劉利萍,吳 濤,劉俊豪,葉超前,陸相晚,崔完鎔
(1.合肥鑫晟光電科技有限公司,安徽 合肥230012;2.合肥京東方光電科技有限公司,安徽 合肥 230012)
隨著TFT LCD技術(shù)的日趨成熟,人們對(duì)顯示性能的要求不斷提高。為滿足低功耗、高響應(yīng)速度、高分辨率、寬視角的要求,各LCD生產(chǎn)廠商競(jìng)相開(kāi)發(fā)新的工藝技術(shù)和生產(chǎn)流程,TFT-LCD技術(shù)百花齊放。而FFS(Fringe Field Switching)技術(shù)作為兼?zhèn)鋸V視角和高透過(guò)率的唯一技術(shù)[1-2],越發(fā)受到制造廠商的青睞。
2010年1月26日蘋(píng)果Ipad問(wèn)世,其將創(chuàng)新的移動(dòng)電話、可觸摸寬屏iPod以及具有桌面級(jí)電子郵件、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、搜索和地圖功能的突破性因特網(wǎng)通信設(shè)備這3種產(chǎn)品完美地融為一體。平板電腦開(kāi)始引起人們的廣泛關(guān)注。顯示器制造廠商順應(yīng)市場(chǎng)需求,開(kāi)始轉(zhuǎn)向這種便攜[3]、易用、具有隨時(shí)隨地可聯(lián)網(wǎng)功能的平板電腦的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。為提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,高分辨率、寬視角、流暢的畫(huà)面以及合適的屏幕尺寸是必要的條件。FFS技術(shù)因很好地具備了以上要求,成為各制造商的優(yōu)先選擇。但FFS技術(shù)運(yùn)用于小尺寸生產(chǎn)過(guò)程中,Zara類不良高發(fā),產(chǎn)品良率低,造成了成本增加問(wèn)題。Zara源于日語(yǔ),用于表示顯示畫(huà)面的不良現(xiàn)象,多指液晶面板在暗態(tài)畫(huà)面下顯示區(qū)域發(fā)生的微小漏光現(xiàn)象[4]。由于日本在TFT-LCD方面起步較早,技術(shù)水平先進(jìn),所以業(yè)內(nèi)一直沿用至今。
本文通過(guò)對(duì)小尺寸FFS產(chǎn)品Zara類不良分析,收集大量數(shù)據(jù),建立了Phenomenon-Cause的
4種理論模式,并針對(duì)廣泛發(fā)生的前2種模式Zara進(jìn)行試驗(yàn),得到可明顯改善Zara不良的方法。
全黑畫(huà)面下面板上的小亮點(diǎn)(如圖1)。100×目鏡觀察小亮點(diǎn)可見(jiàn)非全像素的發(fā)亮,排除TFT開(kāi)關(guān)異常的可能。
圖1 Zara現(xiàn)象示意圖Fig.1 Schematic of Zara phenomenon
在小尺寸面板生產(chǎn)中,此類Zara為常見(jiàn)不良,且形態(tài)多樣,形成原因較多,比較嚴(yán)重的影響產(chǎn)品良率,對(duì)該不良的改善與解決尤為迫切。
我們對(duì)收集的132個(gè)Zara進(jìn)行顯微鏡觀察,依據(jù)現(xiàn)象可將其分為4類,分別命名為模式①~④,其現(xiàn)象與分類依據(jù)的特點(diǎn)如表1所述。
表1 Zara的分類及特點(diǎn)
續(xù)表
為了研究這4種模式的發(fā)生機(jī)理,每種模式隨機(jī)挑選4顆樣本進(jìn)行如下分析:
步驟一:激光標(biāo)記Zara點(diǎn)位置;此步驟對(duì)模式①Zara無(wú)效,因該模式Zara會(huì)跟隨著液晶移動(dòng)或者消失在黑矩陣下,無(wú)法標(biāo)記;其余模式的Zara均可采用此方法精確定位。
步驟二:剖屏沖液晶后高倍顯微鏡觀察標(biāo)記位置;
步驟三:采用聚焦離子束測(cè)試儀(FIB)觀察標(biāo)記位置的表面形貌;
步驟四:利用EDX全息掃描對(duì)Zara點(diǎn)進(jìn)行成分分析;
通過(guò)對(duì)各模式分析,得到如下結(jié)果:
(1)模式①,樣本1~4 在剖屏前均為輕觸不良區(qū)域,Zara樣本即產(chǎn)生大范圍移動(dòng)或隱蔽到黑矩陣下,剖屏后完全消失,如圖2。該模式的顆粒尺寸較小,在10 μm以內(nèi)。由于無(wú)法定位,暫未得到準(zhǔn)確的FIB結(jié)果。但取向膜材料大多是聚酰亞胺材料[5],摩擦工藝過(guò)程會(huì)產(chǎn)生摩擦碎屑,當(dāng)摩擦后清洗過(guò)程中未有效清除則形成此類Zara。另一個(gè)原因?yàn)閷?duì)盒工藝液晶原材中含有細(xì)小雜質(zhì),即所觀察到的浮游性小顆粒,目前暫未有此方面的驗(yàn)證數(shù)據(jù),有待繼續(xù)研究。
圖2 模式①按壓前后對(duì)比圖片F(xiàn)ig.2 Comparative picture before and after pressing the surface of mode ①
(2)模式②,樣本1~4均經(jīng)過(guò)剖屏,沖洗液晶,氣槍吹干等過(guò)程,制取了FIB樣品,所得表面形貌特征列舉如下:樣本1,如圖3,剖屏去液晶后TFT側(cè)無(wú)損傷,彩膜基板側(cè)取向膜可見(jiàn)明顯凹坑,凹坑四周邊緣清晰,表明取向膜未固化前該位置有一近似橢圓的顆粒粘附,后因?yàn)槟Σ良扒逑?,顆粒掉落。全息掃描結(jié)果顯示凹坑中間露出主要含C元素的彩膜涂層膜層。
圖3 樣本1顯微鏡及FIB圖片F(xiàn)ig.3 Microscope and FIB picture of Sample 1
樣本2,如圖4,剖屏去液晶后TFT側(cè)無(wú)損傷,彩膜基板側(cè)取向膜上粘附約10 μm的小碎屑,全息掃描結(jié)果顯示碎屑成分與周邊膜層相同。
圖4 樣本2顯微鏡及FIB圖片F(xiàn)ig.4 Microscope and FIB picture of Sample 2
樣本3和樣本4,如圖5,剖屏去液晶后彩膜基板側(cè)無(wú)損傷,TFT側(cè)取向膜上可見(jiàn)明顯擦痕,可觀測(cè)到殘留部分小碎屑。
圖5 樣本3和4 顯微鏡及FIB圖片F(xiàn)ig.5 Microscope and FIB Picture of Sample 3&4
綜上,樣本1~4在陣列或彩膜基板側(cè)的取向膜面存在明顯損傷,造成取向膜對(duì)液晶的取向能力不足,發(fā)生Zara漏光[6]。結(jié)果表明,模式②產(chǎn)生原因?yàn)槿∠蚰け砻婷黠@的損傷。
極可能造成損傷的工程為取向膜涂覆工程。如果取向膜涂覆前陣列或彩膜基板上有未清洗掉的顆粒[7]或者涂覆過(guò)程中粘附顆粒,摩擦工藝后即在取向膜上殘留損傷;圖6所示為取向膜下顆粒(取向膜覆蓋后周邊有暈),導(dǎo)致Zara漏光的例子。
圖6 取向膜下顆粒導(dǎo)致Zara樣本Fig.6 Zara Sample which caused by particle under alignment layer
圖7 樣本1~3剖屏去液晶后圖片 Fig.7 Picture of Sample 1~3 when removing liquid crystal
(3)模式③,樣本1~3剖屏前按壓不動(dòng),剖屏去液晶后消失,如圖7。
樣本4如圖8所示,異物在陣列基板側(cè)保留,F(xiàn)IB制樣時(shí)異物明顯移動(dòng),全息掃描結(jié)果顯示異物C元素較周圍富集。
圖8 樣本4 FIB結(jié)果Fig.8 FIB result of Sample 4
此模式的異物顆粒一般體積較大,且剖屏后易消失,為取向膜固化后~對(duì)盒前掉落至盒內(nèi)的異物引起。
(4)模式④,樣本1~4均有如下規(guī)律:剖屏前不良位置在顯微鏡下可見(jiàn)明顯光亮,剖屏后有液晶條件下也可在顯微鏡下觀察到該不良,去除液晶之后不良不可見(jiàn),而后,在不良區(qū)域重新滴下液晶之后不良現(xiàn)象重現(xiàn),F(xiàn)IB進(jìn)行表面形貌確認(rèn),無(wú)明顯損傷,如圖9所示??梢源_定模式④為島狀性不良。
圖9 Sample重加液晶后圖片F(xiàn)ig.9 Picture of Sample when removing liquid crystal
所謂島狀不良,是取向膜表面因輕微劃傷等外力影響,摩擦取向溝槽被破壞而導(dǎo)致液晶無(wú)法有序排列,其現(xiàn)象為顯示器局部位置漏光[4]。通過(guò)以上的分析,建立Zara不良的Phenomenon-Cause模式如表2。
表2 Zara 不良Phenomenon-Cause模式
續(xù)表
本文針對(duì)模式①②,從提高取向膜的均一性[8];改善摩擦工藝接觸面狀態(tài)和減少碎屑產(chǎn)生3個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先,對(duì)彩膜基板取向膜轉(zhuǎn)印板進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更,提高取向膜在基板非顯示區(qū)域的覆蓋率;第二,變更彩膜基板側(cè)涂層材料,增加彩膜基板表面平坦度;第三,對(duì)彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角度進(jìn)行優(yōu)化。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試用的液晶面板由京東方六代線TFT-LCD生產(chǎn)工藝制備,樣品為FFS型常黑模式的20.32 cm(8 in)面板。實(shí)驗(yàn)分別制作了APR Rev.2(取向膜覆蓋率85%~90%)和Rev.3(取向膜覆蓋率90%~95%),與量產(chǎn)使用APR Rev.1(80%~85%)相比,增大面板周邊取向膜的覆蓋面積,使用APR Rev.2和Rev.3分別進(jìn)行彩膜基板表面取向膜轉(zhuǎn)印,其他同量產(chǎn),各制作了面板1 000塊;采用彩膜基板涂層材料Type A與Type B,各制作面板1 000塊。將面板組裝成模組后進(jìn)行點(diǎn)燈檢測(cè)(同量產(chǎn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)),統(tǒng)計(jì)Zara不良的發(fā)生率。對(duì)彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角度優(yōu)化,觀察摩擦百回后柱狀隔墊物周圍實(shí)際碎屑的發(fā)生情況。
圖10 APR覆蓋率與Zara發(fā)生率關(guān)系Fig.10 Relationship between coverage rate of APR and incident rate of Zara
圖10為APR覆蓋率與Zara發(fā)生率之間的關(guān)系;圖中橫坐標(biāo)為APR Rev1~3,分別代表覆蓋率80%~85%,85%~90%,90%~95%,縱坐標(biāo)為Zara類不良的發(fā)生率。如圖10所示,隨著APR覆蓋率提高,Zara發(fā)生的比率有所降低。
在APR Rev.3基礎(chǔ)上,變更彩膜基板涂層材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。
圖11 涂層材料與Zara發(fā)生率關(guān)系Fig.11 Relationship between CF OC material and incident rate of Zara
圖11為不同彩膜基板涂層材料與Zara發(fā)生率之間的關(guān)系;圖中橫坐標(biāo)為彩膜基板涂層材料分別采用Type A與Type B,縱坐標(biāo)為Zara類不良的發(fā)生率。如圖11所示,涂層材料選擇Type B,Zara發(fā)生的比率有所降低。
為了進(jìn)一步降低Zara發(fā)生率,對(duì)彩膜基板上柱狀隔墊物的坡度角度進(jìn)行變更,圖12為柱狀隔墊物變更先后的形態(tài)。
如圖12所示,減小彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角度對(duì)摩擦工藝后碎屑的改善顯著。柱狀隔墊物坡度角度為90°時(shí),面板顯示區(qū)域內(nèi)外區(qū)域碎屑均較多,依賴于后續(xù)的清洗設(shè)備除去;而柱狀隔墊物坡度角度減少到53°時(shí),面板顯示區(qū)域內(nèi)外均未產(chǎn)生明顯的碎屑,從源頭了杜絕Zara的發(fā)生。
圖12 柱狀隔墊物坡度角變更前后碎屑發(fā)生情況Fig.12 Chip status before and after PS Profile alteration
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,變更APR,增大取向膜在非顯示區(qū)域的覆蓋面積,可有效降低Zara的發(fā)生率;取向膜覆蓋率在90%~95%之間時(shí),Zara發(fā)生率最低;而增加彩膜基板表面平坦度,Zara不良也有所改善。減小彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角度有效減少了面板上碎屑的產(chǎn)生,從源頭上防止了Zara的發(fā)生。下一步工作在穩(wěn)定以上變更工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)摩擦工藝后清洗能力提高進(jìn)行研究和改善。
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