CN103941551B - 一种曝光用掩模板、曝光设备及显示用基板的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝光用掩模板、曝光设备及显示用基板的制作方法，用以在光阻层上实现一种孔径更小、或者狭缝更窄，或者线条的宽度更小的图形。所述曝光用掩模板，包括：掩模板本体，位于所述掩模板本体出光侧用于防衍射的膜层；所述掩模板本体上设置透光区域和不透光区域；所述防衍射的膜层上至少与所述掩模板本体的透光区域对应的区域为透光区域；所述防衍射的膜层为折射率n>1的膜层。

Description

一种曝光用掩模板、曝光设备及显示用基板的制作方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种曝光用掩模板、曝光设备及显示用基板的制作方法。

背景技术

在显示技术领域，显示用基板主要包括对盒而置的彩膜基板和阵列基板。彩膜基板上主要设置有彩色滤光片（即图案化的彩色树脂层），阵列基板上主要设置有像素阵列。近年来，随着人们对高开口率及高亮度显示面板的不断需求，开发出一种彩色滤光片直接形成在阵列基板上（Color filter On Array，简称COA）的技术，通过COA技术形成的彩色滤光阵列基板为COA基板。

无论是彩膜基板还是COA基板，均包括制作彩色滤光片的过程、制作黑矩阵的过程，以及制作彩色树脂层上过孔的过程。所述彩色滤光片、黑矩阵，以及彩色树脂层均为光阻层。

现有技术在光阻层上制作彩色滤光片、黑矩阵或过孔，通过对对应图形的掩模板进行曝光、然后对曝光后的树脂层进行显影得到。在曝光过程中，掩模板位于曝光设备上，通过移动曝光设备使得掩模板靠近待曝光光阻层，也就是采用大面积接近式曝光方式曝光，获得一定线宽的黑矩阵或相邻彩色滤光片之间的狭缝，或者获得一定宽度的孔径。

现有技术，掩模板通常是单层式结构，掩模板设置有遮光区域和透光区域。由于曝光机与待曝光的膜层之间的距离最小约300μm，曝光光线经过狭缝或孔照射掩模板下方的光阻层，此过程中，会发生光的衍射，使得光阻层上曝光区域大于掩模板上的透光区域，得到的孔径、狭缝或黑矩阵的宽度较大。

随着显示屏像素越来越高，要求图形的精细度也越来越高，现有技术光阻层上制作彩色滤光片、黑矩阵或过孔得到的图形的精细度已经无法满足要求，应用在显示产品上会影响像素的开口率。

发明内容

本发明实施例提供的一种曝光用掩模板、曝光设备及显示用基板的制作方法，用以在光阻层上实现一种孔径更小、或者狭缝更窄，或者线条的宽度更小的图形，从而提高显示用基板上像素的开口率。

本发明实施例提供的一种曝光用掩模板，包括：掩模板本体，位于所述掩模板本体出光侧用于防衍射的膜层；

所述掩模板本体上设置透光区域和不透光区域；

所述防衍射的膜层上至少与所述掩模板本体的透光区域对应的区域为透光区域；

所述防衍射的膜层为折射率n>1的膜层。

较佳地，所述防衍射的膜层透光区域的折射率n满足：1<n≤10。

较佳地，所述防衍射的膜层透光区域的折射率n满足：1<n≤2。

较佳地，所述掩模板本体与所述防衍射的膜层之间可拆装连接。

较佳地，所述防衍射的膜层的厚度为1～300μm。

较佳地，所述防衍射的膜层为有机树脂层。

较佳地，所述防衍射的膜层与所述掩模板本体之间的距离为50～200μm。

本发明实施例还提供一种显示用基板的制作方法，包括以下步骤：

在衬底基板上形成一层光阻层；

将与所述光阻层上待形成的图形对应的曝光用掩模板置于所述光阻层的上方；

采用曝光设备对所述光阻层进行曝光，曝光设备发出的光线先后经过所述曝光用掩模板的入光侧、出光侧和所述光阻层，曝光后的光阻层经显影工艺形成所述图形；

其中，所述曝光用掩模板为上述任一方式的曝光用掩模板。

较佳地，所述在衬底基板上形成一层光阻层，具体为：在衬底基板上形成一层黑色树脂层或彩色树脂层。

较佳地，在所述光阻层上方放置曝光用掩模板以及曝光形成预设图形，具体为：

在形成有黑色树脂层的衬底基板上方放置与待形成的黑矩阵图形相对应的曝光用掩模板，曝光用掩模板的掩模板本体上与待形成的黑矩阵图形对应的区域为透光区域，其余区域为遮光区域；

采用曝光设备对所述黑色树脂层进行曝光，对曝光后的黑色树脂层进行显影工艺，形成所述黑矩阵图形；或者

在形成有彩色树脂层的衬底基板上方放置与待形成的彩色滤光片图形相对应的曝光用掩模板，曝光用掩模板的掩模板本体上与待形成的彩色滤光片图形对应的区域为透光区域，其余区域为遮光区域；

采用曝光设备对所述彩色树脂层进行曝光，对曝光后的彩色树脂层进行显影工艺，形成所述彩色滤光片图形。

本发明实施例提供一种曝光设备，其上设置有曝光用掩模板，所述曝光用掩模板为上述任一方式的曝光用掩模板。

综上所述，本发明实施例提供一种曝光用掩模板，包括：掩模板本体，位于所述掩模板本体出光侧的防衍射的膜层；所述掩模板本体上设置透光区域和不透光区域；所述防衍射的膜层上至少与所述透光区域对应的区域设置有透光区域。当曝光设备对所述掩模板下方的光阻层进行曝光时，光线先后经过掩模板本体、防衍射的膜层以及光阻层，光线经过防衍射的膜层时，光线不会或很少发生衍射现象，在光阻层上的曝光图形的面积等于或者约等于所述掩模板本体上的透光区域的面积，得到的曝光图案的精确度更高，相应地，光阻层上制作的孔径更小、或者形成的狭缝更窄，或者形成的线条的宽度更小，可以提高显示用基板上像素的开口率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的曝光用掩模板的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的曝光时所述曝光用掩模板与光线之间关系示意图；

图3为图2所示的掩模板中防衍射的膜层和光线之间关系的放大示意图；

图4为本发明实施例提供的显示用基板的制作方法流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种曝光用掩模板、曝光设备及显示用基板的制作方法，用以在光阻层上实现一种孔径更小、或者形成的狭缝更窄，或者形成的线条的宽度更小的图形，从而提高显示用基板上像素的开口率。

需要说明的是，显影工艺的原理是利用一定浓度的显影液将树脂溶解掉。本发明下述黑色树脂层和彩色树脂层未曝光部分均可以被显影液显影掉。

所述黑色树脂层主要由碱溶性树脂、黑色颜料和光聚合引发剂组成。所述彩色树脂层主要由碱溶性树脂、彩色颜料和光聚合引发剂组成。

以下将结合附图具体说明本发明实施例提供的技术方案。

参见图1，为本发明实施例提供的曝光用掩模板，包括：

掩模板本体1，位于掩模板本体1出光侧用于防衍射的膜层2；

掩模板本体1上设置透光区域和不透光区域；

防衍射的膜层2上至少与掩模板本体1上的透光区域对应的区域为透光区域；

所述防衍射的膜层2为折射率n>1的膜层。

具体地，掩模板本体1为任何具有透光区域和不透光区域的掩模板结构，本发明实施例提供的掩模板本体1主要指具有孔状透光区域或具有狭缝状透光区域的结构，曝光后的目标图形为过孔、狭缝或线条（线条例如黑矩阵）等结构；

防衍射的膜层2为任何折射率n>1的膜层。

一般地，曝光工序在空气中进行，空气的折射率n_空=1。

上述图1所示的掩模板结构，在具体实施过程中，参见图2，曝光设备位于掩模板本体1的上方，待曝光的膜层3（例如黑矩阵BM膜层）位于防衍射的膜层2的下方，曝光时，曝光设备发出的光线（光线如图2中单箭头所示）从掩模板本体1的入光侧先后经掩模板本体1和防衍射的膜层2的透光区域，照射到黑矩阵BM膜层3上。由于掩模板本体1上的透光区域的图形为孔状或狭缝状，光线经过时，极容易产生光的衍射现象。当光线先后经过掩模板本体1和防衍射的膜层2时，防衍射的膜层2的折射率n>1，即防衍射的膜层2的折射率大于空气的折射率，光线经过防衍射的膜层2后具有向透光区域的方向汇聚的效果，相比较现有技术光线经掩模板本体后直接照射到待曝光的膜层上，本发明提供的掩模板曝光后黑色树脂层上曝光区域面积减小，相应地，形成的孔径更小、或者形成的狭缝更窄，或者形成的线条的宽度更小，得到的图案的精细度越高，因此可以提高显示装置图像的分辨率。

防衍射的膜层的折射率越大，光线向透光区域的中心方向移动的距离越大，防衍射的膜层的厚度越大，光线向透光区域的中心方向移动的距离越大。形成的孔径更小、或者形成的狭缝更窄，或者形成的线条的宽度更小。

具体地，如图3所示，为图2所示的掩模板中防衍射的膜层的放大示意图，设厚度为h的防衍射的膜层，入射光线的入射角为α，入射点为C点，出射光线的出射点为A点，带箭头的虚线为参考线（即光在空气中的传播方向），经过防衍射的膜层的出射光线与参考线之间的距离AB，根据几何关系，满足如下公式（1-1）和公式（1-2）：

AB=h*(tanα-tanβ） （1-1）；

n=sinα/sinβ （1-2）；

其中，h为防衍射的膜层的厚度，α为光线经过掩模板本体后入射到防衍射的膜层表面的入射角，β为光线在防衍射的膜层中的折射角，n为防衍射的膜层的折射率。h、α、n为已知。

公式（1-1）和公式（1-2）的变形式为如下公式（1-3）：

$\mathrm{AB}=h*(\tan \mathrm{\&alpha;}-\tan \mathrm{\&beta;})=h*(\tan \mathrm{\&alpha;}-\frac{\sin \mathrm{\&alpha;}}{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\&alpha;}}})---(1-3);$

由上述公式（1-3）可以进一步说明，防衍射的膜层的折射率n越大光线的偏折角度更大，光线向透光区域的中心方向移动的距离AB越大，防衍射的膜层的厚度h越大，光线向透光区域的中心方向移动的距离AB越大。

图1所示的掩模板，防衍射的膜层2的透光区域的折射率n可以在1～100之间（不包含1）。

较佳地，图1所示的掩模板，防衍射的膜层2的透光区域的折射率n满足：1<n≤10。

更优选地，图1所示的掩模板，防衍射的膜层2的透光区域的折射率n满足：1<n≤2。

现有技术提供的掩模板，实施曝光工艺时，掩模板本体与待曝光的膜层之间的最近距离约300μm。

较佳地，防衍射的膜层的厚度可以为1～300μm的范围内，即防衍射的膜层的最大厚度不超过掩模板本体与待曝光的膜层之间的距离。更优选地，防衍射的膜层的厚度为1～200μm，较佳地，防衍射的膜层的厚度为1～100μm。

当防衍射的膜层的厚度小于掩模板本体与待曝光的膜层之间的距离时，优选地，所述防衍射的膜层与所述掩模板本体之间的距离为0～200μm，优选范围为50～200μm。

进一步地，所述防衍射的膜层可以为有机树脂层，具体地该有机树脂层为非胶状的具有一定硬度的有机树脂层。例如，具体实施时可以但也不限于通过光固化工艺对胶状有机树脂层固化得到固化后的有机树脂层。

图1所示的掩模板中的防衍射的膜层2的设置方式不止一种。其中一种实施方式为：整个膜层为可透光的膜层；另一种实施方式为：在与掩模板本体上的透光区域对应的位置设置有透光区域。

本发明图1所示的掩模板，掩模板本体1和防衍射的膜层2之间可拆装连接，也可以固定连接。当防衍射的膜层2为整个膜层为可透光的膜层时，该防衍射的膜层2可以通用，即适用于整体尺寸一致的掩模板本体1上。此时，掩模板本体1和防衍射的膜层2之间设置为可拆装连接，可以在不同的掩模板本体1上反复使用同一块防衍射的膜层2。

所述可拆装连接的实施方式可以但不限于为卡扣连接或插配连接等。

本发明实施例还提供一种曝光设备，其上设置有曝光用掩模板，所述曝光用掩模板为上述实施例提供的任一方式的掩模板。

本发明实施例提供的掩模板为曝光用掩模板。

参见图4本发明实施例提供一种显示用基板的制作方法，包括以下步骤：

S11、在衬底基板上形成一层光阻层；

S12、将与所述光阻层上待形成的图形对应的曝光用掩模板置于所述光阻层的上方；

S13、采用曝光设备对所述光阻层进行曝光，曝光设备发出的光线先后经过所述曝光用掩模板的入光侧、出光侧和所述光阻层，曝光后的光阻层经显影工艺形成所述图形；

其中，所述曝光用掩模板为上述实施例提供的任一方式的曝光用掩模板。

参见图2，曝光设备位于掩模板本体1的上方，待曝光的膜层3（例如黑矩阵BM膜层）位于防衍射的膜层2的下方，曝光时，曝光设备发出的光线（光线如图2中单箭头所示）从掩模板本体1的入光侧先后经掩模板本体1和防衍射的膜层2的透光区域，照射到黑矩阵BM膜层3上。由于掩模板本体1上的透光区域的图形为孔状或狭缝状，光线经过时，极容易产生光的衍射现象。当光线先后经过掩模板本体1和防衍射的膜层2时，防衍射的膜层2的折射率n>1，即防衍射的膜层2的折射率大于空气的折射率，光线经过防衍射的膜层2后具有向透光区域的方向汇聚的效果，相比较现有技术光线经掩模板本体后直接照射到待曝光的膜层上，本发明提供的掩模板曝光后黑色树脂层上曝光区域面积减小，相应地，形成的孔径更小、或者形成的狭缝更窄，或者形成的线条的宽度更小，得到的图案的精细度越高，因此可以提高显示装置图像的分辨率。

较佳地，在衬底基板上形成一层光阻层，具体为：在衬底基板上形成一层黑色树脂层或彩色树脂层。

较佳地，在所述光阻层上方放置曝光用掩模板以及曝光形成预设图形，具体为：

在形成有黑色树脂层的衬底基板上方放置与待形成的黑矩阵图形相对应的曝光用掩模板，曝光用掩模板的掩模板本体上与待形成的黑矩阵图形对应的区域为透光区域，其余区域为遮光区域；

采用曝光设备对所述黑色树脂层进行曝光，对曝光后的黑色树脂层进行显影工艺，形成所述黑矩阵图形；或者

在形成有彩色树脂层的衬底基板上方放置与待形成的彩色滤光片图形相对应的曝光用掩模板，曝光用掩模板的掩模板本体上与待形成的彩色滤光片图形对应的区域为透光区域，其余区域为遮光区域；

采用曝光设备对所述彩色树脂层进行曝光，对曝光后的彩色树脂层进行显影工艺，形成所述彩色滤光片图形。

所述显示用基板可以为彩膜基板也可以为阵列基板，所述阵列基板为采用彩色滤光片直接形成在阵列基板上（Color filter On Array，简称COA）的技术形成的COA基板。

其中，需要说明的是，上述衬底基板，可以是未涂覆任何膜层或者未形成任何图案的空白玻璃、石英、树脂等基板，也可以是为制备彩膜基板、COA基板等而形成有一定膜层或图案的半成品基板，本发明不做限定。

显示用基板的制作方法其中一种实施方式为：

在彩膜基板上制作黑矩阵的过程，黑矩阵的线宽越小，显示装置的分辨率可以做到越高。黑矩阵采用黑色树脂层制作而成。

具体地：

步骤一：在衬底基板上形成一层黑色树脂层；该黑色树脂层的光刻性质与负性光刻胶层的光刻性质类似，即曝光区域可以保留，未曝光区域可以被显影掉。

步骤二：将与所述黑色树脂层上待形成的图形对应的曝光用掩模板置于所述黑色树脂层的上方；即所述掩模板的透光区域与所述彩膜基板上待形成的黑矩阵的图形对应，即所述掩模板的透光区域的图形与黑矩阵的图形三维大小和形状相类似。

步骤三：采用曝光设备对所述黑色树脂层进行曝光，曝光设备发出的光线先后经过所述曝光用掩模板的入光侧、出光侧和所述黑色树脂层，曝光后的黑色树脂层经显影工艺形成所述图形；

具体地，在形成有黑色树脂层的衬底基板上方放置与待形成的黑矩阵图形相对应的曝光用掩模板，曝光用掩模板的掩模板本体上与待形成的黑矩阵图形对应的区域为透光区域，其余区域为遮光区域；

采用曝光设备对所述黑色树脂层进行曝光，对曝光后的黑色树脂层进行显影工艺，形成所述黑矩阵图形。

其中，所述曝光用掩模板为上述实施例提供的任一方式的曝光用掩模板。

根据上述实验步骤针对如下不同参数进行相应的实验。

假设以下案例所使用的BM掩模板（Ｍask）线宽为6μm。

实施方案1：

在Mask与玻璃基板之间插入一层高折射率薄膜，该薄膜的厚度为5μm，折射率为1.5，黑色树脂层经过前烘、曝光、显影等工艺，检测BM线宽为7.7μm。

实施方案2：

在Mask与玻璃基板之间插入一层高折射率薄膜，该薄膜的厚度为15μm，折射率为1.5，黑色树脂层经过前烘、曝光、显影等工艺，检测BM线宽为7.1μm。

实施方案3：

在Mask与玻璃基板之间插入一层高折射率薄膜，该薄膜的厚度为25μm，折射率为1.5，黑色树脂层经过前烘、曝光、显影等工艺，检测BM线宽为6.5μm。

实施方案4：

在Mask与玻璃基板之间插入一层高折射率薄膜，该薄膜的厚度为50μm，折射率为1.5，黑色树脂层经过前烘、曝光、显影等工艺，检测BM线宽为5μm。

实施方案5：

在Mask与玻璃基板之间插入一层高折射率薄膜，该薄膜的厚度为25μm，折射率为1.9，黑色树脂层经过前烘、曝光、显影等工艺，检测BM线宽为6μm。

对比方案1：

曝光设备中Mask和玻璃基板之间没有插入其他介质，在白玻璃上涂布黑色树脂层，经过前烘、曝光、显影等工艺，检测BM线宽为8μm。

所述高折射率薄膜为本发明图1所示的防衍射的膜层2。

由此可见，实施方案1～实施方案5相比较对比方案1，得到的BM线宽明显较低，低于8μm。实施方案4采用较厚的防衍射的膜层时，BM线宽较小，可以达到5μm。

上述实施例以制作黑矩阵为例说明，如果需要制作过孔或狭缝，可以在正性光刻胶上制作过孔或狭缝，掩模板上透光区域对应过孔或狭缝，得到的过孔的孔径或狭缝的宽度较小，这里就不一一列举。

本发明实施例提供的掩模板及显示用基板的制作方法，可以实现不改变现有技术中曝光设备和掩模板的结构，只需要在掩模板上设置一个可拆装的防衍射的膜层，即折射率大于空气折射率的高折射率薄膜即可，在保证高折射率薄膜不影响待形成的膜层的质量即可。本发明提供的掩模板曝光后黑色树脂层或彩色树脂层上曝光区域面积减小，相应地，形成的孔径更小、或者形成的狭缝更窄，或者形成的线条的宽度更小，得到的图案的精细度越高，因此可以提高显示装置图像的分辨率。

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。

Claims (11)

1.一种曝光用掩模板，其特征在于，包括：掩模板本体，位于所述掩模板本体出光侧用于防衍射的膜层；所述防衍射的膜层与所述掩模板本体之间的距离大于零；

所述掩模板本体上设置透光区域和不透光区域；

所述防衍射的膜层仅与所述掩模板本体的不透光区域对应；

所述防衍射的膜层为折射率n>1的膜层。

2.根据权利要求1所述的曝光用掩模板，其特征在于，所述防衍射的膜层的折射率n满足：1<n≤10。

3.根据权利要求2所述的曝光用掩模板，其特征在于，所述防衍射的膜层的折射率n满足：1<n≤2。

4.根据权利要求1所述的曝光用掩模板，其特征在于，所述掩模板本体与所述防衍射的膜层之间可拆装连接。

5.根据权利要求1所述的曝光用掩模板，其特征在于，所述防衍射的膜层的厚度为1～300μm。

6.根据权利要求1所述的曝光用掩模板，其特征在于，所述防衍射的膜层为有机树脂层。

7.根据权利要求1所述的曝光用掩模板，其特征在于，所述防衍射的膜层与所述掩模板本体之间的距离为50～200μm。

8.一种显示用基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底基板上形成一层光阻层；

将与所述光阻层上待形成的图形对应的曝光用掩模板置于所述光阻层的上方；

采用曝光设备对所述光阻层进行曝光，曝光设备发出的光线先后经过所述曝光用掩模板的入光侧、出光侧和所述光阻层，曝光后的光阻层经显影工艺形成所述图形；

其中，所述曝光用掩模板为权利要求1-7任一所述的曝光用掩模板。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在衬底基板上形成一层光阻层，具体为：在衬底基板上形成一层黑色树脂层或彩色树脂层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述光阻层上方放置曝光用掩模板以及曝光形成预设图形，具体为：

在形成有黑色树脂层的衬底基板上方放置与待形成的黑矩阵图形相对应的曝光用掩模板，曝光用掩模板的掩模板本体上与待形成的黑矩阵图形对应的区域为透光区域，其余区域为遮光区域；

采用曝光设备对所述黑色树脂层进行曝光，对曝光后的黑色树脂层进行显影工艺，形成所述黑矩阵图形；或者

在形成有彩色树脂层的衬底基板上方放置与待形成的彩色滤光片图形相对应的曝光用掩模板，曝光用掩模板的掩模板本体上与待形成的彩色滤光片图形对应的区域为透光区域，其余区域为遮光区域；

采用曝光设备对所述彩色树脂层进行曝光，对曝光后的彩色树脂层进行显影工艺，形成所述彩色滤光片图形。

11.一种曝光设备，其上设置有曝光用掩模板，其特征在于，所述曝光用掩模板为权利要求1-7任一所述的曝光用掩模板。