翁宗賢臺灣大學：應用力學研究所賴文鴻Lai, Wen-HongWen-HongLai2007-11-292018-06-292007-11-292018-06-292005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/62420TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜電晶體液晶顯示器)是台灣近年來光電產業中最重要的一項產業。而液晶顯示器，是在玻璃基板上形成TFT之類元件及配線，再加上彩色濾光片，因此玻璃基板是構成面板的最重要骨架材料。 液晶顯示器在製造過程中有不少加熱製程，利用快速熱處理製程(rapid thermal processing,簡稱RTP)來加熱可以達到節省時間，並且能選擇性的加熱，避免原件的損壞，可大幅提良率。 本文在不考慮熱處理爐內部的氣體熱對流和玻璃基板的熱傳導，使用輻射熱追蹤來模擬熱處理爐內的熱傳現象，探討玻璃基板表面接收來自加熱燈管的熱輻射分佈情形。 本文首先藉由改變燈管數量，以及調整反射鏡面的形狀、大小和位置來提高玻璃基板表面熱輻射分佈的均勻性。 本文接著探討燈管排列的間距，以及燈管到玻璃基板距離的改變，以求改善玻璃基板表面的溫度分佈，同時研究反射隔板的補償效果，以獲得最佳化的熱處理爐設計方法。Thin Film Transistor Liquid Crystal Display is recently one of Taiwan's most important industries. LCD Monitors are built on a glass substrate creating the basic elements and parts of the product. Then Color Light filters are fabricated. Therefore, glass substrate is the most important structure material. During the process of manufacturing LCD Monitors, using Rapid Thermal Processing (RTP) to speed up the heating process. Also it has several options of different heating degrees, thus avoiding material damage. Regardless of thermal convection inside RTP furnace and thermal conduction of glass substrate, this paper present a method that use rays trace to simulate the heat transfer phenomenon inside RTP furnace. We discuss the distributing of radiation from lamp which are received by glass substrate. We firstly put forward some methods for improving the uniformity of thermal radiation on the surface of glass substrate by changing the number of lamp, adjusting the shape, size and location of reflection board. Then we analyze the distance between lamp and the changes of distance from lamp to glass substrate in order to get better temperature distributing on the surface of glass substrate. We also concentrate our mind on the compensation of reflection thin board, from which we will probably obtain the optimal approach of designing RTP furnace.目錄 目次 頁次 摘要 I 目錄 III 附圖目錄 V 符號說明 X 摘要 1 目錄 II 符號說明 IX 第一章 序論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 3 1-3 研究動機 10 第二章 快速熱處理製程與熱傳分析 17 2-1 快速熱處理 17 2-2 TFT陣列之基本製程 17 2-3 熱傳分析 19 2-3.1 能量守恆 19 2-3.2 熱傳導 20 2-3.3 熱對流 23 2-3.4 熱輻射 25 第三章 熱輻射與光線追蹤方法 26 3-1 熱輻射原理 26 3-2 熱輻射追蹤方法 28 第四章 數值模擬之結果與分析 31 4-1 光源射線獨立性分析 31 4-2 初步模型設計 33 4-2.1. 使用三根燈管之加熱爐 33 4-2.2 使用五根燈管之加熱爐 34 4-2.3 雙層燈管加熱爐 35 4-3 探討燈管位置的影響 35 4-3.2 加入反射板時燈管與玻璃基板相對位置關係 38 第五章 結論與未來展望 40 5-1 結論 40 5-2 未來展望 42 參考文獻 44 圖表目錄 頁次 表1-1玻璃基板尺寸[1] 49 圖1-1桌上型LCD 49 圖1-2 TFT-LCD的主要製程[1] 49 圖1-3 Reflective TFT-LCD with internal Diffuser[2] 50 圖1-4 Reflective TFT-LCD with Front Light[2] 50 圖1-5 Trans-Reflective TFT-LCD[2] 51 圖1-6 Transmissive TFT-LCD[2] 51 圖2-1 a-Si TFT陣列基板的製程[30] 52 圖2-2 p-Si TFT陣列基板製程[30] 53 圖2-3 體積單元[42] 54 附表3-1 60 圖3-1 輻射能量入射物體表面後的吸收、穿透、反射示意圖 55 圖3-2熱輻射能量的形狀分子示意圖 55 圖3-3相對單位半球體之發射方向與立體角 56 圖3-4立體角積分之示意圖 56 圖3-5離散角度 57 圖3-6燈管上某單位體積發射射線 57 圖3-7光源自燈管表面射出之示意圖(將圓周劃分為2等份) 58 圖3-8 模擬光線軌跡(紅色表示反射前藍色是反射後) 58 圖3-9光線追蹤模流程圖 59 表4-1 燈管射線數獨立性分析(軸向分128段) 63 表4-2燈管射線數獨立性分析(軸向分256段) 63 表4-3平均熱通量(W/m2) 64 表4-4不均勻度(%) 64 表4-5加入反射板後的平均熱通量(W/m2) 65 表4-6加入反射板後的不均勻度(%) 65 表4-7加入反射板後對輻射熱通量的補償效果 66 表4-8 加入反射板後對不均勻度的補償效果 66 圖4-1 射線數目獨立性驗證模型球體表示光源檔黑色面為玻璃基板其餘5面是反射壁面 67 圖4-2不同離散角度時的能量分佈圖I(單位為W/m2) 68 圖4-3 不同離散角度時的能量分佈圖II(單位為W/m2) 69 圖4-4軸向分割128段時，不同離散角度下的射線比、能量比、不均勻度 70 圖4-5軸向分割256段時，不同離散角度下的射線比、能量比、不均勻度 70 圖4-6 使用3根燈管 71 圖4-7使用3根燈管加裝圓柱反射罩 72 圖4-8 使用5根燈管I 73 圖4-9使用5根燈管II 74 圖4-10使用5根燈管III 75 圖4-11使用5根燈管IV 76 圖4-12 雙層燈管之熱處理爐 77 圖4-13 縮小燈管光源的影響 78 圖4-14 縮小燈管光源的x軸向熱通量分佈 79 圖4-15 燈管排列示意圖 79 圖4-16 各燈管位置的熱通量 80 圖4-17 燈管間隔為200mm時的熱通量與不均勻度 80 圖4-18 燈管間隔為210mm時的熱通量與不均勻度 81 圖4-19 燈管間隔為220mm時的熱通量與不均勻度 81 圖4-20 燈管間隔為225mm時的熱通量與不均勻度 82 圖4-21 燈管間隔為230mm時的熱通量與不均勻度 82 圖4-22 燈管間隔為240mm時的熱通量與不均勻度 83 圖4-23 燈管間隔為250mm時的熱通量與不均勻度 83 圖4-24 不均勻度趨勢 84 圖4-25 不同燈管間距的熱通量分佈 84 圖4-26熱通量分佈( x軸為燈管間距X除以燈管離玻璃基板的高度Z；y軸是熱通量flux乘以燈管間距X除以玻璃基板寬度L) 85 圖4-27熱通量分佈的趨勢線I(對數型) 85 圖4-28 熱通量分佈II(x軸為40000除以燈管間距X和燈管離玻璃基板高度Z的乘積；y軸是熱通量flux) 86 圖4-29 熱通量分佈的趨勢線II(對數型) 86 圖4-30加反射隔板的各燈管位置的熱通量 87 圖4-31加反射隔板燈管間隔為200mm時的熱通量與不均勻度 87 圖4-32加反射隔板燈管間隔為210mm時的熱通量與不均勻度 88 圖4-33加反射隔板燈管間隔為220mm時的熱通量與不均勻度 88 圖4-34加反射隔板燈管間隔為225mm時的熱通量與不均勻度 89 圖4-35加反射隔板燈管間隔為230mm時的熱通量與不均勻度 89 圖4-36加反射隔板燈管間隔為240mm時的熱通量與不均勻度 90 圖4-37加反射隔板燈管間隔為250mm時的熱通量與不均勻度 90 圖4-38 加反射隔板不均勻度趨勢 91 圖4-39 加反射隔板不同燈管間距的熱通量分佈 91 圖4-40 加反射隔板熱通量分佈I(x軸為燈管間距X除以燈管離玻璃基板高度Z；y軸是熱通量flux乘燈管間距X除以玻璃基板寬度L) 92 圖4-41 熱通量分佈的趨勢線III(對數型) 92 圖4-42加反射隔板熱通量分佈II (x軸為40000除以燈管間距X和燈管離玻璃基板高度Z的乘積；y軸是熱通量flux) 93 圖4-43 熱通量分佈的趨勢線IV(對數型) 93 圖4-44 反射隔板補償效果 946558674 bytesapplication/pdfen-US熱處理爐玻璃基板光線追蹤快速熱制程平面顯示器RTPTFT-LCDglassray traceradiationthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/62420/1/ntu-94-R92543059-1.pdf