TW201625982A - 具有不規則圖案的光罩及其製法 - Google Patents

Abstract

一種具有不規則圖案的光罩及其製法。該光罩包含一個透明基材，以及一層遮光層。該遮光層包括數條設置在該透明基材上的遮光條。該等遮光條彼此交錯相配合界定出數個間格。每一個間格為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形。該等無週期性且至少兩邊不等長之多邊形的間格圖案，可利用成本低廉的紡絲法快速製得，故該光罩可被量產且成本低廉，而利用該光罩所製得的金屬網格透明導電膜，因同樣具有不規則圖案，應用於各種顯示器時皆不易產生疊紋現象，相當具有競爭力。

Description

具有不規則圖案的光罩及其製法

本發明是有關於一種光罩，特別是指一種具有不規則圖案的光罩及其製法。

透明導電膜是一種常用於觸控裝置與顯示器等多媒體之產品，目前最常見用於製造透明導電膜之材料為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)，然而ITO的價格相當高(ITO內會含有75wt%的銦，而每公斤的銦價格約800美元)，且所製成的透明導電膜會具有低面電阻(<50Ω/□)、膜色偏黃、用於可撓式產品時易碎裂等問題。隨著物聯網產業的崛起與行動智慧設備普及，200ppi以上高解析智慧裝置需求日益殷切，對於ITO的需求也大幅增加，惟具有前述問題的ITO已逐漸無法符合這些行動智慧產品的需求。因此，如何製造出一種非ITO類之透明導電膜，是一門值得研究的技術。目前，金屬網格透明導電膜被認為是取代ITO類透明導電膜最具潛力之產品，然而金屬網格透明導電膜其主要缺點有二：其一是容易產生疊紋現象，其二是不易控制界定網格的線條之線寬，然而不論是前者或後者，使用現有生產技術解決上述兩個問題時都會導致生產成本的增加。

所述的疊紋現象(moiré phenomenon)是指兩個或兩個以上之規則圖案彼此重疊時，形成光學干涉紋的現象。現有之金屬網格透明導電膜皆具有規則圖案，故當顯示器採用金屬網格透明導電膜作為電磁波遮蔽膜或應用於觸控面板時，金屬網格透明導電膜會與顯示器產生的畫素圖案、顯示器的電極圖案或其他光學膜的圖案彼此干擾，並產生前述的疊紋現象，使得顯示器無法正確顯示訊息給使用者。

應用金屬網格透明導電膜時，是否容易出現疊紋現象，與界定出金屬網格的線條之寬度有關。若線條之線寬過粗，或者線條形成的交叉點(節點)過粗，皆容易產生疊紋現象。因此，目前解決上述問題的方法是要依照顯示器的尺寸及畫素顯示方法，設計相對應的線寬、節距、以及角度之金屬網格圖案以避免疊紋現象產生。是以，具有同一種規則圖案的金屬網格透明導電膜無法通用於尺寸不同或畫素執行方法不同的顯示器上，故必須依客戶的不同需求而量身訂作，無法以量產的方式降低製造成本並提高競爭力。

除了須客製化而無法量產外，控制界定出金屬網格的線條之線寬也是一大問題。既有的金屬網格透明導電膜的製程主要可分為印刷製程及黃光微影製程兩種方式。採用印刷製程雖然可以省去蒸鍍、曝光、顯影、蝕刻等工序及設備投資，直接在基材上印刷出所需圖形，而可有較低的製造成本優勢，但不易控制線條之寬度的精細 度，易有產生疊紋現象的問題，且無法製造出肉眼無法分辨之線寬低於5μm之線條。至於黃光微影製程，雖然可以提供較精細的網格及相對前者具有更細線寬的線條，但因線條之線寬在5μm以下之光罩其生產成本相當昂貴，而使得金屬網格透明導電膜之生產成本一直居高不下。

綜上所述，如何開發出一種生產成本低廉且可量產製造出不易產生疊紋現象的金屬網格透明導電膜之光罩，是一相當具有經濟利益的研究課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有不規則圖案的光罩及其製法，該製法能製造出具有不規則圖案的光罩，而該光罩生產成本低廉，且可製造出不易產生疊紋現象且可通用於各式顯示器的金屬網格透明導電膜。

於是，本發明具有不規則圖案的光罩，包含：一個透明基材，以及一層遮光層。該遮光層包括數條設置在該透明基材上的遮光條。該等遮光條彼此交錯相配合界定出數個間格。每一個間格為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形。該光罩可由以下的製法製得：步驟A：準備一個表面設置有一層遮光層的透明基材。步驟B：將一種光阻材料以紡絲法沉積至該遮光層上，並形成一層光阻層。步驟C：蝕刻移除該遮光層未受該光阻層覆蓋的部分。步驟D：移除該光阻層。

本發明具有不規則圖案的光罩，還可為包含：一個透明基材，以及一層遮光層。該遮光層包括數個分別 設置在該透明基材上的遮光塊。該等遮光塊分別為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形。該光罩可由如下的製法製得：步驟A：準備一個透明基材。步驟B：將一種光阻材料以紡絲法沉積至該透明基材上形成一層光阻層。該光阻層與該透明基材相配合界定出數個中空的網格。該等網格分別為無週期性且至少兩邊不等長的多邊形。步驟C：將一種遮光材料沉積至該光阻層上及該等網格中。步驟D：移除該光阻層及該遮光材料附著於該光阻層上的部分。

本發明之功效在於：利用成本低廉的紡絲法即可快速地製備出線寬細緻的該等遮光條，故該光罩可被量產且成本低廉，且由該等遮光條或該等遮光塊所界定出或形成的不規則無週期性且至少兩邊不等長之多邊形的圖案，可使製得的金屬網格透明導電膜，因同樣具有不規則圖案而不易產生疊紋現象，還可通用於各式顯示器，而具有適於大量製造的經濟價值，故確實能達成本發明之目的。

1‧‧‧透明基材

2‧‧‧遮光層

21‧‧‧遮光條

211‧‧‧間格

22‧‧‧遮光塊

221‧‧‧間隙

31‧‧‧備材步驟

32‧‧‧紡絲步驟

33‧‧‧蝕刻步驟

34‧‧‧移除步驟

4‧‧‧光阻層

41‧‧‧纖維

42‧‧‧網格

51‧‧‧準備步驟

52‧‧‧紡絲步驟

53‧‧‧沉積步驟

54‧‧‧掀離步驟

D11‧‧‧平均線徑

D12‧‧‧平均寬度

D21‧‧‧平均寬度

D22‧‧‧平均寬度

T11‧‧‧平均厚度

T21‧‧‧平均厚度

W11‧‧‧平均寬度

W12‧‧‧平均寬度

W22‧‧‧平均寬度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明具有不規則圖案的光罩及其製法的一個第一實施例的一個掃描式電子顯微鏡影像；圖2是該第一實施例的一個製法的一個步驟流程圖；圖3是該第一實施例的該製法的一個各步驟的示意圖；圖4是該製法的一個紡絲步驟完成後的一個半成品的一個掃描式電子顯微鏡影像； 圖5是本發明具有不規則圖案的光罩及其製法的一個第二實施例的一個製法的一個步驟流程圖；及圖6是該第二實施例的該製法的一個各步驟的示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明具有不規則圖案的光罩及其製法的一個第一實施例包含一個透明基材1，以及一層遮光層2。該遮光層2包括數條設置在該透明基材1上的遮光條21。該等遮光條21彼此交錯相配合界定出數個分別呈無週期性且至少兩邊不等長多邊形的間格211。

參閱圖2、圖3及圖4，該第一實施例是由以下的製法製得：一個備材步驟31、一個紡絲步驟32、一個蝕刻步驟33，以及一個移除步驟34。

在該備材步驟31中，是準備一個表面設置有一層遮光層2的透明基材1。在市面上可購得沉積有該遮光層2的該透明基材1。當然，在實施上也可自行將遮光材料沉積至該透明基材1上，以形成該遮光層2。所述的遮光材料為金屬鉻，其表面反射率為10至15%。所述的遮光層2的平均厚度T11為0.1μm，對於波長為450nm的光線而言，其光學密度為3.0。

當該等遮光條21的光學密度小於1.8時，會有多餘的光線穿透該等遮光條21，而使得光罩的圖案無法良好地轉印到其他材料上，亦即會產生失真的情況，而當該 等遮光條21的光學密度大於4.0時，亦即該等遮光條21的厚度太厚，會增加不必要的成本支出，故該等遮光條21的光學密度應為1.8~4.0為佳。此外，當該等遮光條21的表面反射率在50%以上時，在曝寫時會因反射而產生重複曝光的問題，同樣會有失真的疑慮。是以，該等遮光條21的表面反射率應低於50%為佳。在本實施例中，是利用金屬鉻來達到表面反射率在50%以下的要求。

在該紡絲步驟32，是利用熔噴法將一種光阻材料以紡絲法沉積至該遮光層2上形成一層光阻層4。在實施上，也可利用其他的紡絲方法，例如靜電紡絲法(electrospinning)或溶液紡噴法(solution blown)。所述的光阻材料是平均分子量為3kg/mol的聚苯乙烯(polystyrene,PS)。所述的熔噴法是將光阻材放入一個熔噴設備中，設定該熔噴設備的參數如下：紡絲溫度為180℃、聚苯乙烯的進料速率為0.068g/min、紡絲氣體流速為5.4SCFM，以及紡絲時間為5分鐘。聚苯乙烯被噴出後，即會在該遮光層2上形成具有數條纖維41的該光阻層4，並如圖4所示。該等纖維41的平均線徑D11約為1.24μm，並相配合界定出數個平均寬度W11約為220μm的網格42。該等纖維41是利用紡絲法沉積至該遮光層2上，故該等纖維41是不規則地分布。該等網格42因為是由該等纖維41所界定出來，故同樣也是不規則地分布，且每一網格42為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形。應注意的是，如本案所界定之元件的形狀或大小不規則，則所述的平均寬度(線徑、 厚度)，是指最大值與最小值的平均值。

以各種紡絲法能紡得的纖維41尺寸最小能達到0.05μm，而應注意的是當該等纖維41的尺寸大於20μm時，利用本發明製得的光罩製造的成品，其所具有的格線將可被肉眼觀察到而不被接受，故該等纖維41的尺寸應控制為0.05μm~20μm為佳，若為0.05μm~5μm，則細緻度更佳。本實施例的平均線徑D11為1.24μm即符合此要求。

該等網格42的平均寬度小於1μm時，利用本發明製得的光罩所製造的成品，可透光的部位將會太小，透光性會不佳，而當該等網格42的寬度大於500μm時，所述的成品的可導電部位將會太小，導電性會不佳。因此，在考量透光性與導電性兩項因素下，該等網格42的寬度應控制為1μm~500μm。本實施例的平均寬度W11為220μm亦符合此要求。

在該蝕刻步驟33，是蝕刻該遮光層2未受該光阻層4的該等纖維41覆蓋的部分。該遮光層2被蝕刻後所留下的部位，則會形成數條遮光條21。每一條遮光條21的平均寬度D12，會等同各別的纖維41的平均線徑D11，約為1.24μm。該等遮光條21會相配合界定出數格間格211。每一格間格211的平均寬度W12，會等同各別的網格42的平均寬度W11，約為220μm。該等遮光條21及該等間格211同樣也不規則地分布，且該等間格211分別為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形，並分別可具有直線或弧線的邊。

在該移除步驟34中，是再利用丙酮將該光阻層4的該等纖維41移除，並留下該等遮光條21，即可製得所述的具有不規則圖案的光罩。

綜上所述，本發明具有不規則圖案的光罩及其製法，該製法利用成本低廉且可製造出具有細緻線寬的該等遮光條21的紡絲法，來製造該具有不規則圖案的光罩，故該具有不規則圖案的光罩可被量產且成本低廉，且由該等遮光條21所界定出來的不規則多邊形網格42，可使利用該光罩製得之金屬網格透明導電膜因同樣具有不規則圖案而不易產生疊紋現象，還可通用於各式顯示器，而具有適於大量製造的經濟價值，故確實能達成本發明之目的。

參閱圖5及圖6，為本發明具有不規則圖案的光罩的一個第二實施例，該第二實施例包含一個透明基材1，以及一層遮光層2。該遮光層2包括數個分別設置在該透明基材上的遮光塊22。該等遮光塊22分別為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形，且分別可具有直線或弧線的邊，並相配合界定出數條彼此交錯的間隙221。

該第二實施例是由以下的製法製得：一個準備步驟51、一個紡絲步驟52、一個沉積步驟53，以及一個掀離步驟54。

在該準備步驟51中，是準備一個透明基材1。該透明基材1在本實施例中為石英或玻璃，但在實施上也可為透明的高分子材料。

在該紡絲步驟52中，是將一種光阻材料，利用 靜電紡絲法，紡絲並沉積至該透明基材1上形成一層光阻層4。

所述的光阻材料為聚乙烯縮丁醛(Polyvinyl butyrak,PVB)，但並不以聚乙烯縮丁醛為限。在實施上，只要為可溶的高分子材料即可，例如可為水基高分子溶液或溶劑基高分子溶液。該光阻材料也不以聚合物為限，也可為聚合物的前驅體，例如光硬化高分子前驅體或熱硬化高分子前驅體，亦即可為聚合物的單體，並在紡出後，再利用紫外光或加熱等方式，使前驅體(單體)聚合成聚合物。此外，也可為聚合物與前驅體的混合物。所述的靜電紡絲法，是將該光阻材料溶於乙醇中，以配製出一份光阻材料的濃度為10wt%的紡絲液。將該紡絲液倒入一個電紡設備中，設定該電紡設備的運作參數如下：紡絲液的輸出速率為0.6ml/hr、電壓為15kV，以及紡絲時間5分鐘。紡絲液被紡出後，即會在該透明基材1上形成具有數條纖維41的該光阻層4。該等纖維41的平均線徑D21為1.1μm，且與該透明基材1相配合界定出數格分別呈中空且平均寬度W21為150μm的網格42。由於本發明是採用紡絲法沉積出該等纖維41，故該等纖維41是隨機地分布在該透明基材1上，並界定出同樣不規則隨機分布且分別呈無週期性且至少兩邊不等長的該等網格42。

在該沉積步驟53中，是將一種遮光材料沉積至該光阻層4上及該等網格42中。所述的遮光材料在本實施例中同樣為鉻。所述的遮光材料在沉積時，會同時附著於 該等纖維41上，以及填入該等網格42中。所述的遮光材料會附著於該透明基材1上形成一層遮光層2，該遮光層2包括數塊分別位於該等網格42中且呈島狀的遮光塊22。該等遮光塊22的平均厚度T21為0.1μm，平均寬度W22為150μm，對於波長為450nm的光線而言，光學密度分別大約為3.0，且對於波長為436nm的光線之表面反射率分別大約為10至15%。由於該等網格42是不規則且隨機分布的，故該等遮光塊22也是不規則且隨機地分布在該透明基材1上，除彼此間隔外，也分別呈無週期性且至少兩邊不等長之多邊形。

在該掀離步驟54中，是先將附著於該等纖維41上的遮光材料掀離，再利用如乙醇等類醇類溶劑將該等纖維41溶解，並保留位於該等網格42中的該等遮光塊22。該等遮光塊22會相配合界定出數條彼此交錯的間隙221。該等間隙221的平均寬度D22，會與該等纖維41的平均線徑D21相同，為1.1μm。

綜上所述，本發明具有不規則圖案的光罩及其製法，該製法同樣利用紡絲法製造該具有不規則圖案的光罩，故該光罩同樣可被量產且成本低廉，且該等分別呈不規則無週期性且至少兩邊不等長多邊形的遮光塊52，可使利用該光罩製得之金屬網格透明導電膜因同樣具有不規則圖案而不易產生疊紋現象，還可通用於各式顯示器，而具有適於大量製造的經濟價值，故確實能達成本發明之目的。

本發明的一第三實施例與該第一實施例類似，不同的地方在於，在該紡絲步驟32(見圖2)中，是利用溶液紡噴法來紡絲，且所使用的光阻材料為平均分子量為1.9×10⁵g/mol的聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)，溶於氯仿(chloroform)中，並製成濃度為10wt%的紡絲液。將紡絲液放入一個溶液紡噴設備中，並設定參數如下：紡絲液的給液速率為20μL/min、氣體壓力為276kPa，以及紡絲時間4分鐘。該紡絲液被噴出後會形成包括該等纖維41的該光阻層4，該等纖維41的平均線徑為2.26μm，且該等纖維41相配合界定出來的該等網格42的平均寬度為150μm。本第三實施例同樣可製造出具有不規則圖案的光罩，且該光罩同樣可製作具有不規則圖案的金屬網格透明導電膜，故可達到與該第一實施例類似的效果，故在此不重複說明。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧透明基材

2‧‧‧遮光層

21‧‧‧遮光條

211‧‧‧間格

Claims (10)

1. 一種具有不規則圖案的光罩，包含：一個透明基材；及一層遮光層，包括數條設置在該透明基材上的遮光條，該等遮光條彼此交錯相配合界定出數個間格，每一間格為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形。
2. 如請求項1所述的具有不規則圖案的光罩，其中，每一條遮光條的平均寬度為0.05μm~20μm，每一格間格的平均寬度為1μm~500μm。
3. 如請求項1所述的具有不規則圖案的光罩，其中，該等間格分別具有直線或弧線的邊。
4. 一種具有不規則圖案的光罩，包含：一個透明基材；及一層遮光層，包括數個分別設置在該透明基材上的遮光塊，該等遮光塊分別為無週期性且至少兩邊不等長之多邊形。
5. 如請求項4所述的具有不規則圖案的光罩，其中，該等遮光塊相配合界定出數條彼此交錯的間隙，且每一個遮光塊的平均寬度為1μm~500μm，每一條間隙的平均寬度為0.05μm~20μm。
6. 如請求項4所述的具有不規則圖案的光罩，其中，該等遮光塊分別具有直線或弧線的邊。
7. 一種具有不規則圖案的光罩的製法，包含：步驟A：準備一個表面設置有一層遮光層的透明基 材；步驟B：將一種光阻材料以紡絲法沉積至該遮光層上，並形成一層光阻層；步驟C：蝕刻移除該遮光層未受該光阻層覆蓋的部分；及步驟D：移除該光阻層。
8. 如請求項7所述的具有不規則圖案的光罩的製法，其中，在該步驟B中，是以靜電紡絲法、熔噴法或溶液噴紡法將該光阻材料沉積至該透明基材上。
9. 一種光罩的製法，包含：步驟A：準備一個透明基材；步驟B：將一種光阻材料以紡絲法沉積至該透明基材上形成一層光阻層，該光阻層與該透明基材相配合界定出數個中空的網格，該等網格分別為無週期性且至少兩邊不等長的多邊形；步驟C：將一種遮光材料沉積至該光阻層上及該等網格中；及步驟D：移除該光阻層及該遮光材料附著於該光阻層上的部分。
10. 如請求項9所述的具有不規則圖案的光罩，其中，在該步驟B中，是以靜電紡絲法、熔噴法或溶液噴紡法將該光阻材料沉積至該透明基材上。