TFT-LCD用玻璃基板简介

TFT-LCD1壹.概述TFT-LCD製程貳.玻璃的簡介參.玻璃的性質肆.TFT-LCD用玻璃基板特性要求伍.今後TFT-LCD用玻璃基板的動向陸.平板玻璃製程柒.玻璃規格TFT-LCD用玻璃基板簡介TFT-LCD2概述TFT-LCD製程TFT-LCD3TFT-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TFT-LCD4ARRAY製程洗淨工程成膜工程微影工程蝕刻工程剝膜工程製程整合環境技術解析工程TFT-LCD5TFT斷面結構圖源極/汲極透明電極層閘極絕緣層半導體層substrateTFT-LCD6玻璃的簡介TFT-LCD7玻璃的定義•非晶質固體•Long-rangedisorder•熔融液體超冷固化TemperatureVolumeCrystalmaterialTemperatureamorphousmaterialSolidSolidLiquidLiquidVolumeTFT-LCD8CrystalAmorphousUnitcellTFT-LCD9玻璃的組成物質•結網子(NetworkFormer)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Al2O3TFT-LCD10SiONaTFT-LCD11玻璃的性質TFT-LCD12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TemperatureVolumeSolidLiquidTf:FictiveTemp.Tm:MeltingTemp.TmTf1Tf2晶體急冷玻璃緩冷玻璃GlassTransitionRegionTFT-LCD13-1001020304050300350400450玻璃A玻璃B玻璃C製程溫度(oC)收縮率(ppm)樣品應變點退火玻璃A593無玻璃B593有玻璃C640無平板玻璃基板收縮率TFT-LCD14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玻璃的粘度比重•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TFT-LCD15黏度(poise)溫度點現象102熔解點熔解除氣泡104作業點成形作業105流動點玻璃液流動107.65軟化點受自身重量變形1010軟化點膨脹儀軟化點1011.3變形點在壓力下變形1013.4退火點十幾分鐘退火1014.5應變點幾小時退火103-108失透區玻璃產生結晶104-108作業區加工作業範圍1013-1014.5退火區精密徐冷範圍常用的黏度值TFT-LCD16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:102Poise•此時溫度在1300~1500oC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TFT-LCD17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1mm之速度伸長時之溫度•黏度:4.5x107Poise•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1011~1012Poise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:1013~1014Poise•此溫度可以想像為玻璃從脆弱狀態轉變成稠黏狀態TFT-LCD18TemperatureElongation轉變溫度軟化溫度1011~1012Poise1013~1014PoiseTFT-LCD19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:4x1014Poise退火溫度•退火之目的在使玻璃中之應力變小•黏度:1013~1014PoiseTFT-LCD20Young’sModulus(E)玻璃的機械性質ShereModulus(G)Poisson’sratio(v)TFT-LCD21熱膨脹玻璃之熱的性質耐熱性•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•耐溫度急變之能力(熱衝擊性)TFT-LCD22耐水性玻璃之化學耐久性耐酸性•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•ZrO2Al2O3TiO2ZnOMgOPbOCaOBaO•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•ZrO2Al2O3ZnOCaOTiO2PbOMgOBaO耐鹼性•玻璃全成分幾乎都會遭鹼溶出•對NaOH之耐久性ZrO2CaO(Al2O3,ZnO,PbO,MgO)BaOTiO2•對Na2CO3之耐久性ZrO2(Al2O3,ZnO,TiO2)PbOCaOMgOBaOTFT-LCD23折射率玻璃之光學性質穿透率電阻係數玻璃之電性DielectricConstantDielectricLossTFT-LCD24TFT-LCD用玻璃基板特性要求TFT-LCD25TFT-LCD用玻璃基板特性要求•無Alkaline之玻璃(所以主成份為Si,B,Ba,Al)•alkaline含量必須0.1%以下•TFTdevice製作時之熱製程使alkalinediffuse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coolingrate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’sratio,•Young’sModulus有關,其中以熱膨脹係數之依存性較大考量要求:1.玻璃本身所引起的製品特性2.TFT製程所起之製品特性TFT-LCD26TFT-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cellgap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)•切斷性•機械強度TFT-LCD27EstimatedGravitationalSag（dL4/Et2）d:DensityE:Young’sModulusL:SpanLengtht:ThicknessTFT-LCD28今後TFT-LCD用玻璃基板的動向TFT-LCD29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960x1100x0.7mm(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TFT-LCD30平板玻璃製程TFT-LCD31平板玻璃的製造方法•Float法•Fusion法熔融爐FloatBath退火爐熔融Glass熔融SnTFT-LCD32TFT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)面取梱包出貨檢查洗淨片面研磨TFT-LCD33Float素板的有效幅:2500mm流向2500mm4706508309003705506501100TFT-LCD34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550x670x0.7mm研磨3200日元/枚550x670x0.7mm無研磨2200日元/枚TFT-LCD35TFT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(x10-7/C)密度(g/cm3)Cornig705959363984446(0-300)2.76Cornig173766772197538(0-300)2.54AsahiAN63563568590046(100-300)2.77AsahiAN100670382.51NEGOA-265070091547(30-380)2.7NEGOA-1065037(30-380)2.5HOYANA-4561065885948(50-350)2.78TFT-LCD36玻璃規格TFT-LCD37玻璃的規格要求項目•外觀•寸法•組成•熱收縮度•特性值TFT-LCD38NewANDesignObjectives•HigherStrainPoint•LowerThermalExpansion•LowerDensity•HigherYoung’sMldulus•AsahiFloatProcesscapableTFT-LCD39AN100與AN635之規格比較組成比較:型號成分SiO2M2O3AOR2OAN635%(重量)5617270.2AN100%(重量)6025150.2M:Al,BA:Mg,Ca,Ba,SrR:Na,KTFT-LCD40AN100與AN635之規格比較AN100AN635Corning1737StrainPoint(C)670635660C.T.E.(x10-7/C)384838Density(g/cm3)2.512.772.55Young'sModulus(kg/mm2)790074507100VickersHardness(kg/mm2)660650650DielectricConstant5.86.55.9ChemicalDurability(weightloss:mg/cm2)BHF(19BHF,25C,20min.)0.60.80.6HCl(N/10,90C,20h)0.090.030.08NaOH(N/10,90C,20h)1.10.91.2