平板显示器用高解析度彩色光刻胶性能研究

作     者：武乾坤 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：聂俊

授予年度：2022年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：光刻 光刻胶 平板显示器 彩色光刻胶 解析度 

摘      要：光刻胶是一种对光敏感,受光或其它辐射后发生化学反应,形成溶解度差异的感光材料。其中彩色光刻胶是制备平板显示器最重要的关键性原材料,决定着显示器显示颜色的色彩效果。随着新型显示技术的出现,对屏幕分辨率的要求越来越高。屏幕分辨率的提升,即显示器像素点的尺寸减小,要求制备像素点的彩色光刻胶具有较高解析度(小尺寸)。本课题通过对图案化彩色光刻胶的制备工艺,和彩色光刻胶的组成成分两个方面进行探究,研究其对彩色光刻胶解析度的影响。本课题的主要研究内容和结果如下:1.研究了不同光刻工艺参数,主要包括旋涂工艺、真空干燥真空度、预烘烤温度及时间、曝光能量及距离、显影时间以及二次烘烤温度等,对彩色光刻胶解析度的影响。研究发现,通过增加旋涂的匀速时间可以提高胶膜的膜厚均匀性;减小真空干燥压力值、提高预烘烤温度、提高预烘烤时间、增加曝光能量、减小曝光距离可以提高彩色光刻胶的解析度;在显影时间上存在最佳的高解析度显影时间,显影时间控制在2×B.T.左右可以获得较高解析度的彩色光刻胶。2.研究了彩色光刻胶组成成分,主要包括聚丙烯酸酯树脂的分子量及酸值、环氧树脂或双酚芴树脂的添加、丙烯酸酯单体的官能度、光引发剂类型、色浆分散度及硅烷偶联剂的添加等,对彩色光刻胶解析度的影响。研究发现:1)聚丙烯酸酯树脂的分子量在11000 g/mol时,酸值在79 mg KOH/g～100 mg KOH/g范围内,彩色光刻胶的解析度达到最高。2)少量环氧树脂或者双酚芴树脂与聚丙烯酸酯树脂的混合使用,以及硅烷偶联剂的添加能使得彩色光刻胶在较低固化温度时仍展现出较好的解析度。3)低官能度的丙烯酸酯单体固化时交联程度较低,不能有效的降低曝光区域光刻胶在显影液中的溶解度,易发生显影剥离。丙烯酸酯单体官能度的增加,胶膜交联程度增加,降低了胶膜在显影液中的溶解度,有利于彩色光刻胶解析度的提高。4)不同类型的引发剂,具有不同的固化效果。具有长波长吸收的光引发剂,偏向内部固化,解析度略高,但会带来表面粗糙以及水MURA问题。而具有短波长吸收的光引发剂,偏向表面固化,解析度略低,但表面粗糙度好,水MURA表现好。使用时长波长吸收的光引发剂和短波长吸收的光引发剂两者混用综合性能表现最好。5)色浆中的颜料粒径的减小有利于提高光刻胶的解析度。3.研究了彩色光刻胶组成成分优化后的综合性能。研究发现优化后的彩色光刻胶解析度可达到2.5μm,预烘烤温度降至70℃时仍能达到2.5μm的解析度。此外,在表面形貌和耐候性上均表现优异,满足应用要求。