WO2014019310A1 - 灰阶掩模板及利用其形成的柱状隔垫物 - Google Patents

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吴洪江
黄常刚
黎敏
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京东方科技集团股份有限公司
北京京东方显示技术有限公司
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    • G—PHYSICS
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1339—Gaskets; Spacers; Sealing of cells
    • G02F1/13394—Gaskets; Spacers; Sealing of cells spacers regularly patterned on the cell subtrate, e.g. walls, pillars

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a reticle and a column spacer, and more particularly to a gray scale reticle and a column spacer formed therewith. Background technique
  • Thin film transistor liquid crystal display devices are currently the mainstream of flat panel displays.
  • the panel of the thin film transistor liquid crystal display device comprises a thin film transistor array substrate and a color filter substrate disposed in parallel, and a liquid crystal layer is disposed therebetween.
  • a spacer is disposed between the two substrates. Things.
  • high-performance thin film transistor liquid crystal display devices use column spacers. Since the liquid crystal molecules move with the gravitational field when the thin film transistor liquid crystal display device operates at a high temperature, gravity ripple phenomenon occurs, which affects the display quality of the thin film transistor liquid crystal display device.
  • the surrounding water ripple phenomenon may occur, and in a serious case, a large area of light leakage may occur at the lower end of the thin film transistor liquid crystal display device.
  • a column spacer can be formed by exposure using a mask.
  • a gray scale mask is used to realize partial exposure of a partial exposure region by a semi-transmissive film.
  • the process of forming columnar spacers of different heights using a conventional gray scale mask is as follows: First, as shown in FIG. 1, a negative photoresist 200 for forming a spacer is coated on the color filter substrate 300. , wherein the negative photoresist forms an insoluble matter after being exposed to light; then, after the negative photoresist is exposed and developed by the conventional gray-scale mask 100', the negative photoresist is not exposed to light.
  • a fully exposed area spacer is formed under the fully exposed area 110 of the conventional gray scale mask, and a partial exposure is formed under the partial exposure area 120' of the conventional gray scale mask.
  • Zone spacers. 3 is a schematic illustration of a fully exposed region 110 of a conventional gray scale mask
  • FIG. 4 is a schematic illustration of a portion of the exposed portion 120' of a conventional gray scale mask, the partially exposed region being a semi-permeable film.
  • the cost of a gray-scale reticle with a semi-transmissive film is twice that of a conventional reticle, which greatly increases the cost of manufacturing.
  • the upper surface of the column spacer formed by the conventional gray-scale mask is a circular arc surface, and after the thin film transistor array substrate and the color filter substrate are paired with the box, the thin film transistor array substrate and the color are easily caused by external force.
  • the relative displacement of the filter substrate affects the image quality of the liquid crystal display device.
  • the liquid crystal layer has a liquid crystal layer having a wide range of liquid crystal layers, and the upper and lower limits of the liquid crystal layer are liquid crystal filling upper limits (not at a high temperature)
  • the range between the gravity defect and the liquid crystal allows the lower limit of filling (no vacuum bubbles appear at low temperatures), so the structure of the column spacer is required to provide sufficient deformation to prevent vacuum bubble defects and provide more support. Force to prevent gravity defects, extrusion defects and other defects.
  • the structure of the column spacer formed by the conventional gray scale mask does not solve this technical problem. Summary of the invention
  • the invention provides a gray-scale mask and a column spacer formed by the same, the cost of the gray-scale mask is lower than that of the conventional gray-scale mask; and the column spacer formed by the gray-scale mask is favorable for preventing The relative displacement of the thin film transistor array substrate and the color filter substrate, and providing a liquid crystal layer with a wide range of upper and lower limits of the liquid crystal layer.
  • the present invention provides the following technical solutions:
  • a gray scale mask comprising a transparent substrate and a light shielding layer formed thereon, the light shielding layer comprising a partial exposure region, the partial exposure region comprising at least one annular slit.
  • a column spacer wherein the column spacer is formed by any one of the gray scale masks, and the column spacer formed under a partial exposure region of the gray scale mask
  • the upper surface of the object includes annular protrusions and grooves corresponding to the annular slits.
  • the gray-scale reticle provided by the invention and the spacer formed by the same the gray-scale reticle is partially exposed in the annular slit of the exposure opening in the partially exposed area, and is reduced compared with the conventional semi-transparent gray-scale reticle The cost.
  • the diffraction effect of the annular slit of the exposure opening of the partial exposure region is utilized to form a column spacer including the annular protrusion and the groove on the upper surface, which is advantageous for preventing the thin film transistor Relative displacement of the array substrate and the color filter substrate,
  • the image quality of the liquid crystal display device is improved, and a range of upper and lower limits for the liquid crystal dropping amount is provided.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional gray-scale mask before exposure to a photoresist
  • FIG. 2 is a schematic view showing the formation of column spacers of different heights by using a conventional gray-scale mask
  • FIG. 3 is a schematic view showing a completely exposed region of a conventional gray-scale mask
  • FIG. 4 is a schematic view showing a partial exposure region of a conventional gray scale mask
  • FIG. 5 is a schematic view showing a partially exposed region of an embodiment of a gray scale mask of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic view of the gray scale mask shown in FIG. 5 before exposing the photoresist
  • FIG. 7 is a view using FIG.
  • FIG. 8 is a plan view showing a columnar spacer of a partially exposed area shown in FIG. 7;
  • Figure 9 is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 8.
  • Figure 10 is a schematic illustration of a partially exposed region of another embodiment of a gray scale mask of the present invention
  • Figure 11 is a schematic illustration of a partially exposed region of another embodiment of a gray scale mask of the present invention.
  • Embodiment 1 A gray scale mask according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate and a light shielding layer formed thereon, the light shielding layer including a partial exposure region, as shown in FIG.
  • the partial exposure region includes a positive octagonal exposure opening and is located Three positive octagonal annular shading rings are exposed in the opening, the three shading rings are concentrically arranged and concentrically arranged, and the three shading rings form three annular slits in the exposure opening.
  • the intervals between the adjacent shading rings are equal, and the widths of the shading rings are equal. That is, the plurality of annular slits have the same width, and the intervals between adjacent slits are the same.
  • the full exposure region of the gray scale mask of this embodiment is the same as the full exposure region of the conventional gray scale mask, and will not be described.
  • the process of forming the column spacers having different heights by using the gray scale mask of the present embodiment is as follows: First, as shown in FIG. 6, on the color filter substrate 300, negative light for forming a spacer is applied. Engraving 200 (it should be understood that a color layer and a black matrix should be disposed between the substrate 300 and the photoresist 200), wherein the negative photoresist forms an insoluble matter after being exposed to light; After the gray scale mask 100 of the example exposes and develops the negative photoresist, the negative photoresist that is not exposed to light is removed, so that, as shown in FIG.
  • the fully exposed region 110 of the gray scale mask is below.
  • a fully exposed area spacer is formed to form a partially exposed area spacer below the partially exposed area 120 of the gray scale mask.
  • columnar spacers having different heights can be formed on the color filter substrate, and the gravity ripple phenomenon and the surrounding water ripple phenomenon can be effectively solved, thereby improving the image quality of the liquid crystal display device.
  • the cost of the gray scale mask of the present embodiment is relatively low, which is advantageous for reducing the cost of producing a liquid crystal display device. Since a plurality of annular slits of the partially exposed regions cause a staining action, as shown in Figs.
  • annular projections and grooves corresponding to the annular slits are formed on the upper surface of the partially exposed region spacer.
  • the columnar spacer including the annular protrusion and the groove on the upper surface is advantageous for preventing the thin film transistor array substrate and the color filter from being compared with the circular arc surface of the columnar spacer formed by the conventional gray scale mask.
  • the columnar spacer of the structure having the upper surface including the annular protrusion and the groove can provide more deformation amount to prevent vacuum bubble defects, and can provide more
  • the supporting force prevents gravity defects, extrusion defects, and the like; that is, the columnar spacers including the annular protrusions and the grooves on the upper surface provide a larger range of upper and lower limits of the liquid crystal layer for the liquid crystal layer.
  • the partially exposed regions of the present invention can take a variety of forms. As shown in FIG. 10, in one embodiment, the exposure opening is circular, the light shielding ring is circular, and the light shielding ring is three, and the three slits between the light shielding rings are annular. It will be appreciated that the partially exposed regions of the present invention may be axisymmetric and centrally symmetric. Shape. Specifically, the shape of the partial exposure region may be an elliptical shape or a positive N-sided shape or a diamond shape or a rectangle, where N is a natural number greater than or equal to 3. Further, the shading ring of the present invention is also an axisymmetric and centrally symmetrical pattern.
  • the light-shielding ring may be an elliptical ring or a positive N-ring ring or a diamond ring or a rectangular ring, where N is a natural number greater than or equal to 3.
  • the resulting annular slit may be an elliptical ring or a positive N-ring ring or a diamond ring or a rectangular ring, where N is a natural number greater than or equal to 3.
  • a gray scale mask includes a transparent substrate and a light shielding layer formed thereon, the light shielding layer including a partial exposure region, as shown in FIG. 11, the partial exposure region includes a positive octagonal exposure opening and A light-shielding area of a positive octagonal ring located in the exposure opening, the light-shielding area and the exposure opening are concentrically arranged, and the light-shielding sheet forms an annular slit in the exposure opening.
  • the process of forming the column spacers having different heights by using the gray-scale mask of the embodiment is the same as the process of using the first embodiment, and the annular slits of the partially exposed regions generate 4 staining effects on the spacers of the partially exposed regions.
  • the surface forms corresponding annular projections and grooves with the annular slit.

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Abstract

一种灰阶掩模板（100）及利用其形成的柱状隔垫物，所述灰阶掩模板（100）包括透明衬底和形成于其上的遮光层，所述遮光层包括部分曝光区（120），所述部分曝光区（120）包括至少一个环形狭缝。利用所述灰阶掩模板（100）形成的柱状隔垫物，部分曝光区（120）下形成的柱状隔垫物的上表面包括与环形狭缝相对应的环状突起和凹槽。所述灰阶掩模板（100）的成本比传统的半透膜掩模板低，利用其形成的柱状隔垫物有利地防止薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板（300）的相对位移，从而改善液晶显示装置的画质，同时为液晶滴入量提供范围较大的上下限区间。

Description

灰阶掩模板及利用其形成的柱状隔垫物 技术领域
本发明的实施例涉及掩模板和柱状隔垫物， 特别涉及一种灰阶掩模板及 利用其形成的柱状隔垫物。 背景技术
薄膜晶体管液晶显示装置是目前平面显示器的主流。 薄膜晶体管液晶显 示装置的面板， 包括平行设置的薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板， 两 者之间设置有液晶层， 为了控制液晶层厚度的稳定均一性， 在两基板之间设 置隔垫物。 目前， 高性能的薄膜晶体管液晶显示装置较多釆用柱状隔垫物。 由于薄膜晶体管液晶显示装置在高温下工作时液晶分子会随重力场移动， 从 而出现重力水波紋现象， 影响薄膜晶体管液晶显示装置的显示质量。 另外， 向液晶层注入液晶的时候， 如果在周边区域出现液晶堆积过多的情况， 就会 导致周边水波紋现象， 情况严重时还会在薄膜晶体管液晶显示装置的下端出 现大面积的漏光现象。 通过将位于液晶层周边区域内的柱状隔垫物的高度设 置成高于液晶层中部区域内的柱状隔垫物的高度， 可以有效解决重力水波紋 现象和周边水波紋现象。
在薄膜晶体管液晶显示装置的生产过程中， 可以使用掩模板通过曝光形 成柱状隔垫物。为了实现柱状隔垫物高度不同的要求，利用灰阶掩模板实现， 传统的灰阶掩模板是通过半透过膜实现部分曝光区的部分曝光的。 利用传统 的灰阶掩模板形成高度不同的柱状隔垫物的过程如下： 首先， 如图 1所示， 在彩色滤光片基板 300上涂布用于形成隔垫物的负性光刻胶 200, 其中， 负 性光刻胶在受到光照后形成不可溶物质；然后，通过传统的灰阶掩模板 100' 对负性光刻胶进行曝光和显影后，将没有受到光照的负性光刻胶清除，这样， 如图 2所示， 在传统的灰阶掩模板的完全曝光区 110的下方形成完全曝光区 隔垫物， 在传统的灰阶掩模板的部分曝光区 120' 的下方形成部分曝光区隔 垫物。 图 3为传统的灰阶掩模板的完全曝光区 110的示意图， 图 4为传统的 灰阶掩模板的部分曝光区 120' 的示意图， 部分曝光区是半透过膜。 但是传 统的釆用半透过膜的灰阶掩模板的成本是普通掩模板的两倍， 大大提成了制 造的成本。 另外， 通过传统的灰阶掩模板形成的柱状隔垫物的上表面是圓弧 面， 薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板对盒后， 由于外力作用， 很容易 导致薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板的相对位移， 影响液晶显示装置 的画质。
在釆用柱状隔垫物的薄膜晶体管液晶显示装置设计中， 需要液晶层具有 范围较大的液晶层上下限区间 （ Liquid Crystal Margin ) , 液晶层上下限区间 是指液晶填充上限（在高温时不出现重力缺陷）与液晶允许填充下限（在低 温时不出现真空气泡）之间的范围， 因此要求柱状隔垫物的结构既能提供足 够的变形量防止真空气泡不良， 又能够提供更多的支撑力防止重力缺陷、 挤 压缺陷等不良。 通过传统的灰阶掩模板形成的柱状隔垫物的结构没有解决这 个技术问题。 发明内容
本发明提供了一种灰阶掩模板及利用其形成的柱状隔垫物， 灰阶掩模板 的成本比传统的灰阶掩模板低； 且利用灰阶掩模板形成的柱状隔垫物有利于 防止薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板的相对位移， 且为液晶层提供范 围较大的液晶层上下限区间。
为达到上述目的， 本发明提供以下技术方案：
在本发明的第一方面， 提供一种灰阶掩模板， 包括透明衬底和形成于其 上的遮光层， 所述遮光层包括部分曝光区， 所述部分曝光区包括至少一个环 形狭缝。
在本发明的第二方面， 提供一种柱状隔垫物， 所述柱状隔垫物通过所述 任一种灰阶掩模板形成， 所述灰阶掩模板的部分曝光区下形成的柱状隔垫物 的上表面包括与环形狭缝相对应的环形突起和凹槽。
本发明提供的灰阶掩模板及利用其形成的隔垫物， 灰阶掩模板在部分曝 光区的曝光开口的环形狭缝实现部分曝光，与传统的半透膜灰阶掩模板相比， 降低了成本。 利用灰阶掩模板形成隔垫物的过程中， 利用其部分曝光区的曝 光开口的环形狭缝的衍射作用， 形成上表面包括环形突起和凹槽的柱状隔垫 物， 这样有利于防止薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板的相对位移， 从 而改善液晶显示装置的画质，同时为液晶滴入量提供范围较大的上下限区间。 附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例， 而非对本发明的限制。
图 1为传统的灰阶掩模板在对光刻胶进行曝光之前的示意图；
图 2为利用传统的灰阶掩模板形成不同高度的柱状隔垫物的示意图； 图 3为传统的灰阶掩模板的完全曝光区的示意图；
图 4为传统的灰阶掩模板的部分曝光区的示意图；
图 5为本发明的灰阶掩模板的一个实施例的部分曝光区的示意图； 图 6为图 5所示灰阶掩模板在对光刻胶进行曝光之前的示意图； 图 7为利用图 5所示灰阶掩模板形成不同高度的柱状隔垫物的示意图； 图 8为图 7所示部分曝光区的柱状隔垫物的俯视图；
图 9为图 8所示 A-A线的剖视图；
图 10为本发明的灰阶掩模板的另一个实施例的部分曝光区的示意图； 图 11为本发明的灰阶掩模板的另一个实施例的部分曝光区的示意图。 附图标记：
100' 传统的灰阶掩模板， 120' 传统的灰阶掩模板的部分曝光区， 100灰阶掩模板， 110完全曝光区， 120部分曝光区，
200负性光刻胶， 300彩色滤光片基板。 具体实施方式
为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发 明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、 完整地描述。显然， 所描述的实施例是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于所描 述的本发明的实施例， 本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获 得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 实施例一 本发明的一个实施例的灰阶掩模板， 包括透明衬底和形成于其上的遮光 层， 遮光层包括部分曝光区， 如图 5所示， 部分曝光区包括正八边形的曝光 开口和位于曝光开口内的三个正八边环形的遮光环， 三个遮光环同心设置和 曝光开口同心设置， 三个遮光环在曝光开口内形成三个环形狭缝。
进一步地， 相邻遮光环之间的间隔相等， 遮光环的宽度相等。 即多个环 形狭缝的宽度相同， 相邻狭缝之间的间隔相同。
本实施例的灰阶掩模板的完全曝光区与传统的灰阶掩模板的完全曝光区 相同不予累述。 利用本实施例的灰阶掩模板形成高度不同的柱状隔垫物的过 程如下： 首先， 如图 6所示， 在彩色滤光片基板 300上， 涂布用于形成隔垫 物的负性光刻胶 200 (应理解， 在基板 300和光刻胶 200之间还应布置有彩 色层和黑色矩阵等） ， 其中， 负性光刻胶在受到光照后形成不可溶物质； 然 后， 通过本实施例的灰阶掩模板 100对负性光刻胶进行曝光和显影后， 将没 有受到光照的负性光刻胶清除， 这样， 如图 7所示， 灰阶掩模板的完全曝光 区 110的下方形成完全曝光区隔垫物， 在灰阶掩模板的部分曝光区 120的下 方形成部分曝光区隔垫物。 这样， 利用本实施例的灰阶掩模板， 能够在彩色 滤光片基板上形成高度不同的柱状隔垫物， 可以有效解决重力水波紋现象和 周边水波紋现象， 从而改善液晶显示装置的画质。 与利用传统的灰阶掩模板 相比， 本实施例的灰阶掩模板的成本比较低， 有利于降低生产液晶显示装置 的成本。 由于部分曝光区的多个环形狭缝产生 4汙射作用，如图 8和图 9所示， 在部分曝光区隔垫物的上表面形成与环形狭缝对应的环形突起和凹槽。这样， 与利用传统的灰阶掩模板形成的柱状隔垫物的上表面是圓弧面相比， 上表面 包括环形突起和凹槽的柱状隔垫物有利于防止薄膜晶体管阵列基板和彩色滤 光片基板的相对位移， 从而改善液晶显示装置的画质； 同时， 上表面包括环 形突起和凹槽的这种结构的柱状隔垫物能够提供更多的变形量防止真空气泡 不良， 又能够提供更多的支撑力防止重力缺陷、 挤压缺陷等不良； 即上表面 包括环形突起和凹槽的柱状隔垫物为液晶层提供范围较大的液晶层上下限区 间。
本发明的部分曝光区可以具有多种形式。如图 10所示，在一个实施例中， 曝光开口是圓形， 遮光环是圓环形， 遮光环是 3个， 在遮光环之间的三个狭 缝为圓环形。 可以理解， 本发明的部分曝光区可以是轴对称且中心对称的图 形。 具体地， 部分曝光区的形状可以是椭圓形或正 N边形或菱形或矩形， 其 中 N是大于等于 3的自然数。 另外， 本发明的遮光环也是轴对称且中心对称 的图形。 例如， 在本发明的其他实施例中， 遮光环可以是椭圓环或正 N边形 环或菱形环或矩形环， 其中 N是大于等于 3的自然数。 相应地， 所得到的环 形狭缝可以是椭圓环或正 N边形环或菱形环或矩形环，其中 N是大于等于 3 的自然数。 实施例二
本发明的另一个实施例的灰阶掩模板， 包括透明衬底和形成于其上的遮 光层， 遮光层包括部分曝光区，如图 11所示，部分曝光区包括正八边形的曝 光开口和位于曝光开口内的一个正八边环形的遮光区， 遮光区和曝光开口同 心设置， 遮光片在曝光开口内形成一个环形狭缝。
利用本实施例的灰阶掩模板形成高度不同的柱状隔垫物的过程与利用实 施一的过程相同， 由于部分曝光区的环形狭缝产生 4汙射作用， 在部分曝光区 隔垫物的上表面形成与环形狭缝的对应的环形突起和凹槽。 利用本实施例的 灰阶掩模板在部分曝光区形成的柱状隔垫物所解决的技术问题和技术效果与 实施例一中相同， 不予累述。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式， 而非用于限制本发明的保护范 围， 本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims

权利要求书
I、 一种灰阶掩模板， 包括透明衬底和形成于其上的遮光层， 其中， 所述 遮光层包括部分曝光区， 所述部分曝光区包括至少一个环形狭缝。
2、根据权利要求 1所述的灰阶掩模板， 其中， 所述部分曝光区包括多个 环形狭缝， 所述多个环形狭缝形状相同且是同心环形狭缝。
3、根据权利要求 2所述的灰阶掩模板， 其中， 所述多个环形狭缝的宽度 相同， 相邻狭缝之间的间隔相同。
4、 根据权利要求 1-3中任一项所述的灰阶掩模板， 其中， 所述部分曝光 区是轴对称且是中心对称的。
5、 根据权利要求 1-4中任一项所述的灰阶掩模板， 其中， 所述环形包括 圓环、 椭圓环、 正 N边形环、 菱形环或矩形环， 其中 N是大于等于 3的自然 数。
6、根据权利要求 1所述的灰阶掩模板， 其中， 所述部分曝光区包括曝光 开口， 位于曝光开口内的遮光区以及二者之间的一个环形狭缝， 所述曝光开 口与所述遮光区同心设置且形状相同。
7、根据权利要求 6所述的灰阶掩模板， 其中， 所述遮光区是轴对称且是 中心对称的。
8、根据权利要求 1所述的灰阶掩模板， 其中， 所述部分曝光区包括曝光 开口、 位于曝光开口内的多个遮光环以及曝光开口和多个遮光环之间的多个 环形狭缝， 所述多个遮光环同心设置且形状相同， 所述曝光开口与所述遮光 环同心设置且形状相同。
9、根据权利要求 8所述的灰阶掩模板， 其中， 所述相邻遮光环之间的间 隔相等， 所述遮光环的宽度相等。
10、 根据权利要求 8或 9所述的灰阶掩模板， 其中， 所述遮光环是轴对 称且是中心对称的。
II、 根据权利要求 8-10中任一项所述的灰阶掩模板， 其中， 所述遮光环 的形状是圓环、 椭圓环、 正 N边形环、 菱形环或矩形环， 其中 N是大于等于 3的自然数。
12、 根据权利要求 8所述的灰阶掩模板， 其中， 所述曝光开口是正八边 形， 所述遮光环是正八边形环， 所述遮光环是 3个。
13、一种柱状隔垫物，所述柱状隔垫物通过权利要求 1至 12中任一种灰 阶掩模板形成， 所述灰阶掩模板的部分曝光区下形成的柱状隔垫物的上表面 包括与环形狭缝相对应的环形突起和凹槽。
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