徐紅梅，張 梅（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，430000）

彩色濾光片制備方法概述

徐紅梅，張 梅
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，430000）

彩色濾光片是液晶顯示器中實(shí)現(xiàn)彩色顯示的重要部件，其制備工藝直接影響決定了彩色濾光片的性能。本文介紹了彩色濾光片結(jié)構(gòu)及原理，比較分析了各種彩色濾光層的制作方法的優(yōu)勢和劣勢，提出噴墨法由于具有快速、精準(zhǔn)、材料利用率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)成為制備大尺寸彩色濾光片極有競爭力的一項(xiàng)技術(shù)，并簡要闡述噴墨法國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及。

液晶顯示；彩色濾光片；制備方法；噴墨

0　引言

液晶顯示器以其出色的彩色畫面質(zhì)量、多元的尺寸、低成本等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于諸如電視、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、終端等顯示領(lǐng)域，彩色濾光片（color Filter；CF）是液晶顯示器中能呈現(xiàn)彩色影像的重要關(guān)鍵零部件，其性能對液晶顯示器呈現(xiàn)的彩色影像的視角寬度、亮度、分辨率、色域等性能起到了決定性的作用；而彩色濾光片的性能主要由其顏色層的原材料和制備工藝影響決定，且在彩色濾光片的制備成本占LCD總制備成本20%以上的技術(shù)背景下，未來對彩色濾光片制備的研究將趨向于畫面精細(xì)化、低成本、大尺寸等方向。

1　彩色濾光片概述

彩色濾光片由玻璃基板、黑色矩陣、顏色層、保護(hù)層及ITO導(dǎo)電膜等部分組成。其中，玻璃基板作為彩色濾光片的載體，為了使得玻璃基板與LCD顯示面板完全緊密貼合，通常要求該基板與LCD顯示面板使用大小和型號都相同的玻璃，以免在制造過程中因熱膨脹不同而影響良品率；黑矩陣的主要作用是阻隔顏色層（紅、綠、藍(lán)），增加對比度，防止不同顏色層之間的浸染和不同顏色光之間的混雜；顏色層的每個像素由紅、綠、藍(lán)三個子像素構(gòu)成，三個子像素的排布方式主要有條型、品字形、四像素和馬賽克型等，通過紅、綠、藍(lán)三個子像素混合產(chǎn)生多樣的色彩，繼而來顯示出彩色影像；保護(hù)層的主要功能是保護(hù)顏色層和增加表面的平整性，因?yàn)楫?dāng)顏色層和黑矩陣之間不平整時，液晶顯示器在封裝過程中會壓壞顏色層/黑矩陣，繼而導(dǎo)致成像品質(zhì)下降，此外，保護(hù)層還可作為黑色矩陣與ITO導(dǎo)電膜的絕緣層；ITO導(dǎo)電膜作為液晶顯示器的一個電極，與陣列基板的對應(yīng)電極構(gòu)成正負(fù)極以驅(qū)動液晶分子排列。

彩色濾光片傳統(tǒng)制備方法主要有染色法、顏料分散法、電沉積法、印刷法、以及用于大尺寸面板的噴墨法，除此之外，現(xiàn)有技術(shù)中還存在電鍍法、激光打印法等方法。以下簡要闡述主要的制備方法及其優(yōu)劣勢。

（1）染色法是最先被提出、也是一種材料和工藝極為成熟的方法，其主要包含圖案化光阻制備和染色工程這兩部分工序。該方法的優(yōu)點(diǎn)是顏色層圖案精細(xì)、色透過率高，但是染料的耐熱、耐光、耐化學(xué)性較差，同時在制備過程中需要重復(fù)許多復(fù)雜的生產(chǎn)步驟（如曝光光刻、染色、清洗、固化），且這些步驟的重復(fù)次數(shù)決定所染色的顏色數(shù)目，總體制備工藝較復(fù)雜、成本較高。

（2）鑒于上述染色法中的缺點(diǎn)，研究人員提出了一種顏料分散法，通常采用旋轉(zhuǎn)涂布方式，具有可靠性高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但是，在涂布過程中，由于離心力，會使得制備的顏料光阻分布不均勻，同時在顯影時由于部分顏色光阻未被移除使得顏料層表面平整度不好，此外，顏料分散法同樣需要經(jīng)過多次光刻、顯影，具有工藝復(fù)雜，成本較高的缺點(diǎn)。

（3）電沉積法是將電沉積法是將ITO電極圖案的玻璃基板放入有電解液的電解槽中，在電泳作用下，樹脂和顏料在相應(yīng)的電極上析出，形成著色圖案，加熱處理后重復(fù)上述步驟得到R、G、B顏色層，該方法形成的濾光片膜厚均勻、平整度和穩(wěn)定性較好，且制備簡單、成本低廉，但是，由于方法是利用電極之間的吸引作用，因此形成顏色層只能是條形排列，很難形成品字型和馬賽克型，即靈活性低。

（4）常用的轉(zhuǎn)刷法是通過將帶有圖案形狀的油墨（或光阻材料）轉(zhuǎn)印到滾筒上，通過滾筒轉(zhuǎn)印到有黑色矩陣的玻璃基板上，重復(fù)多次后得到R、G、B顏色層，該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、生產(chǎn)率高，但是其獲得的顏色層精度、表面平整度較差，對提高彩色濾光片的性能有很大的不利。

（5）噴墨法，目前該方法不僅具有工藝簡化、成本低廉、顏料利用率高等優(yōu)點(diǎn)，尤其還在大尺寸彩色濾光片的制備中具有絕對的競爭力，該方法的具體步驟如下：通過在玻璃基板上形成由黑色矩陣組成的次像素開口區(qū)域，利用相應(yīng)的噴墨裝置將紅、綠、藍(lán)墨水精確的噴射在次像素開口區(qū)域內(nèi)，固化后制備保護(hù)層以形成彩色濾光片產(chǎn)品。由于不同顏色的墨水在固化前是流動的，因此，該制備方法容易出現(xiàn)不同顏色之間、顏色層與黑矩陣層之間、顏色層與玻璃基板之間的浸染、混色問題，同時，要使得噴墨裝置精確的進(jìn)行噴墨，這也對噴墨裝置本身提出更好的要求。

2　噴墨法國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

LCD技術(shù)雖起源于歐美，但將其發(fā)展成產(chǎn)業(yè)的卻是日本，1973年日本夏普公司成功的開發(fā)出世界上最早使用液晶顯示器的計(jì)算機(jī)，才證實(shí)了其商用價值，自此以后，日本廠商不斷的從事彩色濾光片的技術(shù)改進(jìn)，彩色濾光片的制備方法-噴墨法在日本得到了較快的發(fā)展，其以精工愛普生、富士膠片、佳能、凸版印刷、大日本油墨為主要代表，其中，精工愛普生更偏向于改進(jìn)彩色濾光片的制備工藝——噴墨裝置，例如：在噴墨裝置設(shè)置的多個噴嘴，利用多個噴嘴重復(fù)噴出顏色層材料而形成給定膜厚的濾色單元，用于防止多個濾色單元之間產(chǎn)生膜厚的不均勻，使濾色層的透過特性在平面上均勻分布， 而富士膠片、凸版印刷致力于彩色濾光片的顏色層的原材料（主要是著色組合物）及其制備方法（噴墨法）的改進(jìn)上；；隨著LCD產(chǎn)業(yè)的迅速蓬勃發(fā)展，彩色濾光片與陣列基板要求相對較高的對準(zhǔn)精度，定制、運(yùn)輸都難以保障彩色濾光片的性能，自制彩色濾光片成為了優(yōu)先的選擇，由此韓國以LG、三星電子等顯示領(lǐng)域企業(yè)，中國臺灣和大陸在液晶顯示領(lǐng)域的迅猛崛起，彩色濾光片的研究呈現(xiàn)上升趨勢，中國大陸涉及該研究的企業(yè)有：歐菲光電、京東方、華星光電、鴻富錦精密工業(yè)（富士康）等；臺灣涉及該領(lǐng)域的企業(yè)有：友達(dá)光電、虹創(chuàng)科技、中華映管等。

3　展望與總結(jié)

LCD液晶顯示器面板隨著人們需求逐漸向高品質(zhì)、廣色域、輕薄化方向發(fā)展，作為影響顯示器成像品質(zhì)的核心零件，未來彩色濾光片的在國外的發(fā)展更傾向于對顏色層的色度、均勻度和平整性方面進(jìn)行研究，隨著知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度的加強(qiáng)以及國家對該產(chǎn)業(yè)的鼓勵支持，未來的中國企業(yè)將會加大對制備濾光片的原材料和制備方法上的創(chuàng)新力度。

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The manufacture methods of color filter

Xu Hongmei，Zhang Mei
（Patent Examination Cooperation Hubei Center of Patent Office，SIPO，430000）

Color filter is the key components for the achievement of colour display in liquid crystal display， it’s property is determined by the manufacture methods.The structure of color filter is introduced in this paper，and the advantages and disadvantages of different methods for color layer preparation have been discussed in detail， wherein， in order to manufacturing big size color filter，inkjet printing become a highly competitive method for the advantage of quick、accurate、utilization.in this paper， we briefly analyze the prospects of color filter in china and foreign.

liquid crystal display；color filter；manufacture；ink-jet printing

注：本文第二作者（張梅）對文章貢獻(xiàn)等同第一作者。