CN1983003A - 显示装置的制造方法及其模具 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置的制造方法及其模具，该方法包括：提供基底基板；在该基板上形成具有露出部分该基底基板的预定图案的开口的主层；用反应物对该主层和通过该主层的开口露出的该基底基板的表面进行处理；以及在该开口内提供第一材料，该反应物表面处理使该主层和该提供的第一材料之间的界面张力的差小于该提供的第一材料和该基板之间的界面张力。

Description

显示装置的制造方法及其模具
技术领域
本发明涉及一种显示装置的制造，特别是，涉及该显示器的模制部分。
背景技术
通常，液晶显示器包含液晶显示面板，该液晶显示面板包含形成薄膜晶体管(TFT)的TFT基板，具有滤色器的滤色器基板，以及插入在它们之间的液晶层。由于液晶面板本身并不发光，因此将背光单元设置在TFT基板的后面。
TFT基板和滤色器基板每个均包含以预定图案形成的多个层，所述图案利用光刻常规地形成。但是，有时该图案的再现性不佳，并且光刻蚀加工设备昂贵。
近来，已经使用压印光刻法来在一层上形成图案。该压印光刻法在简单的工艺中使用模具和不昂贵的设备。但是，当通过模具形成图案时，可能保留有不需要的残留膜。
发明内容
在将遮光材料施加到具有滤色器层的显示装置的基板上的过程中，该遮光材料溅射到彩色滤光图案上，该彩色滤光图案具有使该基板露出的开口。希望遮光材料通过该开口进入并覆盖该基板，但是此后该遮光材料应该可以容易地从该滤色器的固体部分移除。基于本发明，对通过该开口可接近的该基板的该表面进行处理，以便该基板层和该被溅射上去的遮光材料的界面张力之间的差小于滤色器层和该被溅射上去的遮光材料之间的界面张力。因此，本发明的一个方面是提供一种显示装置的制造方法，该方法包括：提供基底基板；在该基板上形成主层(master layer)，该主层具有暴露出部分该基底基板的预定图案的开口；用反应物对该主层和通过该主层的该开口露出的该基底基板的表面进行处理；以及在该开口内提供第一材料，该反应物表面处理导致该主层与该提供的第一材料之间的界面张力的差小于该提供的第一材料与该基板之间的界面张力。
基于本发明的一个方面，该第一材料为遮光材料。
基于本发明的一个方面，该方法还包括通过在该基底基板和该主层上形成可模压的材料层，然后使该可模压的材料层和该遮光材料固化来制作具有遮光膜的模具；在使该模具与该主层分开之后，在其上形成有光敏膜的绝缘基板上对该模具进行排列、加压和曝光；以及在使该模具与该绝缘基板分开之后使该光敏膜显影。
基于本发明的一个方面，该基底基板包含氧化硅。
基于本发明的一个方面，该基底基板包括基底层和形成在该基底层上的无机层，并且该无机层包含氮化硅。
基于本发明的一个方面，该表面处理包括CF4等离子体处理。
基于本发明的一个方面，该主层的界面张力通过CF4等离子体处理而变小，使得该主层具有强疏水性。
基于本发明的一个方面，该表面处理包括O2/CF4等离子体处理以及自组装单层(self-assembly monolayer，SAM)处理。
基于本发明的一个方面，通过该O2/CF4等离子体处理和该SAM处理，该基底基板的该界面张力的降低大于该主层的界面张力的降低。
基于本发明的一个方面，通过该表面处理，该基底基板的界面张力的水平变得接近于该遮光材料的界面张力的水平。
基于本发明的一个方面，通过该表面处理，提供到该主层上的该遮光材料在提供时流入该开口内。
基于本发明的一个方面，该遮光材料通过热和光的至少一种固化。
基于本发明的一个方面，该可模压的材料层通过热和光的至少一种固化。
基于本发明的一个方面，该可模压的材料层由透过紫外光的材料构制成。
基于本发明的一个方面，该主层包含光敏有机材料，并且采用具有预定开口图案的掩模进行曝光，然后显影为具有形成在其内的开口。
基于本发明的一个方面，该主层包含PC411B和PC405G的一种。
基于本发明的一个方面，该光敏膜包含有机材料。
因此，本发明的一个方面是提供一种模具，该模具包含：具有至少一个或更多个凸起的图案形成层；以及形成在该凸起的端部处的遮光膜。
基于本发明的一个方面，该图案形成层由透过紫外光的透明材料制成，并且该遮光膜由遮挡紫外光的材料制成。
基于本发明的一个方面，该图案形成层包含PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
因此，本发明的一个方面是提供一种模具，其包含：支撑层；形成在该支撑层的第一表面上并具有至少一个凸起的图案形成层；以及形成在该支撑层的第二表面上并位于与该凸起相对应的区域内的遮光膜。
基于本发明的一个方面，该支撑层包含PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PC(聚碳酸酯)的至少一种。
基于本发明的一个方面，该图案形成层和该支撑层的每一个由透过紫外光的透明材料制成，并且该遮光膜由遮挡紫外光的材料制成。
基于本发明的一个方面，该模具还包含设置在该支撑层和该遮光膜之间的缓冲层。
基于本发明的一个方面，该模具还包含覆盖该遮光膜的缓冲层。
基于本发明的一个方面，该缓冲层由与该图案形成层相同的材料制成。
附图说明
通过阅读随后的说明书以及附图，本发明的上述和其他的方面和优点将变得清楚，其中：
图1描绘了基于本发明第一实施例的薄膜晶体管基板；
图2是沿图1的线II-II截取的显示装置的截面图；
图3A至3L依次描绘了基于本发明第一实施例的显示装置的制造方法；
图4和5描绘了基于本发明第一实施例的表面处理的操作和效果；
图6描绘了基于本发明第二实施例的显示装置的制造方法；
图7描绘了基于本发明第一实施例制造的模具；以及
图8描绘了基于本发明第三实施例的模具。
具体实施方式
现在详细参考本发明的实施例，其实例描绘于附图中，其中全文中类似的参考数字表示类似的元件。下面通过结合这些图来描述该实施例以解释本发明。应当理解，如果一膜(层)形成在(位于)另一膜(层)“上”，那么这不仅表示两膜(层)彼此接触的情况，还表示又一膜(层)插入在两膜(层)之间的情况。另外，应当清楚，尽管下面描述的是液晶显示器，但是，本发明还可以应用于其他平板显示器，诸如OLED和PDP。
图1描绘了基于本发明第一实施例的薄膜晶体管(TFT)基板，并且图2是沿图1的线II-II截取的截面图。
基于本发明第一实施例的液晶显示器(LCD)1包含液晶面板10，该液晶面板10包含具有薄膜晶体管(TFT)的薄膜晶体管基板100(以下，称作“第一基板”)，该薄膜晶体管是用于分别控制或驱动每个像素的操作的开关或驱动装置；结合到基板100的滤色器基板200(以下，称作“第二基板”)，以及插入在基板100和200之间的液晶层300。
基板100包含第一绝缘基板110；栅导体121、122和123，数据导体161、162、163和164；形成在栅导体和数据导体的交点处的TFT T；以及连接到该TFT T的像素电极180。将信号电压通过TFT T施加到像素电极180和滤色器基板200的公共电极250之间，使液晶层300的分子排列并改变其透光率。
在希望制造柔性LCD时，基板110可以包含诸如玻璃，石英，陶瓷或塑料的绝缘材料。制造塑料基板的合适材料包括聚碳酸酯，聚酰亚胺，PNB(聚降冰片烯，polynorbornene)，PES(聚醚砜)，PAR(聚芳脂)，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯，polyethylenapthanate)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等。
栅导体121、122和123形成在基板110上，并且每个可以为单独的金属层或者具有多层金属层。栅导体121、122和123包含横向延伸的栅线121，连接到栅线121的栅极122，以及位于栅线121的端部处并且连接到栅驱动器(未示出)以接收驱动信号的栅焊盘123。由氮化硅(SiNx)等制成的栅绝缘膜130覆盖栅导体121、122和123。
由诸如非晶硅的半导体制成的半导体层140形成在栅极122上方的栅绝缘膜130上。由高掺杂有硅化物或n型杂质的n+氢化非晶硅制成的欧姆接触层150形成在半导体层140上。在源极和漏极162和163之间的沟道部分内移除欧姆接触层150。
数据导体161、162、163和164形成在欧姆接触层150和栅绝缘膜130上。数据导体161、162、163和164每个也可以由单层或多层金属层形成。数据导体161、162、163和164包含纵向延伸、与栅线121相交以形成像素的数据线161。源极162从数据线161分支并在欧姆接触层150上方延伸。漏极163与源极162相分离并且形成在与源极162相对的欧姆接触层150上，数据焊盘164位于栅线161的端部处。
钝化膜170形成在数据导体161、162、163和164上以及半导体层140的没有覆盖数据导体的那部分上。在钝化膜170上形成使漏极163和栅焊盘露出的漏极接触孔171和分别连接栅驱动器(未示出)和数据驱动器(未示出)以便将驱动信号施加到栅线和数据线121和161的数据焊盘接触孔172和173。为了提高TFTT的效率，可以进一步将包含氮化硅的无机绝缘膜形成在钝化膜170和TFTT之间。
像素电极180形成在钝化膜170上。通常，像素电极180由诸如ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)的透明导电材料制成。像素电极180通过漏极接触孔171电连接到漏极163。另外，辅助接触元件181和182形成在栅焊盘和数据焊盘接触孔172和173上。通常，辅助接触元件181和182也由诸如ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)的透明导电材料制成。
下面描述滤色器基板200。
黑色矩阵220形成在第二绝缘基板210上。黑色矩阵220存在于红、绿和蓝色滤光器之间的空间内，并避免光照射到TFTT。黑色矩阵220优选地由具有诸如碳黑、氧化钛等的黑色色素的光敏有机材料制成。
红、绿和蓝色滤光器形成在滤色器230上，其每个均具有黑色矩阵220作为边界。滤色器230使穿过液晶层300的、从背光单元(未示出)照射的光带有颜色。通常，滤色器230由光敏有机材料制成。
覆盖层240形成在滤色器230和黑色矩阵220上。覆盖层240起保护滤色器230同时使该滤色器平面化的作用。通常，常常将丙烯基环氧用于覆盖层240的材料。
在覆盖层240上形成公共电极250。公共电极250由诸如ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)的透明导电材料制成。公共电极250与像素电极180一起将电压施加到基板100的液晶层300。
将液晶层300注入通过密封剂结合的基板100和200之间，以便完全包含液晶面板10。
下面将描述基于本发明实施例的制造LCD的压印光刻法，其中第二基板的制作描绘于图3A至3L中。但是，应当清楚，还打算将本发明用于其他层的图案形成。
如图3A所示，基底基板具有下基底层410和上无机层420，其中基底层410可以包含玻璃、塑料等。层420是包含氮化硅的无机材料层，对该层的表面进行处理以便提供接近于遮光材料440的界面张力的界面张力。无机层420可以利用CVD(化学气相淀积)等形成在基底层410上。可替换地，该基底基板可以形成为由氧化硅制成的单层。优选对该单层的基底基板也进行表面处理，以提供接近于遮光材料440的界面张力。
然后，如图3B所示，具有用于使无机层420的至少一部分露出的预定图案的开口435的主层430形成在基底基板420上。主层430为制造模具460的模腔(图3H)。主层430包含光敏有机材料和热或光固化剂。制造主层430的过程如下。首先，将光敏有机材料以预定厚度施加到层420上。在将具有预定图案的开口的掩模设置在其上方的同时使光敏有机材料曝光。然后，使光敏有机材料显影，由此形成具有预定图案的开口435的主层430。或者可以使用在通过掩模曝光之后移除的光敏有机材料(在该过程中该掩模的开口图案对应于该开口435)。可替换地，可以使用在通过该掩模曝光处残留的材料，在这种情况下该开口图案435对应于没有通过该掩模曝光的区域。形成在主层430上的该开口435的尺寸和位置分别与黑色矩阵220的尺寸和位置对应地形成。其目的是制作模具460以移除剩余在黑色矩阵220上的滤色器230的残留膜，并且因为用于本实施例的滤色器230包含移除了没有曝光的区域的光敏有机材料。同时，尽管未在本图中示出，但是应当清楚，本发明的压印光刻法也可以用于制造主层430。
随后，如图3C所示，对通过开口435露出的层420和主层430的表面进行处理，以改变主层430的特性，由此增大主层430和遮光材料440的界面张力之间的差。也就是说，该表面处理使层420和遮光材料440的界面张力之间的差变得小于主层430和遮光材料440之间的界面张力。因此，喷射到主层430上的遮光材料440可以聚集在开口435内。此处，该表面处理可以包括CF4等离子体处理。通过CF4等离子体处理，主层430的界面张力变小，使得其特性改变为强疏水性。因此，如图4所示，主层430的界面张力的水平变低，使得其与遮光材料440的界面张力水平之间的差距变大，而无机层420和遮光材料440之间的界面张力的差相对地变小。在另一实施例中，该表面处理可以包括O2/CF4等离子体处理和自组装单层(SAM)处理。如图5所示，通过O2/CF4等离子体处理和SAM处理，无机层420的界面张力的降低变得大于主层430的界面张力的降低。也就是说，通过O2/CF4等离子体处理和SAM处理，无机层420和主层430的特性改变，使得无机层420的界面张力的水平变得接近于遮光材料440的界面张力的水平。
然后，如图3D所示，利用喷嘴500将遮光材料提供(溅射或喷射)到开口435内。但是，由于开口435的尺寸小，难以控制溅射的位置和溅射的量。结果，从喷嘴500喷射的遮光材料440不能精确地装入开口435内。也就是说，如图3D所示，遮光材料440可能位于主层430上。如果遮光材料440位于主层430上，那么存在一个问题，即在图案形成过程中所需要的滤色器230的区域被遮盖。也就是说，滤色器230没有以所需要的图案形成，并且对画面质量造成影响。
但是，如果执行前述表面处理，如图3E所示，位于主层430上的遮光材料440流入开口435内，使得可以以所需要的图案形成滤色器230。也就是说，通过CF4等离子体或O2/CF4等离子体处理和SAM处理，主层430和遮光材料440之间的界面张力的差距变大，并且由于该界面张力的差距使位于主层430上的遮光材料440流入开口435内。
然后，如图3F所示，所有的遮光材料440聚集在开口435内，并且遮光材料440并不存在于主层430上。
然后，如图3G所示，可模压的材料层450形成在主层430和开口435上。可模压的材料层450包含有机材料，并且通过热或光固化。另外，可模压的材料层450由透过紫外光的材料制成。可模压的材料层450可以通过涂覆或丝网印刷方法形成。当形成可模压的材料层450时，通过光或热使该可模压的材料层450和遮光材料440固化。在固化过程中，该可模压的材料层450和遮光材料440彼此粘合。同时，为了易于将模具460从主层430和开口435分离，将模具释放体提供到主层430和开口435，以便可以形成该可模压的材料层450。
在使该可模压的材料层450和遮光材料440固化之后，使该可模压的材料层450和遮光材料440与主层430和开口435相分离。于是，如图3H所示，制作了其上形成有遮光膜465的模具460。
下面参考图3I至3L描述利用其上具有遮光膜465的模具460形成图案的方法。作为一个实例现在描述形成滤色器230的过程。
首先，如图3I所示，提供其上形成有黑色矩阵220和滤色器层235的第二绝缘基板210。在第二绝缘基板210上按照预定图案来构图黑色矩阵220，并且滤色器层235形成在第二绝缘基板210上并覆盖黑色矩阵220。黑色矩阵220包含光敏有机材料并利用掩模通过曝光和显影处理按照预定图案形成。相反，应当清楚，基于本发明，黑色矩阵220可以利用模具460形成。滤色器层235包含光敏有机材料，并且是红、绿和蓝色之一。尽管在本实施例中使用包含光敏材料的并移除没有通过紫外光照射的部分的滤色器层235，但是，与此相反的情况也是可能的。另外，如图3I所示，通过前述方法提供的模具460在具有滤色器层235的第二绝缘基板210上对准并排列。使模具460对准并排列以便使遮光膜465与黑色矩阵220相对应。
随后，如图3J所示，为了按照预定图案形成滤色器层235，沿第二绝缘基板210的方向对模具460加压，该模具460具有与该预定图案相对应的形状。但是，在由于模具460的柔软特性而保持有残留膜的情况下，在黑色矩阵220上的滤色器层235并被不完全移除并被加压。如果存在这样的残留膜，那么可能产生画面质量的劣化。结果，需要额外的步骤来移除该残留膜。由此，在本发明中，利用在与黑色矩阵220相对应的区域内提供有遮光膜465的模具460来执行加压步骤，以便将滤色器层235的残留膜移除而在黑色矩阵220上保留，并且在如图3J所示的加压状态下执行曝光步骤。通过遮光膜465，位于黑色矩阵220上的滤色器层235并不被曝光，而仅仅使位于黑色矩阵220之间的区域内的滤色器层235曝光。
然后，当使模具460与滤色器层235分离时，使滤色器层235图案化，残留膜保留为如图3K所示。
随后，当如图3L所示执行显影步骤时，将滤色器层235的残留膜移除到黑色矩阵220上，以完成具有所需要图案的滤色器230。
然后，尽管在本图中未示出，但是通过已知的方法在滤色器230和黑色矩阵220上形成覆盖层240和公共电极250，以完成第二基板200。
下面参考图6描述基于本发明第二实施例的LCD制造方法。图6描绘了在基板100的制造方法中在钝化膜170上形成用于将漏极163连接到像素电极180的漏极接触孔171的方法。图6示出了在钝化膜170上对模具460进行模压，然后将其分离。在本发明的第二实施例中，在钝化膜170上形成压花图案以便制造反射或透反射LCD。为此，在钝化膜170上使具有与该压花图案相对应的凹凸图案的模具460对准并排列，然后对钝化膜170加压以便在其上形成压花图案。同时，利用形成在模具460上的凸起463形成用于使漏极163露出的漏极接触孔171。但是，漏极接触孔171并没有完全形成，而是由于模具460的材料的柔软特性，使得残留膜保留在其底部，以至于可能产生接触失败。
于是，在本发明中，在形成具有凹凸图案和凸起463的模具460的过程中，通过前述方法在凸起463的端部上形成遮光膜465。在利用其上形成有遮光膜465的模具执行模压和曝光之后，执行显影步骤，以便形成完全移除了残留膜的漏极接触孔171。
同时，尽管在本图中未示出，但是应当清楚，可以将这种方法应用于栅和数据焊盘接触孔172和173的形成。
下面参考图7简要描述通过前述方法制作的模具。
通过前述方法制作的模具460包含具有至少一个凸起463和提供在该凸起463的端部上的遮光膜465的图案形成层461。优选地，该图案形成层461由能够透过紫外光的透明材料制成，并且遮光膜465由用于遮挡紫外光的材料制成，以便在曝光和显影步骤之后移除剩余的残留膜。图案形成层461可以包括PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
下面参考图8简要描述基于本发明第三实施例的模具。基于该第三实施例的模具包含支撑层467；形成在支撑层467的一个表面上并具有至少一个凸起463的图案形成层461；以及在支撑层467的另一个表面上形成并位于与该凸起463相对应的区域内的遮光膜465。此处，支撑层467可以包括PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PC(聚碳酸酯)的至少一种。另外，优选地图案形成层461和支撑层467的每一个由能够透过紫外光的透明材料制成，并且遮光膜465由遮挡紫外光的材料制成，以便在曝光和显影步骤之后将剩余的残留膜移除。此处，该模具还可以包含位于支撑层467和遮光膜465之间的缓冲层(未示出)。在另一示范性实施例中，模具还可以包含覆盖遮光膜465的缓冲层(未示出)。这时，缓冲层(未示出)如下操作。由于图案形成层461和支撑层467由彼此不同的材料制成，因此它们具有不同的热膨胀系数。由此，当使它们在预定温度下模压时，模具460的形状可能会变形。结果，具有与图案形成层461相同的热膨胀系数的缓冲层(未示出)提供在支撑层467的另一表面上，以便能够使该模具460的形变最小化。优选地，图案形成层461和缓冲层(未示出)由相同材料制成，以便具有实际上相同的热膨胀系数。另外，优选地，图案形成层461的厚度d1大于凸起463的厚度d2，以便保持模具460的整体形状并支撑该凸起463。但是，如果当遮光膜465位于图案形成层461的另一表面上时，图案形成层461的厚度d1厚，穿过图案形成层461的紫外光被折射并可能照射到不需要的方向。由此，优选使图案形成层461的厚度d1形成为尽可能地薄。
如上所述，基于本发明，提供一种显示器的制造方法以及为此的模具，其中在模压之后剩余在基板上的残留膜可以被有效地移除。
尽管已经示出和描述了本发明的一些示范性实施例，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的改变对本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (26)

1.一种显示装置的制造方法，该方法包括：
提供基底基板；
在该基板上形成主层，该主层具有暴露出部分该基底基板的预定图案的开口；
用反应物对该主层和通过该主层的开口露出的该基底基板的表面进行处理；以及
在该开口内提供第一材料，该反应物表面处理使该主层和该提供的第一材料之间的界面张力的差小于该提供的第一材料和该基板之间的界面张力。
2.根据权利要求1的方法，其中该第一材料为遮光材料。
3.根据权利要求2的方法，还包括：通过在该基底基板和该主层上形成可模压的材料层，然后使该可模压的材料层和该遮光材料固化，制作具有遮光膜的模具；
在将该模具与该主层分离之后，在其上形成有光敏膜的绝缘基板上对该模具进行排列、加压并曝光；以及
在使该模具与该绝缘基板分离之后使该光敏膜曝光。
4.根据权利要求1的方法，其中该基底基板包括氧化硅。
5.根据权利要求1的方法，其中该基底基板包括基底层和形成在该基底层上的无机层，并且该无机层包含氮化硅。
6.根据权利要求1的方法，其中该表面处理包括CF4等离子体处理。
7.根据权利要求6的方法，其中通过该CF4等离子体处理使该主层的界面张力变小，以便该主层具有强疏水特性。
8.根据权利要求2的方法，其中该表面处理包括O2/CF4等离子体处理和自组装单层处理。
9.根据权利要求8的方法，其中通过该O2/CF4等离子体处理和自组装单层处理使该基底基板的界面张力的降低大于该主层的界面张力的降低。
10.根据权利要求8的方法，其中通过该表面处理使该基底基板的界面张力的水平变得接近于该遮光材料的界面张力的水平。
11.根据权利要求2的方法，其中通过该表面处理使提供在该主层上的遮光材料在提供时流入该开口内。
12.根据权利要求11的方法，其中通过热和光的至少一种使该遮光材料固化。
13.根据权利要求1的方法，其中通过热和光的至少一种使该可模压的材料层固化。
14.根据权利要求13的方法，其中该可模压的材料层由透过紫外光的材料制成。
15.根据权利要求1的方法，其中该主层包括光敏有机材料，并且利用具有预定开口图案的掩模进行曝光，然后显影以在其内形成有开口。
16.根据权利要求1的方法，其中该主层包括PC411B和PC405G之一。
17.根据权利要求1的方法，其中该光敏膜包含有机材料。
18.一种模具，包括：
具有至少一个或更多个凸起的图案形成层；以及
在该凸起的端部处形成的遮光膜。
19.根据权利要求18的模具，其中该图案形成层由透过紫外光的透明材料制成，并且该遮光膜由遮挡紫外光的材料制成。
20.根据权利要求19的模具，其中该图案形成层包括聚二甲基硅氧烷。
21.一种模具，包括：
支撑层；
形成在该支撑层的第一表面上并具有至少一个凸起的图案形成层；以及
形成在该支撑层的第二表面上并位于与该凸起相对应的区域内的遮光膜。
22.根据权利要求21的模具，其中该支撑层包含聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯的至少一种。
23.根据权利要求21的模具，其中该图案形成层和该支撑层的每一个由透过紫外光的透明材料制成，并且该遮光膜由遮挡紫外光的材料制成。
24.根据权利要求21的模具，还包括设置在该支撑层和该遮光膜之间的缓冲层。
25.根据权利要求21或24的模具，还包括覆盖该遮光膜的缓冲层。
26.根据权利要求25的模具，其中该缓冲层由与该图案形成层相同的材料制成。
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