滤光片的制程与发展

彩色滤光片的制程与发展
随着彩色显示的快速发展，LCD的彩色化无可逆转。

据市场调查机构iSuppli公司的统计，到2010年，LCD彩色化比率将高达94%。

彩色滤光片（color filter，简称CF）作为LCD实现彩色显示的关键零部件，其性能（主要为开口率、色纯度、色差）直接影响到液晶面板的色彩还原性、亮度、对比度。

而彩色滤光片的成本也占了液晶面板总成本的25 %。

根据FPDisplay预测，2005-2009年全球CF产值将以年复合增长率12.37%持续成长。

台湾地区2006年的彩色滤光片产业产值约新台币923.2亿元，比前一年成长23.3%。

彩色滤光片的基本结构主要为玻璃基板、BM（黑矩阵）、彩色光阻、保护层（OC）、ITO、spacer（图1）。

彩色滤光片的传统制程主要有染色法（Dyeing Method）、颜料分散法（Pigment Dispersed Method）、电沉积法（Electro Deposition Method）、印刷法（Printing Method），其中以颜料分散法为主。

目前很多公司也开发出了许多具有实际生产应用价值的新方法，尤其是在大尺寸彩色滤光片的生产上，比如DuPont的热多层技术（Thermal multi-layer tech.）、凸版印刷（Toppan）的反转印刷法（Reverse printing method）和大日本印刷（DNP）的喷墨打印法(Ink Jet printing)。

其中，大日本印刷已经在其6代线以上采用了喷墨打印法。

另外，根据结构设计的不同，彩色滤光片的新类型还有COA型、半透半反型等。

1 传统的彩色滤光片制程方法
传统方法的四种制程，如图2所示。

染色法使用染料作为着色剂，可用明胶或压克力树脂作为树脂材料。

其制程主要有涂布、曝光显影、染色固化，利用该制程在BM已经图案化的玻璃基板上分三次分别制备的R、G、B三色光阻。

染色法制得的CF价格便宜，色彩鲜艳，透过率高，但是耐热耐光性差，不适合高档LCD。

电沉积法的树脂主要是聚酯，以颜料为着色剂。

电沉积法先通过曝光显影得到图案化的ITO，然后在ITO上分别沉积R、G、B三色光阻，然后再通过涂布、曝光、显影得到BM。

电沉积法制备彩色光阻只需曝光显影一次，但在成本上不占有优势。

颜料分散法以颜料为着色剂，压克力为树脂树脂。

其主要制程为涂布、曝光、显影，制备R、G、B三色光阻需要经过三次该制程。

颜料分散法工艺相对简单，耐候性好，目前中小尺寸的彩色滤光片绝大部分采用该方法。

印刷法的树脂为环氧树脂，以颜料为着色剂。

其主要制程滚筒颜料附着、印刷，在BM已经图案化的玻璃基板上制得彩色光阻。

印刷法制程简单，但精度不高。

除以上所述的四种方法外，还有染料分散法、颜料刻蚀法，但都因工艺复杂、成本较高，很少使用。

2 大尺寸彩色滤光片的制程新方法
随着液晶面板的不断增大，原有的传统CF制程都显得力不从心，新的制程方法也应运而生。

其中主要有DuPont
的热多层技术（Thermal multi-layer tech.）、凸版印刷（Toppan）的反转印刷法（Reverse printing method）和大日本印刷（DNP）的喷墨打印法(Ink Jet printing)。

2.1 热多层技术
热多层技术是杜邦公司的独创发明，其通过激光定向加热Donor film层，使Donor film层中的颜料层脱落并转印在基板上，从而得到所需的彩色光阻。

目前杜邦已经能够制备G 8的设备。

该方法无需曝光、显影，工艺简单，设备占用空间也能得到很大节省。

但尚无法制备BM，且激光扫描所需时间要比多于颜料分散法的曝光时间。

2.2 反转印刷法
反转印刷法制备CF是2003年日本光村印刷和三菱重工共同发布的。

2004年，日本凸版印刷取得了利用反转印刷开发七代CF的相关技术。

其制程主要分为三步：第一步，将光阻涂覆于转印滚筒上；第二步，将转印滚筒在特制模板上刮除多余区域的光阻；第三步，将通过第二步图案化的光阻通过滚筒转印到基板上。

该方法的优势是可以同时完成R、G、B、BM四种光阻的制作，且不需要曝光显影设备。

但在大尺寸转印中，精度仍需进一步提高，且无法在VA、IPS技术中应用。

2.3 喷墨打印法
喷墨打印法是几种新制程中最成熟的方法，由大日本印刷研发。

该技术先在玻璃基板上将BM图案化，为R、G、B 三色光阻预留出独立的空间，然后通过喷墨打印头，将彩色颜料光阻剂喷至所需的位置，最后固化成型。

该方法工艺简单，光阻剂利用率几乎为100%，但是BM还需通过传统方式制备，且对墨水的要求较高。

目前大日本印刷和凸版印刷都在G 6上采用该技术，三星也准备在G 8上采用该技术。

3 其他技术
3.1 COA技术
COA技术是将彩色光阻制备在TFT基板上的技术（见图6），其优势主要在于可以提高像素开口率及LCD显示品质，应用于高阶产品。

另外，因为无CF玻璃基板与TFT基板的对位问题，所以可以降低cell制程的难度。

但是COA技术会导致基板的整体良品率下降。

除此之外，为了不影响TFT的正常运作，还要求彩色光阻的介电常数小于3.5。

3.2 树脂型BM
传统的BM用材料为Cr/CrO，但存在反射率高、污染环境等问题。

因此，无机金属材料逐渐被有机的树脂型BM取代。

作为负性光阻，树脂型BM的制程与彩色颜料光阻的制程相同。

3.3 OLED用彩色滤光片
利用白色OLED+彩色滤光片实现OLED的彩色显示也逐渐被许多研究机构和企业所关注。

目前发展彩色滤光片法的厂商以TDK、三菱化学等日本厂商为主。

4 行业现状与展望
自日本凸版印刷和大日本印刷分别于1985年和1986年开始量产彩色滤光片以来，大部分专利技术都被日系厂商掌握。

但随着产业发展，台湾、韩国也通过取得授权和自主研发等方式进入到这个行业，而且液晶面板厂商也逐渐认识到，彩色滤光片的自制化是大势所趋。

国内的彩色滤光片生产线少，且多为G 4.5以下。

直到今年8月10号，上海的剑腾液晶显示（上海）有限公司的国内第一条G 5生产线才正式量产，预计年产量达二十五万片。

相信在不远的将来，国内的彩色滤光片行业将得到巨大的发展。