第四章 配向膜塗佈瑕疵改善與實驗架構
4.3 實驗設計
4.3.2 實驗條件
本實驗利用相同溫度下基板兩種受熱接觸方式進行研究，圖 4.9 為加 熱板中增加頂 Pin，間距 3mm，利用加熱板升溫利用空氣對流、傳導、輻 射作媒介方式傳遞熱能至基版。圖 4.10 則為將中間頂 Pin 拔除，進行基版 與加熱板直接接觸，利用儀器量測兩者之間升溫曲線狀況、兩者玻璃基板 實際溫度與配向膜塗佈後邊緣 Far edge 收縮狀況。
圖 4.9 近接接觸實驗示意圖
圖 4.10 直接接觸實驗示意圖
圖 4.11 Pre-bake 設備圖
基版大小採用模擬 G4.5 代面板廠尺寸(730mm*920mm)，如圖 4.12 所 示，區分前、中、後區域做觀察與比對，本研究希望能將 Fat edge 角落區 域控制在 0.2mm 寬度以下，本次實驗 PI 膜厚大約 1500 埃。
圖 4.12 基板尺寸與觀察位置 4.4 實驗結果
本研究主要研究配向膜顯微鏡下觀察邊緣 Fat edge 型態，主要是改善 角落區域不均勻區域現象，圖 4.13 與圖 4.14 為間距 3mm 條件經由 pre-bake 下，角落不均勻區域較大，顯微鏡偏光後反色顏色較深，此為本文所探討 的 Fat edge，觀察 70℃的 Fat edge 有略小於 60℃的 Fat edge。
圖 4.13 條件 60℃間距 Fat edge
圖 4.14 條件 70℃間距 Fat edge
圖 4.15 與圖 4.16 為直接接觸 pre-bake 的 Fat edge 現象，顯微鏡觀察
圖 4.15 條件 60℃直接 Fat edge
圖 4.16 條件 70℃直接 Fat edge 4.4.1 升溫曲線驗證
為求實驗條件升溫曲線差異性，利用儀器進行量測，溫度設定為 70℃，發現直接接觸在 10 秒內瞬間升溫到 70℃，間距 3mm 則在 120 秒才 升溫到 70℃，如圖 4.17，兩者差異 110 秒，對於配向膜不均勻區域邊緣收 縮影響有明顯差異，由此可驗證瞬間升溫能快速揮發 polyimide 溶劑中的 NMP…等溶質，而成分中 solvent 則來不及擴散則成形，確實有效改善 Fat edge，達到本研究理想成果。
圖 4.17 實驗條件升溫曲線 溫度℃
時間(秒)
4.4.2 結果量測驗證
1、顯微鏡不均勻區寬度量測
OMx1 倍 CCD 進行 Fat edges 量測，方式為量測 d 確認不均勻區域寬 度，由本次實驗可得知溫度高低可影響 Fat edge 寬度，但是其關鍵影響因 子為瞬間升溫曲線，明顯確認溫度 70℃直接接觸對於配向膜邊緣收縮有達 大幅度的改善。
表 4.2 實驗條件&結果
2、高度段差 FIB 分析
採用實驗溫度條件 70℃FIB 分析高度段差，方式為等間距六點確認配 向膜膜厚不均勻區域，圖 4.18 為點位示意圖，圖 4.19 確認有 Pin 間距 3mm 的高度段差有高於 4000 埃，直接接觸膜厚最大為 2080 埃，正常膜厚為 1550 埃，確認不同受熱實驗條件下造成膜厚收縮段差有著大幅差異。
圖 4.18 FIB 分析各點位圖示 實驗條件&結果
爐段 Pos.A Pos.B Pos.C Pos.D
溫度 °C 60 60 70 70
直接/間距 3mm 直接 間距 3mm 直接 間距 3mm 前_不均勻區域 d(mm) 0.176 0.483 0.107 0.405 中_不均勻區域 d(mm) 0.179 0.468 0.106 0.391 後_不均勻區域 d(mm) 0.189 0.461 0.102 0.372
圖 4.19 FIB 膜厚段分析 單位：埃 3、預傾角量測分析
配向膜經由瞬間升溫改善 Fat edge，推測非邊緣區域表面張力應無太 大改變，為驗證故兩種條件實驗各採用直接 70℃間距 70℃兩片經由配向、
框膠、液晶、組立…等製程後，進行預傾角量測分析，確認兩種實驗條件 預傾角差異不大無異常，參閱圖 4.21。
圖 4.20 Pre-tilt angle 量測點位
圖 4.21 預傾角分析數值圖 埃
位置
角度°
位置
4、FTIR 紅外線光譜分析
探討配向膜經由實驗下官能基是否有變化造成高分子排列異常，進 行FTIR傅立葉紅外線光譜分析後(圖 4.22&圖 4.23)確認飽和 C-H鍵的 stretching 振動吸收位置約在 3000~2840cm-1，C=C 鍵的吸收約在 1600~1680cm-1
之間，兩者圖形比對無差異，官能基吸收均落在範圍區域內。
圖 4.22 加熱板直接接觸基板之 FT-IR 分析
圖 4.23 加熱板與基板間距 3mm 之 FT-IR 分析 放射率％
放射率％
波長
波長
4.5 熱能分析
配向製程中採用 hot plate 將有 coating 的基材進行 polyimide
pre-bake，受熱過程中熱量傳送的驅動力為溫度，係由於溫度落差造成能 量的傳遞，其熱能量移動方式有傳導、對流、輻射，其中在實驗設計上採 用近接 pin 與直接接觸兩種方式，理論上其所受熱能量傳遞方式也有所不 同，藉由這樣差異進行對 polyimide 收縮研究。
模擬 polyimide 受熱 pre-bake 的 hot plate，實驗一為真空直接接觸圖 4.24，實驗二為中間有 3mm 頂 pin 的近接接觸，如圖 4.25，直接接觸的熱 能量傳送為熱傳導，近接接觸的熱能量傳送為熱傳導、熱對流、熱輻射。
本實驗研究配向膜的 fat edge 的不溫定區域收縮變化與計算兩種設計實驗 所受到的溫度熱通量大小。
圖 4.24 直接接觸熱能傳輸示意說明
圖 4.25 近接接觸熱能傳輸示意說明
傳導(Conduction)：高能量分子將能量傳遞給低能量分子。
The Fourier rate equation
qx dT c qx
k q
A = − dx ⇒ = A (4.1)
圖 4.26 熱傳導示意圖 qc：熱傳導熱通量(W/m2
k ：玻璃熱傳導係數(W/m )
2
Th
‧K)
：穩定狀態下熱板溫度(K)
glass
T ：穩定狀態下玻璃溫度(K) dx：基板厚度(m)
對流(Convection)：平面與流體具不同溫度時，其間所發生的熱傳遞。
The Newton rate equation
qx v qx h T q
A = ∆ ⇒ = A (4.2)
圖 4.27 熱對流示意圖
qv：熱對流熱通量(W/m2
The Stefan-Boltzmznn Law
實際熱傳計算
第五章 導入 LCD 製程與信賴性研究
圖 5.3 小尺寸近接接觸右上 FIB 膜厚分析段差曲線
圖 5.4 小尺寸近接接觸右下 FIB 膜厚分析圖
埃
位置
埃
位置
圖 5.6 小尺寸直接接觸右上 FIB 膜厚分析圖
圖 5.7 小尺寸直接接觸右上 FIB 膜厚分析段差曲線
圖 5.8 小尺寸直接接觸右下 FIB 膜厚分析圖 埃
位置
圖 5.9 小尺寸直接接觸右下 FIB 膜厚分析段差曲線
5.2 IT 機種實際基板驗證
中尺寸與 IT 尺寸(4 吋以上，19 吋以下)進行導入實驗。
BA C D E
FG HI
J
圖 5.10 IT 面板 FIB 分析點位分布圖 埃
位置
圖 5.11 IT 直接接觸右上 FIB 膜厚分析圖
圖 5.12 IT 直接接觸右上 FIB 膜厚分析段差曲線
圖 5.13 IT 近接接觸右上 FIB 膜厚分析圖 埃
位置
圖 5.14 IT 近接接觸右上 FIB 膜厚分析段差曲線
進行小尺寸機種與 IT 尺寸機種導入 LCD 實際製品製程上確認配向膜 塗佈 Pre-bake 直接接觸能有效改善邊緣與角落的 Polyimide 不均勻區域 Fat edge，整體膜厚段差小尺寸機種由 3500 埃有效改善至 1000 埃，IT 尺寸機 種膜厚段差由 2500 埃有效改善至 820 埃，實驗成果確實達到 LCD 製程改 善預期效果。
5.3 信賴性驗證
製程導入確認有效改善 fat edge 不良，LCD 面板著重在使用時效與惡 劣環境上的缺陷變化，本文實驗為確認在 LCD 面板光學驗證與環境變化確 實不會產生 Mura 不良或者影響光學穿透度、燒附..等重點指標，擬採用 IT 機種進行各項信賴性測試。
表 5.1 中華映管 CPT 信賴性標準作業文件
測試依據
規範編號
LSN-L640104-007 冷熱衝擊試驗作業規範、LSN-L640104-022 機 械振動試驗作業規範、LSN-L640104-002 高溫保存試驗作業規 範、LSN-L640104-003 高溫高濕保存試驗作業規範、
LSN-L640104-006 高溫高濕動作試驗作業規範、LSN-L640104-005 高溫動作試驗作業規範、LSN-L640104-010 燒付試驗作業規範
設備性能
設備詳細性能請參考：
T 廠：LSN-7630700-000 可靠度實驗室管理規範 埃
位置
表 5.2 信賴性測試項目
3 振動試驗 1.5G\5~500Hz0.5octave/
min,X、Y、Z axis 各 1Hr
Response time (ms) Tr
ok Viewangle (Deg.)
CR >= 10
L1B0905001 R_V3 L1B 154WB03A Cell轉寫段預烤爐拔除頂Pin直接接觸驗證 Customer:
Response time (ms) Tr
ok Viewangle (Deg.)
CR >= 10
L1B0905001 R_V3 L1B 154WB03A Cell轉寫段預烤爐拔除頂Pin直接接觸驗證 Customer:
燒附驗證
文號
型名
MDL data 燒付
Panel-ID 1st 2nd 3rd 4th 5th 平均 方向 (Rank)
1 T3R07GQG Rank2 7分00秒
2 T3R07G5A Rank2 6分46秒
3 T300TGHC Rank2 2分29秒
4
B/Lmura*3/3pcs-RANK 2
3 振動試驗 A
試驗後無新增
不良。 無
4 高溫保存 B 無 試驗後新增
B/Lmura*3/3pcs-RANK 2
5 高溫高濕保存 B 無 試驗後新增
B/Lmura*3/3pcs-RANK 2
6 高溫高濕動作 B 無 試驗後新增
B/Lmura*3/3pcs-RANK 2
7 高溫動作 B 無 試驗後新增輕微白拔
/*3/3pcs-RANK 1
表 5.4 信賴性測試總結
☆總結判定 OK 原因 :
☆試驗結果 說明
變更前：pi 預烤爐頂 Pin 接觸。
變更後：PI 預烤爐直接接觸。
振動試驗：試驗後無新增不良判定為 OK。
燒付試驗：試驗結果為 OK。
冷熱衝擊/高溫保存/高溫高濕保存/高溫高濕動作：B/L
mura*3/3pcs（rank2，限度內）與驗證目的無關判定為 OK。
高溫動作：白拔*3/3pcs（rank1，限度內）與驗證目的無關判 定為 OK。
光學量測：In Spec。光學量測品位皆與流品相當。
154WB03A V3 11M 定管 實驗品 品位趨勢 SPEC 中心輝度 252.10 245.70 -6.40 --
中心對比 1170.37 1372.96 +202.59 500.00 5P 輝度 236.90 225.86 -11.04 200.00 5P 對比 1192.19 1317.17 +124.97 -- Gamma 2.09 2.08 -0.01 2.00~2.40
轉寫段 Polyimide 配向膜塗佈預烤爐實驗直接接觸驗證光學結果 ok；
對比&視角比流品佳，輝度比流品差，其餘量測值(Gamma)相當，與流品 比對相當；燒附驗證符合廠內條件，品位 ok；震動測試無衍生相關異常 不良；其餘高溫、高濕保存、冷熱衝擊動作..等破壞性手法測試皆無產生 相關不良與異常，總判定 ok。
第六章結論 6.1 結論
肥邊(Fat Edge)或圖框(picture framing)為常見的塗層瑕疵，表現出一 條相對厚實的珠粒(bead)或帶狀(band)出現於膜面邊緣。肥邊通常發生在烘 烤或乾燥期間，主因之一為膜表面張力梯度的結果，通常 PI 材料溶劑在塗 佈上底基表面不平坦而從段差邊緣可更加迅速地蒸發，使段差邊緣地區變 得具有較高的表面張力塗層(亦可能因汽化冷而提高表面張力)，導致 PI 材 料流向段差邊緣造成表面張力梯度被設定。另一種可能的情況是基板邊緣 在烘烤時比基板的其餘地方加熱更快速，使表面張力降低並且產生表面張 力梯度，導致基板邊緣產生小珠。
本研究採用兩種烘烤溫度進行驗證，底基材經由 polyimide 塗佈後，
經由 hot plate 升溫進行 pre-bake，polyimide 受熱，溶劑成分中 NMP 開始 揮發，此時揮發方向大多為向上揮發，在邊緣的溶劑則增加側邊揮發，此 項效應會造成邊緣乾燥收縮較快，此邊緣溶劑濃度會較為集中且表面張力 也呈現較大，緩慢受熱升溫則使 PI 流變時間加長，造成邊緣收縮高度度增 厚而影響中、小尺寸面板角落顯示區域異常。本研究即為 LCD 顯示器 Cell 製程中之 PI 塗佈製程創新與實驗作一貢獻，以加熱板直接接觸基板之溫度 條件為 70°C，可改善塗佈邊緣 Fat Edge 瑕疵並節省所需製程能源，有效 改善配向膜邊緣不均勻區域收縮狀況(圖 6.1,6.2)，提高中小尺寸高解析度 機種開口率技術。
圖 6.1 Polyimide 膜之 Fat edge 現況，d 為範圍與 h 為段差
d↑
h↑
Polyimide 膜之 fat edge
在實驗後為驗證本身配向膜 PI 的信賴性，進行傅立葉紅外線光譜分析官能 基變化、膜厚段差 FIB 分析、預傾角特性、光學驗證、…等測試，結果呈
在實驗後為驗證本身配向膜 PI 的信賴性，進行傅立葉紅外線光譜分析官能 基變化、膜厚段差 FIB 分析、預傾角特性、光學驗證、…等測試，結果呈