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(chǎn)品的高速發(fā)展，社會競爭也越來越激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q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(yōu)勢為大眾所喜愛，廣泛應(yīng)用于電視、電腦、手機(jī)、醫(yī)療等各類信息終端產(chǎn)品，是新型平板顯示器件(FPD)的主流產(chǎn)品[1-5]。隨著人們的認(rèn)知水平和對顯示要求的不斷提高，對液晶顯示器畫面品質(zhì)的要求也慢慢提高。但由于TFT-LCD制備過程相對復(fù)雜，容易產(chǎn)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(zhì)[6-7]。

2 Zara Domain的現(xiàn)象與特點(diǎn)

2.1 Zara Domain現(xiàn)象

Zara Domain宏觀現(xiàn)象為加信號至L0以及低灰階畫面時(shí)，局部出現(xiàn)彩色亮點(diǎn)，不加信號旋轉(zhuǎn)偏光片亦可見彩色亮點(diǎn)；微觀可見亞像素長邊發(fā)亮，見圖1。

圖1 Zara Domain 現(xiàn)象的光學(xué)照片F(xiàn)ig.1 Optical of Zara Domain phenomena

2.2 Zara Domain特點(diǎn)

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

3 Zara Domain影響因素分析

Zara Domain不良產(chǎn)生的原因是液晶分子在配向膜上的異常排列，導(dǎo)致部分光線透過，有漏光現(xiàn)象。根據(jù)Zara Domain不良顯微鏡下的微觀現(xiàn)象可知，亞像素長邊發(fā)亮，為液晶分子排列紊亂導(dǎo)致，根據(jù)TFT-LCD[8]顯示原理推斷亞像素長邊處存在摩擦弱區(qū)，摩擦弱區(qū)的配向能力較正常區(qū)域較弱，導(dǎo)致液晶分子配向異常，從而出現(xiàn)漏光現(xiàn)象，宏觀表現(xiàn)為Zara Domain不良。以下通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)、工藝管控3個(gè)方面研究其對Zara Domain的影響。

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)影響

以101.3 mm(3.97 in)TN 7 Mask、5 Mask、4 Mask產(chǎn)品為例對Zara Domain進(jìn)行分析。由于4 Mask工藝采用Haft-Tone技術(shù)，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(qū)域較像素區(qū)的高度較高，摩擦?xí)r滾輪會有下坡的動作，這樣信號線旁邊會有摩擦不到的區(qū)域，就產(chǎn)生了配向弱區(qū)[9]。

圖2 4 Mask 設(shè)計(jì)示意圖Fig.2 Schematic design of 4 mask

圖3 5 Mask 設(shè)計(jì)示意圖Fig.3 Schematic design of 5 mask

圖4 7 Mask 設(shè)計(jì)示意圖Fig.4 Schematic design of 7 mask

且段差越大，配向弱區(qū)的范圍就會越大而且會更嚴(yán)重，在弱區(qū)范圍內(nèi)配向膜的配向能力就會比較差，因此較正常區(qū)域配向能力的均一性較差。在加入信號時(shí)，因摩擦方向影響，導(dǎo)致亞像素長邊的液晶分子排列紊亂現(xiàn)象表現(xiàn)的比較明顯，從而表現(xiàn)出亞像素長邊發(fā)亮，形成Zara Domain不良。

根據(jù)工廠的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，101.3 mm(3.97 in)TN 5 Mask和7 Mask產(chǎn)品的Zara Domain不良發(fā)生率僅在0.2%左右，4 Mask 產(chǎn)品，Zara Domain發(fā)生率高發(fā)時(shí)達(dá)10.0%。由此可見，在相同的工藝條情況下，不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)對Zara Domain這種不良的影響也較大。

為節(jié)約成本，提高產(chǎn)能，因此101.3 mm(3.97 in)TN這款產(chǎn)品采用4 mask設(shè)計(jì)生產(chǎn)，但是為了規(guī)避設(shè)計(jì)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(shù)的優(yōu)化，工藝管控的精益化，從而提升產(chǎn)品品質(zhì)。

3.2 工藝參數(shù)的影響

3.2.1 摩擦強(qiáng)度值對Zara Domain 的影響

摩擦強(qiáng)度值是摩擦滾輪在對配向膜進(jìn)行摩擦?xí)r設(shè)定的一個(gè)參數(shù)，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(gè)方向排列站位。由于TFT膜面存在段差，在摩擦過程中，會產(chǎn)生配向弱區(qū)。為了提升配向弱區(qū)的配向能力，一方面增加膜厚來降低膜面段差，但是實(shí)際車間生產(chǎn)條件是有限的，所以配向膜的薄厚是在考慮過設(shè)備稼動率和產(chǎn)品本身的性能之后而綜合設(shè)定的；另外還可以通過調(diào)整摩擦強(qiáng)度值，降低摩擦強(qiáng)度。因?yàn)槟Σ翉?qiáng)度越低，輥輪摩擦?xí)r與膜面的壓入量就會越小，這時(shí)整個(gè)膜面的配向能力都會減弱，然而摩擦弱區(qū)的配向能力較正常區(qū)域的配向能力差異性較小，此時(shí)正常區(qū)域與摩擦弱區(qū)的配向能力趨于相當(dāng)?shù)乃?，從而使整個(gè)膜面的配向能力均一性提高。

實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度分別為2.1，2.3，2.5，2.6 N·m。實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)繪制出，摩擦強(qiáng)度與Zara Domain的發(fā)生率關(guān)系曲線如圖5所示。

表1 不同摩擦條件的設(shè)計(jì)Tab.1 Designwith different Rub condition

圖5 不同摩擦條件下的 Zara Domain 發(fā)生率Fig.5 Zara Domain rate of different rub condition

圖6 不同摩擦條件預(yù)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(nèi)，摩擦強(qiáng)度值越低，Zara Domain的發(fā)生率越低。分析主要原因是摩擦強(qiáng)度值變低，預(yù)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(qiáng)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(qiáng)度過高或者過低都對產(chǎn)品品質(zhì)有一定的影響[10]，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中摩擦強(qiáng)度值要滿足摩擦后的摩擦弱區(qū)的配向能力的需求，從而降低Zara Domain的發(fā)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(jīng)過高溫固化后，正常室溫冷卻，Zara Domain發(fā)生率較高，而急速冷卻后的面板Zara Domain發(fā)生率較低，主要原因是在溫度高于液晶清亮點(diǎn)的環(huán)境里液晶分子的站位會全部紊亂，再進(jìn)行急速冷卻時(shí)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(shí)，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(fā)生率會處于高發(fā)生率狀態(tài)；當(dāng)經(jīng)過冷卻設(shè)備急速冷卻時(shí)，液晶分子重新排列效果比較好[11]，Zara Domain發(fā)生率較低，幾乎無發(fā)生。所以工藝上，改造冷卻設(shè)備，在上方增加空調(diào)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(fā)生。

圖7 不同ODF條件Zara Domain的發(fā)生率Fig.7 Zara Domain rate of different ODF condition

3.3 工藝管控的影響

圖8 4Mask設(shè)計(jì)坡度角的大小 Fig.8 Profile angle of 4mask design

圖9 5Mask設(shè)計(jì)坡度角的大小 Fig.9 Profile angle of 5mask design

圖10 7Mask設(shè)計(jì)坡度角的大小 Fig.10 Profile angle of 7mask design

在解析過程中得知，高發(fā)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(fā)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(chǎn)品S/B位置的坡度角差異。測試結(jié)果為，5Mask Shield Bar位置的坡度角經(jīng)測量平均值為48°(100 Pcs樣品測試的平均值)，7Mask因產(chǎn)品設(shè)計(jì)原因，S/B處段差較小，且坡度角較小(<10°)。4Mask產(chǎn)品為Zara Domain高發(fā)產(chǎn)品，S/B位置的坡度角經(jīng)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(qū)的范圍，導(dǎo)致此區(qū)域配向能力弱，與正常區(qū)域的配向能力差距較大，容易產(chǎn)生Zara Domain不良。

101.3 mm(3.97 in) TN 5Mask&7Mask產(chǎn)品為2016年前產(chǎn)品，矩陣工廠對于Shield Bar位置坡度角生產(chǎn)管控值為45°左右，而且這兩款產(chǎn)品Zara Domain不良的發(fā)生率一直在0.5%左右的水平。101.3 mm(3.97 in) TN 4 Mask產(chǎn)品在2017年12月和2018年2月生產(chǎn)時(shí)，客戶端爆發(fā)Zara Domain不良高達(dá)10%，且測量出該產(chǎn)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(yàn)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(chǎn)品上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行惡化測試，條件如表2所示。

表2 不同坡度角的設(shè)計(jì)Tab.2 Design of different profile angle

白玻璃在矩陣工廠投入時(shí)，選取3個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的卡夾，第一個(gè)卡夾按之前的工藝管控條件投入；第二個(gè)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(gè)卡夾嚴(yán)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(fā)生率與Shield Bar位置的坡度角關(guān)系如圖9所示。

圖11 不同坡度角 Zara Domain 發(fā)生率Fig.11 Zara Domain rate about different profile angle

由圖11可知，Zara Domain不良的發(fā)生率與Shield Bar位置的坡度角呈正相關(guān)性，Shield Bar位置的坡度角越大，Zara Domain發(fā)生率越高，S/B位置的坡度角管控在45°時(shí)為最佳生產(chǎn)條件。

4 結(jié)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(fā)生的主要原因之一。實(shí)驗(yàn)得出，通過矩陣工廠在生產(chǎn)過程中，對工藝進(jìn)行嚴(yán)格管控，將Shield Bar位置的坡度角管控在45°左右，提高摩擦弱區(qū)的配向能力的均一性從而改善Zara Domain。Zara Domain發(fā)生的另一原因?yàn)楣に噮?shù)設(shè)置不合理，摩擦強(qiáng)度值過大，導(dǎo)致摩擦弱區(qū)配向能力嚴(yán)重不足，與正常區(qū)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(xiàn)畫面顯示異常。實(shí)際實(shí)驗(yàn)得出，在配向膜厚度保證在750 nm，且2.0 N·m<摩擦強(qiáng)度值<2.5 N·m時(shí)，Zara Domain發(fā)生率明顯降低。但在工廠實(shí)際生產(chǎn)中，摩擦強(qiáng)度值的設(shè)定需考慮實(shí)際生產(chǎn)條件的限制，高低需要嚴(yán)格把控，因此對于101.3 mm(3.97 in)TN 4 mask這款產(chǎn)品，摩擦強(qiáng)度值設(shè)置在2.3 N·m為最佳生產(chǎn)條件，可以有效減小Zara Domain不良對品質(zhì)的影響。

5 結(jié) 論

對于TN型TFT-LCD產(chǎn)品，合理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以從根本上規(guī)避Zara Domain的問題。在生產(chǎn)過程中，可以通過嚴(yán)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(nèi)，合理設(shè)置摩擦強(qiáng)度值，使摩擦弱區(qū)的配向能力較正常區(qū)域差異不明顯，均一性得到提高，從而改善Zara Domain。 改造工藝設(shè)備的功能，在冷卻設(shè)備上方增加空調(diào)扇，加速冷卻速度，使高溫時(shí)紊亂的液晶分子迅速得到恢復(fù)，正常排列，同樣能夠達(dá)到Zara Domain的改善目的。

本文對Zara Domain的研究有望為TN產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論依據(jù)。在目前實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)的過程中，綜合考慮以上因素，從而獲得設(shè)計(jì)合理，工藝生產(chǎn)范圍大，良率穩(wěn)定的產(chǎn)品，減少開發(fā)階段的解析工作，加速產(chǎn)品的量產(chǎn)速度，增加公司的效益。