第一章 緒論
1.2 文獻回顧
1.2.1 被覆係數
cos − ≤
=
LG SL SG
σ σ
θ σ (1.3)
利用(1.3)式可了解各表面張力之間的關係。當 θ 趨近於 0，液滴將變 成薄膜狀；當 θ 變成 180°，液滴將變成圓形，只有一點與固體基材表面接 觸。也就是說，當 θ=0°時，液體完全被覆在固體基材表面，當 θ 超過 90°
時，液體由部分被覆變成部分不被覆，至 θ=180°時，液體就完全不被覆在 固體基材表面。
1.2.1 被覆係數
由(1.1)式，當完全被覆時，θ=0°，所以
σLG ≦σSG－σSL (1.4)
(1.4)式左右兩作用力的差正是被覆與否的決定因素，稱為被覆係數 S
S =σSG －σSL－σLG (1.5)
對一自發性的被覆現象需S>0 ，但S卻很難計算，因為σSG 及σ SL 很 難測量。但由(1.5)式可知，若液體要能被覆在固體表面，需σSG >σSL ，也 就是說，在進行單層塗佈時，液體的表面張力需小於固體的表面張力。
若是一液體被覆於另一液體，則(1.5)式可寫為
S =σL 2 G－σL 1 L 2－σL 1 G (1.6)
同樣，當 S>0，上層液體可自發性的被覆在下層液體表面。因此，對 於雙層塗佈（圖 1.2），需下層液體表面張力大於上層液體表面張力才可 達到被覆的效果。
圖 1.2 雙層流體示意圖 1.2.2 接觸 角與塗佈
當液體塗佈在一移動之基材上時，由於慣性力的關係，在基材表面的 空氣會施作用力在液體上（圖 1.3），其作用力的大小則與基材的速度有 關。此時液體與基材表面的接觸角將隨基材速度的增加而增加，由於此時 接觸角並非固定，故稱為動態接觸角(Dynamic ContactAngle)，當基材速度 大到某個速度後（動態接觸角趨近 18），空氣就會滲入塗佈液膜中（圖 1.4），此一現象稱為空氣滲入(Air Entrainment)。當此一現象發生即無法 得到良好塗佈膜，故在塗佈操作時需避免發生此一現象。至於動態接觸角 的變化則與基材速度、流體黏度及流體表面張力有關。對牛頓流體 G u t o ff 和 Kendrick(1982)由實驗結果提出兩個簡單的經驗公式：
圖 1.3 塗佈時接觸線之作用力示意圖
圖 1.4 塗佈缺現實的空氣滲入
θ= 73V 0.22μ0.18σ0.11 及接觸角 180°時
(1.7)
67 . 180 0
11 . 5
V =u 對 1cps<μ<1000cps (1.8)
22dynes/cm <σ<72dynes/cm
其中，V 是基材速度、μ 是塗佈流體的黏度、σ 是塗佈流體的表面張 力。若已知流體黏度即可由(1.7)式及(1.8)式來估計，避免發生空氣滲入的 塗佈速度。
1.2.3 表面 張力與塗佈缺陷
塗佈缺陷除了上述空氣滲入之外，跟表面張力有關的塗佈缺陷還有 Craters、Benard Convection Cell、Fat Edges、Dewetting 等，分述如下：
一、Craters
當一表面張力顆粒如灰塵、油滴、凝膠(Gel)或其它不溶物等存在於高 表面張力液體膜表面時，由於表面張力梯度的關係，會使顆粒周遭流體往 高表面張力方向流動，而形成凹陷，就稱作 Craters（圖 1.5）。解決方法 可降低液膜厚度、提高液膜黏度、選用適當的界面活性劑、維持無塵室烘 箱內空氣清潔度等都可減少 Craters 發生。
二、Benard Convection Cell
液膜乾燥時因溶劑揮發太快或因溫度不均使液膜產生表面張力梯度，
會使液膜產生自然對流現象，形成所謂 BenardCell（圖 1.6）。判斷指標是 Marangoni 數值。
圖 1.8 Fat edge 發生示意圖 四、Dewetting
液膜能在固體基材表面被覆，液膜的表面張力須小於基材的表面張 力，若基材表面有局部區域受到油污或其它因素的影響，使得該區域的表 面張力變得比液膜小，產生不同表面粗造度，此時，即會產生不被覆 (Dewetting)的現象（圖 09）。解決方式是避免基材表面受到污染。
圖 1.9 Dewetting 發生示意圖
液體表面張力大小受許多因素影響，如分子性質、溫度、界面活性劑、
揮發環境..等因素，而基材表面的表面張力梯度亦與其表面粗糙度等等皆 有息息相關，因此，塗佈流體在基材表面的被覆現象、塗佈時動態接觸角 的變化、如何避免因表面張力變化造成塗佈缺陷、如何透過表面處理增加 塗膜與基材表面的接著性或控制溫度效益…等對於液體塗佈需要研究與實
如同上述研究確認對於 LCD 配向膜製程塗佈可進行研究並利用設計 實驗方式來驗證配向膜 polyimide 的 Fat Edge 瑕疵缺陷改善。
1.3 論文架構
本文組織如下：
本文共分為六章，第一張[緒論]，介紹研究動機與製程缺陷瑕疵、技 術期刊文獻回顧與論文架構。第二章[製程簡介]介紹 TFT-LCD Array 電壓 驅動說明、Cell、CF 與背光模組的製程簡介說明與簡易示意圖。第三章[量 測儀器原理]內容為本文實驗所使用的結果量測評估儀器，簡易說明一般面 板量測儀器基本原理與手法，照片呈現儀器現場原貌。第四章[配向膜塗佈 瑕疵與實驗架構] 說明 PI 膜不穩定區域與問題與整體實驗流程設計，包含 底基材製作與流程細項說明，實驗結果由儀器量測驗証差異狀況，並探討 熱能傳導公式與底基板所受熱通量。第五章[導入 LCD 製程與信賴性研究]
則為研究實驗達到預期效果，實際運用到 LCD 製程當中，無論小尺寸機種 或者 IT 機種在 fat edge 都能改善瑕疵，並採用公正性測試手法驗證可靠度 與信賴性。第六章[結論與未來方向]說明本研究目前結論與成功改善 PI 配 向膜 Fat edge 成果，也成功達到製程節省能源的成果，而實驗外發現了 polyimide 經由瞬間溫度能量產生小點珠狀，暫命名突沸現象。
第二章 TFT-LCD 製程簡介
TFT-LCD 薄膜電晶體-液晶顯示器構造如圖 2.1 所示是由兩片玻璃基 板所組合而成，分別是 Thin Film Transistor 與 color Filter，液晶介於兩者 之間，兩者表面 coating 配向膜(polyimide)，中央則有間隔劑做 Cell gap 支 撐，周圍用框膠包覆防止大氣滲入與液晶外漏，兩側外部表面貼附不同偏 振方向偏光板，TFT 薄膜電晶體面板之後負責提供光源。彩色濾光片給予 每一個畫素特定的顏色，紅、藍、綠三原色。偏極光線結合每一個不同顏 色的畫素所呈現出的就是面板前端的影像。
圖 2.1 TFT-LCD 面板構造圖
2.1 Array 簡介
TFT 薄膜電晶體製程相似晶圓廠半導體製程，但不同的是將薄膜電晶 體製作於玻璃上，而並非在矽晶圓上。所應用的主要材料為 Si，經由曝光、
顯影、蝕刻、photo 後而成的薄膜電晶體(Thin Film Transistor)，用於驅動 電壓控制液晶面板的主要關鍵元件，目前大多為 5 道光罩製程，各層厚度 與名稱如圖 2.2。
圖 2.2 TFT 各層說明 2.2 Color filter 簡介
彩色濾光片(Color filter)是使液晶受偏極光後呈現明亮、色彩飽和、鮮 豔的畫面而提高其附加價值之關鍵元件，其 RGB 各畫素大小為影響液晶 面板的解析度。此光電元件是在透明玻璃基板上製作黑色矩陣框(Black matrix)及三種排列彩色層紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)後加上 ITO 透明電 極，利用偏極光與色彩堆疊產生各種顏色。
圖 2.3 彩色濾光片各層示意圖 2.3 薄膜電晶體驅動特性
TFT 元件在閘極(G)給予適當電壓(Vgd>臨限電壓 Vth)，使 a-Si 通道區 感應出載子(電子)，而使得源極(S)與汲極(D) 導通狀態 ON(Vgd > Vth)，當 給予電壓 Vgd < Vth 時，a-Si 通道區無法感應出載子(電子)，則為 OFF。
Vth 為感應出載子所需最小電壓 。
圖 2.4 TFT ON
圖 2.5 TFT OFF
2.4 Cell 製程簡介
Cell 製程可細分為洗淨、轉寫、配向、框膠、散佈、液晶、組立、切 裂、磨邊、偏貼製程，主要為將已完成的 TFT 與 CF 兩片玻璃元件進行真 空組合，兩元件中間注入液晶，液晶顯示原理參照圖 2.6，利用中間內液 晶雙折射率的特性，經由通電驅動後可控制液晶站立方向，光線經由偏光 板轉化成偏極光線透過液晶 Cell 在穿過彩色濾光片產生各種色彩灰階畫
圖 2.6 液晶顯示原理 2.5 模組簡介
在材料的先天因素上 TFT-LCD 並非自發光性的顯示裝置，必須依賴 外部光源達到顯示效果，一般的 TFT-LCD 幾乎採用背光模組，而背光模 組主要提供液晶面板均勻、高亮度的光線來源，通常採用 LED 或者 CCFL 冷陰極管。基本原理係將常用的點或線型光源，透過簡潔有效光轉化成高 亮度且均一輝度的面光源產品，近年隨著液晶顯示器製造技術的提昇，在 大尺寸及低價格的趨勢下，背光模組在考量輕量化、薄型化、低耗電、高 亮度及降低成本的市場要求，為保持在未來市場的競爭力，開發與設計新 型的背光模組及射出成型的新製作技術，是未來努力的方向及重要課題。
圖 2.7 模組組立分解示意圖
2.6 聚醯亞胺 polyimide
polyimide 合成成分是經由雙酸酐單體(dianhydride)與雙酸胺單體 (diamine)相混合成的高分子聚合物，LCD 所使用的 PI 液為固型分混合 solvent 的溶液，區分有
A：聚醯胺酸型 PAA：
將聚醯胺酸溶於溶劑中，塗佈後須經過脫水、交聯反應，不易保存，
於溶劑中易裂解(發生逆反應)，高硬烤溫度(250°C 以上)，環化過程中產生 水分子揮發後易留下孔洞
B：聚醯亞胺型 PI：
將聚醯亞胺之小分子直接溶解於溶劑之中，塗佈後僅需將溶劑揮發，
在較低溫即可形成 PI 膜(開發低沸點溶劑)，黏度低，易析出 C：PI+PAA 型：目前最廣泛使用
結合兩者之間優點，可改善 PI 型對基版之附著力及印刷性，且硬烤 溫度介於 PI 及 PAA 型之間。
製程上有預烤與硬烤上的區分。預烤功用使轉寫印刷基版上 polyimide 膜中之有機溶劑揮發，有利於硬烤時交鏈，過程中 PA 與 PI(圖 2.8)上下分 離，PA 與基版密著。
圖 2.8 PI 與 PA 分離示意圖
硬烤主要為利用高溫 200°C 以上將含有 PAA 溶劑脫水氧化成聚醯亞胺。
圖 2.9 Polyimide 硬烤示意圖 2.7 溶劑 solvent
目前常使用溶劑有 NMP、γ-BL、BC，polyimide 為早期使用 NMP+固形 物，但 NMP 極性大易吸水，造成固形物析出，表面張力大，所以選擇多 添加其他溶劑作改良。γ-BL 是 NMP 的前趨物，有著低吸水率，可減少固 形物的析出，且潤濕性佳，多量會降低 PI 液的黏度。對於溶劑加入 BC 可 提升黏度，但對 polyimide 而言，BC 仍未雜質不可添加過多以防止內純物 產生異常。
2.8 配向方式種類
LCD 配向製程技術有接觸式配向與非接觸式配向，接觸式配向為用棉 布或尼龍纖維對 PI 配向膜做機械式物理破壞，強制改變其表面錨定能，目 的讓液晶注入後能有規則性相同方向的排列，而非接觸式配向主要是利用 材料對 UV 反應或利用其正電極所產生的正偏壓電場，驅使電漿中的離子
LCD 配向製程技術有接觸式配向與非接觸式配向，接觸式配向為用棉 布或尼龍纖維對 PI 配向膜做機械式物理破壞，強制改變其表面錨定能，目 的讓液晶注入後能有規則性相同方向的排列，而非接觸式配向主要是利用 材料對 UV 反應或利用其正電極所產生的正偏壓電場，驅使電漿中的離子