液晶TFT—彩色滤光片工艺的生产制造与探究

王立夫+盛大德+庞华山+毛继禹+王旭

摘 要：液晶TFT屏幕的市场范围越来越广泛，尤其是近年来LED技术的迅速发展，文章通过对液晶TFT屏幕中彩色滤光片的分析，以下简称彩膜，对彩膜的生产工艺进行探究，为生产应用提供有力帮助。

关键词：彩色滤光片；LED技术；生产工艺

中图分类号：TN837.93 文献标志码：A 文章编号：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 彩膜的結构

所谓的彩色滤光片由玻璃基板、黑色矩阵、颜色层、保护层及ITO导电膜等部分组成[1]。

其中黑色矩阵（Black Matrix，简称BM）为黑色光刻胶涂布曝光显影后形成的模型，作用为防止漏光。颜色层主要由三原色光刻胶（红、绿、蓝）分别经涂布曝光显影组成，为彩膜最重要的颜色层。保护层（Over Coat，简称OC）分别由接近透明的光刻胶将玻璃基板整面涂布后产生。国内现有彩膜工艺在保护层上方会继续通过涂布曝光显影方式进行液晶填充柱（Photo Spacer，简称PS）的制作。ITO导电膜（Indium tin oxide），主要成分为氧化铟锡。通过电离金属靶材，外加电磁场的方式，使金属膜溅射到玻璃基板上。

以彩膜现有主流产品型号为例，彩膜结构图如图1：

2 彩膜的工艺技术

彩色滤光片传统制备方法主要有染色法、颜料分散法、印刷法，以及用于大尺寸面板的喷墨法[1]，目前国内主流的G8.5、G10主要生产工艺为涂布法（Photo技术）以及ITO（磁控溅射技术）。

2.1 Photo技术

Photo技术涉及到的主材为光刻胶。光刻胶是指通过紫外光、深紫外光、电子束、离子束、X射线等光照或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，是光刻工艺中的关键材料，主要应用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工[2]。

Photo技术主要工艺流程：

清洗设备→涂布设备→Mura检查设备→曝光设备→显影设备→AOI设备→Oven设备

玻璃基板首先经过清洗设备，清洗设备主要包括离子清洗单元、毛刷清洗单元、二流体单元、空气风刀四个部分。清洗机在黑色矩阵、颜色层、保护层等各产线在以上四个单元的设计均有差别，各产线清洗机主要分为初始清洗机（Initial Cleaner）、磁控溅射后清洗机（Post-deposition Cleaner）、光刻前清洗机（Pre-photo Cleaner）、保护层清洗机（OC Cleaner）等四大类。

目前国内常用的光刻胶镀膜方式有G2、G3常用滴下方式（spin）、G4、G5常用旋转滴下（Slit & Spin），G6以上高世代产线多使用涂布（Coat方式），Coater设备分为单Gantry和双Gantry两种结构，双Gantry结构，用于防止一个Gantry出现故障导致停线。

各涂布方式对比见表1。

在涂布完毕后，为减少PR胶中的水分残留，常采用抽真空设备VCD进行水分蒸发。同时为确保涂布均匀、一般工艺设计中会在Coat设备后增加Mura检查机。Mura一词源于日本，特指显示产品中视觉上的明暗不均现象，也称之为宏观缺陷。Mura检测机的原理是通过数台Line Camera和反射照明单元，读取Glass的图像并将其处理转换为灰度图像，后续由操作员对灰度图像进行观察判断，达成对Glass的宏观品质进行在线监控的目的。

曝光单元为彩膜生产工艺中对温度精密度要求较高的设备，为此曝光单元中有精确控温的热盘（Heat）、冷盘（Cooling plate）以及精密冷盘（Precise Cooling Plate）。通过精密的控温设备，一般曝光单元温度范围可控制在±0.1℃。

显影设备为水洗设备，曝光后的玻璃基板通过显影液的冲洗，形成最初设计的模型。为保证玻璃基板充分与显影液接触，基板进入显影机后先倾斜后减速，出显影机后先加速后转水平，有效节约tact time。

AOI设备为自动光学检验（Automated Optical Inspection），可精准地检测到每个子像素的品质。AOI主要功能包括：（1）检查Micro缺陷（黑缺，白缺）。（2）Micro review（3）检查共通缺陷。（4）检查巨大缺陷。（5）进行CD检查。为了及时的应对产线中出现的异常，工作人员会定期的对基板进行Micro review，从而确保产品的品质。

Oven在工艺中起到加热作用，通过升温进一步固化光刻胶。

2.2 ITO工艺

ITO工艺流程：Sputter为最主要的成膜设备，基板经过大气搬送系统，将基板固定在Carrier上，然后经过LD腔体、加热腔体、成膜腔体、旋转腔体、ULD腔体完成溅射过程。在经过大气搬送系统回到传送设备。

ITO技术主要工艺流程：

清洗→Sputter设备→Oven设备→AOI设备

ITO原理图如图3。

ITO可视光透过率为60%以上的、面阻在108Ω/ 以下的称为透明导电膜。高品位透明导电膜的要素最理想的状态是可视光透过率高，面阻低。1931年：美国，Corning（康宁）公司J.T.Littleton报告提出了的SnO2薄膜。ITO （Indium-Tin-Oxide）对比SnO2薄膜，性能更强，生产稳定性更具优势。

图4为ITO溅射装置图（俯视图）。

下面重点介绍Sputtering法，Sputter设备是使电子更多地停留在靶材表面的一种机械装置。

通过配置在靶材下面的磁铁，磁感应线存留在靶材表面，重视平行于该磁感应线靶材表面的成分，再满足流向靶材的电流方向朝下等条件的情况下，适用费赖明左手定律，力量会增加到跟前部分。由于从靶材放射出来的电子的移动方向与电流方向一致，其力量会增加到电子的同时改变电子的移动方向。因此，电子移动方向的变化与磁感应线的方向一致，会使力量不断的增加，电子则以画圈的方式持续地在靶材表面移动。

参考文献：

[1]徐红梅，张梅.彩色滤光片制备方法概述[J].电子测试，2016（16）：119-120.

[2]郑金红，光刻胶的发展及应用[J].精细与专用化学品，2006，14（16）：24-30.

[3]刘军，邓光裕.TFT-LCD彩色滤光片大屏拼接技术[J].科技创新与应用，2017（29）：18-19.

[4]周永华.自动化立体仓库在彩色滤光片生产中的应用[J].科技创新与应用，2015（31）：82.endprint