曾 婭，魏雄周，萬 彬，黎 敏，閔泰燁

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶 400700)

1 引 言

隨著液晶顯示器產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，液晶顯示器行業(yè)競爭日趨激烈，目前顯示器主要朝著高屏占比、窄邊框、高色域、高分辨率、超薄、超輕、超低功耗、超長待機等方向發(fā)展。而筆記本電腦低功耗產(chǎn)品已經(jīng)成為高端筆記本廠商的主要競爭領(lǐng)域[1]，為了實現(xiàn)低功耗，需要產(chǎn)品具有較高的透過率。目前多采用價格昂貴的KSF 粉背光源搭配業(yè)內(nèi)現(xiàn)有彩膜光刻膠，實現(xiàn)提升透過率的目的，但是該方案存在色溫偏下限，白點有超出客戶規(guī)格的風險，且KSF粉成本高昂，受限較大。

光刻膠是一種通過光化學(xué)反應(yīng)，材料特性發(fā)生轉(zhuǎn)變的材料。在液晶顯示領(lǐng)域通過曝光、顯影、刻蝕、熱烘等工藝，把掩模板上的圖案通過光刻膠轉(zhuǎn)移到玻璃基板上，留下設(shè)計圖案[2-3]。光刻膠通常分為正性光刻膠和負性光刻膠，彩膜基板使用的光刻膠一般是負性光刻膠，通過遠紫外光照射并用堿性溶液顯影后，形成與掩膜板圖案相反的圖形。

提高彩膜光刻膠材料的透過率、色度、對比度是負性光刻膠行業(yè)內(nèi)的主要發(fā)展方向[4]。彩膜光刻膠主要由紅、綠、藍三色組成，業(yè)內(nèi)紅色光刻膠發(fā)展較為緩慢，困難較大，目前仍采用全顏料材料進行研發(fā)和生產(chǎn)；綠色材料正在逐步出現(xiàn)顏料和部分染料混合的材料，目前該混合材料正處于試產(chǎn)階段；藍色材料由顏料和染料混合生產(chǎn)，在液晶顯示屏供應(yīng)鏈中已量產(chǎn)多年，目前正處于朝著全染料的方向發(fā)展，全染料材料[5]在業(yè)內(nèi)處于量產(chǎn)初期。

目前，行業(yè)內(nèi)的TFT-LCD產(chǎn)品藍色光刻膠均采用顏料系(Pigment)或染料和顏料混合系(Hybrid)材料生產(chǎn)。而顏料系或染料和顏料混合系材料粒子直徑一般為20～100 nm，是懸浮分散在有機溶劑中，通過曝光、顯影和熱烘技術(shù)后，穩(wěn)定地存在于TFT-LCD彩色濾光片上。彩色濾光片通過吸收和透過背光發(fā)出來的光，最終進入人眼，實現(xiàn)顯示器的色彩可視化。彩色濾光片阻隔了大部分的背光光線，對產(chǎn)品的透過率影響巨大。

2 原理性分析

2.1 透過率提升分析

圖1為全染料系(All Dye Blue)材料、染料和顏料混合系(Hybrid Blue)材料、全顏料系(Pigment Blue)材料3種材料分別制備的彩色濾光膜的透過率對比圖。其中，藍色可見光主要的波長為380～500 nm，從圖中380～500 nm波長處的透過率可以看出，色度保持一致時，材料透過率大小排序為：全染料系>染料和顏料混合系>全顏料系。透過率差異大的主要原因見表1，全染料系的粒子直徑一般為1～3 nm，遠小于全顏料系的粒子直徑(20～100 nm)，且全染料系材料可以完全溶解在溶劑中，溶液呈透明狀，不會由于粒子粒徑過大而阻擋和反射背光發(fā)出來的光，從而透過率明顯大于全顏料系光刻膠和混合系光刻膠[6]?；旌舷倒饪棠z有著一部分染料系光刻膠的優(yōu)勢，透過率也高于全顏料系光刻膠。

圖1 3種藍色光刻膠材料透過率對比Fig.1 Contrast of three kinds of blue photoresist materials

表1 全染料系與染料和顏料混合系、全顏料系的材料對比Tab.1 Contrast of All Dye Blue,Hybrid Blue,Pigment Blue materials

2.2 穩(wěn)定性分析

染料分子由有機小分子組成，受熱會分解。在原料合成時，在一定化學(xué)反應(yīng)下將多個染料分子通過化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)相連接[7-8]，可提高耐熱穩(wěn)定性，同時在染料分子上接枝官能基也可以提高其耐熱性。表2為3種藍色光刻膠的色度耐熱性實驗分析，測試高溫熱烘對材料色度的影響，色度穩(wěn)定性越好越有利于產(chǎn)線制作。Bx、By為藍顏色的色坐標。實驗條件為230 ℃，25 min，經(jīng)過5次熱烘之后，受熱色坐標變化量：全染料系≈全顏料系>染料與顏料混合系。說明此種全染料系的藍色光刻膠受熱色度穩(wěn)定性良好。

表2 3種藍色光刻膠色度耐熱性對比Tab.2 Thermal stability contrast of three kinds of blue photoresist materials

2.3 色溫改善分析

色溫作為液晶顯示器色彩評價方面的重要指標，很大程度上決定了用戶的感知情況。各個品牌產(chǎn)品對色溫有自己的要求，一般2 700～3 200 K為黃光，4 000～4 500 K為暖白光，6 000～6 500 K為白光，大于6 500 K為冷白光。色溫計算公式為：CCT=437(Wx-0.332)/(0.1858-Wy)3+3601(Wx-0.332)/(0.1858-Wy)2+6831(Wx-0.332)/(0.1858-Wy)+5517，色溫主要受白點坐標(Wx，Wy)影響。

在一款電視產(chǎn)品設(shè)計中，客戶要求色溫規(guī)格為10 000±1 000 K，實際制作過程中測試白點坐標Wx、Wy為(0.286,0.297)，色溫約8 954 K，略小于客戶規(guī)格。使用全染料系光刻膠可以提升藍色像素透過率，白點坐標調(diào)整為(0.278,0.280)，色溫調(diào)整到10 700 K。藍色透過率的提升對產(chǎn)品白平衡和色溫有著較大改善。

3 應(yīng)用性評價

3.1 產(chǎn)線工藝性評價

新材料需驗證產(chǎn)線制版性工藝能力。采用全染料系光刻膠在G8.5世代線搭載筆記本電腦產(chǎn)品進行材料工藝性評價測試，根據(jù)G8.5代線，設(shè)計了符合產(chǎn)線量產(chǎn)的實驗條件，測試中心條件為HP 溫度:90 ℃，100 s；曝光間隙:250 μm；曝光量:40 mJ/cm2；顯影時間:85 s。分別測試評價了像素大小(CD，設(shè)計規(guī)格55 μm)隨曝光條件及顯影時間的變化關(guān)系。表3為全染料系光刻膠搭載一款產(chǎn)品進行的工藝性評價數(shù)據(jù)。

表3 工藝性評價數(shù)據(jù)Tab.3 Manufactur ability evaluation data

從圖2、圖3、圖4中可以看出，濾光膜CD(像素大小)隨曝光量、曝光間隙及顯影時間的變化基本成線性關(guān)系，CD隨曝光間隙變化幅度為～0.562 μm/10 μm，CD隨曝光量變化幅度為～0.710 μm/10 mJ/cm2，CD隨顯影時間變化幅度為～-0.097 μm/10 s。工藝性與工藝條件成線性關(guān)系，產(chǎn)線實際生產(chǎn)時可以通過適當?shù)墓に嚄l件調(diào)整改變材料的像素CD，具備產(chǎn)線量產(chǎn)性。

圖2 曝光間隙對像素CD的影響Fig.2 Effect of exposure gap on pixel CD

圖3 曝光量對像素CD的影響Fig.3 Effect of exposure dose on pixel CD

圖4 顯影時間對像素CD的影響Fig.4 Effect of development time on pixel CD

3.2 光照穩(wěn)定性評價

采用全染料系光刻膠搭載現(xiàn)有RG光刻膠制作成面板之后，連續(xù)點亮面板，定期測試記錄面板的藍色色坐標，分別測試了0，7，14，21，28，35 d的藍色色坐標，變化趨勢如圖5所示。從圖5可以看出，采用全染料系光刻膠搭載現(xiàn)有RG光刻膠制作成面板之后，連續(xù)點亮面板 35 d，藍色色坐標無明顯變化，說明全染料系應(yīng)用于液晶顯示器之后光照穩(wěn)定性較好。

圖5 全染料系藍色色坐標隨光照時間變化趨勢圖Fig.5 Trend of All Dye Blue By on light time

3.3 底切與坡度角評價

彩色濾光膜制備時，由于曝光強度不一致，容易造成像素兩端出現(xiàn)倒梯形的形狀，稱此形貌為(Undercut)。出現(xiàn)底切現(xiàn)象容易造成像素漏光，影響產(chǎn)品顯示品質(zhì)。底切一般與曝光工藝有關(guān)也和材料內(nèi)部的光起始劑有關(guān)。坡度角(Tape)是像素兩端曝光后在遮光層或基板上形成的角。為了在后工序中涂抹平坦層的時候不出現(xiàn)破膜等問題，一般要求彩色濾光膜的坡度角小于60°。由全染料系材料制備的藍色濾光膜的底切和坡度角測試如圖6、圖7所示，該材料無底切現(xiàn)象，坡度角滿足規(guī)格。

圖6 試驗像素自動光學(xué)檢測圖Fig.6 Automated optical inspection(AOI)of experimental pixel

圖7 全染料系材料坡度角掃描電鏡圖。(a) 21.75°;(b) 27.86°。Fig.7 Scanning electron microscope (SEM) of All Dye Blue material’s tape angle.(a) 21.75°;(b) 27.86°.

3.4 高低溫信賴性評價

采用全染料系材料制成的面板投入信賴性評價，評價內(nèi)容為：THO(50 ℃，80%RH，老化 240 h)、THO(60 ℃，90%RH，老化 240 h)、THS(60 ℃，90%RH，老化 240 h)、TST-1(-20～60 ℃，per 30 min，100 cycle)。信賴性測試選取5片由全染料系材料制作的成品屏，在上述環(huán)境條件下存放12天，點燈測試，屏幕能正常點亮，并且功能性和外觀均無異常，判定全染料系材料制成的面板信賴性良好，通過產(chǎn)品信賴性評價測試。

3.4 光學(xué)評價

采用傳統(tǒng)藍色光阻材料和全染料系光阻材料制備成面板之后，在同等Bx色度下對C光和背光下的光學(xué)和透過率進行分析。從表4中可以看出，全染料系制成的面板By更接近客戶目標值(客戶規(guī)格一般為By0.060)，C光下，By提升約9.39%，背光下透過率提升約3.22%，顯示性能更為優(yōu)異。

表4 傳統(tǒng)藍色光阻材料和全染料系藍色光阻材料光學(xué)評價對比表Tab.4 Optics evaluating contract of Normal Blue and All Dye Blue

4 結(jié) 論

本文基于對全染料系材料的原理和實驗分析，對比了全染料系、染料和顏料混合系材料和全顏料系材料的特性、制備成面板后的透過率及色坐標測試?？梢钥闯鱿噍^于目前的顏料系和染料和顏料混合系藍色光刻膠，采用全染料系列的光刻膠，C光下藍色光刻膠的單色透過率可以提升約9%，搭配背光源下的面板透過率可以提升約3%。對全染料系材料進行產(chǎn)線工藝性測試，結(jié)果無不良發(fā)生，特性值變化規(guī)律水平與目前量產(chǎn)采用的染料和顏料混合系光刻膠相當。對盒制成面板之后，連續(xù)點燈35 d，藍色色坐標無變化，光穩(wěn)定性較好，高低溫信賴性評價良好，可以應(yīng)用于液晶顯示器件中。