形成像素电极，该像素电极与TFT相连接，并且在通过TFT向其施加信号时驱动液晶层。

如图5A到5C所示，通过滤色器工艺，在滤色器基板411上形成用于区分子滤色器并遮蔽透过液晶层的光的黑底412、以及实现色彩的包括红色子滤色器、绿色子滤色器以及蓝色子滤色器的滤色器层413。接着，可以在滤色器基板411上形成包括柱状间隔体416的外覆层415。这里，外覆层415和柱状间隔体416可以包括单一的结构。

在这种情况下，可以使用软模405’和根据本发明的软模制造方法来形成包括柱状间隔体416的外覆层415的图案。

即，例如，为了在滤色器基板411上形成诸如包括柱状间隔体416的外覆层415的图案，制备在与期望在软模405’上形成的图案对应的区域处形成有特定图案的模板(未示出)。

此后，使用旋涂方法等在模板上形成用于形成软模405’的诸如树脂层的特定薄膜。在这种情况下，用于形成软模405’的树脂层可以是UV可固化的液态材料，该UV可固化液态材料包含：大约96wt％或以上的亲水液态预聚物、大约1wt％到3wt％的光引发剂、以及大约0.01wt％到1wt％的表面活性剂。

接下来，使其上形成有黑底412和滤色器层413的滤色器基板411与树脂层的上表面接触。在这种情况下，如果有必要，可以在树脂层与滤色器基板411之间插入特定的接合材料。

接着，透过滤色器基板411照射光，以固化树脂层并形成软模405’。

在形成软模405’之后，将模板从滤色器基板411分离。接着，在滤色器基板411上形成包括柱状间隔体416的外覆层415。

随后，在阵列基板和滤色器基板上涂覆配向膜之后，对它们进行配向，以向形成在阵列基板与滤色器基板之间的液晶层的液晶分子提供锚固力或表面固定力(即，预倾斜角和配向方向)。

在完成配向工艺之后，形成间隔体以在阵列基板与滤色器基板之间均匀地保持单元间隙，在滤色器基板的外缘部分上涂覆密封剂，接着，通过将阵列基板和滤色器基板按压在一起来将它们接合起来。

阵列基板和滤色器基板是大尺寸母基板。换句话说，在大尺寸母基板上形成有多个板区域，并且在每一个板区域上都形成有TFT、驱动元件以及滤色器层，这样，为了制造单位液晶板，应当对母基板进行切割和加工。

通过使用压力差的真空注入方法来注入液晶。即，根据真空注入方法，在具有特定真空度的室中，将从大尺寸母基板分离的单位液晶显示板的液晶注入口放进充有液晶的容器中，接着，改变真空度，根据液晶显示板内部与外部之间的压力差而使得液晶可以注入液晶显示板的内部。当在液晶显示板内充满了液晶时，将液晶注入口密封，以形成液晶显示板的液晶层。由此，为了通过真空注入方法在液晶显示板形成液晶层，需要将密封图案的一部分打开以用作液晶注入口。

在使用滴布方法来形成液晶层的情况下，在完成配向工艺之后，在滤色器基板上使用密封剂形成密封图案，同时将液晶滴布到阵列基板。

根据滴布方法，在将液晶滴布并且配布在设置有多个阵列基板的大尺寸第一母基板的图像显示区上、或者设置有多个滤色器基板的第二母基板的图像显示区上之后，通过向第一母基板和第二母基板施加特定的压力而将它们接合起来，由此使液晶均匀分布于整个图像显示区，由此形成液晶层。

由此，在通过滴布方法在液晶显示板中形成液晶层的情况下，应当将密封图案形成为包围像素部分区域的外缘的闭合图案，以防止液晶泄露到图像显示区的外部。

与真空注入方法相比，滴布方法允许在相对较短的时间内滴布液晶，并且，即使液晶显示板很大，也可以快速形成液晶。

此外，因为仅将需求量的液晶滴布在基板上，所以可以防止像真空注入方法那样的由于废弃了昂贵的液晶而造成的液晶显示板的单位成本的增加，由此，可以增强产品的价格竞争力。

此后，在将已经滴布液晶和已经涂覆密封剂的阵列基板和滤色器基板对准的状态下，向其施加压力，以使用密封剂而接合阵列基板和滤色器基板，同时使滴布的液晶均匀地散布在板的整个部分上。

在制造工艺中，由大尺寸母基板形成了其中形成有液晶层的多个液晶板。对玻璃基板进行处理，并且将它们切割分离为多个液晶板，接着，对它们进行检查，由此完成制造液晶显示板。

本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的对本发明的修改和变型。