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)

1 引 言

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。

2 Zara的現(xiàn)象

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。

3 Zara的分類與產(chǎn)生原因

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

4 實(shí) 驗(yàn)

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。

5 結(jié)果與討論

5.1 APR覆蓋率對(duì)Zara發(fā)生率的影響

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。

5.2 彩膜基板涂層材料對(duì)Zara發(fā)生率的影響

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。

5.3 彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角與Zara的關(guān)系

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

6 結(jié) 論

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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