彩色滤光片原理

1、关于彩色滤光片原理第1页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色滤光片-基于加法混色的原理第2页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三两种间接混色法时间混色法-视觉暂留特性空间混色法 -人眼的分辨力有一定限度特性第3页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三R G B 三原色频谱第4页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三颜色的度量CIE1931色度图 第5页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三色度三角形说明了什么?第6页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三三角形的边，是由其对应两点

2、的基色组成的混色线：如红与绿组成的边，代表了红与绿组成的各种彩色，所以，由三基色混合的各种彩色，都在这个三角形的边上，其饱和度为100%；第7页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三三角形的重心是由红、绿、蓝等量组成，为白色（电视语言：白光）；第8页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三过三角形的顶点和对边中点的连线必经过三角形重心，那么蓝色和黄色、红色和青色、绿色和紫色，也可以组 成白色，这两种类型的色称为互补色。第9页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色的三要素亮度、色调、色饱和度色调和色饱和度合称：色度第10页，共60页，202

3、2年，5月20日，14点42分，星期三三要素说明:明度就是明亮的程度；色调是由波长决定的色别，如700nm光的色调是红色，579nm光的色调是黄色，510nm光的色调是绿色等等；饱和度就是纯度，没有混入白色的窄带单色，在视觉上就是高饱和度的颜色。光谱所有的光都是最纯的颜色光，加入白色越多，混合后的颜色就越不纯，看起来也就越不饱和。 第11页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色显示机理 彩色滤光膜的R、G、B三基色按一定图案排列，并与TFT基板上的TFT子象素一一对应（注意：一个象素由三个子象素组成）。 背光源发出的白光，经滤光膜后变成相应的R、G、B色光。通过TFT阵列

4、可以调节加在各个子象素上的电压值，从而改变各色光的透射强度。不同强度的RGB色光混合在一起，就实现了彩色显示。第12页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色滤光片结构示意图第13页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三 驱动电压的改变调整液晶翻转的角度,进而改变通过RGB子象素的光量,由加法混色的原理得到丰富的色彩表现.第14页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三LCD示意图第15页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三当我们用放大镜观察LCD的某一点第16页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三对

5、彩色滤光片的要求RGB三基色有高饱和度和高透明度,白平衡好.各颜色光谱尖锐,滤掉不需要的波长的光.高对比度.对于高色纯度和高清晰度的画面而言,必须要有高对比度.高对比度必定要求CF具有低反射率,因此对黑底提出了严格的要求.第17页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三对彩色滤光片的要求平整度好,起伏要求小于0.1m,空间精度好,对于200-300m的彩色像素(含RGB),精度10m,必须与TFT完全匹配.高热学稳定性,光学稳定性,化学稳定性.第18页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色滤光片制程(主要部分)黑色矩阵(Black Matrix)BM彩色层

6、(Color Layer)RGB导电膜溅镀(ITO Sputtering Process) ITO间隙粒子PS切割裂片(Cutting Process)第19页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色滤光片的制造程序BM制程RGB制程ITO制程PS制程最终检查最终清洗包装玻璃基板自检自检第20页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三BM (Black Matrix)功能：1）提高对比度，防止串色；2）防止光电流产生，保护TFT电极。材料：铬、镍、黑色树脂，以成本和环保的角度考虑，目前已广泛采用黑色树脂。第21页，共60页，2022年，5月20日，14点42

7、分，星期三BM制程：第22页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三说明Resin BM的优点 减少Cr镀膜成本 降低反射率 减少对环境的破坏 Resin BM的制程原理 Resin BM制程与一般负型光阻相同,分为塗佈,曝光,显影,后烤等步骤.制程主要规格特性为BM线宽,线精度,位置精度,膜厚,Total pitch与光学浓度（OD）值等等.第23页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三Color (RGB) Layer: 光微影制程为目前生产彩色滤光片之主流，其制造方法以着色材料分散在感光性树脂中， 此感光树脂为负型(Negative)， 在紫外线照射下经

8、过光反应(即交链反应)而硬化， 做反复的塗佈、曝光、显影、硬烤可形成R、G、B三色的彩色滤光片，最后再真空溅鍍ITO导电膜于彩色层上面。 彩色层制程包含塗佈、曝光、显影及硬烤等步驟， 第24页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三塗佈制程质量要求 膜厚均一性须达5%以內 Particle（粒子）及mura（膜厚变化,不均匀性）产生率小 材料使用率高 光阻穩定性高 第25页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三曝光、显影 一般树脂配方为感光型， 颜料光阻为负形光阻剂，在曝光时曝光区进行自由基聚合反应形成交链结构而硬化显影时不易溶于现影液中，非曝光区则易溶于碱性

9、溶液，经水洗、干燥后即可得所需图案(pattern)第26页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三硬烤 硬烤温度约200250， 目的：去除显影时造成swelling所残留的水份及显影液，增加附着力及平坦度。第27页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色层制程：第28页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三光阻 第29页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三RGB制程介绍 颜料分散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，所以称为颜料分散法。将染料进行分散则称为染料分散法。广义的颜料分散法包含印刷法与

10、电镀法，不过一般最具代表性成膜方法是利用光学微影之着色感光材料法与蚀刻法两种。另外预先将彩色光阻涂布在基材上，再将彩色膜转印到基板上，之后再利用光学微影方式來形成电极图案的转印方式也是近來备受瞩目的新制程。 第30页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三 彩色濾光片製造方法的分類 色料着色方法成膜方法制造名称染料染色光学微影单层法(染色法)多层法染料分散光学微影蚀刻法彩色感光材料法印刷其他喷墨(Ink Jet)法颜料颜料分散光学微影蚀刻法彩色感光材料法转印法印刷凹版印刷法平版印刷法网版印刷法电镀光学微影其他电子照相法激光燒成法第31页，共60页，2022年，5月20日，14点

11、42分，星期三CF颜料分散法制程图示第32页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三着色感光材料法 着色感光材料法是将颜料分散在微粒透明感光性树脂中，形成着色感光材料，進行涂布曝光显影，將R、G、B重复进行三次形成电极图案的方法。原理是采用光学微影(lithography)方式，所以设备也以涂布设备、曝光设备、显影设备为主。色相特性、颜料选择、微细化程度与感光材料分散方法等都是由涂布膜厚所決定。与同為光学微影式染色法相比，染色制程中的防染处理制程较为简化，但在曝光制程方面，由于着色感光材料的颜料会吸光，所以必须选用高感度的感光性树脂及曝光源。第33页，共60页，2022年，5月

12、20日，14点42分，星期三蚀刻(Etching)法 蚀刻法是利用蚀刻形成着色树脂层，着色树脂是将颜料分散在聚合树脂(Polyimide)中。先将着色树脂涂布在玻璃基板上，烘干固化后涂布光阻，进行曝光、显影。由于蚀刻法需增加光阻涂布与显影剥离等制製程，制程数较着色感光材料法多。第34页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三转印法 转印法是将颜料分散树脂溶液涂布在薄膜上并进行干燥。利用此种涂布方法将涂在薄膜上的著色材料利用转印设备转印到玻璃基板后进行曝光、显影來形成象素。反复进行转印、曝光、显影制程形成RGB彩色层与黑色矩阵。由与形成原理是採光学微影方式，设备基本上与着色感光材

13、料法相同。而且R、G、B各象素有遮蔽UV光功能，一般的黑色矩阵是利用背面曝光法來進行。 第35页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三What is ITO ? ITO = Indium Tin Oxide 90 wt. % In2O3-10 wt.% SnO2第36页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三ITO原理1968年荷兰PHILIPS公司的技术人员在偶然的试验中发现在铟化物表面上噴洒氯化锡液体，得到 3 10-4. 的低电阻系数的透明导电薄膜后，ITO 的研究就一直是各大公司的热点。ITO，铟锡氧化物，这个名词原本应该叫做Tin-doped Ind

14、ium Oxide，即掺杂锡之铟氧 化物。因专业习惯简称：Indium Tin Oxide（ITO），使之成为专业用语。第37页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三ITO Sputtering Process:1、功能：提供液晶上电场之透光金属膜此膜必须具备表面平滑性及元件可靠度与着色层之成型方法有关并利用压克力树脂与环氧树脂作为保护膜第38页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三ITO Sputtering Process:2、材料特性：采用电浆溅镀法ITO ： Indium Tin Oxide（铟锡氧化物）ITO膜厚度0.15m，表面电阻2030/第3

15、9页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三ITO Sputtering Process: 目前平面现示器几乎都是使用ITO膜，主要理由：具有低电阻(氧化锡导电能力强 )高透光率(氧化铟透过率高) 蚀刻容易适合大面积制作第40页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三溅镀示意图第41页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三电浆溅镀法透明片视为CF基板第42页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三ZnO:Al膜作为ITO代替材料ITO的原料In是稀有金属，近年需求量的激增，至2005年其市价已经超过1,000美元kg。ZnO系是

16、廉价又资源丰富的材料，也没有毒性，根据实验显示阻抗值和ITO相同，被认为是代替ITO的有力候补材料。ZnO的透明导电性很久前就广为所知，还进行了低抵抗化所需添加物的研究。添加了Al后的ZnO膜（ZAO膜）得到了190cm的低阻抗结果，显示了作为材料的可能性。考虑到成品的特性，目前无法采用减少In材料来达到降低成本，ZAO虽然阻抗率不及ITO，但穿透率却超过了ITO，同时也可以进行蚀刻，稍待时日就有可能代替ITO。第43页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三什么是Photo spacer？spacer主要是提供上下两层玻璃的支撑,它必须均匀的分布在玻璃基板上,不然一但分布不均

17、造成部分spacer聚集在一起,反而会阻碍光线通过,也无法维持上下两片玻璃的适当间隙(gap),会成电场分布不均的现象,进而影响液晶的灰阶表现. 第44页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三Photo spacer的作用较佳的cell gap均匀性 降低漏光,提高对比度 第45页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三Spacer示意图第46页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三Photo spacer制程原理 Photo spacer制程与一般负型光阻相同,分为塗佈,曝光,显影,后烤等步骤.主要规格：PS高度,上/下底面积,弹性回复率等

18、等SVA-FF采用转印法，原理同（P29）第47页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三保護Film着色感材層（m）酸素遮断層（1.5m)Cussion層 (10m)Basement Film(帯電防止処理) Coated Film Laminate富士的转印法第48页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三负型光阻材料的典型示意第49页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三上下游关系 第50页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三彩色滤光片的象素排列第51页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三LCD知识

19、介绍Panel的基本结构 （1）（2）（3）（7）（4）（5）（6）（9）（8）（10）第52页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三Spacer ball状与Spacer柱状 Spacer ball的分布是用来正确控制Cell间的Gap，需要具备很高的精确度。目前已开始 渐渐采用柱型取代Spacer ball。这个方法可 以消除间隙子产生的光散射，能有效改善对 比度等。第53页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三解释：（1）上偏光板【CF side Polarizer】（2）彩色滤光片【Color Filter】（3）配向膜【Alignment laye

20、r or PI （Polyamine）】（4）间隙子【Spacer】（5）液晶【LC（Liquid Crystal）】（6）Array 基板【TFT substrate】（7）下偏光板【TFT side Polarizer】（8）银胶 or 银点【Ag Paste】（9）框胶【Sealant】（10）封口胶【End-seal】第54页，共60页，2022年，5月20日，14点42分，星期三材料的功能（1）偏光板：最主要作为光栅，仅让单一方向的光可通过。（2）彩色滤光片与Array基板：一上一下以形成电场，让液晶在此电场下排列.（3）配向膜：配向膜具有方向性能让液晶在配向膜上规则排列.（4）框胶：就像房子的墙壁，用来阻绝液晶与外界接触.（5）间隙子：就像房子的柱子，用来支撑上下两片基板，以得到均 匀的Gap.（6）液晶：在不同电场下控制液晶的排列，用以得到不同穿透率的光量，藉此达到显示