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一、彩色濾光片概述

(一)制作步驟

第一步，要先制作出黑色矩陣、確定像素和子像素的圖案。而黑色底板的作用是將紅、綠、藍(lán)三個(gè)色彩層分隔開來，作用是增加對比度，避免產(chǎn)生雜色光。

第二步，采用涂膜、顯影、光刻技術(shù)，使用特定的顏料在黑色底板上涂抹紅、綠、藍(lán)三種色彩層。而這三種顏色所構(gòu)成的彩色像素，其尺寸一般為80—200微米左右。

第三步，制作保護(hù)層。濺射一層銦錫氧化物，作為透明導(dǎo)電薄膜層，成為TFT-LCD的公共電極。銦錫氧化物層的特點(diǎn)是透光性較高、表面電阻率很低。

(二)性能評價(jià)

彩色濾光片的性能好壞，主要從顯示質(zhì)量、運(yùn)行的穩(wěn)定性與后工序的匹配性三個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)。

1.顯示質(zhì)量

關(guān)于顯示質(zhì)量，主要有兩點(diǎn)評判標(biāo)準(zhǔn)：一是光譜特性，二是對比度。光譜特性中，色純度反映的是顯示器件表現(xiàn)色彩的能力，透過率反映的是顯示器件表現(xiàn)色彩的范圍。彩色濾光片三原色中的每一種色彩，都具有很高的色純度和透過率。而且當(dāng)三原色混合在一起時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)?shù)陌灼胶狻Ｓ绊懮兌群屯高^率的主要因素是彩色的構(gòu)成顏料，所以，應(yīng)該選用具有尖銳譜峰的顏料。三原色的透射波長不要過長或過短，能夠避免光譜發(fā)生重疊，同時(shí)確保濾色層具有還原彩色的能力。關(guān)于對比度，它對圖像的顯示十分重要。一般說來，色純度和清晰度都比較高的畫面，一定需要高對比度。TFT-LCD的對比度數(shù)值為200:1—400:1。同時(shí)，和高對比度相對應(yīng)的是低反射率，這就對黑色矩陣提出了比較嚴(yán)格的要求。

2.運(yùn)行穩(wěn)定性

所謂運(yùn)行的穩(wěn)定性，指的是彩色濾光片要有良好的耐光性、耐熱性，并且工作穩(wěn)定。關(guān)于耐光性，是要求彩色濾光片具有較強(qiáng)的對背景光的承受能力，而且不會(huì)褪色。耐熱性是因?yàn)楹蠊ば驎?huì)遇到250℃的高溫，要求彩色濾光片不會(huì)因受熱而變形、變色。

3.與后工序的匹配性

彩色濾光片在工作中要能夠承受后工序帶來的酸、堿腐蝕，因此要具有良好的耐腐蝕性。另外，彩色濾光片裝到TFT-LCD上，中間還要經(jīng)過化學(xué)清洗、封接、定向膜處理等工序，因此要求它還要具有良好的抗化學(xué)性、密封適應(yīng)性。只有滿足這些要求，成品彩色濾光片的性能才會(huì)有保障。

二、彩色濾光片的制作方法

(一)各種彩色濾光片的工藝比較

彩色層作為彩色濾光片的重要部分，其采用的材料和制作工藝直接決定了彩色濾光片的平整度、光譜特性、物理化學(xué)性質(zhì)。自從采用彩色濾光片實(shí)現(xiàn)LCD的彩色化以來，根據(jù)色彩的形成手段的不同，可以分為染色法、顏料分解法、電解淀積法、干膜轉(zhuǎn)寫法、反轉(zhuǎn)印刷法、噴墨打印法、激光打印法等。制造方法不同，采用的原材料和功能性質(zhì)也會(huì)不同。每種方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。第一，使用染色法制造的彩色濾光片，其透光性能好，但是由于染料的耐光性和耐熱性比較差，所以目前生產(chǎn)廠家已經(jīng)停止使用該方法。第二，電解淀積法的缺點(diǎn)有兩個(gè)，一是無法形成黑色矩陣，二是由于制造的薄膜厚度偏大，限制了它的使用范圍。第三，使用顏料分散法制造彩色濾光片，是目前國內(nèi)外普遍采用的方法。該方法的關(guān)鍵技術(shù)在于大面積的涂膜、顯影、曝光技術(shù)。盡管這種方法的工藝發(fā)展比較成熟，但由于工藝復(fù)雜、必須進(jìn)行反復(fù)的光刻過程，所以導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。第四，反轉(zhuǎn)印刷法由日本研發(fā)，目前該工藝還不夠成熟，主要體現(xiàn)在分辨率、成膜的均勻性、印刷的精準(zhǔn)度和重復(fù)性等方面。另外，想要實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的生產(chǎn)，中間還有許多技術(shù)難關(guān)要攻克。第五，干膜轉(zhuǎn)寫法在制造彩色濾光片時(shí)，對生產(chǎn)條件的要求很高。彩膜和玻璃基板的結(jié)合是技術(shù)關(guān)鍵，容易出現(xiàn)問題，而且成本較高。第六，激光打印法由杜邦公司研發(fā)，由于專利問題，目前還沒有進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。因此，還只是一種理論上的方法。

(二)噴墨打印法一覽

噴墨打印法作為后起之秀，是近幾年剛剛興起的一種薄膜制備方法。其主要的施工原理在于：墨水在通過打印頭的時(shí)候形成墨滴，墨滴經(jīng)過噴嘴微孔時(shí)，被直接噴射到基板的指定位置，從而形成薄膜。該方法能夠?qū)⒓t、綠、藍(lán)三色墨水一次性涂在基板的指定位置上，所以有效避免了進(jìn)行多次光刻的步驟。該方法能夠簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省大量的材料，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙重效益。在制作過程中，將紅、綠、藍(lán)三種墨水準(zhǔn)確的打印在基板上，和子像素的位置剛好契合。墨水經(jīng)過紫外光的固化，就會(huì)形成三色的彩色層薄膜。最后在上面制備一層保護(hù)層，進(jìn)行平坦處理，濺射銦錫氧化物即可。噴墨打印法的施工工藝簡單，能夠規(guī)模化生產(chǎn)，而且成品的薄膜具有很高的分辨率，所以很快成為這一領(lǐng)域的佼佼者。彩色濾光片要求像素的成膜面積很小，一般為幾十微米，所以對墨滴的穩(wěn)定性和打印精度提出了高要求。目前而言，噴墨打印技術(shù)僅僅掌握在少數(shù)廠商手中，一時(shí)間還不能實(shí)現(xiàn)技術(shù)的普遍性公開。

三、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來的展望

只有保證彩色濾光片的大小和TFT基板的大小完全一致，才能實(shí)現(xiàn)兩片玻璃的緊密貼合。另外，還要保證紅、綠、藍(lán)三種顏色的子像素的位置，必須和TFT基板上的像素進(jìn)行準(zhǔn)確的對接。隨著新一代TFT-LCD的生產(chǎn)和尺寸更大的LCD面板的研發(fā)，彩色濾光片也被推到了大尺寸、高分辨率的生產(chǎn)工藝難關(guān)上。從生產(chǎn)成本上來說，彩色濾光片占總成本的20%左右，所以，濾光片的工藝發(fā)展成為降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素。先來看看日本。日本是世界上第一個(gè)研制彩色濾光片的國家，并且率先進(jìn)行生產(chǎn)，隨后生產(chǎn)技術(shù)被臺灣和韓國應(yīng)用。在日本，彩色濾光片制造廠商有凸版印刷、大日本印刷、東麗公司等；在臺灣，則有奇美、達(dá)虹、展茂等；韓國有三星等公司。就目前的數(shù)據(jù)分析而言，彩色濾光片的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備都被大廠商所掌握。全球三大彩色濾光片制造廠商分別是凸版印刷、大日本印刷、STI，這三家占據(jù)了全球?yàn)V光片市場的76%。再將目光轉(zhuǎn)移到國內(nèi)，近幾年來我國的TFT-LCD產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，2009年，我國液晶面板的龍頭企業(yè)，北京京東方公司建設(shè)國內(nèi)第一條8.5代液晶面板生產(chǎn)線。這條總投資超過280億的生產(chǎn)線的建設(shè)，打破了國外廠商的技術(shù)封鎖，具有里程碑式的意義。隨后，國內(nèi)計(jì)劃投產(chǎn)的7.5代生產(chǎn)線達(dá)到8條之多，而世界范圍內(nèi)生產(chǎn)線也不過總共12條。面對的市場需求和競爭，在發(fā)展TFT-LCD的同時(shí)，也要關(guān)注研發(fā)彩色濾光片的新工藝和新技術(shù)及新材料。在傳統(tǒng)的制造方法基礎(chǔ)上，尋找成本更低、性能更佳的新型制造方法，是TFT-LCD行業(yè)的發(fā)展需要。

四、結(jié)語

彩色濾光片集成技術(shù)的發(fā)展，是液晶面板廠制造商不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量的結(jié)果。在這個(gè)過程中，制造商降低了生產(chǎn)成本，努力改變原材料的使用方向，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。我們相信，彩色濾光片產(chǎn)業(yè)在未來的發(fā)展將會(huì)更加迅速，為人們的生產(chǎn)、生活提供更滿意、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

作者：吳云桂單位：南京中電熊貓液晶材料科技有限公司