小尺寸FFS產品Zara分析與改善研究

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技術的日趨成熟，人們對顯示性能的要求不斷提高。為滿足低功耗、高響應速度、高分辨率、寬視角的要求，各LCD生產廠商競相開發新的工藝技術和生產流程，TFT-LCD技術百花齊放。而FFS(Fringe Field Switching)技術作為兼備廣視角和高透過率的唯一技術[1-2]，越發受到制造廠商的青睞。

2010年1月26日蘋果Ipad問世，其將創新的移動電話、可觸摸寬屏iPod以及具有桌面級電子郵件、網頁瀏覽、搜索和地圖功能的突破性因特網通信設備這3種產品完美地融為一體。平板電腦開始引起人們的廣泛關注。顯示器制造廠商順應市場需求，開始轉向這種便攜[3]、易用、具有隨時隨地可聯網功能的平板電腦的開發與生產。為提高產品競爭力，高分辨率、寬視角、流暢的畫面以及合適的屏幕尺寸是必要的條件。FFS技術因很好地具備了以上要求，成為各制造商的優先選擇。但FFS技術運用于小尺寸生產過程中，Zara類不良高發，產品良率低，造成了成本增加問題。Zara源于日語，用于表示顯示畫面的不良現象，多指液晶面板在暗態畫面下顯示區域發生的微小漏光現象[4]。由于日本在TFT-LCD方面起步較早，技術水平先進，所以業內一直沿用至今。

本文通過對小尺寸FFS產品Zara類不良分析，收集大量數據，建立了Phenomenon-Cause的

4種理論模式，并針對廣泛發生的前2種模式Zara進行試驗，得到可明顯改善Zara不良的方法。

2 Zara的現象

全黑畫面下面板上的小亮點(如圖1)。100×目鏡觀察小亮點可見非全像素的發亮，排除TFT開關異常的可能。

圖1 Zara現象示意圖Fig.1 Schematic of Zara phenomenon

在小尺寸面板生產中，此類Zara為常見不良，且形態多樣，形成原因較多，比較嚴重的影響產品良率，對該不良的改善與解決尤為迫切。

3 Zara的分類與產生原因

我們對收集的132個Zara進行顯微鏡觀察，依據現象可將其分為4類，分別命名為模式①～④，其現象與分類依據的特點如表1所述。

表1 Zara的分類及特點

續表

為了研究這4種模式的發生機理，每種模式隨機挑選4顆樣本進行如下分析：

步驟一：激光標記Zara點位置；此步驟對模式①Zara無效，因該模式Zara會跟隨著液晶移動或者消失在黑矩陣下，無法標記；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記位置；

步驟三：采用聚焦離子束測試儀(FIB)觀察標記位置的表面形貌；

步驟四：利用EDX全息掃描對Zara點進行成分分析；

通過對各模式分析，得到如下結果：

(1)模式①，樣本1～4 在剖屏前均為輕觸不良區域，Zara樣本即產生大范圍移動或隱蔽到黑矩陣下，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。由于無法定位，暫未得到準確的FIB結果。但取向膜材料大多是聚酰亞胺材料[5]，摩擦工藝過程會產生摩擦碎屑，當摩擦后清洗過程中未有效清除則形成此類Zara。另一個原因為對盒工藝液晶原材中含有細小雜質，即所觀察到的浮游性小顆粒，目前暫未有此方面的驗證數據，有待繼續研究。

圖2 模式①按壓前后對比圖片Fig.2 Comparative picture before and after pressing the surface of mode ①

(2)模式②，樣本1～4均經過剖屏，沖洗液晶，氣槍吹干等過程，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側無損傷，彩膜基板側取向膜可見明顯凹坑，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，后因為摩擦及清洗，顆粒掉落。全息掃描結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Fig.3 Microscope and FIB picture of Sample 1

樣本2，如圖4，剖屏去液晶后TFT側無損傷，彩膜基板側取向膜上粘附約10 μm的小碎屑，全息掃描結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Fig.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無損傷，TFT側取向膜上可見明顯擦痕，可觀測到殘留部分小碎屑。

圖5 樣本3和4 顯微鏡及FIB圖片Fig.5 Microscope and FIB Picture of Sample 3&4

綜上，樣本1～4在陣列或彩膜基板側的取向膜面存在明顯損傷，造成取向膜對液晶的取向能力不足，發生Zara漏光[6]。結果表明，模式②產生原因為取向膜表面明顯的損傷。

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)，導致Zara漏光的例子。

圖6 取向膜下顆粒導致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，剖屏去液晶后消失，如圖7。

樣本4如圖8所示，異物在陣列基板側保留，FIB制樣時異物明顯移動，全息掃描結果顯示異物C元素較周圍富集。

圖8 樣本4 FIB結果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～對盒前掉落至盒內的異物引起。

(4)模式④，樣本1～4均有如下規律：剖屏前不良位置在顯微鏡下可見明顯光亮，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，而后，在不良區域重新滴下液晶之后不良現象重現，FIB進行表面形貌確認，無明顯損傷，如圖9所示。可以確定模式④為島狀性不良。

圖9 Sample重加液晶后圖片Fig.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致液晶無法有序排列，其現象為顯示器局部位置漏光[4]。通過以上的分析，建立Zara不良的Phenomenon-Cause模式如表2。

表2 Zara 不良Phenomenon-Cause模式

續表

4 實 驗

本文針對模式①②，從提高取向膜的均一性[8]；改善摩擦工藝接觸面狀態和減少碎屑產生3個方面進行實驗。首先，對彩膜基板取向膜轉印板進行了設計變更，提高取向膜在基板非顯示區域的覆蓋率；第二，變更彩膜基板側涂層材料，增加彩膜基板表面平坦度；第三，對彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角度進行優化。

實驗測試用的液晶面板由京東方六代線TFT-LCD生產工藝制備，樣品為FFS型常黑模式的20.32 cm(8 in)面板。實驗分別制作了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分別進行彩膜基板表面取向膜轉印，其他同量產，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行點燈檢測(同量產檢測標準)，統計Zara不良的發生率。對彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角度優化，觀察摩擦百回后柱狀隔墊物周圍實際碎屑的發生情況。

5 結果與討論

5.1 APR覆蓋率對Zara發生率的影響

圖10 APR覆蓋率與Zara發生率關系Fig.10 Relationship between coverage rate of APR and incident rate of Zara

圖10為APR覆蓋率與Zara發生率之間的關系；圖中橫坐標為APR Rev1～3，分別代表覆蓋率80%～85%，85%～90%，90%～95%，縱坐標為Zara類不良的發生率。如圖10所示，隨著APR覆蓋率提高，Zara發生的比率有所降低。

5.2 彩膜基板涂層材料對Zara發生率的影響

在APR Rev.3基礎上，變更彩膜基板涂層材料的實驗結果如圖11所示。

圖11 涂層材料與Zara發生率關系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發生率之間的關系；圖中橫坐標為彩膜基板涂層材料分別采用Type A與Type B，縱坐標為Zara類不良的發生率。如圖11所示，涂層材料選擇Type B，Zara發生的比率有所降低。

5.3 彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角與Zara的關系

為了進一步降低Zara發生率，對彩膜基板上柱狀隔墊物的坡度角度進行變更，圖12為柱狀隔墊物變更先后的形態。

如圖12所示，減小彩膜基板上柱狀隔墊物坡度角度對摩擦工藝后碎屑的改善顯著。柱狀隔墊物坡度角度為90°時，面板顯示區域內外區域碎屑均較多，依賴于后續的清洗設備除去；而柱狀隔墊物坡度角度減少到53°時，面板顯示區域內外均未產生明顯的碎屑，從源頭了杜絕Zara的發生。

圖12 柱狀隔墊物坡度角變更前后碎屑發生情況Fig.12 Chip status before and after PS Profile alteration

6 結 論

實驗結果表明，變更APR，增大取向膜在非顯示區域的覆蓋面積，可有效降低Zara的發生率；取向膜覆蓋率在90%～95%之間時，Zara發生率最低；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生，從源頭上防止了Zara的發生。下一步工作在穩定以上變更工藝的基礎上進一步對摩擦工藝后清洗能力提高進行研究和改善。

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