CN101290364B - 一种彩色滤光片的制作方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了彩色滤光片的制作方法及装置。制作方法为：分别获取载有颜色层的四种热转印薄膜；将一种热转印薄膜贴合在彩色滤光片的基片表面，根据画素的排列位置，采用矩形激光束瞬间照射热转印薄膜的对应位置，使得热转印薄膜的颜色层转移到基片表面，调整照射位置并重复上述过程，实现同一颜色的所有画素单元的转移；更换热转印薄膜，重复上述步骤，使四种颜色均实现转移，获得所需的彩色滤光片。本发明整个过程中基片相对位置不发生变化，解决了传统方式需要高精度对位的问题，并可通过激光光点尺寸来控制画素图案的大小；同时该方法适用于柔性彩色滤光片的制作。

Description

一种彩色滤光片的制作方法与装置

技术领域

本发明涉及一种液晶平面显示器的部件的制作方法，尤其涉及一种用于彩色液晶平面显示器的彩色滤光片的制作方法，以及应用这种方法的制作装置。

背景技术

彩色滤光片(Color filter)为液晶平面显示器(Liquid Crystal Display)彩色化的关键零组件。液晶平面显示器为非主动发光组件，其色彩的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，搭配驱动集成电路(Drive IC)与液晶(Liquid Crystal)控制形成灰阶显示(Gray Scale)，再透过彩色滤光片的红(R)、绿(G)、蓝(B)彩色层提供色相(Chromacity)，形成彩色显示画面。

彩色滤光片通常由基板(常为玻璃基板)、黑色矩阵、彩色层(红、绿、蓝三色阵列)和表面保护层构成。

目前，彩色滤光片的制作方法至少有10种以上，但考虑到经济效益、工艺稳定性以及彩色滤光片的功能需求，如色饱和度、分辨率等，可量产的技术约有五种：染色法、颜料分散法、印刷法、电镀法和喷墨法。

染色法以染料为着色剂，容易找到色纯度高及对比性佳之着色系统，但抗氧化性差、抗热性不佳以及抗旋光性不够，且制作方法复杂，几乎已被颜料分散法取代。

颜料分散法即用光刻法使颜料着色的聚合物形成图案的方法。它的制作工艺是，在玻璃、石英或塑料材料的透光基板上，将黑色矩阵、红、绿、以及蓝色图案重复使用光微影成像工艺来制作，每一层图案都经过清洗、涂布、干燥、曝光、显影与烘烤的步骤。颜料分散法以其高可靠度与精细图案制作能力而成为主流。但是它需要使用昂贵的涂布与对位曝光设备，对位不准易造成不同颜色画素间有重叠或遮蔽不完全，导致影像失真。此外，在三色光阻涂布中，光阻厚度存在差异，形成的三色画素表面不齐，影响影像品质。尤其当追求生产效益使基板面积急速放大时，其投资成本会进一步加重生产者的负担。

与颜料分散法相比，印刷法少了需使用对位曝光机及精密显影设备的光阻微影成像工艺，明显地降低了设备投资成本，仅需彩色涂料，转印版及自动印刷设备。然而受到解板度不佳、机械精准度不高、以及涂膜不均的限制，印刷法仅能使用于大画素(70um以上)及小尺寸(8寸以下)的彩色滤光片制作。

电镀技术是将离子型树脂与颜料的水溶液通过电泳方式电镀沉积在基板上，获得的滤光片的表面平坦性好，但受限于电极，无法自由配置像素。

喷墨法是使用一个装有黑色和红(R)、绿(G)、蓝(B)四色墨盒的喷墨打印装置，将墨水喷射在一个黑色矩阵内，墨水滴被脱水后在基板上形成着色的RGB颜色层图案。使用喷墨方法能够一次性形成RGB颜色层，制作过程简化，成本降低。然而如今所使用的喷墨方法，设备速度慢且体积过于庞大，且可喷印的幅面较小，不适合彩色滤光片大型化的要求。

以上几种主要彩色滤光片的制作方法，均无法兼顾工艺简便、高精度、低成本的要求，各彩色滤光片生产厂商正致力于在现有方法上进行改进，以获得一种简易、低成本且高性能的彩色滤光片制作方法。

发明内容

本发明主要目的是提供一种彩色滤光片的制作方法，以简便的工艺、较低的成本制作出较高性能的彩色滤光片。

本发明的另一个目的是，提供一种彩色滤光片的制作装置。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种彩色滤光片的制作方法，包括下列步骤：

(1)分别获取载有黑色、红色、绿色和蓝色的颜色层的四种热转印薄膜；

(2)将其中一种热转印薄膜贴合在彩色滤光片的基片表面，根据画素的排列位置，采用矩形激光束瞬间照射热转印薄膜的对应位置，在光束照射的范围内使得热转印薄膜的颜色层转移到基片表面，调整照射位置并重复上述过程，实现同一颜色的所有画素单元的转移；

(3)更换另一种颜色的热转印薄膜，重复步骤(2)，直至四种颜色均按画素的排列方式和位置实现转移，即获得所需的彩色滤光片。

在实际操作中，上文的技术方案可以具体化为：第一步将载有黑色信息的薄膜紧密贴合在基片表面，将激光光点通过整形或聚焦方式调节到黑矩阵像素所需的大小，且将激光能量调节到能使黑色颜色层脱膜熔化状态(以下称为：激光熔覆转移)，根据设定的黑矩阵分布，进行激光扫描，使得黑色颜色层转移到相应的区域，获得预设图案的黑矩阵像素，扫描完成后，激光扫描设备回到初始位置。第二步将黑色薄膜移去，将载有红色颜色层的薄膜紧密贴合到已有黑矩阵的基片表面，将激光光点调节到红色(R)画素所需的大小，且将激光能量调节到适合状态，根据预设的红色画素图案的分布，进行激光扫描，使得R画素转移到相应的区域。第三步和第四步采用与第二步相同方式，将绿色(G)、蓝色(B)画素分别转移到基材表面。上述步骤中第二、三、四部的次序可互换。以上方式完成了彩色滤光片黑矩阵及R、G、B三色画素的制作。

进一步的技术方案，所述步骤(2)中，采用光束分束元件将矩形激光束分束成矩形激光束阵列，同时对应画素排列的多个画素单元位置，每个位置的瞬间温度高于热转印薄膜的离型层融熔温度。由此可以进一步提高制作的速度。

上述技术方案中，所述激光束光点为10um～300um内大小可调的矩形形状，光斑内的光强均匀性一致。

所述热转印薄膜为多层结构，包括基材层、离型层、颜色层和粘接层。

通常，热转印薄膜的基材层可以是透明PET薄膜，基材厚度10um～100um；离型层熔点较低，在激光脉冲瞬间照射下可与基层PET薄膜分离；颜色层是黑色、红色、绿色、蓝色中的一种，黑色层为黑色树脂材料，R、G、B颜色层分别含有R、G、B染料的树脂，染料颜色层根据满足彩色滤光片的OD(光学密度)值及色度选择相应油墨，树脂和颜料可耐200度的温度，厚度应满足彩色滤光片颜色层的厚度要求；粘接层可根据基片材质选择附着力强的材料(胶粘剂)。

所述彩色滤光片的基片可以采用钠钙玻璃，镀SiO₂膜或柔性聚脂薄膜材料。

实现上述方法的一种彩色滤光片的制作装置，包括光源、光束整形器、缩微光路、工作台和控制系统，光源发出的激光束经光束整形器和缩微光路后照射在工作台上，激光束和工作台间可相对运动，所述光源由半导体泵浦固体脉冲激光器、准直镜组和接受TTL信号控制的电源组成；所述光束整形器将高斯型能量分布光束整形为矩形均匀能量分布光束。

进一步的技术方案，设有光束分光元件，所述光束分光元件位于光束整形器与缩微光路之间，或者位于缩微光路与工作台之间。以提高颜色画素的激光转移效率。

所述光束分光元件输出的激光束呈一维阵列分布。

或者所述光束分光元件输出的激光束呈二维阵列分布。

上述技术方案中，照射到工作台上的激光束光点为10um～300um之间可调的矩形形状，光斑内的光强均匀性一致。

所述的激光束的波长为355nm、532nm或1024nm。

所述工作台包括平面式工作台或者卷筒式工作台。

本发明与现有的颜料分散法技术相比，具有以下优点：

1.在整个图案转移过程中，基片始终固定在转移设备的平台上，仅更换各颜色薄膜，通过光束移动或平台移动，在预设区域形成各色画素，不存在颜料分散法那样的对位工序。各色画素的位置精度由刻蚀设备的精度决定，可采用光栅尺定位，定位精度可保证1um。

2.直接采用激光熔覆转移方式分别将各颜色层转移到基片表面，不需要显影、清洗、烘烤等复杂工艺，与现有颜料分散法相比，制程简便，没有环境污染影响。

3.采用激光整形矩形光点可获得10um-300um范围的画素，具有高精细度的优点。

4.本发明方法尤其适用于柔性基材的彩色滤光片制作，有利于提高生产效率。

5.无精密对位工序，制程简便，具有低成本优势。

6.由于彩色滤光片是矩阵形图案，因此，可在同一台激光转移设备上安装多套激光头，进行多光束照射熔覆转移，可提高彩色滤光片的制程效率。

与现有的喷墨方法相比较，具有如下优点：

1.喷墨具有同时进行四色加工优点；但也存在不足：喷墨发存在堵墨现象，或者喷墨不均匀现象；由于喷墨的速度有限，因此，喷墨头在喷墨时相对速度不能很快，因此，喷墨法打印彩色滤光片的速度仍然有待提高；另外，喷墨法存在喷墨点的边缘品质问题，仅适合于大画素的制作。而本发明由于采用了脉冲激光束，脉冲时间10-60ns，因此，可在高速运行中实现颜色画素的快速转移；激光熔覆法具有转移光点质量好，各画素之间不存在渗透现象。同时不会存在喷墨法的漏点现象。由于激光束转移画素颜色的定位精度可达1um，因此，在激光转移设备上可安装多套激光头或采用多光束来并行运行，可提高该方法彩色滤光片的制作速度。

2.成本问题：喷墨盒的制造和油墨的价格很高；本发明可以采用精密涂布法生产颜色转移薄膜，尤其适合大规模化工业生产，成本低，彩膜的质量(色层厚度)控制比较容易。

附图说明

图1是实施例一中使用的彩色膜结构图示；

图2是实施例一中采用本发明方法制作彩色滤光片的示意图；

图3是实施例一中制作彩色滤光片的工艺过程示意图；

图4至图7是实施例一中四种彩色滤光片画素分布示意图；

图8是实施例二中的彩色滤光片制造装置结构图示；

图9是实施例三中的彩色滤光片制造装置结构图示；

图10是实施例三中单光束整形成一维多光束示意图；

图11是实施例三中单光束整形成二维多光束示意图；

图12是实施例四制作柔性彩色滤光片的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

1、制作黑色、红色R、绿色G和蓝色B的热转印薄膜。

其制作流程如下：

(1)参见附图1所示，在PET塑料基材11上涂布离型层12，PET塑料基材的厚度是10um-150um；

(2)在离型层表面涂布黑色树脂，或在离型层上涂布渗有彩色染料的树脂，染料颜色分别为红色、绿色、蓝色，形成颜色层(13)。颜色层色度满足彩色滤光片标准，厚度满足彩色滤光片各颜色画素的厚度要求。各颜色层厚度＜3um。

(3)在颜色层上涂布一层粘接层14，如透明热熔胶，具体材料需根据彩色滤光片基材的材质的附着力要求进行选用。根据以上步骤，可制作形成自下而上至少包括基材层、离型层、颜色层、粘接层的热转印薄膜。

2、制作彩色滤光片。具体包括以下流程：

(1)参见附图2和附图3所示，将彩色滤光片的基片21固定在激光转移设备的平台上，再将黑色膜22紧密贴合在基片表面并固定，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束26与平台发生相对运动，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束在预设的图案区域内与黑色膜22发生作用，通过激光的瞬间作用使得离型层熔化离型、使得黑色树脂附着到基片表面，形成黑色矩阵，完成后，设备回到初始位置。

(2)揭去黑色膜22，将红色膜23紧密贴合到已形成有黑矩阵的基片表面并固定，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束与平台发生相对运动，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束在预设的图案区域内与红色膜23发生作用，通过激光的瞬间作用使得离型层熔化离型、附着层熔化使得红色树脂附着到基片表面，形成红色画素，完成后，设备的激光头回到初始设定位置。

(3)揭去红色膜23，将绿色膜24紧密贴合到已形成有黑矩阵、红色画素的基片表面并固定，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束与平台发生相对运动，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束在预设的图案区域内与绿色膜24发生作用，通过激光的瞬间作用使得离型层熔化离型、附着层熔化使得绿色树脂附着到基片表面，形成绿色画素，完成后，设备的激光头回到初始设定位置。

(4)揭去绿色膜24，将蓝色膜紧密贴合到已形成有黑矩阵、红色画素、绿色画素的基片表面并固定，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束与平台发生相对运动，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束在预设的图案区域内与蓝色膜25发生作用，通过激光的瞬间作用使得离型层熔化离型、附着层熔化使得蓝色树脂附着到基片表面，形成蓝色画素，完成后，设备的激光头回到初始设定位置，并移去蓝色膜25。

上述流程完成彩色滤光片的制作，其中各步骤地顺序可相互交换。由于基片在整个过程中不发生相对位移，因此，不存在各色画素之间的对位问题。

彩色滤光片的图案一般可为马赛克式、直条式、三角形式、四画素等方式排列，参见附图4至附图7所示；主要是依显示器之用途及视讯电极(PixelElectrode)之形状和大小而定。同时，本发明方法无须像颜料分散法那样，各色光阻曝光前，先要制作相应颜色曝光区域的掩模板，本发明方法的各色图案区域，仅由程序控制平台的运行路径，在指定区域分别形成黑色、R、G、B画素。

实施例二：参见附图8所示，一种平面式彩色滤光片制作装置，包括由具有TTL信号接口的DPSSL激光光源51、可变光阑52、光斑整形器53、石英透镜55(物镜)、反射镜56和石英透镜57共同组成4F系统，光束分束器件58(本图示例为分束为一维三束点内光强均匀的矩形光点)，工作平台591，控制系统510。

实施例三：参见附图9所示，一种平面式彩色滤光片制作装置，包括由具有TTL信号接口的DPSSL激光光源51、可变光阑52、光斑整形器53、石英透镜55(物镜)、反射镜56和石英透镜57共同组成4F系统，光束分束器件58(本图示例为分束为一维三束点内光强均匀的矩形光点)，滚筒式工作台592，控制系统510。

本实施例中，激光器出光光束能量分布为541，呈高斯型，经光束整形后，光束能量分布为542，呈矩形，光强均匀。

本实施例中，光束分束元件可为分光光栅或光束整形器件(LCD或DMD)，将激光器出射的单光束分成多个一维光点(光点数)1(见附图10)或者二维光点(见附图11)，具体可依据所制作的彩色滤光片的图案排列方式确定。通过多光束作用，有利于提高制程效率。

实施例四：制作柔性基片的彩色滤光片，具体制作流程如下：

1.参见附图12所示，将柔性基片紧密卷绕在激光转移设备的滚筒71表面，再将黑色膜72卷绕在柔性基材表面，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束在滚筒表面扫描运行，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束76在预设的图案区域内与黑色膜72发生作用，通过激光的瞬间作用使得黑色树脂熔化，附着到基片表面，形成黑色矩阵，完成后，回到初始位置。

2.将设备的绕转方向反向，再将基片表面的黑色膜72进行收卷回收。将红色膜卷绕在柔性基材表面，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束在滚筒表面扫描运行，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束在预设的图案区域内与红色膜发生作用，通过激光的瞬间作用使得红色染料熔化，附着到基片表面，形成红色矩阵，完成后，回到初始位置。

3.将设备的绕转方向反向，再将基片表面的红色膜进行收卷回收。将绿色膜卷绕在柔性基材表面，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束在滚筒表面扫描运行，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束在预设的图案区域内与绿色膜发生作用，通过激光的瞬间作用使得绿色染料熔化，附着到基片表面，形成绿色矩阵，完成后，回到初始位置。

4.将设备的绕转方向反向，再将基片表面的绿色膜进行收卷回收。将蓝色膜卷绕在柔性基材表面，激光能量与光点尺寸调节到合适大小，光束在滚筒表面扫描运行，由程序控制激光的打开与关闭，并使得光束在预设的图案区域内与蓝色膜发生作用，通过激光的瞬间作用使得蓝色染料熔化，附着到基片表面，形成蓝色矩阵，完成后，回到初始位置，并反向卷绕，回收蓝色膜。

上述流程完成整卷彩色滤光片的制作，其中各步骤地顺序可相互交换。

Claims (7)

1.一种彩色滤光片的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)分别获取载有黑色、红色、绿色和蓝色的颜色层的四种热转印薄膜；

(2)将其中一种热转印薄膜贴合在彩色滤光片的基片表面，根据画素的排列位置，采用矩形激光束瞬间照射热转印薄膜的对应位置，在光束照射的范围内使得热转印薄膜的颜色层转移到基片表面，调整照射位置并重复上述过程，实现同一颜色的所有画素单元的转移；

(3)更换另一种颜色的热转印薄膜，重复步骤(2)，直至四种颜色均按画素的排列方式和位置实现转移，即获得所需的彩色滤光片；

所述步骤(2)采用一彩色滤光片制作装置实现，该装置包括光源、光束整形器、缩微光路、光束分束元件、工作台和控制系统，所述光束分束元件位于缩微光路与工作台之间，光源发出的激光束经光束整形器和缩微光路后，由光束分束元件分成多个一维光点或者二维光点，照射在工作台上，光点的排列方式依据所制作的彩色滤光片的图案排列方式确定，激光束和工作台间可相对运动；

其中，所述工作台为滚筒式工作台，将柔性基片紧密卷绕在该滚筒式工作台表面，再将其中一种热转印膜卷绕在柔性基材表面，通过激光光束在滚筒式工作台表面扫描运行，使得热转印薄膜的颜色层转移到基材表面，完成后，将设备的绕转方向反向，将基片表面的热转印膜进行收卷回收，并重复上述步骤进行下一种热转印膜的颜色转印。

2.根据权利要求1所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用光束分束元件将矩形激光束分束成矩形激光束阵列，同时对应画素排列的多个画素单元位置，每个位置的瞬间温度高于热转印薄膜的离型层融熔温度。

3.根据权利要求1或2所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于：所述激光束光点为10um～300um内大小可调的矩形形状，光斑内的光强均匀性一致。

4.根据权利要求1所述的彩色滤光片的制作方法，其特征在于：所述热转印薄膜为多层结构，包括基材层、离型层、颜色层和粘接层。

5.一种彩色滤光片的制作装置，包括光源、光束整形器、缩微光路、工作台和控制系统，光源发出的激光束经光束整形器和缩微光路后照射在工作台上，激光束和工作台间可相对运动，其特征在于：所述光源由半导体泵浦固体脉冲激光器、准直镜组和接受TTL信号控制的电源组成；所述光束整形器将高斯型能量分布光束整形为矩形均匀能量分布光束；设有光束分束元件，所述光束分束元件位于缩微光路与工作台之间，光源发出的激光束经光束整形器和缩微光路后，由光束分束元件分成多个一维光点或者二维光点，照射在工作台上，光点的排列方式依据所制作的彩色滤光片的图案排列方式确定；

其中，所述工作台为滚筒式工作台，将柔性基片紧密卷绕在该滚筒式工作台表面，再将其中一种热转印膜卷绕在柔性基材表面，通过激光光束在滚筒式工作台表面扫描运行，使得热转印薄膜的颜色层转移到基材表面，完成后，将设备的绕转方向反向，将基片表面的热转印膜进行收卷回收，并重复上述步骤进行下一种热转印膜的颜色转印。

6.根据权利要求5所述的彩色滤光片的制作装置，其特征在于：照射到工作台上的激光束光点为10um～300um之间可调的矩形形状，光斑内的光强均匀性一致。

7.根据权利要求5所述的彩色滤光片的制作装置，其特征在于：所述的激光束的波长为355nm、532nm或1024nm。

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