第三章 量測儀器原理
3.4 預傾角量測機OMS-CP52H
3.4.1 TN cell的安定角
Ｘ成分 Ｙ成分 Ｙ成分
Ｘ成分
圖 3.14 直線偏光（位相差＝０） 橢圓偏光（位相差≠０）
3.4.1 TN cell 的安定角
stable angle 為一般量測 Cell gap & Pre-tilt angle 時的前置作業動作，
儀器需計算出液晶在面板內鐳射光波長 360 度旋轉照射穿透所反應的偏極 光線的傾角穩定程度，一般 stable angle 接近坐落於最佳視角附近。
圖 3.15 TN Cell 安定角 Stable angle 量測圖 3.4 FT-IR 傅立葉紅外光譜分析儀
傅立葉轉換紅外光譜法(FT-IR)，是利用干涉儀產生干涉波，照射至樣 品後，再由電腦轉換成紅外光光譜，相較於一般古典的紅外線光譜儀，FT-IR 提供更快速的量測速度，最準確的吸收光譜，更高的靈敏度(一般約為 IR 的 100 倍以上甚至更高)，所以能夠提供最廣泛的運用(特別是反射式量測 法 )， 舉 凡晶 片 、 薄 膜 、 液 體 、 及 固 體 等 各 種 樣 品 皆 可 測 試 ， 並 且 可 擴 充 TG/IR， GC/IR ，FT-IR/Microscope 擴展其 應用領域 。因此本 研究採用此 分析儀器進行 PI 的官能基驗證確認實驗直接接觸與近接接觸的加熱方式 C-H 鍵、C-C 鍵的吸收坐落位置分佈。
3.4.1 干涉儀的構造
干涉儀的構造是由固定鏡、移動鏡、分光鏡所構成的，當光源通過分 光鏡，會將光源分為 50%穿透至固定鏡，50%至移動鏡，利用移動鏡的移 動，產生光程差，當移動距離不同時，即得到不同的干涉波，利用這種關 係，改變移動距離而得到干涉圖。
圖 3.16 FT-IR 干涉儀構造圖
圖 3.17 本次實驗所採用 FT-IR
巨觀 微觀
固體
液體 穿 透 反 射 全反射
手 動
揮發性 電腦微控
圖 3.18 本文 FT-IR 分析操作步驟
第四章 配向膜塗佈瑕疵改善與實驗架構 4.1 配向製程細節說明
配向膜機構為 PI 液放置於真空 Tank 上，管路利用 Bump 吸取利用噴 嘴吐液於刮刀上，刮刀進行左右輕微擺動均勻的將 PI 液輪滑於 A 輪，A 輪逆時針旋轉將 PI 液均勻與平滑的渡遞給掛有感光樹酯(APR)版的 P 輪，
P 輪則對於 A 輪則採反方向旋轉，目的為將 PI 液能順利展延到感光樹酯 (APR)版上，APR 版前後端為掛版端，無須展延 PI 液，所以 P 輪與 A 輪接 處約 1/2 圓周長。P 輪與印刷平台保持相同的行進速度與移動距離精準的 將 PI pattern 印壓在基板上，每一個製品皆需有 PI 膜，製品與製品須有 Dummy pattern 作間隔，PI 輪廓大小 Pattern 視機種而決定與框膠有無 overlap 而定。
圖 4.1 配向膜塗佈示意圖
TFT-LCD 不論是 CF 側(圖 4.2)或者是 TFT 側(圖 4.3)的玻璃元件，均需 要均勻塗佈配向膜來做液晶絕緣膜，而配向膜塗佈設計上必須大於可視範 圍區域，在各角落上圓角也必須覆蓋在可視範圍角落區域內，製程上禁止 可視區域內無 PI 膜，尤其是邊緣周圍角落。
圖 4.2 Color Filter 配向膜塗佈前、後示意圖
圖 4.3 TFT 側配向膜塗佈前、後示意圖 4.2 PI 邊緣不穩定區域
在業界中發現少數 TFT-LCD 液晶面板通電驅動後，在角落邊緣中有 發現透光且灰階不均勻的區域，經由施力指壓發現異常區域並不會隨著指 壓方向與力道而改變，調整顏色畫面異常區域依然明顯可視，以邊緣角落 最明顯。
圖 4.4 不穩定角落異常現象
進行液晶面板拆解後，顯微鏡下觀察發現 TFT 側與 CF 側的配向膜的
不良範圍
域內的異常現象，理論上配向膜角落邊緣不應有如此大範圍的不穩定區 域，加上 TF 與 CF 都有這樣的異常現象，如圖示箭頭，可見缺陷關鍵環節 應該是出在配向膜的製程。
圖 4.5 TFT 側配向膜不穩定區域
圖 4.6 CF 側配向膜不穩定區域 4.3 實驗設計
4.3.1 實驗流程步驟
TFT 側與 CF 側均有 Fat edge 的現象，兩側在製程上所 coating 的 材料與光阻均有所不同，為求實驗底基材導熱係數相同與收斂其它變 因可能性，本實驗研究則採用平整素玻璃為底基材，為避免底基表面 不平整造成配向膜塗佈有 surface tension 缺陷，基材採用素玻璃基材上 濺鍍一層平坦的 1000Å ITO(氧化銦錫)膜，基材表面無任何溝槽或會有 其他效應影響結果的汙染，塗佈 Polyimide 之前則會進行表面清潔與有 機物質去除，防止 particle 影響實驗結果，兩者實驗的 PI 採用相同 PI
ITO素基版
毛刷水洗
風刀水分剝離
IR烘乾製程
UV製程
轉寫製程
Pre-bake近接 Pre-bake直接
OM量測 FIB分析 預傾角驗證 FTIR分析
實驗結果討論
圖 4.7 實驗規劃流程圖
表 4.1 Ployimide 成分表(本研究實驗為 AL21004)
Type
成分百分 比
黏度 固型成 (Wt%) NMP γ-BL BC
AL21004 6 16 66 12 21
AL22620 6 12 64 18 26
圖 4.8 底基板膜層說明 實驗流程說明：
◎毛刷水洗
以機械力將附著力強之大粒子(約 3um 以上)刷除，流程:Brush+
洗劑(洗劑溫度:40 度)，目前使用高密度 Brush，直徑:ψ70 mm
線徑:0.07 mm，植毛密度:2100 根/cm2，材質:nylon。水洗 BJ 是將空氣 與水約一比一的比例混合，經由特殊模組的發泡設計，藉由氣泡爆破的 力量去除 particle。
◎乾燥設備 Air knife
高速氣流 CDA 經過微小的縫隙形成高壓的 Air Curtain 去除水分，要 求是目視不可見水痕。
◎IR 烘乾製程
加熱板為陶瓷加熱板，溫度可到 220℃，主要目的為熱能量蒸發不可 目視的微粒水氣，達到完全乾燥要求。
◎UV 有機物去除製程
首先 184.9 nm短波長的紫外線會將大氣中O2 O+O；部分O(單氧)會與大氣中O
分子鍵切斷成 2 個單氧
2結合形成O3
的紫外線會將O
(臭氣)。254 nm波長
3分子鍵切斷產生 → O2
照射附著於被照物表面上之有機性污染物薄膜，直接破壞切斷其分 + O。254 nm波長紫外線
子鍵。被破壞切斷其分子鍵有機性污染原 C(碳)H(氫)化合物與 O 單氧 分子結合成H2O與CO2、CO、NO2等揮發生物質經排氣排出於大氣
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