突破 8K顯示瓶頸！黑色矩陣光刻膠的性能表征

在顯示技術(shù)飛速迭代的當(dāng)下，8K UHD 作為當(dāng)前數(shù)字電視與數(shù)字電影攝像機(jī)領(lǐng)域的高分辨率標(biāo)準(zhǔn)，正推動(dòng)著顯示產(chǎn)業(yè)鏈上下游材料的革新。其中，彩色濾光片中的黑矩陣作為關(guān)鍵材料之一，其性能直接決定了屏幕的對(duì)比度、分辨率與光泄漏控制能力。

Luo Cai-Ping 研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款黑矩陣光刻膠（BPR-3D），在光密度（OD值）、分辨率、表面電阻、錐角等性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)提高，為8K UHDTV 彩色濾光片量產(chǎn)提供了材料解決方案。

行業(yè)痛點(diǎn)：傳統(tǒng)黑矩陣光刻膠難以滿足 8K 需求

在傳統(tǒng) LCD 面板中，黑矩陣光刻膠存在三大性能短板，無(wú)法匹配 8K UHD 面板的高規(guī)格要求：

1. 錐角過(guò)小：傳統(tǒng)產(chǎn)品錐角通常低于 45°，易導(dǎo)致光泄漏，直接拉低屏幕對(duì)比度；

2. 分辨率不足：線寬普遍在 10~20μm，難以支撐 8K 顯示對(duì)精細(xì)像素的需求；

3. 光密度偏低：無(wú)法有效阻擋雜光，進(jìn)一步影響顯示畫質(zhì)。

為此，行業(yè)亟需一款滿足 “四高" 標(biāo)準(zhǔn)的黑矩陣光刻膠：高分辨率（線寬≤5μm）、高錐角（>70°）、高光密度（OD 4.0~4.5/μm）、高表面電阻（>1×101?Ω/□），同時(shí)還需具備低曝光劑量以適配大面積彩色濾光片的量產(chǎn)效率。

BPR-3D的五大性能指標(biāo)

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化光刻膠配方（選用高阻抗特性的黑色漿料與高靈敏度光引發(fā)劑），結(jié)合工藝設(shè)計(jì)，使 BPR-3D 在性能上實(shí)現(xiàn)顯著提高：

此外，BPR-3D 還具備兩大工藝優(yōu)勢(shì)：

• 兼容多種顯影液：可適配 KOH 與 Na?CO?兩種常用顯影液，且不同顯影液可調(diào)控錐角，滿足濾光片產(chǎn)品的定制化需求；

• 高殘膜率（RFT%）：得益于高光交聯(lián)效率，在兩種顯影液體系下均保持優(yōu)異殘膜率，保障圖案完整性與工藝穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為驗(yàn)證 BPR-3D 的量產(chǎn)適用性，研究團(tuán)隊(duì)基于 G3.5 玻璃基板（620×720mm，商用大面積基板）開展了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)論如下：

1. 涂層與光密度均勻性

采用狹縫涂布機(jī)在 G3.5 裸玻璃基板（620mm*720mm）上涂布 BPR-3D，經(jīng)軟烘后：

• 膜厚均勻性 < 1%（通過(guò)激光共聚焦顯微鏡測(cè)得）；

• 光密度（OD）均勻性與膜厚均勻性高度一致，且 OD 值穩(wěn)定在 4.2/μm，證明其具備大面積量產(chǎn)的涂層穩(wěn)定性。

Labodorf 351C涂層材料透射光密度儀

2. 光刻與顯影性能

• 采用傳統(tǒng)接近式掩模對(duì)準(zhǔn)器（Mikasa MA-20）與 Cr 鈉鈣玻璃光刻掩模，在 < 50mJ/cm2 的低曝光劑量下，可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn) 5μm 線寬的高分辨率圖案（JOEL SEM 觀測(cè)）；

• 顯影后圖案邊緣清晰，錐角可控（>70°），滿足 8K 面板對(duì)精細(xì)黑矩陣的要求。

3. 可靠性測(cè)試

將涂覆 BPR-3D 的玻璃樣品在 230℃下烘烤 30min 固化后，進(jìn)行多維度可靠性測(cè)試，結(jié)果均表現(xiàn)優(yōu)異：

• 耐溶劑性（NMP 浸泡）；

• 耐堿性（1% NaOH 浸泡）；

• 高低溫沖擊測(cè)試；

• 高溫高濕測(cè)試；

• 鹽霧測(cè)試；

• 紫外（UV）耐久性測(cè)試。

這意味著 BPR-3D 在彩色濾光片的后續(xù)制程（如高溫固化、濕制程清洗）及長(zhǎng)期使用中，能保持性能穩(wěn)定，符合量產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

綜合來(lái)看，BPR-3D 黑矩陣光刻膠不僅全面滿足下一代顯示對(duì)黑矩陣的 “四高" 性能要求，還通過(guò)低曝光劑量、兼容多顯影液、高可靠性等特性，解決了大面積 8K 彩色濾光片的量產(chǎn)效率與成本痛點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Cai-Ping, L., Lin, W.-F., & Hsu, M.- A. (2018). P-6.5: Advanced Black Matrix Photoresist for Next Generation Color Filters. SID Symposium Digest of Technical Papers, 49, 609–610

[2] C. W. Park, J. –B. Lee, Y. R. Do, “Metal-dielectric black matrix for display devices" Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics 3(4), 496-499, (2000).

[3] C. W. Kim, S. G. Rho, D. K. Jung, E. J. Jeong, S. Y. Kim, H. G. Yang “Development of Organic Photoresist For Color Filter Black Matrix" Symposium H – Flat Panel Display Materials II, 329, (2018).