突破 8K顯示瓶頸！黑色矩陣光刻膠的性能表征

在顯示技術飛速迭代的當下，8K UHD 作為當前數字電視與數字電影攝像機領域的高分辨率標準，正推動著顯示產業鏈上下游材料的革新。其中，彩色濾光片中的黑矩陣作為關鍵材料之一，其性能直接決定了屏幕的對比度、分辨率與光泄漏控制能力。

Luo Cai-Ping 研究團隊開發出一款黑矩陣光刻膠（BPR-3D），在光密度（OD值）、分辨率、表面電阻、錐角等性能指標上實現提高，為8K UHDTV 彩色濾光片量產提供了材料解決方案。

行業痛點：傳統黑矩陣光刻膠難以滿足 8K 需求

在傳統 LCD 面板中，黑矩陣光刻膠存在三大性能短板，無法匹配 8K UHD 面板的高規格要求：

1. 錐角過小：傳統產品錐角通常低于 45°，易導致光泄漏，直接拉低屏幕對比度；

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

3. 光密度偏低：無法有效阻擋雜光，進一步影響顯示畫質。

為此，行業亟需一款滿足 “四高" 標準的黑矩陣光刻膠：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/□），同時還需具備低曝光劑量以適配大面積彩色濾光片的量產效率。

BPR-3D的五大性能指標

研究團隊通過優化光刻膠配方（選用高阻抗特性的黑色漿料與高靈敏度光引發劑），結合工藝設計，使 BPR-3D 在性能上實現顯著提高：

此外，BPR-3D 還具備兩大工藝優勢：

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

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

實驗過程

為驗證 BPR-3D 的量產適用性，研究團隊基于 G3.5 玻璃基板（620×720mm，商用大面積基板）開展了系統實驗，結論如下：

1. 涂層與光密度均勻性

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

• 膜厚均勻性 < 1%（通過激光共聚焦顯微鏡測得）；

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

Labodorf 351C涂層材料透射光密度儀

2. 光刻與顯影性能

• 采用傳統接近式掩模對準器（Mikasa MA-20）與 Cr 鈉鈣玻璃光刻掩模，在 < 50mJ/cm2 的低曝光劑量下，可穩定實現 5μm 線寬的高分辨率圖案（JOEL SEM 觀測）；

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

3. 可靠性測試

將涂覆 BPR-3D 的玻璃樣品在 230℃下烘烤 30min 固化后，進行多維度可靠性測試，結果均表現優異：

• 耐溶劑性（NMP 浸泡）；

• 耐堿性（1% NaOH 浸泡）；

• 高低溫沖擊測試；

• 高溫高濕測試；

• 鹽霧測試；

• 紫外（UV）耐久性測試。

這意味著 BPR-3D 在彩色濾光片的后續制程（如高溫固化、濕制程清洗）及長期使用中，能保持性能穩定，符合量產產品的可靠性標準。

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

參考文獻：

[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).