滾軸對滾軸式製程生產可撓式彩色濾光片技術發展現況：材料世界網

彩色濾光片是LCD、EL與其他種類的平面顯示器的關鍵零組件，塑膠基板化的彩色濾光片的重要性不言而喻。但塑膠基板化的彩色濾光片面臨比玻璃基板的彩色濾光片更嚴格的挑戰。以傳統液態彩色光阻與黃光製程製作塑膠基板化的彩色濾光片，會面臨很多問題，如塑膠基板在塗佈光阻時被溶劑膨潤，在顯影製程會吸水而形變、造成R、G、B畫素對位困難，彩色光阻之postbake溫度不可高於塑膠基板的Tg點，否則會造成形變、尺寸改變，使後段與其它元件組裝貼合時發生對位問題，因此在新近發展的Roll-to-Roll塑膠面板製程上，提出了有別於傳統液態彩色光阻與黃光製程，如Inkject製程、Direct Write Laser transfer製程、Film transfer製程、Laser ablation製程、Laser explosion製程等方法來解決Roll-to Roll 彩色濾光片製作的問題。本篇僅就幾項製程原理簡單說明。

Roll-to-Roll彩色濾光片需求
彩色濾光片需求可分為光學性、物理性、化學性、機械性四方面。
1. 光學性需求
塑膠基板在可見光區(400~700nm)的完全穿透率(平行光加上擴散光)要大於85%，霧度要小於0.8%。因此大部份Polyimide塑膠基板並不適合。塑膠基板要零相位差，如經過雙軸延伸之PET(polyethylene terephthalate)、PEN(polyethylene naphthalate塑膠基板有很明顯的雙折射與相位差效應，所以並不適合。

polyethersulfone (PES)附有阻氣層塑膠基板與DuPontTeijin Films 公司生產的polycarbonate (PC)附有保護層的塑膠基板在光學需求上能滿足，但此兩種塑膠基板在製作彩色濾光片時，會受到熱應力殘留、溶劑與水份膨潤的影響而尺寸變化，造成製程控制的不易且複雜。R、G、B畫素要大於100ppi，要能滿足不同產品的色再現性、穿透度的需求。

2. 物理性需求
塑膠基板要有高的Tg高耐熱性，使得彩色光阻在曝後烤(220C*20min)時能完全硬化、附著在塑膠基板，否則彩色光阻會在後續製程中易發生剝落或刮傷。塑膠基板要有低的熱膨脹係數，如此熱應力殘留對尺寸變化影響小，製程控制的允差值較大，量產性提高。R、G、B畫素在耐熱性測試後，ΔEab(色差)＜3。

3. 化學性需求
塑膠基板要有高的耐溶劑性，以及低的吸水性，使彩色光阻在塗佈、軟烤、顯影製程不會膨潤的影響而尺寸安定性。R、G、B畫素也要有高的耐溶劑性，以及低的吸水性，在耐溶劑測試後，ΔEab(色差)＜3。

4. 機械性需求
在Roll-to-Roll的印刷製程中Roller(羅拉)與Roller間的張力可能會造成塑膠基板在Machine Direction(機械方向)上尺寸改變或斷裂，在彩色光阻製程中又會有溶劑、水份、熱等多重影響，塑膠基板必須符合上述所有情況同時存在下，能不斷裂且維持尺寸安定性。R、G、B畫素也要有相當的表面硬度(≧H)，以見減少製作過程中造成的刮傷；在撓曲時不會龜裂或脫落。

Inkject彩色濾光片製程
A color filter with three primary colors is a very Inkject製程的優點是不用昂貴的光罩、黃光微影等製程、省空間、能(drop-on-demand)節省彩色光阻，控制光阻的量來滿足不同產品的色再現性、穿透度的需求；但在中、小尺寸受限於畫素形狀(一般只能做直條狀stripe圖案)、尺寸與精度的要求，較不易切入，Black matrix無法inkject製程導入。但在八世代以上液晶電視中的彩色濾光片製程中它的優點更加彰顯，如Sharp公司就積極導入Inkject彩色濾光片製程。在Roll-to-Roll的印刷製程中，Inkject製程導入的可行性很高。Inkject彩色濾光片製作程序如圖一：

圖一、Inkject彩色濾光片製程

Direct Write Laser transfer製程
TCF(Thermal transfer Color Filter熱轉印彩色濾光片)是以雷射光束的能量，選擇性的將R、G、B顏料由色帶熱昇華轉印至基板上，形成彩色濾光片的畫素(圖二)。

圖二、傳統Color Filter黃光製程與杜邦Thermal Color Filter製程比較

Dry Film Transfer製程
由日本先進顯示器技術聯盟Technology Research Association for Advanced Display Materials (TRADIM) 應用Roll-to-Roll製程製作可撓式彩色濾光片，其使用的塑膠基板為”FST-XA067”，RGB畫素是以乾膜轉印(Dry Film transfer)方法製作，塑膠基材的可撓式彩色濾光片長度有20公尺，幅寬為300厘米。其畫素密度為100ppi。

”FST-XA067”是一種加上SiOx阻氣層材料的塑膠基板，是由Sumitomo Bakelite公司發展出來。一般傳統的透明塑膠基板的熱膨脹係數(CTE)大約在50-70 ppm/°C與無鹼玻璃基板的熱膨脹係數(CTE)3-4 ppm/°C相差甚遠，高熱膨脹係數(CTE)會造成主動式LCD的生產問題，”FST-XA067”塑膠基板是一種有機/無機混成的基板，有很高的Tg點，很低的熱膨脹係數CTE。

一般來說，塑膠基板多少都有氣體穿透性，所以應用在LCD的塑膠基板都會有鍍上一層阻氣層來保護元件不受氧、水氣、其它等氣體的影響，延長元件壽命。
一般高分子阻氣層材料為Poly vinyl alcohol、Poly(ethylene co alcohol)、poly vinylidene floride。無機阻氣層材料有SiOx, SiON, Al2O3等等，TRADIM 選擇以SiOx為塑膠基板的阻氣層材料，因而它對溫度、水氣的穩定性很好。TRADIM針對SiOx鍍上塑膠基板發展出roll-to-roll濺鍍製程，如圖三。

圖三、TRADIM針對SiOx鍍上塑膠基板發展出roll-to-roll濺鍍機構

可撓式彩色濾光片
TRADIM發展乾膜彩色光阻以Roll-to-Roll轉印法製程製作可撓式彩色濾光片
其轉印機構如圖四，當乾膜光光阻面黏合到”FST-XA067”塑膠基板上時，然後同時進行曝光、乾膜PET基材脫離、顯影、進入烘箱乾燥，最後將已完成圖案的可撓式彩色濾光片收捲，這就是標準的roll-to-roll製程。

乾膜彩色光阻是以PET為基材，然後塗上PDCR(Pigment disperse color resist顏料分散法彩色光阻劑)，然後乾燥去除溶劑得乾膜式彩色光阻。在圖四的曝光步驟中，PDCR(Pigment disperse color resist顏料分散法彩色光阻劑)經由光罩曝光，PET基材防止大氣中的氧攻擊光阻劑中的自由基聚合反應，如此彩色光阻劑的感度大大提升，形成的可撓式彩色濾光片材料穩定、電壓保持的特性佳。在顯影步驟中，PET基材剝離後，彩色光阻劑以濕式顯影、水洗、曝後烤。如圖五得到一捲以FST-XA067”塑膠基板，長度有20公尺，幅寬為300厘米，厚度為0.1厘米，其畫素密度為100ppi，roll-to-roll可撓式彩色濾光片。

圖四、TRADIM發展Roll-to-Roll轉印法製作可撓式彩色濾光片的部份機構