彩色滤光片的造程与发展
随着彩色显示的急剧发展,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,其机能(重要为开口率、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 %。凭据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。台湾地域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%。
彩色滤光片的根基结构重要为玻璃基板、BM(黑矩阵)、彩色光阻、;げ(OC)、ITO、spacer(图1)。彩色滤光片的传统造程重要有染色法(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。目前好多公司也开发出了很多拥有现实出产利用价值的新步骤,尤其是在大尺寸彩色滤光片的出产上,好比DuPont的热多层技术(Thermal multi-layer tech.)、凸版印刷(Toppan)的回转印刷法(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代线以上选取了喷墨打印法。另表,凭据结构设计的分歧,彩色滤光片的新类型还有COA型、半透半反型等。
1 传统的彩色滤光片造程步骤
传统步骤的四种造程
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资料。其造程重要有涂布、曝鲜明影、染色固化,利用该造程在BM已经图案化的玻璃基板上分三次别离造备的R、G、B三色光阻。染色法造得的CF价值便宜,色彩鲜艳,透过率高,但是耐热耐光性差,不适合高档LCD。电沉积法的树脂重要是聚酯,以颜料为着色剂。电沉积法先通过曝鲜明影得到图案化的ITO,而后在ITO上别离沉积R、G、B三色光阻,而后再通过涂布、曝光、显影得到BM。电沉积法造备彩色光阻只需曝鲜明影一次,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。其重要造程为涂布、曝光、显影,造备R、G、B三色光阻必要经过三次该造程。颜料分散法工艺相对单一,耐候性好,目前中幼尺寸的彩色滤光片绝大部门选取该步骤。印刷法的树脂为环氧树脂,以颜料为着色剂。其重要造程滚筒颜料附着、印刷,在BM已经图案化的玻璃基板上造得彩色光阻。印刷法造程单一,但精度不高。
除以上所述的四种步骤表,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造程新步骤
随着液晶面板的不休增大,原有的传统CF造程都显得力不从心,新的造程步骤也应运而生。其中重要有DuPont的热多层技术(Thermal multi-layer tech.)、凸版印刷(Toppan)的回转印刷法(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
热多层技术是杜国公司的独创发现,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。目前杜国已经可能造备G 8的设备。
该步骤无需曝光、显影,工艺单一,设备占用空间也能得到很大节俭。但尚无法造备BM,且激光扫描所需功夫要比多于颜料分散法的曝光功夫。
2.2 回转印刷法
回转印刷法造备CF是2003年日本光村印刷和三菱沉工共同颁布的。2004年,日本凸版印刷获得了利用回转印刷开发七代CF的有关技术。其造程重要分为三步:第一步,将光阻涂覆于转印滚筒上;第二步,将转印滚筒在特造模板上刮除有余区域的光阻;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。
该步骤的优势是能够同时实现R、G、B、BM四种光阻的造作,且不必要曝鲜明影设备。但在大尺寸转印中,精度仍需进一步提高,且无法在VA、IPS技术中利用。
2.3 喷墨打印法
喷墨打印法是几种新造程中最成熟的步骤,由大日本印刷研发。该技术先在玻璃基板大将BM图案化,为R、G、B三色光阻预留出独立的空间,而后通过喷墨打印头,将彩色颜料光阻剂喷至所需的地位,最后固化成型。
该步骤工艺单一,光阻剂利用率险些为100%,但是BM还需通过传统方式造备,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上选取该技术,三星也筹备在G 8上选取该技术。
3 其他技术
3.1 COA技术
COA技术是将彩色光阻造备在TFT基板上的技术(见图6),其优势重要在于能够提高像素开口率及LCD显示品质,利用于高阶产品。另表,由于无CF玻璃基板与TFT基板的对位问题,所以能够降低cell造程的难度。但是COA技术会导致基板的整体良品率降落。除此之表,为了不影响TFT的正常运作,还要求彩色光阻的介电常数幼于3.5。
3.2 树脂型BM
传统的BM用资料为Cr/CrO,但存在反射率高、传染环境等问题。因而,无机金属资料逐步被有机的树脂型BM取代。作为负性光阻,树脂型BM的造程与彩色颜料光阻的造程一样。
3.3 OLED用彩色滤光片
利用白色OLED+彩色滤光片实现OLED的彩色显示也逐步被很多钻研机构和企业所关注。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 行业近况与瞻望
自日本凸版印刷和大日本印刷别离于1985年和1986年起头量产彩色滤光片以来,大部门专利技术都被日系厂商把握。但随着产业发展,台湾、韩国也通过获得授权和自主研发等方式进入到这个行业,并且液晶面板厂商也逐步意识到,彩色滤光片的自造化是大势所趋。国内的彩色滤光片出产线少,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出产线才正式量产,预计年产量达二十五万片。相信在不远的未来,国内的彩色滤光片行业将得到巨大的发展。