Zara Domain不良的研究與改善

左愛翠，高榮榮，陳維誠，滕 玲，岳 麓，湯列金

(合肥京東方光電科技有限公司Cell分廠，安徽 合肥 230012)

1 引 言

近年來，隨著電子產品的高速發展，社會競爭也越來越激烈，產品更新換代越來越快，薄膜晶體管液晶顯示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)因其工作電壓低、工作耗能低、且輻射較小、以及輕薄美觀等優勢為大眾所喜愛，廣泛應用于電視、電腦、手機、醫療等各類信息終端產品，是新型平板顯示器件(FPD)的主流產品[1-5]。隨著人們的認知水平和對顯示要求的不斷提高，對液晶顯示器畫面品質的要求也慢慢提高。但由于TFT-LCD制備過程相對復雜，容易產生各種顯示不良，特別是Zara不良，一直影響著TFT-LCD的畫面品質[6-7]。

2 Zara Domain的現象與特點

2.1 Zara Domain現象

Zara Domain宏觀現象為加信號至L0以及低灰階畫面時，局部出現彩色亮點，不加信號旋轉偏光片亦可見彩色亮點；微觀可見亞像素長邊發亮，見圖1。

圖1 Zara Domain 現象的光學照片Fig.1 Optical of Zara Domain phenomena

2.2 Zara Domain特點

Zara Domain有以下3個特點：指壓可修復；高溫后急速冷卻可修復(高溫：穩定大于液晶清亮點溫度)；仰視角更加明顯(40°)。

3 Zara Domain影響因素分析

Zara Domain不良產生的原因是液晶分子在配向膜上的異常排列，導致部分光線透過，有漏光現象。根據Zara Domain不良顯微鏡下的微觀現象可知，亞像素長邊發亮，為液晶分子排列紊亂導致，根據TFT-LCD[8]顯示原理推斷亞像素長邊處存在摩擦弱區，摩擦弱區的配向能力較正常區域較弱，導致液晶分子配向異常，從而出現漏光現象，宏觀表現為Zara Domain不良。以下通過產品設計、工藝參數、工藝管控3個方面研究其對Zara Domain的影響。

3.1 產品設計影響

以101.3 mm(3.97 in)TN 7 Mask、5 Mask、4 Mask產品為例對Zara Domain進行分析。由于4 Mask工藝采用Haft-Tone技術，與5 Mask和7 Mask相比，Shield Bar段差處差高較大，如圖2、3、4所示，即H1>H2>H3。由于段差的存在，在摩擦的過程中，信號線區域較像素區的高度較高，摩擦時滾輪會有下坡的動作，這樣信號線旁邊會有摩擦不到的區域，就產生了配向弱區[9]。

圖2 4 Mask 設計示意圖Fig.2 Schematic design of 4 mask

圖3 5 Mask 設計示意圖Fig.3 Schematic design of 5 mask

圖4 7 Mask 設計示意圖Fig.4 Schematic design of 7 mask

且段差越大，配向弱區的范圍就會越大而且會更嚴重，在弱區范圍內配向膜的配向能力就會比較差，因此較正常區域配向能力的均一性較差。在加入信號時，因摩擦方向影響，導致亞像素長邊的液晶分子排列紊亂現象表現的比較明顯，從而表現出亞像素長邊發亮，形成Zara Domain不良。

根據工廠的實際生產數據顯示，101.3 mm(3.97 in)TN 5 Mask和7 Mask產品的Zara Domain不良發生率僅在0.2%左右，4 Mask 產品，Zara Domain發生率高發時達10.0%。由此可見，在相同的工藝條情況下，不同的產品設計對Zara Domain這種不良的影響也較大。

為節約成本，提高產能，因此101.3 mm(3.97 in)TN這款產品采用4 mask設計生產，但是為了規避設計變更帶來的Zara Domian不良，我們從工藝方面也做了深入研究，通過工藝參數的優化，工藝管控的精益化，從而提升產品品質。

3.2 工藝參數的影響

3.2.1 摩擦強度值對Zara Domain 的影響

摩擦強度值是摩擦滾輪在對配向膜進行摩擦時設定的一個參數，摩擦的目的是使配向膜的配向能力具有一致性，讓液晶分子都能按一個方向排列站位。由于TFT膜面存在段差，在摩擦過程中，會產生配向弱區。為了提升配向弱區的配向能力，一方面增加膜厚來降低膜面段差，但是實際車間生產條件是有限的，所以配向膜的薄厚是在考慮過設備稼動率和產品本身的性能之后而綜合設定的；另外還可以通過調整摩擦強度值，降低摩擦強度。因為摩擦強度越低，輥輪摩擦時與膜面的壓入量就會越小，這時整個膜面的配向能力都會減弱，然而摩擦弱區的配向能力較正常區域的配向能力差異性較小，此時正常區域與摩擦弱區的配向能力趨于相當的水平，從而使整個膜面的配向能力均一性提高。

實驗中，實驗條件如表1所示，綜合評估后，配向膜厚度確定同為750 nm的條件下，控制摩擦強度分別為2.1，2.3，2.5，2.6 N·m。實驗結構繪制出，摩擦強度與Zara Domain的發生率關系曲線如圖5所示。

表1 不同摩擦條件的設計Tab.1 Designwith different Rub condition

圖5 不同摩擦條件下的 Zara Domain 發生率Fig.5 Zara Domain rate of different rub condition

圖6 不同摩擦條件預傾角的大小Fig.6 Pre-tilt angle of different rub condition

由圖5可知，在一定的范圍內，摩擦強度值越低，Zara Domain的發生率越低。分析主要原因是摩擦強度值變低，預傾角會隨著升高，如圖6所示，液晶分子在配向膜上能夠更好地排列，有利于Zara Domain的改善。但是摩擦強度值并不是越低越好，因此要確保摩擦后配向膜配向能力適中，使液晶分子更好地配向。摩擦強度過高或者過低都對產品品質有一定的影響[10]，因此在實際生產過程中摩擦強度值要滿足摩擦后的摩擦弱區的配向能力的需求，從而降低Zara Domain的發生。

3.2.2 基板冷卻工藝對Zara Domain的影響

基板對盒后封框膠經過高溫固化后，正常室溫冷卻，Zara Domain發生率較高，而急速冷卻后的面板Zara Domain發生率較低，主要原因是在溫度高于液晶清亮點的環境里液晶分子的站位會全部紊亂，再進行急速冷卻時液晶分子又會重新找回自己的站位并保持一致性。

由圖7可知，面板常溫冷卻時，液晶分析重新排列的效果差，幾乎無法重新排列，所以Zara Domain發生率會處于高發生率狀態；當經過冷卻設備急速冷卻時，液晶分子重新排列效果比較好[11]，Zara Domain發生率較低，幾乎無發生。所以工藝上，改造冷卻設備，在上方增加空調扇，使固化后的玻璃屏能夠快速冷卻，從而有效降低Zara Domain的發生。

圖7 不同ODF條件Zara Domain的發生率Fig.7 Zara Domain rate of different ODF condition

3.3 工藝管控的影響

圖8 4Mask設計坡度角的大小 Fig.8 Profile angle of 4mask design

圖9 5Mask設計坡度角的大小 Fig.9 Profile angle of 5mask design

圖10 7Mask設計坡度角的大小 Fig.10 Profile angle of 7mask design

在解析過程中得知，高發批次的玻璃屏，其Shield Bar位置的坡度角均為80°左右(100 Pcs樣品測試的平均值)，低發批次的玻璃屏Shield Bar位置的坡度角均為50°左右(100 Pcs樣品測試的平均值)，差異明顯。隨即完我們對比5Mask&7Mask產品S/B位置的坡度角差異。測試結果為，5Mask Shield Bar位置的坡度角經測量平均值為48°(100 Pcs樣品測試的平均值)，7Mask因產品設計原因，S/B處段差較小，且坡度角較小(<10°)。4Mask產品為Zara Domain高發產品，S/B位置的坡度角經測量平均值為80°(100 Pcs樣品測試的平均值)如圖8、圖9、圖10所示。因S/B位置坡度角較大，在摩擦過程中此位置會加大摩擦布的損傷，從而加大摩擦弱區的范圍，導致此區域配向能力弱，與正常區域的配向能力差距較大，容易產生Zara Domain不良。

101.3 mm(3.97 in) TN 5Mask&7Mask產品為2016年前產品，矩陣工廠對于Shield Bar位置坡度角生產管控值為45°左右，而且這兩款產品Zara Domain不良的發生率一直在0.5%左右的水平。101.3 mm(3.97 in) TN 4 Mask產品在2017年12月和2018年2月生產時，客戶端爆發Zara Domain不良高達10%，且測量出該產品Shield Bar位置的坡度角平均值為80°(100 片樣品測試的平均值)。為了驗證該異常坡度角對Zara Domain不良的影響，工廠在101.3 mm(3.97 in)TN 4 Mask這款產品上設計實驗，進行惡化測試，條件如表2所示。

表2 不同坡度角的設計Tab.2 Design of different profile angle

白玻璃在矩陣工廠投入時，選取3個連續生產的卡夾，第一個卡夾按之前的工藝管控條件投入；第二個卡夾稍加管控，使Shield Bar位置的坡度角大小保證在65°左右；第三個卡夾嚴格控制，使Shield Bar位置的坡度角大小，保證在45°左右。其他工藝條件不做變化，隨后正常投入對盒工廠。Zara Domain發生率與Shield Bar位置的坡度角關系如圖9所示。

圖11 不同坡度角 Zara Domain 發生率Fig.11 Zara Domain rate about different profile angle

由圖11可知，Zara Domain不良的發生率與Shield Bar位置的坡度角呈正相關性，Shield Bar位置的坡度角越大，Zara Domain發生率越高，S/B位置的坡度角管控在45°時為最佳生產條件。

4 結果與分析

由以上分析可得知，Shield Bar位置的坡度角過大，是Zara Domain發生的主要原因之一。實驗得出，通過矩陣工廠在生產過程中，對工藝進行嚴格管控，將Shield Bar位置的坡度角管控在45°左右，提高摩擦弱區的配向能力的均一性從而改善Zara Domain。Zara Domain發生的另一原因為工藝參數設置不合理，摩擦強度值過大，導致摩擦弱區配向能力嚴重不足，與正常區域有明顯的差異，使此處的液晶分子無法正常排列，從而出現畫面顯示異常。實際實驗得出，在配向膜厚度保證在750 nm，且2.0 N·m<摩擦強度值<2.5 N·m時，Zara Domain發生率明顯降低。但在工廠實際生產中，摩擦強度值的設定需考慮實際生產條件的限制，高低需要嚴格把控，因此對于101.3 mm(3.97 in)TN 4 mask這款產品，摩擦強度值設置在2.3 N·m為最佳生產條件，可以有效減小Zara Domain不良對品質的影響。

5 結 論

對于TN型TFT-LCD產品，合理的產品設計，可以從根本上規避Zara Domain的問題。在生產過程中，可以通過嚴格管控矩陣工廠的工藝條件，將Shield Bar位置的坡度角保持在一定的角度波動范圍內，合理設置摩擦強度值，使摩擦弱區的配向能力較正常區域差異不明顯，均一性得到提高，從而改善Zara Domain。 改造工藝設備的功能，在冷卻設備上方增加空調扇，加速冷卻速度，使高溫時紊亂的液晶分子迅速得到恢復，正常排列，同樣能夠達到Zara Domain的改善目的。

本文對Zara Domain的研究有望為TN產品的開發提供了理論依據。在目前實際產品開發的過程中，綜合考慮以上因素，從而獲得設計合理，工藝生產范圍大，良率穩定的產品，減少開發階段的解析工作，加速產品的量產速度，增加公司的效益。