原创 彩色滤光片介绍及其制备工艺技术进展

    彩色滤光片(Colour Fiher)是液晶显小器的重要组成部件，液晶显示器能旱现彩色的影像，主要是靠彩色滤光片。背光源的白光透过液晶层，照射到彩色滤光片，通过彩色滤光片对应每个像素上的红、绿、蓝泡颜料光阻，形成红、绿、蓝色光，最后在人眼中混合形成彩色影像。彩色滤光片在TFTI-LCD显示面板中的戚本比重较大，以15in面板材料成本来看，彩色滤光片占24%左右，是占面板成乖比重最大的零组件。因此，彩色滤光片的质量及其技术发展对液晶显示器的质量至关重要。

    彩色滤光片(colour Filter)基本结构如图1-7所示，它是由玻璃基板(Glass Substrate)、黑色矩阵(Black Matrix)、彩色层(Color I.ayer)、保护层(Over Coat)及ITO导电膜所组成的。其中玻璃为彩色滤光片的载体，一般LCD面板制造商会要求使用相同型号的玻璃，以避免存在制程中因热的膨胀不同而影响良品率。TFT_LCD彩色滤光片所使用的无碱玻璃，单价较一般玻璃高出许多，占彩色滤光片的成本达一半以上。而黑色矩阵主要目的在区隔各种颜色层，作为对比之用，并可避免光电流的产生。彩色层则具有滤光的功能，一般需具备耐热性佳、色彩饱和度高与穿透性好等特点，彩色层的每个像素由红、绿、蓝二个子像像素构成，一个子像素的排布方式有条型、品字型和弓赛克型等不同的方式。保护层主要的功能是保护彩色层以及增加表面的平滑性，此外兼具黑色矩阵与透明电极(ITO)层的绝缘层，以及隔离液晶与防止污染。ITO透明导电层作为液晶显示器的一个电极，与阵列基板的对应电极构成正负极，以驱动液晶分子旋转。

 

    彩色滤光片制备工艺技术进展

    彩色滤光片的制备工艺一直以涂布光刻为主，在玻璃基板尺寸较小的生产线上，制备工艺基本以中央滴下(Center Dispense)加旋转涂布为主，如图l-8a所示。因为旋转的速度很快，在玻璃基板尺寸增大的情况下，设备的制造以及薄膜涂布均匀性控制将非常困难，因此在高世代啦产线上，厂商将其改为狭缝( slit)加旋转涂布工艺，其工艺过程如图l-8b所示。随着玻璃基板尺寸的继续增加·工艺发展逐渐转向无旋转涂布(spinless)方式，如图1-8c所示。

    涂布方式的改变，不仅仅是出于工艺简化的需要，它同时可以降低光阻材料的损耗，图1-9为各种工艺下光阻材料的损耗量比较。从光阻材料的消耗量上看，狭缝+旋转涂布方式是中央滴下方式的1/2，无旋转涂布是狭缝十旋转涂市的1/5。另外，无旋转涂布的设备尺寸及其占地面积大大缩小，节省了初期的投入。

    无论涂布方式如何改变，其后续过程均须经过三次光刻制程，才能形成红、绿、蓝三色滤光层，这样将会有大量光阻材料的浪费，而且过多的工艺过程会降低产品的良品率，增加成本。为了进一步简化工艺过程，降低材料的消耗，提高产品质量，研究人员正致力于开发喷墨打印技术。

    因为喷墨打印技术具有显明的技术优势，很多厂商都在致力于其关键技术的开发，产生了大量的专利，同时也在不断地推动该项技术的发展，特别是EPSON公司应用该技术制作了40in PLED电视产品，给研究领域和产品界带来较大的震撼。但该技术要应用于彩色滤光片的生产，还需要几方面关键技术上进行完善。涉及喷墨打印的关键技术有以下四个方面：喷墨打印头的设计与制造；三色墨水的开发；喷墨打印系统的开发和彩色滤光片喷墨打印制备工艺的研究。

    Cannon公司最早在专利US Patent 552192和US Patent 6399257中提出了利用喷是打印技术制备彩色滤光“的想法，并研发了相关产品。主要过程是先任玻璃基板上形成微点阵图形，然后将三色墨水通过热气泡式或压电式喷头喷射于该图形的凹槽中，经紫外线照射固化，再涂布一层树脂，经紫外线再次同化即可完成该工艺过程。具体结构如图1-10所示。

    Epson公司的喷翠打印制备彩色滤光片的工艺过程。如图1-11所示，主要过程为先在玻璃基板是形成微点阵的罔形框架，通过喷击将色黑水喷射作框架中，经加热干燥后在其上面制备层保护层．最后制作公用电极。其技术与Cannon公司的主要区别是色墨水为热固化墨水，无须紫外固化。

    除上述技术以外，富士胶片株式会社开发了一种彩色滤光片新技术--干膜转移技术，其主要原理来源于照相技术，最初的专利申请始于1982年，主要应用领域为CRT的彩色滤光片，在1995年左右将LCD作为其主要的潜在应用领域进行材料和工艺开发。

    该技术的关键是适合于新工艺的光敏材料的开发，富士公司前期的开发工怍也主要集中在这一问题上，村料主要成分为卤化银感光剂，经过涂覆、曝光、显影、定影等照相工艺完成彩色滤光片色块图案的制备。最近几年，富士公司为了进一步增加工艺的灵活性，开发出光敏转移材料技术。将彩色滤光片的制造工艺过程简化为在玻璃基板上贴光敏转移材料，然后经过曝光、显影、定影等照相工艺。这一改进使彩色滤光片生产厂商省去了涂覆工艺，减少了生产厂商设备投资和工艺步数，同时可以保障产品质量稳定性。

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