CN113436548B - 一种黑色矩阵的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种黑色矩阵的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)在基底上依次涂覆黑色聚合物和光刻胶；(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；(3)再将步骤(2)所得样品表面镀抗刻蚀的金属层；(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；(5)最后刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵。本发明所述制备方法可大面积制备高深宽比的黑色矩阵，工艺简单，可行性高。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种黑色矩阵的制备方法。
背景技术
Micro-LED技术是指在芯片上集成高密度的微小尺寸LED阵列，像素点间距在微米级，Micro-LED可以实现超高电流密度、超低功耗、超快响应速度、超高分辨率等优势，在多个领域都展现出广阔的应用前景。实现Micro-LED彩色化是显示应用的重要研究方向，其中基于发光材料的颜色转换法是一种便捷、可行的方法。
颜色转换法是利用蓝光Micro-LED来激发发光材料，从而实现红、绿、蓝三色。发光材料一般选用新型的发光介质量子点，因其具有发光波长可调、波长覆盖范围广、荧光光谱窄而对称以及发光效率高等优势，可以高效地实现红、绿颜色的转换。而将红、绿量子点直接沉积在蓝光Micro-LED芯片，在微小像素间距的阵列中由蓝光芯片转换的红光和绿光容易产生颜色串扰。一般使用黑色矩阵将单个像素分隔开来，从而可以保证超高的分辨率和对比度。利用颜色转换法来实现Micro-LED全彩化，由于氮化镓基蓝光LED的效率高，量子点要达到一定的厚度才能完全吸收和转换蓝光，因此黑色矩阵也需要达到足够高的厚度和高的深宽比。
CN107991803A公开了一种黑色矩阵的制作方法，其公开的制作方法包括如下步骤：提供一基板，所述基板上设置有对位标记；在所述基板上涂覆一黑色矩阵薄膜；将涂覆有黑色矩阵薄膜的所述基板放入曝光机中，并对所述基板进行预对位，将所述标记装置移动到所述对位标记的上方，进行标记处理，得到光阻标记；根据所述光阻标记识别所述对位标记的位置，进行精确对位后，图案化所述黑色矩阵薄膜，形成黑色矩阵。其公开的制作方法提高了黑色矩阵的制作效率，但是其公开的制作方法主要是光刻的手段，所得的黑色矩阵深宽比较低。
CN109887966A公开了一种彩色滤光片黑色矩阵制作方法，其公开的彩色滤光片黑色矩阵制作方法，其公开的制作方法包括在玻璃基板清洗后，在玻璃基板上沉积铬金属薄膜；经过涂胶曝光显影光刻工艺，再经过蚀刻，形成金属铬矩阵；将玻璃基板通过等离子体氧化处理，形成表面的黑色氧化铬层。采用其公开的制作方法，可以形成超细的黑色氧化铬矩阵，降低或消除漏光现象。但是铬金属所形成的黑色矩阵较低，深宽比不能满足更高的工艺要求。
综上所述，开发一种能够制备高深宽比的黑色矩阵的工艺至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种黑色矩阵的制备方法，所述制备方法可大面积制备高深宽比的黑色矩阵，工艺简单，可行性高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种黑色矩阵的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在基底上依次涂覆黑色聚合物和光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再将步骤(2)所得样品表面镀抗刻蚀金属层；
(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；
(5)最后刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵。
本发明所述黑色矩阵的制备方法属于微纳加工工艺，步骤(1)先在基底上涂覆黑色聚合物；步骤(2)再通过光刻技术形成像素挡墙矩阵的凹槽；步骤(3)将样品表面镀抗刻蚀的金属层后，非曝光区的光刻胶与凹槽表面都被金属层覆盖；步骤(4)光刻胶剥离后实现具有像素挡墙矩阵的金属层；最后在步骤(5)中将表面未镀金属层的黑色聚合物刻蚀掉，得到所述黑色矩阵。
示例性地，图1-图5显示了本发明的制备过程，图1完成了黑色聚合物2和光刻胶4在基底1上的涂覆；图2中曝光区的光刻胶被溶解，残留的光刻胶位于非曝光区；图3完成了镀金属层3；图4是剥离了非曝光区的光刻胶，金属层随之剥离，剩余的金属层覆盖于曝光区的黑色聚合物表面；图5是经过刻蚀非曝光区的黑色聚合物后最终所得的黑色矩阵。
现有技术中，通常采用蒸镀金属铬层和光刻的方式制备黑色矩阵，金属铬层存在膜厚低(最多仅有100nm)和反射率高的问题；光刻的方法由于黑色光刻胶对光的吸收强，曝光不能穿透太厚，很难实现高深宽比的黑色矩阵。本发明通过刻蚀的方式，克服了现有技术制备高深宽比黑色矩阵的缺点，可大面积制备高深宽比的黑色矩阵，工艺简单，可行性高。
本发明所述黑色矩阵的深宽比中，“深”指的是黑色聚合物涂覆的厚度；“宽”指的是非曝光区的宽度。
优选地，步骤(1)中所述黑色聚合物的厚度为5-10μm，例如6μm、7μm、8μm、9μm等。
本发明所述制备方法所形成的黑色矩阵的厚度可达5-10μm，与现有技术的1-3μm相比，实现了较大提升。
本发明中，黑色聚合物需要能在基底上进行涂覆，并能进行刻蚀处理。
优选地，所述黑色聚合物包括含有碳黑的聚甲基丙烯酸甲酯、含有碳黑的聚亚酰胺、含有碳黑的聚乙烯醇或含有碳黑的环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：含有碳黑的聚甲基丙烯酸甲酯和含有碳黑的聚亚酰胺的组合，含有碳黑的聚亚酰胺、含有碳黑的聚乙烯醇和含有碳黑的环氧树脂的组合，含有碳黑的聚甲基丙烯酸甲酯、含有碳黑的聚亚酰胺、含有碳黑的聚乙烯醇和含有碳黑的环氧树脂的组合等。
优选地，步骤(1)中所述光刻胶的厚度为1-2μm，例如1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm等。
优选地，步骤(2)中所述显影采用的是显影液。
优选地，步骤(2)所述非曝光区的宽度为8-10μm，例如8.5μm、9μm、9.5μm等。
优选地，步骤(3)中所述抗刻蚀金属层包括铬层、铝层、金层或银层中的任意一种或至少两种的组合，优选铬层。
本发明所述金属层优选铬层，一方面，金属铬作为抗刻蚀的材料在步骤(5)的刻蚀过程中发挥作用；另一方面，铬本身是黑色，残余的铬层可作为黑色矩阵的一部分发挥像素挡墙的作用。
优选地，所述金属层的厚度为30-100nm，例如40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等。
本发明所述金属层的厚度能够完全覆盖黑色聚合物的表面，使黑色聚合物在刻蚀过程不被刻蚀即可。
优选地，所述表面镀抗刻蚀的金属层的方式包括蒸镀。
优选地，步骤(5)中所述刻蚀包括等离子体刻蚀。
作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在基底上依次涂覆5-10μm黑色聚合物和1-2μm光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和8-10μm宽的非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再将步骤(2)所得样品表面蒸镀厚度为30-100nm抗刻蚀金属层；
(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；
(5)最后采用等离子体法刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述制备方法克服了现有技术制备高深宽比黑色矩阵的缺点，可大面积制备高深宽比的黑色矩阵，工艺简单，可行性高。本发明所述制备方法得到的黑色矩阵的深度可达5-10μm，所得黑色矩阵的深宽比可达10:8。
附图说明
图1是本发明所述制备方法中经过步骤(1)所得样品的示意图；
图2是本发明所述制备方法中经过步骤(2)所得样品的示意图；
图3是本发明所述制备方法中经过步骤(3)所得样品的示意图；
图4是本发明所述制备方法中经过步骤(4)所得样品的示意图；
图5是本发明所述制备方法得到的黑色矩阵的示意图；
其中，1-基底；2-黑色聚合物；3-金属层；4-光刻胶。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
(1)在基底(玻璃)上依次涂覆5μm黑色聚合物(购于阜阳欣奕华材料科技有限公司，牌号为7001-BM)和1μm光刻胶(购于苏州瑞红电子化学品有限公司，牌号为瑞红RZJ304)；
(2)将光刻胶划分为曝光区和9μm宽的非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和用显影液(购于苏州瑞红电子化学品有限公司，牌号为瑞红RZX3038)显影；
(3)再将步骤(2)所得样品表面镀抗刻蚀的80nm金属层(铬层)；
(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；
(5)最后通过等离子法刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵。
实施例2
本实施例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
(1)在玻璃基底上依次涂覆7μm黑色聚合物(购于阜阳欣奕华材料科技有限公司，牌号为7001-BM)和1μm光刻胶(购于苏州瑞红电子化学品有限公司，牌号为瑞红RZJ304)；
(2)将光刻胶划分为曝光区和10μm宽的非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和用显影液(购于苏州瑞红电子化学品有限公司，牌号为瑞红RZX3038)显影；
(3)再将步骤(2)所得样品表面蒸镀抗刻蚀的100nm金属层(金层)；
(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；
(5)最后采用等离子体法刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵。
实施例3
本实施例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
(1)在玻璃基底上依次涂覆10μm黑色聚合物(购于阜阳欣奕华材料科技有限公司，牌号为7001-BM)和1μm光刻胶(购于苏州瑞红电子化学品有限公司，牌号为瑞红RZJ304)；
(2)将光刻胶划分为曝光区和8μm宽的非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和用显影液(购于苏州瑞红电子化学品有限公司，牌号为瑞红RZX3038)显影；
(3)再将步骤(2)所得样品表面蒸镀抗刻蚀的30nm金属层(20nm铬层和10nm银层)；
(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；
(5)最后采用等离子体法刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵。
对比例1
本对比例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
将黑色光刻胶(购于东莞市尚联光电材料有限公司，牌号为SEBK-FR401)经过旋涂、前烘、曝光、显影和后烘，得到采用光刻法制作的黑色矩阵。
对比例2
本对比例提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵的制备方法包括如下步骤：
采用电子束蒸发镀膜设备蒸镀金属铬，得到金属铬的黑色矩阵。
性能测试
将实施例1-3和对比例1-2所述的黑色矩阵进行如下测试：
利用台阶仪进行深度和宽度的测试。
测试结果汇总于表1中。
表1
| 深度/μm | 宽度/μm | 深宽比 | |
| 实施例1 | 5 | 9 | 5:9 |
| 实施例2 | 7 | 10 | 7:10 |
| 实施例3 | 10 | 8 | 10:8 |
| 对比例1 | 1 | 10 | 1:10 |
| 对比例2 | 0.1 | 10 | 1:100 |
分析表1数据可知，本发明所述制备方法得到的黑色矩阵的深度可达5-10μm，所得黑色矩阵的深宽比可达10:8。
分析对比例1-2与实施例1可知，对比例1-2所得黑色矩阵的深度分别为1μm和2μm，深宽比均不如实施例1，证明采用本发明所述制备方法可以制得深宽比较高的黑色矩阵。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (7)
1.一种具有高深宽比的黑色矩阵的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在基底上依次涂覆黑色聚合物和光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和显影，曝光区的光刻胶被溶解，残留的光刻胶位于非曝光区；
(3)再将步骤(2)所得样品表面镀抗刻蚀金属层；
(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；
(5)最后刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵；
步骤(1)中所述黑色聚合物的厚度为5-10μm；
步骤(1)中所述光刻胶的厚度为1-2μm；
步骤(2)所述非曝光区的宽度为8-10μm；
步骤(3)中所述抗刻蚀金属层为铬层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黑色聚合物包括含有碳黑的聚甲基丙烯酸甲酯、含有碳黑的聚亚酰胺、含有碳黑的聚乙烯醇或含有碳黑的环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述显影采用的是显影液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属层的厚度为30-100nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面镀抗刻蚀的金属层的方式包括蒸镀。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述刻蚀包括等离子体刻蚀。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在基底上依次涂覆5-10μm黑色聚合物和1-2μm光刻胶；
(2)将光刻胶划分为曝光区和8-10μm宽的非曝光区，并将曝光区的光刻胶进行曝光和显影；
(3)再将步骤(2)所得样品表面蒸镀厚度为30-100nm抗刻蚀金属层；
(4)然后将非曝光区的光刻胶和金属层剥离；
(5)最后采用等离子体法刻蚀非曝光区的黑色聚合物，得到所述黑色矩阵。
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