TFT-LCD彩色濾光片工藝制程的探究

北京京東方顯示技術(shù)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(fā)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(xiàn)的[1]。CF根據(jù)液晶屏顯示模式的差異可分為TN和ADS兩種，結(jié)構(gòu)差異如圖1所示。TN和ADS在CF工藝結(jié)構(gòu)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(cè)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(jié)構(gòu)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(jī)感光材料進(jìn)行涂布；第三步，進(jìn)行曝光；第四步，進(jìn)行顯影；第五步，染色工序，它是根據(jù)酸性染料和反應(yīng)性染料的配方對有機(jī)感光材料進(jìn)行紅色染色；第六步，防染，采用丹寧酸進(jìn)行防染處理；接著重復(fù)第二步和第六步依序進(jìn)行綠色和藍(lán)色染色處理，形成圖案；染色法所需的主要設(shè)備除涂布、曝光、顯影外還需要染色槽和防染槽設(shè)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(guān)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(xiàn)Ink由版到塑料卷布的轉(zhuǎn)印；第二步，將帶Ink的塑料卷布在帶有BM遮光層的基板上進(jìn)行對應(yīng)位置的轉(zhuǎn)印；按照這種方法進(jìn)行反復(fù)的轉(zhuǎn)印形成彩色圖案；該方法制作彩色層不需要曝光顯影設(shè)備，但是在大尺寸轉(zhuǎn)印中其精度仍然需要進(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)印法

轉(zhuǎn)印法首先將顏料分散樹脂溶液涂布在薄膜上并進(jìn)行干燥；先利用這種涂布方法形成帶著色材料的轉(zhuǎn)印膜；具體的以R像素形成為例說明實現(xiàn)步驟如下：第一步先制作帶BM遮光層的基板；第二步將轉(zhuǎn)印膜利用轉(zhuǎn)印設(shè)備轉(zhuǎn)印到帶BM遮光層的玻璃基板上；第三步進(jìn)行曝光；第四步進(jìn)行顯影來形成像素；最后反復(fù)的進(jìn)行轉(zhuǎn)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(shè)備、顯像設(shè)備外，還需要貼膜機(jī)。

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(jìn)行涂布第三步進(jìn)行曝光、第四步進(jìn)行顯影、最后通過將R/G/B三色重復(fù)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(shè)備為涂布設(shè)備、曝光設(shè)備和顯影設(shè)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(jìn)行涂布第三步將烘干固化后涂有正性光阻的基板進(jìn)行曝光第四步進(jìn)行顯影、蝕刻、第五步進(jìn)行剝離，形成一個單色圖案；最后進(jìn)行RGB的反復(fù)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(jìn)行固化處理；采用噴墨技術(shù)的最大優(yōu)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(shù)還存在些精度問題，運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)的彩色濾光片主要用于大屏幕電視機(jī)。

3.總結(jié)

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(xué)性能和平坦度來看，各個工藝都能達(dá)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(chǎn)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(shù)的發(fā)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(chǎn)，越來越引人關(guān)注。從目前來看噴墨法是目前最有前景的CF工藝制作方法。