液晶TFT—彩色濾光片工藝的生產制造與探究

王立夫+盛大德+龐華山+毛繼禹+王旭

摘 要：液晶TFT屏幕的市場范圍越來越廣泛，尤其是近年來LED技術的迅速發展，文章通過對液晶TFT屏幕中彩色濾光片的分析，以下簡稱彩膜，對彩膜的生產工藝進行探究，為生產應用提供有力幫助。

關鍵詞：彩色濾光片；LED技術；生產工藝

中圖分類號：TN837.93 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）07-0072-02

Abstract： The market scope of liquid crystal TFT screen is more and more extensive， especially the rapid development of LED technology in recent years. This paper analyzes the color filter in liquid crystal TFT screen， hereinafter referred to as color film， to explore the production process of color film， and provide powerful help for the production and application.

Keywords： color filter； LED technology； production process

1 彩膜的結構

所謂的彩色濾光片由玻璃基板、黑色矩陣、顏色層、保護層及ITO導電膜等部分組成[1]。

其中黑色矩陣（Black Matrix，簡稱BM）為黑色光刻膠涂布曝光顯影后形成的模型，作用為防止漏光。顏色層主要由三原色光刻膠（紅、綠、藍）分別經涂布曝光顯影組成，為彩膜最重要的顏色層。保護層（Over Coat，簡稱OC）分別由接近透明的光刻膠將玻璃基板整面涂布后產生。國內現有彩膜工藝在保護層上方會繼續通過涂布曝光顯影方式進行液晶填充柱（Photo Spacer，簡稱PS）的制作。ITO導電膜（Indium tin oxide），主要成分為氧化銦錫。通過電離金屬靶材，外加電磁場的方式，使金屬膜濺射到玻璃基板上。

以彩膜現有主流產品型號為例，彩膜結構圖如圖1：

2 彩膜的工藝技術

彩色濾光片傳統制備方法主要有染色法、顏料分散法、印刷法，以及用于大尺寸面板的噴墨法[1]，目前國內主流的G8.5、G10主要生產工藝為涂布法（Photo技術）以及ITO（磁控濺射技術）。

2.1 Photo技術

Photo技術涉及到的主材為光刻膠。光刻膠是指通過紫外光、深紫外光、電子束、離子束、X射線等光照或輻射，其溶解度發生變化的耐蝕刻薄膜材料，是光刻工藝中的關鍵材料，主要應用于集成電路和半導體分立器件的細微圖形加工[2]。

Photo技術主要工藝流程：

清洗設備→涂布設備→Mura檢查設備→曝光設備→顯影設備→AOI設備→Oven設備

玻璃基板首先經過清洗設備，清洗設備主要包括離子清洗單元、毛刷清洗單元、二流體單元、空氣風刀四個部分。清洗機在黑色矩陣、顏色層、保護層等各產線在以上四個單元的設計均有差別，各產線清洗機主要分為初始清洗機（Initial Cleaner）、磁控濺射后清洗機（Post-deposition Cleaner）、光刻前清洗機（Pre-photo Cleaner）、保護層清洗機（OC Cleaner）等四大類。

目前國內常用的光刻膠鍍膜方式有G2、G3常用滴下方式（spin）、G4、G5常用旋轉滴下（Slit & Spin），G6以上高世代產線多使用涂布（Coat方式），Coater設備分為單Gantry和雙Gantry兩種結構，雙Gantry結構，用于防止一個Gantry出現故障導致停線。

各涂布方式對比見表1。

在涂布完畢后，為減少PR膠中的水分殘留，常采用抽真空設備VCD進行水分蒸發。同時為確保涂布均勻、一般工藝設計中會在Coat設備后增加Mura檢查機。Mura一詞源于日本，特指顯示產品中視覺上的明暗不均現象，也稱之為宏觀缺陷。Mura檢測機的原理是通過數臺Line Camera和反射照明單元，讀取Glass的圖像并將其處理轉換為灰度圖像，后續由操作員對灰度圖像進行觀察判斷，達成對Glass的宏觀品質進行在線監控的目的。

曝光單元為彩膜生產工藝中對溫度精密度要求較高的設備，為此曝光單元中有精確控溫的熱盤（Heat）、冷盤（Cooling plate）以及精密冷盤（Precise Cooling Plate）。通過精密的控溫設備，一般曝光單元溫度范圍可控制在±0.1℃。

顯影設備為水洗設備，曝光后的玻璃基板通過顯影液的沖洗，形成最初設計的模型。為保證玻璃基板充分與顯影液接觸，基板進入顯影機后先傾斜后減速，出顯影機后先加速后轉水平，有效節約tact time。

AOI設備為自動光學檢驗（Automated Optical Inspection），可精準地檢測到每個子像素的品質。AOI主要功能包括：（1）檢查Micro缺陷（黑缺，白缺）。（2）Micro review（3）檢查共通缺陷。（4）檢查巨大缺陷。（5）進行CD檢查。為了及時的應對產線中出現的異常，工作人員會定期的對基板進行Micro review，從而確保產品的品質。

Oven在工藝中起到加熱作用，通過升溫進一步固化光刻膠。

2.2 ITO工藝

ITO工藝流程：Sputter為最主要的成膜設備，基板經過大氣搬送系統，將基板固定在Carrier上，然后經過LD腔體、加熱腔體、成膜腔體、旋轉腔體、ULD腔體完成濺射過程。在經過大氣搬送系統回到傳送設備。

ITO技術主要工藝流程：

清洗→Sputter設備→Oven設備→AOI設備

ITO原理圖如圖3。

ITO可視光透過率為60%以上的、面阻在108Ω/ 以下的稱為透明導電膜。高品位透明導電膜的要素最理想的狀態是可視光透過率高，面阻低。1931年：美國，Corning（康寧）公司J.T.Littleton報告提出了的SnO2薄膜。ITO （Indium-Tin-Oxide）對比SnO2薄膜，性能更強，生產穩定性更具優勢。

圖4為ITO濺射裝置圖（俯視圖）。

下面重點介紹Sputtering法，Sputter設備是使電子更多地停留在靶材表面的一種機械裝置。

通過配置在靶材下面的磁鐵，磁感應線存留在靶材表面，重視平行于該磁感應線靶材表面的成分，再滿足流向靶材的電流方向朝下等條件的情況下，適用費賴明左手定律，力量會增加到跟前部分。由于從靶材放射出來的電子的移動方向與電流方向一致，其力量會增加到電子的同時改變電子的移動方向。因此，電子移動方向的變化與磁感應線的方向一致，會使力量不斷的增加，電子則以畫圈的方式持續地在靶材表面移動。

參考文獻：

[1]徐紅梅，張梅.彩色濾光片制備方法概述[J].電子測試，2016（16）：119-120.

[2]鄭金紅，光刻膠的發展及應用[J].精細與專用化學品，2006，14（16）：24-30.

[3]劉軍，鄧光裕.TFT-LCD彩色濾光片大屏拼接技術[J].科技創新與應用，2017（29）：18-19.

[4]周永華.自動化立體倉庫在彩色濾光片生產中的應用[J].科技創新與應用，2015（31）：82.endprint