玻璃基板简介

,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,#,第八章,玻璃基板,的種類、特性、製程技術及其應用,參考資料：,1.,平面面板顯示器 基本概論 二版 顧鴻壽,/,陳密,/,張德安,/,周宜衡 編著,出版者：高立 書號：,232526,發行日期：,2005,年,8,月,2.,顯示器原理與技術 趙中興 編著,出版者：全華 書號：,03185-01,發行日期：,1999,1,8-1,前言,8-2,液晶顯示器用之玻璃基板的材料、種類及其特性,1.,玻璃基板的,材料,及其,種類,2.,玻璃基板的,材料,及其,特性,8-3,液晶顯示器用之玻璃基板的製作技術,1.,玻璃基板的,製造流程技術,2.,玻璃基板的,後段加工技術,及其,特性,8-4,玻璃基板的應用領域與未來展望,2,*,玻璃是一種非晶的無機材料，,無機材料,、,金屬材料,、,有機材料,並列為自然界三大主要材料,無機材料,(Inorganic),是所謂,金屬的氧化物,、,碳化物,、,氮化物,以及,氫化物,等,有機材料是由,碳,、,氫,、,氧,、,氮,和,鹵元素,等所聚合,鈉玻璃,是一般日常生活中最普通的玻璃材料，由碳酸鈉加石灰以及矽沙所製成，色帶微綠而所見之平板和瓶管類產品均之。,硼玻璃,由三氧化硼加石灰及矽砂所製成，質堅難溶、澎賬係數低，適用於製作化學儀器等實驗性物品,鉛玻璃,是由氧話鉛、碳酸鈉加石灰及矽砂所製成，折光性極強而適用製作光學儀器,石英玻璃,含二氧化矽,96%,以上，軟化點極高，耐磨、子外線透光極高，融製困難，價格昂貴,8-1,前言,3,*,世界生產平面面板顯示器的主要知名廠商有美國康寧公司,(Corning, 1970,年代進入市場,),、日本電氣硝子,(NEG, 1992,年進入市場,),、日本旭硝子,(AGC),和日本,NH-Techno(1993,年進入市場,),。,*,美國康寧公司,的市場佔有率是,60-65%,且位居世界第一位。世界第一大玻璃生產公司為美國康寧公司於日本及韓國均有玻璃溶融爐和切割加工等工廠，該公司隨著台灣,TFT-LCD,產業的數千億台幣的投資而於,1999,年在台南科學園區投資,7-8,千萬美金而設立兩座玻璃溶融爐和,16,條後段切割加工生產線等工廠。,*,日本旭硝子株式會社,在台灣雲林科技工業區投資,100,億元並設立台灣旭硝子發殷科技股份有限公司,(AFT),，以浮動式融爐法為主並生產大面積的玻璃基板如,550mmX650mm(,第,3,代,),、,680mmX880m(,第,3.75,代,),m,和,730mmX920mm,，其厚度規格為,1.1mm, 0.7mm, 0.6mm, 0.5mm,和,0.4mm,。,8-1,前言,4,*,液晶平面顯示器所使用的玻璃基板之材料，有主要成份為,二氧化矽,(SiO,2,),、,氧化硼,(B,2,O,3,),和,氧化鋁,(Al,2,O,3,),中含,鹼土類金屬氧化物,RO,，以及含,鹼金屬氧化物,R,2,O,等兩大類,*,因液晶平面顯示器的種類，應用領域和驅動方式不同，而使用不同尺寸的玻璃基板材料，,分格式,或,格子式,(Segment),的扭曲向列型,(TN),面板,),的蘇打石灰玻璃,簡單矩陣式的扭曲向型,和,超扭曲向列型,(STN),之面板的玻璃材料是蘇打石灰玻璃和中性硼矽酸玻璃,(Neutral Borosilicate Glass),8-2.1,玻璃基板的,材料,及其,種類,5,*,不同的,材料玻璃,一些基本特性,8-2.1,玻璃基板的,材料,及其,種類,6,*,就基板之熱特性而言，有,耐色性,、,耐熱衝擊性,、,熱伸縮性,、,熱膨脹係數,。耐熱性乃指玻璃材料所能忍受之最高溫度,，即所謂的歪點溫度。其容許溫度差值如下,:,T=,()/,E,T:,容許溫度差,:,彎曲強度,:Poisson,比值,:,黏度,:,楊式係數,E:,熱膨脹係數,*,此玻璃材料在加熱後的尺寸，比加熱前來的小呈熱收縮現象,稱為緊縮效應,(Compaction),*,目前的對策有使用,高耐熱性的玻璃材料,或,預先退火熱處理,，,以得高的尺寸安定性玻璃基板,8-2.2,玻璃基板的,材料,及其,特性,7,*,玻璃的,溫度,以及,尺寸,的關係,:,若玻璃基板加熱於成膜溫度，,則因因熱收縮效應而產生尺寸,減小，薄膜元件因成膜製程和,圖案化製程來,1,回反覆操作，而,使機板發生熱收縮，並影響圖,案的精密度，也影響到元件的,特性。,8-2.2,玻璃基板的,材料,及其,特性,8,*,熱處理玻璃機板,和,未熱處理玻璃基板,熱收縮變化圖,:,目前改善熱收縮的對策有使用,高耐熱性的玻璃材料,或,預先退火熱處理,，以得高的尺寸安定性玻璃基板,8-2.2,玻璃基板的,材料,及其,特性,9,8-2.2,玻璃基板的,材料,及其,特性,*,玻璃機板材料的種類不同有所差異：,1.,蘇打石灰玻璃：,成長鹼金屬溶出防止膜於基板表面，利用化學氣相沉積法或化學液相沉積法。,2.,非鹼金屬硼矽酸玻璃和非鹼金屬鋁硼矽酸玻璃：,此類玻璃的,鹼性金屬成份的含有量少,0.1%,的重量百分比，扭曲向列型和扭曲向列型，其玻璃基板鹼性金屬成份溶出量的容許是,0.3%,，高信瀨度的要求值在,0.2%,以下。,3.,中性硼矽酸玻璃：,一般指玻璃基板中鹼金屬含有量小於蘇打石灰中的,50%,，調節其成份並使其成中性化，則可大幅地減少鹼金屬離子的溶出。,10,8-2.2,玻璃基板的,材料,及其,特性,*,在,TFT-LCD,製程中，因為金屬或氧化物的薄膜在進行蝕刻工程,時，均會使用到不同的酸性和鹼性的溶液，故玻璃基板材需考,慮到其對,各種蝕刻液的化學藥品耐久性,。,*,玻璃化學藥品耐久性則有耐水性、耐酸性和耐鹼性等三大項目。,1.,耐水性,意指基板置於,90,度,c,之離子交換水中保持,40,小時，並測量,其前後單位面積之重量變化的特性，依玻璃種類的,蘇打石灰,、,非鹼性金屬,和,中性硼矽酸,之順序。,2.,耐酸性,是把基板置於,95,度,c,而濃度為,0.01N,的硝酸水溶液中保,持,20,小時，並測量其前後單位面積之重量變化的特性，依玻璃,種類的,蘇打石灰,、,非鹼金屬,和,中性硼矽酸,之順序。,11,3.,耐鹼性,是把基板置於,80,度,c,的鹼性蘇打水溶液中保持,1,小時，並測量其前後單位面積之重量變化的特性，依玻璃種類的蘇打石灰、非鹼金屬和中性硼矽酸之順序。,*,下頁表代表性玻璃基板在各種藥品中浸泡時，單位面積的重量減少之化學耐藥性或耐久性比較。,*,一般製程中在基板上均會成長,SiO2,、,ITO,、,SiN,和,Cr,等功能性或結構性的薄膜，這些薄膜都應有良好的和強固的附額著力，在,簡單矩陣式液晶面板之材質,，為鍍有,SiO2,膜的蘇打石灰玻璃,，在,主動式矩陣式液晶面板之材質,，為鍍有,ITO,膜的非鹼金屬玻璃,和,中性硼矽酸玻璃,。,8-2.2,玻璃基板的,材料,及其,特性,12,*,在,TFT-LCD,整個製程中，因為金屬或氧化物的薄膜在進行蝕刻工程時，均會使用不同的,酸性,和,鹼性,的溶液，故在玻璃基板材料需要考慮到其對各種蝕刻液的話學藥品耐久度,8-2.2,玻璃基板的,材料,及其,特性,13,*,液晶平面顯示器用之玻璃基板的製作技術，因為其材料的成份和一般玻璃得製造過程以及其要求項目是有些不同的。,*,其製造方法為,直接吹氣成型,或,吹玻璃法,、,模型成型法,和,裝飾法。,*,目前平面面板顯示器用之玻璃基板的製造方法，有,流動床法,、,溶融向下曳引法,、,化學氣相反應法,、,在曳引法,其中,流動床法,因具有低成本的量產型成形而占有優勢。,8-3,液晶顯示器用之玻璃基板的製作技術,14,8-3,液晶顯示器用之玻璃基板的製作技術,*,如下圖所示，流動床法適用於製作蘇打石灰玻璃、低鹼金屬,玻璃和非鹼金屬玻璃，溶融法以非鹼金屬玻璃為主，向下曳引,法則是以鋁硼矽玻璃為主，化學氣相反應法應用於合成石英，,而在曳引法則是用於製作低鹼金屬玻璃和非鹼金屬玻璃。,*,流動床法,為英國畢盧金頓,布拉扎斯公司所開發的方法，乃,是在溶融錫表面上將溶融玻璃水平式拉曳成板狀基板，一般適,用於大板型量產之蘇打石灰玻璃板的製造。,*,溝漕式向下曳引法,是將溶融玻璃垂直式向下拉曳成平板狀基,板，孔口端的表面成凹凸狀影響基板平坦性，而需要再進行研,磨工程。,*,溶融向下曳引法,為美國康寧公司所開發的方法，其方法是由,溶融之兩測垂直方向流下，而形成平坦狀玻璃基板。,15,*,在,曳引法,為日本,Hoya& Nippon Sheet,所開發的技術，其方法,是將溶融玻璃製作成母板玻璃，再將母板玻璃送到加熱爐，,使其呈軟化玻璃，並延壓成型為薄狀玻璃基板，此一方法容易,進行玻璃的替換，可適用於連續性的生產規模。,*,化學氣相反應法,則應用於石英玻璃基板，其方法為四,氯化矽,、氧氣和氫氣等反應性氣體，進行化學反應後形成玻璃錠，,再將此一玻璃定進行刀切割加工成需厚度的基板材。,*,在玻璃量產化技術擴大時，所可能面臨到的問題有槽窯爐及,引出量方式的設計、成形槽放大比例而槽體受力大，機械其,需維持、白金倒槽的設計、垂直退火距離增加而廠房設計高度,也增加而廠房設計高度也增加、熔爐高度增加造成操作和維護,上不易、玻璃寬度增加而退火爐寬度也增加。,8-3,液晶顯示器用之玻璃基板的製作技術,16,*,玻璃基板,的各種製作方法,8-3.1,玻璃基板的,製造流程技術,17,*,流動床法,為英國畢盧金頓,布拉扎斯公司所開發的方法，乃是在溶融錫表面上將溶融玻璃水平式拉曳成板狀基板，一般適用於大板型量產之蘇打石灰玻璃板的製造,*,溝漕式向下曳引法,是將溶融玻璃重直式向下拉曳成平板,.,*,溶融向下曳引法,為美國康寧公司所開發的方法，其方法是由溶融之兩個垂直方向流下，而形成平板狀的玻璃基板,.,*,再曳引法,為日本,Hoya&Nippon sheet,所開發的技術，其方法是將溶融玻璃製作成母板玻璃，再將母板玻璃送至加熱爐，使其程軟化玻璃，再將其壓成薄板,*,化學氣相反應法,應用於製造多晶矽用的石英玻璃基板，其方法為,CCl4,、,O2,、,H2,，等氣體，進行化學反應後形成玻離錠，再將其切割形成基板,8-3.1,玻璃基板的,製造流程技術,18,*,玻璃基板的製造流程，可分為溶融成形工程和就客戶,要求尺寸之後段加工工程，前段工程是製成母片玻璃，,而後段工程則是切割和表面研磨等母片玻璃的後續處理,*,液晶平面顯示器的玻璃基板的特性要求有,:,1.,輕、薄、平坦、大型化,2.,化學耐久性,3.,熱穩定性,4.,玻璃品質好,8-3.2,玻璃基板的,後段加工技術,及其,特性,19,*,玻璃基板形狀而言，其厚度由最初的,1.1mm,逐次地演變,為,0.7mm,、,0.5mm,、乃至於,0.4mm,的極薄限度值，其從外形尺寸,則以,300mm,對角的形狀較多，一般所用的玻璃基板厚度，因顯,示面積的大小、機械的強度和規格需求等因素有所變化。,*,在,TFT-LCD,整個製程中，因為玻璃機板上要製作微細的圖案之,薄膜元件，而其表面之缺陷是必需避免的，在玻璃表面上，若,存在有刮痕、污物、凹凸和異物附著等缺陷的話，則薄膜的密,著性列化和電極配線的斷線等問題將會產生。,*,就玻璃基板表面所容許的凹凸質而言，其表面粗糙度的容許,值，隨主動式矩陣型、扭曲向列型、超扭曲向列型和鐵電液晶,型，分別地是,100150A,、,200300A,、,200300A,和,200300A,。,8-3.2,玻璃基板的,後段加工技術,及其,特性,20,*,玻璃基板,製造流程圖,8-3.2,玻璃基板的,後段加工技術,及其,特性,21,*,玻璃基板材料技術發展趨勢，為基板,大型化,、,輕量化,、,低成本化,以及,高自動撿查高效率化,。,*,為求大量生產以便求降低成本，而有不同世代的玻璃尺,寸被設計而出來，,玻璃基板尺寸的大小,會影響到可截取玻,璃的片數，而尺寸標準化成為一種重要的課題。,*,因筆記型電腦和攜帶式資訊用之,LCD,面板對輕量化有強列,的要求，,輕量而有強度的玻璃基板,成為重要的項目,*,因,LCD,面板製造廠商的成本控制和考量，而要求低價格化,零組件，因而玻璃製造商因應這一個趨勢，未來若能開發,出不需要在經過熱處理和研磨工程的素玻璃和母片玻璃，,直接進行,TFT,階段的生產則有效達到低價格化。,8-4,玻璃基板的應用領域與未來展望,22,8-4,玻璃基板的應用領域與未來展望,*,台灣在平面顯示器產業已成為世界三大產國之一，在產,能和產量上的經濟規模是頗坐三望二之勢，因而相關零件組,和材料如玻璃機板所需之市場量非常地大，,2000,年,TFT-LCD,玻璃的需求量是,6001000,萬片，而相當於,5060,億新台幣，,2001,年和,2002,年隨著台灣各,TFT-LCD,產能的產出而所預測需求的玻璃,片數將大幅增加，薄型玻璃基板製造廠素有顯示器產業的晶,圓廠之稱。,*,目前世界前四大玻璃基板生產廠家，均策略性在,台灣設立熔爐,成形製程和後段加工等一係列生產作業,，另外三加國內廠商也,策略性聯盟的找到國外技術來源和經營團隊，進行玻璃基板的,販售。,23,*,不同世代,玻璃面板,之切割率,8-4,玻璃基板的應用領域與未來展望,24,*,不同世代,玻璃面板,之切割率,8-4,玻璃基板的應用領域與未來展望,25,*,第三代玻璃面板,(550x650),3.5,代世代玻璃基板,(650X830),切割片數,8-4,玻璃基板的應用領域與未來展望,26,附錄,:,參考網站,:,玻璃基板簡介,.ppt,上偏光板,上玻璃,顏色區,保護膜,ITO,共用極,ITO,顯示電極,液晶,補價電容,下偏光板,反射板,棱鏡板,導光板,光擴散板,間隙粒子,電晶體,框膠區,異方性導電膜,驅動,IC,TAB,印刷電路板,黑 色框罩,背光燈管,玻璃基板由,CF,和,TFT,兩部分組成,27,附錄,:,參考網站,:,玻璃基板簡介,.ppt,薄膜制程,RGB,膜涂布 鍍,BM,膜,黃光制程,RGB,圖樣 黃光制程,蝕刻制程,RGB,顯影 蝕刻制程,TFT,測試,檢 視,配向膜涂布及刷磨,TFT,及,CF,封准組合,切割裂片,液晶注入,上下偏光板貼合,LCD,電測目檢,LCD,製程,PC,壓著,封膠,機殼及背光源組裝,LCM,檢測,LCM,製程,TFT,製程,57,道光罩,CF,製程,28,附錄,:,參考網站,:,Glass Substrate,玻璃基板,-,AMLCD Glass Substrate is the foundation of so called “High-Tech Displays”,AMLCD Glass Substrate,29,附錄,:,參考網站,:,Glass Substrate,玻璃基板,-,Substrate size & Thickness,30,附錄,:,參考網站,:,Glass Substrate,玻璃基板,-,Glass Substrate Process,31,附錄,:,參考網站,:,Glass Substrate,玻璃基板,-,Quickly Glass Size Growing,32,附錄,:,參考網站,:,Glass Substrate,玻璃基板,-,Substrate size and Panel size,33,附錄,:,參考網站,:,Chip On Glass,技術,COG,技術不同於傳統製程，,COG,技術將驅動,IC,直接架置於玻璃基板上,此技術之優點包含有,:,1.,提高包裝密度及減輕重量使得面板更為輕薄 。,2.,減少使用材料，降低生產成本 。,3.,提高面板解析度。,34,End of,第 八 章,35,