第二章、 文獻回顧
2.1 薄膜液晶面板組立製程相關文獻
2.1.1 薄膜液晶面板製程簡介
TFT-LCD 面板可視為兩片玻璃基板中間夾著一層液晶[14]，上層的玻 璃基板是與彩色濾光片結合，而下層的玻璃則有電晶體鑲嵌於上。當電流 通過電晶體產生電場變化，造成液晶分子偏轉，藉以改變光線的偏極性，
再利用偏光片決定畫素(Pixel)的明暗狀態。此外，上層玻璃因與彩色濾光 片貼合，形成每個畫素各包含紅藍綠三顏色，這些發出紅藍綠色彩的畫素
便構成了面板上的影像畫面。
如圖2-1 所示，TFT-LCD 製造流程可分為三個階段：(1)陣列段；(2) 組立段；(3)模組段。[14]
(1)陣列製程(Array)：前段的Array 製程與半導體製程相似，但不同的 是將薄膜電晶體製作於玻璃上，而非矽晶圓上。
(2)組立製程(Cell assembly)：中段的Cell，是以前段 Array 的玻璃為基 板，與彩色濾光片的玻璃基板結合，並在兩片玻璃基板間灌入液晶 (LC)。
(3)模組製程(Module assembly)：後段模組組裝製程是將Cell 製程後的 玻璃與其他如背光板、電路、外框等多種零組件組裝的生產作業。
圖2- 1 液晶面板製造流程圖([14]、本論文整理) 2.1.2 組立製程相關介紹
由於組立製程在將基板組立的時候擁有舊製程 HPS 與新製程 ODF 的 整合，故以下將針對此兩製程做一介紹：
(1)薄膜液晶顯示器組立段液晶灌入(HPS)製程簡介
液晶灌入(hot press, HPS)製程之組立流程，可分成液晶面板前段配向 製程與後段基板組立製程。前段製程是將玻璃基板上製作之薄膜電晶體元
9 薄 膜 電 晶 體 元 件
陣 列 基 板
配 向 模 前 洗 淨
配 向 膜 塗 佈
配 向 處 理
間 隙 物 散 佈
彩 色 濾 光 片
配 向 模 前 洗 淨
配 向 膜 塗 佈
配 向 處 理
封 框 膠 塗 佈
上 、 下 基 板 組 立
偏 光 板 貼 附
檢 查
LCD 面 板 完 成
配 向 模 烘 烤 配 向 模 烘 烤
封 口 液 晶 灌 入 框 膠 烘 乾
真 空 回 火
液 晶 面 板 前 段 製 程
液 晶 面 板 後 段 製 程
封 口 後 洗 淨
二 次 切 割 裂 片
件陣列基板和彩色濾光片基板經個別加工後，進行貼合處理；後段製程則 在完成液晶灌入、封口、偏光板貼附與完成品的檢查。圖2- 2 為液晶灌入 製程之面板組裝前後段製程簡圖。
圖2- 2液晶灌入製程面板組裝前後段製程簡圖[19]
前段製程首先將薄膜電晶體元件陣列基板進行液晶顯示器的尺寸切割 工作[29]，然後和彩色濾光片基板分別經過洗淨（Cleaning）、配向膜塗佈
（Polyimide Print，PI Print）、烘烤(PI Baking)、配向處理（Rubbing）、
上、下基板組立（Cell Forming）等製程，即完成與彩色濾光片基板的組合 製程。後段製程先將液晶材料以真空方式注入，再加以封口，完成裁切斷 片工程後，最後再進行偏光板貼附（Polarizer Attachment）、檢查等過程 後，即可成為薄膜液晶顯示器的面板，完成液晶面板組裝的工作。
以下便針對液晶面板組裝的主要製程，依其製程順序說明其細部流程 [19][23]：
1. 配向膜前洗淨（Pre-PI Cleaning）
在薄膜電晶體元件陣列基板切割成欲生產的尺寸1後，需將其切割後的 玻璃截面平坦化，避免截面缺陷應力集中，在之後的製造途中發生龜裂之 情形。在切完割玻璃基板與彩色濾光片後，必須經過清洗、沖刷洗淨、流 水洗淨、有機溶劑之超音波洗淨、純水洗淨、清除液滴和加熱乾燥等步驟，
以去除殘留在表面上之污染物，方能使膜均勻完整地附在玻璃璃基板上。
清洗步驟首先須針對油脂類與有機物質污染物，進行UV 洗淨與有機洗淨 過程，以去除附著在玻璃基板與彩色濾光片上之有機物。之後，再經過沖 刷洗淨超音波洗淨、流水洗淨等步驟，以去除基板上之塵埃粒子。最後，
再進行清除液滴和加熱乾燥等步驟， 即完成洗淨作業。
2. 配向膜塗佈（Polyimide Print，PI Print）
配向膜(PI)是用來將液晶未加電場前分子做定位的工作，其前後兩片 基板上的配向膜需互成九十度方能將液晶分子依序旋轉，其配向方式是以 轉輪（roller）轉印法依一定方向刷過，也有利用蒸鍍的方式配向，不過成 本較高。
1此為玻璃基板的第一次切割動作，其目的是為了將上層Array 製程中已加工完畢、尚未切割的 大型薄膜電晶體元件陣列基板切割成組立廠生產線所欲生產的尺寸，如下圖所示，2-up 基板表 來二次切割裂片時，須再切割一次。
1-up
2-up
11
3. 配向模烘烤（PI Baking）
將已經上完PI 膜且檢查完成之玻璃基板進行溫度 180~250℃左右的烘 烤製程，使得基板上之PI 膜進行硬化反應，以便於進行配向工程的進行。
4. 配向處理（Rubbing）
於基板表面的某一特定方向塗著一整齊排列物或設以溝槽，使液晶分
子的長軸方向作物理性的限制，整齊排列於上、下配向膜間，以增強 PI
膜表面的配向導向力。主要可分為傾斜蒸著法與摩擦法，而摩擦法配向方 法如下所示：
摩擦法配向方法：於基板上塗上一層無機物或有機物的皮膜再行摩 擦，或使用織布、羊毛布、橡膠、毛刷等工具，將配向膜表面以一定之方 向進行摩擦，此種摩擦方式因欠缺耐熱與耐水性，因而較不具實用性。摩 擦次數則須依配向膜材料之種類個別設定，一般均在十多次左右。
5. 間隙物散佈（Spacer Spray）
在 TFT 陣列基板上塗佈間隙物（Spacers）2的用意是為了使兩片基板 貼合後中間有足夠的空間灌入液晶。而有些彩色濾光片在購入時本身即有 間隙物，故薄膜電晶體元件陣列基板不需再有間隙物塗佈這道製程。間隙 物可分為玻璃材質者與塑膠材質者，其中塑膠材質間隙物常易帶靜電而導 致結塊，故散佈時需十分小心。
6. 封框膠印刷（Patterning）
在TFT 陣列基板和彩色濾光片基板貼合之前，應先在彩色濾光片上印 刷封合劑（Sealant）3。而在封合劑方面可分為使用環氧樹脂（Epoxy）的 網版印刷（Screen）法或者使用分散劑（Dispenser）的直接畫（微影）法。
其目的為將LCD Cell 上下兩片玻璃基板區隔開，保護液晶不和外界水氣及 雜質接觸，並防止液晶外流。
7. 上下基板貼合（Cell Forming）
在基板內側周邊部分印刷封裝劑，乾燥，將溶劑充分揮發後，將粒狀
2使液晶分子之間距保持一定距離而在TFT 陣列基板上置入球狀材料，一般使用硬質塑膠。
3彩色濾光片和TFT 基板接著用之接著劑。一般配合硬化助劑使用。
間隙物散布於以封裝材所圍住做為顯示部分之全部區堿，將電極基板相互 貼合。一般來說，基板貼合時，均依預先做的記號，將上下兩片基板位置 對齊，適度的加壓，使封裝劑硬化而形成液晶槽，再經過加熱步驟使基板 間之框膠硬化，讓兩片基板連接黏合，並產生基板間距，防止日後異物侵 入液晶之界面。
8. 烘乾（Seal Bake）
在基板組立壓合後，予以加熱基板間之脂膠受熱硬化，以控制加熱過 程中之程式與加熱之均勻性來得到最佳性之框膠硬化物。
9. 真空回火（Vacuum Anneal）
利用高溫真空下，將組立完成後仍存在於空 Panel 內的水氣去除，縮 短液晶灌入時間，並將其中的氣體換成氮氣。
10. 液晶灌入（LC Injection）
液晶槽及液晶材料須先充分的脫氣，以獲較高之信賴度，再將液晶材 料注入真空回火處理過後的空Cell。首先會將密封箱抽成真空，將液晶片 放入此真空的密封箱中，藉著基座的固定將小切割後空的 LCD Cell 固定 住，再由下方的海綿提供液晶，藉著彈簧活動機構將海綿往上頂，然後再 釋放空氣進入箱中，此時 LCD 板便會藉著毛細現象將液晶完全吸入 LCD 板中間，完成灌液晶的動作，如3 所示。
圖2- 3 液晶灌入式意圖[15]
11. 封口（End Seal）
灌入液晶後在其開口處進行封口，以防止液晶外漏，如4 所示。封口 方法大致可分為銲接封閉法與接著劑封閉法，最近，則大多使用矽膠系接
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著劑進行封口。
圖2- 4 液晶面板封口[15]
12. 封口後洗淨（After End-Seal Cleaning）
灌入液晶後，須將LCD 板置於洗淨槽內進行沖水洗淨、超音波洗淨 與純水洗淨步驟，以去除附著於外側之液晶材料。
13. 二次切割裂片（2nd Scribe & Break）
(1).切割已灌液晶之 TFT-LCD 至所需的尺寸，並將要貼附驅動 IC 的電極外露。
(2).將 2-UP 玻璃尺寸切成單個 Cell。
14. 偏光板貼附（Polarizer Attachment）
將相差九十度的偏光片貼在LCD 面板的上下兩面，如此完成了液晶 顯示器面板（Panel）的成品，如圖 2-5 所示。
圖2- 5 偏光片貼附示意圖[15]
15. 檢查（Cell Test）
例如面板厚度檢測（Cell Gap Measurement），此站為 off line 機台，目 的在於能快速測量液晶灌入後，基板玻璃間的厚度，以便作為OK/NG 的 檢驗及品管。
(2)薄膜液晶顯示器組立段液晶滴入(ODF)製程簡介
液晶滴入(one drop fill, ODF)製程之組立流程與舊製程之流程類似，相 較於傳統的液晶灌入是以毛細作用將液晶吸入面版中，新式的液晶滴入製 程則是在先將液晶直接滴在玻璃基版上，然後在進行玻璃基版與彩色濾光 片的對組和切割，如圖2-6 所示，不同的地方在於 TFT 與 CF 的組立之前，
TFT 必須先滴入液晶後才與 CF 組立，也因此省下舊製程之後的真空回火、
液晶灌入、封口和封口後洗淨等批量工作站，ODF 製程其優點有[14]：
1. 機台投資額下降: 運用 ODF 製程，不再需要真空回火製程、液晶 注入機、封口機及封口後的面板清洗設備。
2. 空間及人力節省: 由於項目一所述之製程縮減，相對的人力及空 間均可節省下來。
3. 材料節省: 一般而言，ODF 製程中，液晶的使用效率為 95%以上，
但相較於傳統製程的 60%，足足可以省下 35%以上的液晶材料 費。更能省下封口膠及相關面板清洗時所需的水、電、氣及洗劑 等。
4. 製造時間減縮: 由於省下的製程原本就是傳統製程中最曠日費時 的製程，而且隨著面板的大型化趨勢，或小Cell Gap 的高品質面 板，時間的耗費更久。通常Cell 製程採傳統做法尚需至少三天方 能完成，但對ODF 製程而言，不到一天就可完成。
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玻璃基板 彩色濾光片
配向膜前洗淨 配向膜塗佈
配向膜前洗淨 配向膜塗佈