橢偏儀在平板顯示行業中應用

目 錄

01平板顯示行業測量介紹

02平板顯示行業的量測意義

03平板顯示行業的測量解決方案

 01 平板顯示行業測量介紹

平板顯示器件于20世紀60年代出現，主要包括液晶顯示器、發光二極管、等離子顯示板、電致發光顯示器等。目前液晶顯示LCD（Liquid Crystal Display）與有機電致發光顯示OLED（Organic Light-Emitting Diode）為平板顯示行業主要顯示技術，占據行業絕大部分產值。

檢測是面板生產過程的必要環節。面板顯示檢測的作用是在面板顯示器件的生產過程中進行光學、信號、電氣性能等各種功能檢測，發現制程中的缺陷，避免產品流片至后段造成更大損失。以市占率最大的LCD為例，平板顯示器件主要分為彩膜Color Filter（CF）、陣列 （Array）、成盒（Cell）和模組（Module）四個制程，生產制程中均需要相應的檢測。

  02平板顯示行業的量測意義

在CF和Array制程中，成膜質量的好壞直接關系到產品性能和合格率。以CF制程為例，主要由黑色矩陣（Black Matrix）、彩色光阻（RGB）、平坦層（Overcoat）、支撐柱（Photo Spacer）、配向膜（Polyimide Film）組成，結構示意圖如圖1所示。

圖1 CF側結構示意圖

CF制程各膜層的光學性能和膜厚，與TFT-LCD的亮度（出光效率）、對比度等產品光學性能與直接相關。黑色矩陣BM（Black Matrix），其主要作用是隔絕RGB色阻防止混色，以及防止漏光，因此BM材料要求透過率低。制作BM的材料一般有Cr、CrOx及黑色樹脂等。RGB是顯示的三原色，RGB色阻用于組成和顯示所有其他顏色，如圖2所示。當白光照射時，色阻會反射單色光(RGB)，色阻材料會吸收其余波段的光，形成所需顏色。PI配向膜是TFT-LCD顯示屏的關鍵材料，該材料在成盒（Cell）工段被涂覆在基板與彩膜上，通過摩擦配向或光配向后，用以協助液晶分子按特定方向排列。這種結構一般具有多軸光學性質，因此表征需要考慮到光學各向異性。對這些膜層的光學參數和厚度進行快速、非破壞、準確的量測能有效提高平板顯示器件的產品性能和合格率，具有重要的意義。

圖2 RGB三原色

03平板顯示行業的測量解決方案

橢圓偏振光譜法是一種物理測量方法，即使用橢偏儀（SE）來獲取薄膜的厚度和光學常數。具有無損傷樣件、靈敏度高和量測速度快等優點，可精確地表征介質膜（如SiOx、SiNx等）、優異光電性能的氧化銦錫（ITO）、聚酰亞胺（PI）以及非晶硅（a-Si）等單層或多層薄膜的膜厚及材料的光學特性（如折射率、組分、各向異性和均勻性）,是一種可以滿足以上量測需求的解決方案。

一、黑色矩陣BM

對玻璃基底單層BM膜層進行建模測量，其結構示意圖見圖3。

黑色矩陣BM的橢偏光譜擬合結果如圖4所示，使用橢偏建模軟件仿真得到的透過率如圖5所示，滿足工藝預期。

二、色阻層RGB

對玻璃基底單層R色阻進行建模測量，其結構示意圖見圖6。

R色阻的擬合結果如圖7所示，測量橢偏參數與仿真參數匹配度高，GOF>0.95。其透過率擬合結果如圖8所示，實測與建模仿真得到的透過率一致。

對樣品進行多點測量，R色阻的厚度分布如圖9所示，與參考一致，滿足預期。

三、配向膜PI

對Si或者玻璃基底的單層配向膜PI進行建模測量，其結構示意圖見圖10。

圖10 單層PI膜層結構

配向膜PI的橢偏光譜擬合結果如圖11所示，測量橢偏參數與仿真參數匹配度高，GOF>0.95，其nk各項異性表征如圖12所示。