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關(guān)于彩色濾光片(CF)你了解多少?

傳感器技術(shù) ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:工程師譚軍 ? 2018-07-05 11:24 ? 次閱讀

彩色濾光片(CF)概述

彩色濾光片(Color Filter)簡稱CF,是LCD實(shí)現(xiàn)彩色化的關(guān)鍵材料。

其原理是在玻璃基板上通過顏料分散等工藝涂布BM、R/G/B、以及O/C,從而使通過的白光過濾為紅、藍(lán)、綠三種基本色素點(diǎn)陣來實(shí)現(xiàn)彩色顯示。

CF顯色原理

紅、綠、藍(lán)叫做色光的三原色,利用這三種色光可以混合出不同的色彩來

因?yàn)槿N顏色每一種都有256個亮度水平級,所以三種色彩疊加就能形成1670萬種色彩了(俗稱真彩)

彩色有三種特性,明度(Value)、色調(diào)(Hue)、彩度(Chroma)

假想色度坐標(biāo)(X、Y、Z) ,歸一化坐標(biāo)(x、y、z) l X代表紅原色,Y代表綠原色,Z代表藍(lán)原色,這三個原色不是物理上的真實(shí)色,而是虛構(gòu)的假想色

彩色濾光片主要生產(chǎn)工藝

彩色濾光片是 LCD 面板實(shí)現(xiàn)彩色化顯示的關(guān)鍵原材料,約占彩色 LCD 面板材料成本的 25%左右。此外,彩色濾光片還可應(yīng)用于 OLED 等其他平板顯示產(chǎn)品。彩色濾光片是由紅、綠、藍(lán)三種顏色組成的濾色膜,有規(guī)律地制作在一塊玻璃基板上,利用濾光的原理,產(chǎn)生紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三種顏色,根據(jù)驅(qū)動 IC 控制電壓的不同,三種顏色依不同種類混合產(chǎn)生各式各樣的色彩。

注:LCD 用的 CF 的組件主要包括玻璃基板、黑色矩陣(Black Matrix,簡稱 BM)、彩色 層(Color Layer,包括 R(紅)、綠(G)、藍(lán)(B)三種顏色、保護(hù)層(Over Coat,簡稱 O/C) 及 ITO 導(dǎo)電膜。

彩色濾光片是 LCD 面板實(shí)現(xiàn)彩色化顯示的關(guān)鍵原材料,必須與 LCD 面板一對一同樣大小搭配使用,因此彩色濾光片的技術(shù)發(fā)展與 LCD 面板的技術(shù)發(fā)展息息相關(guān)。

彩色濾光片的初生產(chǎn)技術(shù)為染色法,后來又發(fā)展了電沉積法、印刷法、顏料分散法等生產(chǎn)技術(shù),其中采用顏料分散法制作的 CF 具有高精度及較佳的耐光性與耐熱性,已成為國際上制作彩色濾光片的主流方法。

彩色濾光片初應(yīng)用于 CSTN-LCD 面板,后來隨著 TFT-LCD 面板的發(fā)展,又拓展應(yīng)用于 TFT-LCD 面板。隨著 TFT-LCD 面板生產(chǎn)線世代的升級,玻璃基板尺寸越來越大,彩色濾光片生產(chǎn)線也隨之升級。隨著玻璃基板尺寸的增大,生產(chǎn)彩色濾光片的光刻膠涂布技術(shù)由原來的旋轉(zhuǎn)涂膠技術(shù)演變?yōu)椤靶浚瓮俊薄ⅰ肮瓮俊钡确绞?,從而在保證大面積涂膠的均勻性的同時,提高光刻膠的利用率,降低生產(chǎn)成本。

目前彩色 LCD 面板包括 CSTN-LCD 和 TFT-LCD 兩種類型,因此彩色濾光片相應(yīng)分為 CSTN-LCD 用 CF 和 TFT-LCD 用 CF 兩種類型,二者的生產(chǎn)工藝流程基本相同(因此行業(yè)習(xí)慣將二者統(tǒng)稱為彩色濾光片),只是在基板玻璃、ITO 膜電阻、套合精度等方面存在一定差異。

注:為了控制上下基板的間距,保證 TFT-LCD 的盒厚精度,TFT-LCD 用 CF 一般增加了 間隙粒子(Photo Spacer,簡稱 PS)的制作,一般采用柱狀,不會發(fā)生光散射。

日本是早制造 CF 的國家,目前也是全球 CF 的大供應(yīng)商,且生產(chǎn) CF 的許多關(guān)鍵技術(shù)、重要生產(chǎn)設(shè)備以及光刻膠等關(guān)鍵原材料仍主要掌握在少數(shù)日本廠商手中。隨著 2003 年以來全球彩屏手機(jī)的興起和迅速普及、液晶監(jiān)視器、筆記本電腦、液晶電視等產(chǎn)品銷量的快速增長,帶動 CSTN-LCD 和 TFT-LCD 彩色面板市場快速擴(kuò)張,生產(chǎn) LCD 面板的關(guān)鍵原材料 CF 的產(chǎn)量也隨之獲得大幅增長。韓國、***地區(qū)和中國內(nèi)地抓住 LCD 行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇,推動本地 CF 產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

彩色濾光片制作

彩色濾光片制作的核心工藝是彩色濾色膜的制備。從彩色濾光片的生產(chǎn)過程

來看,除同樣需先進(jìn)的玻璃拋光技術(shù)外,其后一道工序是在彩色濾色膜上用低

溫濺射技術(shù)鍍 ITO 電極。因此,某種意義上講,彩色濾光片產(chǎn)品是 ITO 導(dǎo)電玻璃

技術(shù)的延伸,或者說彩色濾光片進(jìn)一步增加了 ITO 導(dǎo)電玻璃的技術(shù)含量。

目前,彩色濾色膜較常用的制備方法主要有顏料分散法、染色法、印刷法和

電沉積法等四種,近年來在日本出現(xiàn)了噴墨印刷法。

彩色濾色膜的制備方法比較 :

由于采用顏料分散法所制造的 CF 具有高精度及較佳的耐光性與耐熱性,使其成為國際上制備彩色濾色膜的主流方法。

彩色濾光片的技術(shù)發(fā)展方向取決于下游 LCD 面板應(yīng)用需求。終端應(yīng)用產(chǎn)品不斷追求更輕、更薄、高畫質(zhì)顯示,與此相適應(yīng),LCD 面板逐步向高亮度、高對比度、高色彩飽和度、高分辨率方向發(fā)展。配合 LCD 面板的需求,CF 生產(chǎn)技術(shù)未來主要向以下方向發(fā)展:

①高亮度。高亮度需要在 CF 上制作間隙粒子(Photo Spacer)和配合開發(fā)高透過率的彩色光刻膠來實(shí)現(xiàn)。

②高對比度。高對比度需要配合開發(fā)高光學(xué)濃度(OD 值)的樹脂 BM 膠和制作更細(xì)線條的黑色矩陣(BM)來實(shí)現(xiàn)。

③高色彩飽和度。高色彩飽和度需要配合開發(fā)高色彩飽和度(NTSC)的彩色光刻膠。

④高分辨率。高分辨率需要制作更細(xì)線條的紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)三種子像素來實(shí)現(xiàn)。

⑤更輕、更薄。對彩色濾光片所使用的玻璃基板的厚度要求越來越薄,厚度要達(dá)到 0.5mm 以下。

CF 生產(chǎn)工藝流程

關(guān)于彩色濾光片(CF)你了解多少?

所需原材料主要有超薄浮法玻璃、靶材、光刻膠等,生產(chǎn)中消耗的能源主要為水和電。

主要核心技術(shù)

AlNd 鍍膜技術(shù)

AlNd 膜是生產(chǎn)反射型彩色濾光片的重要膜層,其品質(zhì)直接影響彩色濾光片的性能,主要是膜層外觀表面質(zhì)量和附著性能。本公司利用鍍膜技術(shù)優(yōu)勢,開發(fā)了多項(xiàng)專門技術(shù),如專用鍍膜工藝,解決了 AlNd 膜鍍制時變色問題;采用特殊工藝控制,解決了膜層微小針孔問題;鍍前處理工藝,解決了膜層附著問題。AlNd 鍍膜的成功,拓寬了本公司彩色濾光片產(chǎn)品的應(yīng)用范圍,滿足了客戶日益增加的品種要求。

多種光學(xué)膜技術(shù)

主要包括增透膜和增反膜。

Mo、Ni、Ti 等材料成膜技術(shù)

清洗技術(shù)

不同規(guī)格品種的彩色濾光片產(chǎn)品,其前期基板的清洗工藝直接影響其膜層質(zhì)量,甚至造成批次性報廢。本公司通過大量的試驗(yàn),現(xiàn)已掌握不同規(guī)格產(chǎn)品的清洗技術(shù),分別制訂了專門的清洗工藝,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

膜厚控制技術(shù)

在彩色濾光片中,各膜層的厚度直接影響產(chǎn)品的色度。而在彩色濾光片的生產(chǎn)中,各膜層是先后分別制作的,且各膜層的膜減率不同,因此各膜層的初始厚度控制非常重要。本公司根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)情況和多年經(jīng)驗(yàn),開發(fā)并總結(jié)了自身的成套工藝技術(shù),使膜厚誤差控制在 0.05 微米之內(nèi),保證了產(chǎn)品的色度。

段差控制技術(shù)

彩色濾光片主要是由紅綠藍(lán)三基色的膜層線條組成,其相互間的膜層厚度偏差會引起混色后顏色的偏差。本公司通過大量試驗(yàn),形成了自己的成套工藝技術(shù),使膜厚段差誤差控制在 0.05 微米之內(nèi),保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

線寬控制技術(shù)

彩色濾光片產(chǎn)品的線寬受多個工序的直接影響,不易控制和穩(wěn)定。

總間距控制技術(shù)

彩色濾光片生產(chǎn)中,產(chǎn)品的總間距在不斷地變化,且其精確測量也有一定難度。

圖形對位精度控制

圖形對位是彩色濾光片生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。微小的對位不良不易被檢查到,但對液晶顯示會產(chǎn)生潛在影響。

光刻技術(shù)

在彩色濾光片生產(chǎn)中,光刻工藝包括涂膠、預(yù)烘、曝光、顯影、后烘等一整套生產(chǎn)工序,彩色濾光片的整個生產(chǎn)過程中需要經(jīng)過 4-5 次光刻。

表面質(zhì)量控制技術(shù)

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原文標(biāo)題:什么是彩色濾光片(CF)?

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