正性黑色光阻材料的制备方法及显示基板的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种正性黑色光阻材料的制备方法及显示基板的制作方法。本发明提供的正性黑色光阻材料的制备方法，制备方法简单，所制备的正性黑色光阻材料，在断差形成工艺上调试难度较小，且工艺较稳定。本发明提供的显示基板的制作方法，采用正性黑色光阻材料同时形成具有断差的黑色矩阵及隔垫物，工艺上调试难度较小，且工艺较稳定，另外，由于是通过光照射后使正性黑色光阻材料发生光分解反应生成碱可溶的物质，因此形成的断差可以朝向最大化方向进行调整，进而可以为液晶面板提供较大的液晶压缩裕量。
【专利说明】
正性黑色光阻材料的制备方法及显示基板的制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种正性黑色光阻材料的制备方法及显示基板的制作方法。
【背景技术】
[0002]液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)是目前市场上应用最为广泛的显示产品，其生产工艺技术十分成熟，产品良率高，生产成本相对较低，市场接受度高。现有市场上的液晶显示器大部分为背光型液晶显示装置，其包括液晶显示面板及背光模组。通常液晶显示面板由彩膜(Color Filter，CF)基板、阵列(Array)基板、夹于彩膜基板与阵列基板之间的液晶及密封框胶(Sealant)组成，其中，CF基板主要包括用于通过色阻单元(R/G/B)形成有色光的彩色滤光层、用于防止像素边缘漏光的黑色矩阵(Black Matrix，BM)、以及用于维持盒厚的隔垫物(Photo Spacer，PS)，在大尺寸液晶显示面板中，通常会使用两种类型以上的隔垫物，如在CF基板上设置主隔垫物(Main PS)、及辅助隔垫物(Sub PS)，起到多级缓冲的作用，以防止各种Mura或者不良的发生。
[0003]黑色隔垫物(Black Photo Spacer，BPS)材料是一种新型材料，它既具有传统技术中隔垫物材料的特性，如较优秀的弹性回复力及对液晶较低的污染等，而且还具有黑色矩阵材料的特性，如较高的光学密度(optical density，0D)值，可以起到遮光作用，因此，能够用于将BM与PS两种工艺制程合二为一，减少一道黄光制程，减少材料成本及生产时间(tact time)，从而降低整个生产成本。
[0004]由于目前BPS材料都是由负性光刻胶体系制成，在实际生产应用中通过采用具有不同透光率的半色调掩膜板(Half Tone Mask)进行曝光工艺，由于紫外(UV)光源通过不同透光率的掩膜板照射到BPS材料时，不同区域受到的光照强度不同，使BPS各个区域发生的交联(Cross linking)强度不同。最后经过显影工艺及固烤工艺后，形成了具有膜厚差异的结构。
[0005]其中，负性光刻胶膜层在受到UV光照射时，光起始剂被激发产生自由基;但由于膜层表面有氧气(02)的存在，被激发的自由基易被02捕获而猝灭，故表面发生的交联程度不高，之后，从膜层的表面下方到膜层底部，其交联反应程度越来越低。因此，如图1所示，对于负性光刻胶膜层上受到光照的部分，因上表面交联程度不高，且最先接触到显影液，故与半色调掩膜板上的全透光部分910’所对应的表面区域1、2、3及与半透光部分920’所对应的表面区域I’、2’、3’均会被显影液侵蚀掉一部分；由于显影过程是各向同性的侵蚀，因而随着显影过程的继续，受到光照的边缘区域4、6、7、9以及边缘区域4’、6’、7’、9’也会受到不同程度的侵蚀，最后形成了如图2所示的蘑菇状结构的光阻块110、及光阻块120。
[0006]然后，如图3所示，在光刻胶硬烤的过程中，由于热流动与热收缩的作用，而使得负性光刻胶材料膜层上分别对应全透光部分910’和半透光部分920’的光阻块110、及光阻块120之间形成的膜厚差异，从而实现主隔垫物110’与辅助隔垫物120’的断差(DeltaHeight);其中热流动是指当温度达到并超过光刻胶材料的玻璃化温度时，链段开始运动，表现出高弹性质，就使整个光刻胶材料的分子链运动而表现出粘流性质，从而整个光阻块110、及光阻块120发生热流动坍塌，而形成类梯形状态的主隔垫物110’与辅助隔垫物120’。此过程中会降低光阻块110、及光阻块120的膜厚;而热收缩是指光刻胶成分中树脂分子受热而体积发生收缩，其中因交联反应程度的不同，导致树脂分子的热膨胀系数有差异，因而在光阻硬烤的过程中实现主隔垫物110’与辅助隔垫物120’的断差。
[0007]综上所述，负性光刻胶体系的BPS材料，其断差的形成受到了膜厚、曝光量、显影温度及时间、固烤温度及时间等方面参数的影响，在实际工艺中调试出目标值比较复杂。此外由于断差主要是由交联程度导致的热缩收与热流动造成，而显影对其断差的形成贡献较小。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种正性黑色光阻材料的制备方法，所制备的正性黑色光阻材料，在断差形成工艺上调试难度较小，且工艺较稳定。
[0009]本发明的目的还在于提供一种显示基板的制作方法，采用正性黑色光阻材料同时形成具有断差的黑色矩阵及隔垫物，工艺上调试难度较小，且工艺较稳定。
[0010]为实现上述目的，本发明提供一种正性黑色光阻材料的制备方法，包括如下步骤:
[0011]步骤10、将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合，得到黑色颜料分散液；
[0012]步骤20、将酚醛树脂加入第二溶剂中，避光条件下搅拌溶解，然后加入邻重氮茶酿化合物和正性光阻助剂，得到正性光阻胶体；
[0013]步骤30、将得到的黑色颜料分散液均匀地分散于所述正性光阻胶体中，得到正性黑色光阻材料。
[0014]所述黑色颜料为花菁黑、苯胺黑、炭黑、氧化铬、氧化铁、钛黑、氧氮化钛、氮化钛、或混色有机颜料;其中，所述混色有机颜料为红、蓝、绿、紫、黄、青、蓝、及洋红有机颜料中至少两种以上混合的颜料。
[0015]所述步骤10中按照1:0.5-1.5:3_5的质量比将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合;所述步骤10还包括，将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合后，用第三溶剂稀释该混合物，使得到的黑色颜料分散液的固含量为20wt % -30wt % ;所述第一、第二、及第三溶剂均为有机溶剂。
[0016]所述步骤20中，按照1:4-6的质量比将酚醛树脂加入第二溶剂，按照在所得到的正性光阻胶体中3wt % -4wt %的质量比例加入邻重氮茶酿化合物，按照在所得到的正性光阻胶体中0.005wt %-1wt %的质量比例加入正性光阻助剂。
[0017]所述第一溶剂为3-甲氧基丁基乙酸酯；所述第二、及第三溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯;所述分散剂为BYK-167;所述邻重氮茶酿化合物为四羟基二苯甲酮-215重氮萘醌磺酸酯;所述正性光阻助剂包括聚醚改性聚硅氧烷流平剂、4-甲基-2-戊酮、及4-羟基二苯甲酮。
[0018]本发明还提供一种显示基板的制作方法，包括如下步骤:
[0019]步骤1、提供一衬底基板、及正性黑色光阻材料，将所述正性黑色光阻材料均匀的涂布在所述衬底基板上，形成黑色遮光层，进行真空抽气，抽掉所述正性黑色光阻材料中的部分溶剂，然后再进行前烘烤；
[0020]所述正性黑色光阻材料为含有黑色颜料的正性光阻胶材料；
[0021]步骤2、提供一张半色调掩膜板，利用所述半色调掩膜板对所述黑色遮光层进行曝光、及显影，并经过固烤工艺制程，同时得到黑色矩阵、及高于所述黑色矩阵的隔垫物；
[0022]所述隔垫物包括主隔垫物;所述步骤2中提供的半色调掩膜板包括用于主隔垫物的不透光区、用于形成黑色矩阵的第一半透光区、及剩余的全透光区，所述不透光区、第一半透光区、及全透光区的透光率分别为0、乂1%、100%，其中，100>乂1>0。
[0023]所述黑色颜料为花菁黑、苯胺黑、炭黑、氧化铬、氧化铁、钛黑、氧氮化钛、氮化钛、或混色有机颜料;其中，所述混色有机颜料为红、蓝、绿、紫、黄、青、蓝、及洋红有机颜料中至少两种以上混合的颜料。
[0024]所述步骤I中，进行前烘烤的烘烤温度为80_120°C，烘烤时间为100_150s。
[0025]所述步骤2中形成的隔垫物还包括辅助隔垫物，所述步骤2中提供的半色调掩膜板还包括用于形成辅助隔垫物的第二半透光区，所述第二半透光区的透光率为X2%，其中，Xl>X2>0o
[0026]所述步骤I中正性黑色光阻材料的具体制备步骤包括:
[0027]步骤10、将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合，得到黑色颜料分散液；
[0028]步骤20、将酚醛树脂加入第二溶剂中，避光条件下搅拌溶解，然后加入邻重氮茶酿化合物和正性光阻助剂，得到正性光阻胶体；
[0029]步骤30、将得到的黑色颜料分散液均匀地分散于所述正性光阻胶体中，得到正性黑色光阻材料。
[0030]本发明的有益效果:本发明提供的一种正性黑色光阻材料的制备方法，制备方法简单，所制备的正性黑色光阻材料，在断差形成工艺上调试难度较小，且工艺较稳定。本发明提供的一种显示基板的制作方法，采用正性黑色光阻材料同时形成具有断差的黑色矩阵及隔垫物，工艺上调试难度较小，且工艺较稳定，另外，由于是通过光照射后使正性黑色光阻材料发生光分解反应生成碱可溶的物质，因此形成的断差可以朝向最大化方向进行调整，进而为液晶面板提供较大的液晶压缩裕量。
[0031]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。
【附图说明】
[0032]下面结合附图，通过对本发明的【具体实施方式】详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0033]附图中，
[0034]图1为采用半色调掩膜板对负性光刻胶膜进行曝光的示意图；
[0035]图2为对经图1曝光后的负性光刻胶膜进行显影的示意图；
[0036]图3为对经图2显影后的负性光刻胶膜进行光刻胶硬烤的示意图；
[0037]图4为本发明的正性黑色光阻材料的制备方法的流程示意图；
[0038]图5为本发明的显示基板的制作方法的流程示意图；
[0039]图6-7为本发明的显示基板的制作方法的步骤2的示意图。
【具体实施方式】
[0040]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。
[0041]请参阅图4，本发明首先提供一种正性黑色光阻材料的制备方法，包括如下步骤:
[0042]步骤10、将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂按照1:0.5-1.5:3_5的质量比进行混合，得到黑色颜料分散液。
[0043]具体地，所述黑色颜料可以使用黑色有机颜料如花菁黑、苯胺黑等，混色有机颜料如红、蓝、绿、紫、黄、青、蓝、及洋红中的至少两种以上混合的颜料，或者无机系颜料如炭黑、氧化络、氧化铁、钛黑、氧氮化钛、及氮化钛等。
[0044]具体地，所述步骤10还包括，将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合后，用第三溶剂稀释该混合物，使得到的黑色颜料分散液的固含量为20wt %-30wt %。
[0045]具体地，所述第一、及第三溶剂均为有机溶剂，所述第三溶剂优选为丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)，所述第一溶剂优选为3-甲氧基丁基乙酸酯。
[0046]步骤20、按照1:4-6的质量比将酚醛树脂加入第二溶剂中，避光条件下搅拌溶解，按照在所得到的正性光阻胶体中3wt%-4wt%的质量比例加入邻重氮茶酿化合物，按照在所得到的正性光阻胶体中0.005wt % -1wt %的质量比例加入正性光阻助剂，得到正性光阻胶体。
[0047]具体地，所述第二溶剂为有机溶剂，优选为PGMEA;所述分散剂优选为BYK-167(日本BYK株式会社制)；所述邻重氮茶酿化合物优选为纯度为98 %的四羟基二苯甲酮-215重氮萘醌磺酸酯(4HBP-215DNQ);所述正性光阻助剂包括聚醚改性聚硅氧烷流平剂(EDL)、4-甲基-2-戊酮(MIBK)、及4-羟基二苯甲酮(HBP)，优选地，EDL、MIBK、及HBP在所得到的正性光阻胶体中质量比例为0.005*1:%-0.4￥1:%。
[0048]步骤30、按照0.25-2:1的质量比将得到的黑色颜料分散液均匀地分散于所述正性光阻胶体中，得到正性黑色光阻材料。
[0049]以下以炭黑作为黑色颜料为例，其用于制备正性黑色光阻材料的具体步骤为:
[0050]取炭黑、分散剂BYK-167、及3-甲氧基丁基乙酸酯按质量比2:1:6均匀地混合，使炭黑分散到3-甲氧基丁基乙酸酯中，然后，用PGMEA稀释该混合物，使预得到的炭黑分散液中炭黑固体含量约20wt%，得到炭黑分散液。
[0051 ] 取酚醛树脂与PGMEA，按1:5的质量比将酚醛树脂加入PGMEA中，避光条件下搅拌溶解，再按照在预得到的正性光阻胶体中3wt % -4wt %的质量比例加入4HBP-215DNQ，按照在预得到的正性光阻胶体中0.005wt % -1wt %的质量比例加入少量的正性光阻助剂，得到正性光阻胶体，其中，正性光阻助剂包括H)L、MIBK、及HBP，得到正性光阻胶体。
[0052]最后，将炭黑分散液按照1:1的质量比均匀的分散上述正性光阻胶体中，制备出正性黑色光阻材料。
[0053]本发明的正性黑色光阻材料的制备方法，制备方法简单，利用正性感光材料受到光辐射而发生光分解反应的特性，将黑色颜料分散在正性光刻胶体系中，制备成正性黑色光阻材料。所制备的正性黑色光阻材料，经光照射过的区域会在显影过程中被显影液去除，而未被光照射过的区域能够得以保留，被曝光区域中的邻重氮茶酿化合物发生光解反应重排生成茚羧酸，能够加速溶于稀碱水溶液，未曝光区由于没有发生变化，而没有加速作用，从而在曝光区和未曝光区产生了溶解速率差，经稀碱水溶液显影后产生正性图像。因此，该正性黑色光阻材料在断差形成工艺上调试难度较小，仅通过设计半色调掩膜版上不同透光率值的多个图案区域，就可以调整出所需要断差结构，且工艺较稳定。
[0054]请参阅图5，基于上述的正性黑色光阻材料的制备方法，本发明还提供一种显示基板的制作方法，包括如下步骤:
[0055]步骤1、提供一衬底基板100、及正性黑色光阻材料，将所述正性黑色光阻材料均匀的涂布在所述衬底基板100上，形成黑色遮光层200’，进行真空抽气，抽掉所述正性黑色光阻材料中的部分溶剂，然后再进行前烘烤。
[0056]具体地，所述正性黑色光阻材料为含有黑色颜料的正性光阻胶材料;所述黑色颜料可以使用黑色有机颜料如花菁黑、苯胺黑等，混色有机颜料如红、蓝、绿、紫、黄、青、蓝、及洋红中的至少两种以上混合的颜料，或者无机系颜料如炭黑、氧化铬、氧化铁、钛黑、氧氮化钛、及氮化钛等。
[0057]其中，所述正性黑色光阻材料采用上述的正性黑色光阻材料的制备方法制得，在此不再赘述。
[0058]具体地，所述步骤I中，进行前烘烤的烘烤温度为80_120°C，烘烤时间为100_150s。
[0059]步骤2、如图6-7所示，提供一张半色调掩膜板900，利用所述半色调掩膜板900对所述黑色遮光层200’进行曝光、及显影，并经过固烤工艺制程，同时得到黑色矩阵210、及高于所述黑色矩阵210的隔垫物。
[0060]具体地，所述隔垫物包括主隔垫物220;所述步骤2中提供的半色调掩膜板900包括用于形成主隔垫物220的不透光区910、用于形成黑色矩阵210的第一半透光区921、及剩余的与黑色矩阵210及隔垫物以外区域对应的全透光区930，所述不透光区910、第一半透光区921、及全透光区930的透光率分别为0、乂1%、100%，其中，100>乂1>0。
[0061]具体地，所述步骤2中形成的隔垫物还包括辅助隔垫物230，所述步骤2中提供的半色调掩膜板900还包括用于形成辅助隔垫物230的第二半透光区922，所述第二半透光区922的透光率为X2%，其中，X1>X2>0。
[0062]本发明的显示基板的制作方法，采用正性黑色光阻材料同时形成具有断差的黑色矩阵210、主隔垫物220、及辅助隔垫物230，仅通过设计半色调掩膜版900上对应黑色矩阵210、主隔垫物220、及辅助隔垫物230的图案区域的透光率，就可以调整各层的膜厚差，得到所需要的断差，且所得到的断差可以朝向最大化方向进行调整，从而可以解决目前使用负性黑色光阻材料而造成的断差不够等问题。
[0063]综上所述，本发明提供的一种正性黑色光阻材料的制备方法，制备方法简单，所制备的正性黑色光阻材料，在断差形成工艺上调试难度较小，且工艺较稳定。本发明提供的一种显示基板的制作方法，采用正性黑色光阻材料同时形成具有断差的黑色矩阵及隔垫物，工艺上调试难度较小，且工艺较稳定，另外，由于是通过光照射后使正性黑色光阻材料发生光分解反应生成碱可溶的物质，因此形成的断差可以朝向最大化方向进行调整，进而可以为液晶面板提供较大的液晶压缩裕量。
[0064]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权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种正性黑色光阻材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤10、将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂混合，得到黑色颜料分散液； 步骤20、将酚醛树脂加入第二溶剂中，避光条件下搅拌溶解，然后加入邻重氮茶酿化合物和正性光阻助剂，得到正性光阻胶体； 步骤30、将得到的黑色颜料分散液均匀地分散于所述正性光阻胶体中，得到正性黑色光阻材料。2.如权利要求1所述的正性黑色光阻材料的制备方法，其特征在于，所述黑色颜料为花菁黑、苯胺黑、炭黑、氧化铬、氧化铁、钛黑、氧氮化钛、氮化钛、或混色有机颜料;其中，所述混色有机颜料为红、蓝、绿、紫、黄、青、蓝、及洋红有机颜料中至少两种以上混合的颜料。3.如权利要求1所述的正性黑色光阻材料的制备方法，其特征在于，所述步骤10中按照1:0.5-1.5:3-5的质量比将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合;所述步骤10还包括，将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合后，用第三溶剂稀释该混合物，使得到的黑色颜料分散液的固含量为20wt %-30wt % ;所述第一、第二、及第三溶剂均为有机溶剂。4.如权利要求1所述的正性黑色光阻材料的制备方法，其特征在于，所述步骤20中，按照1:4-6的质量比将酚醛树脂加入第二溶剂，按照在所得到的正性光阻胶体中3wt%-4wt%的质量比例加入邻重氮茶酿化合物，按照在所得到的正性光阻胶体中0.005wt%-lwt%的质量比例加入正性光阻助剂。5.如权利要求3所述的正性黑色光阻材料的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为3-甲氧基丁基乙酸酯;所述第二、及第三溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯;所述分散剂为BYK-167;所述邻重氮茶酿化合物为四羟基二苯甲酮-215重氮萘醌磺酸酯;所述正性光阻助剂包括聚醚改性聚硅氧烷流平剂、4-甲基-2-戊酮、及4-羟基二苯甲酮。6.一种显示基板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、提供一衬底基板(100)、及正性黑色光阻材料，将所述正性黑色光阻材料均匀的涂布在所述衬底基板(100)上，形成黑色遮光层(200’)，进行真空抽气，抽掉所述正性黑色光阻材料中的部分溶剂，然后再进行前烘烤； 所述正性黑色光阻材料为含有黑色颜料的正性光阻胶材料； 步骤2、提供一张半色调掩膜板(900)，利用所述半色调掩膜板(900)对所述黑色遮光层(200’)进行曝光、及显影，并经过固烤工艺制程，同时得到黑色矩阵(210)、及高于所述黑色矩阵(210)的隔垫物； 所述隔垫物包括主隔垫物(220);所述步骤2中提供的半色调掩膜板(900)包括用于形成主隔垫物(220)的不透光区(910)、用于形成黑色矩阵(210)的第一半透光区(921)、及剩余的全透光区(930)，所述不透光区(910)、第一半透光区(921)、及全透光区(930)的透光率分别为0、父1%、100%，其中，100>父1>0。7.如权利要求6所述的显示基板的制作方法，其特征在于，所述黑色颜料为花菁黑、苯胺黑、炭黑、氧化铬、氧化铁、钛黑、氧氮化钛、氮化钛、或混色有机颜料;其中，所述混色有机颜料为红、蓝、绿、紫、黄、青、蓝、及洋红有机颜料中至少两种以上混合的颜料。8.如权利要求6所述的显示基板的制作方法，其特征在于，所述步骤I中，进行前烘烤的烘烤温度为80-120 °C，烘烤时间为100-150s。9.如权利要求6所述的显示基板的制作方法，其特征在于，所述步骤2中形成的隔垫物还包括辅助隔垫物(230)，所述步骤2中提供的半色调掩膜板(900)还包括用于形成辅助隔垫物(230)的第二半透光区(922)，所述第二半透光区(922)的透光率为X2%，其中，Xl >X2>0。10.如权利要求6所述的显示基板的制作方法，其特征在于，所述步骤I中正性黑色光阻材料的具体制备步骤包括: 步骤10、将黑色颜料、分散剂、与第一溶剂进行混合，得到黑色颜料分散液； 步骤20、将酚醛树脂加入第二溶剂中，避光条件下搅拌溶解，然后加入邻重氮茶酿化合物和正性光阻助剂，得到正性光阻胶体； 步骤30、将得到的黑色颜料分散液均匀地分散于所述正性光阻胶体中，得到正性黑色光阻材料。
【文档编号】G03F7/016GK106054531SQ201610567439
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】于承忠, 陈孝贤
【申请人】深圳市华星光电技术有限公司