TWI258625B - Method of forming alignment layer for liquid crystal display device - Google Patents

Description

1258625 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於液晶顯示（liquid crystal display， LCD)裝置，特別是形成用於液晶顯示裝置之配向層所用之 方法。 【先前技術】 一般而言，液晶顯示裝置包含兩個基板，其在空間上 係互相分離，且彼此面向而容有液晶材料層介於此二基板 間。每一基板都包含彼此面向的電極，而施加於該些個電 極的電壓，會感應得到電場，係介於電極間且位於液晶材 料層中。 液日日材料層包含介電異向性（dieiectric anisotropic)材料，係具有自發極化（sp〇ntane〇us polarization)性質。因此，當電場感應係發生於液晶材 料層時，液晶材料的自發極化性質，會使液晶分子形成偶 極（dipole)。因此，液晶材料層（liquid crystal material layer)的液晶分子會依照所施加電場的方向排 列。液晶材料層的光學調變（〇ptical m〇duUti〇n)性質 會隨液晶分子的排列改變而發生，因&，利用光學調變性 質’控制液晶材料層的光傳冑，可在液晶顯示裝置顯示所 第1圖係根據習知技藝， 第1圖，液晶顯示裝置11具 空間上互相分離且彼此面向 液晶顯示裝置的分解圖。於 有上基板5與下基板10，係在 。液晶材料層9係中介於上基

苐8頁 1258625 五、發明說明（2) 板5 與下基板1〇間。 上基板5包含黑矩陣（black matrix)6，彩色濾光片層 (color filter layer) 7 ’ 及透明共電極（transparent common electrode)18，係位於面朝下基板ι〇的上基板5表 面。黑矩陣6的每一個開口都有彩色濾光片層7，包含紅 (R)，綠（G)，及藍（B)的三種次彩色濾光片（sub-c〇l〇r filters)其中一。因此，上基板5亦可稱為彩色濾光片基 板（color filter substrate)。 閘極線14與資料線22係形成於下基板ι〇的表面，下 基板1 0係面對上基板5。閘極線1 4與資料線22彼此交越， 以定義像素區（pixel area)P。薄膜電晶體τ係形成於鄰接 閘極線14與資料線22交越處的位置。薄膜電晶體τ有一個 閘極電極，一個源極電極，及一個沒極電極。像素電極 (pixel electrode)36，其連接薄膜電晶體τ，係形成於像 素區（pixel area)P之中，且對應至次彩色濾光片其中 一。像素電極36由透明導電材料（transparent conductive material)製成，如··氧化錫銦（indium — tin — oxide ’IT0)。下基板1〇可稱為陣列基板（array substrate) ° 習知技藝液晶顯示裝置’陣列基板係由複數個交換元 件（switching element)形成，例如：薄膜電晶體，對應 複數個交換元件的複數個像素電極，彼此交越的閘極線與 資料線，其連接於交換元件，及位於閘極線與資料線端頭 的墊（pads)，係透過沉積，微影技術（ph〇t〇Uth〇graphy)

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二=製程（etching process)。製造彩色濾光 J 依序為形成黑矩陣1色濾光片層，及位於朝 ^ 土板之表面的共電極。接著，陣列基板及彩色濾光 片基板：此黏合。最後，在陣列基板與彩色濾光片基板二 /主入液晶材料，完成液晶顯示裝置。

液晶顯示裝置利用液晶材料的光電效果（eUctr〇 — optical effect)，係由液晶材料的異向性與液晶材料的 液晶分子排列決定。因此，控制液晶分子排列對液晶顯示 裝置的顯像品質有重大影響。為使液晶分子最初排列一 致必須進行配向程序（a 1 i g n i n g p r 〇 c e s s )。例如：配 向程序可使用磨刷法（rubbing method)完成。具有預先決 定厚度的配向層（alignment layer)，可形成於陣列基板 上’而稍後硬化處理。此外，或另一種作法是，配向層可 形成於彩色基板（c〇l〇r substrate)。為使配向層表面 排列朝特定方向，硬化後的配向層以特殊布料磨刷，又稱 為磨刷布料（rubbing fabric)。因此，配向層的聚合物鏈 (polymer chains)朝特定方向排列，因此，液晶分子的最 初排列可整齊劃一。

配向層使液晶分子具有單一晶體的式樣與均勻度。配 向層可分為無機配向層（inorganic alignment layer) 與有機配向層（organic alignment layer)。聚亞醯胺 (Polyimide，PI)是廣泛使用的有機配向層。 配向層一般可採滾輪塗佈法（roll coating method) 完成，其使用一個列印裝置，包含複數個滾輪（r ο 11 s )與

第10頁 1258625 五、 發明說明（4) --— — 們 一個打印臺（printing table)及固著在列印 膜（transfer film)。配向層的形成，會配人^的轉印薄 •一說明。第2圖顯示根據習知技蓺，佔二泣α口弟2圖向讀者 向層的製程。 技-使用滾輪塗佈法印製 於第2圖，列印裝置1包含打印臺复 平面，打印滾輪（printing r〇i1)3 ，其二庳二f動於— 復移動而轉動’轉印薄膜15固…印滾輪;、 (amlox r〇n)8將配向溶液轉移到轉印 、、滾輪

滾輪（doctor r〇lU4將花紋滚輪8均句塗佈配向溶液調= 板（SUbStrate)13係定位於打印臺2，且稍後打印臺？二 定速度朝打印滾輪3移動。當打印滾輪3嚅合於基板13 打印滾輪旋轉且固著於打印滾輪3的轉印薄膜15接觸打’ 臺2的基板13，使得轉印薄膜15的配向溶液轉移到基板 13。因此，配向層（&ΐ18ηπ^η1: layer)(未圖示）形成於美 板13。配向層係經乾燥處理，以除去其中的水氣，且稱% 經聚合固化（cure)而硬化。其次，硬化的配向層係以磨I 布料加固疋壓力磨刷其表面’使得配向層之聚合物鏈朝 定方向排列。 第3A圖係習知技藝轉印薄膜的平面圖，而第3B圖係第 3A圖Μ區（region M)放大圖。第4A圖係習知技藝轉印薄膜 的檢截面圖’而第4B圖係第4A圖N區（region N)放大圖。 如第3A圖，第3B圖，第4A圖與第4B圖所示，轉印薄膜15包 含凸狀部（convex portions) 17 與板面部（ground portion )19。每一凸狀部17具有配向溶液，並將其轉移

1258625 五、發明說明（5) 到第2圖的基板13。環繞凸狀部17的板面部19不接觸第⑼ 的基板13。一般而言，凸狀部17的平均厚度n約介於2 2 釐米到2. 84釐米間，且板面部19平均厚度以約介於^ 4 米到2. 0釐米間。 ^ 凸狀部17包含複數個半色調點（halft〇ne d〇ts) 21， 每個半色調點21的形狀像切去一截的圓錐體’其用以容柄 等量的配向溶液，且溝槽23，其中充滿配向溶液，係形成 於半色調點21間。複數個半色調點21之實質高度與尺寸 相同，且半色調點21係等間距。換言之，溝槽23之 度與寬，相同。此外’凸狀部17的半色調點21的側部相對 於轉印薄膜15的下表面是傾斜的。凸狀部17可包含約4〇〇 目的半色調點。 第5A圖係根據習知技藝，形成於基板上的配向層之橫 截面。第5B圖係第5八顯區的放大圖。如第5A圖盥第5b、 圖^配向層32係塗佈於基板3〇上，其可為液晶顯示裝置的 上基板^或下基板，且稍後聚合固化。配向層32厚度約介於 70%埃（A)到1，1〇〇埃。然而，配向層32，其藉由第3a圖到 第4B圖的轉印薄膜15形成，可具有非齊—厚度。換言之， 雖然配向層32厚度本應約在700埃到11〇〇埃，但是°，配 向層32厚度於該處可約在14〇〇埃到33〇〇埃間。因此， 位於邊緣的配向層32之厚度，相較於中央部的配向層“之 f度i可厚達約二至三倍。此問題造成液晶顯示 ίΪΓ:基板的非齊一裂縫(㈣），因此，當施加信號 電壓k ’顯不影像會發生不同亮度的亮點。

1258625 五、發明說明（6) 配向層於邊緣處厚度高於中央部厚度的此 能因邊際現象（marginal phenom 種^通，可 明如下：於配向層的列印裝置，有；)尺Y邊際現象說 薄膜’係固著於打印滾輪，且當載J基：：色:周點的轉印 送滾輪(transfer r。⑴的表面，土 了卩臺，沿運 印滚輪隨所固著的轉印薄膜轉動。#包\^度移動時’打 薄膜’其凸狀部接觸到基板時，充；；； =點的轉印 錐體的配向溶液，會藉花紋滾輪移轉到基板4 部圓 此’配向溶液在凸狀部邊緣的主= = = :液、。因 槽’會較稠密。此種現象可稱為邊象。^附近之溝 【發明内容】 用之形成用於液晶顯示裝置之配向層所 個或多個問題：際免除習知技藝因其限制和缺點產生的― $發明目的係揭露形成用於液晶 用之：法日，向層具有齊-厚度。置之配向層所 所用之ϊ: j膜目：係揭露形成用於液晶顯示裝置配向層 1，寻膜，該配向層具有齊一厚度。 且部份口 t;之後詳細說明， ::明：發明的目的及其他優點於文；得 指明的組織結構、申請專利範圍以及所附；=所特別 第13頁 I258625 五、發明說明（7) 4達成與本發明用徐 字解說之詳載，於相付之其他優點，如實施例與文 法，包含.m — v成用於液晶顯示裝置之配向層所用之方 含\凸狀=:=薄膜於打印滾輪，該轉印薄膜【 半色調點；定位二寸的半色調點與第二尺寸的 設置配向溶液於一 ΐ板 打印臺；使用一調節滾輪，以 滾輪時，將紋2紋滾輪；及當移動打印臺與轉動打印 塗佈配向溶液於=配向溶液移轉至轉印薄，且接著 驟。 欣於该基板，以形成一配向層於該基板的步 本發明另_ t & 衫、 向層所用之方法，其使成用於液晶顯示裝置之配 —花紋滚輪及一調ΐί:列印裝4，包含：一打印滾輪， ;ρ滚輪，該轉印薄： = 狀；著二：印薄膜於該打 第—尺寸的半 凸狀部，其中該凸狀部具有 於—打印臺·使用·_ 一弟一尺寸的半色調點；定位一基板 該打:菸板，係從該花紋滾輪，經* 輪’以露：轉印薄臈散佈於-打印滾 裝置之配向板，用於形成於液晶顯示 部分有第寸;;繞該凸狀部，其中該凸狀部的一第一 第二尺寸的色調點：且該凸狀部的-第二部分有 點大。” 尺寸的半色調點比第二尺寸的半色調 1258625 五 、發明說明（8) 先前的一 性並為解說用 求之本發明。 般性描述與本文後續的詳細解說，均為例示 ’且意在進一步闡明於申請專利範圍内所請 【實施方式】 請參閱詳細說明之本發明實施例，皆附有相關圖式說 明 第6 A圖係根據本發明實施例轉印薄膜之平面圖，且第 6B圖係沿第6A圖VI-VI線的橫截面。如第6A圖所示，轉印 薄膜100包含凸狀部105，及板面部11〇。轉印薄膜1〇〇 -個凸狀部m包含配向溶液，且當轉印薄膜#接^=母 時，會移轉配向溶液到基板。板面部11()環繞凸狀部1〇5， 且板面部110厚度較凸狀部丨05厚度薄。於本發明實施例， 每一凸狀部105係中央部1 03與邊緣部丨〇2組成。中央部1〇3 與邊緣部102的形狀不同。換言之，半色調點或目之尺寸 且/或面度’於凸狀部105之中央部1〇3與邊緣部1〇2係不 同。 ”目”（Meshes)係於一方格中形成的半色調點數目，該 方格寬咼各一英忖’即2 · 5 4公分。例如，4 〇 〇目的轉印薄 膜包含400半色調點，其位於凸狀部丨〇5定義出2· 54公分長 與2. 54公分寬方格。 _ 如前文所述，本發明實施例，中央部丨〇 3與邊緣部j 〇 2 具有不同目。例如，中央部103有400目，邊緣部丨02有超 第15頁 1258625 五、發明綱⑼ " -- 過4〇〇目。換言之，邊緣部1〇2有4〇〇目到6〇〇目。若目的數 目改變，半色調點間的空間與其尺寸也改變。此外，中 央部103半色調點的高度，比邊緣部1〇2半色調點的高。邊 緣部102的寬度W1與W2約在〇釐米（111111)到100釐米間。 如第6B圖實施例所示，形成於中央部丨〇3與邊緣部1 〇2 的半色調點120a與120b尺寸不同，其集中介於中央部1〇3 與邊緣部102的邊界部（border portion ) B A。字母a指 示一個第一空格，係介於中央部1〇3的半色調點12〇a間。曰 字母B指示一個第二空格，係介於邊緣部1〇2的半色調點 lj〇b間。英數字T3指出中央部1〇3半色調點12〇3的高度。 英數字T4指出邊緣部1〇2半色調點i2〇b的高度。 如第6B圖實施例所示，轉印薄膜1〇〇的凸狀部1〇5的形 成，必須滿足以下條件：A > B，T3 > T4。因為溝槽 (gr〇〇VeS)125a與125b的尺寸正比於半色調點^仏與^⑽ 的尺寸，中央部103的溝槽125a比邊緣部1〇2的溝槽125b 大且深。因此，中央部103可包含比邊緣部1〇2多的配向溶 液。 轉印薄膜100的凸狀部1〇5，其平均厚度Η約介於224 釐米到2. 84釐米。雖然中央部丨03與邊緣部1〇2半色調點 的高度可以不同，但中央部103與邊緣部1〇2半色調點的頂 表面（top surfaces) 係位於同一平面上。 轉印薄膜的製造方法詳述於本文後。感光樹脂固著而 形成轉印薄膜，感光樹脂可稱丙烯酸感光性樹脂 (Asahikasei Photosensitive Resin，ApR)，其具有聚

1258625 五、發明說明（10) 乙烯薄膜（polyethylene film)，係基底薄膜（base film)。曝光機係用於形成轉印薄膜，其中曝光機包含： 一紫外光燈（ultraviolet lamp，UV lamp)及一基板，係: 可由石英或晶體製成。曝光機的基板位於紫外光燈上方。 一負片，係位於曝光機的基板，以圈圈型的圖案進行圖案 化，該圖案的數量係與稍後形成於凸狀部的半色調點之數 量相等。圈圈型的圖案，依照對應部位有不同尺寸。換 言之，係中央部或邊緣部二者一。 其次’某種厚度的丙烯酸感光性樹脂（)係塗佈於 負片。透明基底薄膜係聚乙烯製成，其排列並固著於塗佈 後的丙烯酸感光性樹脂（APR)上方。固著於丙稀酸感光性 樹脂（APR )的丙烯酸感光性樹脂，係於曝光機基板的下 方’夂紫外光燈的照射。部分丙烯酸感光性樹脂（ApR)， 係對應圈圈型圖案，會受紫外光照射且會硬化。因此，負 片的圈圈型圖案，透過紫外光（UV)的曝曬作用，而轉移到 丙烯酸感光性樹脂（APR)。固著於基底的丙烯酸感光性樹 脂，其具有半色調點，經清洗後，使得硬化部留下，丙 酸感光性樹脂（APR )未曝光部被移除。硬化作用後的丙 酸感光性樹脂與固著的基底薄膜，變成轉印薄膜。 丙烯酸感光性樹脂轉印薄膜的烘乾，係透過烘乾程 序，且丙烯酸感光性樹脂轉印薄膜的表面，透過來自其 面壓力，會進一步硬化。最後的丙烯酸感光性樹脂轉^ 膜有凸狀部，其包含：一中央部與一邊緣部，其尺寸、f 度與半色調點的數目均不同。 阿

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半色調點的尺寸與高度，由 照射下，位於負片❸目圈型圖案及在紫外光⑽） 型圖案小，則半色調點的尺寸也小，I =若負片的圈圈 溝槽的深度亦小。 +色调點的咼度或 其次，配向層係塗佈於 述轉印薄膜。此打印程序將 一邊緣部，具有小尺寸的半 打印滾輪，且基板位於打印 使用調節滾輪，使得配向溶 滚輪，調節滾輪係橡皮製成 搖晃。當打印臺移動時，會 小尺寸的半色調點嚅合，塗 液’而塗佈於基板。基板， 乾且經聚合固化後，以形成 配向層，其厚度於邊緣區與 第7A圖與第7B圖顯示根 膜而形成的配向層之橫截面 放大圖。如第7A圖與第7B圖 係使用具有小尺寸半色調點 之中央部的轉印薄膜。換言 央部尺寸不同之半色調點。 基板’透過打印程序，使用上 在此詳述。轉印薄膜，其包含 ^調點’係固著於列印裝置的 堂上。配向溶液的設置，係 液均勻地移轉，且塗佈於花紋 ’當調節滾輪轉動時，本身會 使具有邊緣部之轉印薄膜，以 佈於化紋滾輪表面的配向溶 連同其上的配向溶液，係經烘 一配向層。經上述程序形成的 中央區係齊一。 據本發明實施例，使用轉印薄 。第7B圖係第7A圖E2邊緣區的 ，配向層155形成於基板150， 之邊緣部與正常尺寸半色調點 之，凸狀部包含於邊緣部與中 配向層1 5 5的形成，係使用轉 印薄膜，其具有較小尺寸半色調點於邊緣部，且正常尺寸 半色調點於中央部’以達成其厚度約在7〇〇埃到丨，丨〇〇埃 間。因此，配向層1 5 5之中央部與邊緣部的厚度齊一。

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五、發明說明（12) 於本發明實施例 ，… Λ 你休濃輪含佐 法（roll coating method)完成，其使用一轉印薄膜主佈 轉印薄膜具有凸狀部薄膜，係具有較小尺，本 、該 緣部，且正常尺寸半色調點於中央部。因此，可避免邊^ 現象，且配向層可有較佳厚度，約7θθ埃到11〇〇埃。因此 配向層跨越基板的厚度係齊一，且能因此改善裝置的影 像。 ^ 何熟悉此等技藝之人士 ’在不脫離本發明之精神與 ^ si π，對本發明之製程與應用，為各種更動與潤飾，應 r圍双易見。從而’不脫離本發明申請專利範圍及其等效 界定之所在，而為各種更動與潤飾，仍應屬之。

1258625 圖式簡單說明 下列附屬圖式係幫助讀者能深入明 而組成本申請書的—部份，所繪 x ，、口入 Α.Ϊ ^ m ^ ^ Ρ式係說明本發明實絲 例，連同其解說文字部份，係用以 、 於圖式： j釋本發明創作精神。 ，1圖係根據習知技藝，液晶顯示裝置的分解圖。 第2圖顯示根據習知技藝，使用滾輪。 的製程。 文佈汝丨1配向層 第3A圖係習知技藝轉印薄膜的平面圖。 第3B圖係第3A圖Μ區的放大圖。 第4 Α圖係習知技藝轉印薄膜的橫截面圖。 第4B圖係第4A圖N區的放大圖。 第5 A圖係根據習知技藝，形成於基板上的配向 曰之板截 第5B圖係第5A圖E1區的放大圖。 第6 A圖係根據本發明實施例轉印薄膜之平面圖。 第6B圖係沿第6A圖VI-VI線的橫截面。 第7A圖係根據本發明實施例，使用轉印薄膜而形$ ^ 向層之橫截面。 第7Β圖係第7Α圖Ε2區的放大圖。 2 打印臺 4 調節滾輪 6 黑矩陣 【元件符號說明】 1 列印裝置 3 打印滚輪 5 上基板

1258625 圖式簡單說明 7 彩色濾光片層 8 化紋滾輪 9 液晶材料層 10 下基板 11 液晶顯示裝置 13 基板 14 閘極線 15 轉印薄膜 17 凸狀部 18 透明共電極 19 板面部 21 半色調點 22 資料線 23 溝槽 30 基板 32 配向層 36 像素電極 100 轉印薄膜 102 邊緣部 103 中央部 105 凸狀部 110 板面部 120a 半色調點 120b 半色調點 125a 溝槽 125b 溝槽 150 基板 155 配向層 T 薄膜電晶體 A 邊界部（字母） Β 邊界部（字母） El Ε2 邊緣區 Η 平均厚度 Μ 區 N 區 Ρ 像素區 ΤΙ 平均厚度 Τ2 平均厚度 T3 英數字 Τ4 英數字 VI 線 W1 寬度 W2 寬度

Claims (1)

1258625 六、申請專利範圍 包 1 · 一種形成用於液晶顯示裝置之配向層所用之方法， 且 固著一轉印薄膜於一打印滾輪，該轉印薄膜包八 ^ 一凸狀部，其具有第一尺寸的半色調點於邊緣i 第二尺寸的半色調點於中央部； 定位一基板於一打印臺上； =用一調節滾輪，以設置配向溶液於一花紋滾輪及 當移動該打印臺且旋轉該打印滾輪時，轉移該’ 向溶液，至該轉印薄膜，且接著塗佈該配向溶液於 該基板，以形成一配向層於該基板。 、 2. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中該配向芦 度介於700埃到1，1〇〇埃。 日 3. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中該第一 半色調點之尺寸，比第二尺寸的半色調點之尺寸大、、 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第一 半色調點係位於該凸狀部的一中央部，且該第二尺 色調點係位於該凸狀部的一邊緣部。 、、 \如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該凸 邊緣部之寬度，係約介於〇釐米（111[11)到1〇()釐米間。、 6二=利範圍第1項所述之方法，其中該轉印薄膜進 一板面部，係環繞該凸狀部，其中該板面部的 度較該凸狀部的平均厚度為薄。 一 7.如申請專利範圍第！項所述之方法，其中該轉印薄膜之

1258625 六、申請專利範圍 該凸狀部的平均厚度係約介於2· 24釐米到2 84釐米間。 如申請專利範圍第i項所述之方法，進一步地包含3: 一 聚合固化該配向層的步驟。 9· 一種形成用於液晶顯示裝置之配向層所用之方法，其使 =二列印裝置，該列印裝置具有一打印臺，一打印滾輪， 一花紋滾輪及一調節滾輪，包含： 固著一轉印薄膜於該打印滾輪，該轉印薄膜包含： 一凸狀部，其中該凸狀部有複數個第一尺寸的|色調點 與複數個第二尺寸的半色調點； 疋位一基板於該打印臺上； 設置配向溶液於該花紋滚輪，係藉助於該調節滾輪；及 塗佈該配向溶液自該花紋滾輪於該基板，係經由該打印 滾輪之該轉印薄膜的步驟。 I 0 ·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該凸狀部包 一第一部份，係對應該第一尺寸的半色調點及 一第二部份，係對應該第二尺寸的半色調點，該第一尺 寸的半色調點係大於該第二尺寸的半色調點。 II ·如申請專利範圍第丨〇項所述之方法，其中該第一部 份，係位於該凸狀部的一中央部，且該第二部份，係位於 該凸狀部的一邊緣部。 ' 1 2 ·如申請專利範圍第9項戶斤述之方法，其中該轉印 該凸狀部具有一平均厚度，其約介於224釐米到2 8膜的 米。 · 4釐

mm 第23頁 1258625 六、申請專利範圍 1 3 ·如申凊專利範圍第9項所述之方法，其中該轉印薄膜進 一步地包含；一板面部，係環繞該凸狀部，該板面部的一 平均厚度較該凸狀部的一平均厚度為薄。 1 4· 一種轉印薄膜，係散佈於一打印滾輪，以便移轉一配 向溶液到一基板，該配向溶液係用於形成一液晶顯示裝置 之一配向層，該轉印薄膜包含一凸狀部，其具有複數個半 色調點與一板面部，該板面部環繞該凸狀部，其中該凸狀 部的一第一部分有第一尺寸的半色調點，且該凸狀部的一 第二部分有第二尺寸的半色調點，該第一尺寸的半色調點 比該第二尺寸的半色調點大。 15·如申請專利範圍第14項所述之轉印薄膜，其中該第一 部分係位於該凸狀部的一中央部，且該第二部分係位於 凸狀部的一邊緣部。 、u 16·如申請專利範圍第14項所述之轉印薄膜，其中該轉g 薄膜之該凸狀部具有一平均厚度，其約介於2· 24釐 P 2· 84 釐米。 y U 17·如申請專利範圍第14項所述之轉印薄膜，其中該凸 部之該第二部分具有一平均厚度，其約介於0釐米到1〇〇 Hz 〇