TWI582464B - 均勻分光機構 - Google Patents

Description

均勻分光機構

本發明是有關於一種光學機構，且特別是有關於一種均勻分光機構。

目前主流之薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)以非晶矽(amorphous silicon，a-Si)為主要薄膜材料，且製作非晶矽基之薄膜電晶體液晶顯示器的相關技術較為成熟。而多晶矽(poly-Si)薄膜則是新一代薄膜電晶體液晶顯示器中的關鍵材料。與利用非晶矽製作之電晶體為基礎的顯示器最大差異在於，利用多晶矽製作之電晶體反應速度較快、耗電量較低，且其薄膜電晶體液晶顯示器具有高亮度、高解析度與等優點。電晶體的典型場效載子遷移率，非晶矽基約為0.5cm²/V．s~1.0cm²/V．s，而多晶矽基則約為30cm²/V．s~300cm²/V．s。

一般而言，多晶矽薄膜製程首先多利用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)製程在基板上先沉積一層非晶矽薄膜，並隨即進行再結晶製程。再結晶製程依結晶溫度通常可分為兩大類，即高溫結晶方式與低溫結晶方式。

在高溫結晶方式中，於結晶製程的過程中，將最高溫度將高於600℃以上，其操作溫度超過一般面板所使用之玻璃基板的轉化溫度(650℃)。因此，高溫結晶製程必須使用耐高溫的石英玻璃來作為基板。高溫結晶方式之優點為製程步驟僅需高溫退火，其製程步驟較為簡單；而其缺點是石英基板較玻璃基板昂貴許多，且不易大面積製作。利用高溫製程技術所製作之多晶矽一般稱為高溫多晶矽(high temperature poly-silicon，HTPS)。

另一方面，在低溫結晶方式中，整個結晶製程的溫度低於600℃以下，因此可以一般面板所使用之玻璃基板來作基板，亦可以大面積製作。但是，低溫結晶方式之製程技術較複雜。利用低溫製程技術一般稱為低溫多晶矽(low temperature poly-silicon，LTPS)。

以低溫多晶矽作為主要薄膜材料已成為未來發展的重要趨勢。在低溫多晶矽基之薄膜電晶體元件中，目前已廣泛使用且已經產業化的是透過準分子雷射退火(excimer laser annealing，ELA)的方式製作低溫多晶矽薄膜。整個結晶製程的溫度可控制低於600℃以下，且運用此法製作出的低溫多晶矽基之薄膜電晶體元件在現階段具有最好的元件特性。

一般，準分子雷射退火技術係先利用電漿輔助化學氣相沉積方式沉積含氫非晶矽(a-Si：H)薄膜。接下來，在400℃~550℃的溫度下對含氫非晶矽薄膜進行除氫處理。隨後，使用稀釋後的氫氟酸(HF)去除非晶矽薄膜之表 面的原生氧化層(native oxide layer)。完成除氫處理後，利用氯化氙(XeCl)準分子雷射作為熱源。雷射光經過投射光學系統後，將雷射光束投射於非晶矽薄膜的表面上。非晶矽薄膜吸收準分子雷射的能量之後，經融化、冷卻、凝固再結晶等程序後，而轉變成多晶矽結構。

此準分子雷射退火技術的關鍵點為，瞬間(15ns~50ns)的高能量雷射光僅在非晶矽薄膜表層100nm的厚度被吸收，使表層的非晶矽薄膜在瞬間達到1000℃左右而熔化，可使得非晶矽轉變成多晶矽。準分子雷射退火方式可避免過多的熱能傳導到玻璃基板上，製程過程中可維持玻璃基板的溫度低於600℃，因此可以採用一般玻璃作為基板。此外，利用準分子雷射退火方法所製備之多晶矽薄膜具有晶粒較大、摻雜效率高以及晶內缺陷少等優點。而晶粒尺寸的大小以及缺陷密度的消除又會直接影響到多晶矽薄膜的載子遷移率，因而使其遷移率可高達到200cm²/V．s以上。

上述準分子雷射退火技術中所形成之含氫非晶矽薄膜中的氫含量將會影響後續製程、以及元件的穩定性和壽命。使用電漿輔助化學氣相沉積製程所製作之含氫非晶矽薄膜內含有約8%~10%的氫含量。利用400℃~550℃高溫退火除氫的製程，可將含氫非晶矽薄膜內的氫含量減低至2%~4%。若不進行除氫的製程步驟，則在後續進行雷射退火製程期間，遭雷射照射的薄膜區域將因瞬間吸收高能量，使得薄膜內的矽氫鍵斷裂並形成氣態的氫氣，進而產生氫爆 的現象。氫爆現象容易使矽薄膜與玻璃基板之間剝離，造成元件的良率下降以及壽命縮減等問題。

準分子雷射退火技術必須使用一般的玻璃做為基板，製程中係利用400℃~550℃的高溫退火處理來除氫。這樣的除氫製程溫度不利於可撓性之低溫多晶矽基薄膜電晶體液晶顯示器的發展。主要原因在於，一般常見之可撓性基板，例如聚亞醯胺(polyimide)薄膜，最高耐受溫度約小於300℃，無法適用於此準分子雷射退火的製程。因此，目前在可撓性基板上的低溫多晶矽薄膜多透過金屬誘導結晶(metal induced crystallization，MIC)的方式來製作。但，由於金屬誘導結晶法具有製程不穩定及參數難以精準控制的缺點，使得可撓性之低溫多晶矽基薄膜電晶體液晶顯示器的發展仍存在相當的困難尚待解決與突破。

本發明之一目的就是在提供一種均勻分光機構，其可適用於非晶矽薄膜的製作，以製作出大面積且低氫含量之非晶矽薄膜。

根據本發明之上述目的，提出一種均勻分光機構。此均勻分光機構包含反射軸心組、以及旋轉軸心馬達組。反射軸心組包含桿體、複數個反射板組、第一軸承座、以及第二軸承座。桿體具有相對之第一端與第二端。反射板組設於桿體上，其中每一反射板組包含一反射板，且這些反射板均勻設置在桿體上，這些反射板以桿體之延伸方向為轉 動軸漸次偏轉一角度。桿體之第一端架設於第一軸承座上。桿體之第二端架設於第二軸承座上。第二軸承座具有入射孔，此入射孔可供一光束通過而射向反射板組。旋轉軸心馬達組與桿體之第一端連接，且適用以轉動反射軸心組。

依據本發明之一實施例，上述每一反射板組更包含固定板固定於桿體上。反射板設於固定板上，其中反射板之法線與桿體之延伸方向具有一夾角，此夾角為0度至180度。

依據本發明之另一實施例，上述之反射板組之數量為30，且上述反射板偏轉之角度為12度。在另一些例子中，反射板組之數量為10，反射板偏轉之角度為36度；反射板組之數量為60，反射板偏轉之角度為6度；或者反射板組之數量為180，反射板偏轉之角度為2度。反射板組之數量與反射板偏轉之角度相乘後可等於或逼近360度都可以符合應用。

依據本發明之又一實施例，上述之第一軸承座為滾珠花鍵軸承座。

依據本發明之再一實施例，上述之第二軸承座為線性軸承座。

依據本發明之再一實施例，上述之旋轉軸心馬達組包含一伺服馬達、一步進馬達或一無刷馬達。

依據本發明之再一實施例，上述之伺服馬達、步進馬達或無刷馬達之轉速大於0且小於或等於90000rpm。

依據本發明之再一實施例，上述之均勻分光機構更包含往復機構組。往復機構組包含馬達、傳動組以及固定座。傳動組與馬達連接。固定座位於第二軸承座與第一軸承座之間，且可滑動地與傳動組連接，其中桿體穿設於固定座中。傳動組適用以沿著桿體之延伸方向往復移動固定座，藉以帶動桿體沿延伸方向往復運動。

依據本發明之再一實施例，上述之傳動組包含齒輪以及齒條。齒輪與馬達連接。齒條設於固定座上，且與齒輪囓合。

依據本發明之再一實施例，上述之傳動組包含滑座以及滑軌。滑座位於固定座之底面。滑軌與滑座接合，其中滑座可在滑軌上滑動。

100‧‧‧均勻分光機構

102‧‧‧反射軸心組

104‧‧‧旋轉軸心馬達組

106‧‧‧桿體

108‧‧‧反射板組

110‧‧‧第一軸承座

112‧‧‧第二軸承座

114‧‧‧第一端

116‧‧‧第二端

118‧‧‧延伸方向

120‧‧‧反射板

122‧‧‧固定板

124‧‧‧法線

126‧‧‧入射孔

128‧‧‧固定襯套

130‧‧‧滾珠花鍵固定座

132‧‧‧滾珠花鍵法蘭

134‧‧‧滾珠花鍵軸心

136‧‧‧聯軸器

138‧‧‧固定座

140‧‧‧線性軸承

142‧‧‧旋轉軸承座組

144‧‧‧旋轉軸承法蘭

146‧‧‧轉接環座

148‧‧‧馬達

150‧‧‧減速機

152‧‧‧馬達固定板

154‧‧‧聯軸器

156‧‧‧磁流體

158‧‧‧真空封合板

160‧‧‧滾珠花鍵連接軸

162‧‧‧往復機構組

164‧‧‧馬達

166‧‧‧減速機

168‧‧‧馬達固定板

170‧‧‧聯軸器

172‧‧‧真空封合板

174‧‧‧齒輪

176‧‧‧固定座

178‧‧‧齒條

180‧‧‧滑座

182‧‧‧滑軌

θ‧‧‧夾角

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種均勻分光機構之裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種反射軸心組之裝置示意圖；〔圖3〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種反射板組之裝置示意圖； 〔圖4〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種旋轉軸心馬達組之裝置示意圖；以及〔圖5〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種往復機構組之裝置示意圖。

雷射輔助電漿輔助化學氣相沉積(laser-assisted PECVD，LAPECVD)技術係一種可直接製作出低氫含量(2%)之非晶矽薄膜的技術。此技術可搭配現有的準分子雷射退火技術，而可不須透過高溫除氫製程便可直接進行後續的準分子雷射退火製程。藉此，可利用雷射輔助電漿輔助化學氣相沉積技術加上準分子雷射退火技術，順利完成可撓性低溫多晶矽基之薄膜電晶體液晶顯示器的製作。

雷射輔助電漿輔助化學氣相沉積技術的原理是利用矽甲烷(SiH₄)容易吸收10.6μm波長的二氧化碳(CO₂)雷射光。矽甲烷吸收雷射光能量時將產生斷鍵的反應，而降低氫原子在沉積過程中進到非晶矽薄膜的可能性，如此一來，可有效減少非晶矽薄膜中之氫含量。然而，由於雷射光束的直徑小，因此難以應用在大面積之非晶矽薄膜的製作，而嚴重影響此技術的應用性。

有鑑於目前以低溫結晶方式在可撓性基板上製作非晶矽薄膜時仍存有許多困難點尚待克服，因此本發明在此提出一種均勻分光機構，其可搭配雷射輔助之電漿輔助化 學氣相沉積技術，而可在無需額外進行除氫程序的情況下，直接製作出低氫含量之大面積非晶矽薄膜。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種均勻分光機構之裝置示意圖。均勻分光機構100可應用於雷射輔助之電漿輔助化學氣相沉積技術中，搭配準分子雷射退火技術，可順利製作出大面積且氫含量低之非晶矽薄膜。在一些實施例中，均勻分光機構100主要包含反射軸心組102以及旋轉軸心馬達組104。

請一併參照圖2與圖3，其中圖2係繪示依照本發明之一實施方式的一種反射軸心組之裝置示意圖，圖3係繪示依照本發明之一實施方式的一種反射板組之裝置示意圖。在一些例子中，如圖2所示，反射軸心組102主要包含桿體106、許多反射板組108、第一軸承座110以及第二軸承座112。桿體106具有第一端114與第二端116，其中第一端114與第二端116分別位於桿體106之相對二側。桿體106為一長直桿，沿著延伸方向118延伸。

如圖2所示，反射板組108依序設置在桿體106上。請參照圖3，每個反射板組108包含反射板120，這些反射板120依序且均勻地設置在桿體106上。在反射軸心組102中，這些反射板組108之反射板120以桿體106之延伸方向118為轉動軸漸次偏轉一角度。在一些例子中，這些反射板120之偏轉角度與反射板組108之數量有關。在一些示範例子中，反射板組108之數量可為32，且反射板120之偏轉角度為5度；反射板組108之數量可為10，且反射板120之 偏轉角度為36度；反射板組108之數量可為60，且反射板120之偏轉角度為6度；或者反射板組108之數量可為180，且反射板120之偏轉角度為2度。在本實施方式中，反射板組108之數量與反射板120之偏轉角度相乘後可等於或逼近360度都可以符合應用。

在一些例子中，除了反射板120之外，每個反射板組108更可選擇性的包含固定板122。在這些例子中，每個反射板組108之反射板120設置在固定板122上，且固定板122以一固定間距均勻地固定在桿體106上。在一些例子中，請同時參照圖2與圖3，每個反射板120之法線124與桿體106之延伸方向118之間具有夾角θ，且此夾角θ可為0度至180度。在一些示範例子中，夾角θ為45度。反射板120之材料可為反射性佳之金屬，例如鋁(Al)。

請再次參照圖2，桿體106之第一端114架設於第一軸承座110上。桿體106之第二端116則架設於第二軸承座112上。在一些例子中，桿體106之第一端114與第二端116係分別穿設於第一軸承座110與第二軸承座112。

在一些示範例子中，第一軸承座110可為滾珠花鍵軸承座。如圖2所示，第一軸承座110可例如包含固定襯套128、滾珠花鍵固定座130、滾珠花鍵法蘭132與滾珠花鍵軸心134。滾珠花鍵軸心134穿過滾珠花鍵固定座130，滾珠花鍵法蘭132設於滾珠花鍵固定座130上，固定襯套128套設於滾珠花鍵軸心134外。在一些示範例子中，反射軸心組102更可選擇性地包含聯軸器136，其中桿體 106之第一端114可透過聯軸器136而與滾珠花鍵軸心134連接。

在一些示範例子中，第二軸承座112可為線性軸承座。如圖2所示，第二軸承座112可例如包含固定座138與線性軸承140，其中線性軸承140穿設於固定座138中。在另一些例子中，第一軸承座110與第二軸承座112可以例如磁流體或磁浮等侷限運動機構取代。在一些示範例子中，反射軸心組102更可選擇性地包含旋轉軸承座組142，其中旋轉軸承座組142可包含旋轉軸承法蘭144與轉接環座146，且旋轉軸承法蘭144與轉接環座146套接。桿體106之第二端116可透過旋轉軸承座組142而與第二軸承座112之線性軸承140連接。

請再次參照圖2，第二軸承座112具有入射孔126貫穿固定座138，其中入射孔126可例如位於線性軸承140之下方。入射孔126可供光束通過而射向反射板組108之反射板120。在一些示範例子中，光束可以平行桿體106之延伸方向118的方向射入入射孔126，經反射板120反射後，可以垂直桿體106之延伸方向118的方向射出。

請再次參照圖1，旋轉軸心馬達組104可透過第一軸承座110而與桿體106之第一端114連接，且可以透過桿體106之第一端114來轉動反射軸心組102，以使反射軸心組102以平行於桿體106之延伸方向118的轉動軸心來轉動。請一併參照圖4，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種旋轉軸心馬達組之裝置示意圖。在一些例子中，旋轉軸 心馬達組104可包含馬達148、減速機150、馬達固定板152、聯軸器154、磁流體156、真空封合板158以及滾珠花鍵連接軸160。

馬達148可用以轉動反射軸心組102。在一些例子中，馬達148可為伺服馬達、步進馬達或無刷馬達。伺服馬達、步進馬達或無刷馬達之轉速可根據機構本身的能力與操作需求來調整。舉例而言，伺服馬達、步進馬達或無刷馬達之轉速可例如大於0且小於或等於90000rpm。減速機150設置在馬達148之一端，且與馬達148連接，用以降低反射軸心組102之轉速。減速機150之一端與馬達148連接，另一端則穿設於馬達固定板152中。聯軸器154之一端與穿設於馬達固定板152中之減速機150的這端連接，即聯軸器154與馬達148分別位於馬達固定板152之相對二側。磁流體156之一端與聯軸器154之另一端連接。真空封合板158設置於磁流體156之另一端旁，即聯軸器154與磁流體156位於真空封合板158與馬達固定板152之間。滾珠花鍵連接軸160則穿過真空封合板158，而與磁流體156連接。請同時參照圖1、圖2與圖4，滾珠花鍵連接軸160與第一軸承座110之固定襯套128連接。

請再次參照圖1，透過旋轉軸心馬達組104旋轉反射軸心組102，從第二軸承座112之入射孔126射入且以平行於桿體106之延伸方向118射向反射板組108的雷射光束，可隨著反射軸心組102的轉動而射在不同反射板組108之反射板120上，再被這些反射板120反射後，可以垂直桿 體106之延伸方向118的方向射出。如此一來，可將雷射光束有效分光，而形成一個大面積的照光範圍。

當均勻分光機構100應用於雷射輔助之電漿輔助化學氣相沉積技術中時，均勻分光機構100可將一雷射光源所提供之雷射光束分光而反射至鍍膜區域之基板上方。透過調整均勻分光機構100之位置，使得雷射光束的路徑為平行並略高於基板表面。矽甲烷可吸收此瞬時高能量之雷射能，而造成矽甲烷之矽氫鍵(Si-H)斷鍵，如此在電漿輔助化學氣相沉積製程後，可順利在基板表面上形成氫含量較低之非晶矽薄膜。由於均勻分光機構100可將一雷射光源所提供之雷射光束分光，而產生大面積照光範圍，因此應用於雷射輔助之電漿輔助化學氣相沉積技術，並搭配準分子雷射退火技術，可順利沉積出大面積之多晶矽薄膜，進而可實現可撓性低溫多晶矽基之薄膜電晶體液晶顯示器的製作。

在一些實施例中，如圖1所示，均勻分光機構100更可包含往復機構組162，其中往復機構組162設置在反射軸心組102之第二端116處。請一併參照圖5，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種往復機構組之裝置示意圖。在一些例子中，往復機構組162主要可包含馬達164、傳動組以及固定座176。馬達164與傳動組連接，以推動傳動組。

如圖5所示，傳動組主要可包含齒輪174與齒條178。傳動組之齒輪174與馬達164連接，齒條178設於固定座176上，並且齒輪174位於齒條178上且與齒條178互相囓 合。在本實施方式中，傳動組亦可為以其他方式達成直線運動的機構，例如搖臂機構。在一些示範例子中，除了齒輪174與齒條178外，傳動組更可包含滑座180與滑軌182。滑座180可設於固定座176之底面，而滑軌182與滑座180接合，且滑座180可在滑軌182上滑動。

請同時參照圖1與圖5，固定座176位於第二承載座112與第一承載座110之間。此外，由於傳動組之滑座180設於固定座176之底面，傳動組之滑座180可在滑軌182上滑動，因此固定座176可滑動地與傳動組連接。反射軸心組102之桿體106則穿設於固定座176中。傳動組可沿著桿體106之延伸方向118往復地移動固定座176，藉以透過固定座176帶動桿體106沿其延伸方向118進行往復運動。

在一些例子中，往復機構組162更可包含減速機166、馬達固定板168、聯軸器170以及真空封合板172。減速機166之一端與馬達164連接，另一端則穿設於馬達固定板168中。聯軸器170之一端與穿設於馬達固定板168中之減速機166的這端連接，即聯軸器170與馬達164分別位於馬達固定板168之相對二側。真空封合板172設置於聯軸器170之另一端旁，即聯軸器170位於真空封合板172與馬達固定板168之間。聯軸器170之另一端則與傳動組之齒輪174連接。

藉由往復機構組162的往復移動，可使整個照光範圍的雷射光分布更為均勻。如此一來，應用於雷射輔助 之電漿輔助化學氣相沉積技術時，可獲得氫含量更均勻之非晶矽薄膜。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之均勻分光機構可應用於雷射輔助之電漿輔助化學氣相沉積技術，而適用於非晶矽薄膜的製作，可製作出大面積且低氫含量之非晶矽薄膜。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧均勻分光機構

102‧‧‧反射軸心組

104‧‧‧旋轉軸心馬達組

106‧‧‧桿體

108‧‧‧反射板組

110‧‧‧第一軸承座

112‧‧‧第二軸承座

114‧‧‧第一端

116‧‧‧第二端

118‧‧‧延伸方向

162‧‧‧往復機構組

Claims (10)

1. 一種均勻分光機構，包含：一反射軸心組，包含：一桿體，具有相對之一第一端與一第二端；複數個反射板組設於該桿體上，其中每一該些反射板組包含一反射板，且該些反射板均勻設置在該桿體上，該些反射板以該桿體之一延伸方向為一轉動軸漸次偏轉一角度；一第一軸承座，其中該桿體之該第一端架設於該第一軸承座上；以及一第二軸承座，其中該桿體之該第二端架設於該第二軸承座上，該第二軸承座具有一入射孔，該入射孔可供一光束通過而射向該些反射板組；以及一旋轉軸心馬達組，與該桿體之該第一端連接，且適用以轉動該反射軸心組。
2. 如申請專利範圍第1項之均勻分光機構，其中每一該些反射板組更包含一固定板，固定於該桿體上，其中該反射板設於該固定板上，且該反射板之一法線與該桿體之該延伸方向具有一夾角，該夾角為0度至180度。
3. 如申請專利範圍第1項之均勻分光機構，其中該些反射板組之數量為10，且該角度為36度； 該些反射板組之數量為30，且該角度為12度；該些反射板組之數量為60，且該角度為6度；或該些反射板組之數量為180，且該角度為2度。
4. 如申請專利範圍第1項之均勻分光機構，其中該第一軸承座為一滾珠花鍵軸承座。
5. 如申請專利範圍第1項之均勻分光機構，其中該第二軸承座為一線性軸承座。
6. 如申請專利範圍第1項之均勻分光機構，其中該旋轉軸心馬達組包含一伺服馬達、一步進馬達或一無刷馬達。
7. 如申請專利範圍第6項之均勻分光機構，其中該伺服馬達、該步進馬達或該無刷馬達之轉速大於0且小於或等於90000rpm。
8. 如申請專利範圍第1項之均勻分光機構，更包含一往復機構組，其中該往復機構組包含：一馬達；一傳動組，與該馬達連接；以及一固定座，位於該第二軸承座與該第一軸承座之間，且可滑動地與該傳動組連接，其中該桿體穿設於該固定座中， 其中該傳動組適用以沿著該桿體之該延伸方向往復移動該固定座，藉以帶動該桿體沿該延伸方向往復運動。
9. 如申請專利範圍第8項之均勻分光機構，其中該傳動組包含：一齒輪，與該馬達連接；以及一齒條，設於該固定座上，且與該齒輪囓合。
10. 如申請專利範圍第8項之均勻分光機構，其中該傳動組包含：一滑座，位於該固定座之底面；以及一滑軌，與該滑座接合，其中該滑座可在該滑軌上滑動。