关于彩色滤光片(CF)你了解多少?

传感器技术 发表于 2018-07-05 11:24:21 收藏 已收藏
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关于彩色滤光片(CF)你了解多少?

传感器技术 发表于 2018-07-05 11:24:21

彩色滤光片(CF)概述

彩色滤光片(Color Filter)简称CF,是LCD实现彩色化的关键材料。

其原理是在玻璃基板上通过颜料分散等工艺涂布BM、R/G/B、以及O/C,从而使通过的白光过滤为红、蓝、绿三种基本色素点阵来实现彩色显示。

CF显色原理

红、绿、蓝叫做色光的三原色,利用这三种色光可以混合出不同的色彩来

因为三种颜色每一种都有256个亮度水平级,所以三种色彩叠加就能形成1670万种色彩了(俗称真彩)

彩色有三种特性,明度(Value)、色调(Hue)、彩度(Chroma)

假想色度坐标(X、Y、Z) ,归一化坐标(x、y、z) l X代表红原色,Y代表绿原色,Z代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色,而是虚构的假想色

彩色滤光片主要生产工艺

彩色滤光片是 LCD 面板实现彩色化显示的关键原材料,约占彩色 LCD 面板材料成本的 25%左右。此外,彩色滤光片还可应用于 OLED 等其他平板显示产品。彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色组成的滤色膜,有规律地制作在一块玻璃基板上,利用滤光的原理,产生红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色,根据驱动 IC 控制电压的不同,三种颜色依不同种类混合产生各式各样的色彩。

注:LCD 用的 CF 的组件主要包括玻璃基板、黑色矩阵(Black Matrix,简称 BM)、彩色 层(Color Layer,包括 R(红)、绿(G)、蓝(B)三种颜色、保护层(Over Coat,简称 O/C) 及 ITO 导电膜。

彩色滤光片是 LCD 面板实现彩色化显示的关键原材料,必须与 LCD 面板一对一同样大小搭配使用,因此彩色滤光片的技术发展与 LCD 面板的技术发展息息相关。

彩色滤光片的初生产技术为染色法,后来又发展了电沉积法、印刷法、颜料分散法等生产技术,其中采用颜料分散法制作的 CF 具有高精度及较佳的耐光性与耐热性,已成为国际上制作彩色滤光片的主流方法。

彩色滤光片初应用于 CSTN-LCD 面板,后来随着 TFT-LCD 面板的发展,又拓展应用于 TFT-LCD 面板。随着 TFT-LCD 面板生产线世代的升级,玻璃基板尺寸越来越大,彩色滤光片生产线也随之升级。随着玻璃基板尺寸的增大,生产彩色滤光片的光刻胶涂布技术由原来的旋转涂胶技术演变为“旋涂+刮涂”、“刮涂”等方式,从而在保证大面积涂胶的均匀性的同时,提高光刻胶的利用率,降低生产成本。 

目前彩色 LCD 面板包括 CSTN-LCD 和 TFT-LCD 两种类型,因此彩色滤光片相应分为 CSTN-LCD 用 CF 和 TFT-LCD 用 CF 两种类型,二者的生产工艺流程基本相同(因此行业习惯将二者统称为彩色滤光片),只是在基板玻璃、ITO 膜电阻、套合精度等方面存在一定差异。

注:为了控制上下基板的间距,保证 TFT-LCD 的盒厚精度,TFT-LCD 用 CF 一般增加了 间隙粒子(Photo Spacer,简称 PS)的制作,一般采用柱状,不会发生光散射。

日本是早制造 CF 的国家,目前也是全球 CF 的大供应商,且生产 CF 的许多关键技术、重要生产设备以及光刻胶等关键原材料仍主要掌握在少数日本厂商手中。随着 2003 年以来全球彩屏手机的兴起和迅速普及、液晶监视器、笔记本电脑、液晶电视等产品销量的快速增长,带动 CSTN-LCD 和 TFT-LCD 彩色面板市场快速扩张,生产 LCD 面板的关键原材料 CF 的产量也随之获得大幅增长。韩国、台湾地区和中国内地抓住 LCD 行业发展的机遇,推动本地 CF 产业快速发展。

彩色滤光片制作 

彩色滤光片制作的核心工艺是彩色滤色膜的制备。从彩色滤光片的生产过程

来看,除同样需先进的玻璃抛光技术外,其后一道工序是在彩色滤色膜上用低

温溅射技术镀 ITO 电极。因此,某种意义上讲,彩色滤光片产品是 ITO 导电玻璃

技术的延伸,或者说彩色滤光片进一步增加了 ITO 导电玻璃的技术含量。 

目前,彩色滤色膜较常用的制备方法主要有颜料分散法、染色法、印刷法和

电沉积法等四种,近年来在日本出现了喷墨印刷法。 

彩色滤色膜的制备方法比较 :

由于采用颜料分散法所制造的 CF 具有高精度及较佳的耐光性与耐热性,使其成为国际上制备彩色滤色膜的主流方法。

彩色滤光片的技术发展方向取决于下游 LCD 面板应用需求。终端应用产品不断追求更轻、更薄、高画质显示,与此相适应,LCD 面板逐步向高亮度、高对比度、高色彩饱和度、高分辨率方向发展。配合 LCD 面板的需求,CF 生产技术未来主要向以下方向发展: 

①高亮度。高亮度需要在 CF 上制作间隙粒子(Photo Spacer)和配合开发高透过率的彩色光刻胶来实现。

②高对比度。高对比度需要配合开发高光学浓度(OD 值)的树脂 BM 胶和制作更细线条的黑色矩阵(BM)来实现。

③高色彩饱和度。高色彩饱和度需要配合开发高色彩饱和度(NTSC)的彩色光刻胶。 

④高分辨率。高分辨率需要制作更细线条的红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三种子像素来实现。

⑤更轻、更薄。对彩色滤光片所使用的玻璃基板的厚度要求越来越薄,厚度要达到 0.5mm 以下。

CF 生产工艺流程 

关于彩色滤光片(CF)你了解多少?

所需原材料主要有超薄浮法玻璃、靶材、光刻胶等,生产中消耗的能源主要为水和电。

主要核心技术

AlNd 镀膜技术

AlNd 膜是生产反射型彩色滤光片的重要膜层,其品质直接影响彩色滤光片的性能,主要是膜层外观表面质量和附着性能。本公司利用镀膜技术优势,开发了多项专门技术,如专用镀膜工艺,解决了 AlNd 膜镀制时变色问题;采用特殊工艺控制,解决了膜层微小针孔问题;镀前处理工艺,解决了膜层附着问题。AlNd 镀膜的成功,拓宽了本公司彩色滤光片产品的应用范围,满足了客户日益增加的品种要求。

多种光学膜技术

主要包括增透膜和增反膜。

Mo、Ni、Ti 等材料成膜技术

清洗技术 

不同规格品种的彩色滤光片产品,其前期基板的清洗工艺直接影响其膜层质量,甚至造成批次性报废。本公司通过大量的试验,现已掌握不同规格产品的清洗技术,分别制订了专门的清洗工艺,保证了产品的质量。

膜厚控制技术 

在彩色滤光片中,各膜层的厚度直接影响产品的色度。而在彩色滤光片的生产中,各膜层是先后分别制作的,且各膜层的膜减率不同,因此各膜层的初始厚度控制非常重要。本公司根据产品实际生产情况和多年经验,开发并总结了自身的成套工艺技术,使膜厚误差控制在 0.05 微米之内,保证了产品的色度。

段差控制技术 

彩色滤光片主要是由红绿蓝三基色的膜层线条组成,其相互间的膜层厚度偏差会引起混色后颜色的偏差。本公司通过大量试验,形成了自己的成套工艺技术,使膜厚段差误差控制在 0.05 微米之内,保证了产品质量。

线宽控制技术 

彩色滤光片产品的线宽受多个工序的直接影响,不易控制和稳定。

总间距控制技术 

彩色滤光片生产中,产品的总间距在不断地变化,且其精确测量也有一定难度。

图形对位精度控制 

图形对位是彩色滤光片生产的关键技术。微小的对位不良不易被检查到,但对液晶显示会产生潜在影响。

光刻技术 

在彩色滤光片生产中,光刻工艺包括涂胶、预烘、曝光、显影、后烘等一整套生产工序,彩色滤光片的整个生产过程中需要经过 4-5 次光刻。

表面质量控制技术 

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