TFT-LCD彩色滤光片工艺制程的探究

北京京东方显示技术有限公司 王 超 王立夫 盛大德 薛 捷 庞华山

1.CF 显示原理论述

TFT-LCD是一种被动发光显示器件，只有在背光模块的照射下，TFT-LCD才能正常显示图像，而TFT-LCD的彩色化则是由彩色滤光片来实现的[1]。CF根据液晶屏显示模式的差异可分为TN和ADS两种，结构差异如图1所示。TN和ADS在CF工艺结构上的主要差异在于ITO层位置和作用不同，TN模式ITO层作用是和TFT侧金属膜形成互为电极，ADS模式主要是屏蔽外界电场、抗干扰作用。

图1 结构差异图

2.CF各工艺方法介绍

2.1 染色法

染色法的工艺分为以下几个步骤：第一步，制作具有BM遮光层的基板；第二步，将透明有机感光材料进行涂布；第三步，进行曝光；第四步，进行显影；第五步，染色工序，它是根据酸性染料和反应性染料的配方对有机感光材料进行红色染色；第六步，防染，采用丹宁酸进行防染处理；接着重复第二步和第六步依序进行绿色和蓝色染色处理，形成图案；染色法所需的主要设备除涂布、曝光、显影外还需要染色槽和防染槽设备；染色法制造的CF透光性好，但所用的染料通常耐光性和耐热性较差，已很少使用[2]。

2.2 印刷法

关于印刷法分为多种，这里提到的是平版印刷的方法；第一步，将平版印刷用的塑料卷布在带有Ink的版上滚动实现Ink由版到塑料卷布的转印；第二步，将带Ink的塑料卷布在带有BM遮光层的基板上进行对应位置的转印；按照这种方法进行反复的转印形成彩色图案；该方法制作彩色层不需要曝光显影设备，但是在大尺寸转印中其精度仍然需要进一步提高。

2.3 电着法

电着法是在玻璃基板上形成带图案的透明导电膜之后，利用电气泳动原理将着色材料的膜形成于图案化的膜上；首先在玻璃基板上溅射ITO层，然后涂布正性光阻；第二阶段进行曝光、显影、蚀刻、剥离工序；这样带图案的ITO膜就形成了；第三阶段，将分散在水里的高分子颜料以泳动电着的方式将颜料附着在ITO的透明膜电极上；第四阶段，进行BM光阻的涂布、背面曝光、显影最终形成完整的着色图案；这种工艺的好处是能够得到比较均匀的膜厚，图形制作比较精良；但缺点是必须先做一次ITO才能电着，这样降低了整体的透过率。

2.4 转印法

转印法首先将颜料分散树脂溶液涂布在薄膜上并进行干燥；先利用这种涂布方法形成带着色材料的转印膜；具体的以R像素形成为例说明实现步骤如下：第一步先制作带BM遮光层的基板；第二步将转印膜利用转印设备转印到带BM遮光层的玻璃基板上；第三步进行曝光；第四步进行显影来形成像素；最后反复的进行转印、曝光、显影制成形成RGB彩色层，在制作工序中，除了需要使用曝光设备、显像设备外，还需要贴膜机。

2.5 着色感材法

着色感材法是将颜料作为着色材料，将颜料分散在胶合树脂中形成着色树脂，是比较典型的颜料分散法；着色感材法具体有以下几个工艺步骤：第一步制作带有BM遮光层的图形基板第二步将颜料分散在透明感光性树脂中，形成着色感光材料，进行涂布第三步进行曝光、第四步进行显影、最后通过将R/G/B三色重复制作形成着色图案；该方法是目前大陆采用的主流工艺方案；其中主要工艺设备为涂布设备、曝光设备和显影设备。

2.6 蚀刻法

它与着色感材法有许多相似之处；第一步与感材法一样，首先制作带有BM遮光层的图形基板第二步与着色感材法存在差异，它分别将着色树脂层和正性光阻剂进行涂布第三步将烘干固化后涂有正性光阻的基板进行曝光第四步进行显影、蚀刻、第五步进行剥离，形成一个单色图案；最后进行RGB的反复操作形成着色图案；由于蚀刻法需要增加正性光阻涂布与显影剥离制程，工艺制程相比着色感材法要多。

表1 各工艺对比分析表

2.7 喷墨法

具体的工艺流程如下：第一步，BM工序仍采用颜料分散法涂布曝光和显影，形成带BM遮光层的基板；第二步，在Color工序采用喷墨法，采用喷墨的方式在带有BM图形的基板上一次完成RGB工艺；第三步进行固化处理；采用喷墨技术的最大优点是削减成本，成本可比过去的彩色滤光片降低20%，同时还可以提高显示性能。但是由于喷墨技术还存在些精度问题，运用该技术生产的彩色滤光片主要用于大屏幕电视机。

3.总结

通过前述信息，对各工艺对比分析如表1所示。

从材料上来看，染色法使用的是染料，其他都是颜料，从光学性能和平坦度来看，各个工艺都能达到比较好的水平。从解析度来看，除印刷法外，其他性能都比较接近，最后综合来说，颜料分散法因良好的产品性能和成熟的工艺制程，目前得到普遍采用，是整个市场的主流。随着技术的发展，性能要求的提升及成本的降低，喷墨法因为材料的利用效率高，不需要曝光掩模，R、G、B可同时形成、工艺过程短，而且适合于多品种生产，越来越引人关注。从目前来看喷墨法是目前最有前景的CF工艺制作方法。