CN101196684B - 抗蚀溶液以及使用其制作薄膜图案和液晶显示器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制作薄膜图案的方法，其能够提高橡皮布的寿命、减少成本并提高形成薄膜图案的可靠性。所述方法包括将抗蚀溶液注入到印刷辊上的橡皮布中，其中所述抗蚀溶液包括印刷溶剂，所述印刷溶剂满足条件6＞δ溶剂或δ溶剂＞11，其中δ溶剂是所述溶剂的溶解参数，或满足条件6＜δ溶剂＜11并且μ＜2(D)，其中μ为所述溶剂的偶极矩；旋转所述印刷辊以将所述抗蚀溶液均匀涂覆在所述橡皮布上；在印版上滚动涂覆有所述抗蚀溶液的印刷辊以将对所述抗蚀溶液构图，由此形成抗蚀图案；将所述抗蚀图案从所述印刷辊转印至基板；硬化所述抗蚀图案；并且使用所述抗蚀图案在所述基板上形成所需薄膜图案。

Description

抗蚀溶液以及使用其制作薄膜图案和液晶显示器件的方法
本申请要求在2006年12月4日提交的韩国专利申请No.10-2006-0121740的权利，在此公开其全部内容并引入本申请作为参考。
技术领域
本发明涉及到一种抗蚀溶液和使用该抗蚀溶液制作用于显示板的薄膜图案的方法。更特别的，本发明涉及提高橡皮布的寿命以减少成本并提高形成薄膜图案的可靠性。
背景技术
平板显示器件由于其相对于阴极射线管器件更小且更轻而受到欢迎。平板显示器件的实例包括液晶显示器件、场致发射显示器件、等离子显示板器件和电致发光(EL)显示器。
在液晶显示器件中，由控制通过液晶的光透射来显示图像映像。通过使用电场来控制光透射。因此，液晶显示器件可包括具有通常为矩阵排列的液晶单元的液晶显示板和用于驱动液晶显示板的驱动电路。
液晶显示板可包括薄膜晶体管阵列基板、滤色片阵列基板、位于这两个基板之间以保持盒间隙的衬垫料以及填充在盒间隙内的液晶。薄膜晶体管阵列基板和滤色片阵列基板彼此相对。
薄膜晶体管阵列基板可包括栅线、数据线和形成在栅线和数据线彼此交叉的部分处的薄膜晶体管。薄膜晶体管用作开关器件。薄膜晶体管阵列基板也可包括像素电极，该像素电极形成在液晶单元的单位中并与薄膜晶体管相连接。还可以在基板上设置定向膜以覆盖上述元件。栅线和数据线通过其各自的焊盘部分提供有来自驱动电路的信号。薄膜晶体管响应于施加到栅线的扫描信号而将施加到数据线的像素信号提供到像素电极。
滤色片阵列基板可包括形成在液晶单元的单位中的滤色片、用于将滤色片彼此区别开并且反射外部光线的黑矩阵、向液晶单元共同提供基准电压的公共电极以及沉积在上述元件上的定向膜。
薄膜晶体管阵列基板和滤色片阵列基板可以单独形成并随后将其彼此粘结。在基板粘结以后，将液晶材料注入到粘结的基板之间，然后将该基板密封。因此，完成了相关技术的液晶显示板。
相关技术的液晶显示板内的薄膜图案可由光刻工艺和蚀刻工艺来形成。
光刻工艺包括多种工艺，例如曝光、显影、清洗和检查。这些工艺增加了液晶显示板的制作成本。从而，薄膜图案工艺可使用反向防印工艺来代替光刻工艺。
图1示出了相关技术的反向防印装置。
如图1中所示，相关技术的反向防印装置包括其中缠绕有橡皮布15的辊式印刷辊10、注射抗蚀树脂溶液14a的抗蚀溶液注射器12和雕刻印版20。雕刻印版20包括凹槽20a和凸起20b，其中凹槽20a与要形成的薄膜图案具有相同的图案。橡皮布15由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。
在相关技术的反向防印装置中，在从抗蚀溶液注射器12注射的抗蚀溶液14a涂覆在缠绕于印刷辊10上的橡皮布15上时，抗蚀溶液14a只从印刷辊10转引至凸起20b上。随后，抗蚀图案14b形成在印刷辊10上并且是所需的薄膜图案。该薄膜图案保留在印刷辊10上，然后被转引至基板上，因此在基板上形成抗蚀图案。
用于反向防印装置的抗蚀溶液14a可包括基聚合物，例如酚醛、载体溶剂、印刷溶剂、表面活性溶剂等。抗蚀溶液14a从抗蚀溶液注射器12进行注射。
载体溶剂是用于通过降低抗蚀溶液14a的粘性而将抗蚀溶液14a均匀涂覆在橡皮布15上的溶剂。
印刷溶剂也影响到涂覆在橡皮布15上的抗蚀溶液14a的粘性，并允许抗蚀溶液14a印刷在印刷板20或基板上。
表面活性剂是用于降低抗蚀溶液14a的表面张力和另一表面的表面张力以使得溶液14a能够黏附在该另一表面上。
如果使用前述的抗蚀溶液14a和由PDMS制成的橡皮布15进行涂覆工艺，抗蚀溶液14a的溶剂会浸入到橡皮布15内并使橡皮布15膨胀。因此，不能正确地执行印刷工艺。形成薄膜图案的可靠性降低，橡皮布15的寿命明显降低。
发明内容
因此，本发明涉及一种能够充分避免由于相关技术的局限和缺点造成的一个或多个问题的抗蚀溶液、制作薄膜图案的方法和制作LCD器件的方法。
本发明的优势是提供一种抗蚀溶液、制作薄膜图案的方法和制作LCD器件的方法，其中橡皮布的寿命得到提高，因此减少了制作成本并且提高了制作的可靠性。
本发明的附加特征和优势将在随后的说明书中部分的阐述，在说明书中部分的显而易见，或通过本发明的实践被学习。本发明的这些或其他优势将会通过在本发明书中特别指出的结构和方法、权利要求以及附图实现和获得。
为了达到这些和其他优势并根据本发明的目的，如具体和广泛描述的，一种抗蚀溶液包括基聚合物；印刷溶剂，该印刷溶剂满足条件6＞δ溶剂或δ溶剂＞11，其中δ溶剂是该溶剂的溶解参数，或满足条件6＜δsolvent＜11并且μ＜2(D)，其中，μ是偶极距；载体溶剂；和表面活性剂。
在本发明的另一方面，一种制作薄膜图案的方法包括将抗蚀溶液注入到印刷辊上的橡皮布中，其中抗蚀溶液包括印刷溶剂，该印刷溶剂满足条件6＞δ溶剂或δ溶剂＞11，其中δ溶剂是该溶剂的溶解参数，或满足条件6＜δsolvent＜11并且μ＜2(D)，其中，μ是该溶剂的偶极距；旋转印刷辊以将抗蚀溶液均匀涂覆在橡皮布上；在印版上滚动涂覆有抗蚀溶液的印刷辊以对该抗蚀溶液构图，由此形成抗蚀图案；将抗蚀图案从印刷辊转印至基板；硬化抗蚀图案；使用抗蚀图案在基板上形成所需薄膜图案。
在本发明的另一方面，一种制作LCD器件的方法包括制备薄膜晶体管基板，该基板包括将抗蚀溶液注入到印刷辊上的橡皮布中，其中该抗蚀溶液包括印刷溶剂，该印刷溶剂满足条件6＞δ溶剂或δ溶剂＞11，其中δ溶剂是该溶剂的溶解参数，或满足条件6＜δsolvent＜11并且μ＜2(D)，其中，μ是该溶剂的偶极距；旋转印刷辊以将抗蚀溶液均匀涂覆在橡皮布上；在印版上滚动涂覆有抗蚀溶液的印刷辊以对该抗蚀溶液构图，由此形成抗蚀图案；将抗蚀图案从印刷辊转印至基板；硬化抗蚀图案；使用抗蚀图案在基板上形成所需薄膜图案；制备滤色片基板；在薄膜晶体管基板和滤色片基板之间提供液晶层；粘结薄膜晶体管基板和滤色片基板。
容易理解，上述的概要描述和以下详细的描述都是示例性和解释性的，并提供所要求保护的本发明的更进一步说明。
附图说明
引入并作为本说明书的一部分并提供本发明的进一步说明的附图，结合用于说明本发明原理的描述，示出了本发明的实施例。在附图中：
图1示出了相关技术的反向防印装置；
图2示出了溶剂的溶解参数δ和PDMS的溶胀比的图表；
图3示出了二甲苯酚(Xylenol)和三甲基苯酚(TMP)的分子结构的结构式；
图4A、4B、4C、4D和4E示出了根据本发明实施方式制作薄膜图案的装置和方法。
具体实施方式
现将参照附图所示的实施例而详细描述本发明的实施方式。尽可能的，在整个附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
根据本发明实施方式制作薄膜图案的的装置和方法可以使用不会损害印刷辊上的橡皮布的抗蚀溶液。从而，提高了薄膜图案的可靠性，同时提高了橡皮布的寿命。
本发明使用不会浸入到橡皮布内的用于抗蚀溶液中的溶剂的材料。
图2示出了一张图表，其中水平轴代表溶剂的溶解参数δ，垂直轴代表PDMS的溶胀比。PDMS的溶解参数δ约为7.3(cal1/2cm-3/2)。如图所示，溶解参数δ约为7.3(cal1/2cm-3/2)的溶剂对应于相对较大的溶胀比。例如，二异丙基乙胺溶剂和三乙胺溶剂的溶解参数δ约为7.3。如图所示，对应的PDMS中的溶胀比对于二异丙基乙胺为0.33(s)，而对于三乙胺为0.23(s)。这些比率相对较高。在表示Flory-Huggins原理的公式1中说明了这一点。
【公式1】
χ＝(δ橡皮布-δ溶剂)2，(χ：相互作用系数)
如果相互作用系数χ变得接近于“0”，则积极发生相互作用，反之如果相互作用系数χ变大，则不发生相互作用。因此，如果在溶液14a中使用溶解参数δ约为7.3(cal1/2cm-3/2)的溶剂，同时橡皮布15由PDMS制成，则表面亲合力增加以允许积极相互作用。从而，随着溶剂浸入到橡皮布15中，橡皮布15很可能发生膨胀。
因此，在本发明中，使用满足公式2条件的溶剂以防止橡皮布的膨胀。
【公式2】
6＞δ溶剂或δ溶剂＞11
如在图表2中所示，满足公式2条件的溶剂具有较低的溶胀比。当将这些溶剂代入公式1时，相互作用系数χ变大。这表明防止了橡皮布的膨胀。
同样，在图2的A区域和B区域中的溶剂具有较低的溶胀比，尽管它们的溶解参数δ不满足公式2。
在A区域和B区域中的这些溶剂通常具有小于2(D)的偶极矩μ。
因此，尽管A区域和B区域中的溶剂的溶解参数δ不满足公式2的条件，但是如果使用满足下面公式3的条件的溶剂，也能够避免橡皮布的膨胀。
【公式3】
6＞δ溶剂＜11并且μ＜2(D)
如果使用满足公式2和3中任一个的溶剂形成抗蚀溶液14a，能够避免橡皮布的膨胀。
满足公式2和3中任一个的溶剂将在下面进行描述。
甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇中的任一个或其组合可被用来作为载体溶剂。这些醇的沸点小于100℃。
载体溶剂降低了抗蚀溶液14a的粘性，以将抗蚀溶液14a均匀涂覆在橡皮布15上，并在将抗蚀溶液14a涂覆在橡皮布15上之后可直接将其移除。当载体溶剂的沸点小于100℃时，能够获得载体溶剂的最佳移除。因此，任何具有小于100℃沸点的溶剂都可用作载体溶剂。
用作印刷溶剂的材料包括NMP(1-甲基1-2-吡咯烷酮)、二苯醚、碳酸丙烯和二甲基甲酰胺(DMF)中的任一个或其组合。
以上列出的印刷溶剂的特性在表1中示出。
【表1】
    粘性     表面张力     沸点     溶解参数     偶极矩
    NMP     1.67     40.7     202     11.26     4.08
    二苯醚     2.13     26.36     258     10.1     1.16
    碳酸丙烯     2.22     40.7     242     13.2     4.98
    DMF     0.79     36.2     151     11.84     3.82
印刷溶剂影响了涂覆在橡皮布15上的抗蚀溶液14a的粘性，并允许溶液14a印刷在印版20或基板30上。同样，由于印刷溶剂在完成印刷之前应当保留在溶液14a中，具有相对较高沸点的溶剂可用作印刷溶剂。以上列出的溶剂具有相对较高的沸点151℃或更高。
包括前述载体溶剂和前述印刷溶剂的抗蚀溶液的成分将在下面进行描述。
抗蚀溶液14a可包括基聚合物、载体溶剂、印刷溶剂、表面活性剂和染料。
基聚合物可具有基于每100ml抗蚀溶液中3wt％到30wt％范围内的含量并且分子重量在2000到100000范围内。包括甲酚红酚醛和对位甲酚酚醛中至少一种的材料可用作为基聚合物。同样，在图3中示出的二甲苯酚和/或TMP也可用作基聚合物。
包括硬脂酸、棕榈酸、十二(烷)酸和十八烯酸中的任一种或其组合的酸基材料可用作表面活性剂。同样，例如二辛基(2-乙基)磺基琥珀酸酯、磷酸酯、FOS 100(CF3(CF2)4(CH2CH2O)10)或FSN-100(CF3(CF2)5(CH2CH2O)14)的磺酸酯基材料中的任何一种或其组合可用作表面活性剂。表面活性剂可具有基于每100ml抗蚀溶液中0.01wt％到3wt％范围内的含量。
将染料部分地加入到抗蚀溶液种，以在通过反向印刷方法在基板上形成抗蚀溶液之后获得可见度。染料可具有基于每100ml抗蚀溶液中0.01wt％到1.0wt％范围内的含量。
基于二甲基氨基-苯基的材料和/或基于乙基氨基-苯基的材料可用作染料。例如，二(4-N-N-二甲氨基-苯基)-2-氟苯基)-甲烷和/或二(4-N-N-二甲氨基-苯基)-2-氟苯基)乙酰(acetonitrrle)可用作染料。
基于每100ml抗蚀溶液在该抗蚀溶液中包含的溶剂中，载体溶剂可占有50vol％-90vol％范围内的含量，印刷溶剂可占有10vol％-50vol％范围内的含量。
具有上述成分的抗蚀溶液可具有3-6cp范围内的粘性和18-27mN/m范围内的表面张力。同样，抗蚀溶液14a以约50°或更小的角度与橡皮布15接触。
如果使用包括上述材料的抗蚀溶液形成薄膜图案，可防止对橡皮布的损害，从而提高橡皮布的寿命并形成可靠的薄膜图案。
使用本发明的抗蚀溶液制作薄膜图案的装置和方法将参考图4A至图4E进行描述。
如图4A中所示，将来自抗蚀溶液注射器12的抗蚀溶液14a注入到缠绕在印刷辊10上的橡皮布15中。旋转印刷辊10以将抗蚀溶液14a均匀涂覆在橡皮布15上。
用于抗蚀溶液14a的溶剂满足公式2或公式3。
然后，如图4B中所示，在印版20上旋转涂覆有抗蚀溶液14a的印刷辊10并同时与印版20接触，以使抗蚀溶液14a仅从印刷辊10转印至凸起20b。因此，如图4C中所示，具有所需薄膜图案的抗蚀图案14b保留在印刷辊10中。
然后，如图4D中所示，将转引至印刷辊10上的抗蚀图案14b然后转印至基板30上，该基板30具有形成在其上的预定金属层32a。金属层32a可以是例如栅金属层。然后进行硬化工艺。结果如图4E中所示，可以形成用于构图金属层32a的抗蚀图案14c。然后，对没有与抗蚀图案14c交叠的金属层32a进行构图以在基板30上形成所需的薄膜图案。
在前述根据本发明实施方式制作薄膜图案的装置和方法中，可以形成特别是用于液晶显示器件的薄膜图案。该薄膜图案也可用于场致发射器件、等离子显示板和有机发光器件。
如上所述，根据本发明实施方式的制作薄膜图案的装置和方法具有如下优点。
薄膜图案可由使用抗蚀溶液的反向印刷方法形成，该抗蚀溶液具有溶解参数δ满足条件“6＞δ溶剂或δ溶剂＞11”或具有偶极矩μ小于2(D)的溶剂。因而，提高了橡皮布的寿命并减少了制作成本。同样，提高了形成薄膜图案的可靠性。
显而易见，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行多种修改和变更。因此，本发明覆盖落入所附权利要求及其等价物的范围之内的所有修改和变更。

Claims (5)

1.一种制作薄膜图案的方法，包括：
将抗蚀溶液注入到印刷辊上的橡皮布中，其中所述抗蚀溶液包括印刷溶剂，所述印刷溶剂满足条件6>δ溶剂或δ溶剂>11，其中δ溶剂是所述溶剂的溶解参数，或满足条件6<δ溶剂<11并且μ<2(D)，其中μ为所述溶剂的偶极矩；
旋转所述印刷辊以将所述抗蚀溶液均匀涂覆在所述橡皮布上；
在印版上滚动涂覆有所述抗蚀溶液的所述印刷辊，以对所述抗蚀溶液构图从而形成抗蚀图案；
将所述抗蚀图案从所述印刷辊转印至基板，所述基板具有一金属层；
硬化所述抗蚀图案；并且
使用所述抗蚀图案蚀刻该基板上的所述金属层并移除所述抗蚀图案以在该基板上形成所需薄膜图案；
其中所述抗蚀溶液包括：
基聚合物，其中所述基聚合物包括二甲苯酚和三甲基苯酚中至少一种，其中所述的二甲苯酚为所述的三甲基苯酚为且所述基聚合物的分子重量在2000到100000范围内；
印刷溶剂，其中，所述印刷溶剂包括1-甲基1-2-吡咯烷酮、二苯醚和碳酸丙烯中的任一种或其组合；
载体溶剂，所述载体溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇中的任一种或其组合；
由硬脂酸、棕榈酸、十二(烷)酸、十八烯酸、二辛基(2-乙基)磺基琥珀酸酯、磷酸酯、CF3(CF2)4(CH2CH2O)10或CF3(CF2)5CH2CH2O)14中的至少一种制成的表面活性剂；
由基于二(4-N-N-二甲氨基-苯基)-2-氟苯基)-甲烷和/或二(4-N-N-二甲氨基-苯基)-2-氟苯基)乙酰制成的染料；
其中所述基聚合物的含量为30wt％，所述印刷溶剂的含量在10vol％到50vol％的范围内，所述载体溶剂的含量在50vol％到90vol％的范围内，所述表面活性剂的含量在0.01wt％到3wt％的范围内，所述染料的含量在0.01wt％到1wt％的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜图案为栅极、源极、漏极或像素电极中的至少一种。
3.一种制作液晶显示器件的方法，包括：
制备薄膜晶体管基板，包括：
将抗蚀溶液注入印染辊上的橡皮布中，其中所述抗蚀溶液包括印刷溶剂，所述印刷溶剂满足条件6>δ溶剂或δ溶剂>11，其中δ溶剂为所述溶剂的溶解参数，或满足条件6<δ溶剂<11并且μ<2(D)，其中μ为所述溶剂的偶极矩；
旋转所述印刷辊以将所述溶液均匀涂覆在所述橡皮布上；
在印版上滚动涂覆有所述抗蚀溶液的印刷辊以对所述抗蚀溶液构图，由此形成抗蚀图案；
将所述抗蚀图案从所述印刷辊转印至基板，所述基板具有一金属层；
硬化所述抗蚀图案；并且
使用所述抗蚀图案蚀刻该基板上的所述金属层并移除所述抗蚀图案以在该基板上形成所需薄膜图案；
制备滤色片基板；
在薄膜晶体管基板和滤色片基板之间提供液晶层；
粘结所述薄膜晶体管基板和滤色片基板，
其中所述抗蚀溶液包括：
基聚合物，其中所述基聚合物包括二甲苯酚和三甲基苯酚中至少一种，其中所述的二甲苯酚为所述的三甲基苯酚为且所述基聚合物的分子重量在2000到100000范围内；
印刷溶剂，其中，所述印刷溶剂包括1-甲基1-2-吡咯烷酮、二苯醚和碳酸丙烯中的任一种或其组合；
载体溶剂，所述载体溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇中的任一种或其组合；
由硬脂酸、棕榈酸、十二(烷)酸、十八烯酸、二辛基(2-乙基)磺基琥珀酸酯、磷酸酯、CF3(CF2)4(CH2CH2O)10或CF3(CF2)5CH2CH2O)14中的至少一种制成的表面活性剂；
由基于二(4-N-N-二甲氨基-苯基)-2-氟苯基)-甲烷和/或二(4-N-N-二甲氨基-苯基)-2-氟苯基)乙酰制成的染料；
其中所述基聚合物的含量为30wt％，所述印刷溶剂的含量在10vol％到50vol％的范围内，所述载体溶剂的含量在50vol％到90vol％的范围内，所述表面活性剂的含量在0.01wt％到3wt％的范围内，所述染料的含量在0.01wt％到1wt％的范围内。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述制备的薄膜晶体管基板包括栅极、源极、漏极和像素电极。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述薄膜图案是栅极、源极、漏极或像素电极中的至少一种。
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