椭偏仪在平板显示行业中应用

目 录

01平板显示行业测量介绍

02平板显示行业的量测意义

03平板显示行业的测量解决方案

 01 平板显示行业测量介绍

平板显示器件于20世纪60年代出现，主要包括液晶显示器、发光二极管、等离子显示板、电致发光显示器等。目前液晶显示LCD（Liquid Crystal Display）与有机电致发光显示OLED（Organic Light-Emitting Diode）为平板显示行业主要显示技术，占据行业绝大部分产值。

检测是面板生产过程的必要环节。面板显示检测的作用是在面板显示器件的生产过程中进行光学、信号、电气性能等各种功能检测，发现制程中的缺陷，避免产品流片至后段造成更大损失。以市占率最大的LCD为例，平板显示器件主要分为彩膜Color Filter（CF）、阵列 （Array）、成盒（Cell）和模组（Module）四个制程，生产制程中均需要相应的检测。

  02平板显示行业的量测意义

在CF和Array制程中，成膜质量的好坏直接关系到产品性能和合格率。以CF制程为例，主要由黑色矩阵（Black Matrix）、彩色光阻（RGB）、平坦层（Overcoat）、支撑柱（Photo Spacer）、配向膜（Polyimide Film）组成，结构示意图如图1所示。

图1 CF侧结构示意图

CF制程各膜层的光学性能和膜厚，与TFT-LCD的亮度（出光效率）、对比度等产品光学性能与直接相关。黑色矩阵BM（Black Matrix），其主要作用是隔绝RGB色阻防止混色，以及防止漏光，因此BM材料要求透过率低。制作BM的材料一般有Cr、CrOx及黑色树脂等。RGB是显示的三原色，RGB色阻用于组成和显示所有其他颜色，如图2所示。当白光照射时，色阻会反射单色光(RGB)，色阻材料会吸收其余波段的光，形成所需颜色。PI配向膜是TFT-LCD显示屏的关键材料，该材料在成盒（Cell）工段被涂覆在基板与彩膜上，通过摩擦配向或光配向后，用以协助液晶分子按特定方向排列。这种结构一般具有多轴光学性质，因此表征需要考虑到光学各向异性。对这些膜层的光学参数和厚度进行快速、非破坏、准确的量测能有效提高平板显示器件的产品性能和合格率，具有重要的意义。

图2 RGB三原色

03平板显示行业的测量解决方案

椭圆偏振光谱法是一种物理测量方法，即使用椭偏仪（SE）来获取薄膜的厚度和光学常数。具有无损伤样件、灵敏度高和量测速度快等优点，可精确地表征介质膜（如SiOx、SiNx等）、优异光电性能的氧化铟锡（ITO）、聚酰亚胺（PI）以及非晶硅（a-Si）等单层或多层薄膜的膜厚及材料的光学特性（如折射率、组分、各向异性和均匀性）,是一种可以满足以上量测需求的解决方案。

一、黑色矩阵BM

对玻璃基底单层BM膜层进行建模测量，其结构示意图见图3。

黑色矩阵BM的椭偏光谱拟合结果如图4所示，使用椭偏建模软件仿真得到的透过率如图5所示，满足工艺预期。

二、色阻层RGB

对玻璃基底单层R色阻进行建模测量，其结构示意图见图6。

R色阻的拟合结果如图7所示，测量椭偏参数与仿真参数匹配度高，GOF>0.95。其透过率拟合结果如图8所示，实测与建模仿真得到的透过率一致。

对样品进行多点测量，R色阻的厚度分布如图9所示，与参考一致，满足预期。

三、配向膜PI

对Si或者玻璃基底的单层配向膜PI进行建模测量，其结构示意图见图10。

图10 单层PI膜层结构

配向膜PI的椭偏光谱拟合结果如图11所示，测量椭偏参数与仿真参数匹配度高，GOF>0.95，其nk各项异性表征如图12所示。