彩色滤光片制备方法概述

徐红梅，张 梅（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，430000）

彩色滤光片制备方法概述

徐红梅，张 梅
（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，430000）

彩色滤光片是液晶显示器中实现彩色显示的重要部件，其制备工艺直接影响决定了彩色滤光片的性能。本文介绍了彩色滤光片结构及原理，比较分析了各种彩色滤光层的制作方法的优势和劣势，提出喷墨法由于具有快速、精准、材料利用率高等一系列优点，其已经成为制备大尺寸彩色滤光片极有竞争力的一项技术，并简要阐述喷墨法国内外的发展现状及。

液晶显示；彩色滤光片；制备方法；喷墨

0　引言

液晶显示器以其出色的彩色画面质量、多元的尺寸、低成本等优势，广泛应用于诸如电视、手机、计算机、终端等显示领域，彩色滤光片（color Filter；CF）是液晶显示器中能呈现彩色影像的重要关键零部件，其性能对液晶显示器呈现的彩色影像的视角宽度、亮度、分辨率、色域等性能起到了决定性的作用；而彩色滤光片的性能主要由其颜色层的原材料和制备工艺影响决定，且在彩色滤光片的制备成本占LCD总制备成本20%以上的技术背景下，未来对彩色滤光片制备的研究将趋向于画面精细化、低成本、大尺寸等方向。

1　彩色滤光片概述

彩色滤光片由玻璃基板、黑色矩阵、颜色层、保护层及ITO导电膜等部分组成。其中，玻璃基板作为彩色滤光片的载体，为了使得玻璃基板与LCD显示面板完全紧密贴合，通常要求该基板与LCD显示面板使用大小和型号都相同的玻璃，以免在制造过程中因热膨胀不同而影响良品率；黑矩阵的主要作用是阻隔颜色层（红、绿、蓝），增加对比度，防止不同颜色层之间的浸染和不同颜色光之间的混杂；颜色层的每个像素由红、绿、蓝三个子像素构成，三个子像素的排布方式主要有条型、品字形、四像素和马赛克型等，通过红、绿、蓝三个子像素混合产生多样的色彩，继而来显示出彩色影像；保护层的主要功能是保护颜色层和增加表面的平整性，因为当颜色层和黑矩阵之间不平整时，液晶显示器在封装过程中会压坏颜色层/黑矩阵，继而导致成像品质下降，此外，保护层还可作为黑色矩阵与ITO导电膜的绝缘层；ITO导电膜作为液晶显示器的一个电极，与阵列基板的对应电极构成正负极以驱动液晶分子排列。

彩色滤光片传统制备方法主要有染色法、颜料分散法、电沉积法、印刷法、以及用于大尺寸面板的喷墨法，除此之外，现有技术中还存在电镀法、激光打印法等方法。以下简要阐述主要的制备方法及其优劣势。

（1）染色法是最先被提出、也是一种材料和工艺极为成熟的方法，其主要包含图案化光阻制备和染色工程这两部分工序。该方法的优点是颜色层图案精细、色透过率高，但是染料的耐热、耐光、耐化学性较差，同时在制备过程中需要重复许多复杂的生产步骤（如曝光光刻、染色、清洗、固化），且这些步骤的重复次数决定所染色的颜色数目，总体制备工艺较复杂、成本较高。

（2）鉴于上述染色法中的缺点，研究人员提出了一种颜料分散法，通常采用旋转涂布方式，具有可靠性高、性能稳定等优点，但是，在涂布过程中，由于离心力，会使得制备的颜料光阻分布不均匀，同时在显影时由于部分颜色光阻未被移除使得颜料层表面平整度不好，此外，颜料分散法同样需要经过多次光刻、显影，具有工艺复杂，成本较高的缺点。

（3）电沉积法是将电沉积法是将ITO电极图案的玻璃基板放入有电解液的电解槽中，在电泳作用下，树脂和颜料在相应的电极上析出，形成着色图案，加热处理后重复上述步骤得到R、G、B颜色层，该方法形成的滤光片膜厚均匀、平整度和稳定性较好，且制备简单、成本低廉，但是，由于方法是利用电极之间的吸引作用，因此形成颜色层只能是条形排列，很难形成品字型和马赛克型，即灵活性低。

（4）常用的转刷法是通过将带有图案形状的油墨（或光阻材料）转印到滚筒上，通过滚筒转印到有黑色矩阵的玻璃基板上，重复多次后得到R、G、B颜色层，该方法的优点是工艺简单、生产率高，但是其获得的颜色层精度、表面平整度较差，对提高彩色滤光片的性能有很大的不利。

（5）喷墨法，目前该方法不仅具有工艺简化、成本低廉、颜料利用率高等优点，尤其还在大尺寸彩色滤光片的制备中具有绝对的竞争力，该方法的具体步骤如下：通过在玻璃基板上形成由黑色矩阵组成的次像素开口区域，利用相应的喷墨装置将红、绿、蓝墨水精确的喷射在次像素开口区域内，固化后制备保护层以形成彩色滤光片产品。由于不同颜色的墨水在固化前是流动的，因此，该制备方法容易出现不同颜色之间、颜色层与黑矩阵层之间、颜色层与玻璃基板之间的浸染、混色问题，同时，要使得喷墨装置精确的进行喷墨，这也对喷墨装置本身提出更好的要求。

2　喷墨法国内外的发展现状

LCD技术虽起源于欧美，但将其发展成产业的却是日本，1973年日本夏普公司成功的开发出世界上最早使用液晶显示器的计算机，才证实了其商用价值，自此以后，日本厂商不断的从事彩色滤光片的技术改进，彩色滤光片的制备方法-喷墨法在日本得到了较快的发展，其以精工爱普生、富士胶片、佳能、凸版印刷、大日本油墨为主要代表，其中，精工爱普生更偏向于改进彩色滤光片的制备工艺——喷墨装置，例如：在喷墨装置设置的多个喷嘴，利用多个喷嘴重复喷出颜色层材料而形成给定膜厚的滤色单元，用于防止多个滤色单元之间产生膜厚的不均匀，使滤色层的透过特性在平面上均匀分布， 而富士胶片、凸版印刷致力于彩色滤光片的颜色层的原材料（主要是着色组合物）及其制备方法（喷墨法）的改进上；；随着LCD产业的迅速蓬勃发展，彩色滤光片与阵列基板要求相对较高的对准精度，定制、运输都难以保障彩色滤光片的性能，自制彩色滤光片成为了优先的选择，由此韩国以LG、三星电子等显示领域企业，中国台湾和大陆在液晶显示领域的迅猛崛起，彩色滤光片的研究呈现上升趋势，中国大陆涉及该研究的企业有：欧菲光电、京东方、华星光电、鸿富锦精密工业（富士康）等；台湾涉及该领域的企业有：友达光电、虹创科技、中华映管等。

3　展望与总结

LCD液晶显示器面板随着人们需求逐渐向高品质、广色域、轻薄化方向发展，作为影响显示器成像品质的核心零件，未来彩色滤光片的在国外的发展更倾向于对颜色层的色度、均匀度和平整性方面进行研究，随着知识产权保护力度的加强以及国家对该产业的鼓励支持，未来的中国企业将会加大对制备滤光片的原材料和制备方法上的创新力度。

［1］Ram W Sabnis. Color filter technology for liquid crystal displays［J］.Display， 1999，20：119-129.

［2］郭淑慈，LCDS用彩色滤光片，真空电子技术，1997，3：31-42.

［3］李宏彦，杨久霞，吕艳英，陈军，南永卓，吴桔生，TFT-LCD 用彩色滤光片.现代显示，2005，52： 41-44.

［4］AKAHIRA M，SATO H； SHIODA A，SHIOTA A，YAMAGUCHI H，YOKOI H，Colour filter manufacturing method and apparatus，color filter，display device，apparatus having display apparatus，and method of equalizing colored states of areas. US patent 6179400，2001.

［5］付金美，郭金梁，石琳.颜料分散法制备LCD 用彩色滤光膜.光电子技术，1996，17：15-18.

［6］KAMAKURA T，NOMURA T，OOTA T，OTA T，UZUKI T，TODA K， YASUKAWA J，A method of forming a first functional film on fine transparent electric conductive pattern and the spaces thereof. US patent 4812387，1989

［7］ASO SHINICHI，MINAMIDE YOSHIHIRO，INAMI TAKASHI，TAKEGAWA HIROZO，AKUTAGAWA RYUTARO，SHIMIZU TOKIHIKO，JP patent 2118602，1990.

［8］龚时钦，杨昭中，钟政儒，喷墨技术于电子产业的应用，工业材料杂志台湾，2004.

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（张梅）对文章贡献等同第一作者。