基板與柔性顯示

1、1,顯示技術(shù)進(jìn)展,第八章 玻璃基板的種類(lèi)、特性、製程技術(shù)及其應(yīng)用,參考資料： 1.平面面板顯示器 基本概論 二版 顧鴻壽/周本達(dá)/陳密 /張德安/樊雨心/周宜衡 編著 出版者：高立 書(shū)號(hào)：232526 發(fā)行日期：2005年8月 2.顯示器原理與技術(shù) 趙中興 編著 出版者：全華 書(shū)號(hào)：03185-01 發(fā)行日期：1999,2,顯示技術(shù)進(jìn)展,8-1 前言 8-2 液晶顯示器用之玻璃基板的材料、種類(lèi)及其特性 1.玻璃基板的材料及其種類(lèi) 2.玻璃基板的材料及其特性 8-3 液晶顯示器用之玻璃基板的製作技術(shù) 1.玻璃基板的製造流程技術(shù) 2.玻璃基板的後段加工技術(shù)及其特性 8-4 玻璃基板的應(yīng)用領(lǐng)域與未來(lái)

2、展望,3,顯示技術(shù)進(jìn)展,*玻璃是一種非晶的無(wú)機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料、金屬材料、有機(jī)材料並列為自然界三大主要材料 無(wú)機(jī)材料(Inorganic)是所謂金屬的氧化物、碳化物、氮化物以及氫化物等 有機(jī)材料是由碳、氫、氧、氮和鹵元素等所聚合 鈉玻璃是一般日常生活中最普通的玻璃材料，由碳酸鈉加石灰以及矽沙所製成，色帶微綠而所見(jiàn)之平板和瓶管類(lèi)產(chǎn)品均之。 硼玻璃由三氧化硼加石灰及矽砂所製成，質(zhì)堅(jiān)難溶、澎賬係數(shù)低，適用於製作化學(xué)儀器等實(shí)驗(yàn)性物品 鉛玻璃是由氧話鉛、碳酸鈉加石灰及矽砂所製成，折光性極強(qiáng)而適用製作光學(xué)儀器 石英玻璃含二氧化矽96%以上，軟化點(diǎn)極高，耐磨、子外線透光極高，融製困難，價(jià)格昂貴,8-1 前言,

3、4,顯示技術(shù)進(jìn)展,*世界生產(chǎn)平面面板顯示器的主要知名廠商有美國(guó)康寧公司(Corning, 1970年代進(jìn)入市場(chǎng))、日本電氣硝子(NEG, 1992年進(jìn)入市場(chǎng))、日本旭硝子(AGC)和日本NH-Techno(1993年進(jìn)入市場(chǎng))。 *美國(guó)康寧公司的市場(chǎng)佔(zhàn)有率是60-65%且位居世界第一位。世界第一大玻璃生產(chǎn)公司為美國(guó)康寧公司於日本及韓國(guó)均有玻璃溶融爐和切割加工等工廠，該公司隨著臺(tái)灣TFT-LCD產(chǎn)業(yè)的數(shù)千億臺(tái)幣的投資而於1999年在臺(tái)南科學(xué)園區(qū)投資7-8千萬(wàn)美金而設(shè)立兩座玻璃溶融爐和16條後段切割加工生產(chǎn)線等工廠。 *日本旭硝子株式會(huì)社在臺(tái)灣雲(yún)林科技工業(yè)區(qū)投資100億元並設(shè)立臺(tái)灣旭硝子發(fā)殷科技股

4、份有限公司(AFT)，以浮動(dòng)式融爐法為主並生產(chǎn)大面積的玻璃基板如550mmX650mm(第3代)、680mmX880m(第3.75代)m和730mmX920mm，其厚度規(guī)格為1.1mm, 0.7mm, 0.6mm, 0.5mm和0.4mm。,8-1 前言,5,顯示技術(shù)進(jìn)展,*液晶平面顯示器所使用的玻璃基板之材料，有主要成份為二氧化矽(SiO2)、氧化硼(B2O3)和氧化鋁(Al2O3)中含鹼土類(lèi)金屬氧化物RO，以及含鹼金屬氧化物R2O等兩大類(lèi) *因液晶平面顯示器的種類(lèi)，應(yīng)用領(lǐng)域和驅(qū)動(dòng)方式不同，而使用不同尺寸的玻璃基板材料，分格式或格子式(Segment)的扭曲向列型(TN)面板)的蘇打石灰玻璃

5、 簡(jiǎn)單矩陣式的扭曲向型和超扭曲向列型(STN)之面板的玻璃材料是蘇打石灰玻璃和中性硼矽酸玻璃(Neutral Borosilicate Glass),8-2.1玻璃基板的材料及其種類(lèi),6,顯示技術(shù)進(jìn)展,*不同的材料玻璃一些基本特性,8-2.1玻璃基板的材料及其種類(lèi),7,顯示技術(shù)進(jìn)展,*就基板之熱特性而言，有耐色性、耐熱衝擊性、熱伸縮性 、熱膨脹係數(shù)。耐熱性乃指玻璃材料所能忍受之最高溫度 ，即所謂的歪點(diǎn)溫度。其容許溫度差值如下: T= ()/ E T:容許溫度差 :彎曲強(qiáng)度 :Poisson比值 :黏度 :楊式係數(shù) E:熱膨脹係數(shù) *此玻璃材料在加熱後的尺寸，比加熱前來(lái)的小呈熱收縮現(xiàn)象 稱(chēng)為緊縮

6、效應(yīng)(Compaction) *目前的對(duì)策有使用高耐熱性的玻璃材料或預(yù)先退火熱處理， 以得高的尺寸安定性玻璃基板,8-2.2玻璃基板的材料及其特性,8,顯示技術(shù)進(jìn)展,*玻璃的溫度以及尺寸的關(guān)係: 若玻璃基板加熱於成膜溫度， 則因因熱收縮效應(yīng)而產(chǎn)生尺寸 減小，薄膜元件因成膜製程和 圖案化製程來(lái)1回反覆操作，而 使機(jī)板發(fā)生熱收縮，並影響圖 案的精密度，也影響到元件的 特性。,8-2.2玻璃基板的材料及其特性,9,顯示技術(shù)進(jìn)展,*熱處理玻璃機(jī)板和未熱處理玻璃基板熱收縮變化圖: 目前改善熱收縮的對(duì)策有使用高耐熱性的玻璃材料或預(yù)先退火熱處理，以得高的尺寸安定性玻璃基板,8-2.2玻璃基板的材料及其特性,

7、10,顯示技術(shù)進(jìn)展,8-2.2玻璃基板的材料及其特性,*玻璃機(jī)板材料的種類(lèi)不同有所差異： 1.蘇打石灰玻璃：成長(zhǎng)鹼金屬溶出防止膜於基板表面，利用化學(xué)氣相沉積法或化學(xué)液相沉積法。 2.非鹼金屬硼矽酸玻璃和非鹼金屬鋁硼矽酸玻璃：此類(lèi)玻璃的 鹼性金屬成份的含有量少0.1%的重量百分比，扭曲向列型和扭曲向列型，其玻璃基板鹼性金屬成份溶出量的容許是0.3%，高信瀨度的要求值在0.2%以下。 3.中性硼矽酸玻璃：一般指玻璃基板中鹼金屬含有量小於蘇打石灰中的50%，調(diào)節(jié)其成份並使其成中性化，則可大幅地減少鹼金屬離子的溶出。,11,顯示技術(shù)進(jìn)展,8-2.2玻璃基板的材料及其特性,*在TFT-LCD製程中，因?yàn)?/p>

8、金屬或氧化物的薄膜在進(jìn)行蝕刻工程 時(shí)，均會(huì)使用到不同的酸性和鹼性的溶液，故玻璃基板材需考 慮到其對(duì)各種蝕刻液的化學(xué)藥品耐久性。 *玻璃化學(xué)藥品耐久性則有耐水性、耐酸性和耐鹼性等三大項(xiàng)目。 1.耐水性意指基板置於90度c之離子交換水中保持40小時(shí)，並測(cè)量 其前後單位面積之重量變化的特性，依玻璃種類(lèi)的蘇打石灰、 非鹼性金屬和中性硼矽酸之順序。 2.耐酸性是把基板置於95度c而濃度為0.01N的硝酸水溶液中保 持20小時(shí)，並測(cè)量其前後單位面積之重量變化的特性，依玻璃 種類(lèi)的蘇打石灰、非鹼金屬和中性硼矽酸之順序。,12,顯示技術(shù)進(jìn)展,3.耐鹼性是把基板置於80度c的鹼性蘇打水溶液中保持1小時(shí)，並測(cè)量其

9、前後單位面積之重量變化的特性，依玻璃種類(lèi)的蘇打石灰、非鹼金屬和中性硼矽酸之順序。 *下頁(yè)表代表性玻璃基板在各種藥品中浸泡時(shí)，單位面積的重量減少之化學(xué)耐藥性或耐久性比較。 *一般製程中在基板上均會(huì)成長(zhǎng)SiO2、ITO、SiN和Cr等功能性或結(jié)構(gòu)性的薄膜，這些薄膜都應(yīng)有良好的和強(qiáng)固的附額著力，在簡(jiǎn)單矩陣式液晶面板之材質(zhì)，為鍍有SiO2膜的蘇打石灰玻璃，在主動(dòng)式矩陣式液晶面板之材質(zhì)，為鍍有ITO膜的非鹼金屬玻璃和中性硼矽酸玻璃。,8-2.2玻璃基板的材料及其特性,13,顯示技術(shù)進(jìn)展,*在TFT-LCD整個(gè)製程中，因?yàn)榻饘倩蜓趸锏谋∧ぴ谶M(jìn)行蝕刻工程時(shí)，均會(huì)使用不同的酸性和鹼性的溶液，故在玻璃基板材料

10、需要考慮到其對(duì)各種蝕刻液的話學(xué)藥品耐久度,8-2.2玻璃基板的材料及其特性,14,顯示技術(shù)進(jìn)展,*液晶平面顯示器用之玻璃基板的製作技術(shù)，因?yàn)槠洳牧系某煞莺鸵话悴ＡУ醚u造過(guò)程以及其要求項(xiàng)目是有些不同的。 *其製造方法為直接吹氣成型或吹玻璃法、模型成型法和裝飾法。 *目前平面面板顯示器用之玻璃基板的製造方法，有流動(dòng)床法、溶融向下曳引法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、在曳引法 其中流動(dòng)床法因具有低成本的量產(chǎn)型成形而占有優(yōu)勢(shì)。,8-3 液晶顯示器用之玻璃基板的製作技術(shù),15,顯示技術(shù)進(jìn)展,8-3 液晶顯示器用之玻璃基板的製作技術(shù),*如下圖所示，流動(dòng)床法適用於製作蘇打石灰玻璃、低鹼金屬 玻璃和非鹼金屬玻璃，溶融法以非

11、鹼金屬玻璃為主，向下曳引 法則是以鋁硼矽玻璃為主，化學(xué)氣相反應(yīng)法應(yīng)用於合成石英， 而在曳引法則是用於製作低鹼金屬玻璃和非鹼金屬玻璃。 *流動(dòng)床法為英國(guó)畢盧金頓布拉扎斯公司所開(kāi)發(fā)的方法，乃 是在溶融錫表面上將溶融玻璃水平式拉曳成板狀基板，一般適 用於大板型量產(chǎn)之蘇打石灰玻璃板的製造。 *溝漕式向下曳引法是將溶融玻璃垂直式向下拉曳成平板狀基 板，孔口端的表面成凹凸?fàn)钣绊懟迤教剐?，而需要再進(jìn)行研 磨工程。 *溶融向下曳引法為美國(guó)康寧公司所開(kāi)發(fā)的方法，其方法是由 溶融之兩測(cè)垂直方向流下，而形成平坦?fàn)畈ＡЩ濉?16,顯示技術(shù)進(jìn)展,*在曳引法為日本Hoya& Nippon Sheet所開(kāi)發(fā)的技術(shù)，其方

12、法 是將溶融玻璃製作成母板玻璃，再將母板玻璃送到加熱爐， 使其呈軟化玻璃，並延壓成型為薄狀玻璃基板，此一方法容易 進(jìn)行玻璃的替換，可適用於連續(xù)性的生產(chǎn)規(guī)模。 *化學(xué)氣相反應(yīng)法則應(yīng)用於石英玻璃基板，其方法為四氯化矽 、氧氣和氫氣等反應(yīng)性氣體，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)後形成玻璃錠， 再將此一玻璃定進(jìn)行刀切割加工成需厚度的基板材。 *在玻璃量產(chǎn)化技術(shù)擴(kuò)大時(shí)，所可能面臨到的問(wèn)題有槽窯爐及 引出量方式的設(shè)計(jì)、成形槽放大比例而槽體受力大，機(jī)械其 需維持、白金倒槽的設(shè)計(jì)、垂直退火距離增加而廠房設(shè)計(jì)高度 也增加而廠房設(shè)計(jì)高度也增加、熔爐高度增加造成操作和維護(hù) 上不易、玻璃寬度增加而退火爐寬度也增加。,8-3 液晶顯示器用

13、之玻璃基板的製作技術(shù),17,顯示技術(shù)進(jìn)展,*玻璃基板的各種製作方法,8-3.1玻璃基板的製造流程技術(shù),18,顯示技術(shù)進(jìn)展,*流動(dòng)床法為英國(guó)畢盧金頓布拉扎斯公司所開(kāi)發(fā)的方法，乃是在溶融錫表面上將溶融玻璃水平式拉曳成板狀基板，一般適用於大板型量產(chǎn)之蘇打石灰玻璃板的製造 *溝漕式向下曳引法是將溶融玻璃重直式向下拉曳成平板. *溶融向下曳引法為美國(guó)康寧公司所開(kāi)發(fā)的方法，其方法是由溶融之兩個(gè)垂直方向流下，而形成平板狀的玻璃基板. *再曳引法為日本Hoya&Nippon sheet所開(kāi)發(fā)的技術(shù)，其方法是將溶融玻璃製作成母板玻璃，再將母板玻璃送至加熱爐，使其程軟化玻璃，再將其壓成薄板 *化學(xué)氣相反應(yīng)法應(yīng)用於

14、製造多晶矽用的石英玻璃基板，其方法為CCl4、O2、H2，等氣體，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)後形成玻離錠，再將其切割形成基板,8-3.1玻璃基板的製造流程技術(shù),19,顯示技術(shù)進(jìn)展,*玻璃基板的製造流程，可分為溶融成形工程和就客戶(hù) 要求尺寸之後段加工工程，前段工程是製成母片玻璃， 而後段工程則是切割和表面研磨等母片玻璃的後續(xù)處理 *液晶平面顯示器的玻璃基板的特性要求有: 1.輕、薄、平坦、大型化 2.化學(xué)耐久性 3.熱穩(wěn)定性 4.玻璃品質(zhì)好,8-3.2玻璃基板的後段加工技術(shù)及其特性,20,顯示技術(shù)進(jìn)展,*玻璃基板形狀而言，其厚度由最初的1.1mm逐次地演變 為0.7mm、0.5mm、乃至於0.4mm的極薄限度

15、值，其從外形尺寸 則以300mm對(duì)角的形狀較多，一般所用的玻璃基板厚度，因顯 示面積的大小、機(jī)械的強(qiáng)度和規(guī)格需求等因素有所變化。 *在TFT-LCD整個(gè)製程中，因?yàn)椴ＡC(jī)板上要製作微細(xì)的圖案之 薄膜元件，而其表面之缺陷是必需避免的，在玻璃表面上，若 存在有刮痕、污物、凹凸和異物附著等缺陷的話，則薄膜的密 著性列化和電極配線的斷線等問(wèn)題將會(huì)產(chǎn)生。 *就玻璃基板表面所容許的凹凸質(zhì)而言，其表面粗糙度的容許 值，隨主動(dòng)式矩陣型、扭曲向列型、超扭曲向列型和鐵電液晶 型，分別地是100150A、200300A、200300A和200300A。,8-3.2玻璃基板的後段加工技術(shù)及其特性,21,顯示技術(shù)進(jìn)展,

16、*玻璃基板製造流程圖,8-3.2玻璃基板的後段加工技術(shù)及其特性,22,顯示技術(shù)進(jìn)展,*玻璃基板材料技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，為基板大型化、輕量化 、低成本化以及高自動(dòng)撿查高效率化。 *為求大量生產(chǎn)以便求降低成本，而有不同世代的玻璃尺 寸被設(shè)計(jì)而出來(lái)，玻璃基板尺寸的大小會(huì)影響到可截取玻 璃的片數(shù)，而尺寸標(biāo)準(zhǔn)化成為一種重要的課題。 *因筆記型電腦和攜帶式資訊用之LCD面板對(duì)輕量化有強(qiáng)列 的要求，輕量而有強(qiáng)度的玻璃基板成為重要的項(xiàng)目 *因LCD面板製造廠商的成本控制和考量，而要求低價(jià)格化 零組件，因而玻璃製造商因應(yīng)這一個(gè)趨勢(shì)，未來(lái)若能開(kāi)發(fā) 出不需要在經(jīng)過(guò)熱處理和研磨工程的素玻璃和母片玻璃， 直接進(jìn)行TFT階段的

17、生產(chǎn)則有效達(dá)到低價(jià)格化。,8-4 玻璃基板的應(yīng)用領(lǐng)域與未來(lái)展望,23,顯示技術(shù)進(jìn)展,8-4 玻璃基板的應(yīng)用領(lǐng)域與未來(lái)展望,*臺(tái)灣在平面顯示器產(chǎn)業(yè)已成為世界三大產(chǎn)國(guó)之一，在產(chǎn) 能和產(chǎn)量上的經(jīng)濟(jì)規(guī)模是頗坐三望二之勢(shì)，因而相關(guān)零件組 和材料如玻璃機(jī)板所需之市場(chǎng)量非常地大，2000年TFT-LCD 玻璃的需求量是6001000萬(wàn)片，而相當(dāng)於5060億新臺(tái)幣，2001 年和2002年隨著臺(tái)灣各TFT-LCD產(chǎn)能的產(chǎn)出而所預(yù)測(cè)需求的玻璃 片數(shù)將大幅增加，薄型玻璃基板製造廠素有顯示器產(chǎn)業(yè)的晶 圓廠之稱(chēng)。 *目前世界前四大玻璃基板生產(chǎn)廠家，均策略性在臺(tái)灣設(shè)立熔爐 成形製程和後段加工等一係列生產(chǎn)作業(yè)，另外三加國(guó)

18、內(nèi)廠商也 策略性聯(lián)盟的找到國(guó)外技術(shù)來(lái)源和經(jīng)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行玻璃基板的 販?zhǔn)邸?24,顯示技術(shù)進(jìn)展,*不同世代玻璃面板之切割率,8-4 玻璃基板的應(yīng)用領(lǐng)域與未來(lái)展望,25,顯示技術(shù)進(jìn)展,*不同世代玻璃面板之切割率,8-4 玻璃基板的應(yīng)用領(lǐng)域與未來(lái)展望,26,顯示技術(shù)進(jìn)展,*第三代玻璃面板(550 x650) 3.5代世代玻璃基板(650X830) 切割片數(shù),8-4 玻璃基板的應(yīng)用領(lǐng)域與未來(lái)展望,27,顯示技術(shù)進(jìn)展,附錄:,參考網(wǎng)站:玻璃基板簡(jiǎn)介.ppt,上偏光板,上玻璃,顏色區(qū),保護(hù)膜,ITO共用極,ITO顯示電極,液晶,補(bǔ)價(jià)電容,下偏光板,反射板,棱鏡板,導(dǎo)光板,光擴(kuò)散板,間隙粒子,電晶體,框膠區(qū)

19、,異方性導(dǎo)電膜,驅(qū)動(dòng)IC,TAB,印刷電路板,黑 色框罩,背光燈管,玻璃基板由CF和TFT兩部分組成,28,顯示技術(shù)進(jìn)展,附錄:,參考網(wǎng)站:玻璃基板簡(jiǎn)介.ppt,薄膜制程 RGB膜涂布 鍍BM膜 黃光制程 RGB 圖樣 黃光制程 蝕刻制程 RGB顯影 蝕刻制程 TFT測(cè)試 檢 視,配向膜涂布及刷磨,TFT及CF封準(zhǔn)組合,切割裂片,液晶注入,上下偏光板貼合,LCD電測(cè)目檢,LCD製程,PC壓著,封膠,機(jī)殼及背光源組裝,LCM檢測(cè),LCM製程,TFT製程,57道光罩,CF製程,29,顯示技術(shù)進(jìn)展,附錄:,參考網(wǎng)站:Glass Substrate玻璃基板-.tw/wwwme/lab/precision/special/TM1-2.ppt,AMLCD Glass Substrate is the foundation of so called “High-Tech Displays”,AMLCD Gla