CN1595241A - 液晶显示器图案形成方法及制造tft阵列基板的方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示器图案形成方法及制造TFT阵列基板的方法。液晶显示器图案形成方法用于通过使用微转印形成图案来减少掩模数，并且该方法包括：提供一其上形成有待构图的层的基板；提供具有对应于希望图案的凹版部分的主基板；将有机材料填入位于所述主基板的第一侧的所述凹版部分中；使所述主基板与所述基板接触；通过从所述主基板的第二侧照射光来使所述有机材料硬化；通过将所述主基板与所述基板分开，来将硬化的有机膜图案转印到所述待构图的层的表面上；以及通过使用所述有机膜图案作为掩模，对所述待构图的层进行刻蚀。

Description

液晶显示器图案形成方法及制造TFT阵列基板的方法
技术领域
本发明涉及用于形成液晶显示器的图案的方法，更具体来说，涉及用于使用微转印(microtransfer)方法(一种非光刻方法)来形成液晶显示器的图案的方法，以及使用其制造液晶显示器的薄膜晶体管(TFT)阵列基板的方法。
背景技术
随着对信息显示的关注和对便携式信息介质的需求增加，对于替代作为现有显示器的阴极射线管(CRT)的光平板显示器(FPD)的研究正在蓬勃开展。具体来说，这种平板显示器中的液晶显示器是用于使用液晶的光学各向异性来显示图像的装置，并且由于其优良的分辩率、彩色显示和图像质量而正被积极地用于笔记本计算机或台式监视器。
一般的液晶显示器通过使用电场控制液晶的透光率来显示图像。为此，液晶显示器主要包括滤色器基板、阵列基板以及形成在滤色器基板与阵列基板之间的液晶材料层。
图1是用于根据现有技术的液晶显示器的阵列基板的部分平面图。
在图1中，阵列基板10包括：在像素区上形成的像素电极18；在基板10上纵横布置的选通线16和数据线17；以及薄膜晶体管(TFT)20，其是在选通线16与数据线17的交叉点处形成的开关元件。
薄膜晶体管20包括连接到选通线16的栅电极21、连接到数据线1 7的源电极22以及连接到像素电极18的漏电极23。薄膜晶体管20包括：用于使源/漏电极22、23绝缘的第一绝缘膜(未示出)，和通过提供给栅电极21的选通电压在源电极22与漏电极23之间形成导电沟道的有源层24。此外，在漏电极23上形成具有接触孔26的第二绝缘膜(未示出)，以使漏电极23和像素电极18通过接触孔26电连接。
这里，像素区意指由选通线16和数据线17的交叉点限定的图像显示区。形成在像素区上的像素电极18是由具有优良的透光性的透明导电材料(如铟锡氧化物(ITO))制成的。
如上构成的阵列基板通过密封剂接合到滤色器基板，由此构成液晶显示板，并且通过在阵列基板或滤色器基板处形成的接合键(attachment key)进行这两个基板的接合。
同时，在制造液晶显示器的过程中，需要多个掩模工序(即，光刻工序)以制造包括薄膜晶体管的阵列基板。因此，为了提高生产率，需要一种用于减少掩模工序数的方法。
下面，参照图2A至2G详细描述用于制造一般液晶显示器的工序。
图2A至2G是示出图1所示的液晶显示器的制造工序的流程图，具体示出了包括薄膜晶体管的阵列基板的制造工序。
首先，如图2A所示，在由诸如玻璃的透明绝缘材料制成的基板10上形成栅电极21。栅电极21被形成得使栅极金属淀积在基板10的整个表面处，然后经受一光刻工序。
然后，如图2B所示，在其上形成有栅电极21的基板的整个表面处依次淀积作为栅绝缘膜的第一绝缘膜15a、非晶硅薄膜24a和n+非晶硅薄膜25。对非晶硅薄膜24a进行构图以将其用作薄膜晶体管的有源层，形成用于源/漏电极与有源层的源/漏区之间的欧姆接触的n+非晶硅薄膜25。
然后，如图2C所示，通过光刻工序构图第一绝缘膜15a、非晶硅薄膜24a和n+非晶硅薄膜25，由此形成栅绝缘膜15图案和有源图案24。
此后，如图2D所示，在基板10的整个表面上淀积用于源/漏电极的导电金属30。
接下来，如图2E所示，通过光刻工序对导电金属30进行构图，由此形成源电极22和漏电极23。这里，除了导电金属30和n+非晶硅薄膜25中对应于源/漏电极22、23图案的部分之外，将其余的导电金属30和n+非晶硅薄膜25完全除去。
接下来，如图2F所示，在基板10的整个表面上淀积第二绝缘膜15b，然后通过光刻工序形成露出一部分漏电极23的接触孔26。
最后，如图2G所示，在其上形成有第二绝缘膜15b的基板10的整个表面上淀积透明导电材料，如铟锡氧化物(ITO)，然后通过一光刻工序形成通过接触孔26连接到漏电极23的像素电极18。
为了制造这种液晶显示器，必须执行几个淀积工序和光刻工序。特别地，在制造包括如上所述的薄膜晶体管阵列的阵列基板的过程中，形成栅电极、有源图案、源/漏电极、接触孔和像素电极需要多个光刻工序。
光刻技术包括多个复杂的工序，如感光材料的涂敷、对准、曝光、显影等，作为用于通过将刻绘在掩模上的图案转录到淀积有薄膜的基板上来形成希望图案的一系列工序。
尤其是，在曝光工序中，将一掩模布置在适当的位置处，对准掩模和基板的对准键(alignment key)，然后照射光源。在此，由于曝光设备的限制，难以进行精确的对准。因此，对于需要高精度的精细图案的形成存在限制，并且由于要重复多个光刻工序，所以降低了生产率。
此外，由于设计用来形成图案的掩模非常昂贵，当在所述工艺过程中使用的掩模数增加时，液晶显示器的生产成本与增加的掩模数成比例地增加。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种用于形成液晶显示器的图案的方法，其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点所造成的一个或更多个问题。
本发明的一个目的是提供一种用于形成液晶显示器的图案的方法，其能够利用微转印方法(一种非光刻方法)通过一次工序形成图案。
本发明的另一个目的是提供一种利用微转印方法形成薄膜晶体管的栅电极和有源图案的图案形成方法，和一种用于使用该方法来制造液晶显示器的TFT阵列基板的方法。
为了实现这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如具体实现和广泛描述的那样，一种用于形成液晶显示器的图案的方法包括：提供一其上形成有待构图的层的基板；提供具有对应于希望图案的凹版部分的主基板；将有机材料填入位于所述主基板的第一侧的所述凹版部分中；使所述主基板与所述基板接触；通过从所述主基板的第二侧照射光来使所述有机材料硬化；通过将所述主基板与所述基板分开，将硬化的有机膜图案转印到所述待构图的层的表面上；以及通过使用所述有机膜图案作为掩模，对所述待构图的层进行刻蚀。
在另一方面中，一种用于制造液晶显示器的TFT阵列基板的方法包括：提供第一基板；在所述第一基板上淀积栅极金属；将第一有机膜图案转印到所述栅极金属上；通过使用所述第一有机膜图案作为掩模刻蚀所述栅极金属，由此形成栅电极；在其上形成有所述栅电极的所述第一基板上，淀积第一绝缘膜、非晶硅薄膜和n+非晶硅薄膜；通过对n+非晶硅薄膜和非晶硅薄膜进行构图，来形成有源图案；在所述有源图案上形成源电极和漏电极；在所述第一基板的整个表面处形成第二绝缘膜，该第二绝缘膜具有露出一部分所述漏电极的接触孔；以及形成通过所述接触孔连接到所述漏电极的像素电极。
在另一方面中，一种用于制造液晶显示器的TFT阵列基板的方法包括：提供第一基板；在所述第一基板上形成栅电极；在其上形成有所述栅电极的所述第一基板上，淀积第一绝缘膜、非晶硅薄膜和n+非晶硅薄膜；将一有机膜图案转印到所述基板上；通过使用所述有机膜图案作为掩模来刻蚀所述n+非晶硅薄膜和所述非晶硅薄膜，由此形成有源图案；在所述有源图案上形成源电极和漏电极；在所述第一基板的整个表面处形成一第二绝缘膜，在该第二绝缘膜中形成有露出一部分所述漏电极的接触孔；以及形成通过所述接触孔连接到所述漏电极的像素电极。
应当理解上述总体描述及随后的详细描述都是示例性和说明性的，旨在提供对如权利要求所述的本发明的进一步解释。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，并且被引入本说明书且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。
在附图中：
图1是用于根据现有技术的液晶显示器的阵列基板的部分平面图；
图2A至2G是示出用于制造图1所示的液晶显示器的工序的流程图；
图3A至3M是示出根据本发明第一实施例用于通过微转印方法制造液晶显示器的工序的流程图；以及
图4A至4C是示出根据本发明第二实施例用于形成有源图案的工序的流程图。
具体实施方式
现在详细介绍本发明的实施例，其示例示出在附图中。
一般地，通过使用光刻技术来形成液晶显示器的图案。但是，随着基板的尺寸变大和图案的尺寸变小，光刻方法需要昂贵的设备、精确度等，这些使其难以应用。
为了解决这种问题，提出了代替光刻技术的非光刻技术。作为非光刻技术，存在微接触印刷(μCP)、复制铸模(REM)、微转印铸模(μTM)、毛细管中的微铸模、溶剂辅助微铸模等。
这种技术是通过使用印刷用弹性橡胶模具(stamp)、铸模等将希望的图案转录到基板上的方法，并且具有30nm～1μm的高分辨率。模具或铸模由弹性体(天然橡胶或合成橡胶的弹性聚合物)制成。尤其是，这些技术的优点其在于，与常规光刻方法相比可以以很低的成本容易地形成大的图案。
由此，本发明提供一种用于通过使用上述的微转印方法(非光刻技术)形成液晶显示器的图案的方法。
至于微转印方法，是将诸如感光材料的有机材料注入到铸模处形成的图案中，然后将感光膜图案转印到其上形成有待构图的预定层的基板，以便可以形成希望的图案。这里，按如下方式进行感光膜图案的转印：使具有填充了感光材料的图案的铸模与基板相互接触，然后通过照射光如紫外线(UV)使感光材料硬化并吸附在基板上。
图3A至3M是示出根据本发明第一实施例用于制造液晶显示器的工序的流程图，具体地，示出了用于通过微转印方法制造包括薄膜晶体管的阵列基板的工序。
首先，如图3A所示，提供具有第一铸模150a的主基板100，第一铸模150a包括位于其上部的凹版部分。主基板100可以由透明绝缘材料如玻璃制成，第一铸模150a具有对应于栅电极图案的凹陷的凹版部分170。
此外，第一铸模170可以由诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨基甲酸乙酯或聚酰亚胺的弹性树脂制成。尤其是，PDMS是透明的弹性体，其是诸如天然橡胶、合成橡胶等的弹性聚合物，并且PDMS的表面具有小的界面自由能且不容易被化学激活。此外，PDMS可以长期保持弹性，因此它适于形成高质量的图案。
这里，主基板100用于防止第一铸模150a弯曲，并且它可以与第一铸模150a一起制造，或者可以在与第一铸模150a分立的工序中制造之后再接合到第一铸模150a。
此后，如图3B所示，第一铸模150a的凹版部分170填充了感光材料140，如光刻胶。这里，作为用于将感光材料140注入凹版部分170的方法，具有旋涂、喷墨印刷、刀喷(knife jetting)等。
接下来，如图3C所示，使其上形成有待构图的层的基板110的表面与第一铸模150a的表面接触。这里，已在基板110的整个表面上淀积了用于形成栅电极图案的栅极金属121a。
此后，如图3D所示，照射诸如紫外线的光，以由此使感光材料140硬化。这里，由于在与主基板100的上部相接触的阵列基板上淀积有不透明的栅极金属121a，所以应从主基板100的下侧照射光。
对于照射光来说，可以硬化感光材料140(一种感光树脂)的光源是足够的，并且可以通过扫描方法进行照射。
接下来，如图3E所示，当将主基板100与阵列基板110分开时，对金属具有良好吸附性的感光膜图案140a吸附在阵列基板110的栅极金属121a的表面上，以便转印到该处。
此后，如图3F所示，通过使用转印后的感光膜图案140a作为掩模来刻蚀栅极金属121a，由此形成栅电极121图案。
接下来，如图3G所示，在其上形成有栅电极121的基板110的整个表面上依次淀积作为栅绝缘膜的第一绝缘膜115a、非晶硅薄膜124a和n+非晶硅薄膜125。对非晶硅薄膜124a进行构图，以将其用作薄膜晶体管的有源层，形成用于源/漏电极与有源层的源/漏区之间的欧姆接触的n+非晶硅薄膜125。
接下来，如图3H所示，为了形成有源图案，使基板110和具有第二铸模150b的主基板100相互接触，然后从主基板100的下侧照射光。第二铸模150b具有对应于有源图案的凹槽，并将感光材料140注入到该槽中。
在此，通过照射光使注入到第二铸模150b中的感光材料140硬化并将其转印到基板110的n+非晶硅薄膜125的表面。
接下来，如图3I所示，通过使用转印后的感光膜图案作为掩模来刻蚀n+非晶硅薄膜125和非晶硅薄膜124a，由此形成有源图案124。
此后，如图3J和3K所示，在基板110的整个表面上淀积用于源/漏电极的导电金属130，然后通过光刻工序对导电金属130进行构图，由此形成源电极122和漏电极123。
除了导电金属130和n+非晶硅薄膜125中对应于源/漏电极122、123图案的部分之外，导电金属130和n+非晶硅薄膜125中其余部分被完全除去。
接下来，如图3L所示，在基板110的整个表面上淀积第二绝缘膜115b，然后通过光刻工序形成露出一部分漏电极123的接触孔126。
并且，如图3M所示，在其上形成有第二绝缘膜115b的基板110的整个表面上淀积透明的导电材料，如铟锡氧化物(ITO)，然后通过光刻工序形成通过接触孔126连接到漏电极123的像素电极118。
如至此所述，在用于通过微转印法形成图案的方法中，使待构图薄膜的表面接触具有对应于所述图案的凹版部分的铸模的表面，以将注入在凹版部分中的感光材料转印到所述薄膜的表面，然后通过普通的刻蚀工序对所述薄膜进行刻蚀，以形成希望的图案。即，与常规光刻方法不同，不再需要因使用掩模而需的对准工序、曝光工序和显影工序。由此，可以减少液晶显示器的制造成本和工序。
此外，在根据本实施例的用于形成图案的方法中，可以制造具有与显示器件的希望尺寸对应的铸模的主基板，并且可以通过一次转印在基板上形成希望的图案，以便即使对于大尺寸液晶显示器也可以简单地形成图案。
此外，在本实施例中，使用一种用于通过微转印法形成图案的方法来形成栅电极和有源图案。但是，可使用该方法来形成用于薄膜晶体管的不同图案，或者来形成用于滤色器基板的滤色器图案。
同时，在本实施例中，将用于模制有源图案的铸模的凹版部分形成为凹槽形状，其具有类似于栅电极的宽度，因为栅电极上的层与其他部分相比具有更高的台阶高度。
但是，由于注入到铸模的槽中的感光材料在由光照射硬化前处于具有一定流动性的凝胶状态，所以可形成具有足以使台阶部分完全下沉至感光材料的凹版部分(即，有源图案)。现在描述其实施例。
图4A至4C是示出根据本发明第二实施例的用于形成有源图案的工序的流程图。
首先，按与第一实施例相同的方式，在基板210上形成栅电极221，然后，如图4A所示，在基板210的整个表面上依次淀积第一绝缘膜215a、非晶硅薄膜224a和n+非晶硅薄膜225。
接下来，如图4B所示，使包括铸模250的主基板200接触基板210，然后从主基板200的下侧照射光。铸模250具有对应于有源图案的凹入的凹版部分，并且该槽填充有感光材料240。
这里，根据本实施例在铸模250处形成的沟槽所具有的宽度，将覆盖位于基板210的栅电极221上的多层的台阶部分，以便形成具有与根据第一实施例的有源图案相比充分宽的宽度的有源图案。
此后，通过照射光使注入到铸模250中的感光材料240硬化，并转印到基板210的n+非晶硅薄膜225的表面。
接下来，如图4C所示，通过使用转录的感光膜图案作为掩模，刻蚀n+非晶硅薄膜225和非晶硅薄膜224a，由此形成有源图案224。
此后，执行第一实施例的图3J至3M中所述的相同工序。
所属领域的技术人员应当明白，在不脱离本发明的精神或范围的条件下，可以对本发明的用于形成液晶显示器的图案的方法和用于制造液晶显示器的方法进行各种修改和变型。因此，本发明将涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的对本发明的各种修改和变型。

Claims (15)

1、一种用于形成液晶显示器的图案的方法，包括：
提供一基板，其上形成有待构图的层；
提供具有对应于希望图案的凹版部分的主基板；
将有机材料填入位于所述主基板的第一侧的所述凹版部分中；
使所述主基板与所述基板接触；
通过从所述主基板的第二侧照射光来使所述有机材料硬化；
通过将所述主基板与所述基板分开，将硬化的有机膜图案转印到所述待构图的层的表面上；以及
通过使用所述有机膜图案作为掩模，对所述待构图的层进行刻蚀。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述主基板包括一具有凹版部分的铸模。
3、如权利要求2所述的方法，其中所述铸模由透明弹性树脂制成。
4、如权利要求3所述的方法，其中所述透明弹性树脂是聚二甲基硅氧烷。
5、如权利要求1所述的方法，其中所述有机材料是感光材料。
6、如权利要求5所述的方法，其中所述感光材料是光刻胶。
7、如权利要求1所述的方法，其中所述待构图的层是绝缘层、半导体层或金属层。
8、如权利要求1所述的方法，其中所述主基板的第二侧是所述第一侧的相对侧。
9、如权利要求1所述的方法，其中通过旋涂法来进行所述有机材料的填充。
10、如权利要求1所述的方法，其中通过喷墨印刷法进行所述有机材料的填充。
11、如权利要求1所述的方法，其中通过刀喷法进行所述有机材料的填充。
12、一种用于制造液晶显示器的薄膜晶体管阵列基板的方法，包括：
提供第一基板；
在所述第一基板上淀积栅极金属；
将第一有机膜图案转印到所述栅极金属上；
通过使用所述第一有机膜图案作为掩模刻蚀所述栅极金属，来形成栅电极；
在其上形成有所述栅电极的所述第一基板上，淀积第一绝缘膜、非晶硅薄膜和n+非晶硅薄膜；
通过对n+非晶硅薄膜和非晶硅薄膜进行构图，来形成有源图案；
在所述有源图案上形成源电极和漏电极；
在所述第一基板的整个表面处形成第二绝缘膜，该第二绝缘膜具有露出一部分所述漏电极的接触孔；以及
形成通过所述接触孔连接到所述漏电极的像素电极。
13、如权利要求12所述的方法，其中所述形成有源图案的步骤包括：
将第二有机膜图案转印到所述第一基板上；和
通过使用所述第二有机膜图案作为掩模来刻蚀所述n+非晶硅薄膜和所述非晶硅薄膜，由此形成所述有源图案。
14、一种用于制造液晶显示器的薄膜晶体管阵列基板的方法，包括：
提供第一基板；
在所述第一基板上形成栅电极；
在其上形成有所述栅电极的所述第一基板上，淀积第一绝缘膜、非晶硅薄膜和n+非晶硅薄膜；
将一有机膜图案转印到所述基板上；
通过使用所述有机膜图案作为掩模来刻蚀所述n+非晶硅薄膜和所述非晶硅薄膜，由此形成有源图案；
在所述有源图案上形成源电极和漏电极；
在所述第一基板的整个表面处形成一第二绝缘膜，在该第二绝缘膜中形成有露出一部分所述漏电极的接触孔；以及
形成通过所述接触孔连接到所述漏电极的像素电极。
15、如权利要求14所述的方法，其中所述有机膜图案所具有的宽度将覆盖位于所述第一基板的栅电极上的多层的多个台阶部分。
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