Array簡介

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 群被推動，產生一陽極層進行配向機制。

圖 2.10 配向前後差異圖

非接觸式配向：

主要區分為非物理狀態下改變液晶初始站立角度，部分技術需採用特殊 液晶材料與感光材料做搭配，近年學者不斷優化改善，提升特殊材料普遍 性，量產性指日可待。

1、光配向(Photo Alignment)：

基板先塗佈一層 UV 感光材料，再以偏極化 UV 光(Polarized UV Light) 照射；可以控制液晶關鍵變數預傾角及錨定能(Anchoring Energy)

2、離子束配向(Ion Beam Alignment) ：

由 IBM 所研發，利用準直性佳的離子束傾斜配向。此方式對有機或無 機配向膜提供了較佳的配向結果。

3、電漿束配向(Plasma Beam Alignment) ：

由烏克蘭國家科學院所研發，用陽極層推進器(Anode Layer Thruster，

ALT)產生平行的電漿氣流進行配向處理。

整體而言，在眾多的薄膜高分子材料中，聚醯亞胺高分子薄膜是最理 想的配向膜材料。不同的聚醯亞胺結構，在上述各項特性的表現不同，可 根據各種類型 LCD 的需求特性作選擇。

2.10 配向 膜製程

本研究為接觸式摩擦方式進行配向，動作為 TFT 與 CF 基版經由洗淨 製程後 coating 上一層 PI 配向膜，詳見圖 2.11、2.12，先進行 pre-bake 讓 PA 與 PI 分離並讓基版與 PI 貼合，經由光學系統 CCD 確認無 particle 後再 進行 post-bake 固烤，約 220 度左右(視 PI 特性與液晶面板需求而定)，固 烤完成才能進入 rubbing 摩擦配向與繼續進入 Cell 後續製程。

圖 2.11 CF 切裂線與 PI 膜示意圖

圖 2.12 TFT 切裂線與 PI 膜示意圖

我們發現在 coating 後 pre-bake 後因為製程瑕疵容易產生 PI 配向膜塗佈 Fat edge，如果無改善此項不良根因，持續經由 post-bake、rubbing、框膠 、 散佈…等等後製程到液晶面板組立點燈驅動，會呈現可視區域角落液晶站 立排列上因為配向膜不均勻而漏光(角落偏白)的嚴重不良影響，此不良瑕 疵無區分尺寸機種，若無法進行改善則對於液晶顯示器競爭力與可靠度將 有莫大影響。

第三章 量測儀器原理

3.1 NR-250 熱電偶感測器

本文實驗溫度量測採用熱電偶量測儀器，儀器編號 NR-250，手法為溫 度測定點距離基板邊緣 20mm 八點及中央一點，共量測九點，量測底基材 玻璃直接將熱電偶感應固定於 glass 表面，量測 hot plate 則將熱電偶固定 於 hot plate 表面。

圖 3.1 NR250 點位量測圖

圖 3.2 熱電偶固定圖示

熱電偶訊號接續：爐溫量測共使用九個熱電偶，於熱電偶之頭及尾均 需標示熱電偶在基板上之位置，以便於將熱電偶與訊號轉接器（NR-250）

正確的連接。最後將 NR-250 與手提電腦連接進行溫度量測監控與紀錄。

圖 3.3 訊號連接器 3.2 FIB 聚 焦離子束

本實驗需進行 PI 膜厚段差分析，所以採用 FIB 分析儀器進行量測工 具，精準量測 PI 不均勻區域膜厚。

FIB（Focus Ion Beam）聚焦離子束，FIB 最早被使用在半導體業界之 光罩修補，接著又被使用在導線之切斷或連結。之後，一系列的應用被開 展出來，例如微線路分析及結構上之故障分析等等。目前已是半導體業使 用之儀器中成長最快之一。

液態金屬離子源發展之後，以鎵（Ga）為離子源的商用 FIB 才上市。

FIB 精密定點切面、晶粒大小分佈檢測、微線路分析及修理等，解決半導 體設計、製造、檢測及故障分析上許多問題。

3.2.1 FIB 主要功能

1.利用入射離子束與試片撞擊產生的二次電子或二次離子來成像 2.施加大電流可快速切割試片而挖出所需的洞或剖面

3.可蒸鍍導體如鎢或白金。

圖 3.4 FIB 儀器示意

FIB 儀器可分為：電子槍、離子束槍、真空室與放樣品區。

電子槍為光學系統穿透式電子顯微鏡，可分為熱游子電子槍與場發射 電子槍。熱游子電子槍為當燈絲被加熱到白熱化時放出熱電子，熱電子在 Wehnelt Cylinder 孔正下方附近節縮成最小斷面積，C 點稱為電子束最小交 迭點(Cross-over Point)。熱電子被施加於陽極的高電壓(~200kV)加速而進入 第一聚光透鏡。

場發射電子槍是利用很大的電場，使得電位能陣變得很小，電子藉由 Tunneling Effect 直接脫離固體表面。針尖由單晶的鎢絲製成，針尖曲率半 徑約 100~1000A，只要加上一很小的電壓即可使電場高達 107V/cm。

離子束槍使用離子束作為照射源，離子束具有大電量及質量，當其照 設置固態樣品上時會造成一連串之狀汲極能量傳遞，而在是片表面發生氣 化、離子化等現象而濺出中性原子、離子、電子及電磁波，當撞擊傳入試 片較內部時亦會造成晶格破壞、原子混何等現象，最後入射離子可能植入 試片內部。之後在真空室內放入樣品，樣品與離子槍呈現垂直狀態，以利 於離子槍對樣品進行切割。

圖 3.5 本實驗採用 FIB 照圖 3.2.2 FIB 原理

在液態金屬表面加數十 Ke V 強電場，其造成的應力會在液體表面產 生波狀的不穩定體，在經由電流體力量(Electrohydrodynamic Force)形成尖 銳的泰勒錐(Taylor Cone)。

錐體形狀及錐距係決定於液態金屬的表面張力及施加於表面的電位強度。

圖 3.6 離子形成機構示意圖

錐頂受電場蒸發生成 M+離子，M+離子再經電場作用形成 M2+或 M3+

離子。錐頂形成離子的同時有電子伴隨發生，電子受負電壓汲極

圖 3.7 FIB 離子束槍結構

離子束槍結構為液態金屬離子源汲極發出離子束，通過加速器使離子 束迅速發射，經過對準電極板及像差補償器，經由聚焦鏡及光圈把離子束 聚集起來，再經過質量分離器、物鏡與掃瞄器，把離子束精準射在樣品承 載台。

以上為離子束槍內之結構主要為輔助離子束精準發射在樣品上。中性 原子或中性原子團受到電場極化的作用會被吸引至錐頂約 10Å 的高度，經 電場游離形成電漿球（Plasma Ball）。基本上：低強度電子流：離子主要

以上為離子束槍內之結構主要為輔助離子束精準發射在樣品上。中性 原子或中性原子團受到電場極化的作用會被吸引至錐頂約 10Å 的高度，經 電場游離形成電漿球（Plasma Ball）。基本上：低強度電子流：離子主要