具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法及光罩与流程

本发明涉及液晶显示器制程技术领域，尤其涉及一种具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法及光罩。

背景技术：

液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)等平面显示装置因具有高画质、省电、机身薄及应用范围广等优点，成为显示装置中的主流而被广泛地应用于手机、电视、平板电脑、数字相机、笔记本电脑、台式计算机等各种消费性电子产品。

现有市场上的液晶显示器通常包括壳体、设于壳体内的液晶面板及设于壳体内的背光模组(backlightmodule)。液晶面板的结构是由一彩色滤光片(colorfilter，cf)基板、一薄膜晶体管阵列基板(thinfilmtransistorarraysubstrate，tftarraysubstrate)以及一配置于两基板间的液晶层(liquidcrystallayer)所构成，其工作原理是通过在两片基板上施加驱动电压来控制液晶层的液晶分子的旋转，将背光模组的光线折射出来产生画面。

以常见的垂直配向(verticalalignment，va)型液晶面板为例，传统的cf基板包括黑色矩阵(blackmatrix，bm)、彩色色阻层、公共电极、及光阻间隔物(photospacer，ps)等，其中，彩色色阻层为具有红、绿、蓝三原色的透光膜；黑色矩阵用于分割相邻色阻，遮挡不同色彩间的空隙，防止漏光或者混色；光阻间隔物是用来支撑两基板，维持液晶层盒厚及保证液晶层盒厚均匀性的柱状间隔物，分为主光阻间隔物(mainps)及副光阻间隔物(subps)。传统的cf基板制作工艺使用一光罩经一道黄光制程制作出黑色矩阵，再使用另一光罩经另一道黄光制程制作出光阻间隔物。

随着显示技术的发展，出现了将黑色矩阵与光阻间隔物合二为一的技术(blackphotospacer，bps)，能够减少一光罩及一道黄光制程，从而降低材料成本及减少生产时间(tacttime)。目前，bps技术一般采用负性光阻(特性是被光照射的区域不会被显影液去除，而不被光照射的区域则会被显影液去除)为材料，使用具有不同穿透率的半色调光罩(halftonemask)进行曝光，再经显影、烘烤后，得到一体式的黑色矩阵与光阻间隔物。

具体地，请参阅图1、图2、与图3，现有的用于制作一体式黑色矩阵与光阻间隔物的半色调光罩包括光穿透率tr为100％的完全透光区a、光穿透率tr为x1％的第一部分透光区b、光穿透率tr为x2％的第二部分透光区c、及光穿透率tr为0的完全遮光区d，其中，0<x2<x1<100。使用该半色调光罩对负性光阻层200进行曝光后再经显影、烘烤制程，所述完全透光区a对应制作出主光阻间隔物210，第一部分透光区b对应制作出副光阻间隔物230，第二部分透光区c对应制作出黑色矩阵中呈网格形的挡墙250，完全遮光区d对应制作出黑色矩阵中由网格形的挡墙250所界定出的用于供光线穿过以进行显示的空白区270。

在使用所述半色调光罩对负性光阻进行曝光的过程中，主光阻间隔物210受到了100％的紫外(uv)光能量照射，从而能够发生足够的交联反应，在显影过程中基本上能承受显影液的蚀刻而保持膜厚不变；而副光阻间隔物230与黑色矩阵中呈网格形的挡墙250只受到部分uv光能量的照射，未能发生彻底的交联反应，在显影过程中会有部分膜厚被显影液侵蚀，有不同程度的损失，且副光阻间隔物230的膜厚损失程度小于黑色矩阵中呈网格形的挡墙250的膜厚损失程度，最终导致了主光阻间隔物210、副光阻间隔物230、与黑色矩阵中呈网格形的挡墙250这三者之间的膜厚有差异，其中相互的断差可以通过设置半色调光罩不同区域的光穿透率来进行调节。

但在实际用bps技术时，副光阻间隔物与黑色矩阵的挡墙是由于曝光能量不足而受到显影液不同程度的侵蚀所形成，半色调光罩不同区域的穿透率精度、曝光能量的控制精度、显影过程中显影液浓度的精度、显影时间的精度、显影温度的精度、显影压力的精度，甚至从曝光到显影的间隔时间(queuetime)对副光阻间隔物与黑色矩阵的挡墙的膜厚影响都特别大，容易造成各自膜厚的均匀性(uniformity)较差。经实际采点(不同的12个位置点)量测，使用上述现有的半色调光罩制作的一体式黑色矩阵与光阻间隔物中，主光阻间隔物的膜厚均匀性差异在3.8％，而副光阻间隔物与黑色矩阵的挡墙的膜厚均匀性差异分别在10.6％与11.4％，副光阻间隔物的均匀性差异较大时，会影响到液晶层盒厚的均匀性以及最终液晶面板产品的显示效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法，能够减少光罩数量，节省一道黄光制程，降低生产成本，减少生产时间，并使得液晶面板中的一体式黑色矩阵与光阻间隔物中副光阻间隔物的膜厚均匀性较好，主光阻间隔物与副光阻间隔物的断差稳定，提高液晶面板产品的良率。

本发明的另一目的在于提供一种光罩，使用该光罩能够制作出一体式黑色矩阵与光阻间隔物，降低生产成本，减少生产时间，并使得制得的一体式黑色矩阵与光阻间隔物中副光阻间隔物的膜厚均匀性较好，主光阻间隔物与副光阻间隔物的断差稳定，提高液晶面板产品的良率。

为实现上述目的，本发明首先提供一种具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法，包括以下步骤：

步骤s1、提供基板，在所述基板上涂布负性光阻层；

步骤s2、提供光罩；

所述光罩包括第一完全透光区、与所述第一完全透光区间隔设置的第二完全透光区、环绕在所述第二完全透光区外围的第一完全遮光区、包围所述第一完全透光区与第一完全遮光区的部分透光区、以及与所述部分透光区的边缘相连接的第二完全遮光区；

步骤s3、使用所述光罩对负性光阻层进行曝光；

步骤s4、对曝光后的负性光阻层进行显影；

被所述第一完全透光区所曝光的负性光阻层经显影后保持膜厚不变，形成主光阻间隔物；被所述第二完全透光区所曝光的负性光阻层经显影后保持膜厚不变，形成与主光阻间隔物膜厚相等的光阻柱体；被所述第一完全遮光区所曝光的负性光阻层经显影后被完全侵蚀而形成环绕所述光阻柱体的空槽；被所述部分透光区所曝光的负性光阻层经显影后被部分侵蚀，形成膜厚小于主光阻间隔物膜厚的黑色矩阵的挡墙；被所述第二完全遮光区所曝光的负性光阻层经显影后被完全侵蚀形成被所述黑色矩阵的挡墙所界定出的空白区；

步骤s5、进行烘烤制程，控制烘烤温度超过负性光阻的玻璃化温度，使得所述光阻柱体转变为粘流态并向所述空槽内填充，从而使得所述光阻柱体的膜厚降低，形成膜厚小于主光阻间隔物膜厚且大于黑色矩阵的挡墙膜厚的副光阻间隔物。

第二完全透光区的轮廓与第一完全遮光区的外轮廓之间的间距不大于7um。

第二完全透光区的轮廓与第一完全遮光区的外轮廓之间的间距等于4um。

所述部分透光区的光穿透率大于0且小于100％。

所述步骤s3采用紫外光进行曝光。

本发明还提供一种光罩，包括第一完全透光区、与所述第一完全透光区间隔设置的第二完全透光区、环绕在所述第二完全透光区外围的第一完全遮光区、包围所述第一完全透光区与第一完全遮光区的部分透光区、以及与所述部分透光区的边缘相连接的第二完全遮光区；

所述第一完全透光区用于制作主光阻间隔物；所述第二完全透光区与第一完全遮光区相配合，用于制作副光阻间隔物；所述部分透光区用于制作黑色矩阵中的挡墙；所述第二完全遮光区用于制作黑色矩阵中由挡墙所界定出的空白区。

第二完全透光区的轮廓与第一完全遮光区的外轮廓之间的间距不大于7um。

第二完全透光区的轮廓与第一完全遮光区的外轮廓之间的间距等于4um。

所述部分透光区的光穿透率大于0且小于100％。

本发明的有益效果：本发明提供的具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法，利用负性光阻层受光照能量不同而发生不同程度交联反应的特性和粘流特性，使用包括第一完全透光区、与第一完全透光区间隔设置的第二完全透光区、环绕在第二完全透光区外围的第一完全遮光区、包围第一完全透光区与第一完全遮光区的部分透光区、以及与部分透光区的边缘相连接的第二完全遮光区的光罩来对负性光阻层进行曝光，再经显影、烘烤制程制作出液晶面板中的一体式黑色矩阵与光阻间隔物，其中副光阻间隔物的膜厚小于主光阻间隔物膜厚且大于黑色矩阵的挡墙膜厚，能够减少光罩数量，节省一道黄光制程，降低生产成本，减少生产时间，并使得主光阻间隔物与副光阻间隔物的断差稳定，提高液晶面板产品的良率。本发明提供的光罩能够制作出一体式黑色矩阵与光阻间隔物，降低生产成本，减少生产时间，并使得一体式黑色矩阵与光阻间隔物中副光阻间隔物的膜厚均匀性较好，主光阻间隔物与副光阻间隔物的断差稳定，提高液晶面板产品的良率。

附图说明

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图中，

图1为现有的用于制作一体式黑色矩阵与光阻间隔物的半色调光罩的俯视示意图；

图2为对应于图1中k-k处的剖面结构示意图；

图3为使用现有的半色调光罩制作一体式黑色矩阵与光阻间隔物的过程的示意图；

图4为本发明的具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法流程图；

图5为本发明的具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法所使用的光罩暨本发明的光罩的俯视示意图；

图6为对应于图5中p-p处的剖面结构示意图；

图7为本发明的具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法的过程示意图；

图8为主光阻间隔物与副光阻间隔物的断差随第二完全透光区的轮廓与第一完全遮光区的外轮廓之间的间距变化的数据表；

图9为当第二完全透光区的轮廓与第一完全遮光区的外轮廓之间的间距为4um时，不同位置点的副光阻间隔物膜厚的数据表。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图4，本发明首先提供一种具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法，包括以下步骤：

步骤s1、结合图7，提供基板3，在所述基板3上涂布负性光阻层5。

所述负性光阻层5具有如下特性：

一、被光照射的区域不会被显影液去除，而不被光照射的区域会被显影液去除；

二、根据受到的光照能量的不同而发生不同程度的交联反应；

三、在温度超过玻璃化温度时发生粘性流动；粘性流动是不可逆的变形。

步骤s2、提供光罩1。

请参阅图5、图6、与图7，所述光罩1包括第一完全透光区11、与所述第一完全透光区11间隔设置的第二完全透光区13、环绕在所述第二完全透光区13外围的第一完全遮光区15、包围所述第一完全透光区11与第一完全遮光区15的部分透光区17、以及与所述部分透光区17的边缘相连接的第二完全遮光区19。

具体地，所述第一完全透光区11的光穿透率tr为100％，第二完全透光区13的光穿透率tr为100％，第一完全遮光区15的光穿透率tr为0，第二完全遮光区19的光穿透率tr为0，所述部分透光区17的光穿透率tr为x％，其中0<x<100，即所述部分透光区17的光穿透率tr大于0且小于100％。

进一步地，所述第一完全透光区11可以但不限于为图5所示的圆形，第二完全透光区13可以但不限于为图5所示的椭圆形，第一完全遮光区15为与第二完全透光区13形状一致的遮光环。

步骤s3、如图7所示，以紫外光为光源，使用所述光罩1对负性光阻层5进行曝光。

具体地，被所述第一完全透光区11所曝光的负性光阻层5及被所述第二完全透光区13所曝光的负性光阻层5受到了100％的紫外光能量照射，从而能够发生足够的交联反应；被所述部分透光区17所曝光的负性光阻层5只受到部分紫外光能量的照射，未能发生彻底的交联反应；被所述第一完全遮光区15所曝光的负性光阻层5及被所述第二完全遮光区19所曝光的负性光阻层5未受到紫外光能量的照射，不发生交联反应。

步骤s4、如图7所示，对曝光后的负性光阻层5进行显影。

具体地，被所述第一完全透光区11所曝光的负性光阻层5由于发生了足够的交联反应，经显影后保持膜厚不变，形成主光阻间隔物51；被所述第二完全透光区13所曝光的负性光阻层5由于发生了足够的交联反应，经显影后保持膜厚不变，形成与主光阻间隔物51膜厚相等的光阻柱体53’；被所述第一完全遮光区15所曝光的负性光阻层5由于不发生交联反应，经显影后被完全侵蚀而形成环绕所述光阻柱体53’的环形的空槽55’；被所述部分透光区17所曝光的负性光阻层5由于未能发生彻底的交联反应，经显影后被部分侵蚀，形成膜厚小于主光阻间隔物51膜厚的黑色矩阵的挡墙57；被所述第二完全遮光区19所曝光的负性光阻层5由于不发生交联反应，经显影后被完全侵蚀形成被所述黑色矩阵的挡墙57所界定出的空白区59。

步骤s5、如图7所示，进行烘烤制程，控制烘烤温度超过负性光阻的玻璃化温度，使得所述光阻柱体53’转变为粘流态并向所述空槽55’内填充，从而使得所述光阻柱体53’出现坍塌的现象，光阻柱体53’的膜厚相应降低，形成膜厚小于主光阻间隔物51膜厚且大于黑色矩阵的挡墙57膜厚的副光阻间隔物53。

进一步地，设第二完全透光区13的轮廓与第一完全遮光区15的外轮廓之间的间距为δd，主光阻间隔物51与副光阻间隔物53之间的断差即主光阻间隔物51与副光阻间隔物53之间的膜厚差值为δh，经实验验证，如图8所示，当δd的取值在1～4um范围内，δh随着δd的增大而增大，在δd＝4um时出现δh的最大值0.368，能够符合主光阻间隔物51与副光阻间隔物53之间断差的设计要求；当然，δd也不能无限制的增大，如果δd≥7，会导致所述光阻柱体53’不足以填满所述空槽55’而形成沟壑，最终形成显示面板产品时，此处便会有漏光的危险；因此，第二完全透光区13的轮廓与第一完全遮光区15的外轮廓之间的间距δd不大于7um，优选4um。

请参阅图9，第二完全透光区13的轮廓与第一完全遮光区15的外轮廓之间的间距δd为4um时，经实际采点(不同的12个位置点)量测，不同位置点的副光阻间隔物53的膜厚较均匀，膜厚均匀性差异仅为1.62％(膜厚均匀性差异的计算公式为：(max-min)/(max+min)×100％，其中max表示膜厚的最大值，min表示膜厚的最小值)，相比现有技术，在减少光罩数量，节省一道黄光制程，降低生产成本，减少生产时间的基础上，大大提高了副光阻间隔物53的膜厚均匀性，使得主光阻间隔物51与副光阻间隔物53的断差稳定，能够提高液晶面板产品的良率。

基于同一发明构思，本发明还提供一种光罩。请同时参阅图5、图6、与图7，所述光罩用于对负性光阻层5进行曝光，包括第一完全透光区11、与所述第一完全透光区11间隔设置的第二完全透光区13、环绕在所述第二完全透光区13外围的第一完全遮光区15、包围所述第一完全透光区11与第一完全遮光区15的部分透光区17、以及与所述部分透光区17的边缘相连接的第二完全遮光区19。

所述第一完全透光区11的光穿透率tr为100％，第二完全透光区13的光穿透率tr为100％，第一完全遮光区15的光穿透率tr为0，第二完全遮光区19的光穿透率tr为0，所述部分透光区17的光穿透率tr为x％，其中0<x<100，即所述部分透光区17的光穿透率tr大于0且小于100％。

所述第一完全透光区11可以但不限于为图5所示的圆形，第二完全透光区13可以但不限于为图5所示的椭圆形，第一完全遮光区15为与第二完全透光区13形状一致的遮光环；第二完全透光区13的轮廓与第一完全遮光区15的外轮廓之间的间距δd不大于7um，优选4um。

所述第一完全透光区11用于制作主光阻间隔物51；所述第二完全透光区13与第一完全遮光区15相配合，用于制作副光阻间隔物53；所述部分透光区17用于制作黑色矩阵中的挡墙57；所述第二完全遮光区19用于制作黑色矩阵中由挡墙57所界定出的空白区59；所述主光阻间隔物51、副光阻间隔物53、黑色矩阵中的挡墙57、及由黑色矩阵中的挡墙57所界定出的空白区59构成一体式黑色矩阵与光阻间隔物。

具体地，以紫外光为光源，使用所述光罩1对负性光阻层5进行曝光时：被所述第一完全透光区11所曝光的负性光阻层5及被所述第二完全透光区13所曝光的负性光阻层5受到了100％的紫外光能量照射，从而能够发生足够的交联反应；被所述部分透光区17所曝光的负性光阻层5只受到部分紫外光能量的照射，未能发生彻底的交联反应；被所述第一完全遮光区15所曝光的负性光阻层5及被所述第二完全遮光区19所曝光的负性光阻层5未受到紫外光能量的照射，不发生交联反应。

接下来对曝光后的负性光阻层5进行显影：被所述第一完全透光区11所曝光的负性光阻层5由于发生了足够的交联反应，经显影后保持膜厚不变，形成主光阻间隔物51；被所述第二完全透光区13所曝光的负性光阻层5由于发生了足够的交联反应，经显影后保持膜厚不变，形成与主光阻间隔物51膜厚相等的光阻柱体53’；被所述第一完全遮光区15所曝光的负性光阻层5由于不发生交联反应，经显影后被完全侵蚀而形成环绕所述光阻柱体53’的环形的空槽55’；被所述部分透光区17所曝光的负性光阻层5由于未能发生彻底的交联反应，经显影后被部分侵蚀，形成膜厚小于主光阻间隔物51膜厚的黑色矩阵的挡墙57；被所述第二完全遮光区19所曝光的负性光阻层5由于不发生交联反应，经显影后被完全侵蚀形成被所述黑色矩阵的挡墙57所界定出的空白区59。

最后进行烘烤制程，控制烘烤温度超过负性光阻的玻璃化温度，使得所述光阻柱体53’转变为粘流态并向所述空槽55’内填充，从而使得所述光阻柱体53’出现坍塌的现象，光阻柱体53’的膜厚相应降低，形成膜厚小于主光阻间隔物51膜厚且大于黑色矩阵的挡墙57膜厚的副光阻间隔物53。

使用本发明的光罩能够制作出一体式黑色矩阵与光阻间隔物，降低生产成本，减少生产时间，并使得制得的一体式黑色矩阵与光阻间隔物中副光阻间隔物53的膜厚均匀性较好，主光阻间隔物51与副光阻间隔物53的断差δh稳定，提高液晶面板产品的良率。

综上所述，本发明的具有一体式黑色矩阵与光阻间隔物的液晶面板的制作方法，利用负性光阻层受光照能量不同而发生不同程度交联反应的特性和粘流特性，使用包括第一完全透光区、与第一完全透光区间隔设置的第二完全透光区、环绕在第二完全透光区外围的第一完全遮光区、包围第一完全透光区与第一完全遮光区的部分透光区、以及与部分透光区的边缘相连接的第二完全遮光区的光罩来对负性光阻层进行曝光，再经显影、烘烤制程制作出液晶面板中的一体式黑色矩阵与光阻间隔物，其中副光阻间隔物的膜厚小于主光阻间隔物膜厚且大于黑色矩阵的挡墙膜厚，能够减少光罩数量，节省一道黄光制程，降低生产成本，减少生产时间，并使得主光阻间隔物与副光阻间隔物的断差稳定，提高液晶面板产品的良率。本发明的光罩能够制作出一体式黑色矩阵与光阻间隔物，降低生产成本，减少生产时间，并使得一体式黑色矩阵与光阻间隔物中副光阻间隔物的膜厚均匀性较好，主光阻间隔物与副光阻间隔物的断差稳定，提高液晶面板产品的良率。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。