光罩、对应的间隔物结构及应用其的液晶面板的制作方法

本发明是有关于一种光罩、对应的间隔物结构及应用其的面板，且特别是有关于一种用以形成间隔物的光罩、对应的间隔物结构及应用其的液晶面板。

背景技术：

传统的间隔物的制作方法，是以灰阶光罩(graytonemask)或以半色调网点光罩(halftonemask)的开口率来定义曝光能量。灰阶光罩利用光通过开口(或狭缝)时产生绕射现象，来降低有效曝光能量，且不同尺寸及数量的开口(或狭缝)对应的曝光能量也不同，藉此来制造不同高度的间隔物，简称为多尺寸间隔物(multiphotospacer,mps)。此外，半色调网点光罩藉由涂布在图案上的铬膜的厚度来控制穿透光的强度比例，使穿透光的曝光能量产生差异，进而制造出不同高度的间隔物。然而，灰阶光罩与半色调网点光罩的制作成本高且图案设计困难，无法降低制造成本。

技术实现要素：

本发明是有关于一种光罩、对应的间隔物结构及应用其的液晶面板，其中光罩用以制作与光罩开口的长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值相对应的间隔物，以达到制造不同高度的间隔物的目的，并具有良好的均一性与重现性。

根据本发明的一方面，提出一种光罩，包括一第一开口区以及一第二开口区。第一开口区与第二开口区分别具有长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值大于或等于1.25的几何形状，且第一开口区的面积大于第二开口区的面积。

根据本发明的一方面，提出一种利用上述的光罩所形成的间隔物结构，包括一第一间隔物以及一第二间隔物。第一间隔物具有与第一开口区的长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值相对应的几何形状，第二间隔物具有与第二开口区的长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值相对应的几何形状，且第一间隔物与第二间隔物之间具有一高度差。

根据本发明的一方面，提出一种具有上述的间隔物结构的液晶面板，包括一薄膜电晶体阵列基板、一液晶层以及一彩色滤光片基板，其中第一间隔物与第二间隔物设置于彩色滤光片基板上，用以间隔薄膜电晶体阵列基板与彩色滤光片基板。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1a绘示依照本发明一实施例的用以形成间隔物的光罩的示意图。

图1b绘示感光材料经曝光后形成间隔物的示意图。

图1c绘示经显影后的间隔物的侧视图。

图1d绘示依照本发明一实施例的具有间隔物结构的液晶面板的简易示意图。

图2a绘示依照本发明一实施例的用以形成间隔物的光罩的示意图。

图2b绘示经显影后的间隔物的侧视图。

图3a及图3b分别绘示另一实施例的光罩的开口区的示意图。

图4绘示间隔物的尺寸与高度差的关系表。

其中，附图标记

100、101、100’、100”：光罩

100a：短边

100b：长边

102、104、106、108：第一开口区

103、105、107、109：第二开口区

110：基板

111：感光材料

112、114：第一间隔物

113、115：第二间隔物

120：液晶面板

121：第一基板

122：第二基板

123：共同电极

124：遮光层

125：液晶层

126：钝化层

t1、t2：薄膜电晶体元件

p1、p2：画素电极

g：闸极

gi：闸极绝缘层

ch：主动层

sc：重掺杂半导体层

s：源极

d：汲极

a1、a1’、a2、a2’、a3、a4：宽度

b1、b1’、b2、b2’、b3、b4：长度

a5、a6：短轴

b5、b6：长轴

l1：光线

h1、h1’、h2、h2’：高度

δpsh：高度差

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

请参照图1a及图1b，依照本发明一实施例的用以形成间隔物的光罩100，包括至少一第一开口区102以及至少一第二开口区103，且第一开口区102与第二开口区103的周围以不透光的材质覆盖，以形成一非透光区。在一实施例中，第一开口区102与第二开口区103排列的方向不限定为相互平行或相互垂直，亦可根据需求调整第一开口区102与第二开口区103的长边或长轴的配置方向。

例如，在图1a中，第一开口区102的长边或长轴与第二开口区103的长边或长轴大致上平行于矩形光罩100的短边100a，或者，在另一实施例中(图未绘示)，第一开口区102的长边或长轴与第二开口区103的长边或长轴大致上平行于矩形光罩100的长边100b。例如，在图1a中，第一开口区102的长边或长轴与第二开口区103的长边或长轴相互平行，或者，在另一实施例中(图未绘示)，第一开口区102的长边或长轴与第二开口区103的短边或短轴相互平行，本实施例对此不加以限制。

在一实施例中，第一开口区102与第二开口区103较佳为具有相同形状或相同特征的开口图案，且第一开口区102的尺寸(或面积)至少大于第二开口区103的尺寸(或面积)。第一开口区102的尺寸为微米级，尤其是第一开口区102的短边或短轴的尺寸(以下称宽度a1)较佳介于7～13微米之间，而第一开口区102的长边或长轴的尺寸(以下称长度b1)较佳介于8.8～33微米之间，用以形成与第一开口区102的尺寸(长度b1及宽度a1)相对应的间隔物。

在图1b及图1c中，经实验结果显示，当第一开口区102的宽度a1介于7～13微米之间时，第一间隔物112的高度h1可维持在一预定范围内(例如约2.8～3.3微米之间)。由实验结果显示，当将光罩100的第一开口区102的宽度a1设定在7～13微米之间时，感光材料111显影后的第一间隔物112的尺寸及高度h1具有均一性与重现性的特性。

再者，较佳地，当光罩100的第二开口区103的宽度a2例如设定为7微米左右时，感光材料111显影后的第二间隔物113的尺寸及高度h2亦具有均一性与重现性的特性。

如图1b及图1c所示，第一开口区102可使光线l1经由第一开口区102投射至一感光材料111上，以于显影制程后形成一第一间隔物112于一基板110上。第二开口区103可使光线l1经由第二开口区103投射至感光材料111上，以于显影制程后形成一第二间隔物113于基板110上。在一实施例中，显影后的第一间隔物112具有与第一开口区102的长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值(b1/a1)相对应的几何形状(例如是椭圆形或矩形)，而显影后的第二间隔物113具有与第二开口区103的长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值

(b2/a2)相对应的几何形状(例如是椭圆形或矩形)，且第一间隔物112具有一高度h1与一宽度a1’，第二间隔物113具有一高度h2与一宽度a2’，h1>h2且a1’>a2’。

在一实施例中，感光材料111可为正光阻材料或负光阻材料，其中负光阻材料经曝光后，光阻剂固化或高分子化而不能被显影剂溶解，而未曝光的部分被显影剂溶解。本实施例中可采用负光阻材料的曝光部分来做为第一间隔物112及第二间隔物113，或采用正光阻材料的未曝光部分来做为第一间隔物112及第二间隔物113。

此外，本实施例中亦可控制曝光光源(图未绘示)的强度(intensity)以及曝光光源与光罩100之间的距离(简称为曝光距离)或其他的参数，来调整感光材料111所需的曝光量(exposuredose)。例如，曝光能量可为40mj或50mj，曝光距离可为130um、160um或190um。

另外，本实施例中采用的光罩100为二元光罩(binarymask)，可让曝光光源直接穿过第一开口区102以及第二开口区103。相对于传统的灰阶光罩利用不同尺寸或数量的狭缝来调整开口的透光率，或相对于传统的半色调网点光罩利用铬膜的厚度来调整开口的透光率，本实施例的光罩100采用的开口图案(即第一开口区102以及第二开口区103)来制造出不同高度间隔物，且二元光罩的制造成本低于传统的灰阶光罩及半色调网点光罩的成本，故本实施例可有效地可降低生产成本。此外，制作完成的第一间隔物112的宽度a1’与高度h1之间具有相关性(第二间隔物113的宽度a2’与高度h2之间亦具有相关性)，仅需改变开口的宽度或长度(短轴或长轴)，即可达到调整间隔物的高度的目的，不需采用灰阶光罩或半色调网点光罩的图案来调整开口的透光率，而使得本实施例更具有易于控制、制程简单的优点。

请参照图1b及图1c，由于第一间隔物112的曝光面积(或尺寸)大于第二间隔物113的曝光面积(或尺寸)，因此显影后的第一间隔物112的高度h1大于显影后的第二间隔物113的高度h2，即h1>h2。

举例来说，请参照下表一的范例，当第一开口区102的短边或短轴的尺寸(宽度a1)为7微米且长边或长轴的尺寸(长度b1)介于8.8～24.5微米之间时，对应于第一开口区102的第一间隔物112的宽度a1’可介于6.28～8.24微米之间且长度b1’可介于5.66～14.73微米之间，且第一间隔物112的高度h1大约介于2.8～3.11微米之间。

接着，请参照下表二的范例，当第一开口区102的短边或短轴的尺寸(宽度a1)为9微米且长边或长轴方向的尺寸(长度b1)介于13.5～29.3微米之间时，对应于第一开口区102的第一间隔物112的宽度a1’可介于8.2～8.68微米之间且长度b1’可介于8.47～20.6微米之间，且第一间隔物112的高度h1大约介于3.21～3.26微米之间。

接着，请参照下表三的范例，当第一开口区102的短边或短轴的尺寸(宽度a1)为11微米且长边或长轴的尺寸(长度b1)介于13.8～33微米之间时，对应于第一开口区102的第一间隔物112的宽度a1’可介于8.93～9.6微米之间且长度b1’可介于9.43～24.88微米之间，且第一间隔物112的高度h1大约介于3.27～3.32微米之间。

接着，请参照下表四的范例，当第一开口区102的短边或短轴的尺寸(宽度a1)为13微米且长边或长轴的尺寸(长度b1)介于16.3～39.0微米时，第一间隔物112的宽度a1’可介于10.53～11.2微米之间且长度b1’可介于11.13～26.58微米之间，且第一间隔物112的高度h1大约介于3.34～3.38微米之间。

由上述的表一至表四的内容可知，当第一间隔物112的宽度a1’由7微米增加到13微米，随着第一间隔物112的曝光面积增加，第一间隔物112的高度h1可从2.8微米增加至3.38微米。很明显地，间隔物的曝光面积(或尺寸)与显影后的高度呈正相关性。

因此，本实施例可藉由对上述的光罩100开口区大小的设定，对显影后的第一间隔物112及第二间隔物113的高度进行微幅调控。例如，设定光罩100的第一开口区102与第二开口区103分别具有长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值(b1/a1)大于或等于1.25的几何形状，且第一开口区102的面积大于第二开口区103的面积。如图1a所示，第一开口区102具有长轴与短轴的比值(b1/a1)大于或等于1.25的椭圆形，第二开口区103具有长轴与短轴的比值(b2/a2)大于或等于1.25的椭圆形。

请参照下表五，其中实验1设定曝光能量为40mj，曝光距离为190um(以40/190表示)，实验2设定曝光能量为40mj，曝光距离为160um(以40/160表示)，实验3设定曝光能量为40mj，曝光距离为130um(以40/130表示)，实验4设定曝光能量为50mj，曝光距离为190um(以50/190表示)，实验5设定曝光能量为50mj，曝光距离为160um(以50/160表示)，实验6设定曝光能量为50mj，曝光距离为130um(以50/130表示)。此外，例1表示a1＝a2＝7微米，b1/a1＝1.5且b2/a2>1.25时的第一间隔物112及第二间隔物113之间的高度差δpsh，例2表示a1＝a2＝7微米，b1/a1>1.8且b2/a2>1.25时的第一间隔物112及第二间隔物113之间的高度差δpsh，例3表示a1＝9微米，a2＝7微米，b1/a1>1.25且b2/a2>1.25时的第一间隔物112及第二间隔物113之间的高度差δpsh，例4表示a1＝11微米，a2＝7微米，b1/a1>1.25且b2/a2>1.25时的第一间隔物112及第二间隔物113之间的高度差δpsh。

在一实施例中，当设定好第一开口区102的长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值(b1/a1)以及第二开口区103的长度与宽度的比值或长轴与短轴的比值(b2/a2)之后，还可进一步设定第一开口区102的宽度或短轴与第二开口区103的宽度或短轴的比值(a1/a2)及/或第一开口区102的长度或长轴与第二开口区103的长度或长轴的比值(b1/b2)，藉以调整第一间隔物112及第二间隔物113的高度差δpsh。在一实施例中，第一开口区102的宽度或短轴可大于第二开口区103的宽度或短轴(即a1>a2)且第一开口区102的长度或长轴可大于或等于第二开口区103的长度或长轴(即b1≧b2)，或者，第一开口区102的宽度或短轴可等于第二开口区103的宽度或短轴(即a1＝a2)且第一开口区102的长度或长轴可大于第二开口区103的长度或长轴(即b1>b2)。举例来说，当第一开口区102的宽度a1例如为9微米，第二开口区103的宽度a2例如为7微米时，第一开口区102的宽度与第二开口区103的宽度的比值(a1/a2)为9/7，或者，当第一开口区102的宽度a1例如为11微米，第二开口区103的宽度a2例如为9或7微米时，第一开口区102的宽度与第二开口区103的宽度的比值(a1/a2)为11/9或11/7，或者，当第一开口区102的宽度a1例如为13微米，第二开口区103的宽度a2例如为11、9或7微米时，第一开口区102的宽度与第二开口区103的宽度的比值(a1/a2)为13/11、13/9或13/7。因此，本实施例可藉由设定第一开口区102的宽度与第二开口区103的宽度的比值(a1/a2)，对显影后的第一间隔物112及第二间隔物113的高度差δpsh进行微幅调控。

举例来说，请参见表五的例3，当a1＝9微米，a2＝7微米，a1/a2比值＝9/7时，例3中的实验1和实验2显示显影后的第一间隔物112及第二间隔物113的高度差δpsh可控制在0.4～0.45微米之间。接着，请参见表五的例4，当a1＝11微米，a2＝7微米，a1/a2比值＝11/7时，例4中的实验1和实验2显示显影后的第一间隔物112及第二间隔物113的高度差δpsh可分别控制在0.45～0.5微米及0.5～0.55微米之间。因此，由上述实验1至2可推知，当宽度a1由9微米增加至11微米时，高度差δpsh可由0.4～0.45微米增加至0.45～0.5微米或由0.4～0.45微米增加至0.5～0.55微米。同样，由例3及例4中的实验3可推知，当宽度a1由9微米增加至11微米时，高度差δpsh可由0.6～0.65微米增加至0.7～0.75微米；由例3及例4中的实验4可推知，当宽度a1由9微米增加至11微米时，高度差δpsh可由0.45～0.5微米增加至0.55～0.6微米；由例3及例4中的实验5及实验6可推知，当宽度a1由9微米增加至11微米时，高度差δpsh可由0.2～0.25微米增加至0.25～0.3微米。很明显地，间隔物的a1/a2比值与显影后的高度差δpsh呈正相关性。

再者，请参照表五的例1，当a1＝a2＝7微米，b1＝10.5微米，b2＝8.8微米，b1/a1比值＝1.5，b2/a2比值>1.25时，例1中的实验1和实验2显示显影后的第一间隔物112及第二间隔物113的高度差δpsh可控制在0.15～0.2微米之间。接着，请参见表五的例2，当a1＝a2＝7微米，b2＝8.8微米，b1/a1比值>1.8，b2/a2比值>1.25时，例2中的实验1和实验2显示显影后的第一间隔物112及第二间隔物113的高度差δpsh可控制在0.3～0.35微米之间。由上述实验1至2可推知，当长度b1的尺寸增加时，高度差δpsh可由0.15～0.2微米增加至0.3～0.35微米。同样，由例1及例2中的实验3可推知，当长度b1的尺寸增加时，高度差δpsh可由0.2～0.25微米增加至0.45～0.5微米；由例1及例2中的实验4可推知，当长度b1的尺寸增加时，高度差δpsh可由0.15～0.2微米增加至0.35～0.4微米；由例1及例2中的实验5及实验6可推知，当长度b1的尺寸增加时，高度差δpsh可由0.1～0.15微米增加至0.15～0.2微米。很明显地，当a1＝a2时，间隔物的b1/b2比值与显影后的高度差δpsh也可呈正相关性。

请参照图1c显示的显影后的间隔物112、113的侧视图，间隔物112、113的上表面可略微凸起，高度由中央往两侧方向渐减，且间隔物的侧面大致上垂直于基板110的上表面。在一实施例中，第一间隔物112与第二间隔物113的高度差δpsh可控制成最小为0.15微米，最大为0.75微米，本实施例对此不加以限制。

请参照图1d，其绘示依照本发明一实施例的液晶面板120，液晶面板120可包括一第一基板121、第二基板122、一液晶层125。上述实施例中的第一间隔物112与第二间隔物113可形成在第一基板121(例如彩色滤光片基板)或第二基板122(例如薄膜电晶体阵列基板)上，且第二基板122与第一基板121相对组装之后，第一间隔物112与第二间隔物113用以间隔第一基板121与第二基板122。在一实施例中，第一基板121上可设置彩色滤光层(图未绘示)、一共同电极123以及多个遮光层124(例如是黑色矩阵)。此外，第二基板122上可设置多个薄膜电晶体元件(仅绘示其二)t1、t2、多个画素电极(仅绘示其二)p1、p2以及一钝化层126，各个薄膜电晶体元件t1、t2由下而上依序包括一闸极g、一闸极绝缘层gi、一主动层ch、两个重掺杂半导体层sc、一源极s以及一汲极d。钝化层126覆盖在薄膜电晶体元件t1、t2上。在一实施例中，第一间隔物112例如与第二基板122上的钝化层126或其他结构接触，用以间隔第一基板121与第二基板122，以达到维持第一基板121与第二基板122的间隙，而第二间隔物113可发挥辅助支撑的作用。

第一间隔物112与第二间隔物113可避免液晶面板120中央凹陷而变形，以保持第一基板121与第二基板122之间的间距大于一设定值。在一实施例中，当液晶面板120的显示面为曲面时，可藉由第一间隔物112与第二间隔物113的高度差δpsh来调整第一基板121与第二基板122之间的间距，不限定为固定间距。当然，除了图式中的两种不同高度的间隔物之外，液晶面板120亦可应用三种或三种以上不同高度的间隔物来调整第一基板121与第二基板122之间的间距，本实施例对此不加以限制。

请参照图2a及图2b，其中图2a绘示另一实施例的光罩101，图2b绘示使用此光罩101所形成的间隔物结构，与上述实施例不同之处在于，本实施例的光罩101中，第一开口区104为长度与宽度的比值(b1/a1)大于或等于1.25的矩形，第二开口区105为长度与宽度的比值(b2/a2)大于或等于1.25的矩形，且第一开口区104的面积大于第二开口区105的面积，同时，显影后的第一间隔物114具有与第一开口区104的长度与宽度的比值(b1/a1)相对应的形状，而显影后的第二间隔物115具有与第二开口区105的长度与宽度的比值(b2/a2)相对应的形状。在图2b中，显影后的间隔物的上表面可为平面或略微凸起，高度h1’、h2’可由中央往两侧方向渐减或不变，且间隔物的侧面大致上垂直或倾斜于基板110的上表面(例如为梯形)。有关第一开口区104的长度与宽度比值(b1/a1)、第二开口区105的长度与宽度比值(b2/a2)与显影后的间隔物的高度差δpsh之间的关系，如同上述实施例所述，在此不再赘述。

接着，请参照图3a及图3b，其分别绘示另二实施例的光罩100’及100”，其中光罩100’的开口为平行四边形，而光罩100”的开口为菱形。在图3a中，第一开口区106具有一长度b3以及一宽度a3，第二开口区107具有一长度b4以及一宽度a4。此处的长度b3、b4设为平行四边形的长边尺寸，宽度a3、a4设为平行四边形的相对二长边之间的垂直距离。第一开口区106为长度与宽度的比值(b3/a3)大于或等于1.25的平行四边形，第二开口区107为长度与宽度的比值(b4/a4)大于或等于1.25的平行四边形，且第一开口区106的面积大于第二开口区107的面积。另外，在图3b中，第一开口区108的对角方向上具有一长轴b5以及一短轴a5，第二开口区109的对角方向上具有一长轴b6以及一短轴a6。第一开口区108具有长轴与短轴的比值(b5/a5)大于或等于1.25的菱形，第二开口区109具有长轴与短轴的比值(b6/a6)大于或等于1.25的菱形，且第一开口区108的面积大于第二开口区109的面积。由上述的说明可知，光罩开口不限定为椭圆形或矩形，亦可为平行四边形或菱形，或者为长条型开口。利用平行四边形或菱形等图案的光罩开口所形成的间隔物，与上述实施例中利用椭圆形或矩形的光罩开口所形成的间隔物具有类似或相同的特性，藉以调整第一间隔物与第二间隔物的高度差δpsh。

请参照图4及表五，其中图4的纵轴为高度差δpsh，横轴为第一间隔物112尺寸(a1*b1)，其中no.1为对应表五的实验1中的高度差δpsh与第一间隔物尺寸的关系线；no.2为对应表五的实验2中的高度差δpsh与第一间隔物尺寸的关系线；no.3为对应表五的实验3中的高度差δpsh与第一间隔物尺寸的关系线；no.4为对应表五的实验4中的高度差δpsh与第一间隔物尺寸的关系线；no.5为对应表五的实验5中的高度差δpsh与第一间隔物尺寸的关系线；no.6为对应表五的实验6中的高度差δpsh与第一间隔物尺寸的关系线。上述的关系线no.1至no.6均示例当第一间隔物的面积(或尺寸)增加时，第一间隔物112与第二间隔物113的高度差δpsh也会随之增加，两者呈线性关系。例如，在实验1中高度差δpsh可由0.15～0.2微米增加至0.45～0.5微米；在实验2中高度差δpsh可由0.15～0.2微米增加至0.5～0.55微米；在实验3中高度差δpsh可由0.2～0.25微米增加至0.7～0.75微米；在实验4中高度差δpsh可由0.15～0.2微米增加至0.55～0.6微米；在实验5中高度差δpsh可由0.1～0.15微米增加至0.25～0.3微米；在实验6中高度差δpsh可由0.1～0.15微米增加至0.25～0.3微米。因此，利用本实施例的光罩所形成的间隔物的均一性佳，相对地再现性佳且容易制造。

本发明上述实施例所揭露的光罩、对应的间隔物结构及应用其的液晶面板，利用二元光罩来制作开口图案，可让曝光光线直接穿过第一开口区以及第二开口区。相对于传统的灰阶光罩或半色调网点光罩，上述实施例采用的二元光罩的制造成本低于传统的灰阶光罩及半色调网点光罩，故可降低生产成本。此外，仅需改变开口区的宽度或长度(短轴或长轴的大小)，即可对间隔物的高度进行调整，故更具有易于设计、容易控制的优点。此外，上述实施例的间隔物具有良好的均一性及再现性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。