突破 8K 显示瓶颈！黑色矩阵光刻胶的性能表征

在显示技术飞速迭代的当下，8K UHD 作为当前数字电视与数字电影摄像机领域的高分辨率标准，正推动着显示产业链上下游材料的革新。其中，彩色滤光片中的黑矩阵作为关键材料之一，其性能直接决定了屏幕的对比度、分辨率与光泄漏控制能力。

Luo Cai-Ping 研究团队开发出一款黑矩阵光刻胶（BPR-3D），在光密度（OD值）、分辨率、表面电阻、锥角等性能指标上实现提高，为8K UHDTV 彩色滤光片量产提供了材料解决方案。

行业痛点：传统黑矩阵光刻胶难以满足 8K 需求

在传统 LCD 面板中，黑矩阵光刻胶存在三大性能短板，无法匹配 8K UHD 面板的高规格要求：

1. 锥角过小：传统产品锥角通常低于 45°，易导致光泄漏，直接拉低屏幕对比度；

2. 分辨率不足：线宽普遍在 10~20μm，难以支撑 8K 显示对精细像素的需求；

3. 光密度偏低：无法有效阻挡杂光，进一步影响显示画质。

为此，行业亟需一款满足 “四高" 标准的黑矩阵光刻胶：高分辨率（线宽≤5μm）、高锥角（>70°）、高光密度（OD 4.0~4.5/μm）、高表面电阻（>1×10¹⁴Ω/□），同时还需具备低曝光剂量以适配大面积彩色滤光片的量产效率。

BPR-3D的五大性能指标

研究团队通过优化光刻胶配方（选用高阻抗特性的黑色浆料与高灵敏度光引发剂），结合工艺设计，使 BPR-3D 在性能上实现显著提高：

此外，BPR-3D 还具备两大工艺优势：

• 兼容多种显影液：可适配 KOH 与 Na₂CO₃两种常用显影液，且不同显影液可调控锥角，满足不同的色彩的色滤光片产品的定制化需求；

• 高残膜率（RFT%）：得益于高光交联效率，在两种显影液体系下均保持优异残膜率，保障图案完整性与工艺稳定性。

实验过程

为验证 BPR-3D 的量产适用性，研究团队基于 G3.5 玻璃基板（620×720mm，商用大面积基板）开展了系统实验，结论如下：

1. 涂层与光密度均匀性

采用狭缝涂布机在 G3.5 裸玻璃基板（620mm*720mm）上涂布 BPR-3D，经软烘后：

• 膜厚均匀性 < 1%（通过激光共聚焦显微镜测得）；

• 光密度（OD）均匀性与膜厚均匀性高度一致，且 OD 值稳定在 4.2/μm，证明其具备大面积量产的涂层稳定性。

Labodorf 351C涂层材料透射光密度仪

2. 光刻与显影性能

• 采用传统接近式掩模对准器（Mikasa MA-20）与 Cr 钠钙玻璃光刻掩模，在 < 50mJ/cm² 的低曝光剂量下，可稳定实现 5μm 线宽的高分辨率图案（JOEL SEM 观测）；

• 显影后图案边缘清晰，锥角可控（>70°），满足 8K 面板对精细黑矩阵的要求。

3. 可靠性测试

将涂覆 BPR-3D 的玻璃样品在 230℃下烘烤 30min 固化后，进行多维度可靠性测试，结果均表现优异：

• 耐溶剂性（NMP 浸泡）；

• 耐碱性（1% NaOH 浸泡）；

• 高低温冲击测试；

• 高温高湿测试；

• 盐雾测试；

• 紫外（UV）耐久性测试。

这意味着 BPR-3D 在彩色滤光片的后续制程（如高温固化、湿制程清洗）及长期使用中，能保持性能稳定，符合量产产品的可靠性标准。

综合来看，BPR-3D 黑矩阵光刻胶不仅全面满足下一代显示对黑矩阵的 “四高" 性能要求，还通过低曝光剂量、兼容多显影液、高可靠性等特性，解决了大面积 8K 彩色滤光片的量产效率与成本痛点。

参考文献：

[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).

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