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[资料] CF

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发表于 2005-4-14 18:30:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
第一章                總論
1、        CF形成法的課題
1.1、        前言
以電腦為首,對於用在資訊相關機器的Flat Panel Display的CF化,或者Full Color化,其技術的更新倍受矚目並且開發出各種方法。這些Flat Panel Display所用的方式大致可分為:電界放出型Display(FED:Field Emission Display)、液晶Display(LCD:Liquid Crystal Display)、Plasma Display(PDP:Plasma Display Panel)、螢光顯示Panel(VFD:Vacuum Fluorescent Display)、電場發光Display(ELD:Electroluminescent Display)、發光Dioed(LED:Light Emitting Diode)等方式。其中LCD可說是最早實現CF化並架構了CF化的技術。CF LCD最早是於1980年問世,而最初是採用染料法CF來做3”程度的小型彩色液晶電視。最近更廣汎推展於筆記型電腦、Car Navigation、AV機器等各領域,現在逐漸成為12”等級的筆記型電腦或者更大型OA用電腦等Monitor的主流。CF是LCD 彩色化不可欠缺的一項,根據液晶的驅動方式或者LCD的使用用途,再從染料法、顏色分散法、印刷法、電著法等各種製造方法中找出適合的CF。取代以往的染料法CF,在耐熱性、耐光性等層面更佳的顏料分散法CF已成為主流。
在本節當中將敘述用於液晶Display的CF其各種製造方式。
1.2、        CF的構造及要求特性
圖1中表示一般CF的結構。CF的基本結構主要是透明基板、BM(Black Matrix)、再加上著色層形成CF層,然後再覆上保護膜及透明導電膜。
1.2.1、透明基板
        CF所用的透明基板材質一般較常用的是低膨脹Glass及Soda
Glass,另外從環境面將砷除去的Glass基板也有使用。Glass
基板的厚度是以1.1mm和0.7mm type為主,而透明基板的大小
也由360×465mm2朝向3期line的550×650 mm2大型化邁進,預測今後在3.5期line,基板的尺吋會朝向650×830 mm2或者
600×720 mm2這種更大型化的基板進行。
對於基板的大型化,CF所需面對的課題像大型基板的Handling
、或者搬送上的操作等問題。在品質方面,品質的維持、成本
的降低、及供貨体制等也需考量。
1.2.2、Black Matrix(BM)
Black Matrix是以提高對比和防止色純度降低為目的而形成於畫
素間。而對BM需具有的特性,可舉出譬如像高遮光性、Pattern的高細線化等問題。雖然現在用金屬Cr材料的BM是主流,但是有成本及環境上的問題,所以用Carbon Black或非Cr類金屬當材料的提案正在檢討當中。其中以Carbon Black當材料的已有部份正實際使用當中。樹脂BM的形成法一般是Photolithograghy 法或Etching法,其他還有將R、G、B形成後化學增幅型光阻,以露光法來進行Pattering的方式。

1.2.3、Color Filter層(CF)
        CF層是為了企圖強化耐光性或耐熱性等耐性面,而將CF的製
造方式由染料法轉移成顏色分料法。CF的畫素配置有Stripe配
置、Triangle配置、Mosaic配置等。一般必需將影像或文字等靜
止影像敏銳顯示出來的筆記型電腦或Monitor是使用Stripe配置
的CF;而需要鮮明、高解析度顯示的動畫顯示中心—液晶電視
則是使用Triangle配置或Mosaic配置的CF。現在,CF主流的
顏色分散法CF,其一般的分光曲線如圖2,而CF所需具備的特性如表1所示。CF所需具備的特性大致可分為以下2個項目:
表示品位等與產品性能有關的項目。‚製造Panel時所必需的
與信賴性有關的項目。的話則是像分光特性、平滑性、耐候性
等,‚的話則為耐熱性、耐藥品性等。

表1、CF需具備的特性
要求項目        內              容
分光特性        R、G、B的顏色與RGB3原色規格值近似(特別是TFT Type)。
耐光性        能耐得住配向膜或ITO蒸著時的熱處理。(Active Matrix:200℃/60min前後)(單純Matrix:250℃/60min前後)
耐藥品性        配向膜的溶劑、洗淨液等不會對CF的外觀造成變化
平滑性        無異物突起,很平滑。(單純Matrix Type較嚴格:0.1μm以下)
寸法精度        與畫素電極側的配合無問題
信賴性        與Seal材的密著性良好即使是Heat Shock或高溫放置,在分光及外觀上也不會變化。

1.2.4、保護膜
        保護膜主要是以保護CF層平滑性及防止對液晶層造成污染為
目的,再配合需要而形成的。特別是採用IPS(In Plane Switching)
方式的CF所不可欠缺的部材。理由是以往的TFT方式是將ITO
於CF側全面Coating,所以ITO負責Over Coat的工作。但IPS
方式不需要ITO的形成,對於CF的保護,因為要防止CF的離
子對液晶層造成污染,所以保護膜的形成還是有必要。保護膜
所需具備的特性為與CF密著性佳、強化耐性面、提高調整性
與透明性佳。
1.2.5、透明導電膜
透明導電膜的材料主要是使用低抵抗、透明性優良的ITO。用於
TFT方式的CF是在CF上全面均一的形成;Matrix方式用的CF
則是必要的部份才Patterning。
1.3、        CF各種製造方法的課題
有關CF的製造方式有染料法、顏料分散法、印刷法、電著法等各種方式。表2為CF製造方法的分類。接下來針對各種製造方法的特徵與課題來做說明。
1.3.1、染料法
染料法為以往最具代表性的CF製造方法。染料法CF的特徵是透明性與對比性佳,分光的變化豐富等。在CF的製造方法上有
Photolithograghy法與Etching法2種,在這裏敘述前者Photolithograghy法。
例如圖3是採用Photolithograghy方式的染色法製造流程。染色
法CF的製造方式是在形成Black Matrix的玻璃基板上,塗上在
Gelatin或Casein等水溶性高分子材料中加入重鉻酸感光後的被染体光阻,再以Negative Pattern的Photo Mask進行曝光,進行水現像後形成Relief Pattern。接著將Relief Pattern以酸性染料或反應性染料進行染色。為了防止混色還要進行防染處理,或者形成中間層,然後形成著色Pattern。這個工程重覆3次就可得到紅、綠、藍3原色的Filter。最後再依保護著色層和表面的平滑性之目的,形成透明的保護膜。染色法具有成為色材的染料很多‚與顏料類比較起來選擇的範圍較大,顏色的設計較廣ƒ所製造出來的CF其分光特性及對比等的表示性能優良等特徵。但是製造工程煩雜,耐性面低,所以目前只限於少量生產。
1.3.2、顏料分散法
        顏料分散法的CF是將色料改採用顏料,這樣在耐性面上可大幅
提高。當初在穿透率或顏色純度等方面據說和染料法CF比較起
來差很多,但是最近因為顏料的改良,分散性的提高,所以顏色的特性也可以達到和染料一樣。
這種穿透率和色純度優良的顏料分散法CF多半被定位為高色純
度Type,會成為今後的主流。以往有將CF根據重視亮度的筆記型電腦和重視色純度的液晶電視這種用途來區分,但這種高色純度Type的CF登場之後,可說不需再依用途來區分,兩者都可對應。使用顏料法來製造CF的方法中,還有顏料分散法、印刷法、電著法等。在這裏分別敘述使用Etching方式與使用Photolithograghy方式的製造方法。Etching方式是在Polyimide等樹脂上將做為色材的顏料分散,然後再用這種著色樹脂來製造CF。圖4為顏料分散法CF的製造流程。
關於Etching方式CF的製造方法是在形成Black Matrix的玻璃基板上,將顏料分散後的著色Polyimide塗上色前驅体液(著色樹脂層),然後進行Pre-bake乾燥,其次將著色樹脂層塗上Posi-resist。接著利用Photo mask進行曝光,再使用鹼性顯像液使Posi-resist顯像和著色樹脂層Etching。最後將Posi-resist剝離,得到所需要的著色Pattern。這項工程重覆3次就可形成紅、綠、藍3原色Filter。依照需要再覆上保護膜後就製成CF。這種方式的特徵是在形成細微Pattern上效果優良,但也有工程長這項缺點。
再來是說明使用Photolithograghy方式的顏色分散法CF的製造過程。目前在顏料分散法CF的製造方式中,Photolithograghy方式是最主要的一種。而CF的基礎樹脂一般多使用Acryl係的樹脂,而這些多有添加多官能Acryal係單体及光聚合開始劑,附與它感光性。圖5為顏料分散(Photolithograghy)法CF的製造流程。
Photolithograghy方式CF的製造方法是在形成Black Matrix的玻璃基板上塗上顏料分散後的顏料Resist,進行Pre-bake,然後用Photo mask做曝光。接著,使用鹼性顯像液做顯像然後得到著色Pattern。這項步驟重覆3次就可形成紅、綠、藍3原色Filter再製成CF。
顏料分散法的特徵是具有240〜280℃的高耐熱性。在耐光性上,以Xe Fade Meter可耐1000小時,和染料法比較起來這是相當好的一個特性。顏料分散Resist對於透明性、對比、安定性有很大的影響,如何提高分散性及維持分散狀態是重要的Point。另外,如果是使用感光性的顏料分散樹脂的話,顏料本身具有吸光的性質所以感光性容易降低,對於生產量會造成影響。
現在,和開發當初一樣,不需要氧化遮斷膜形成的Radical聚合Type與化學增幅型Type的Resist仍繼續被開發及被實用化。為了對應日後基板的大型化,無論何者,對於如何維持塗膜的均一性、提高感度及提昇產能都必需考量。
1.3.3、印刷法
        印刷法就是將紅、綠、藍3種Ink利用各種印刷方式轉寫到玻
璃基板上。代表性的製造方法有Screen印刷、凹板Off-set印刷法、平板Off-set印刷法及凸板Flexography印刷法等。Screen印刷法因為要使用Mesh Screen板,所以要形成微細Pattern的話較困難,因此哂渺毒?毝容^不要求的電子零件上。凹板Off-set印刷法因為使用Etching後的金屬版,所以Pattern Edge的敏銳性佳,但是金屬版上多餘的墨是用Doctor來除去,所以Doctor-
ing的均一性就變的很重要。平板Off-set印刷法因為是將平版Pattern部的Ink轉移到橡膠彈性体後再轉寫到玻璃基板上,所以可說是位置精度高的一種製造方式。不過厚膜Pattern的形成困難,使用的Ink有較多的約束,缺少選擇的空間是它的問題點。凸板Flexography印刷法因為是使用樹脂凸版所以轉寫後的Pattern Edge欠缺敏銳性。
以下說明以最具代表性的凹版Off-set印刷法來製造CF的流程。圖6為印刷法CF的製造流程。凹版Off-set印刷法是在凹版上塗上規定厚度的Ink,再將Pattern部的Ink轉移到Blanket上。將Blanket上的著色Pattern轉寫到已形成Black Matrix的玻璃基板規定的位置上。這項步驟重覆3次就可形成紅、綠、藍3原色Filter。依照需要再覆上保護膜,透明導電膜後就製成CF。
印刷法CF的特徵是具有和顏料分散法CF同樣的耐性,製造工程也是最簡便的。不過,畫素Pattern的Edge形狀和位置精度比顏料分散法CF差。在娛樂用途上有一部份是採用這種方式。
1.3.4、電著法
電著法CF的製造過程和之前提到的染料法、顏料分散法、印刷法等的製造方法不同,是採用電氣泳導法。圖7為用Resist的Patterning電著法的製造流程。電著法CF的製造過程是將玻璃基板蒸著上透明導電膜,塗上Posi-resist後再用Photo Mask進行曝光。接著顯像除去電著部份,再將玻璃基板浸入電著液中,利用電氣泳導法進行著色。這項步驟重覆3次就可形成紅、綠、藍3原色Filter。依照需要再覆上保護膜,透明導電膜後就製成CF。
電著法CF的特徵是畫素部的平坦性佳。不過必須要形成Pattern成形用的導電膜,所以就變成以線條Pattern為主的CF。在Dot Matrix Type上形成Posi-resist,然後進行Pattern(開孔),再將那個部份重覆進行電著就可製成。製程很煩雜所以並不實用。
1.4、        結尾
以上為CF的各種製造方式。表3是有關CF特性的整理。LCD產業具有未來發展性,而做為LCD彩色化所必須的CF,對於它的新製造方法的研究開發仍會持續下去。
今後,有關手提式電腦及替代CRT的Monitor可期待它市場的擴大,而手提電腦部份已開始將反射型彩色液晶用的CF實用化
。最近哂肐nkjet Print方式的新CF製造方法已被發表。這個方式在成本面上雖然有利,但在平坦性及信賴性上的問題仍有待考量。關於LCD,次世代的液晶Display的顯示方式已發表,這個方式因為被稱為Field Sequential Color顯示方式,所以亮度可以大幅提高。預計CF會像這樣隨著LCD研究開發的盛行而成為開發新市場的手段。CF今後需邁入基板大型化及高精細化,所以包括材料、設備的廠商都需共同努力開發高品位的CF。
Sample Text
发表于 2005-10-17 16:17:27 | 显示全部楼层
风扬电容触摸屏
非常有用的资料,谢谢
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发表于 2012-8-7 08:37:05 | 显示全部楼层
拜读了,谢谢
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