ＰＤＰ制作中的曝光技术|100个简单的科技小制作

　　摘要：随着等离子显示器(PDP)制作技术的逐渐成熟，光刻技术在PDP的制作中也越来越重要。本文论述了在PDP制作中影响曝光质量的有关因素，从曝光的主要影响因素进行阐述，并结合实例进行了分析论证。
　　关键词：曝光量；间隙；照度；曝光时间；母版
　　中图分类号：TN141.5文献标识码：B
　　
　　Exposure Technology for PDP Manufacturing
　　TIAN Yu-min，LUO Xiang-hui
　　（SiChuang ShiJiShuangHong Display Ltd. Beijing PDP Research and Development Center，Beijing 100085, China ）
　　
　　Abstract: With PDP manufacturing technology is gradual and ripe， Photolithography technology is more and more important in the making ofPDP. This article has discussed the fact that influences the relevant factors which are exposed quality while making in PDP, Explain from the main influence factor that is Exposure, Have combined the embodiment and analyzed that proves.
　　Keywords: exposure quantity；gap；Intensity of illumination；exposure time；photo-mask.
　　
　　1引言
　　
　　随着科学技术的发展，人们对彩色等离子显示器提出了更高的要求，高质量、高画质、高分辨率 、高对比度、高亮度等都成为PDP的追求目标。同时PDP要想与LCD显示器竞争，在市场上占有一席之地，高的画面质量、精细的图形制作更成为PDP的必须选择。在各种各样制作图形的方法中，光刻技术已成了一种主流的生产技术。在光刻工艺中曝光的好坏直接影响到显影后的图形质量，因此做好曝光工艺的控制在研发、生产中起着关键的作用。
　　
　　2曝光的基本原理
　　
　　曝光就是利用感光性浆料的光化学反应，将我们所需要的图形正确地复制在被加工的基体上，然后通过显影显示出曝光后的图形形状。PDP曝光的具体工艺过程（见图1）如下：首先在清洗干净的玻璃基板上涂敷或印刷一层感光性浆料，然后把涂好的玻璃基板经过干燥炉，在适当的温度下干燥，干燥后利用母版掩模版(Photo-Mask)的作用，在紫外线的照射下使母版上没有图形遮挡的地方浆料硬化，附着到玻璃基板上，形成线条或其它形状的图形。然后在一定浓度的Na2CO3水溶液下显影，显示出图形的形状。最后经过烧结使图形固定在玻璃基板上。
　　
　　3曝光工艺的主要影响因素
　　
　　在PDP制作中，曝光应达到的目标是：完全地分辨出母版上的图形；产生良好的线条边缘清晰度；经过曝光的部分应彻底交联固化。为了达到上述目标，应该控制好各方面的影响因素，如母版的质量、UV光源、曝光机内部的洁净度、浆料的特性、曝光前浆料干燥的状态、显影条件等。本文对影响曝光的主要因素进行分析论证。
　　
　　3.1光源的选择
　　良好的曝光质量是建立在良好的光源基础上的，作为大屏幕、高分辨率的PDP由于采用湿法曝光，所以必须采用平行光光源进行曝光。平行光在曝光面上的照度均匀性要在90%以上，以保证大尺寸玻璃基板曝光的均匀性。可以作为紫外线光源的有：高压汞灯光源、金属卤化物（例如镓灯）光源、碳弧光源、氙光源以及荧光光源。不同浆料对紫外线的吸收峰值各不相同，PDP用光源波长一般在300~420nm之间。汞灯的主发光波长为365nm，镓灯的主发光波长为417nm，一般选用超高压汞灯（如图2）作为曝光光源，而不选用强度常常变化并放出有害气体的碳弧光灯和耗电量高的氙光源。
　　PDP用光源一般都有一个或两个汞灯组成的点光源，经过光路的转化最终成为PDP需求的平行光（见图3）。
　　
　　3.2紫外线的照度
　　照度就是单位面积内入射的光通量，也就是能达到曝光面的单位面积上光的强度。紫外线照度的大小和分布都直接影响到曝光的质量。照度大时所需的曝光时间短，生产效率也高，现在PDP生产线上一般使用10kW以上的紫外灯，其可以产生十几mW/cm2的照度。汞灯在使用初期照度最强，随着使用时间的变长，照度也会逐渐下降。在使用初期，照度下降速度较快，使用一段时间后照度下降速度减慢，因此在生产、研发中要做好照度的管理，要监控好光源的照度。
　　照度分布的均匀性与PDP线条形状的均匀性密切相关。用照度计测量达到曝光面的照度后，一般用下面的公式衡量照度分布：
　　
　　PDP生产中允许的照度误差在±5%之内。如果曝光面上照度分布不均匀，形成的线条的宽窄就会随照度的不均匀而发生有规律的变化。
　　
　　3.3曝光量
　　曝光的目的就是在PDP的玻璃基板上形成图形，显影时未曝光部分的浆料被显影液冲掉，而曝光部分的浆料被完整地保留下来。一般来说，线条的宽度随着曝光量的增加有增宽的趋势，但只要控制好曝光量，完全能达到设计的宽度（如图5）。曝光过量时，不需要曝光部分的浆料也会因为光线的反射等各种因素发生光化学反应，使图形的线条变宽，有可能造成图形的边缘参差不齐，使显影不良。曝光不足时，浆料和玻璃基板的附着性不好，显影时会造成脱膜现象或线条扭曲现象（如图4所示），严重时根本就没有图形出现。因此选择合适的曝光量非常重要。
　　在紫外灯的照度一定时，曝光量的大小直接取决于曝光时间，因此曝光质量的好坏可以通过控制曝光时间来获得。严格来讲，通过控制曝光时间来控制曝光量是很不准确的，但只要做好日常照度管理，还是可以控制好曝光量的。在现在使用的曝光机中一般都有曝光量积分器，可以直接控制曝光量的大小。
　　每一种感光性材料都有其确定的曝光量，当紫外线照射在感光材料上时，感光材料的光化学反应刚好完全发生的曝光量就是这种材料的界限曝光量。在实际的曝光工艺中，曝光量要设定在界限曝光量以上。在确定某一材料的曝光工艺前，应首先确定该材料的界限曝光量。确定界限曝光量可以通过渐变滤光片曝光、成倍增加曝光时间等方法进行。在试验时也可以根据材料厂家提供的曝光量，按照推荐曝光量的十分之一进行增减来确定曝光量。随着曝光量的增加，显影后的感光膜呈现膜脱落、膜浮、膜完整、未曝光部也有膜等现象。通过观察显影后膜的状态确定使用时准确的曝光量。在生产线上要选择工艺裕度大的感光性浆料，以减少其它因素的影响。
　　
　　3.4间隙（Gap值）的影响
　　母版与PDP玻璃基板上膜面的平行度和间隙Gap（如图6所示）精度对曝光均匀性和PDP图形尺寸都有影响。Gap值的选择要根据实际情况而定，在PDP的大型曝光设备中一般采用非接触式平行光曝光，Gap值通常选在150~350μm之间。Gap值太小，则玻璃基板容易伤到母版上的图形，太大则对PDP图形线条的宽度、误差、边缘整齐度等都会产生影响。一般来说，随着Gap值的变大，线条宽度有变宽的趋势，线条宽度的误差范围会逐渐扩大。但在保证曝光后的线条宽度达到设计的要求和线条边缘良好的情况下，我们在生产中还是要选择大的Gap值进行曝光为佳。因为作为PDP曝光用的紫外光源理想状态均为平行光，如果不考虑空间尘埃颗粒和感光膜的反射作用，入射的平行光会完全正确地复制母版上的图形形状，所以说Gap值的设定有一定的灵活性。
　　
　　3.5干燥条件的影响
　　曝光前浆料的干燥条件对曝光线条也有直接的影响。一般来说干燥若不充分，在曝光后显影时线条就比较窄，而且容易造成脱落；若干燥过度，则显影时线条比较宽，甚至会造成无法显影。因此曝光时要严格控制好干燥条件，以满足曝光工艺的要求。
　　
　　4曝光工艺的前景
　　
　　曝光工艺是在PDP发展中逐步成熟的一种工艺，它以精细的分辨率、较高的生产节拍等优点显示出其独特的魅力，特别适合大批量的生产线。在PDP生产线上，几乎所有的线条图形都可以运用光刻技术进行制作，前基板的ITO电极、BUS电极、黑条和后基板的Add电极、Rib图形等都要用到曝光。随着新的感光性材料的不断出现，曝光工艺的应用会越来越显示出其优越性，在PDP的量产线上必将会占据一席之地。
　　
　　参考文献
　　［1］ 陆康宁等.光化学反应要素――基材反射率[J].彩色显象管,1997,（3）.
　　［2］卜忍安等.PDP制造中的曝光技术研究[J].液晶与显示,2001,（3）.
　　［3］ 影响感光制版曝光的因素[EB/OL].中国陶瓷信息资源网,2004-03-09
　　［4］ 陈秀敏.厚膜光刻工艺在PDP中的应用[J].光电子技术,2001,(3).省略。
　　
　　注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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