TFT-LCD工藝中黃斑不良的成因機理研究與改善

鄂爾多斯市源盛光電有限責任公司 張 顯 陳 帥 郭劍偉 賀新鋼 王文強 陳 卓 魏永輝

在TFT-LCD量產中，會出現各種Mura類不良，本文為解決在生產過程中出現的邊角黃斑不良，首先對可能造成黃斑不良的工藝進行了大量的排查，最后鎖定該不良出現在Cell成盒階段。通過拆盒分析發現框膠內存在異物，異物將相應位置的Gap撐高，液晶填充增大，紅光透過率提高，藍綠光透過率降低且藍光透過率降低比綠光更大，不良宏觀顯示發黃（黃斑不良）。利用拉曼（DXR2）對異物進行匹配，采用EDX對成分進行分析，確認異物就是固化的框膠。通過對框膠準備流程、框膠脫泡機設備參數、清洗流程等一系列措施的導入，將黃斑不良發生率從1.0%降低到0.03%

TFT-LCD具有低電壓、小功耗、重量輕、易于實現全彩色顯示的特性，傳統的真空灌注工藝是先進行框膠固化，然后通過毛細效應進行液晶滴注，該工藝具有生產效率低、不良發生率高等特點，制約了其大規模應用于量產。目前，采用的是ODF工藝，在TFT基板上滴注液晶，在CF基板上涂布封框膠，然后進行真空對盒。顯然，ODF工藝相比于傳統的灌注工藝在生產效率，液晶和框膠的Loss方面有極大的優勢。

近年來，ODF工藝日趨完善，但是仍然存在各式各樣的不良，最典型的一種不良就是Mura類不良，該不良是指在同一光源相同灰階畫面下，因視覺感受到的明暗不均勻現象，最直觀簡單的判斷是在背光源下，轉動偏光片，在Panel周邊會出現顏色不均勻現象，針對Mura機理產生的情況，徐偉等通過大量的實驗分析總結，把Mura產生情況分為三類，第一類是發光源本身異常產生Mura，第二類是液晶異常導致，第三類是陣列成型工藝異常造成的電學類相關不良。本文針對在TFT-LCD量產中出現的周邊Mura(黃斑不良)，從不良發生的機理上，異物的成分分析，拉曼匹配等多方面進行測試分析，并提出了有效的解決辦法，與之相似的研究目前尚未報道。

1 不良現象與實驗

1.1 不良現象

在背光源下，轉動偏光片，可以明顯看到Panel周邊有未知的Mura不良（黃斑不良），位置不固定，不良率為1%，不良圖片如圖1所示。首先對有異常現象的異常品加熱3H不消失，然后復投THO（Panel在Module狀態下置于60℃ 90%中120h）不良不消失。然后對不良品，顯微鏡確認，發現異常位置有大約30μm左右的異物且不良位置框膠寬度比正常區域寬度小100μm，最后測試不良區域與正常區域的Gap差異，發現異常區域比正常區域的Gap高0.5μm，黃斑不良位置框膠寬度比正常區域寬度偏細100μm。周邊Gap如圖2所示。

圖1 黃斑不良現象

表1 膠寬數據對比

圖2 周邊Gap

1.2 實驗設定

已經明確黃斑不良是由于框膠中異物導致，下一步要明確異物的來源，采用拉曼設備，用提取儀將異物分離出來，放到金屬載波片上，用拉曼光譜儀（DXR3）進行物質匹配；采用EDX（Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy）能量色散X射線光譜儀，進行成分分析。

2 實驗結果與機理

2.1 拉曼分析結果

拉曼（Raman）光譜其主要是通過拉曼位移(拉曼振動頻率)Δv來確定物質的結構。它提供的結構信息是關于分子內部各種簡正振動頻率及有關振動能級的情況，從而可以用來鑒定分子中存在的官能團，進而進行分子結構的識別，每一種物質有自己的特征拉曼光譜，如圖3所示，可以看出異物的特征拉曼譜與框膠的拉曼譜相同，可以初步判斷異物就是固化的框膠。

圖3 拉曼分析結果

2.2 EDX成分分析結果

EDX是借助于分析試樣發出的元素特征X射線波長和強度實現的；根據不同元素特征X射線波長的不同來測定試樣所含的元素。通過對比不同元素譜線的強度可以測定試樣中元素的含量，異物成分分析得出異物的主要成分為C與O，與框膠的成分一樣，見圖4進一步證明異物為固化的框膠。

圖4 EDX分析結果

2.3 機理分析

Seal膠內存在異物，由圖5可以看出異物將相應位置的Cell Gap撐高，填充了更多的液晶。由圖6可以看出隨著Cell Gap增高，紅光透過率提高，藍綠光透過率降低且藍光透過率降低比綠光更大，所以不良宏觀顯示發黃（紅綠光混合為黃光）。

圖5 異物模型

圖6 不同色光透過趨勢

3 改善措施

通過上述分析得出出現黃斑不良的異物就是固化的框膠，下一步需要找到出現固化框膠異物的原因。框膠在使用前需要進行脫泡，脫泡是在真空條件下進行的，高速旋轉產生離心的作用，把框膠中的氣泡排出當脫泡不完全時，框膠中存在氣泡，會出現氣泡不良。高速旋轉過程中，勢必會導致溫度的升高。溫度的升高，會導致框膠的固化，因此不同的脫泡參數對不良發生率至關重要，通過制定不同脫泡參數測試不良的發生情況。

從表2可以看出，改善-3的脫泡條件，黃斑不良的發生率0.03%，氣泡不良的發生率為0%，改善-8的黃斑發生率為0%，氣泡不良達到了1%，這是由于脫泡改善-8的脫泡轉速小，脫泡不完全，雖然黃斑不良發生率為0%，但是氣泡不良發生率達到1%。結合實際量產的需求，改善-3的黃斑不良的發生率與氣泡不良的發生率都是最低水平，故在量產中，采用改善-3的脫泡條件，有效解決了黃斑不良和氣泡不良。

表2 改善條件設定

通過對在量產過程中出現的黃斑不良進行分析研究，從機理上分析為框膠異物導致，利用拉曼（DXR2）對異物進行匹配，采用EDX對成分進行分析，確認異物就是固化的框膠，最后鎖定為框膠在脫泡過程中框膠發生固化，采用DOE實驗制定不同的脫泡參數，最終找到了最優的脫泡參數，導入量產中，黃斑不良降低到0.03%。本論文研究的思路和方法可以為后續量產過程中的突發不良解決提供參考，本文對涂膠設備和涂膠Pump和清洗過程未涉及，這些條件對黃斑不良的影響仍需要我們繼續去探究。