彩色滤光片(Color Filter)

william1025

彩色滤光片简介：
LCD面板之所以能彩色化，主要来自于彩色滤光片 (Color Filter ; CF)，液晶面板透过驱动IC的电压改变，使液晶分子排排站立或呈扭转状，形成闸门来选择背光源光线穿透与否，因而产生画面，但这样仅有透光程度的差别，产生的颜色只有黑、白两种颜色，若要形成彩色的话，需要靠红绿蓝三种光源组合，因此含有红绿蓝三滤光层的彩色滤光片便成为LCD面板的重要关键零组件。
（一）彩色滤光片为面板关键零组件中成本最高：
平面显示器的彩色化，毫无疑问是必然的要求，因而彩色滤光片成为面板重要且必备的零组件。彩色滤光片是面板关键零组件中成本最高者，以15吋面板为例 (图一)，彩色滤光片约占所有材料成本的17％左右，高于背光模块（12％）与驱动IC (11％)的采购成本。












（图一）15吋面板成本结构  资料来源：ITRI
（二）彩色滤光片的结构：
LCD用的彩色滤光片的结构(图二)含玻璃基板、黑色矩阵、彩色层、保护膜及ITO导电膜，此光电组件是在透明玻璃基板上制作防反射的遮光层-黑色矩阵(Black matrix)，再依序制作具有透光性红、绿、蓝三原色的彩色滤光膜层，然后在滤光层上涂布一层平滑的保护层(Over Coat)，最后溅镀上透明的ITO导电膜。
ITO
保护膜
彩色层
BM
玻璃基板



【彩色滤光片图层说明】




（图二）彩色滤光片结构
1、玻璃基板
玻璃为彩色滤光片的载体，虽然不一定要使用与下层玻璃相同公司出产相同型号的产品，但为避免在后续制程中，对热膨胀不同而影响良率，一般LCD面板制造商均要求使用同的玻璃，TFT-LCD所使用的彩色滤光片必须使用无碱玻璃，单价较一般玻璃高出许多，占彩色滤光片的成本达一半以上。
2、黑色矩阵(Black Matrix)
主要是防止画素间的漏光，以及增加色彩的对比性，目前使用的材料可分为两种，分别为Œ金属薄膜：如氧化膜，树脂型：黑色光阻薄膜，以碳黑为主要材料，目前以金属膜最普遍，因为线路蚀刻容易，而且遮光效果好。
3、彩色滤光层
彩色滤光层主要以彩色光阻作为滤光膜层，主要有两大组成，分别为：(1)结合剂：选择具备高透明性及耐热性高的高分子型树脂，其能提供整体配方成膜特性的材料，目前以压克力树脂为主流；(2)着色剂：着色剂可采用染料或颜料，使透明分的高分子树脂具有颜色，一般需具备耐光、耐热性佳、色彩饱和度高与穿透性好等特点，目前以颜料为主流。


4、保护膜
主要的功能是保护彩色滤光层以及增加表面的平滑性，此外兼具黑色矩阵与透明电极层的绝缘材，以及隔离液晶与防止污染等作用，一般使用的材质有环氧树脂(Epoxy)系及压克力树脂(Acrylic)系等高分子材料。
5、ITO透明导电膜

彩色滤光片的ITO电极与液晶Pattern电极构成正负极以驱动液晶分子旋转，透明电极因具备导电性与透光性，因此品质上要求其低电阻值及透光率。其中STN CF及TFT CF之差异主要在于TFT CF不需要制作OC平坦化层，而且BM制作之材料使用上也略有不同，STN CF可镀树脂或Cr，TFT CF只能镀Cr。

（三）彩色滤光片产品介绍：

彩色滤光片（CF）以功能而言是使液晶显示器（LCD）呈现亮丽、鲜艳画面等附加价值之关键零组件，占LCD成本结构约20﹪。液晶显示器依驱动电路(Drive IC)方式，可分成被动式与主动式二种，被动式液晶显示器以STN型LCD为主流，主动式液晶显示器则以TFT型LCD为基础，因产品特性之不同，目前中小尺寸产品多采用STN型LCD，大尺寸产品则是TFT型LCD的天下。一般的液晶显示器所表现的是单色或黑白色彩，若要使其显现色彩则必须覆上一层彩色滤光片，虽然STN型LCD与TFT型LCD因驱动方式不同所以在制程、设备上也大相径庭，但是其应用之彩色滤光片则无此分别；生产STN型与TFT型LCD CF之制程大致相同，惟因STN型LCD CF对平坦性要求高。

（四）彩色滤光片产品类别：

中小尺寸彩色滤光片产品依采光原理可大分成穿透式与反射式二种，但随着最终产品功能上之表现及诉求，又新开发出成膜时调整穿透率及反射率的半透式基板、直接在反射膜上蚀刻出Pattern增加穿透率之半反射式基板，分别应用于穿透式LCD与反射式LCD上。
相较于穿透式LCD，反射式LCD是为达到低耗电目标的一种显示,所谓的「反射式技术」主要是利用反射板将面板外部之光线予以反射，因为省去采用背光（backlight）时的大量耗电，符合可携式IA产品低耗电的需求，因此更适用在彩色屏幕手机、PDA与掌上型迷你计算机﹑游戏机等产品上。
在制作方面，穿透式与反射式CF之差别主要在于反射板之使用与否。制作穿透式CF之材料只要使用镀过SiO2之玻璃基板，而反射式CF所使用之玻璃基板除了镀SiO2之外，还需视产品需求再镀上AL或AG或Cr等金属成为反射板之后才能制成反射式产品。

（五）制程分类：

目前中小尺寸彩色滤光片之制作方法至少有10种以上，但考量经济效益，制程稳定性及彩色滤光片之功能需求，如色饱和度、分辨率等，故可量产之技术约有下列四种：

1、染色法(Dyeing Method)
染色法系以染料为着色剂，染料因粒径极小且其种类众多，容易找到色纯度高及对比性佳之着色系统，为此，染色法成为最先被应用于制造彩色层之技术。虽然以染色法制作彩色滤光片可获得宽广的免相域(Gamut of Colours)而吸引TFT彩色液晶显示器之厂家，然而被发现所制得之彩色层有下面三项信赖度问题，包括抗化性差、抗热性不佳以及抗旋旋光性不够；使得染色法因其彩色滤光片有使用寿命(Life Time)变差之虑，而几乎已被以颜料为着色剂之分散法完全取代。
2、颜料分散法(Pigment Disper-sed Method)
由于颜料分散法所制得的彩色层其可靠度佳，且色相品质相当接近由染色法所制作之水准，再加上颜料分散法所具有之优点包括高画质化、薄型化等与符合未来产品发展趋势，使得颜料分散法之已成为制作技术主流，目前第三代以上尺寸之TFT CF全部采用颜料分散法，至于中小尺寸之CF亦有8成以上比例采用颜料分散法。颜料分散法之主要优点如下：
高画质化：~BM低反射化
~高色纯度化、高精度化、微细化
~高透过率化
~低消偏化
‚平坦性：ITO表面平坦性佳
ƒ信赖性：耐热性、耐旋旋光性、耐药品性优  
„玻璃基板薄板化：最小厚度可达0.4mm

3、印刷法(Printing Method)
与颜料分散法相较，印刷法较颜料分散法少了须用对位曝光机及精密显影设备之光阻微影制程，此明显地减低设备投资成本，仅须彩色涂料，转印版及自动印刷装置，所以印刷法被视为制作彩色层成本最低的技术。然而其方法本身受到解板度不佳、机械精准度不高、以及涂膜不均之限制，导致仅能适用于大画素(&sup3;70&micro;m)及小尺寸(<8吋)之彩色滤光片制作。

4、电着法(Electro Deposition Method)
电着法技术为利用机能性分散剂及颜料分散液与ITO成膜的导电线框方式进行电极、阳极导通，加入直流电压，让颜料粒子附着在ITO的线框内形成颜料膜，再经水洗、干燥、RGB各色的成膜等，依上述步骤反复操作，最后再将颜料膜硬化、定型即完成。电着法之优点在于设备投资少、设备面积小以及颜料材料使用量少，因此成本较低，但其操作人员要具备高熟练度与专业能力，才能控制在一定品质。此外，ITO的线框与商品颜色的设计亦容易影响到产品品质稳定性及效率、成本。


表一 彩色滤光片主要制造方式之比较（注1）
制造方法
项目染色法颜料分散法电着法印刷法
着色材
分光特性
密着性
色相
解相性(um)
膜厚(um)
平坦性
制作工程
（注2）
成本
精度
耐热性(℃)
耐旋旋光性(hr)
耐药品性染料
优
一般
良
10~20
1.0~2.5
良
RGB+BM4回+
染色3回
高
良
180
<100
一般颜料
优
良
一般
10~20
0.8~2.5
良
RGB+BM
3~4回

良
220~300
<1000
良颜料
良
良
一般
10~20
1.5~2.5
优
ITO+BM2回
+电着3回

良
250
<1000
良颜料
良
良
一般
70~100
1.5~3.5
良
BM1回+
印刷3回
低
一般
250
<1000
良


（注1）第一、二代中小尺寸制程才有四种制造方式，第三代以上制程则全部采用颜料分散法。
（注2）制程需求依产品而定。

（六）产品技术发展趋势：
综上所述，颜料分散法为最普遍被采用之制作方法。未来在下游应用产品走向&#140;薄型轻量、携带方便&#141;低消耗电力&#142;高精细度、高画质之要求下，产品技术势必朝向下列方向发展：
1、提高光利用率
2、较高分光透过率
3、高饱和度
4、均一性、平坦性

此外，在目前LCD Panel价格急速下降之时，对于占成本结构极重的彩色滤光片，如何在提升品质的同时又要降低生产成本，将是未来之主要课题，各类解决方案中包括了缩减制程、减少材料的消耗、良率提升、设备使用率提升、设备自动化等等。


参、【市场分析】
一、产业分析-中小尺寸STN-LCD产业发展状况：
一般中小尺寸面板应用领域为手机、PDA、数字相机、摄影机、车载显示器等。以这五项产值较大、销售量较易追踪的产品来看，手机为最大之应用领域，出货量占上述产品80%~85%，其次为数字相机用约占8%，其余三项均不超过5%。

回顾MIC2000年12月所作的分析资料：自2001~2005单色STN面板年产值将由23.15亿美元，缓步成长至2005年的24.19亿元，年平均成长率仅0.9%；反观彩色STN面板在手机及PDA等可携式通讯及IA产品的推波助澜下，年平均成长率高达58.9%。

表二　全球单色/彩色STN面板产值预估                                                单位:佰万美元                 
2003(f)2004(f)2005(f)
Mono STN2,2822,2982,419
成长率(%)6.8%0.7%5.3%
Color STN1,4361,7261,758
成长率(%)6.6%20.2%19%

资料来源:MIC

2003年上半年彩色手机需求逐渐提升，但手机厂订单仍由国际大厂把持，国内厂商出货量相当少。下半年开始因彩色手机需求急速成长，加上国际大厂并无较大之扩厂计画，以致于产能一时无法应付，使台湾厂商开始接获较多之订单。其中CSTN厂商出货量开始明显提升，成为这一波强劲需求中最主要的受惠者。

根据IT IS预估，2004年全球手机销售量将达5亿支，而彩色手机在各家手机大厂低价化的诱因下，出货比例将占全部手机之2/3强。Motorola也表示，今年出货新机种将有7成以上为彩色屏幕。

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【目　录】:彩色滤光片简介
一）彩色滤光片为面板关键零组件中成本最高 …………………………
（二）彩色滤光片的结构 ……………………………………………………
（三）彩色滤光片产品介绍 …………………………………………………
（四）彩色滤光片产品类别 ………………………………………
（五）制程分类  ………………
（六）产品技术发展趋

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怎么这么贵啊，购买过的交流下，值不值得[em13]