張家祥， 王 威， 王彥強， 焦 宇， 周海龍， 張 芳，徐閃閃， 陳 召， 覃一鋒， 張文余， 黃東升， 陳 思

(北京京東方光電科技有限公司，北京 100176)

1 引 言

液晶透鏡是自適應透鏡的一種,它是可以通過改變施加在透鏡上的外加驅動電場來改變焦距的透鏡。與傳統的固體透鏡相比,自適應透鏡具有焦距短、功耗少、體積小等優(yōu)勢,而其最為突出的特點就是焦距可調[1-2]。基于上述多種優(yōu)異特點,液晶透鏡及其陣列在多光譜成像技術、光通信、光互聯及圖像處理等領域具有極其廣闊的應用前景，是光電技術領域的一個研究熱點。因其在自適應光學、光電存儲和集成光學等領域具有極大的潛在應用價值,尤其是在3D技術飛速發(fā)展的現在,液晶微透鏡陣列更是集成圖像系統3D立體顯示、2D/3D圖像轉換的重要器件之一[3-4]。

移相控制單元是利用液晶介電常數可調的性質來實現單元對反射電磁波相位的控制[5]。利用液晶移相控制單元可以用來實現可重構反射陣天線，有源電磁阻抗表面等，正成為近幾年的研究熱點，很多想法已經被實現：基于液晶反射移相控制單元的波束掃描液晶反射陣天線，基于液晶反射移相控制單元的單脈沖反射陣天線[6]等。

無論是液晶透鏡還是移相控制單元都需要較高的盒厚支撐(幾十微米甚至上百微米)，遠大于傳統2～3 μm的盒厚支撐。因此，傳統的PS材料無法對應高盒厚支撐的要求，需要開發(fā)出能夠達到性能要求的高PS材料。本文通過高PS材料制備工藝優(yōu)化，在現有G5 LCD產線上，成功得到60～110 μm高PS，為液晶透鏡和液晶天線等器件開發(fā)提供材料支撐，并對高PS材料加工過程中出現的問題進行了系統研究。

2 實 驗

本實驗高PS材料是在TFT-LCD G5線進行制備測試，實驗的樣品采用玻璃(Glass)厚度為0.7 mm, 尺寸為1 100 mm× 1 300 mm, 工藝過程如圖1所示。本實驗對前烘及固化等工藝進行了優(yōu)化測試，并對轉速和曝光量對高PS材料的影響進行了研究。通過本實驗得到了該高PS材料的最佳工藝條件，得到了形貌極佳高PS 圖形。

圖1 高PS材料制備工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of high PS

3 實驗結果及討論分析

3.1 轉速對高PS材料膜厚影響

本實驗中，高PS材料采用旋涂涂覆方式進行，轉速對膜厚的影響如圖2所示。隨著轉速的增加，膜厚逐漸減小，并隨著轉速增加，變化曲線斜率減小。這說明在較低轉速下，高PS材料的厚度隨著轉速增加急速減??；當轉速在較高水平時，轉速的增加不會帶來膜厚的劇烈變化。膜厚變化由轉速和材料本身粘度共同作用，當轉速增加到一定程度，膜厚的變化主要由材料本身粘度決定。

圖2 高PS材料厚度隨轉速變化曲線Fig. 2 Relation curve of high PS thickness and spinning rate

圖3 高PS材料形貌圖。(a) 350 r/min；(b) 230 r/min； (c) 190 r/min。Fig. 3 Images of the high PS material. (a) 350 r/min; (b) 230 r/min; (c) 190 r/min.

不同轉速下制備的高PS材料的形貌如圖3所示。本實驗中，通過旋涂轉速調整，得到了60～120 μm 厚的PS膜。PS膜的坡度接近直角，上下粗細均勻，并不會隨轉速變化產生變化。

3.2 前烘工藝對高PS材料影響

由于材料厚度非常厚(60～120 μm), 前烘工藝是高PS材料工藝難點。本身材料厚度大，所含溶劑含量大，當前烘工藝未調節(jié)好時，溶劑揮發(fā)過快，造成膜面“沸騰”，產生大量氣泡，如圖4(a)所示。

圖4 前烘后高PS材料宏觀圖。(a) NG； (b) OK。Fig.4 Macro-picture of high PS material after soft bake.(a) NG; (b) OK.

本實驗通過調整低壓蒸發(fā)(VCD)壓力變化速率和前烘(SB)溫度及時間等方面優(yōu)化，得到了圖4(b)所示的無氣泡、無宏觀異常的膜面。

3.3 曝光量對高PS材料影響

本試驗對50～300 mJ 曝光量對高PS 材料形貌影響進行了研究，變化曲線見圖5。

圖5 不同曝光量下的高PS形貌變化曲線Fig.5 Patterns of high PS at different dose

通過不同曝光量的PS形貌測試，發(fā)現在曝光量不足50 mJ時，顯影后PS圖形不可見；50 mJ后，隨著曝光量的增加，PS尺寸發(fā)生顯著變化；當曝光量達到100 mJ時，再增加曝光量，PS尺寸變化不大；達到150 mJ后，PS尺寸達到穩(wěn)定，尺寸和高度基本無變化。

圖6 高PS材料形貌圖。(a) 50 mJ； (b) 150 mJ。Fig.6 Images of high PS material. (a) 50 mJ; (b) 150 mJ.

通過對比圖6(a)和圖6(b)可知，在50 mJ時，高PS在尺寸及高度上明顯小于設計值；在150 mJ時，PS在尺寸和高度上明顯大于50 mJ時的材料，PS尺寸達到設計規(guī)格。這是由于PS樹脂含有負性感光劑，接收到I、G、H 3種波段的UV光會發(fā)生交聯反應。當接收到光強不足時，交聯反應不足，在顯影時造成顯影膜減，尺寸減小。本材料在150 mJ時，交聯反應充分，顯影時不會發(fā)生明顯的膜減，尺寸無明顯變化。

3.4 固化溫度對高PS材料影響

本實驗還對固化溫度進行了研究。通過降低固化溫度及升溫速率，使得材料緩慢交聯反應，應力緩慢釋放，得到了宏觀無異常膜面，如圖7(a) 所示。若固化溫度過高，材料內部交聯速度過快，會造成在膜面面積較大區(qū)域應力急劇增加，產生開裂問題，見圖7(b)。

圖7 固化后高PS材料宏觀圖。(a) 改善后； (b) 改善前。Fig.7 Macro-picture of high PS material. (a) After improvement; (b) Before improvement.

3.5 基底材料對高PS材料影響

本實驗對Mo金屬和SiN基底上的高PS材料粘附性進行研究。由宏觀圖8可以看出：在Mo金屬基底上，高PS材料出現脫落，而SiN基底無明顯異常。這是由于Mo與樹脂材料不會有價鍵的發(fā)生，樹脂與基底粘附性差；而對于SiN基底，與樹脂在界面處產生Si—O鍵，使得SiN與樹脂結合力大，不易脫落。

微觀觀察Mo金屬基底，高PS材料與基底間可見微裂紋，見圖9(a) 。這是由于高PS材料與基底粘附性差，導致在固化后，在PS材料與基底間產生開裂。后續(xù)將在基底表面處理及增粘劑使用方面進行優(yōu)化改善。

圖8 不同基底高PS材料宏觀圖。(a) Mo基底； (b) SiN基底。Fig. 8 Macro-picture of high PS material. (a) Mo； (b) SiN.

圖9 不同基底高PS材料微觀圖。(a) Mo, (b) SiN。Fig.9 Micro-picture of high PS material. (a) Mo； (b) SiN.

4 結 論

本實驗是在G5線進行了厚膜材料的開發(fā)和測試，得到了以下成果：

(1)研究了旋涂轉速對高PS材料的膜厚影響，得到了60～120 μm高度PS；

(2)研究了前烘及固化工藝對高PS材料影響，通過工藝優(yōu)化得到了無氣泡，宏觀良好的高PS膜面；

(3)研究了不同曝光量對高PS材料影響，在150 mJ得到了接近設計值得PS圖形；

(4)最后，對不同基底高PS材料進行了測試，在SiN基底粘度性良好，Mo基底還需繼續(xù)優(yōu)化。