显示技术进展 7Lecture7 彩色滤光片
基于喷墨工艺的液晶显示用彩色滤光片
一
原有办公 室 打 印市 场 中 的市场 份 额 不断 扩 大 ，而且
２ 液 晶显示器中的彩色滤光片
在其它领域 ，如织物品喷墨印花、照相仿真打印和
维普资讯
ＲＥＶｌ ＥＷ
基 于 喷 墨 工艺 的 液 晶 显 示 用 彩 色滤 光 片
郑少 瑜 ，孟庆华 ，黄德 音
（ 上海 交通大学 化学化工学 院 ，上海 ２ ０４ ０ ２０）
摘
要 ：介绍 了液 晶显示用 彩色 滤光 片 的发 展概 况 ，综述 了液 晶显示用 彩 色滤光 片 的结 构 、性能 与制作 工
背景光
图２ Ｅ ｌ Ｄ的彩色滤光片结构示意图
Ｆ ｇ２ Ｓｒ ｃ ｒ ｆ ｏｏ ｉ ｔ ｒｆｒｌ Ｄ ｉ ｔ ｔ ｅ ｏ ｌｒｆ ｅ ｏ Ｅ ｕ ｕ ｃ ｌ
彩色滤 光片 的 基 本 显 色 单 元 称 之 为像 素 （ ｉ ｐ－ ｘ ｅ） １ ，每一 个 像 素 包 括 红 、绿 、蓝 三 原 色 点 （ Ｇ ＲＢ
艺，并分析 了基于喷 墨工 艺的液晶显示用 彩色滤光片 的发展。
关键 词 ：喷墨；液 晶显示；彩色 滤光片
中图分类号 ｉＴ ３ ４ ２ ５ Ｑ １ ．４ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ９— ６４一（Ｏ７）２－ ０ ０—０ １０ ５ ２ ２Ｏ ０ ０ ３ ６
１ 前言
随着 Ｌ Ｄ技术 的发 展 ，对 于彩 色滤 光 片 的性 能要 求 Ｃ
彩色滤 光 片是 液 晶 显 示 器 （ ｉｕｄ Ｃｙｔｌ ｉ Ｌｑ ｉ ｒｓ ｓ ａＤ —
彩色滤光片原理(BU)
CF颜料分散法制程图示
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重复迚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。
（5）
（6 ）
（9） （8）
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。
解释：
（1）上偏光板【CF side Polarizer】 （2）彩色滤光片【Color Filter】 （3）配向膜【Alignment layer 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】
硬烤
硬烤温度约200~250℃， 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。
彩色层制程：
光阷
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。将染料迚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电镀法，不过 一般最具代表性成膜方法是利用光学微影乊着 色感光材料法与蚀刻法两种。另外预先将彩色 光阷涂布在基材上，再将彩色膜转印到基板上， 乊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。
液晶材料与技术(18)——LCD工艺技术讨论—彩膜
液晶材料与技术
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色再現性
色再现性是由彩色滤光片的光线透过光谱、背
光板的发光光谱以及液晶胞的光谱等因素所决 定的 要使色再现性变好，则
在液晶胞中需使液晶间隙及液晶的折射率异方 向性达到最适化的状态 在背光源方面，其彩色滤光片RGB三原色透过 率的波峰波长值应接近于三种波长类型之发光 波峰值
液晶材料与技术
R
G
B
R
G
B
B
R
G
B
R
G
G
B
R
G
B
R
R
G
B
R
G
B
B
R
G
B
R
G
G
B
R
G
B
R
8
三角形排列：横向也是
按R、G、B顺序周期排 列，但行之间错开半个 基色单元位置，如同砌 砖墙。这种排列结构复 杂，但显示颜色逼真， 分辨率也高，所以彩色 质量高，
R
B
G
R
B
G
G
R
B
G
R
R
B
G
R
B
G
G
R
B
G
R
液晶材料与技术
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5、柱状PS（photo spacer）
作用：保持盒厚均一性 材料：UV硬化型的丙烯树脂。 为了不影响正常显示区域的液晶转动，一般把PS做在
CF基板B色层一侧的黑色矩阵上。 为了不影响液晶显示屏的光学特性，要保证所用UV硬 化型丙烯树脂的折射率接近于液晶的折射率。 PS的膨胀系数也要和液晶相近
1、遮蔽像素区域（开口部分）之外的背光源
的漏光； 2、防止相邻RGB亚像素混色，提高显示对比 度； 3、防止光线照射TFT器件的a-Si层而增加漏电 流； 4、防止背景光的写入（造成对比度低下）， 可明显提高对比度等。
彩色滤光片原理
彩色滤光片原理彩色滤光片是一种可以选择性透过特定颜色光线的光学元件，它在摄影、显示技术、光学仪器等领域有着广泛的应用。
彩色滤光片的原理基于光的吸收和透射特性，通过特定的材料和结构设计，实现对不同波长光线的选择性透过，从而达到滤色和增强图像效果的目的。
首先，彩色滤光片的工作原理与光的吸收特性有关。
不同颜色的物体表面会吸收特定波长的光线，而反射或透过其他波长的光线。
彩色滤光片利用这一特性，通过选用特定的染料或色素材料，使得滤光片对特定波长的光线具有较强的吸收能力，从而实现对其他波长光线的选择性透过。
其次，彩色滤光片的工作原理还与光的透射特性有关。
当光线穿过彩色滤光片时，被滤光片吸收的波长的光线会被减弱或阻止透过，而未被吸收的波长的光线则可以透过滤光片。
这种透射特性使得彩色滤光片可以实现对特定颜色光线的选择性透过，从而达到滤色的效果。
彩色滤光片的原理还涉及到材料的选择和结构设计。
不同的材料和结构可以实现对不同波长光线的选择性透过，从而实现不同的滤色效果。
常见的彩色滤光片包括红色、绿色、蓝色和黄色等，它们分别对应着不同的波长范围，通过合理选择材料和设计结构，可以实现对特定颜色光线的滤色效果。
总的来说，彩色滤光片的原理基于光的吸收和透射特性，通过选择特定的材料和结构设计，实现对不同波长光线的选择性透过，从而达到滤色和增强图像效果的目的。
在实际应用中，彩色滤光片在摄影中可以增强色彩饱和度和对比度，提高图像质量；在显示技术中可以实现对特定颜色光线的控制，提高显示效果；在光学仪器中可以实现对特定波长光线的选择性透过，满足不同的应用需求。
彩色滤光片的原理虽然简单，但在实际应用中有着广泛的应用价值，为各种光学设备和图像处理技术提供了重要的支持和保障。
随着科学技术的不断发展，彩色滤光片的原理和应用也将得到进一步的拓展和深化，为人们带来更加丰富多彩的视觉体验。
液晶材料与技术之彩色滤光片及其关键技术
防止静电积 累
液晶材料与技术
膜厚
0.3～0.7 mm
1.35 μm 1.75 μm 1.00 μm 0.14 μm 3～4 μm 0.03 μm
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二、彩色滤光片的特性要求:
1. 分光特性 2. 对比 3. 均一性 4. 平坦度 5. 无缺陷 6. 尺寸精确度
化型丙烯树脂的折射率接近于液晶的折射率。 PS的膨胀系数也要和液晶相近
液晶材料与技术
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彩色滤光片基本原理 彩色滤光片基板构造
彩色滤光片制程
彩色滤光片技术改进及发展趋势
液晶材料与技术
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彩色濾光片工程
Color filter process
黑色工程
Black process
（3）平整度好。对于TFT-LCD用的CF，平整性精度 为小于0.1µm，同时要求空间精度好，因为每一个彩 色单元必须与下基板上的一个带TFT的液晶单元对准 。
液晶材料与技术
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（4）高的热学、光学和化学稳定性。
CF是先制作在上基板内表面，在上下基板形成液晶盒 工艺中要加高温（约250℃），CF必须能经受此高温 而不变形和色度保持恒定；
原因:a.由多层材料組成
b.多层材料是由压合的方式， 结合起來的,會经
过一些高温处理
（2）平坦性佳
原因:要在玻璃基板上形成ITO膜
液晶材料与技术
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2、黑矩阵的作用：
1、遮蔽像素区域（开口部分）之外的背光源 的漏光；
2、防止相邻RGB亚像素混色，提高显示对比 度；
3、防止光线照射TFT器件的a-Si层而增加漏电 流；
液晶材料与技术之彩色滤光片及其关键技术
液晶材料与技术之彩色滤光片及其关键技术引言随着科技的发展，液晶技术已经成为当今显示器市场的主流技术之一。
彩色滤光片作为液晶显示器中的重要组成部分，对于显示画面的色彩表现有着重要的影响。
本文将介绍液晶材料与技术中的彩色滤光片及其关键技术，深入探讨其原理和应用。
彩色滤光片的概述彩色滤光片是一种通过选择适当的波长范围来过滤光线的滤光器。
在液晶显示器中，彩色滤光片用于调节屏幕的色彩表现，使得显示器能够展现出丰富多样的颜色。
一般来说，彩色滤光片主要有RGB三原色滤光片和CMYK四原色滤光片两种类型。
RGB三原色滤光片RGB三原色滤光片是指用红、绿和蓝三种原色滤光片组合而成。
通过控制每个原色滤光片的透光性，可以实现屏幕上的各种颜色。
彩色滤光片采用这种报纸印刷的原理，通过叠加不同颜色的光线来产生更多的颜色。
CMYK四原色滤光片CMYK四原色滤光片使用了青、品红、黄和黑四种颜色的滤光片。
与RGB三原色滤光片不同，CMYK四原色滤光片使用的颜色是通过吸收光线来显示出来的。
这种滤光片将白光分解为青、品红和黄色的光线，并使用黑色来调节亮度。
彩色滤光片的原理彩色滤光片的原理是基于光的吸收和透射的原理。
不同颜色的滤光片会选择性地吸收特定波长的光线，只有通过滤光片透过的光线才会在显示器屏幕上显示出来。
通过控制滤光片的颜色和透光性，可以实现不同的颜色效果。
液晶材料在彩色滤光片中起着关键作用。
液晶材料是一种特殊的化合物，具有自发极化和可应用电场的特性。
彩色滤光片中使用的液晶材料被称为色散性液晶材料。
色散性液晶材料的色散性指的是它们对光的折射率随波长的变化。
彩色滤光片的关键技术彩色滤光片作为液晶显示器的重要组成部分，它的性能和制造工艺对显示效果至关重要。
以下是彩色滤光片的一些关键技术：高透明度和低损耗在液晶显示器中，彩色滤光片要尽可能地透明，以确保光线可以更好地通过滤光片达到屏幕上显示出来。
同时，滤光片的透光性还要保持相对较高的损耗，从而不影响整体亮度和清晰度。
彩色滤光膜在显示中的应用及其制作对曝光性能的需求研究
• 34•彩色滤光膜在液晶显示（LCD ）和有机发光显示（OLED ）结构中都起到非常重要的作用。
显示技术不同，彩色滤光膜的功能也不同。
彩色滤光膜的制作基本采用曝光技术，随着显示技术的演进，使得彩色滤光膜的制作对曝光性能需求不断变化，业界采用接近式和投影式曝光两种设备结合的工艺制程，来满足不同分辨率和套刻精度的滤光膜制作。
彩色滤光膜在显示技术中应用广泛，在LCD 结构中它是主要的组成部分，随着显示技术的发展，本以为OLED 自发光可以取代彩色滤光膜，但大尺寸显示屏的制作由于受蒸镀设备无法大型化以及材料成本高的限制，业界采用白光OLED(WOLED ：White OLED)和量子点OLED （QD OLED ：Quantum Dot OLED ）结合彩色滤光膜的方法来实现更加完美的显示。
近期柔性折叠屏（Foldable OLED Dis-play ）被认为是有形显示最重要的演变方向，为了满足更薄更透明的显示需要，全球都在开发使用彩色滤光膜替代圆偏光片的功能。
彩色滤光膜的制作基本采用曝光技术，因至今喷墨打印技术仍不能实现量产，且分辨率不高。
随着显示技术的发展，使得彩色滤光膜的制作对曝光性能需求不断变化，业界采用接近式和投影式曝光两种设备结合的工艺制程，来满足不同分辨率和套刻精度的滤光膜制作。
1 彩色滤光膜在显示技术中的应用1.1 TFT-LCD显示中彩色滤光膜的结构与功能从薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD ）的切面结构，如图1所示，可以看到液晶显示是由二层玻璃基板夹住液晶组成的，上层的玻璃基板是彩色滤光膜（CF ：Color Filter ），而下层的玻璃上制作有电晶体管。
LCD 实际上是通过自身的RGB 彩色滤光膜对背光源发出的光进行合成来实现彩色显示的。
图1 TFT-LCD结构示意图该彩色滤光膜利用曝光光刻制作，其RGB 三基色按一定图案排列，并与晶体管阵列基板上的TFT （Thin Film Transistor ）子像素对应。
彩色滤光膜——精选推荐
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在液晶胞中需使液晶间隙及液晶的折射率异方 向性达到最适合的状态 在背光源方面，其彩色滤光片RGB三原色透过 率的波峰波长值应接近于三种波长类型之发光 波峰值
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显示技术进展
彩色滤光膜概述
美国是世界上发展LCD最早的国家，由于没有重视彩色 LCD的发展，被日本占了先机。 彩色滤光膜（CF）的成本占整个彩色LCD器件成本为： TFT-LCD模块销售价格中占1/8～1/10； 在普通矩阵驱动LCD模块销售价格中约占1/3； 所以，CF在彩色LCD模块中起到举足轻重的作用，他的生 产成本直接影响到LCD产品的售价和竞争力。
参考数据 .tw/chi/services/ieknews/c1120-B10-00837-6B9E-0.doc
彩色滤光膜基本构造
彩色滤光片结构各部份的材料因TN、STN和TFT 方式的不同而有所变化，主要的构成有： 遮蔽光用的遮光层 彩色表示用的RGB着色图案 保护着色层的透明保护膜 驱动液晶的透明电极膜等四大部份
附录:
基本结构
彩色滤光片基本结构是由玻璃基板（Glass Substrate），黑色矩阵（Black Matrix），彩色层（Color Layer），保护层（Over Coat），ITO导电膜组成。
一般穿透式TFT用彩色光片结构如下图。
黑矩阵沉积在三基色图案之间的不透光部分，起防止混色作用。含有RGB三 基色的滤色层用染料或颜料制成，滤色层制成后再沉积上一层保护层，起平
表示色彩鲜明程度的彩度(Chroma)等
对比可分为
同时性对比
继时性对比
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显示技术进展
彩色显示基本原理(1)
彩色显示基本原理有 加入色素分子形成以主客方式显示之单色表示法 利用混色原理全彩化的多色彩表示法 色彩混色原理可分为
减法混色模式(Subtractive Mixture of Color Stimuli)
资料来源：顾鸿寿编着，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用” 14
显示技术进展
资料来源：顾鸿寿编着，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用” 15
显示技术进展
資料来源：顾鸿寿编著，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用” 16
显示技术进展
彩色显示基本原理(3)
彩色LCD与CRT皆是采用加法混色法 液晶显示基本上是黑白表示，要彩色化显示是在液晶胞上 分別置放红、绿、蓝三原色的彩色滤光片 TFT主动矩阵驱动型显示器中，相互并列电极依序置入所 需三原色的彩色滤光片 因有杂色相混的问题，不同颜色的着色层间加设一道黑色 的遮光层，其制作品质良率影响最后显示影像的画质分辨 率及色彩鲜明度
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显示技术进展
資料来源：顾鸿寿编著，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用” 19
显示技术进展
彩色显示基本原理(5)
例：在10寸型个人电脑中 其像素大小为100μm*300μm 在30~50公分的距离內可看得到完全混色状态 微彩色滤光方式使用红、绿、蓝三原色的像素排列状态
在像素排列的方式上有
7
显示技术进展
5-7
資料来源：顾鸿寿编著，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用”
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显示技术进展
資料来源：顾鸿寿编著，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用”
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显示技术进展
色彩基本概念(5)
色的三属性(3 Attributes of Color)分別为 表示色泽特性的色相(Hue) 表示明亮程度的明度(Lightness)
蓝色光(~470nm) ，称为蓝锥体细胞
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显示技术进展
色彩基本概念(4)
红色光及绿色光相混合，人的视神经细胞中， 红锥体细胞及绿锥体细胞同时感测到其混成的 波长值，反应出(感测出)或响应出波长为580nm 黄色光 將白色光中的红色光加以吸收，则人的视神经 细胞中，仅有绿锥体细胞及蓝锥体细胞可感测 出蓝绿色，因此蓝绿色称为红色的补色效应,红 黄色是蓝色的补色，紫红色是绿色的补色。
彩色显示基本原理(2)
减法混合色为色料三原色 三原色：黄色(Yellow, Y)、紫红色(Magenta, M)、 绿蓝色(Cyan, C)
应用领域为绘图工具、彩色照相底片 、宾主型的 LCD、涂料等
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显示技术进展
资料来源：顾鸿寿编着，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用” 13
显示技术进展
来自于日本知名的彩色滤光片的制造厂商，与台湾策略联盟 的: 世界巅峰/彩辉科技(日本东洋纸业技术合作)、剑度科技/虹达 科技(日本STI技术合作)、和鑫光电/南鑫光电(日本IBM以及日 本DNP技术合作)、展茂科技(与日本Toppan技术合作)、凸版 国际彩光(日本凸版印刷)。
彩色滤光片（Colorfilter）为液晶平面显示器（Liquid CrystalDisplay）彩色化关键零组件。液晶平面显示器为非主动 发光之组件，其色彩显示必需透过内部的背光模块（穿透型 LCD）或外部的环境入射光（反射型或半穿透型LCD）提供光 源，再搭配驱动IC（DriveIC）与液晶（Liquid Crystal）控制形 成灰阶显示（GrayScale），而后透过彩色滤光片的R,G,B彩色 层提供色相（Chromacity)，形成彩色显示画面。
中间混色模式(Intermediate Subtractive Mixture of Color Stimuli) 加法混色模式(Additive Mixture of Color Stimuli)
混色模式又可分为
• 并置式混色法 • 旋转式混色法(又名为继时式混色法)
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显示技术进展
整滤色片和在后续工艺中对滤色层的保护作用。最后在低温下沉积ITO膜
（200℃）
ITO 彩色层 玻璃基板 黑色矩阵 保护层
参考数据 .tw/chi/services/ieknews/c1120-B10-00837-6B9E-0.doc
显示技术进展
对彩色滤光膜的要求
4
显示技术进展
色彩基本概念(2)
色可分为 光源色 物体色
• 表面色
• 透过色
人类视觉现象三大要素为
人类肉眼的视觉
肉眼所能见到的物体 照射于物体上的光源等
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显示技术进展
色彩基本概念(3)
视觉神经细胞 可以感测出其色彩的种类 波长640nm左右的红色光，其相对应视神经细 胞会有强烈的响应反射，称为红锥体细胞 绿色光(~515nm)，称为绿锥体细胞
光(Light) 当白色的可见光进入人的视觉系统时，产生明 亮度及其不同色彩的变化
可见光的波长分布范围为380~780nm
• 蓝色光450~380nm • 绿色光(570~500) • 黄色光 (590~570nm) • 红色光(780~610nm)等
3
显示技术进展
資料来源：顾鸿寿编著，“光电液晶平面显示器—技术基础及应用”
显示技术进展
Progress in Display Technology
主讲：刘 琳
西安邮电学院光电信息工程教研室
Email：liulin@ 西安邮电学院
光电信息工程教研室
2009～2010学年第一学期
彩色滤光片
西安邮电学院 光电信息工程教研室
显示技术进展
色彩基本概念(1)
影图案法而有染色基质涂布、微影曝光、显影、染色槽和防染
槽等装置设备。
附录: 颜料分散法 彩色滤光片生产历史中曾出现印刷法、染色法、染料分散法、 电着法、干膜法等等，但目前最主流的量产方式為颜料分散法 （Pigment Dispersed Method），其中颜料分散型彩色光阻
（Pigment Dispersed Color Resist，PDCR）为形成彩色层之
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彩色滤光膜新像素构造
显示技术进展
彩色滤色膜在TFT-LCD中的位置
典型的彩色LCD透射式模块是在传统的LCD上加彩色膜和 背光源。整个彩色液晶盒由以下各部分组成：
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彩色滤光片的材料与特性
目前彩色滤光片的主流制造方法是颜料分散法， 而 所使用的材料则是以颜料性化合物为主，其分 子式 结构如图所示，颜料的构造有Azo系、酞青 素 (Phthalocyanine) 系和各种混合多环系，从不同 的特性、产品的功能和制程等考量而使用不同的 混合物
原材料。
彩色滤光片之制造流程 颜料分散法之彩色层形成类似半导体的黄光微影制程，首先将颜料分散型彩 色光阻涂布于已形成黑色矩阵的玻璃基板上，經软烤（Pre-bake），曝光对 准（Aligned），显影（Developed），光阻剥离（Stripping），硬烤（Postbake）重复此流程三次形成R,G,B之三色图形 （Pattern）。 颜料分散法之彩色滤光片之制造流程如下。
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*在日本具有生产彩色滤光片的制造厂商:
日本凸版印刷、大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ本印刷(DNP)、Toray、光村印刷、STI
Engineering、Micron Engineering、日本IBM、Canon、HOYA 以及一些日本液晶显示器制造厂商的内部自制(In-House)。
*目前台湾具有生产彩色滤光片的制造厂商，其技术大部份是
玻璃基板
R R
、 、 三 色 塗 佈
G G
研磨,前處理 Polishing, Pre-cleanind Black Matrix 形成
B B
洗淨 Cleaning
光阻剝離 Photoresist Removing 洗淨 Cleaning
参考数据 .tw/chi/services/ieknews/c1120-B10-00837-6B9E-0.doc
*彩色滤光片的制造方法依着色层的材料和制造流程，而有不同 的分类方式，如下页表所示，在着色层加工方面，则依使用着 色材质不同，而区分为染料法和颜料法两大类，若依制造方法 则有染色法、颜料分散法、印刷法、电着法。