TFT-LCD彩色濾光片工藝制程的探究

北京京東方顯示技術有限公司 王 超 王立夫 盛大德 薛 捷 龐華山

1.CF 顯示原理論述

TFT-LCD是一種被動發光顯示器件，只有在背光模塊的照射下，TFT-LCD才能正常顯示圖像，而TFT-LCD的彩色化則是由彩色濾光片來實現的[1]。CF根據液晶屏顯示模式的差異可分為TN和ADS兩種，結構差異如圖1所示。TN和ADS在CF工藝結構上的主要差異在于ITO層位置和作用不同，TN模式ITO層作用是和TFT側金屬膜形成互為電極，ADS模式主要是屏蔽外界電場、抗干擾作用。

圖1 結構差異圖

2.CF各工藝方法介紹

2.1 染色法

染色法的工藝分為以下幾個步驟：第一步，制作具有BM遮光層的基板；第二步，將透明有機感光材料進行涂布；第三步，進行曝光；第四步，進行顯影；第五步，染色工序，它是根據酸性染料和反應性染料的配方對有機感光材料進行紅色染色；第六步，防染，采用丹寧酸進行防染處理；接著重復第二步和第六步依序進行綠色和藍色染色處理，形成圖案；染色法所需的主要設備除涂布、曝光、顯影外還需要染色槽和防染槽設備；染色法制造的CF透光性好，但所用的染料通常耐光性和耐熱性較差，已很少使用[2]。

2.2 印刷法

關于印刷法分為多種，這里提到的是平版印刷的方法；第一步，將平版印刷用的塑料卷布在帶有Ink的版上滾動實現Ink由版到塑料卷布的轉印；第二步，將帶Ink的塑料卷布在帶有BM遮光層的基板上進行對應位置的轉印；按照這種方法進行反復的轉印形成彩色圖案；該方法制作彩色層不需要曝光顯影設備，但是在大尺寸轉印中其精度仍然需要進一步提高。

2.3 電著法

電著法是在玻璃基板上形成帶圖案的透明導電膜之后，利用電氣泳動原理將著色材料的膜形成于圖案化的膜上；首先在玻璃基板上濺射ITO層，然后涂布正性光阻；第二階段進行曝光、顯影、蝕刻、剝離工序；這樣帶圖案的ITO膜就形成了；第三階段，將分散在水里的高分子顏料以泳動電著的方式將顏料附著在ITO的透明膜電極上；第四階段，進行BM光阻的涂布、背面曝光、顯影最終形成完整的著色圖案；這種工藝的好處是能夠得到比較均勻的膜厚，圖形制作比較精良；但缺點是必須先做一次ITO才能電著，這樣降低了整體的透過率。

2.4 轉印法

轉印法首先將顏料分散樹脂溶液涂布在薄膜上并進行干燥；先利用這種涂布方法形成帶著色材料的轉印膜；具體的以R像素形成為例說明實現步驟如下：第一步先制作帶BM遮光層的基板；第二步將轉印膜利用轉印設備轉印到帶BM遮光層的玻璃基板上；第三步進行曝光；第四步進行顯影來形成像素；最后反復的進行轉印、曝光、顯影制成形成RGB彩色層，在制作工序中，除了需要使用曝光設備、顯像設備外，還需要貼膜機。

2.5 著色感材法

著色感材法是將顏料作為著色材料，將顏料分散在膠合樹脂中形成著色樹脂，是比較典型的顏料分散法；著色感材法具體有以下幾個工藝步驟：第一步制作帶有BM遮光層的圖形基板第二步將顏料分散在透明感光性樹脂中，形成著色感光材料，進行涂布第三步進行曝光、第四步進行顯影、最后通過將R/G/B三色重復制作形成著色圖案；該方法是目前大陸采用的主流工藝方案；其中主要工藝設備為涂布設備、曝光設備和顯影設備。

2.6 蝕刻法

它與著色感材法有許多相似之處；第一步與感材法一樣，首先制作帶有BM遮光層的圖形基板第二步與著色感材法存在差異，它分別將著色樹脂層和正性光阻劑進行涂布第三步將烘干固化后涂有正性光阻的基板進行曝光第四步進行顯影、蝕刻、第五步進行剝離，形成一個單色圖案；最后進行RGB的反復操作形成著色圖案；由于蝕刻法需要增加正性光阻涂布與顯影剝離制程，工藝制程相比著色感材法要多。

表1 各工藝對比分析表

2.7 噴墨法

具體的工藝流程如下：第一步，BM工序仍采用顏料分散法涂布曝光和顯影，形成帶BM遮光層的基板；第二步，在Color工序采用噴墨法，采用噴墨的方式在帶有BM圖形的基板上一次完成RGB工藝；第三步進行固化處理；采用噴墨技術的最大優點是削減成本，成本可比過去的彩色濾光片降低20%，同時還可以提高顯示性能。但是由于噴墨技術還存在些精度問題，運用該技術生產的彩色濾光片主要用于大屏幕電視機。

3.總結

通過前述信息，對各工藝對比分析如表1所示。

從材料上來看，染色法使用的是染料，其他都是顏料，從光學性能和平坦度來看，各個工藝都能達到比較好的水平。從解析度來看，除印刷法外，其他性能都比較接近，最后綜合來說，顏料分散法因良好的產品性能和成熟的工藝制程，目前得到普遍采用，是整個市場的主流。隨著技術的發展，性能要求的提升及成本的降低，噴墨法因為材料的利用效率高，不需要曝光掩模，R、G、B可同時形成、工藝過程短，而且適合于多品種生產，越來越引人關注。從目前來看噴墨法是目前最有前景的CF工藝制作方法。