關于Photo Spacer高度與LC滴入數據聯動的研究報告

合肥京東方光電科技有限公司　江　橋　孟凡維　管禮志　陳維誠　陳　杰　車曉盼　左愛翠　郭紅光　劉俊豪

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關于Photo Spacer高度與LC滴入數據聯動的研究報告

合肥京東方光電科技有限公司江橋孟凡維管禮志陳維誠陳杰車曉盼左愛翠郭紅光劉俊豪

研究了京東方小尺寸出現的一系列高低溫測試過程中出現的重力Mura和Bubble問題，主要為Photo Spacer（PS）存在較大波動，導致LC Margin評價出現偏差，或者LC Margin評價后，實際量產PS存在批次性差異。通過對問題根源的分析，一方面尋找精確測試LC Margin的方案；另一方面對于真實Margin過小的產品，研究LC量與實際PS高度進行匹配，以聯動的方式管控液晶量的滴入，從而克服PS波動過大引起的LC 偏出真實Margin的問題。鑒于目前幾乎所有ADS Mobile產品面臨的面貼按壓水波紋和發黃的現狀，產品在設計時需要增加Main PS的密度，直接影響PS的壓縮率，導致LC Margin過小。而當PS工藝管控能力無法滿足LC Margin過小所需的精度時，從LC與PS聯動的角度研究了解決問題的方案，從而保證產品品質的同時，減小工程管控風險。

PS高度；液晶量；LC Margin；工程能力

一、引言

近年來，隨著移動產品高速發展，高PPI的產品逐漸推出，客戶對畫面品質的要求也逐漸提高，對透過率，對比度的要求也越來越高。另一方面為配合TP工藝的優化，越來越多的客戶選擇使用面貼的工藝，這樣，對于我公司ADS產品的按壓水波紋改善提出了較高的要求，通過以往分析，Main Sub PS段差設計能夠有效減低Touch Mura風險［1］，在后續尺寸不斷增大Main PS密度，降低M-S段差的情況下，勢必會壓縮Cell工廠LC Margin。而當CF Glass上的Photo Spacer（PS）高度管控水平達到瓶頸時，給Cell工廠如何應對過小的LC Margin提出了較大的挑戰［2］。2014年的生產的產品中，陸續出現一些尺寸在廠內高低溫抽檢時出現了重力Mura或低溫Bubble，需要大量的人力物力去協調Sorting不良品，甚至有些尺寸在客戶端出現了相關的問題，給生產，銷售，公司品牌形象造成了損失。本文主要通過對BOEHF 廠內的此種問題，從PS高度和LC滴入聯動方面的進行探索，從LC Margin測試開始尋找出現LC Margin偏差或者過小的原因，提出相應的解決方案。

二、LC滴入偏差造成的問題及原因

TFT LCD由大尺寸轉向小尺寸時，由于單個液晶盒小尺寸產品需要液晶的滴下量比大尺寸產品少很多，因此小尺寸產品對液晶滴下量的微小變化更敏感容易出現重力Mura與低溫Bubble的問題［3］。

對于每一款新產品，在開發階段根據產品規格的要求，會設計Cell Gap，PSH，PS密度和M-S段差等相關參數，這些參數確定后，產品首次試驗品投入時會對自身設計進行LC Margin 測試［4］，例如產品A，在測試時首先計算理論中心液晶量（計算方式為相應盒厚所對應的盒內體積減去盒內所有膜層有占用的體積，計算出每個最小單元所需液晶量，再換算成每滴液晶量的重量，此處不做詳述），再對此中心液晶量做擴展測試，一般設定-6%，-4.5%，-3%，-1.5%，0%，+1.5%，+3%，+4.5%， +6%（0%表示中心液晶量，-1.5%表示中心液晶量*98.5%，+1.5%表示中心液晶量*101.5%），分別對各個階梯的液晶量進行高低溫和Code Bubble評價，從而得出安全的液晶量范圍，稱為產品的LC Margin。當產品A的LC Margin確定后，選取相對中心的液晶量作為產品投入的LC 滴入值（暫不考慮其他因素），若產品A的LC Margin為-3%～+3%，選取0%作為產品A的中心液晶量。理論上，產線會根據實際的PS管控能力和LC滴入精度來評判一款產品的LC Margin是否滿足量產條件。如果產線的管控能力可以滿足6%的范圍，那么我們可以認為產品A是可以滿足產線的要求，反之，則認為不滿足。

但是在我們的評價過程中，往往并未考慮到做LC Margin測試的Glass的PS管控情況，如果不同階梯的液晶量滴所滴的Glass上PS高度存在較大的差異，所得出的LC Margin本身就存在準確性問題，再以此來決定量產的條件，很容易在生產過程中，由于PS高度的波動情況與LC Margin測試時的波動情況不一致而出現問題。若量產的PS高于LC Margin測試時的PS，中心液晶量相對于量產Glass較低，容易出現Code Bubble風險，反之，則容易出現重力Mura（如圖一，二所示）。

圖一 重力Mura現象Fig.1 Phenomenon of G-Mura

圖二 Code Bubble現象Fig.2 Phenomenon of Code Bubble

所以，在討論PS-LC 數據聯動之前，我們首先需要討論LC Margin 測試準確性。

三、LC Margin測試

在通常情況下，LC Margin測試會選擇在幾張Glass上分區依次滴入不同的液晶量，然后將不同液晶量的Panel送QE進行高低溫和Code Bubble測試，從而得出安全的LC滴入區間。由于LC Margin與PS高度和M-S段差有直接關系，當PSH存在波動時，很可能導致每次評價的LC Margin存在一定偏差。

PS制作工藝是采用整面Coating涂覆再Mask曝光的方法，在涂覆過程中，邊緣與中心不可避免的會產生均一性不好的問題（如圖三所示）。用以往的方式，相同的LC量滴在不同的PS高度上，結果必然是不同的，為了規避由于PS高度波動的風險，我們研究了精確測試的方法。

圖三 PSH均勻性Fig.3 PSH Uniformity

在做LC Margin之前，選取一定數量的Glass（根據實際尺寸選取），LC工藝前將PSH以Panel為單位進行全測，將測試后的數據進行整理，按一定的間距進行劃分區間，以產品B為例，一張玻璃上可切出408個Panel（如圖四所示）。

圖四 PS Height 分布情況Fig.4 The distribution of PS Height

選取四張玻璃，將其根據PS高度分為6個區間（每個區間Range為0.03μm），均值分別為3.955μm， 3.985μm， 4.015μm， 4.045μm，4.075μm， 4.105μm（如圖五，為了拉開PS高度差，可以將玻璃兩兩選用不一樣的PSH進行投入），其中滿足評價數量需求的區間為4個：3.985μm， 4.015μm， 4.045μm， 4.075μm，再將這四個區間的Panel按不同的液晶量進行LC Margin評價。

圖五 PS Height 區間Fig.5 PS Height interval

得出LC Margin評價結果分別為-4%～2%，-3%～3%，-2%～4%，-1%～5%（如圖六所示），那么得出的結論為，當PSH高度管控在3.97～4.09μm之間的LC Margin為-1%～2%，若此Margin可以滿足工程能力要求Spec，那么可以正常進行量產。后面我們要討論的是，如果此Margin過小，或者PSH高度管控超出工程能力，我們該如何對應。

圖六 各PS區間所對應的LC MarginFig.6 The PS range of LC Margin

四、PS-LC聯動原理

通過上文介紹，我們了解了LC Margin的測試方案，那么當得知產品B的LC Margin為-1%～2%，PSH高度管控能力無法保證在3.97～4.09μm，而一旦PSH超出標準，繼續沿用-1%～2%的LC Margin勢必會造成重力Mura（液晶量相對過多）或者Code Bubble（液晶量相對過少）的風險。為應對此問題，我們繼續研究了通過使LC滴入設備與PSH測試設備數據聯動的方法來進行LC滴入作業。我們已經通過上文所述的LC Margin測試方法得出了精確的LC Margin，得到的數據我們可以擬合出PSH高度與中心液晶量的關系，通過擬合我們看到LC中心液晶量與PSH其實是線性關系，得出兩者的關系為：y=0.333x-1.3383（其中y為中心液晶量，x為PS Height），利用此公式，我們完全可以獲得沒有進行LC Margin測試的PS高度所對應的中心液晶量，比如由于數量過少沒有進行測試的PS平均高度為3.955μm的Panel，代入公式得出中心液晶量y=0.333*3.955-1.3383，y= -2.1%（如圖七所示）。

圖七 PS-LC 聯動公式Fig.7 The formula of PS-LC Link

那么，我們只要將PSH測試設備與LC滴入設備通過此公式建立一一對應的關系，我們就能完成PSH與LC 滴入數據的聯動。

通過測試每張Glass上每個Panel上的PSH，再將數據傳輸到LC設備上，LC滴入時通過聯動公式分配每張Panel所需的液晶量，此即為PS-LC聯動，但對應實際生產時面臨著產能不足的問題，如果原先的PSH測試設備測試頻率為每三張Glass測試一張，每張測試二分之一的Panel，那么為了實現PS-LC聯動，PSH測試時間需要為原來的6倍，如此巨大的測試工作量，產線設備顯然無法對應，為了降低測試時間，同時又盡量使PS-LC聯動體現最大的價值，我們研究了區域聯動的方案。

以產品C為例，每張Glass有494個Panel，將Glass一共劃分為38個小區域，每個區域有13個Panel。安排每個區域測試兩個Panel的PSH，然后取平均值作為該區域的PSH，通過系統將此PSH作為該區域每個Panel的值，LC滴入設備讀取數據后自動調整為所需的LC滴入量。按照此方案，PSH測試時間為原有測試時間的2.1倍左右，減輕了PS-LC聯動對PSH測試產能的影響，但區域聯動不能精確到每張Panel，聯動的優勢有所影響（如圖八所示）。

圖八 產品C 布局Fig.8 Product C Layout

五、PS-LC聯動模式優勢

我們將量產所使用的液晶量和PS-LC聯動所使用液晶量進行了對比，通過區域聯動，我們大大降低了PS高度波動引起的LC量滴入偏差的風險（如表一所示）。

表一 PS-LC聯動效果分析Table1.8 PS-LC Link effect analysis

通過聯動公式我們可以得出每個Panel的理論液晶量（每個Panel測試一個PSH值），然后將量產方式使用的液晶量，聯動方式使用的液晶量分別與理論值進行相減，我們可以看到偏差在1%～3%范圍的聯動方式明顯減少，而通過尋找PSH平坦度的分布規律，我們對PSH測試點位進行一定調整后，得出了聯動修正結果，可以看到，偏差2%～3%的panel數量有進一步的降低。

由于無法保證Panel為單位的聯動，區域PS-LC聯動仍然存在一定的風險，后續我們將通過對平坦度數據進一步的分析，實現在現有測試數量的情況下，保證最大限度的降低LC滴入偏差的風險。

另一方面，由于有了PS-LC聯動的對應方案，工程對LC Margin的要求將會降低，這給產品設計提供了巨大的保障，給按壓水波紋，Push Mura等需要涉及PS密度，M-S段差變更的不良的改善提供了可行性。

六、總結

通過以上對PSH設備與LC滴入設備數據聯動的研究，我們找到了精確測試LC Margin的方案，解決了以往LC Margin評價存在的一些弊端，并且通過對PSH進行分段評價LC Margin ，我們可以擬合PS-LC聯動的公式，從而推斷出不同PSH的LC Margin，為量產對應PS-LC聯動方案提供了可能。而量產PS-LC聯動的導入，降低了工程對LC Margin的要求，為了改善按壓水波紋等不良，增大PS密度提供了解決辦法，為進一步提升產品競爭力提供了幫助。

［1］齊鵬，施園，劉子源.TFT-LCD Touch Mura不良的研究和改善.液晶與顯示.2013.

［2］楊國波，王永茂，趙軍，等.ODF工藝的進展［J］.光機電信息，2011.

［3］楊國波，王永茂，王向楠，等.ODF工藝中液晶滴下量的優化.液晶與顯示.2011.

［4］ Odahara S，Yamashita H，Momoi Y，etal. Post technology for TFT/LCD［C］//SID’0］，San Jose，USA:SID，2001.