摘 要:在高质量产品的制造和高效率生产环境的构建中,电子测量技术起到了很大的作用,其重要性与日俱增,围绕ITO玻璃表面润湿性这一洁净度指标的测量为中心,重点介绍润湿角(又称接触角)测试仪的结构､测量ITO玻璃表面润湿性的工作原理和使用中应注意的事项｡
关键词:电子测量;润湿角测试仪;ITO玻璃;洁净度
中图分类号:TN141.9文献标识码:B
The Application of Wetness Angle Measuring Instrument at the Cleaning Process of Indium Tin Oxide Glass
ZHU Xiao-juan, WEI Nan,ZHANG Fang-hui
( Electrical and Information Engineering College, Shaanxi University of Science and Technology, Xi"an 710021,China)
Abstract: At the Constructing process of high-quality products and efficient production environmen, the measuring technique has played an importance part,and is more and more important.Focusing on the central topic about the wettability of cleanliness,this paper mainly introduces construction and the working principle of wetness angle measuring instrument,and problems and suggestions of the measuring method about the wetting angle at the cleaning process of Indium Tin Oxide glass.
Keywords: electric measurement;wetness angle measuring instrument;ITO glass;cleanliness
引 言
在液晶显示器的制造过程中,企业在保证高成品率的前提下,要生产线间距和线宽均为10μm的产品,对ITO玻璃曝光前的涂膜要求相当之高,而提高涂膜的效果,首先要保证ITO玻璃的洁净度,而这又主要取决于液晶显示器制备过程中清洗工艺的成败,因此衡量清洗工艺是否合格就显得尤为重要｡目前在液晶显示器生产线上,测量ITO玻璃洁净度是否合格的常用方法是利用接触角测量仪､SEM和XPS测量清洗前后ITO玻璃表面的润湿性､污染颗粒数量和元素成分及含量等洁净度指标｡本文围绕ITO玻璃表面润湿性这一洁净度指标,重点介绍润湿角(又称接触角)测试仪的结构､测量ITO玻璃表面润湿性的工作原理和使用中应注意的事项｡
1 润湿角测试仪介绍
润湿角就是在固液两相接触处,做液相的切线,其与固体壁面的夹角,称其为接触角｡当液体微滴滴在平而光滑的固体表面上时,它将无限的扩散或与固体表面成某一接触角而达到平衡状态｡在液体有粘附力的情况下,当微滴润湿角为锐角时,液体浸润固体表面,这时液面是下凹的,如图1(a)所示;当这个角为钝角时,液体不浸润固体表面,这时液面是上凸的,如图1(b)所示｡
润湿角测量仪是一种测量液体对固体表面粘附润湿程度的仪器｡它可以计算､测定液体的自由能､液体对固体的附着力､张力等｡在科研､国防､工业､农业､教学等领域中有许多有趣的问题涉及到液体对固体表面附着力的问题｡因此,它的用途很广泛,通常用于以下方面:在金属抛光中,检验金属表面的脱脂､清洁､老化等情况及薄膜表面的吸附特性;在活性试剂表面特性测定中,检验液体试剂的渗透､生锈等;在润滑油的特性表定中,检验各种钟油､润滑油的粘化､涂敷等各项指标;在印刷行业中,检验印刷油墨､金属､纸张之间的粘附､润湿关系;在防水工作中,检验经硅酸树脂处理的纺织物的防水情况;在浮选工作中,检验用沸腾法选择矿物微粒在油､水混合物中的粘化吸附能力;在焊接工艺中,检验各种焊剂对金属表面的粘着力;在搪瓷工业中,检验熔化的硅化物对金属表面的粘化附着力;在微电子显示等高科技领域中,检验样品表面洁净度｡如果把样品盒置于加热器中,则可在不同温度下对上述各项指标进行测定,使其更接近实际工作状态,实验结果更可靠｡
1.1 润湿角测试仪的结构
润湿角测量仪(图2)各部分名称及作用:
(1)微目镜:成正立放大的虚像;
(2)转动鼓轮:控制动分划线板沿定分划线方向平行移动;
(3)固定手轮:转动手轮可以调整微目镜面板方位;
(4)控制旋钮:控制动分划线定点转动;
(5)控制旋钮:控制微目镜和微物镜之间的焦距;
(6)微物镜:成倒立放大的实像;
(7)平面镜:为透镜光学系统提供虚像充当实物;
(8)控制旋钮:控制载玻片工作台水平方向的位置;
(9)控制旋钮:控制载玻片工作台升降;
(10)载玻片工作台:用于放被测样品,本文中为ITO玻璃;
(11)液体微滴:此处用的是水,用来判断ITO玻璃表面是否含有油渍等有机物;
(12)ITO玻璃:被测样品;
(13)光源:为成像提供照明;
(14)光源支撑架:支撑光源,可灵活调节以控制光源位置;
(15)微目镜内部面板:利用上面的刻度､动分划线及定分划线来测量数据;
(16)动分划线:可沿定分划线的某一点定点旋转或沿定分划线方向平行移动的一条线,用于做固液分界面边缘接触点的切线,同时可用于测量液滴宽度和高度;
(17)定分划线:测量润湿角时用来确定水平面基准｡
1.2 润湿角测试仪的工作原理
ITO玻璃上水滴被光学系统成像的原理如图3所示,为方便叙述,把微物镜L1和微目镜L2均以单块透镜表示,ITO玻璃表面的水滴以箭头AB表示｡光源通过水滴AB在平面镜里成的像为A"B",像A"B"位于微物镜L1前方距L1的距离大于其焦距F1,但小于两倍F1,所以A"B"经L1以后,必然形成一个倒立的放大的实像A""B""｡ A""B""位于微目镜L2的物方焦点F2上,或者在很靠近L2的位置上,再经L2放大为虚像A"""B"""后供眼睛观察｡虚像A"""B"""的位置取决于F2和A""B""之间的距离,可以在无限远处(当A""B""位于F2上时),也可以在观察者的明视距离处(当A"""B"""在图中焦点F2之右边时即很靠近L2的位置上)｡
1.3 润湿角测试仪的使用
方法一:打开光源电源,调整光源位置使其和水平面或载玻片工作台平行,并使光源光束照到平面镜上,调整工作台高度,使光源光束通过ITO玻璃上的水滴,调整微物镜焦距使人可以通过微目镜看到水滴清楚的像,旋动鼓轮使定分划线和ITO玻璃表面重合,亦即和水滴下表面重合,并通过载玻片工作台水平方向控制旋钮使水滴与ITO玻璃接触点的一端和原点O重合,调整动分划线使其过原点O并和液面相切与O点,如图4(a)所示,读取角度θ｡
方法二:只用动分划线的移动和转动鼓轮测出2r和h,则可计算出所要测的润湿角θ如图4(b)或(c)所示｡具体步骤:若测2r将动分划线与被测液滴边缘相切,转动测微目镜鼓轮,直至动分划线与液滴的另一边缘相切,即从A到A"位置,如图4(d)所示,记下测微目镜所走的距离,即为2r(鼓轮再转动一格值为0.005mm);若测h则先松开固定手轮,将测微目镜旋转90°,再用上述方法测量,即从B到B"位置如图4(e)所示,即得h｡当润湿角θ为锐角时,如图4(b)所示,则tanθ/2=h/r;当润湿角θ为钝角时,如图4(c)所示,则θ=90°+sin-1()｡
1.4 润湿角测试仪使用注意事项
通常在具体操作中,测试仪使用不当会造成数据错误,而这些误差的的引入大多都是因为仪器使用不当造成｡一般润湿角测试仪在使用时应该注意以下三点:
(1)润湿角测试仪要放在水平的工作台上测量;
(2)对于水滴测量时间不要超过1min,对油滴直径在1~2mm为宜,时间不要超过3min;
(3)水平线的确定是润湿角测量仪测值的最为关键的一步,一般液滴在载玻片内都会有一个虚像,当液滴高度小于ITO玻璃厚度时所成虚像如图5(a)所示,当液滴高度大于ITO玻璃厚度时所成虚像如图5(b)所示,所以实物和虚像交界处才为液滴的下表面,即ITO玻璃表面,也就是要确定的水平线｡
1.5 润湿角测试仪常见误差分析
润湿角测试仪常见误差主要有两方面,首先是环境的污染,包括气体中的CO2和悬浮粒子,因此测试过程应该在洁净室的百级区或千级区内进行;其次是温度的影响,因为系统温度的变化会改变ITO玻璃表面亲水性及液体界面张力,直接导致测量误差,温度越高误差越大,所以应该在恒温下测量,一般选择25℃室温下进行｡
2 结 语
因科学应用技术不断发展的需要,对测量精度的要求越来越重要,因此测量方法的正确性起着决定性作用｡润湿角测试仪的正确使用对保证显示器产业､微电子等高科技产品的质量和提高企业经济效益起着很重要的作用,我们应该在这方面加强研究｡
参考文献
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[2] 郁道银,谈恒英.工程光学[M].北京:机械工业出版社,2004:137~142.
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作者简介:朱小娟(1979-),女,陕西咸阳人,助教,研究方向现代显示器材料与技术,E-mail: june@sust.edu.cn｡