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第四章 TFT-LCD 材料

第四章 TFT-LCD 材料. Color Filter. 授課大綱. 濾光片組成 濾光片的特性 玻璃材料. 定義.

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第四章 TFT-LCD 材料

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Presentation Transcript

  1. 第四章 TFT-LCD材料 Color Filter

  2. 授課大綱 • 濾光片組成 • 濾光片的特性 • 玻璃材料

  3. 定義 􀂄彩色濾光片(Color Filter, CF) 是彩色液晶平面顯示器中一項關鍵性的零組件，其成本約佔整個面板總成本的20~30% 左右色濾光片之大型化、低價格化和高性能化成為彩色濾光片製程一直被探討的課題 􀂄 彩色濾光片意指在液晶平面顯示器面板的表示影像上，予以著色功能的基本組件，它不僅影響液晶平 面顯示器面板的色特性，同時也大幅地左右著面板 的對比值(Contrast)、亮度(Luminance; Light Output)和表面反射等表示性能 3

  4. 光穿透率

  5. 光穿透率

  6. 彩色濾光片的基本構造 • 彩色濾光片結構之各部份的材料因TN、STN和TFT • 方式的不同而有所變化，主要的構成有： • 􀂋遮蔽光用的遮光層 • 􀂋彩色表示用的RGB之著色圖案 • 􀂋保護著色層的透明保護膜 • 􀂋驅動液晶的透明電極膜等四大部份

  7. 彩色濾光片的基本構造 O/C: Over Coat 保護色層之平坦保護膜 需具有絕緣性以避免TFT之電廠受到干擾 BM: Black Matrix 1. 遮光用的黑色矩陣 2. 提升面板之對比值 3. 防止光線照射在TFT電路上造成錯誤之光開關動作 4. 抗反射(Sputtering; chromium Cr; 反射率30% ) 5. 氧化鉻/金屬鉻(CrO/Cr):反射率6% 李榮和 CF 之主要成本: Glass 彩色光阻(color resists) > 15 % 黑色矩陣(Black Matrix; BM)

  8. 彩色濾光片的基本構造

  9. 彩色濾光片的基本構造

  10. 彩色濾光片的基本構造

  11. CF現有新配置技術

  12. CF現有新配置技術 􀂄 目前彩色濾光片的主流製造方法是顏料分散法，而 所使用的材料則是以顏料性化合物為主，其分子式 結構如圖所示，顏料的構造有Azo系、酞青素 (Phthalocyanine) 系和各種混合多環系，從不同的特 性、產品的功能和製程等考量而使用不同的混合物

  13. 顏料分子結構

  14. 彩色濾光片的材料與特性 • 􀂄 彩色濾光片的色特性取決於彩色光阻劑的物性，此 • 外，補色用顏料對彩色濾光片的光學特性有很大的 • 影響顏料化合物的混合應從色再現性和透過率來考量且 • 需滿足： • RGB膜的光譜透過率的尖峰值，應與RGB等色係數及背光源的亮度線相吻合 • RGB膜的光譜透過率尖峰值的高度和寬度應決定等兩項要點

  15. 彩色濾光片的材料與特性 • 光的特性與顏料的化學結構和粒徑大小有相當地關 • 係，不同化學結構的顏料將放射出不同波長的光源 • 和色澤 • 在彩色光阻劑塗佈工程方面，一般薄膜的成形法是 • 旋轉被覆法，在此一製程中應注意各種缺陷產生的 • 防止，塗佈過程中之氣流不均勻和基板溫度分佈的 • 變化都應考量

  16. 彩色濾光片色度規格表

  17. 彩色濾光片色度規格表 色座標系統

  18. 彩色濾光片的遮光層(Black Matrix) • 􀂄 彩色濾光片的遮光層是用作為光的遮蔽功能，其功 • 能之要點如下： • 將開口部( 畫像素) 以外之部份的背光源的光予以遮蔽，並進而提升其表示對比值 • 防止遮光層鄰近RGB次畫像素(Subpixel) 的混色以及防止色純度的降低 • 防止因表示面背景光的投影效應而造成對比值下降 • 防止因光電流效應而影響薄膜電晶體信號傳送動作的 • 完整性 • 依所用材料的種類可分為金屬薄膜鉻遮光層BM型以 • 及黑色樹脂遮光層BM型兩大類別

  19. 彩色濾光片的遮光層(Black Matrix) • 鉻遮光層BM型的方法，是利用濺鍍裝置將金屬鉻膜 • 全面成膜於玻璃基板上，然後再運用PEP技術進行圖 • 案加工而形成鉻遮光層，其單層結構膜的表面反射 • 效應大，而產生所謂鏡面反射現象 • 樹脂遮光層BM型的方法，是在樹脂中將碳黑、無機 • 顏料和有機顏料等物質予以分散成遮光材，再將其 • 塗佈於玻璃基板後，利用PEP技術予以圖案加工，並 • 形成所需的樹脂遮光層

  20. 遮光層種類、厚度

  21. 遮光層的基本結構及特性

  22. 彩色濾光片的製造方法 􀂄 彩色濾光片的製造方法依著色層的材料和製造流 程，而有不同的分類方式，如表所示 􀂄 在著色層加工方面，則依使用著色材質的不同，而 區分為染料法和顏料法兩大類；若依製造方法則有 染色法、顏料分散法、印刷法和電著法等，如圖 所示

  23. 遮光層種類、厚度

  24. 彩色濾光片的印刷法

  25. 彩色濾光片的顏料分散法

  26. 彩色濾光片的染色法

  27. 彩色濾光片的電著法

  28. 彩色濾光片的乾膜轉印法

  29. 彩色濾光片的噴墨法

  30. 彩色濾光片的乾膜轉印法

  31. 彩色濾光片的乾膜轉印法

  32. 應用與展望 • 彩色濾光片的主要特性，為透過率、色純度、對比 及平坦性、反射性和成本價格等，若透過率低的 話，則光將衰減而促使顯示器變暗，因此高的透過 率特性、RGB三原色適時地組合而獲得寬廣的色再 現性和高的色純度是被期待著 • RGB三原色間光透過率之光波長區域，與背光源的 發光光譜設計成無重疊狀態，則可以有效地防止混 色效應 • 彩色濾光片的特性對液晶平面顯示器面板之表示性 能有很大的影響，其液晶平面顯示器的特性、彩色 濾光片的特性與其所面臨的問題

  33. 應用與展望

  34. 應用與展望 • 未來彩色濾光片的特性，將是朝向高透過率、高純度、高對比性、高彩光阻劑、高光學濃度樹脂遮光層、遮光層細線化或無遮光層、樹脂類遮光層、光阻型間隔球、平坦性、低反射化和低價格化，換言之即是所謂品質特性的改良和低成本化 • 低成本的新材料、高效率且新的生產製程和高功能製程設備是重要考量的方向

  35. 應用與展望 Color Filter for LCD TV

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