日本国内LCD厂商普遍认为单纯的TFT-LCD玻璃机基板大型化，已经无法满足液晶面板低成本的要求，因此相关业者相继开发喷墨法(ink jet)与Rollto Roll法，製作彩色滤光膜片(color filter)，同时还推出偏光膜片/位相差板/稜镜膜片/扩散膜片一体化的光学film，试图藉由元件製作技术的革新，降低元件数量、製程，进而使高居使液晶面板製作成本70~75%的关键性元件，总成本能够降低一半以上。

此外不同於传统的新世代製作设备，例如立式搬运设备、洗净剂、单片/批量(枚叶/batch)式混合型长膜、洗净设备的开发，同样对抑制液晶面板低製作成本具有决定性影响(图1)，因此本文要探讨TFT-LCD製作技术的革新动向。


图1 大型TFT-LCD的技术革新项目一览
　
发展经纬

如图2的统计资料显示，LCD玻璃基板大型化反而造成投资效率急速降低，如何改善投资效率降低同时提高液晶电视的成本竞争力，成为液晶面板厂商永续经营的关键性要素之一。

以往LCD厂商坚信生產设备的世代进化，由於基板面积平均扩大1.8倍，巨额投资製作成本相对降低，加上需求扩大带动的良性循环获得充分发挥，可以使投资在短期内快速回收。

然而实际上起因於大尺寸液晶电视的需求，促成玻璃基板大型化的发展，到第6代设备之后反而呈现需求减缓的趋势，因为第6~8代各世代的玻璃基板，面积扩大率仍旧维持在1.3倍左右，以第9代设备为例，假设60吋面板6片取样的玻璃基板面积为2400Х2800mm，它与第8代比较时，面积扩大率却依旧维持在1.3倍水準。

由此可知生產设备的新世代化，实际上对投资效率与成本控制的助益非常有限，而且庞大投资进行世代更新，极易陷入资金筹措、调度、回收不易等窘境，相较之下生產技术的革新才是抑制製作成本，提高投资效率的根本方法。

根据SHARP表示材料与元件製作方式的改善，可以获得比第9代的设备投资效益高2倍以上，尤其彩色滤光膜片、偏光板/位相差板、背光模组、驱动IC等，高居总製作成本80%的4大关键性元件，都是今后材料製作方式革新的主要对象。

　
图2 基板大型化后的投资效益
　
彩色滤光膜片的製作技术革新

SHARP预定2006年开始运作的龟山第2工厂，将採用喷墨法製作彩色滤光膜片。图3是该公司与20几家协力厂商共同出资设立的「Future Vision」最近发表的研究成果。

根据SHARP表示，喷墨法彩色滤光膜片是利用精密模具，先在射出成形树脂表面製作油墨(ink)沟渠，接著再用喷墨方式将红、蓝、绿三种顏料注入沟渠(图3)，目前是以1100Х1300mm第5代玻璃基板进行试作，Future Vision预定2005年3年完成喷墨法彩色滤光膜片的量產技术，届时彩色滤光膜片的製作成本，可望比目前光学平版印刷法低一半左右，光罩使用数量则从4片减少成1片。
　

图3 利用喷墨法製成的彩色滤光片外观


图4 喷墨法与光学印刷法製作彩色滤光片的流程

此外日本次世代携带用显示器材料技术研究连联盟(TRADIM)，利用Roll to Roll高效率生產技术製作彩色滤光膜片，该技术最大特色是捨弃传统单片(枚叶式)製程，改用长度高达数十公尺的膜片(film)基板，开发全新的连续式彩色滤光膜片製作技术。

图5是TRADIM在 膜片(film)基板上，试作解析度为200ppi(pexel per inch)，2吋与5吋显示器用彩色滤光膜片的实际外观。

TRADIM 预定2005年 月开始提供样品给客户评鑑测试，TRADIM同时还计划今后将设法突破大型设备与材料取得等限制，开发大型液晶电视用彩色滤光膜片的量產技术与生產设备。

事实上以前就曾经出现类似Roll to Roll的构想，不过当时不论是材料技术与製程技术仍不成熟，因此一直无法成功製作高精度的彩色滤光膜片，尤其是传统的基板材料膨胀係数太高，经常造成製程上定位偏移等问题，高精度的图案(pattern)加工成为无法突破的技术瓶颈，有鑑於此TRADIM特别开发膨涨係数只有传统材料1/4~1/5，89%光线穿透率完全相同的透明膜片基板，进而彻底解决上述问题。

图5 利用Roll to Roll製作CF

图6 Roll to Roll方式製作彩色滤光片的原理
　
偏光板与位相差板一体化的技术革新

有关偏光板与位相差板的技术革新，如图7所示捨弃传统偏光板与位相差板单体相互粘贴方式，透过全新的製作技术将偏光板与位相差板两元件一体化，如此可以节省一片三醋酯纤维膜片(TAC Film:Tri-acetate Cullulose)，同时还可以大幅简化製作手续。

SHARP的「Future Vision」研究小组预定2005年3月之前，完成上述偏光板与位相差板一体化相关技术的开发，龟山第2工厂将採用新世代一体化的偏光板/位相差板。

传统加工是利用Roll to Roll技术，是用二片保护层薄膜挟持贴合偏光元件，接著在它的上方粘贴防反射薄膜，最后依照面板大小裁切膜片，再以批量(batch)方式粘贴位相差板，整个加工过程需要三次以上的粘贴作业；相较之下Future Vision开发的Roll to Roll技术，只需用具备防反射与位相差板功能的保护膜片，将偏光元件挟持贴合，透过一次的膜片粘贴作业即可完成，由於新製程无批量贴合工程，所以可以作一贯性连续作业。

此外Future Vision研究小组基於提高量產性等考量，因此著手改善决定偏光板与位相差板特性的树脂膜片加工方式，採用押出成形法取代传统溶液铸造法(cast)。所谓溶液铸造法是将塑胶(plastic)溶入有机溶液内，再使溶液逐渐乾燥製成塑胶膜片，这种方式的优点是膜片的物性非常均匀，反面缺点是量產性偏低设备巨大而且投资金额偏高；相较之下押出成形法是使加热溶融的树脂从slit押出製成膜片(film)，由於它是属於乾式製程，因此製作过程中无去除溶剂的困扰，而且设备低廉不占空间。

至於膜片物性均匀度，随著也高分子的分解机制的解明，目前已经可以利用获得比溶液铸造法更好的膜片物性均匀度。


图7 偏光板与位相差膜片一体化方法
　
背光光源与光学膜片的技术革新

有关背光光源的技术革新，传统方式的冷阴极灯管使用量眾多，加工、组装作业非常繁琐，因此促成外部电极灯管(EEFL)与平面萤光灯(FFL)快速进入实用化阶段，其中又以韩国三星的动作最积极，该公司计画2005年3月完成平面萤光灯实用化技术的开发。

图8是三星在2005年1月「2005 International CES」展示的平面萤光灯type的液晶电视外观，三星计划2005年夏季推出40吋与46吋两种平面萤光灯type的液晶电视。事实上当初开发平面萤光灯主要诉求，是它的色再现性含盖范围非常宽广，未来LED的单价若下跌的话，平面萤光灯的价格可望介於LED与冷阴极灯管之间，宽广的色再现性加上外形整洁、组装容易等特性，一般认为平面萤光灯具备极高的竞争优势。


图8 使用FFL背光模组与LED背光模组的LCD TV
　
 
扩散与稜镜光学膜片的一体化技术

日本クラレ(Curare Co.)为削减元件使用数量、提高生產效率，开发新技术将背光模组的扩散膜片与稜镜光学膜片一体化，根据该公司表示预定2005年5月开始量產的一体化光学膜片，可以使LCD背光模组的製作成本降低 。

液晶显示器的背光模组是由可使冷阴极灯管等光源出射的线状光线扩散成面光线的导光板，以及各种光学膜片所构成；光学膜片则是由可以将导光板出射的光线均匀扩散至各方向的扩散光学膜片，以及可以将光线收敛至正面方向的稜镜光学膜片(prisn sheet)所构成。图9是クラレ开发的光学膜片一体化基本结构。

以往面板或是背光模组厂商，必需先将卷筒状的各类光学膜片裁切成单片状，接著依照设计需求逐片堆叠贴合，由於作业非常繁琐复杂同时还要防止粉屑微粒混入光学膜片内，因此整体的量產性与作业效率非常低；相较之下クラレ开发的一体化光学膜片，可以大幅提高良品率与量產性，同时还可以简化製作程序。

由图9(b)可知一体化光学膜片，是先在压克力系树脂表面製作U形微镜片(micro lens)，并在其背面涂佈含有扩散粒子的膜片，接著将此光学膜片粘贴於导光板表面，并使导光板与微镜片之间形成空气层，利用空气层与微镜片的界面，使导光板出射的光线產生全反射，藉此提高20%左右的光线取出效率，同时削减40%左右的光学元件成本。

该公司2005年4月正式量產的一体化光学膜片，可应用在笔记型电脑的楔形(wedge type)背光模组，在此同时クラレ已经著手开发大型液晶电视用直下式背光模组一体化技术。由於直下式背光模组使用扩散板并不是一般导光板，因此可以直接利用扩散板内部全反射特性，取出光线再以微镜片收敛光线，也就是说クラレ计划将扩散板与表面膜片状扩散sheet一体化，如此一来便可以彻底解决背光模组大型化后，扩散sheet因自重下垂或是高温时產生皱折、波纹等问题。



图9 扩散与集光功能一体化的光学膜片
　
驱动IC小型化的技术革新

有关液晶显示器的驱动IC进化，COF(Chip On Film)正逐渐取代传统TAB(Tape Automated Bonding)。造成上述现象主要原因是传统TAB无法满足30μm导线间距、驱动IC多脚化、晶片面积微形化等技术上的进化。一般认为30μm导线间距的普及化、IC使用数量的降低、晶片面积微形化之后，液晶显示器的驱动IC成本可望降低50~60%。

以驱动IC封装元件大厂三井鑛业为例，该公司早在在2004年已经备妥30μm导线间距的COF film量產机制，紧接著2005年更扩充导线间距窄距化的量產规模，并著手开发导线间距低於30μm的窄距化技术，显示液晶显示器的驱动IC微形化，已经成为业者关注的焦点。
 
生產设备的技术革新
除此之外生產设备专业厂商也陆续开发立式生產设备，例如喷墨式光阻剂涂佈设备等等，希望藉此协助客户提高投资效率。

上述立式生產设备主要诉求是削减间接材料的使用量与设备占用空间，例如芝浦机电预定2005年推出的立式搬运洗净设备(图10)，它的纯水与药液使用量以及成本是传统设备的一半；アルバック预定2005年第二季，正式开发立式单片式(枚叶式)溅镀技术；芝浦机电更应用已经商品化的喷墨法製作液晶cell配向膜的既有技术，开发彩色滤光膜片製程的光阻剂涂佈设备，由於新型光阻剂涂佈设备结构简易、价格低廉，因此具备极高的竞争力。该公司计划2006年正式量產。

　
图10 立式搬运洗净设备与传统设备的比较
　
结语

以上介绍TFT-LCD製作技术的革新动向。平面显示器的普及化，使得液晶显示器厂商面临降低製作成本巨大压力，过去LCD厂商普遍认为单纯的TFT-LCD玻璃机基板大型化，亦即生產设备的世代更新，事实证明并无法达成预期的效果，因此国外相关业者相继开全新的生產技术，试图达成抑制製作成本、提高產能与投资效率多重目标。