光阻彩色滤光片用光阻剂研究

光阻彩色滤光片用光阻剂研究 摘要：彩色滤光片为液晶显示中的重要零组件，而光阻剂是彩色滤光片的关键材料，其性能好坏直接影响了彩色滤光片的性能，如色饱和度、色纯度、透过率和耐候性能。因此，光阻剂的制取技术是必须掌握的关键技术，而光阻剂的配方为其主要研究对象。本论文研究了光阻剂中分别增加环氧树脂和润湿剂对其性能的影响。 关键词：彩色滤光片;光阻剂;树脂;添加剂 ：TN141.9 ：B Research on the Photoresist for the Color Filter HE Xuan2,DENG Zhen-bo1,YANG Jiuxia2,ZHAO Jisheng2，LI Lin1,2 (1. Bei _g JiaoTong University, Bei _g 100044, China; 2. BOE Technology Group CO., Ltd. , Bei _g 100016, China) Abstract: Color filter is an important ponent of colored liquid crystal displays (LCDs), and photoresist is major material of color filter. Its property determines the quality of color filter, such as color saturation, color purity, transmittance and endurance. Hence, photoresist manufacturing processes should be hold, and the object of research is the element of photoresist. This paper researches the influence of resin and wetting agent for the property of photoresist. Keywords:color filter;photoresist; resin; additive 1引言 彩色滤光片是液晶显示能够彩色化的关键零组件，也是液晶面板中成本最大的关键零组件。如在15in面板的材料成本中，彩色滤光片约占24%。因此，彩色滤光片的技术及质量对液晶显示器的显示性能有至关重要的影响。 彩色滤光片由玻璃基板(glass substrate)、黑色矩阵(black matrix)、彩色层(color layer)、保护层(over coat)以及ITO导电膜所组成。其结构图如图1所示。 在彩色滤光片中玻璃基板和光阻剂占了材料成本的大部分。目前，生产玻璃基板的厂商以美国的康宁公司为主，光阻剂原料技术大多掌握在日本厂商手中，如富士写真、JSR、TORAY、东洋油墨等。彩色滤光片的关键技术就在于对红、绿、蓝三基色的颜料光阻的研制和涂布工艺的研发。颜料光阻的调制一直是我国LCD产业中的瓶颈，影响了我国LCD产业链的完善。为尽快发展我国LCD产业，降低LCD的制造成本，必须掌握具有自主知识产权的彩色滤光片用颜料光阻剂及彩色滤光片的制备工艺。 2颜料分散法的制备工艺 彩色滤光片的制备方法有很多种，如：染色法、颜料分散法、印刷法、电沉积法、喷墨法等等，其中颜料分散法是制备中小尺寸屏最常采用的方法。它具有工艺简单，耐光性、耐热性、耐化学性好以及性能稳定等优点。本文主要介绍颜料分散法用光阻剂的研究。颜料分散法是将颜料分散在树脂中，再将已具有颜色的光阻剂涂布在已经制备好黑色矩阵的透明玻璃基板上，经过曝光、显影等光刻工艺后便可制成彩色滤光片的彩色层，即红、绿、蓝三色光阻。其具体制备流程如图2所示。 3光阻剂的组成成分 光阻剂是一种感光材料，它有正负型之分。正型光阻剂是在光照后分子键会断裂，因此暴露在光线照射的部分会溶于显影液中，未曝光的部分留下，一般应用在TFT Array制程中；负型光阻剂是在光照后分子之间发生交联反应而紧密的结合在一起，未曝光部分的分子之间没有交联作用，容易在显影时会被显影液洗去。彩色滤光片用光阻剂属于负型光阻剂。 颜料分散法的光阻剂主要包括：树脂，、起始剂、，颜料、，溶剂以及其他添加剂。树脂可分为丙烯酸树脂以及环氧树脂等，不同的树脂在光阻剂中有不同的作用。树脂的主要作用是在光固化时分子之间发生交联反应，提高光阻剂对玻璃基板的附着并提供机械强度。起始剂的作用是在光照或加热时使光阻剂能快速形成自由基或离子活性基，为分子间发生交联反应提供条件。颜料是光阻剂内的着色剂，它使光阻剂实现彩色化。光阻剂要求颜料粒子呈微细、均匀、稳定的状态分布。颜料粒子的大小、，粒径分布、粒子形状、比表面积、表面的极性、粒子的聚集状态、以及化学特性对光阻剂的最终应用性能都有影响，如色饱和度、色纯度、透光率、耐久性和耐热性等。有机溶剂可以调整彩色光阻的黏度，便于彩色光阻旋转涂布。其他添加剂，如消泡剂，润湿剂等使彩色光阻达到理想牛顿流体。 4光阻剂的研究 4.1主要原料 树脂、起始剂、溶剂、已分散好的颜料以及添加剂。 4.2实验仪器及设备 搅拌机：SFJ-400型砂磨、分散、搅拌多用机，上海现代环境工程技术有限公司；匀胶机：KW-4A，中科院微电子研究所；曝光机：H94-17，国营南光机器厂；真空干燥箱：DZF-6020；磁力搅拌器：85-2，江苏金坛市荣华仪器制造有限公司；显微镜：CMM-50，上海长方光学仪器有限公司；等等。 4.3光阻剂的研究 4.3.1环氧树脂对光阻剂的影响 4.3.1.1实验方案及条件 实验方案及材料配比如表1所示。 按上述表1所述配比的将各原材料混合放入容器，在SFJ-400型多用机上进行预分散，转速1,000rpm条件下预分散混合2030min。取3ml混合物在匀胶机上成膜，匀胶机转速为1,000rpm，时间为10s。将成膜的玻璃片放入烘箱前烘5min，然后进行曝光5s，在1%的KOH溶液中显影，后烘1h。 4.3.1.2实验结果 上述实验的显微图片如下（如图3所示）。 通过对光阻剂形成的膜在显微镜下观察发现，未加环氧树脂的膜出现明显收缩（见图3-a），加入环氧树脂的膜比较平整（见图3-b）。出现这种情况主要有两个原因是：一是丙烯酸树脂单体在引发剂的作用下打开C=C参与聚合反应后，单体分子成为聚合物分子链上的一个链段，相比单体所占体积空间有所减小，通常体积收缩率为单体体积的88%，因此膜层的体积收缩，并出现开裂；二是环氧树脂分子中的环氧基在引发聚合过程中，由于环氧基团被打开，体积收缩小于2% ，在一定的程度上缓解了丙烯酸树脂的体积收缩，并且环氧基团与羧酸基团的交联反应增加了膜层分子的交联度，消除了分层现象，增加了膜的韧性。同时由于环氧基团的加入增加了膜的韧性。 4.3.2 润湿剂对光阻剂的影响 4.3.2.1实验方案及条件 实验方案及材料配比如表2所示。 按上述表2所述配比的将各原材料混合放入容器中，在SFJ-400型多用机上进行预分散，、转速1,000rpm条件下预分散混合2030min。取3ml混合物在匀胶机上成膜，匀胶机转速为1,000rpm，时间为10s。将已成膜的玻璃片放入烘箱前烘5min，然后进行曝光5S，在1%的KOH溶液中显影，后烘1h。 4.3.2.2实验结果 上述实验所成的膜在显微镜下观察（如图4所示）。 从图4可以看出，添加润湿剂前后的光阻剂所成的膜出现条纹的情况差别较大，如图4-b为添加润湿剂后的光阻剂所成的膜，不再出现如图4-a所示的条文，由此可以说明润湿剂可以改善成膜性能。 5结论 光阻剂是彩色滤光片的重要材料，其性能直接影响着成膜后的彩色滤光片的性能和品质，因此，光阻剂的制取工艺是其技术关键所在，包括原材料的选择、各种成分配比的确定以及各工序具体工艺参数的设定等。 本文通过研究不同的树脂体系、添加剂对光阻剂体系组分的影响，得出如下结论： (1)环氧体系的添加缓解了光阻剂成膜时的严重体积收缩现象； (2)润湿剂的合理选择和适量添加改善了光阻剂成膜后膜的表面形态； (3)光阻剂作为彩色滤光片的关键材料，其质量、性能以及成膜工艺决定了彩色滤光片的最终性能。 _： 1 郭淑慈. LCDs用彩色滤光片J. 真空电子技术，1997，3：31-42. 2 陈用烈，曾兆华，杨建文. 辐射固化材料及其应用M. 北京：化学工业出版社，xx. 3 王大巍，王刚，李俊峰，刘敬伟. 薄膜晶体管液晶显示器件的制造、测试与技术发展M. 北京：机械工业出版社，xx. 3 4 李宏彦，杨久霞，吕艳英，等. TFT-LCD用彩色滤光片J. 现代显示，xx，52（6）：41-44. 5 许博义. 彩色滤光片用感光性树脂组成物P. 专利号，ZL xx1-124450.3 6 Horng-Show Koo, Mi chen, Po-Chuan Pan. LCD-based color filter films fabricated by a pigment-based colorant photoresist inks and printing technologyJ. Thin Solid Film, 515 (xx)896-901 7 Kashiwazaki Akio, Sato Hiroshi, Shirota Katsu -hiro, et al. Color filter and method for manufacturing it P, US Patent 5, 552, 192, 1996. 8 Shirota Katsuhiro, Kashiwazaki Akio, Nakazawa Koichiro. Color filter manufacturing method P. US Patent 6, 399, 257, xx. 9 秦国斌，杨久霞，李宏彦，等. 彩色滤光片用颜料细化工艺研究J. 现