Touch In-Cell、On-Cell、OGS、TOL与玻璃二次强化的制程运用
2012-11-9 15:46:30 《国际光电与显示》11月刊
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●文/林彦甫、陈毓正、詹印丰

弘塑科技股份有限公司

  

前言 

随着苹果(Apple)将采用touch in-cell(如图1)内嵌式触控技术在Iphone 5产品上,高阶智能型手机产品无不争先恐后的仿照跟进搭配in cell制程面板,触控面板市场的战国时代也逐渐引爆(如图3),这是一场纯触控面板厂(ex.台厂TPK/洋华)的生存危机之争,有专家学者认为未来触控市场有可能会被TFT-LCD面板厂(ex.台厂AUO/ChiMei)分食。Touch In-cell技术有着3C产品轻薄的概念,搭配产品透光率高,可增佳亮度与节能省电等三大优势,外加黄光技术门坎甚高一般竞争者不易切入,故Apple选择技术门坎与独占性高的产品为其市场,藉此区隔开与一般竞争对手的差异性;但也有学者认为in-cell在良率与生产依然有很大的问题,短期3~5年内应无机会取代外挂式触控面板,例如OGS(One Glass Solution)和TOL(Touch On Lens)的市场地位,因此以目前技术门坎观之,小尺寸产品可能可以走向Touch in-cell或是on-cell(如图2)制程,但大尺寸面板如13吋以上采用OGS/TOL技术会是比较好的选择方向。

一、OGS(One Glass Solution)和TOL(Touch On Lens)制程差异性与运用方向 

OGS和TOL在制程上的区别(如图4)主要是在于OGS为玻璃母基板(sheet)进行金属线镀膜(sputter)和BM/ITO制程,再经过切割(Cutting)和研磨精雕制程(Grinding)为小基板(chip),接下来用二次化强或是物理抛光研磨修整玻璃边缘的细微裂痕(chipping);TOL则是玻璃母基板(sheet)先进行切割和研磨精雕制程为小基板,再进行玻璃二次化强或是物理抛光修整玻璃段面因切割所产生的微小裂痕,修整完毕后再进行玻璃强化(以化学离子交换方式强化为主),然后进行金属镀膜和BM制程。

OGS和TOL两者都有业者采用,其主要目的有所不同,譬如OGS为了达到强度需求,必须采用强化玻璃如Corning fit,Gorilla等当作母基板材质,故玻璃成本容易垫高,而且在切割加工参数较难调整,容易产生切割后的玻璃边缘龟裂(chipping),又因玻璃切割形状无法有太特殊的形状(ex.按键孔洞与耳机孔洞);但TOL则采用非强化玻璃为母基板材质,玻璃切割制程较容易掌握与调控,若需要特殊形状的切割是以TOL制程为较佳选择。

二、沉浸式湿制程设备(DippingType Wet Bench System)化学二次强化制程简介

不管是Touch in-cell/on-cell或是OGS/TOL,只要有牵涉到玻璃切割与加工的制程都会产生细微裂痕(chipping)问题,故玻璃端面的修复制程在触控面板制程中就占了不可缺少的部份。

端面修复方式可分物理性抛光(polish)和化学蚀刻(etch)两种方式,根据产品需求和公司产品策略规划的有其适用性。

以化学方式而言,目前业界广泛使用抗酸膜贴覆或抗酸油墨涂抹在OGS或TOL的玻璃两侧,仅仅露出玻璃切端面,然后针对玻璃切割端面进行蚀刻制程。

一般化学方是都采用沉浸式湿制程设备,此设备区分两大系统:

(1)化学蚀刻系统(Chemical Etching System) 主要为蚀刻制程与清洗化学残液,并将小基板(chip)上的水份移除,系统中也许会包含化学液体的浓度侦测仪器和温控仪器,调整制程的温度和监控化学液体成分的浓度,稳定制程条件,保持产品蚀刻均匀度(Uniformity)。

(2)化学混酸系统(Chemical Mixing System):当主蚀刻设备的浓度监控仪器,确认蚀刻槽内化学液体浓度下降到需补酸的范围,侦测系统将传递讯号给化学混酸系统,将所需弥补的化学剂量计算出后,利用马达(pump)将混酸槽(Mixing tank)的液体供给入化学蚀刻槽,让化学蚀刻酸液均匀混和。图5为玻璃化学二次强化制程之流程解说,首先将玻璃放置于载具(Cassette)内浸泡到化学蚀刻槽(Chemical Tank),进行蚀刻制程,然后于水槽中去除化学蚀刻液体,最后将基板上的水分去除。

以化学的二次强化制程而言,要提升产品的蚀刻良率与产能将取决于五大因素:1)玻璃的材质、2)化学混酸种类与比例、3)化学混酸pH值、4)蚀刻制程温度、5)蚀刻制程时间、6)蚀刻槽体的流场设计(如图6)。操作者必须依照每个产品之规格需求,进而调整优化的参数,以便达到最大产值和最佳良率。

由其是槽体的流场设计,占据化学蚀刻良率极大比例,弘塑科技GSD研发团队以半导体的制程经验与专利设计,开发适合光电面板产业的制程槽体,可在最短时间内达到槽体内化学液体均匀混合,简短制程停机时间与提供良好的制程效率。

三、结论

早期双片式电容触摸屏,由于Lens和sensor分开,Lens是先切割、钻孔、打磨、然后再强化,这样的制程已非常成熟与稳定,所以产品良率颇高。而OGS和TOL是Lens与sensor集合在一起,可达到产品轻薄的设计理念,目前各家厂商都积极研发这两种制程产品。若以OGS来看通常是先以强化玻璃进行曝光、显影、蚀刻、切割、精雕、二次化强。但由于OGS是在强化玻璃上进行切割,故容易造成玻璃边缘形成毛细裂痕,这些裂痕降低了玻璃的强度。若是TOL则先切割为小基板,再强化,然后镀膜蚀刻,但此种制程方式生产效率极低,不容易大量生产。但不管如何,如果要达到良好的机械抗压强度, 势必两者产品制程都要进入玻璃板边强化的修补方式(polish或chemical etching),因此玻璃二次强化制程设备已是目前各触控面板业者急需扩充的重要投资设备之一。

目前弘塑科技的玻璃薄化设备和强化设备已成功销售到台湾各TFT-LCD与触控一线大厂(如:AUO、GTOC、Cando、CPTF等),获得各个厂家的认同与肯定,设备的安全性、稳定性、精准性向来是弘塑科技产品设备基本的诉求。

OGS技术指导方面GPTC可提供较佳的玻璃切割制程经验与CNC制程方案,搭配GPTC 二次化强设备,若以OGS soda lime样本测试,4pb test result > 500Mpa以上,化学配方与抗酸膜方面,GPTC也可提供较具竞争力的供货商。

弘塑科技公司(Grand Plastics Technology Corporation:GPTC)在半导体湿式设备已经有超过10年以上的丰富经验,以半导体高规格的设备开发与制程理念,加上对于化学清洗与蚀刻制程的专业研发能力,将其运用在玻璃蚀刻和玻璃强化领域,可协助客户量身打造专属的化学二次强化设备和玻璃薄化设备。

文献参考

1、LCD In-Cell Touch -- March 2010 Vol. 26,No.03 Touch Technology Issue.

2、2012触控面板产业市场与技术发展

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