臺灣博碩士論文加值系統

超扭轉向列型彩色液晶顯示器具有輕、薄、省電、無輻射、可全彩化等特色，雖然應答速度較薄膜電晶體液晶顯示器慢，但由於其價格低廉、低耗電及廣泛應用性如PDA和手機等，使其在中小型面板領域上仍佔有主流地位。而彩色濾光片是液晶顯示器中最重要的關鍵零組件，也是讓液晶顯示器色彩化的最重要原因。彩色濾光片在生產製造中最重要的規格之一即是色度，色度若符合規格即代表品質。
本論文以超扭轉向列型彩色液晶顯示器之彩色濾光片為例，研究方法主要是以顏料分散法讓顏料光阻均勻塗佈在玻璃基板上，並在黑色矩陣和彩色層製作過程中，使用旋轉塗佈機改變不同膜厚來量測膜厚和光學濃度以及色度座標的關係。期望在製程中早期發現色度的變異，以讓色彩飽和度更佳及減少膜厚塗佈不均的現象並達到客戶滿意之要求。最後對彩色濾光片在保護層製程前後作平坦度的分析，並探討保護層和研磨製程兩種技術優缺點比較。

Color Super Twisted Nematic Liquid Crystal Displays (STN LCDs) have low weight, small volume, economy on electric power, few irradiation, and colored characteristic. Although the response speed slower than Thin Film Transistor Liquid Crystal Displays, the advantage of cheaper price, saving power and popular applications to PDA and mobile phone, hence make them in main stream for middle and small panel area. Color Filter (CF) is one of the most essential materials used in a colorful LCD Panel. One of the most important specifications is chromaticity for CF products that certificates the commercial quality.
In this thesis, we employ the CF of Super Twisted Nematic Color Liquid Crystal Displays for researching by Pigment Dispersion Method to investigate dispersing the color resist on the glass substrate. Besides, change in different thin film thickness by respective spinning reveals the relationship between thickness and optics density (OD) the same as thickness and chromaticity coordinates in fabrication process of black matrix (BM) and RGB layers. Early expecting to find out product variations of chromaticity and achieving an appropriate metric saturation level by eliminating an uneven color resist distribution that goal the customer satisfaction. Finally, we compare flatness of color filters between before and after overcoating and discuss on analyzing advantages and faults of overcoat process and polish process.

目錄
中文摘要.................................................Ⅰ
Abstract.................................................Ⅱ
致謝.....................................................Ⅳ
目錄.....................................................Ⅴ
圖目錄...................................................Ⅶ
表目錄...................................................Ⅹ
第一章 緒論...............................................1

第二章 彩色濾光片原理及架構...............................3
2.1 CSTN LCD之工作原理.............................3
2.2 彩色濾光片的基本原理和結構.....................4
2.2.1 玻璃基板.....................................5
2.2.2 黑色矩陣層 ..................................5
2.2.3 R、G、B彩色濾光層...................................7
2.2.4 透明保護層..........................................9
2.2.5 氧化錫銦透明電極層..................................9

第三章 色彩原理以及彩色濾光片製作技術....................12
3.1 色彩的基本概念.......................................12
3.1.1 顯色系統....................................12
3.1.2 混色系統....................................13
3.2 彩色濾光片製作技術............................16

第四章 實驗設備及製程架構................................20
4.1 實驗製程設備及原理............................20
4.2 實驗製程參數設定..............................25
4.3 實驗分析工具和方法............................26

第五章 結果與討論........................................28
5.1 黑色矩陣線幅和光學濃度的基本分析..............28
5.2 彩色濾光層穿透率及色度和膜厚的關聯分析........28
5.3 彩色濾光膜平坦度的改善........................30

第六章 結論..............................................31
圖目錄
圖1 CIE1931色度座標圖上不同產品其NTSC比例應用範圍示意圖............32
圖2.1 CSTN-LCD 結構示意圖..........................................33
圖2.2 STN型顯示原理示意圖( =180ﾟ~270ﾟ).............................33
圖2.3 面板零組件占總成本分析圖.....................................34
圖2.4 典型的彩色濾光片結構側面垂直剖面圖...........................34
圖2.5 玻璃基板品質因素規格定義.....................................36
圖2.6 利用上單層、雙層或是三層鉻(Cr)來控制反射率的大小.............37
圖2.7 樹脂型(Resin)光阻在曝光、顯影後的變化........................37
圖2.8 樹脂型(Resin)黑色矩陣和金屬鉻(Cr)黑色矩陣在可見光下的反射率
比較曲線圖...................................................38
圖2.9 (a)馬賽克排列(b)長條形排列(c)三角形排列(d)矩形排列...........39
圖2.10 CSTN之彩色濾光片平坦度的定義................................40
圖2.11 氧化物半導體能階及In2O3掺雜Sn之示意圖.......................41
圖2.12 ITO膜中Sn濃度對傳輸電子密度變化.............................41
圖2.13 ITO膜厚與面電阻值的關係.....................................42
圖2.14濺鍍原理.....................................................42
圖2.15 DC磁控濺鍍法................................................43
圖2.16 RF磁控濺鍍法................................................44
圖2.17 ITO膜經回火後晶格排列狀況...................................45
圖2.18 回火前後面電阻值的差異......................................45
圖2.19 以X-ray繞射光譜分析在不同回火溫度下ITO膜的狀況..............46
圖2.20 相同濃度Sn掺雜下，電阻值與鍍膜溫度的變化關係曲線............46
圖2.21 濺鍍時通入不同的氧流量與光穿透率之間的變化關係曲線..........47
圖3.1 色彩產生的物理過程...........................................48
圖3.2 太陽光光電磁波光譜分佈圖.....................................48
圖3.3 色相(Hue)環..................................................49
圖3.4 CIE1931系統建立，觀察者在角度2°、距離光源25cm的視場範圍......49
圖3.5 CIE1931標準觀測者光譜色三刺激值 變化曲線.....................50
圖3.6 將r、g、b三刺激值轉成正數，以x、y、z表示.....................50
圖3.7 (a)球柱形色度座標(b)色度座標軸...............................51
圖3.8 顏料分散法製作流程圖.........................................52
圖3.9 染色法製作流程圖.............................................53
圖3.10 印刷法製作流程圖............................................54
圖3.11電著法製作流程圖.............................................55
圖3.12乾膜轉寫法製作流程圖.........................................56
圖3.13 反轉式印刷法機台示意圖......................................57
圖3.14 微點針噴墨列印法製作流程圖..................................58
圖3.15 Donor film多層膜結構示意圖..................................59
圖3.16 熱多層膜成膜技術製作流程圖..................................59
圖4.1顏料分散法製程................................................60
圖4.2 清洗機的組成架構.............................................60
圖4.3 超音波洗淨原理...............................................61
圖4.4 紅外線熱傳導(Infrared; IR)機台示意圖.........................62
圖4.5 紫外光照射(UV) 機台示意圖....................................62
圖4.6 旋轉塗佈機台示意圖...........................................63
圖4.7 彩色濾光片常用的三種塗佈方式.................................63
圖4.8 狹縫式精密塗佈(Spinless Coater)..............................63
圖4.9 減壓乾燥製程動作順序.........................................64
圖4.10 洗邊機台示意圖..............................................64
圖4.11 軟烤製程之頂針動作順序......................................65
圖4.12 正型光阻與負型光阻在曝光、顯影後的區別......................65
圖4.13 簡單的曝光設備模型示意圖....................................66
圖4.14 顯影機的組成架構............................................66
圖4.15 Cavitation-Jet 洗淨動作示意圖...............................66
圖4.16 顯影後光阻殘留狀況..........................................67
圖4.17 膜厚測量機..................................................68
圖4.18 線寬量測機..................................................68
圖4.19 色度座標量測系統............................................69
圖4.20 (a)色度座標量測系統的組成架構(b)分光計的功能................70
圖5.1 膜厚和轉速之關係曲線圖.......................................70
圖5.2 O.D.值和膜厚之關係曲線圖.....................................71
圖5.3 曝光量15mj之SEM圖............................................71
圖5.4 曝光量20mj之SEM圖............................................72
圖5.5 曝光量25mj之SEM圖............................................72
圖5.6 曝光量30mj之SEM圖............................................72
圖5.7 曝光量35mj之SEM圖............................................73
圖5.8 黑色矩陣線寬和曝光量的對應關係曲線圖.........................73
圖5.9 黑色矩陣角度和曝光量的對應關係曲線圖.........................74
圖5.10 黑色矩陣線寬和Cell Gap的對應關係曲線圖......................74
圖5.11 相同膜厚(1.2um)狀態下，彩色濾光片之穿透率特性曲線...........75
圖5.12 大Y值(明亮度)與RGB膜厚關係曲線圖............................75
圖5.13 小x值與R膜膜厚關係曲線......................................76
圖5.14 小x值與G膜膜厚關係曲線......................................76
圖5.15小x值與B膜膜厚關係曲線.......................................77
圖5.16 小y值與R膜膜厚關係曲線......................................77
圖5.17 小y值與G膜膜厚關係曲線......................................78
圖5.18 小y值與B膜膜厚關係曲線......................................78
圖5.19 彩色濾光片之牛角段差及總平坦度示意圖........................79
圖5.20 平坦度量測位置點............................................79
表目錄
表1 樹脂型(Resin)黑色矩陣和金屬鉻(Cr)黑色矩陣在光學濃度(O.D.)
和BM線寬比較...................................................38
表2 典型的顏料樹脂型彩色光阻構成主要成份及功能.....................39
表3 ITO物理特性與典型ITO濺鍍製程參數...............................47
表4 樣品在鍍上透明保護膜之前所量測之畫素間平坦度數值...............80
表5 鍍上2.0um透明保護膜後之畫素間平坦度數值........................80

參考文獻
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