半色调掩膜在TFT—LCD中的应用

摘 要：随着彩色显示的快速发展，LCD的彩色化无可逆转。据市场调查机构的统计，到2010年，LCD彩色化比率将高达94%。在液晶面板生产商不断投建高世代线、扩大生产规模的今天，各液晶面板厂商面对强大的市场竞争压力，其液晶面板制造的利润已大大摊薄。在竞争加剧、价格持续跳水的市场压力下，降低成本已是各面板厂维持生存的必要手段。降低原材料成本、减少生产工艺流程等级手段已被各公司采用。以此来压缩生产成本，提高企业利润额，提升市场竞争力。采用半色调掩膜版（Half Tone Mask），把两道上曝光工艺完成的工序合并为一个，节省一道曝光工序，缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，提高了市场竞争能力。文章分为：一、半色调掩膜（Half Tone Mask）工艺和原理；二、半色调掩膜（Half Tone Mask）在TFT-LCD Array基板制作中的应用；三、半色调掩膜（Half Tone Mask）在TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器件）CF基板制作中的应用。

关键词：半色调掩膜（Half Tone Mask）；TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器件）；CF（彩色滤光片）成本；曝光工艺

绪论

采用半色调掩膜（Half Tone Mask）与剥离（Lift Off）法，仅用一片掩膜就实现了钝化层（Passivation Layer）的开口与Patten图案、“凸”型黑色矩阵，此技术被TFT-LCD厂家开发出来并得到一定范围的应用。

1 半色调掩膜（Half Tone Mask）工艺和原理

1.1 HTM曝光工艺

图1

Half Tone Method：利用了光栅的部分透光性，可以将PR（光阻）不完全曝光。半透膜部分按所需要钝化层的高度差来决定光线透过的多少。（一般情况下光线透过率是正常部分的35%左右）

1.2 原理图（图2）

图2

2 TFT-Array基板结构（详见图3）

图3

首先介绍下半色调掩膜版光罩在TFT-LCD中Array基板制作中的一项应用。目前TFT-LCD中Array基板制作一般应用5道掩膜版曝光，刻蚀工序：G工程用G-MASK曝光形成扫描线（Gate）相关的图案；I工程用I-MASK曝光形成沟道用硅岛（Island）图案；D工程用D-MASK曝光形成数据线（Date）相关的图案；C工程用C-MASK曝光形成接触孔（Contact Hole）图案；PI工程用PI-MASK曝光形成像素电极，工序多而复杂。采用半色调掩膜版，将I工程和D工程合为一道工序，使原来的5道工序减化成4道曝、刻蚀工序就能形成所需要的图案。具体原理是：使用HTM-MASK在钝化层打出与周边焊盘相接的开口；然后，对光刻胶进行灰化（Ashing）处理，使形成ITO图案的像素部分曝光，并在形成ITO膜以后，采用剥离方法将光刻胶剥离，除去不需要的ITO层。具体的原理及最终效果如上图1、2所示。

图4

3 半色调掩膜版光罩在TFT-LCD中CF（彩色滤光片）基板制作中的一项应用

先了解下彩色滤光片（Colour Filter）的结构，它由玻璃基板、黑色矩阵、彩色层、ITO导电膜层、PS层（见图5）。为防止彩色像素和底层黑色矩阵BM之间漏光，设计时彩色像素和黑色矩阵BM之间有合适重叠量，即Overlay，此处由于光阻量多于像素其它部位，高度也比像素其它高，通常叫端差，如图5所示，TN产品对于像素上的端差要求很高，如果端差很高就会影响PI摩擦不能形成统一的沟槽，在像素边缘端差处的液晶分子就不能很好配方，像素边缘就会产生漏光现象。所以控制端差高度在合理范围内非常重要。采用Half Tone Mask 透光量不同来实现改善像素端差是有效方法之一。

图5

4 结论

虽然半色调掩膜版光罩制作难度远远大于普通掩膜版光罩，但是TFT-LCD制作工艺采用它，节省了几道生产工序，给TFT-LCD厂带来的很大收益，降低了生产成本，缩短了生产周期，提高了市场竞争能力。

5 结束语

文章从半色调掩膜版光罩工作原理，TFT-LCD厂商在各层基板上的应用做基本介绍，在无需更改材料的情况下，提高了生产效率，减化了生产流程。总体上来说是达到了厂家的目的。

参考文献

[1]张芳.新型平板显示技术和产业发展战略[M].

[2]田民波，叶锋.TFT-LCD面板设计与构装技术[M].

[3]戴亚翔.TFT-LCD面板驱动与设计[M].

[4]马群刚.TFT-LCD原理与设计[M].

作者简介：甄娟（1976-），女，南京中电熊猫液晶材料科技有限公司技术科长，主要从事CF的设计和技术管理工作。