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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:郭守仁
研究生(外文):Shou-Jen Kuo
論文名稱:以浸鍍增透SiO2膜提升ITO導電玻璃透光率之探討
論文名稱(外文):Effects of Dip-Coated SiO2 Thin Films on the Optical Transmission of Conductive ITO Glasses
指導教授:盧信冲
指導教授(外文):Hsin-Chun Lu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:觸控面板濺鍍法折射率熱處理凝膠法
外文關鍵詞:touch panelITOdip-coating
相關次數:
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本研究之目的,即利用光干涉原理及薄膜材料的光學性質,設計出可提高可見光穿透率之膜層結構,並以溶膠-凝膠法配合浸鍍製程製備SiO2增透膜,及濺鍍法製備ITO透明導電膜,來實際作出具有高穿透率的觸控面板用ITO導電玻璃。另外,也探討前驅溶液的製備條件,對於SiO2前驅溶液及薄膜性質的影響。
研究結果證實,利用光干涉原理及薄膜材料的光學性質並藉由TFCalc模擬軟體的協助,可設計出提升觸控面板用ITO導電玻璃可見光穿透率之SiO2增透膜+濺鍍ITO膜(SiO2/Glass /SiO2/ITO)所需之膜層結構。另外,藉由製程條件(前驅溶液的配製條件、熱處理條件及濺鍍條件)的掌控,除可製備出不同膜厚及固定折射率之SiO2薄膜及ITO薄膜外,亦可配合所設計之膜層實際製備出穿透率達92%的觸控面板用ITO導電玻璃。
The objectives of this research are to design the multiple thin film layer structure that can promote visible light transmission utilizing the theory of light interference and the optical properties of thin film materials and to prepare high transmission touch panel (TP) used ITO conductive glasses using sol-gel derived dip-coated SiO2 thin films and sputter-deposited ITO thin films. In addition, the effects of the preparation conditions of precursor solutions on the properties of the precursor solution and SiO2 thin films are also investigated.
From the experimental results, multiple thin film layer structures of SiO2/Glass /SiO2/ ITO that were needed to promote visible light transmission of the TP used ITO conductive glasses were designed by using the theory of light interference, the optical properties of thin film materials, and TFCalc software. By precise control of the process conditions, dip-coated SiO2 thin films and sputter-deposited ITO thin films with controlled thickness and desired refractive indices could be prepared. Utilizing these processing conditions and the designed multiple thin film layer structure, TP used ITO conductive glasses with optical transmission higher than 92 % were successfully made.
目 錄
授權書…………………………………………………………………
誌謝…………………………………………………………………… v
中文摘要……………………………………………………………… vi
Abstract……………………………………………………………… vii
目錄…………………………………………………………………… viii
圖目錄………………………………………………………………… xi
表目錄………………………………………………………………… xiii
第1章 緒論………………………………………………………… 1
1.1 觸控面板的簡介與應用…………………………………………………… 1
1.2 觸控面板所面對的課題…………………………………………………… 2
1.3 研究動機…………………………………………………………………… 3
第2章 文獻回顧……………………………………………………… 4
2.1 光學薄膜設計原理………………………………………………………… 4
2.1.1 何謂光學薄膜………………………………………………………… 4
2.1.2 干涉現象…………………………………………………………… 6
2.1.3 薄膜之反射與透射………………………………………………… 9
2.1.4 光學薄膜的種類…………………………………………………… 14
2.2 增透膜的介紹…………………………………………………………… 17
2.2.1 增透膜製程的種類………………………………………………… 17
2.2.2 各式濕式製程簡介………………………………………………… 18
2.2.3 浸鍍式塗佈法的溶液介紹………………………………………… 23
2.2.3.1 SiO2前驅溶液的配製………………………………………… 23
2.2.3.2溶膠-凝膠法的影響參數……………………………………… 25
2.2.3.3熱處理程序…………………………………………………… 28
2.3濺鍍原理………………………………………………………………… 30
2.3.1 濺鍍原理簡介……………………………………………………… 30
2.3.2 電漿原理簡介……………………………………………………… 31
2.3.3 ITO透明薄膜材料簡介…………………………………………… 33
第3章 研究方法與實驗步驟……………………………………………… 36
3.1研究材料的介紹………………………………………………………… 37
3.1.1 玻璃基板的選用…………………………………………………… 37
3.1.2實驗藥品的種類…………………………………………………… 37
3.1.2濺鍍之靶材………………………………………………………… 38
3.2光學模擬軟體介紹……………………………………………………… 38
3.2.1 TFCalc軟體簡介…………………………………………………… 39
3.3薄膜製備……………………………………………………………… 41
3.3.1 SiO2前驅溶液的配製……………………………………………… 45
3.3.1.1實驗配製步驟………………………………………………… 45
3.3.1.2實驗配製流程………………………………………………… 46
3.3.2 玻璃基板的清洗…………………………………………………… 47
3.3.3 SiO2膜的浸鍍與SiO2膜的烘乾…………………………………… 48
3.3.4 SiO2膜的煆燒……………………………………………………… 48
3.3.5 濺鍍系統介紹與ITO薄膜之濺鍍……………………………… 49
3.4薄膜檢測方法…………………………………………………………… 51
3.4.1 黏度量測…………………………………………………………… 52
3.4.2 電性量測…………………………………………………………… 52
3.4.3 膜厚及折射率量測………………………………………………… 53
3.4.4 穿透率量測………………………………………………………… 56
第4章 結果與討論…………………………………………………… 57
4.1 SiO2前驅溶液特性之探討………………………………………………… 57
4.1.1 濃度的影響………………………………………………………… 57
4.1.2 水量的影響………………………………………………………… 59
4.1.3 鹽酸用量的影響…………………………………………………… 61
4.1.4 攪拌方式的影響…………………………………………………… 63
4.2 浸鍍製程對SiO2膜性質的探討…………………………………………… 64
4.2.1 SiO2前驅溶液濃度對SiO2膜性質的影響…………………………… 65
4.2.2 基板抽拉速率對SiO2膜的影響…………………………………… 66
4.2.3 煆燒溫度…………………………………………………………… 68
4.3 SiO2膜的物理特性………………………………………………………… 71
4.3.1 SiO2膜表面的粗糙度………………………………………………… 71
4.3.2 SiO2膜的結晶性……………………………………………………… 73
4.4 增透膜穿透率模擬及實驗結果之探討…………………………………… 74
4.4.1光學膜層設計………………………………………………………… 74
4.4.2 素玻璃穿透率實際值與模擬之比較………………………………… 82
4.4.3 觸控面板用ITO導電玻璃的穿透率與模擬之比較………………… 83
4.4.4 浸鍍膜穿透率與模擬的比較……………………………………… 84
4.4.5 浸鍍膜加上ITO膜之穿透率與模擬的比較……………………… 85
4.4.5.1 穿透率(550 nm)的比較…………………………………… 85
4.4.5.2 全波長穿透率的比較………………………………………… 87

第5章 結論…………………………………………………………… 95
參考文獻……………………………………………………………… 98















圖目錄
圖 2-1 無基板支撐之單層膜…………………………………………………… 5
圖 2-2 有基板之單層膜………………………………………………………… 6
圖 2-3 光之波動性質…………………………………………………………… 7
圖 2-4 光波進入介質…………………………………………………………… 7
圖 2-5 光強度與電場及磁場…………………………………………………… 9
圖 2-6 單層膜結構……………………………………………………………… 11
圖 2-7 不同 n 值之薄膜鍍於折射率 1.5 的玻璃基板上……………………… 12
圖 2-8 反射率對波長倒數關係圖……………………………………………… 13
圖 2-9 浸鍍式塗佈程序的步驟:(a-e)批式;(f)連續……………………… 20
圖 2-10 旋轉塗佈法四階段成膜程序…………………………………………… 21
圖 2-11 液面彎曲式塗佈………………………………………………………… 23
圖 2-12 被覆膜與基材之化學鍵結的形成……………………………………… 29
圖 2-13 電漿產生器……………………………………………………………… 31
圖 2-14 帶電荷離子經電場加速而撞擊電板板面的情形……………………… 32
圖 3 1 主選單中「Modify」選項…………………………………………… 40
圖 3 2 「Edit Environment」的視窗…………………………………………… 40
圖 3 3 「Substrates」的視窗…………………………………………………… 41
圖 3 4 「Front Layer」膜層設定視窗………………………………………… 41
圖3-5 「Back Layer」膜層設定視窗……………………………………… 42
圖3-6 優化目標設定…………………………………………………………… 41
圖3-8 全波長穿透率圖………………………………………………………… 41
圖3-7 主選單中選擇「Run」選項…………………………………………… 43
圖3-8 全波長穿透率圖………………………………………………………… 44
圖 3 9 浸鍍系統(升降台+烘箱)…………………………………………… 48
圖 3 10 濺鍍系統示意圖………………………………………………………… 49
圖 3 11 黏度計運作構造圖…………………………………………………… 49
圖 3 8 四點探針法示意圖…………………………………………………… 53
圖 3 9 表面輪廓量測儀裝置圖………………………………………………… 54
圖3-10 橢圓儀裝置圖…………………………………………………………… 55
圖3-11 分光光度計示意圖……………………………………………………… 56
圖4-1 HCl/TEOS mol ratio = 0.05,不同的IPA/ TEOS mol ratio下,SiO2前驅溶液之黏度與時間的關係圖……………………………………………………………… 58
圖4-2 HCl/TEOS mol ratio = 0.02,不同的IPA/ TEOS mol ratio下,SiO2前驅溶液之黏度與時間的關係圖……………………………………………………………… 59
圖4-3 IPA/TEOS mol ratio = 4,不同的H2O/TEOS mol ratio下,SiO2前驅溶液之黏度與時間的關係圖………………………………………………………………… 59
圖4-4 IPA/TEOS mol ratio = 4,不同HCl/TEOS mol ratio下,SiO2前驅溶液之黏度與時間的關係圖……………………………………………………………………… 62
圖4-5 IPA/TEOS mol ratio = 3,不同HCl/TEOS mol ratio下,SiO2前驅溶液之黏度與時間的關係圖……………………………………………………………………… 62
圖4-6 IPA/TEOS mol ratio = 3,不同攪拌方式下,SiO2前驅溶液之黏度與時間的關係圖………………………………………………………………………………… 63
圖4-7不同SiO2前驅溶液濃度與SiO2膜厚的關係圖………………………… 66
圖4-8不同SiO2前驅溶液濃度與穿透率(at 550 nm)的關係………………… 66
圖4-9不同基板抽拉速率與SiO2膜厚的關係圖……………………………… 68
圖4-10不同基板抽拉速率與穿透率(at 550 nm)的關係圖…………………… 68
圖4-11不同煆燒溫度與SiO2膜厚的關係圖…………………………………… 69
圖4-12不同煆燒溫度與穿透率(at 550 nm)的關係圖………………………… 70
圖4-13 煆燒溫度450℃之平面AFM圖………………………………………… 72
圖4-14 沒有煆燒之平面AFM圖……………………………………………… 72
圖4-15 煆燒前後之浸鍍SiO2膜之XRD圖…………………………………… 73
圖 4-16 以TFCalc模擬不同index的SiO2膜厚與穿透率的關係圖……………… 75
圖4-17以TFCalc模擬不同index的SiO2膜厚+ITO薄膜與穿透率的關係…… 77
圖4-18以TFCalc模擬SiO2/ITO/Glass/ITO/SiO2/ITO堆疊膜層之膜厚與穿透率的關係圖…………………………………………………………………………………… 79
圖4-19以TFCalc模擬SiO2/ITO/SiO2/Glass/ SiO2/ITO/SiO2/ITO堆疊膜層之膜厚與穿透率的關係圖……………………………………………………………………… 81
圖4-20不同厚度的素玻璃之全波長穿透率圖………………………………… 82
圖4-21不同厚度的商用觸控面板用ITO導電玻璃全波長穿透率圖………… 83
圖4-22 浸鍍膜穿透率與TFCalc模擬之比較圖……………………………… 85
圖4-23 浸鍍膜加上ITO膜之穿透率與TFCalc模擬之比較圖………………… 87
圖4-24 基板抽拉速率 = 5,IPA/TEOS mol ratio = 12,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 89
圖4-25 基板抽拉速率 = 5,IPA/TEOS mol ratio = 16,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 89
圖4-26 基板抽拉速率 = 10,IPA/TEOS mol ratio = 12,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 90
圖4-27 基板抽拉速率 = 10,IPA/TEOS mol ratio = 16,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 90
圖4-28 基板抽拉速率 = 15,IPA/TEOS mol ratio = 12,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 91
圖4-29 基板抽拉速率 = 15,IPA/TEOS mol ratio = 16,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 91
圖4-30 不同基板抽拉速率,IPA/TEOS mol ratio = 12,浸鍍膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖……………………………………………………………… 92
圖4-31不同基板抽拉速率,IPA/TEOS mol ratio = 12,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 92
圖4-32不同基板抽拉速率,IPA/TEOS mol ratio = 16,浸鍍膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖……………………………………………………………… 93
圖4-33不同基板抽拉速率,IPA/TEOS mol ratio = 16,浸鍍膜加上ITO膜之全波長穿透率與TFCalc模擬之比較圖…………………………………………………… 93



表目錄
表1-1 全球主要觸控技術以及應用表…………………………………………… 2
表3-1 NSG non-polished玻璃用途及特性表…………………………………… 37
表3-2 市面上常見光學模擬軟體………………………………………………… 38
表3-3 濺鍍系統規格……………………………………………………………… 50
表3-4 薄膜分析儀器以及用途表………………………………………………… 51
表 4-1 不同濃度下,SiO2前驅溶液之配製條件……………………………… 58
表 4-2 不同水量下,SiO2前驅溶液之配製條件……………………………… 60
表 4-3 不同HCl比例下,配製SiO2前驅溶液之條件………………………… 61
表 4-4 不同攪拌方式,配製SiO2前驅溶液之條件…………………………… 63
表 4-5 不同IPA比例下,配製SiO2前驅溶液之條件………………………… 65
表 4-6 不同基板抽拉速率下,配製SiO2前驅溶液之條件…………………… 67
表 4-7 不同煆燒溫度下,配製SiO2前驅溶液之條件………………………… 69
表 4-8 不同煆燒溫度下,SiO2膜表面的粗糙度……………………………… 71
表 4-9 SiO2膜在500~2000 Å中的最大膜厚與最高穿透率…………………… 75
表 4-10 SiO2膜在500~2000 Å中,加鍍130Å的ITO膜之後的最大膜厚與最高穿透率…………………………………………………………………………………… 77
表 4-11 SiO2膜在500~2000 Å中,加鍍130Å的ITO膜之後的最大膜厚與最高穿透率…………………………………………………………………………………… 79
表 4-12 SiO2膜在500~2000 Å中,加鍍130Å的ITO膜之後的最大膜厚與最高穿透率…………………………………………………………………………………… 81
表 4-13 浸鍍膜之折射率與模擬比較…………………………………………… 84
表 4-14 浸鍍膜加上ITO膜之穿透率比較……………………………………… 86
參考文獻

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