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        TFT-LCD窄邊框工藝的局限性研究

        2021-02-28 06:49:34鄂爾多斯源盛光電有限責(zé)任公司王文強郭劍偉賀新鋼
        電子世界 2021年22期
        關(guān)鍵詞:工藝產(chǎn)品設(shè)備

        鄂爾多斯源盛光電有限責(zé)任公司 陳 帥 張 顯 王文強 郭劍偉 賀新鋼 陳 卓

        隨著人們對手機外觀審美的提高,面板廠商為了適應(yīng)市場需求以客戶、市場為導(dǎo)向的經(jīng)營方針決定了窄邊框技術(shù)成為一種必然趨勢。薄膜晶體管液晶顯示器的窄邊框研究過程不斷沖擊著TFT-LCD生產(chǎn)工藝能力和設(shè)計能力的極限。當(dāng)然,任何極限都不能破壞產(chǎn)品應(yīng)該保證的可靠性水平,進而引發(fā)出新技術(shù)的應(yīng)用以同時滿足產(chǎn)品品質(zhì)和工藝設(shè)計能力。本文從Cell成盒工藝的局限性入手,重點說明如何從工藝和設(shè)計兩個方面進行改善,工藝上主要從配向膜印刷、封框膠涂布、切割等工藝進行分析改善,設(shè)計上主要從CF BM層挖孔、TFT PLN層挖孔、TFT金屬線挖孔等方面進行分析改善。

        近年來,手機在人們生活中的扮演的角色越來越重要,隨著技術(shù)發(fā)展和市場需求,智能機呈現(xiàn)出2個發(fā)展趨勢:更高解析度和更窄的手機邊框。窄邊框設(shè)計的興起,除滿足消費者對視覺美的追求外,更兼顧了握持、便攜等多方面因素。

        市場競爭激烈,可是窄邊框技術(shù)在Cell成盒工藝仍存在局限性,我們從工藝和設(shè)計兩個方面進行改善,工藝上主要從配向膜印刷、封框膠涂布、切割等工藝進行分析,設(shè)計上主要從CF BM層挖孔、TFT PLN層挖孔、TFT金屬線挖孔等方面進行分析。

        1 改善方案

        成盒工藝技術(shù),其主要包括配向膜印刷、液晶滴入框膠涂覆和切割工藝。一方面需要從工藝上提升管控能力,另一方面在設(shè)計上研究提升產(chǎn)品性能的可行性方案。

        1.1 工藝改善

        工藝上主要從配向膜印刷(PI Print)、封框膠涂布(Seal Draw)、切割(Cutting)等工藝進行分析改善。配向膜的邊緣在產(chǎn)品邊框區(qū)域,若配向膜印刷工藝不穩(wěn)定,邊緣不均勻,一方面會影響到封框膠的涂布,另一方面會影響到配向膜與封框膠的重疊區(qū)域,進而影響到產(chǎn)品的信賴性水平,所以需對配向膜印刷進行工藝能力提升。

        對窄邊框產(chǎn)品設(shè)計,很關(guān)鍵的步驟就是封框膠涂布,封框膠(Sealant)的主要用途是將TFT玻璃基板和CF玻璃基板粘接異物等雜質(zhì)進入盒內(nèi)而污染液晶。在產(chǎn)品邊框變窄后,還要避免封框膠由于工藝波動進入顯示區(qū)(AA區(qū)),否則封框膠進入AA區(qū)就會影響產(chǎn)品顯示效果。

        切割時,切割工藝不穩(wěn)定一方面體現(xiàn)在刀輪可能對Sealant造成損傷,氣體沿著Seal損傷部分進入產(chǎn)品導(dǎo)致產(chǎn)品NG,另一方面體現(xiàn)在切割精度上,本身產(chǎn)品邊框變窄后,若再被切掉較大的一部分,則也會影響到產(chǎn)品的信賴性水平。

        1.1.1 配向膜印刷工藝管控

        合格的產(chǎn)品要求PI膜(配向膜)完全覆蓋顯示區(qū),所以PI Edge Margin的精度控制異常重要,PI Edge位于產(chǎn)品邊框,當(dāng)PI印刷不穩(wěn)定時,PI會引起Panel邊緣的高度斷差,到達ODF工序時會影響到邊框膠的涂布,造成信賴性異?;騁ap異常,所以邊框越窄,對于PI Edge Margin要求越嚴(yán)格。

        窄邊框需配向膜印刷從下面三個方面進行工藝和設(shè)備改善:

        (1)PI Align精度改善;

        (2)APR掛版精度改善;

        (3)APR版Design Offset。

        1.1.2 封框膠涂布工藝管控

        邊框膠(Sealant)的主要作用是粘結(jié)TFT與CF基板,對Panel四周進行密封,邊框膠在產(chǎn)品邊框位置進行涂布,所以邊框的設(shè)計必須考慮Sealant膠涂布的位置精確性、膠寬(Seal Width)穩(wěn)定性和均一性。

        當(dāng)Sealant膠涂布穩(wěn)定性較差時,Seal Width會偏離目標(biāo)值,當(dāng)Seal Width過大時,造成的影響主要有:

        (1)Sealant膠涂布在Panel邊緣切割線(Cutting Line)上,造成Cutting Line上切割介質(zhì)不均一,會影響Panel Cutting工藝,造成Cutting不良;

        (2)Sealant膠靠近顯示區(qū)的內(nèi)邊緣無法在UV Cure工序中完全固化,造成Sealant膠與液晶相污染,可能會有Corner Mura和穿刺等不良;

        (3)Sealant膠膠量過大時,會造成Gap性不良;

        當(dāng)Seal Width過小時,無法提供合格的粘著力甚至?xí)l(fā)生Seal Leak等不良。

        Sealant膠涂布的位置精確性也非常重要,如果與目標(biāo)涂布位置發(fā)生偏差,同樣會造成Cutting不良、穿刺和UV無法完全固化等情況。

        產(chǎn)品邊框的空間有限,所以邊框越窄,對于Seal Draw要求越嚴(yán)格,不僅需要控制Seal Width和涂布位置精度,還要求涂布的Sealant膠越細,但是對于涂布設(shè)備來講,涂布越細,出膠受其他因素的影響越大,涂布的穩(wěn)定性就越難以控制。

        圖1是傳統(tǒng)Seal涂布方式。

        圖1 單個Panel涂布

        單個Panel涂布。表1是產(chǎn)品生產(chǎn)時邊框位置需要考慮的工藝條件。

        表1 邊框設(shè)計參數(shù)

        由于傳統(tǒng)單個Panel涂布方式受工藝條件和邊框設(shè)計限制,無法應(yīng)用在窄邊框產(chǎn)品中,以0.7mm邊框產(chǎn)品為例,見圖2所示。

        圖2 單個涂布對應(yīng)0.7mm邊框設(shè)計

        如圖2所示,考慮到邊框設(shè)備工藝條件,0.7mm邊框的Sealant膠涂布寬度為0.2mm,而目前0.2mm的Seal Width對于涂布設(shè)備穩(wěn)定涂布是一個非常大的挑戰(zhàn)。

        綜合來看,0.7mm窄邊框需Seal Draw從Seal Width穩(wěn)定性和均一性、Seal涂布位置精度和Seal Pattern三個方面進行工藝和設(shè)備改善。

        (1)Seal Width穩(wěn)定性和均一性改善

        產(chǎn)品在ODF工序?qū)兄?,Seal膠的厚度(Seal Thickness)主要由Si ball決定,所以Seal Width與邊框膠的截面積呈一定關(guān)系變化。為了驗證此關(guān)系,我們通過分析涂布設(shè)備測量的Wet Area數(shù)值與Seal Width數(shù)值,見表2,得出圖3:Seal Width與Wet Area Data分析圖。(Si ball=3.6um)

        表2 Wet Area、Seal Width、Seal Thickness三者關(guān)系

        Seal Thickness=Wet Area/Seal Width,從表2中三者關(guān)系可以看出Seal Thickness幾乎與使用的Si Ball Size相同,保持一個固定值,從圖3、Seal Width與Wet Area Data分析圖,可看出Seal Width與Wet Area的變化趨勢完全相同,所以我們完全可以通過管控Wet Area Data實現(xiàn)控制Seal Width的目的。

        圖3 Seal Width與Wet Area Data分析圖

        既然Seal Width與Wet Area Data呈正比例變化,那么通過管控涂布設(shè)備的Wet Area Data就可有效控制Seal Width。對于Wet Area Data我們主要從設(shè)備、備件和工藝等三個方面進行管控。

        首先對設(shè)備相關(guān)進行說明。我們在購買涂布設(shè)備并對設(shè)備進行檢討時,考慮到M社的Seal Dispenser采用新型的Screw Dispensing方式,見圖4,具有傳統(tǒng)的Air Pressure方式所不具備的優(yōu)點,并克服了Air Pressure在吐膠和吸膠時的Air不穩(wěn)定性,故最終決定采用M社設(shè)備。Screw Dispensing方式為機械式涂膠即使在長時間Dispensing下,對Sealant粘度變化的對應(yīng)能力也很強,Seal Wet Area均一性也保持的較好。

        圖4 螺桿式Screw Dispenser方式

        其次對備件相關(guān)進行說明。在選擇備件時,考慮到穩(wěn)定控制Wet Area Data的需求,所以采用一次性Syringe,可避免Syringe反復(fù)清洗使用導(dǎo)致Particle產(chǎn)生堵塞Nozzle造成涂布出膠不暢等異常情況的發(fā)生。同時在Nozzle Material上選擇SUS+Ruby,Ruby表面更光滑,能夠使Sealant膠流動更順暢,見圖5所示。

        圖5 Nozzle和Syringe

        最后對設(shè)備的工藝規(guī)格進行說明。在廠商對設(shè)備調(diào)試階段,我們對設(shè)備在工藝上的要求是:

        1)Wet Area & Wet Width & Wet Height Accuracy for each head ≤±10% 以內(nèi);

        2)Start~End Wet Area ≤ Main Seal Wet Area 113%。

        通過對設(shè)備的不斷調(diào)試,涂布穩(wěn)定性和均一性取得了極大的改善,我們設(shè)定Seal Wet Area Target=1500um2做涂布測試,結(jié)果誤差控制在±10%以內(nèi),見圖6所示數(shù)據(jù)。

        圖6 1500um2 Wet Area Test Data

        (2)Seal涂布位置精度改善

        設(shè)備的涂布位置也是有一定的偏差的,產(chǎn)品邊框?qū)挾扔邢?,若涂布位置偏差過大,一方面會增加不良的風(fēng)險,另一方面則需要增大產(chǎn)品邊框,降低位置偏差導(dǎo)致的不良風(fēng)險,所以實現(xiàn)窄邊框,需要在設(shè)備調(diào)試與操作當(dāng)中不斷改善涂布位置精度。

        (3)Seal Pattern變更

        由于單個涂布方式局限性非常明顯,新的方式Cutting On Sealant被設(shè)計出來,見圖7。Cutting On Sealant方式由于將Seal To Edge位置省去變?yōu)镾eal涂布區(qū),可增加Seal Width,有效增強粘著力,具有極強的應(yīng)用性。

        圖7 Cutting On Sealant對應(yīng)0.7mm邊框設(shè)計

        為了增強Seal粘著力,提高Sealant膠接觸面積,將Seal To UV區(qū)域適當(dāng)減小,變?yōu)?.15mm。

        1)Seal Pattern 1

        圖8 Seal Pattern 1是Cutting on Sealant的一種方式,但是Sealant膠并沒有直接涂布在GOA邊Cutting Line上,而是靠近Cutting Line,依然按照單Panel 四方形涂布,當(dāng)在Vacuum Align設(shè)備中TFT與CF基板對盒時,受到壓力擠壓,Sealant膠會左右擴展,相鄰Panel GOA邊Sealant膠則按照涂布寬度與涂布位置的選擇有一定的Overlap,如圖9,當(dāng)沿Cutting Line切割時,將Sealant膠Overlap區(qū)域一分為二,此方式也是在保持涂布設(shè)備工藝穩(wěn)定性的前提下,實現(xiàn)涂布細線化,但是這種涂布Pattern實現(xiàn)框膠細線化能力較弱,節(jié)省的涂布區(qū)域僅僅是Overlap區(qū)的一半,且Seal膠Overlap區(qū)域無法做大,目前判斷最多Overlap應(yīng)≤0.2mm,否則可能會造成Gap性不良。且為了維持盒厚Gap的均一性,當(dāng)Overlap區(qū)膠量過多無法擴展時,Sealant膠會向顯示區(qū)內(nèi)側(cè)擴展,最終無法實現(xiàn)框膠細線化。

        圖8 Seal Pattern 1

        圖9 Seal Overlap區(qū)

        由于Sealant膠涂布區(qū)域Gap值無法測量,無法判斷Overlap區(qū)Gap與非Overlap區(qū)Gap是否存在差異,但是理論上來講Overlap區(qū)Gap會略大一些,且在Vacuum Align設(shè)備中壓合時,框膠會受到由上至下的擠壓力,由于框膠具有流動性,它會向左右方向擴展,當(dāng)Sealant膠接觸時,由于上部具有空間,壓力較小,Sealant膠會擠壓向上,造成底部縫隙,同時由于框膠是非直線邊緣,導(dǎo)致Overlap區(qū)Sealant膠接觸的點也不同,最終會造成Overlap區(qū)粘著力較差。

        2)Seal Pattern 2

        圖10是8字畫法,與傳統(tǒng)單Panel四方形涂布pattern相比,由于涂布設(shè)備的Head一次性將所有Panel全部涂布完成,避免了Nozzle下降和上升的時間,可高效的降低涂布時間,節(jié)省Tact time。但是由于8字畫法在GOA邊側(cè)會有Sealant重復(fù)涂布區(qū)域,可能會造成框膠的堆積,會比其他區(qū)域Seal Width略大一些。

        圖10 Seal Pattern 2-8字畫法

        3)Seal Pattern 3

        圖11 Seal Pattern1是Seal on Cutting line上一種新型的涂布方式,通過Panel切割,將Sealant膠沿Cutting Line二等分,此方式對設(shè)備涂布Seal Width降低了要求,只需涂布目標(biāo)寬度的2倍,既保持了涂布設(shè)備的工藝穩(wěn)定性,又巧妙的實現(xiàn)了框膠細線化。

        圖11 Seal Pattern 3

        經(jīng)觀察涂布設(shè)備在Glass上的框膠涂布狀況和框膠固化后的形態(tài),發(fā)現(xiàn)此方式對于窄邊框設(shè)計有更好的對應(yīng)性。

        以上3種涂布pattern都可通過調(diào)試設(shè)備再次優(yōu)化,綜合分析各Seal Pattern的優(yōu)缺點,見表3。

        表3 Seal Pattern優(yōu)缺點比較

        從量產(chǎn)性上考慮,Seal Pattern 3最易實現(xiàn)邊框膠細線化,最適用量產(chǎn),而其他涂布方式框膠細線化的范圍較窄,超窄邊框產(chǎn)品的量產(chǎn)存在局限性。

        1.1.3 Cut工藝管控

        窄邊框設(shè)計對Cutting提出的最大要求是控制切割位置精度,切割位置精度對邊框有兩個方面的影響。

        (1)單Panel涂布方式,設(shè)計上為Cutting位置留出的空間越小,Seal Width就可相對增大,對于產(chǎn)品的信賴性等有極大的好處,如Peel Off、PCT和粘著力。

        (2)切割位置精度較差時,會切在Sealant膠上,由于切割介質(zhì)不均一,會造成產(chǎn)品出現(xiàn)Cutting不良和毛刺等。

        1.2 Design Optimize

        窄邊框設(shè)計中邊框設(shè)計優(yōu)化是非常重要的一個方面,除了考慮到對產(chǎn)品品質(zhì)的影響,還需顧慮到設(shè)備工藝對應(yīng)情況。邊框做窄,Sealant膠細線化,對產(chǎn)品信賴性通過提出很大的挑戰(zhàn),尤其是Peel Off和PCT等測試。為了對應(yīng)這些情況,在邊框設(shè)計上做如下優(yōu)化。

        1.2.1 BM挖槽

        BM主要作用是防止背景光泄漏,提高顯示對比度,在保證不會漏光的前提下,在CF基板上邊緣BM挖適當(dāng)尺寸的溝槽,可避免水汽通過BM進入到Panel內(nèi),達到改善PCT的目的。同時由于BM缺失造成的斷差,Seal膠填充進入增大接觸面積也可有效增強Seal粘著力,見圖12。

        圖12 BM挖孔示意圖

        1.2.2 PLN挖槽

        框膠既要細線化又要保持粘著力,可選擇在TFT Glass上PLN層挖孔,在Panel的Corner部由于PLN挖孔,TFT與CF在Vacuum Align設(shè)備中對盒時,Sealant膠會進入PLN中溝槽,增大Sealant膠的接觸面積,有效增加粘著力,對于Corner的Peel Off有很大的改善。至于具體的溝槽數(shù)量和形狀,則要考慮周邊電路的設(shè)計,見圖13所示。

        圖13 PLN挖孔示意圖

        在邊框邊緣位置,PLN層存在斷差,在涂布邊框膠時要考慮這一情況,涂布的Sealant膠要彌補這一斷差,勢必會造成Seal Width有所減少。

        1.2.3 Array金屬線挖槽

        要保證產(chǎn)品具有高粘著力,首先必須保證Sealant膠對盒后能得到有效的UV固化,可是由于TFT基板上的金屬走線會遮擋UV照射,使部分框膠得不到及時固化,此時Sealant膠達不到要求的強度,導(dǎo)致液晶材料與未固化的邊框膠接觸,致使電壓保持率下降和發(fā)生液晶取向不良、穿刺甚至液晶穿透邊框膠等。所以在邊框設(shè)計上,需要在TFT Array金屬線上盡可能的多留出空隙,減小線寬以提高UV透過率。

        1.2.4 PI APR版更改

        邊框越窄,對PI Edge Margin的范圍控制越嚴(yán)格,0.7mm Border的產(chǎn)品要求PI印刷精確控制,以避免對Sealant膠涂布造成影響或者減弱粘著力。為了積極應(yīng)對此問題,特將APR版進行改善,以線狀印刷對應(yīng)GOA邊,則在Pad側(cè)和MUX側(cè),存在PI Edge Margin,但是在GOA邊,PI與Sealant完全Overlap,不存在PI Edge,將PI對邊框設(shè)計的影響降到最小,方便我們在GOA邊實現(xiàn)窄邊框技術(shù)。

        1.2.5 Cutting刀輪變更

        采用Cutting On Sealant涂布方式時,由于Cutting Line上存在Sealant膠導(dǎo)致切割介質(zhì)由傳統(tǒng)的Glass變更為混合切割介質(zhì),Glass + Sealant膠,會造成應(yīng)力的差異,對Cutting Ability是一個極大的挑戰(zhàn),Cutting需要更換成更適合Cutting On Sealant的刀輪,同時重新確定切割工藝條件,避免出現(xiàn)切割不良、毛刺等不良。

        2 總結(jié)

        本文對窄邊框技術(shù)在對盒工藝的局限性進行研究,詳細闡述了從設(shè)計、工藝上如何實現(xiàn)窄邊框產(chǎn)品的局限性突破與改善,主要結(jié)論如下:

        2.1 工藝優(yōu)化

        PI Print需改善PI Align精度、APR掛版精度。Seal Draw需改善涂布位置精度、Seal Width穩(wěn)定性和均一性,Seal Pattern須由傳統(tǒng)單個涂布方式改為Cutting On Sealant涂布方式,更易實現(xiàn)邊框膠細線化,且省去Seal To Edge留出的工藝空間,增加Seal Width,有效增大粘著力。Cutting需嚴(yán)格控制切割位置精度。

        同時設(shè)備上也要匹配工藝,Seal Dispenser使用Screw Dispensing方式,Seal Wet Area均一性更好,采用SUS+Ruby Nozzle和一次性Syringe,Sealant膠流動更順暢。

        2.2 設(shè)計優(yōu)化

        通過BM挖槽、PLN挖槽及金屬線挖槽增大封框膠的接觸面積,可以有效的增大粘著力。在封框膠膠寬較窄的的窄邊框產(chǎn)品上,可以滿足產(chǎn)品信賴性的要求,為窄邊框的實現(xiàn)奠定牢靠的基礎(chǔ)。

        綜上所述,人們對于極窄邊框、“無”邊框產(chǎn)品需求是永無止境的,在窄邊框產(chǎn)品設(shè)計的道路上,本研究的思路和方案也可作為后續(xù)繼續(xù)提升的參照。

        文章創(chuàng)新點:本文對窄邊框技術(shù)在對盒工藝的局限性進行研究,重點說明如何從工藝和設(shè)計兩個方面進行改善,工藝上主要從配向膜印刷、封框膠涂布、切割等工藝進行分析改善,設(shè)計上主要從CF BM層挖孔、TFT PLN層挖孔、TFT金屬線挖孔等方面進行分析改善。

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