TFT-LCD用玻璃基板简介

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TFT-LCD
玻璃規格
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TFT-LCD
玻璃的規格要求項目
• 外觀 • 寸法
• 組成
• 熱收縮度
• 特性值
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New AN Design Objectives
• Higher Strain Point • Lower Thermal Expansion • Lower Density • Higher Young’s Mldulus • Asahi Float Process capable
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TFT-LCD
TFT-LCD用玻璃基板特性要求 •化學的耐久性 (耐藥性) 經濕製程必須耐酸, 鹼, 氫氟酸
•表面精度 • 彎曲度: 與玻璃的承載, 吸著, 曝光精度有關 • 起伏度: um 級之表面形狀變化,影響cell gap 造成表示mura • 表面粗度: um 級以下之表面形狀變化, 會造成pattern 之斷線 • 表面與內部欠陷 傷, 泡, 異物, 脈理(影響玻璃之強度, 視覺效果)
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TFT-LCD
Si O Na
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TFT-LCD
玻璃的性質11Fra bibliotekTFT-LCD
玻璃的性質 玻璃的物理與化學的性質, 是由其組成決定
玻璃轉變
Tf2
Volume 急冷玻璃 緩冷玻璃 Solid 晶體
Tf1
Liquid
Tf: Fictive Temp. Tm: Melting Temp. Tm
Temperature
TFT-LCD
TFT-LCD用玻璃基板簡介
壹. 貳. 參. 肆. 伍. 陸. 柒. 概述TFT-LCD製程 玻璃的簡介 玻璃的性質 TFT-LCD用玻璃基板特性要求 今後TFT-LCD用玻璃基板的動向 平板玻璃製程 玻璃規格
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TFT-LCD
概述TFT-LCD製程
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TFT-LCD
TFT-LCD製程 • ARRAY 半導體製程 • CELL 藝術的製程 • MODULE 人力與生產管理的製程
梱 包 出 貨
檢 查
洗 淨
( )
( ) 片 面 研 磨
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TFT-LCD
Float 素板的有效幅: 2500mm 流向
470 370 550 650 650 830 1100 900
2500 mm
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TFT-LCD
平板玻璃的研磨 • 佔玻璃的成本比例大 • TFT之Array工程使用拋光面 • 以AN635為例 550 x 670 x 0.7 mm 研磨 550 x 670 x 0.7 mm 無研磨
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ARRAY製程 成 膜 工 程 微 影 工 程 蝕 刻 工 程 剝 膜 工 程
洗 淨 工 程
製程整合 環境技術 解析工程
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TFT-LCD
TFT 斷面結構圖
半導體層
源極/汲極
透明電極層
substrate
絕緣層
閘極
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玻璃的簡介
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TFT-LCD
玻璃的定義 • 非晶質固體 • Long-range disorder • 熔融液體超冷固化
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TFT-LCD
黏 度 (poise) 溫 度 點 現 象 102 104 10
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常 用 的 黏 度 值
熔解點 熔解除氣泡 作業點 成形作業 流動點 玻璃液流動 軟化點 受自身重量變形 軟化點 膨脹儀軟化點 變形點 在壓力下變形 退火點 十幾分鐘退火 應變點 幾小時退火 失透區 玻璃產生結晶 作業區 加工作業範圍 退火區 精密徐冷範圍
耐酸性
耐鹼性
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玻璃之光學性質 折射率
穿透率
玻璃之電性 電阻係數 Dielectric Constant Dielectric Loss
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TFT-LCD用玻璃 基板特性要求
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TFT-LCD
TFT-LCD用玻璃基板特性要求 考量要求: 1. 玻璃本身所引起的製品特性 2. TFT製程所起之製品特性
作業溫度
• 適合於成形作業的黏度, 視作業方法不同而有很大的差異 液相溫度
• 液相安定時之最低溫度 • 此溫度之黏度, 依組成而有: 103 ~108Poise • 此溫度之正確意義在玻璃之製造上, 關係失透而顯得重要
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軟化溫度 • 直徑0.55~0.75mm, 長23.5cm之玻璃絲, 吊在豎爐中, 上部9.5cm處 同樣地加熱, 在其以每分鐘1 mm之速度伸長時之溫度 • 黏度: 4.5 x 107 Poise • 另有一以玻璃棒之熱膨脹曲線, 在發生軟化變形之溫度稱之, 黏度約 1011~1012 Poise 轉變溫度 •玻璃棒之熱膨脹曲線中, 玻璃開始異常膨脹之溫度 • 黏度: 1013~1014 Poise • 此溫度可以想像為玻璃從脆弱狀態轉變成稠黏狀態
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平板玻璃製程
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平板玻璃的製造方法 • Float 法 • Fusion法
熔融Glass
熔融Sn
熔融爐
Float Bath
退火爐
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TFT用玻璃基板的製造流程 Float 法 原 料 溶 解 薄 板 成 型 徐 冷 切 斷 素 板 切 斷 基 板 面 取
• 切斷性 • 機械強度
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Estimated Gravitational Sag
4 2 （ d L / E t ）
d : Density E : Young’s Modulus L : Span Length t : Thickness
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玻璃的機械性質
Young’s Modulus (E)
Shere Modulus (G) Poisson’s ratio (v)
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玻璃之熱的性質 熱膨脹 • 自室溫至轉移溫度附近, 其膨脹係數幾成定值 • 遭急冷而應變較大之玻璃, 其熱膨脹係數較大
耐熱性
• 耐溫度急變之能力(熱衝擊性)
• 無Alkaline之玻璃 (所以主成份為Si, B, Ba, Al) • alkaline含量必須0.1%以下 • TFT device製作時之熱製程使alkaline diffuse造成元件之damage • 熱的安定性 (耐熱性) • 熱製程造成熱收縮, 造成pattern 偏移 • 熱收縮要求數ppm以下 • 玻璃之製作時之cooling rate與annealing之有無會影響熱收縮性 • 使用高歪點的glass(但製程上較困難) • 耐熱衝擊性與傷, 熱膨脹係數, 熱傳導率, Poisson’s ratio, • Young’s Modulus有關, 其中以熱膨脹係數之依存性較大
3200日元/枚 2200日元/枚
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TFT用玻璃基板的種類與物性
玻璃Code 歪點( C) 徐冷點( C) 軟化點( C) 熱膨張係數(x 10 -7/C) 密度(g/cm 3) Cornig 7059 593 639 844 46 (0-300) 2.76 Cornig 1737 667 721 975 38 (0-300) 2.54 Asahi AN635 635 685 900 46 (100-300) 2.77 Asahi AN100 670 38 2.51 NEG OA-2 650 700 915 47 (30-380) 2.7 NEG OA-10 650 37(30-380) 2.5 HOYA NA-45 610 658 859 48 (50-350) 2.78
Glass Transition Region
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平板玻璃基板收縮率
收 縮 率 (ppm)
50 40 30 20 10 0 -10 300 350 400 450
玻璃A 玻璃B 玻璃C
製程溫度(oC)
樣 品 玻 璃 A 玻 璃 B 玻 璃 C 應 變 點 5 9 3 5 9 3 6 4 0 退 火 無 有 無
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1 0 7. 65 1 0 10 1 0 11. 3 1 0 13. 4 10
14. 5
1 0 3 -1 0 8 1 0 4 -1 0 8 1 0 13 -1 0 14. 5
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澄清溫度 • 將玻璃原料熔融而成熔物中, 使其氣泡消失至呈均質時 • 黏度: 102 Poise • 此時溫度在1300~1500oC
Crystal material
amorphous material
Volume
Volume
Liquid
Liquid
Solid
Solid
Temperature
Temperature
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Crystal Amorphous
Unit cell
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TFT-LCD
玻璃的組成物質 • 結網子(Network Former) 形成玻璃結構體的主要分子 此分子本身容易形成玻璃, 如SiO2, B2O3, GeO2 • 修飾子(Modifier) 此分子本身很難形成玻璃 用以改變玻璃結構的連結性 如鹼金屬與鹼土金屬元素 鹼金屬成分(Na2O, K2O)為助熔劑 鹼土金屬成分(MgO, CaO, BaO)賦與硬度, 剛性, 耐熱性 • 中間子(Intermediate) 此分子本身亦難形成玻璃 取代結網子成結構網的一部分 作用與功能介乎結網子與修飾子之間, 如Al2O3
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比重 • 玻璃的組成與比重, 經實驗後知其有加成性 • 因組成與退火的程度而有變
玻璃的粘度 粘度 • 液體內互相接觸兩部份, 做相對運動時, 但這些部份卻有 相互阻止對方運動的作用; 此種阻止作用, 稱為內部摩擦 而表現內部摩擦的流體 , 稱為黏性流體 • 物體在應力作用下, 因受力而產生應變之應變率 • 單位為 poise (kg/sec.m) • 為工業生產操作之重要指標
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TFT-LCD
AN100與AN635之規格比較 組成比較:
型號 AN635 AN100
成分 % (重量) % (重量)
SiO2 56 60
M2O3 17 25
AO 27 15
R2O <0.2 <0.2
M: Al, B A: Mg, Ca, Ba, Sr R: Na, K
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TFT-LCD
AN100與AN635之規格比較
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1011~1012 Poise Elongation 1013~1014 Poise
軟化溫度 轉變溫度 Temperature
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退火溫度 • 退火之目的在使玻璃中之應力變小 • 黏度: 1013~1014 Poise 應變點 • 在此點以下的溫度, 實際上己無法消除玻璃中應變 • 黏度: 4 x 1014 Poise
Strain Point (C) C. T. E.(x 10 -7/C) Density(g/cm ) Young's Modulus(kg/mm ) Vickers Hardness(kg/mm 2) Dielectric Constant Chemical Durability (weight loss: mg/cm 2) BHF(19BHF, 25C, 20min.) HCl(N/10,90C,20h) NaOH(N/10,90C,20h)
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AN 100 AN 635 Corning 1737 670 635 660 38 2.51 7900 660 5.8 48 2.77 7450 650 6.5 38 2.55 7100 650 5.9
今後TFT-LCD用 玻璃基板的動向
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TFT-LCD
今後TFT-LCD用玻璃基板的動向 • 基皮的薄型化, 大型化 • 薄型化: 輕量化的目的 • 大型化: Panel枚數的增加 960 x 1100 x 0.7 mm(第四代) 衍生課題: 基板的彎曲 基板的強度 基板的內部欠陷 帶電性 • 環境的考量 • Glass中有害物的減少 1. LCD製程中從表面glass成份的溶出 2. LCD的廢棄問題
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玻璃之化學耐久性 耐水性 • 玻璃與水接觸, 表面會有鹼之溶出 • 含鹼愈多, 其耐水性愈低 • 易與水結合之金屬氧化物愈多, 耐水性愈低 • ZrO2>Al2O3>TiO2>ZnO>MgO>PbO>CaO>BaO • 含鹼愈多, 其耐酸性愈低 • 在此情形下, 別的金屬氧化物也析出, 造成表面 富SiO2層 • ZrO2>Al2O3 >ZnO >CaO >TiO2 >PbO >MgO>BaO • 玻璃全成分幾乎都會遭鹼溶出 • 對NaOH之耐久性 ZrO2> CaO > (Al2O3,ZnO ,PbO ,MgO)>BaO >TiO2 •對Na2CO3之耐久性 ZrO2> (Al2O3,ZnO , TiO2 )>PbO>CaO > MgO >BaO