TFT-LCD用玻璃基板简介

1、 TFT-LCD 1壹.概述TFT-LCD製程貳.玻璃的簡介參.玻璃的性質肆.TFT-LCD用玻璃基板特性要求伍.今後TFT-LCD用玻璃基板的動向陸.平板玻璃製程柒.玻璃規格TFT-LCD用玻璃基板簡介用玻璃基板簡介 TFT-LCD 2 概述TFT-LCD製程 TFT-LCD 3TFT-LCD製程 ARRAY半導體製程 CELL藝術的製程 MODULE人力與生產管理的製程 TFT-LCD 4ARRAY製程洗淨工程成膜工程微影工程蝕刻工程剝膜工程製程整合環境技術解析工程 TFT-LCD 5TFT 斷面結構圖源極源極/汲極汲極透明電極層透明電極層閘極閘極絕緣層絕緣層半導體層半導體層substra

2、te TFT-LCD 6玻璃的簡介 TFT-LCD 7玻璃的定義 非晶質固體 Long-range disorder 熔融液體超冷固化TemperatureVolumeCrystal materialTemperatureamorphous materialSolidSolidLiquidLiquidVolume TFT-LCD 8Crystal AmorphousUnit cell TFT-LCD 9玻璃的組成物質 結網子(Network Former)形成玻璃結構體的主要分子此分子本身容易形成玻璃, 如SiO2, B2O3, GeO2 修飾子(Modifier)此分子本身很難形成玻璃用以改

3、變玻璃結構的連結性如鹼金屬與鹼土金屬元素鹼金屬成分(Na2O, K2O)為助熔劑鹼土金屬成分(MgO, CaO, BaO)賦與硬度, 剛性, 耐熱性 中間子(Intermediate)此分子本身亦難形成玻璃取代結網子成結構網的一部分作用與功能介乎結網子與修飾子之間, 如Al2O3 TFT-LCD 10SiONa TFT-LCD 11玻璃的性質 TFT-LCD 12玻璃的性質玻璃的物理與化學的性質, 是由其組成決定玻璃轉變TemperatureVolumeSolidLiquidTf: Fictive Temp.Tm: Melting Temp.TmTf1Tf2晶體急冷玻璃緩冷玻璃Glass Tr

4、ansition Region TFT-LCD 13-10-100 010102020303040405050300300350350400400450450玻璃A玻璃A玻璃B玻璃B玻璃C玻璃C製程溫度(oC)收縮率(ppm)樣品應變點退火玻璃A5 9 3無玻璃B5 9 3有玻璃C6 4 0無平板玻璃基板收縮率 TFT-LCD 14粘度 液體內互相接觸兩部份, 做相對運動時, 但這些部份卻有 相互阻止對方運動的作用; 此種阻止作用, 稱為內部摩擦 而表現內部摩擦的流體 , 稱為黏性流體 物體在應力作用下, 因受力而產生應變之應變率 單位為 poise (kg/sec.m) 為工業生產操作之重要

5、指標玻璃的粘度比重 玻璃的組成與比重, 經實驗後知其有加成性 因組成與退火的程度而有變 TFT-LCD 15黏 度 (poise) 溫 度 點 現 象102熔 解 點 熔 解 除 氣 泡104作 業 點 成 形 作 業105流 動 點 玻 璃 液 流 動107.65軟 化 點 受 自 身 重 量 變 形1010軟 化 點 膨 脹 儀 軟 化 點1011.3變 形 點 在 壓 力 下 變 形1013.4退 火 點 十 幾 分 鐘 退 火1014.5應 變 點 幾 小 時 退 火103-108失 透 區 玻 璃 產 生 結 晶104-108作 業 區 加 工 作 業 範 圍1013-1014.5退

6、 火 區 精 密 徐 冷 範 圍常用的黏度值 TFT-LCD 16澄清溫度 將玻璃原料熔融而成熔物中, 使其氣泡消失至呈均質時 黏度: 102 Poise 此時溫度在13001500oC作業溫度 適合於成形作業的黏度, 視作業方法不同而有很大的差異液相溫度 液相安定時之最低溫度 此溫度之黏度, 依組成而有: 103 108Poise 此溫度之正確意義在玻璃之製造上, 關係失透而顯得重要 TFT-LCD 17軟化溫度 直徑0.550.75mm, 長23.5cm之玻璃絲, 吊在豎爐中, 上部9.5cm處 同樣地加熱, 在其以每分鐘1 mm之速度伸長時之溫度 黏度: 4.5 x 107 Poise

7、另有一以玻璃棒之熱膨脹曲線, 在發生軟化變形之溫度稱之, 黏度約 10111012 Poise轉變溫度玻璃棒之熱膨脹曲線中, 玻璃開始異常膨脹之溫度 黏度: 10131014 Poise 此溫度可以想像為玻璃從脆弱狀態轉變成稠黏狀態 TFT-LCD 18TemperatureElongation轉變溫度軟化溫度10111012 Poise10131014 Poise TFT-LCD 19應變點 在此點以下的溫度, 實際上己無法消除玻璃中應變 黏度: 4 x 1014 Poise退火溫度 退火之目的在使玻璃中之應力變小 黏度: 10131014 Poise TFT-LCD 20Youngs Mo

8、dulus (E)玻璃的機械性質Shere Modulus (G)Poissons ratio (v) TFT-LCD 21熱膨脹玻璃之熱的性質耐熱性 自室溫至轉移溫度附近, 其膨脹係數幾成定值 遭急冷而應變較大之玻璃, 其熱膨脹係數較大 耐溫度急變之能力(熱衝擊性) TFT-LCD 22耐水性玻璃之化學耐久性耐酸性 玻璃與水接觸, 表面會有鹼之溶出 含鹼愈多, 其耐水性愈低 易與水結合之金屬氧化物愈多, 耐水性愈低 ZrO2Al2O3TiO2ZnOMgOPbOCaOBaO 含鹼愈多, 其耐酸性愈低 在此情形下, 別的金屬氧化物也析出, 造成表面 富SiO2層 ZrO2Al2O3 ZnO Ca

9、O TiO2 PbO MgOBaO耐鹼性 玻璃全成分幾乎都會遭鹼溶出 對NaOH之耐久性 ZrO2 CaO (Al2O3,ZnO ,PbO ,MgO)BaO TiO2 對Na2CO3之耐久性 ZrO2 (Al2O3,ZnO , TiO2 )PbOCaO MgO BaO TFT-LCD 23折射率玻璃之光學性質穿透率電阻係數玻璃之電性Dielectric ConstantDielectric Loss TFT-LCD 24TFT-LCD用玻璃基板特性要求 TFT-LCD 25TFT-LCD用玻璃基板特性要求 無Alkaline之玻璃 (所以主成份為Si, B, Ba, Al) alkaline含

10、量必須0.1%以下 TFT device製作時之熱製程使alkaline diffuse造成元件之damage 熱的安定性 (耐熱性) 熱製程造成熱收縮, 造成pattern 偏移 熱收縮要求數ppm以下 玻璃之製作時之cooling rate與annealing之有無會影響熱收縮性 使用高歪點的glass(但製程上較困難) 耐熱衝擊性與傷, 熱膨脹係數, 熱傳導率, Poissons ratio, Youngs Modulus有關, 其中以熱膨脹係數之依存性較大考量要求:1. 玻璃本身所引起的製品特性2. TFT製程所起之製品特性 TFT-LCD 26TFT-LCD用玻璃基板特性要求化學的耐

11、久性 (耐藥性)經濕製程必須耐酸, 鹼, 氫氟酸表面精度 彎曲度: 與玻璃的承載, 吸著, 曝光精度有關 起伏度: um 級之表面形狀變化,影響cell gap 造成表示mura 表面粗度: um 級以下之表面形狀變化, 會造成pattern 之斷線 表面與內部欠陷傷, 泡, 異物, 脈理(影響玻璃之強度, 視覺效果) 切斷性 機械強度 TFT-LCD 27Estimated Gravitational Sag （d L4 / E t2 ）d : DensityE : Youngs ModulusL : Span Length t : Thickness TFT-LCD 28今後TFT-LCD

12、用玻璃基板的動向 TFT-LCD 29今後TFT-LCD用玻璃基板的動向 基皮的薄型化, 大型化 薄型化: 輕量化的目的 大型化: Panel枚數的增加960 x 1100 x 0.7 mm(第四代)衍生課題:基板的彎曲基板的強度基板的內部欠陷帶電性 環境的考量 Glass中有害物的減少1. LCD製程中從表面glass成份的溶出2. LCD的廢棄問題 TFT-LCD 30平板玻璃製程 TFT-LCD 31平板玻璃的製造方法 Float 法 Fusion法熔融爐Float Bath退火爐熔融Glass熔融Sn TFT-LCD 32TFT用玻璃基板的製造流程Float 法原料溶解薄板成型徐冷切斷

13、(素板)切斷(基板)面取梱包出貨檢查洗淨片面研磨 TFT-LCD 33Float 素板的有效幅: 2500mm流向2500 mm4706508309003705506501100 TFT-LCD 34平板玻璃的研磨 佔玻璃的成本比例大 TFT之Array工程使用拋光面 以AN635為例550 x 670 x 0.7 mm研磨3200日元/枚 550 x 670 x 0.7 mm無研磨2200日元/枚 TFT-LCD 35TFT用玻璃基板的種類與物性玻璃Code歪點( C) 徐冷點( C) 軟化點( C) 熱膨張係數(x 10- 7/ C) 密度(g/ cm3)Corni g 705959363

14、984446 (0-300)2. 76Corni g 173766772197538 (0-300)2. 54A sahi A N 63563568590046 (100-300)2. 77A sahi A N 100670382. 51N EG O A -265070091547 (30-380)2. 7N EG O A -1065037(30-380)2. 5H O Y A N A -4561065885948 (50-350)2. 78 TFT-LCD 36玻璃規格 TFT-LCD 37玻璃的規格要求項目 外觀 寸法 組成 熱收縮度 特性值 TFT-LCD 38New AN Design

15、 Objectives Higher Strain Point Lower Thermal Expansion Lower Density Higher Youngs Mldulus Asahi Float Process capable TFT-LCD 39AN100與AN635之規格比較組成比較:型號成分SiO2M2O3AOR2OAN635% (重量)5617270.2AN100% (重量)6025150.2M: Al, BA: Mg, Ca, Ba, SrR: Na, K TFT-LCD 40AN100與AN635之規格比較A N 100 A N 635 Corni ng 1737St rai n Poi nt (C)670635660C. T. E. (x 10- 7/ C)384838D ensi t y(g/ cm3)2. 512. 772. 55Y oung s M odul us(kg/ m m2)79007450710