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日韩厂商于新式彩色滤光片制程“喷墨印刷法”之布局

导读: TFT-LCD面板有五大关键零组件:彩色滤光片、偏光片、背光模块、驱动IC以及玻璃基板。其中彩色滤光片(Color Filter;CF)是TFT-LCD面板彩色化的最重要组件。TFT-LCD面板靠驱动电压改变液晶排列产生画面,而千变万化的颜色表现则得借重由红、绿、蓝(RGB)三原色像素所构成的彩色滤

作者:赖彦中

一、 降低彩色滤光片成本
TFT-LCD面板有五大关键零组件:彩色滤光片、偏光片、背光模块、驱动IC以及玻璃基板。其中彩色滤光片(Color Filter;CF)是TFT-LCD面板彩色化的最重要组件。TFT-LCD面板靠驱动电压改变液晶排列产生画面,而千变万化的颜色表现则得借重由红、绿、蓝(RGB)三原色像素所构成的彩色滤光片。

为了顺应产业低价化竞争,各种新式CF制程技术百花齐放,其中则以喷墨印刷法(Ink Jet Printing)最接近量产可能性。

二、面板产业竞争国家之喷墨印刷法现况
喷墨印刷方式若能顺利取代现有非旋转式涂布方法,将可大幅降低曝光、显影、涂布等制程设备投资、减少光阻材料成本并简化制程,且因此种制程可在常温下制作,未来可能应用到各种基板,例如塑料基板。

(1)日本
日本为全球彩色滤光片产业的技术领导者,尤其彩色滤光片专业厂商市场龙头─凸版印刷(Toppan Printing;TPN)和大日本印刷(Dai Nippon Printing;DNP)两者更是积极发展新式彩色滤光片制程技术。随着TFT-LCD面板跌价趋势不断,面板零组件降价压力趋大,各面板厂逐渐导入彩色滤光片内制。专业彩色滤光片厂若要生存,就必须在生产规模及技术水准上再做改善,而内制彩色滤光片厂商亦不会坐以待毙。

1.夏普(Sharp) :
日商夏普在液晶面板产业动见观瞻,屡屡开创新世代玻璃基板制程,其龟山第2工厂预定于2006年第3季开始生产第八代面板(玻璃母板尺寸为2160×2460mm),预定以喷墨印刷法制作彩色滤光片,技术来自2002年成立的Future Vision研发联盟的成果。其制程机台来自日商精工爱普生,精工爱普生和夏普皆为Future Vision研发联盟一员。

2.专业彩色滤光片厂商TPN和DNP:
TPN和DNP皆于1980年代即已投入TFT-LCD面板用彩色滤光片的生产,具有悠久历史,在全球外购CF市场亦占有垄断地位。两方皆选择在各自的六代CF生产线投资喷墨印刷法制程:TPN将在三重第一工厂引进支持六代液晶面板(玻璃母板尺寸为1500×1800mm)的喷墨印刷制程生产设备,预定在今年第3季投产,而DNP亦在其六代CF生产线引入喷墨印刷制程设备,预定于今年第4季投产。

  但两方对于八代CF生产线却有不同看法:TPN预定2006年第3季投产的三重第2工厂(八代CF生产线)选择采用现行Lithography制程,而DNP预定2007年第2季投产的八代CF生产线则预计采用喷墨印刷法制程。据专家分析推论,其目的有三:
●目的(1):两者新增之六代CF生产线产能将可供应给今年第2季量产的IPS-alpha六代面板厂,亦可同时供应给Sharp之六代面板厂藉以降低成本。
●目的(2):藉由测试六代CF的喷墨印刷法制程的成熟度之后,接着才会应用到八代CF生产线。也可看出DNP对于喷墨印刷法具有较大野心。
●目的(3):若是喷墨印刷法良率不高,Sharp的八代面板生产线依然可从TPN的Lithography制程生产线获得稳定CF供应;若是喷墨印刷制程的CF成功投产,Sharp的八代面板将可进一步降低成本,在全球液晶电视面板市场具有压制性成本优势。

但需注意的是,今年八月底,DNP宣布收购Sharp原本在龟山第二工厂内采用喷墨印刷法制程之八代CF生产线,新公司名称为:DNP Color Techno Kameyama Co. Ltd,定于今年九月一日起营运。此事件是否代表Sharp的喷墨印刷法制程不若预期才因而转卖给DNP进行后续改善,值得观察。

(2)韩国
韩国是继日本之后的液晶面板产业大国,其追赶日本的脚步从不暂歇过。尤其三星更与日商Sony于2006第1季携手建立七代面板生产线,以现在时点看来,可谓是洞烛机先。自1984年起,三星电子即从事TFT-LCD研发,自1987年李健熙接任会长对三星近年发展影响深远,他带领三星电子度过1997年亚洲金融危机,度过危机之后的三星电子在TFT-LCD事业更为专注,加上旺盛之企图心,造就今日三星电子之地位。

在喷墨印刷法制造彩色滤光片的应用上,韩国产业资源部促进零件材料开发事业,选定三星电子为首的SFA Consortium开发喷墨印刷法技术,以三个方向进行开发:(1)「喷墨头」由Samsung Advanced Institute of Industry 负责;(2)「相关材料」由三星集团之第一毛织(Cheil Industries)负责;(3)系统整合部分则由三星电子(Samsung Electronics)负责。

三星预计先于八代CF生产线采用喷墨印刷法制程配合八代面板生产,其宣称之成果令人印象深刻,例如CF制程数目从 21 道降至 5 道,CF材料使用量减少80%,而CF设备投资更减少 60%。

三、观点
综观日韩于喷墨制程皆多所布局,但是喷墨印刷法迈向成熟之路亦有挑战。喷墨印刷法较现行非旋转式涂布技术虽然有较佳的生产效率及较低生产成本,但此技术发展至今仍旧有一些问题待克服,如墨滴尺寸(Ink Size)与印刷精确度(Printing Accuracy)是互相矛盾的两难(Trade-off),而墨滴尺寸又和彩色滤光片的分辨率(Resolution)有极大的关系,因为线宽的限制导致喷墨印刷法尚无法应用于超高分辨率的彩色滤光片制程。

除此之外,近年亦有一新兴技术逐渐产生威胁,即是称作「色序法(Color Sequential Method或称Field Sequential Method)」的TFT-LCD面板制造技术,其标榜完全不需使用彩色光阻,藉此降低成本及制程复杂度,改以RGB三色LED依时间轴混色方式取代传统RGB三色彩色滤光片之空间轴混色方式,然而采用此新兴技术的面板带有色分离(Color Breakup)现象,对于电视动画的播放尚未达到使用者要求。综合以上所述,未来彩色滤光片产业发展状况值得继续密切注意。

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