姜晶晶，萬冀豫，汪 棟，郭楊辰，宋勇志，張國華，肖 暉，王琳琳，齊鵬煜

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)技術(shù)日益成熟，已成為目前顯示市場的主流產(chǎn)品，因其顯示品質(zhì)卓越，外形輕巧，壽命周期長，廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備、電腦、電視、醫(yī)療、車載，及戶外顯示等領(lǐng)域[1]。隨著對顯示設(shè)備高亮度、低功耗和準(zhǔn)確顯示顏色的不斷追求，以及高分辨率顯示面板的快速發(fā)展，RGBW顯示產(chǎn)品成為近年來的熱門產(chǎn)品。

RGBW技術(shù)是在原有的RGB三原色上增加白色(W)子像素，為四色像素設(shè)計(jì)，可大幅度提高液晶面板的透光率，將超大尺寸、超高分辨率與綠色低功耗實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合[2]。彩色濾光片(CF)作為薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)技術(shù)的重要元器件之一，是RGBW技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

本文通過材料開發(fā)，工藝條件優(yōu)化，設(shè)備參數(shù)優(yōu)化，設(shè)備清潔管理等方法，完成RGBW CF技術(shù)開發(fā)，并結(jié)合公司產(chǎn)線特點(diǎn)，對該技術(shù)的量產(chǎn)性能提升進(jìn)行研究。最終，該技術(shù)應(yīng)用于多款產(chǎn)品，滿足產(chǎn)品品質(zhì)及量產(chǎn)穩(wěn)定性要求。

2 RGBW CF工藝

RGBW CF目前有3種實(shí)現(xiàn)工藝：

(1)圖形化白像素(Pattern white, PW)

使用透明材料，經(jīng)過涂布、曝光、顯影、熱固化等工藝，制作W像素圖形，與RGB產(chǎn)品CF工藝相比，需增加一條產(chǎn)線對應(yīng)W像素的制作。CF工藝流程如下：

(2)涂布白像素(Coating white, CW)：采用高平坦OC(Over Coating)材料替代常規(guī)OC材料，經(jīng)過一次 OC涂布，實(shí)現(xiàn)CF表面平坦化。該工藝流程與RGB產(chǎn)品CF工藝相同，無需增加產(chǎn)線設(shè)備投資，但該工藝實(shí)現(xiàn)的CF完成品表面平坦性低于RGB產(chǎn)品。其CF工藝流程如下：

(3) 光固化OC(UV-OC)

使用感光OC材料+Half Tone Mask工藝，一次完成W像素+OC保護(hù)層的制作，可實(shí)現(xiàn)與RGB產(chǎn)品一樣的CF表面平坦性水平，但該工藝需進(jìn)行全新材料的開發(fā)，并需要改造OC產(chǎn)線，增加曝光機(jī)及顯影設(shè)備。其CF工藝流程如下：

3種工藝W像素制作流程如表1所示。

3種工藝優(yōu)劣勢分析如表2所示，綜合分析了產(chǎn)能影響情況、材料開發(fā)風(fēng)險、品質(zhì)風(fēng)險以及開發(fā)日程等因素。其中PW技術(shù)不需要進(jìn)行新材料開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)的CF表面平坦性最好(<0.15 μm，同常規(guī)RGB產(chǎn)品)，風(fēng)險小，但產(chǎn)能損失高達(dá)30%，嚴(yán)重影響盈利能力的提升。UV-OC材料開發(fā)目前尚不成熟，影響產(chǎn)能且產(chǎn)品風(fēng)險不可預(yù)期。綜合考量，以CW作為RGBW技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)方向，著重開發(fā)高平坦OC材料，通過材料及工藝調(diào)整，優(yōu)化CF表面平坦性，確保產(chǎn)品品質(zhì)，提高該技術(shù)的量產(chǎn)實(shí)用性。以下就CW技術(shù)開發(fā)過程和結(jié)果做出論述。

表1 3種W工藝制作流程Tab.1 Three kinds of W process flow

表2 3種白像素制作工藝優(yōu)劣勢分析Tab.2 Analysis of advantages and disadvantages of three white process

3 技術(shù)開發(fā)測試結(jié)果分析

3.1 RGB-W段差影響因素分析

3.1.1 OC材料

對業(yè)內(nèi)現(xiàn)有成熟的高平坦OC材料進(jìn)行調(diào)研，其平坦化原理分為兩類，如圖1所示。圖1(a)的開發(fā)理念是提高材料本身的熱熔流動性，在熱固化階段達(dá)到更高的平坦度(A類)；圖1(b)的開發(fā)理念是在熱固化之前即達(dá)到很好的平坦度，采用耐熱特性優(yōu)秀的材料，在熱固化階段收縮量最小化，以維持較高的平坦性(B類)。

(a) A類(a) A type

(b) B類(b) B type圖1 平坦化原理Fig.1 Principle of planarization

選取一款低平坦OC和4款高平坦OC材料(低平坦OC命名為Ref，A公司兩款高平坦OC分別命名為A-1/A-2，B公司兩款高平坦OC分別命名為B-1/B-2)，以43UHD RGBW產(chǎn)品為平臺進(jìn)行測試。該產(chǎn)品在OC工藝前，RGB-W段差為2.7μm，高平坦OC工藝后，段差均降低至0.5 μm以下，高平坦OC材料的撫平性能遠(yuǎn)優(yōu)于低平坦OC材料。結(jié)果顯示，新材料的開發(fā)及應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)CW技術(shù)的關(guān)鍵。而在相近的OC厚度下(2.70 μm)，A公司的平坦性能要略優(yōu)于B公司，這與兩類材料的平坦化實(shí)現(xiàn)原理有關(guān)，熱熔流動性強(qiáng)的OC材料，可以實(shí)現(xiàn)更高的平坦性。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 OC材料對CF表面平坦度的影響Tab.3 Effect of OC material on CF flatness

3.1.2 OC厚度

選取一款高平坦OC材料，在兩款RGBW產(chǎn)品上分別制作不同的OC厚度(1.9～2.8 μm)，測量OC后的RGB-W段差，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。兩款產(chǎn)品的測試結(jié)果均顯示，在OC厚度較薄的情況下，膜厚增加，RGB-W段差顯著降低，平坦性提高；而當(dāng)OC膜厚增大到一定程度以后，段差變化不再明顯。OC膜厚與段差的擬合曲線會出現(xiàn)一個拐點(diǎn)，如圖2所示。綜合考慮產(chǎn)品品質(zhì)、材料成本及工藝穩(wěn)定性，新產(chǎn)品開發(fā)以擬合曲線的拐點(diǎn)作為OC厚度規(guī)格。

圖2 OC膜厚對RGB-W段差的影響Fig.2 Effect of OC thickness on RGB-W difference

3.1.3 像素尺寸

測試像素尺寸(Pixel pitch)分別為81.7 μm/82.75 μm/105 μm/127.25 μm的4款產(chǎn)品在不同OC 厚度下達(dá)到的CF表面平坦情況，具體數(shù)據(jù)見圖3。像素尺寸是影響CF表面平坦性的主要因素，當(dāng)間距增大到120 μm以上時，OC材料的平坦能力大幅度下降，OC厚度達(dá)到2.6 μm時，段差仍在0.7 μm以上。CF表面高段差會影響后工序PI膜厚度均一性及液晶取向，影響顯示品質(zhì)。而OC厚度過高，會造成OC膜層與玻璃間的附著力下降，進(jìn)而影響產(chǎn)品信賴性。因此，建議像素尺寸在120 μm以下時，使用CW技術(shù)；對于像素尺寸大于120 μm的產(chǎn)品，使用PW技術(shù)。

圖3 像素尺寸對段差的影響Fig.3 Effect of pixel pitch on RGB-W difference

3.2 段差對盒厚的影響

CW工藝由于W像素與其它像素存在高度差，盒厚測試結(jié)果與PW工藝存在差異，需要重新建立盒厚與色溫及顯示屏透過率的關(guān)聯(lián)性[2]，結(jié)果如圖4所示。

圖4 液晶盒厚與色溫/透過率的關(guān)聯(lián)性Fig.4 Relevance of Cell gap and CCT/Tr

3.3 支撐點(diǎn)Mura改善

8.5G玻璃尺寸為2 200 mm×2 500 mm，CF制程中，很多設(shè)備設(shè)計(jì)有支撐點(diǎn)用于承載玻璃基板，這些支撐點(diǎn)易引起附近的膜厚異常，嚴(yán)重的可表現(xiàn)為宏觀可見的Pin Mura。其中干燥設(shè)備(Hot plate，HP)及熱固化設(shè)備(Oven)為加熱設(shè)備，支撐點(diǎn)的溫度與設(shè)備內(nèi)的空氣溫度有差異，更易造成OC膜厚異常。

為實(shí)現(xiàn)RGBW產(chǎn)品CF表面的高平坦性，要求OC材料熱熔流動性強(qiáng)，且使用的OC膜厚更高(RGBW產(chǎn)品OC厚度2.0～2.5 μm，RGB產(chǎn)品OC厚度1.2～1.6 μm)，在OC制作過程中易發(fā)生干燥設(shè)備支撐點(diǎn) Mura和熱固化設(shè)備支撐點(diǎn) Mura，本次技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)多種對比測試，從OC材料、OC膜厚度、干燥設(shè)備溫度&時間等角度對支撐點(diǎn) Mura進(jìn)行改善。具體測試條件及結(jié)果見表4所示。

表4 支撐點(diǎn) Mura改善測試結(jié)果Tab.4 Improvement results of pin Mura

材料對比測試結(jié)果顯示，B公司產(chǎn)品Mura發(fā)生嚴(yán)重程度明顯低于A公司。從材料的平坦化原理分析(圖1)，B公司材料熱穩(wěn)定性高，在加熱時膜層變化??；而A公司材料，為達(dá)到高平坦度，熱熔流動性高，造成支撐點(diǎn) Mura的風(fēng)險也相應(yīng)提高。

OC膜層厚度對比測試結(jié)果：材料A ，厚度2.1 μm無Mura，2.30～2.50 μm有輕微Mura發(fā)生；材料B，2.15 μm時無Mura，2.30～2.55 μm時Mura輕微，2.65 μm時Mura嚴(yán)重。OC膜層減薄，有利于減輕支撐點(diǎn) Mura。

干燥溫度對比結(jié)果顯示，A公司材料在100 ℃時無Mura，90 ℃時有輕微Mura。溫度提高，有利于膜層的快速干燥，Mura改善效果也較明顯。

干燥時間從90～130 s，Mura無顯著差異。

3.4 OC工藝對PCT的影響

為了確保產(chǎn)品可以在高溫高濕高壓等特殊環(huán)境下正常工作，防止水汽從OC界面侵入面板內(nèi)部，OC工藝變更需要在PCT惡化條件下(121 ℃、2大氣壓、100%濕度，12 h/24 h)，對OC層的附著力進(jìn)行測試。

表5 OC工藝對PCT的影響Tab.5 Effect of OC process on PCT

本文從材料、OC厚度、OC 固化工藝等方面進(jìn)行對比測試，結(jié)果如表5所示。A公司材料優(yōu)于B公司，OC膜厚度減薄，固化溫度提高/時間延長，有利于PCT改善。

4 良率提升

技術(shù)開發(fā)過程中，發(fā)生OC異物高發(fā)問題。我們對異物的特性、狀態(tài)進(jìn)行分析，將異物分為兩類，透明片狀異物和非透明暈狀異物[3]，如圖5所示，針對兩類異物分別進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)排查和改善。

圖5 OC異物Fig.5 Foreign object

4.1 透明片狀異物

第一次測試，該不良導(dǎo)致的CF良率損失高達(dá)21%。該種異物硬度極高，強(qiáng)行修補(bǔ)會導(dǎo)致研磨帶斷裂[4]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，量產(chǎn)使用的低平坦OC易發(fā)生干燥結(jié)晶問題，導(dǎo)致Coater Nozzle堵塞。該異物的形態(tài)和硬度與OC結(jié)晶體類似，因此對Coater管道進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)其中存在大量的結(jié)晶物，如圖6所示。分析認(rèn)為，在管路清洗及新OC材料切換過程中，破壞了原本穩(wěn)定的結(jié)晶體，導(dǎo)致結(jié)晶隨PR膠流出，殘留在玻璃表面。對管道進(jìn)行清潔后，該種異物的發(fā)生率幾乎為0，改善有效。

圖6 設(shè)備內(nèi)結(jié)晶體Fig.6 Crystallizer of OC tank

4.2 非透明暈狀異物

該類不良現(xiàn)象與其它RGB量產(chǎn)品類似，為產(chǎn)線常規(guī)不良，主要是設(shè)備異物及HP/Oven 升華物造成的，但是RGBW產(chǎn)品的發(fā)生率明顯高于RGB產(chǎn)品。我們設(shè)計(jì)了兩個實(shí)驗(yàn)，對低平坦OC和高平坦OC材料成膜后的特性進(jìn)行對比分析。

實(shí)驗(yàn)一：在白玻璃上涂布OC材料，經(jīng)過真空干燥和HP干燥處理后，在膜面散布粉末狀異物，然后用氣槍吹異物，最后通過顯微鏡觀察OC表面狀態(tài)。結(jié)果顯示，低平坦OC樣品表面無異物殘留痕跡，而高平坦OC樣品表面異物殘留明顯，如圖7所示。這一結(jié)果說明，高平坦OC在HP后膜面的吸附性大，環(huán)境異物更容易附著。

圖7 試驗(yàn)一Fig.7 Experiment No.1

實(shí)驗(yàn)二：在白玻璃上涂布OC材料，經(jīng)過真空干燥和HP干燥處理后，在膜面上散布直徑為25 μm的球狀異物，靜置10 min后，通過SEM觀察異物狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，低平坦OC樣品，球狀異物在OC膜的表面；而高平坦OC樣品，球狀異物沉降至OC膜內(nèi)，并在周圍產(chǎn)生圓暈。

圖8 試驗(yàn)二Fig.8 Experiment No.2

實(shí)際生產(chǎn)過程中還發(fā)現(xiàn)，異物周邊產(chǎn)生的圓暈會導(dǎo)致微觀異物檢查機(jī)檢出的不良尺寸大于異物本身的尺寸(圖9)，實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的不良現(xiàn)象類似。這說明高平坦OC在HP后的膜硬度低，異物容易沉降到OC膜內(nèi)，并產(chǎn)生圓暈，導(dǎo)致不良尺寸增大。

以上試驗(yàn)說明，非透明異物的高發(fā)與HP后OC膜面的狀態(tài)和設(shè)備環(huán)境潔凈度相關(guān)，因此制定改善對策如下：(1)更換設(shè)備備件，加強(qiáng)設(shè)備清潔頻率；(2)延長HP時間，改善HP后膜面的粘性和硬度。通過以上改善措施，OC良率提升明顯，從量產(chǎn)初期的97%提升至目前的99.5%以上，達(dá)到與其它量產(chǎn)品一致的良率水平。

圖9 異物檢出尺寸大于實(shí)際尺寸Fig.9 Detection size of foreign object is bigger than actual size

5 結(jié) 論

本文針對RGBW技術(shù)開發(fā)的測試結(jié)果做出詳細(xì)分析論述，并結(jié)合產(chǎn)線現(xiàn)狀對實(shí)際量產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)性能提升。目前該技術(shù)已應(yīng)用于多款RGBW兩款產(chǎn)品中，滿足產(chǎn)品品質(zhì)要求及量產(chǎn)穩(wěn)定性要求。