平面顯示器製程技術

1. 平面顯示器製程技術 助理教授 陳松德

2. 平面顯示器製程技術 熱壓 Hot press 對位 Misalignment Spacer灑佈 Spacer Spray 配向 Rubbing PI 塗佈 PI Coating TFT 點銀膠 Ag Dispenser 框膠 Sealant Dispenser 配向 Rubbing PI 塗佈 PI Coating CF 偏光片貼片 Polarizer Attachment 切割裂片 Scribe & Break 液晶注入 LC injection 再配向 Isotropic Cell 測試 Cell test 封口 End sealing 加壓脫泡 Auto Clave

3. TFT-LCD 面板示意圖

4. 框膠 • 框膠(Seal)是應用於液晶面板的一種接著劑，其用途是將兩片玻璃基板結合在一起，避免注入面板內層的液晶材料流出。過去的製程是先在配向膜上面塗佈間隙子(Spacer)，再將玻璃基板用框膠黏合在一起，作成空的液晶Cell。目前因為面板的尺寸朝大型化發展，採用液晶滴下工法(ODF)的比率逐漸擴大，製造程序上作了一些改變，於是框膠的性質也在變化之中。

5. 框膠 • 框膠可以分為熱硬化型與UV硬化型兩大類，熱硬化型當中除了傳統的工法使用以外，另有使用在枚葉熱壓式(Hot Press)的產品，而ODF製程則採用UV硬化型的框膠，在新生產線均採用ODF製程之情形下，預期UV硬化型的框膠將成為主流。

6. 框膠與銀膠之點膠 • 製造流程及目的 • Sealant dispenser: • 提供panel中AR與CF之接合，提供panel中液晶與外界的隔絕 • Sealant break checker: • 確認框膠pattern之塗佈情形(斷膠、框膠粗細) • Sealant pre-cure: • 將sealant中之溶劑揮發使sealant黏度變高，以防止hot-press時sealant path之產生 • Cooling: • 協助pre-cure後之基板冷卻 • Ag-sealant dispenser: • 導通CF與AR上之COM電極，以形成控制液晶分子驅動之電場

7. 框膠點膠 (Sealant dispense)

8. 銀膠點膠 (Ag dispense)

9. 框膠機台類型比較

10. 框膠機台類型比較 印框模板印刷

11. 框膠機台類型比較

12. 常見框膠類型 • 框膠 • 熱硬化型 • UV硬化型

13. 框膠材料調配及填灌 熱硬化型框膠

14. UV膠(UV Glue) • UV紫外線接著劑特性UV光固化接著劑，藉由UV光源照射起動化學連鎖反應。 • 在數秒內即可固化接合材質，為乾淨，快速，可靠而有效率之組裝接合方式。 • 紫外線依波長不同，按照區分為三個波段 • UV-A (400-320 nm) • UV-B (320-290 nm) • UV-C (290-100 nm) • 其中UV-C通常可被大氣層中的臭氧層完全吸收，不至於穿到地球表面，人體可能接受到的UV-C多為人工光源如電焊或紫外線殺菌燈等。

15. UV膠(UV Glue) • UV/Visible光被光起始劑吸收，造成光起始劑引發產生自由基或陽離子反應基，這些具有高度反應性的自由基或陽離子基，與組成內的壓克力單體或環氧基單體以及相對應的寡聚物進行鏈延長反應。由於自由基反應或陽離子基反應的反應性非常快，在幾秒至幾分鐘內反應物就完成反應，形成具有物性之高分子聚合物。 • 早期光起始劑主要的吸收在UV-C，許多起始劑都需要能放出大量UV-C波長的UV燈來起始反應。不過目前已有許多起始劑適合更長波長的光源，從UV-A甚至於可視光的起始劑，種類非常多，在選擇配方時的自由度也較大。

16. UV 點光源機

17. 膠材之脫泡 • 脫泡之目的 • 將膠材中所溶入之空氣，經各種脫泡方式，脫離膠材。 • 防止膠材塗佈時，有吐膠不順及斷膠之現象產生。 • 脫泡之方式 • 靜置脫泡 • 真空靜置脫泡 • 離心力脫泡 • 真空攪拌脫泡

18. 框膠點膠控制參數

19. 銀膠點膠控制參數

20. 框膠點膠之圖形(pattern) • 圖形之區別 • 主圖形(main pattern) • 為支撐panel外圍之pattern • 為液晶注入封口時之所須之pattern • 輔助圖形(dummy pattern) • 為main pattern外之pattern • 為切裂所須之pattern • 機台辨別圖形 • 辨別機台別之pattern

21. 8.4”框膠圖案

22. 14.1”框膠圖案

23. 15”框膠圖案

24. 17”框膠圖案

25. 框膠流程 • 對位mark對位: 控制塗佈精度 • 膠筒針頭(nozzle)捨打: 防止第一筆之膠量過大 • gap值量測: 確認塗佈時之gap值 • 線幅值量測:塗佈後之框膠路徑上寬度量測 • 斷面積值量測:塗佈後之框膠路徑上截面積量測

26. 框膠線幅值及斷面積值圖示

27. 框膠不良 • 框膠斷線—膠中氣泡

28. 框膠不良 • 吐膠不良—針頭阻塞

29. 框膠不良 • 塗佈位置偏移—對位不良

30. 出膠機 • 旋鈕式定時出膠控制 具真空回吸功能，防止滴膠 • 尺寸：寬220x高75x深147mm • 重量：2.0Kg

31. UV膠(UV Glue)

32. 熱壓(Hot Press) • 利用氣囊或抽真空方式加壓，使cell之框膠部份形成所須之gap值，並加熱使框膠硬化以維持框膠之固定gap值。

33. 熱壓(Hot Press)

34. 熱壓(Hot Press)

35. 熱壓(Hot Press)

36. 熱壓(Hot Press) • 兩階段式熱壓

37. 框膠類型比較

38. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF ) • ACF中之導電粒子扮演垂直導通的關鍵角色，膠材中導電粒子數目越多或導電粒子的體積越大，垂直方向的接觸電阻越小，導通效果也就越好。然而，過多或過大的導電粒子可能會在壓合的過程中，在橫向的電極凸塊間彼此接觸連結，而造成橫向導通的短路，使得電氣功能不正常。

39. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF )

40. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF ) • Warpage效應 • 當驅動IC以COG形式貼附在LCD玻璃基板上時，為避免佔用太多LCD面板的額緣面積，並同時減少IC數目以降低成本，使得驅動IC持續朝多腳數及窄長型的趨勢來發展。然而，LCD無鹼玻璃的膨脹係數約4ppm/℃遠高於IC的3ppm/℃，當ACF膠材加熱至固化溫度反應後再降回室溫時，IC與玻璃基板將因收縮比例不一致而使產生翹曲的情況，此即Warpage效應。Warpage效應將使ACF垂直導通的效果變差，嚴重時更將產生Mura。Mura即畫面顯示因亮度不均而出現各種亮暗區塊的現象。 • 為降低Warpage效應，目前解決方案主要仍朝降低ACF的固化溫度來著手。以膨脹係數的單位ppm/℃來看，假使ACF固化溫度與室溫的差距降低，作業過程中IC及玻璃基板產生熱脹冷縮的差距比就會越小，Warpage效應也將降低

41. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF ) • Warpage效應

42. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF ) • ACF主要規格

43. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF ) • ACF主要規格

44. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF ) • 不同的導電粒子各有其適用產品 • 導電粒子的種類可分為碳黑、金屬球及外鍍金屬之樹脂球等。碳黑為早期產品，目前使用已不多。金屬球則以鎳球為大宗，優點在於其高硬度、低成本，尖角狀突起可插入接點中以增加接觸面積；缺點則在其可能破壞脆弱的接點、容易氧化而影響導通等。為克服鎳球之氧化問題，可在鎳球表面鍍金而成為鍍金鎳球。目前鎳球之導電粒子多用於與PCB之連接，LCD面板之ITO電極連接則不適用，主要原因在於金屬球質硬且多尖角，怕其對ITO線路造成損傷。

45. 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film, ACF ) • 溫度、壓力、時間為壓合固化之三要素 • B-Stage（膠態）之ACF在加壓加溫至固化溫度且歷經一段時間後，絕緣膠材將反應成C-Stage（固態）。ACF在反應成固態後，內部導電粒子的相對位置及形變將定型，硬化之膠材也可擔任Underfill的腳色，對內部電極接點形成保護的效果。在將ACF壓合固化的三條件當中，溫度與時間最為廠商所重視，溫度參數如前述將影響Warpage效應；時間參數則直接影響工廠的生產效率。