薄膜電晶體液晶顯示器(Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display, TFT-LCD)技術 最早源於美國，經過一連串的研發與改良後由日本將該技術產業化，並於在1991年時成 功的商業化為筆記型電腦用面板，TFT-LCD應用範圍極為廣泛，隨著技術之發展挾帶著 高對比、高亮度、輕薄、低輻射、低耗電量等優勢逐漸取代原有之傳統式陰極射線管 (Cathode ray tube, CRT)市場，進而擴展至LCD TV、LCD Monitor、汽車用顯示器等領域。
簡單來說TFT-LCD是以電信號控制的光開關裝置，薄膜電晶體液晶顯示器的立體結構圖 如圖2.1所示，其運作原理為利用電流通過電晶體所產生電場之變化，驅動介於兩片玻璃 基板中液晶之排列方向，並藉由液晶之偏轉來決定光線之穿透量，再利用偏光板來決定 畫素之明暗狀態，透過上層之彩色濾光片，利用紅、藍、綠三原色混色原理來提供面板 上之彩色畫面。【1】【2】
圖2.1 薄膜電晶體液晶顯示器的立體結構圖
人類的能辦視不同顏色的主要關鍵乃是因眼睛中視覺神經細胞的動作所致，根據不 同波長之光波而有響應反射強弱之別，其中視覺神經對紅色光(580nm~650nm)、藍色光 (450nm~490nm)、綠色光(490nm~560nm)有強烈之響應反射，人眼就是藉由響應反射之 強弱及混色原理來辨視各種色彩。彩色濾光片即是利用空間混色技術在玻璃基板上製作 出許多紅、綠、藍的圖素，每個圖素對應液晶顯示器上的一個畫素，當白色背光通過這 些圖素後，變成紅、綠、藍光構成三原色光，並經由外加驅動電壓驅使液晶分子改變排 列狀態，藉以控制光線的偏極性與光透過率，隨著偏光角度的改變，各個不同強度的光 經彩色濾光膜的紅、綠、藍子畫素後再混色加成，即顯現出不同顏色及亮度的畫素，使 得液晶顯示器得以彩色化，故彩色濾光片為決定平面顯示器之對比、色澤、鮮明度..等 特性的關鍵零組件。
彩色濾光片之製作方法可分為顏料分散法、染色法、印刷法及電著法等四種，其中 顏料分散法所製造之彩色濾光片，具有高精密度及較佳之耐光性與耐熱性，目前成為TFT 型彩色濾光片之製造主流，最基本的彩色濾光片其結構為玻璃基板(Glass Substrate)上製 作防反射之黑色遮光層，稱為BM層(Black Matrix)，再依序製作上有透光性紅、綠、藍 三原色之彩色濾光膜層(Color Layer)（濾光層之形狀、尺寸、色澤配列，依不同用途之 液晶顯示器而異），最後濺鍍上透明導電膜(Indium Tin Oxides)，依平面顯示器之用途可 再搭配廣視角(Multi-Domain Vertical Alignment)製程及間隙層(Photo Spacer)製程，以提 升產品之競爭性及附加價值，如圖2.2所示。【1】【2】【22】
圖2.2 彩色濾光片側剖面圖
本研究之研究對象A公司是利用顏料分散法之彩色層形成，其製造流程如圖2.3所 示，相關流程及步驟說明如下:
圖2.3 彩色濾光片製造流程圖
（1）Glass Input
在彩色濾光片製程中會經過一些高低溫處理，故玻璃基板的膨脹係數若過大，會 因為熱漲冷縮效應而造成層膜之剝離或破裂的不良，且玻璃基板中之鹼離子濃度不得過 高，避免溶出而破壞TFT 元件。玻璃基板在經過每道製程前後，都會經過 UV/IR、超音 波洗淨、空氣刀乾燥(Air Knife)等一連串之清洗程序，確保基板上不會附著微粒、有機 物質或是殘留之光阻，同時也增加玻璃基板之表面性質。UV 洗淨原理為藉由發射出來 的紫外光會將空氣中的氧轉換成臭氧，臭氧會與基板上的有機物質反應並分解有機物 質，進而達到清潔之目的，如圖2.4。
圖2.4 UV 清洗機台原理
（2）Black Matrix
BM 層主要目的為:（A）為了提升 LCD 對比（B）防止 TFT 元件產生光漏電流（C）
遮掩LCD 顯示時的一些斜漏光不良，BM 層目前之製作方式有兩種，一種為將金屬鉻 或金屬鉻與氧化鉻的複合物以真空濺鍍之方式鍍在玻璃基板上，形成鉻金屬濺鍍層，再 依序經過光阻塗佈(Coating)、曝光(Exposure)、顯影(Developed)、蝕刻(Etch)、光阻剝離 (Stripper)等製程即完成 BM 層之製作，稱之為 Cr-BM。另一製作方式為利用黑色樹脂取 代鉻膜做為BM 層，製作方式依序經由光阻塗佈、曝光、顯影、蝕刻，即完成 BM 層之 製作，稱之為RBM。黑色矩陣主要要求的特性有遮光性、無缺陷、低反射性、均一性..
等，故鉻及其氧化物為早先最常使用之材料，但為了符合歐盟環保政策（The Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment, RoHS），
於2007 年已禁止將鉻進口，鉻製程將會由 RBM 取代，如圖 2.5。
圖2.5 BM 製程流程圖
（3）紅藍綠(R、G、B)Color Layer 製程
一般光阻包含包括樹脂(resin)、感光劑(Photo Active Compound, PAC)和溶劑(solvent) 三部份，依遇光特性可分成正型光阻和負型光阻。正型光阻之特性為曝光部份可溶於顯 影液中，可運用於解析度要求較高之製程；負型光阻之特性為曝光部分不溶於顯影液 中，熱安定性及抗蝕刻性比正型光阻好。
光阻塗佈方式目前有Spin 及 Slit＆Spin 兩種方式，Spin Coater 是藉由 Nozzle 從上 方將光阻滴落在玻璃基板上，藉由離心力旋轉將光阻均勻塗佈在玻璃基板上；Slit＆Spin Coater 則是利用 Slit Nozzle 將光阻擴展塗佈在在玻璃基板上，然後再利用離心力旋轉，
來達到均一之膜厚。兩種塗佈方式各有優缺點，Spin Coater 塗佈之膜厚均一性良好，但 光阻利用率過低，約有90％之光阻被浪費，造成製作成本之上升；Slit＆Spin Coater 雖 可以減少光阻之耗損，但Nozzle 容易阻塞，造成良率之降低。Color Layer 製程即為在 附著有黑色矩陣(BM)的玻璃基板上，利用 Spin 或是 Slit＆Spin 方式塗佈感光型負型光 阻，在曝光機紫外線透過光罩(Photo Mask)照射下進行自由基聚合反應形成交鏈結構而 硬化，而Pattern 上之紅、綠、藍畫素(Pixel)排列方式，依顯示器之用途及視訊電極(Pixel Electrode)之形狀和大小而定，可分為馬賽克式、直條式、三角形式、四畫素等方式，另
外曝光的種類有近接式(Proximity)及步進式(Stepping)兩種，以步進式的解析度較佳，且 光罩較便宜。在顯影階段利用鹼性顯影液將非曝光區域溶解，得到所需要之圖案，最後 進入硬烤(Post-bake)製程，將光阻完全的硬化，在進行後段製程時不易剝落；並去除顯 影所造成之光阻之膨脹及殘留之水分，增加附著力及平坦度，如圖2.6 所示。
圖2.6 RGB 製程流程圖
（4）ITO Sputter
所謂透明導電膜是指可以被可見光穿透，且導電性良好的薄膜，目前平面顯示器幾 乎都是使用ITO 膜，主要是因 ITO 膜具有低電阻、高透過率、蝕刻容易及大面積製作 優點，濺鍍法製程為在真空腔體內施加電場，使氬氣產生輝光放電，並衝擊到ITO 靶材 的表面，使之濺鍍到玻璃基材表面而堆積成膜。由於薄膜本身是良導體，所以一般皆有 高濃度的自由載子(Free Carrier)，因此使得透明導電膜在不同的光波長範圍內，會展現 不同的行為，如：具光選擇性，因它會反射紅外光、吸收紫外光和使可見光穿透。在素 玻璃上面做了BM、R、G、B 的 Pattern，再鍍上透明電極膜 ITO，即完成基本彩色濾光 片的製程，如圖2.7 所示。
圖2.7 濺鍍製程示意圖
（5）廣視角（Multi-Domain Vertical Alignment）製程
傳統的液晶顯示器中，背光源通過液晶、配向膜後，輸出光便具備了特定的方向特 性，因此從不同角度觀看螢幕時，將會發現顯示器有灰階反轉之現象，再者因液晶響應 速度過慢而造成畫面失真及次序錯亂，容易造成使用上之不便，故有廣視角技術的發明 來克服上述之問題。其原理為利用突出物使液晶靜止時並非傳統的直立式，而是偏向某 一個角度靜止；當施加電壓讓液晶分子改變成水平以讓背光通過則更為快速，這樣便可 以大幅度縮短顯示時間，也因為突出物改變液晶分子配向，讓視野角度更為寬廣，如圖 2.8 所示。而其製作方式為將 MVA 光阻塗佈在附著有 ITO 導電膜的玻璃基板上，依序 經過預烤(Pre-bake)、曝光、顯影、硬烤等製程。
圖2.8 廣視角原理示意圖
（6）Photo Spacer
感光性柱狀間隔控制材料(Photo Spacer)，其主要目的為(A)較佳的間隙厚度(cell gap) 均勻性。(B)降低漏光，提高對比。TFT-LCD 面板組裝(Cell)製程有一段要灑間隙子 (Space)，其目的在於 TFT 及 CF 面板中間有間距，以使液晶能在裏面做旋轉動作，而既 有之模式(以灑佈機灑佈間隙子)無法精確控制所有間隙子之大小及分佈為均一，且塑膠 球在cell 中有可能移動，將造成 cell gap 均勻度不易控制，影響產品良率，Photo-Spacer 材料為受光反應的一種光阻材料，其形狀為柱狀體，而製作方式為將Photo-Spacer 材料，
塗佈在彩色濾光的ITO 玻璃面板上，在經過預烤、曝光、顯影和硬烤等步驟來精確控制 spacer 大小及所在位置，並將其固定在 BM 層上方，避免因 spacer 造成漏光所導致的影 像品質下降，如圖2.9 所示。
圖2.9 Photo Spacer 示意圖