Mobile產(chǎn)品異物產(chǎn)生機(jī)理及改善研究

楊德波，鐘 野，畢 芳，樊明雷，張志聰，熊 奇，羅 春，李 偉

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶 400714)

1 引 言

目前，盡管OLED顯示正在逐步興起，但以低功耗、壽命周期長(zhǎng)、低輻射、低成本的TFT-LCD仍然是目前顯示面板行業(yè)的主流[1-4]。無(wú)論是OLED還是TFT-LCD產(chǎn)品，在整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，因其工序多，設(shè)備內(nèi)外的異物不可能100%消除，異物不良就成為顯示面板行業(yè)的不可消除的頑固性不良[5-6]。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)顯示的品質(zhì)要求越來(lái)越高，尤其是產(chǎn)品對(duì)像素密度(PPI)要求也越來(lái)越高，進(jìn)而制造端對(duì)顯示屏盒內(nèi)的異物控制要求越來(lái)越嚴(yán)格，工藝制程設(shè)備內(nèi)外的異物控制以及工藝優(yōu)化日益凸顯[7-9]。

本文針對(duì)Mobile產(chǎn)品出現(xiàn)的異物不良從點(diǎn)燈現(xiàn)象開(kāi)始分析，經(jīng)過(guò)顯微鏡確認(rèn)異物類型與大小，采用SEM、EDAX、拉曼光譜分析、工藝數(shù)據(jù)等多種分析手段進(jìn)行分析確定異物來(lái)源，并提出改善方案，有效降低了產(chǎn)品的異物不良率。

2 現(xiàn)象及機(jī)理分析

2.1 現(xiàn)象

異物不良為背光和黑畫(huà)面下可見(jiàn)的發(fā)亮的點(diǎn)，主要是產(chǎn)品制程中異物掉落基板表面導(dǎo)致的缺陷，影響異物位置的液晶正常偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致發(fā)亮。目鏡現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 異物目鏡現(xiàn)象Fig.1 Eyepiece phenomenon of particle

2.2 原因分析

常見(jiàn)的異物不良來(lái)源于人、機(jī)、料、法、環(huán)，可能的影響因素整合成一張魚(yú)骨圖如圖2所示。

圖2 魚(yú)骨圖分析影響因子Fig.2 Influencing factors analysis by fishbone diagram

2.2.1 微觀形貌分析和大小分析

選取不同玻璃的不良樣品10 Pcs，拆屏后在顯微鏡下拍照，其顯微鏡形貌和大小如圖3所示。

圖3 異物的顯微鏡照片圖Fig.3 Microscopic photos of particle

從圖3中可看出，各樣品的異物顯微鏡形貌相似，類似三角形的形貌，大小集中在5 μm×3 μm。

2.2.2 SEM和EDAX分析

選取不良樣品進(jìn)行SEM和EDAX分析，SEM圖片和EDAX分析結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 異物的SEM照片和EDAX分析結(jié)果Fig.4 SEM photo and EDAX analysis results of particle

圖5 PI膜的EDAX分析結(jié)果Fig.5 EDAX analysis results of PI film

從圖4的異物形貌可看出，該異物疑似為被刮起的PI膜。對(duì)異物和異物旁邊的PI膜進(jìn)行EDAX成分分析，從圖4和圖5的EDAX的分析結(jié)果可知異物的C、O含量與PI一樣，初步判斷該異物為PI碎屑。

2.2.3 拉曼光譜分析

該產(chǎn)品的PI液選用SE-6414，為了進(jìn)一步確認(rèn)異物的成分選取了5個(gè)異物樣品(其中TFT側(cè)異物樣品3個(gè)、CF側(cè)異物樣品2個(gè))進(jìn)行了拉曼光譜分析，同時(shí)也將PI液和PI膜的上層與下層進(jìn)行了拉曼光譜的對(duì)比分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 異物的拉曼光譜分析圖Fig.6 Raman spectra analysis of the particles

從圖6中可看出5個(gè)樣品的峰與PI的峰均能對(duì)上，說(shuō)明這5個(gè)樣品的異物成分均為PI的成分，進(jìn)一步佐證了EDAX分析的結(jié)果，可明確該異物就為PI碎屑。

2.2.4 異物產(chǎn)生機(jī)理

實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的PI膜配向用的是摩擦工藝，如圖7所示。摩擦輥在玻璃基板上摩擦?xí)r，布毛容易使配向膜摩擦起細(xì)小的PI碎屑，細(xì)小的PI碎屑在對(duì)盒工藝的前段清洗過(guò)程中，由于清洗設(shè)備的清洗能力限制，部分細(xì)小的PI碎屑未能清洗掉而導(dǎo)致對(duì)盒后影響碎屑區(qū)域的液晶偏轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致該區(qū)域顯示不正常。

圖7 摩擦輥摩擦示意圖Fig.7 Schematic of rubbing roller friction

3 改善措施及效果

從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品異物不良產(chǎn)生的機(jī)理得知，摩擦強(qiáng)度降低及變更配向工藝是改善異物不良的總體方向，為此本文從摩擦強(qiáng)度、單輥摩擦、清洗機(jī)清洗能力提升和光配向工藝4個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3.1 摩擦強(qiáng)度對(duì)異物的影響

在摩擦配向工藝中，我們用Nip值的大小來(lái)表征摩擦強(qiáng)度，如圖8所示，摩擦輥的下壓量越大，Nip值越大，摩擦強(qiáng)度也越大。

圖8 Nip值示意圖Fig.8 Schematic of Nip value

在其它工藝條件不變的情況下，選取Nip值為13.5，12.5，11.5 mm進(jìn)行驗(yàn)證。每個(gè)條件驗(yàn)證20張玻璃，后段的檢出不良數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

表1 摩擦強(qiáng)度與異物發(fā)生率的關(guān)系Tab.1 Ratio of particle vs.Nip value

從表1中的數(shù)據(jù)可知，隨著Nip值的降低異物不良的發(fā)生率也隨之下降，Nip值下降，摩擦強(qiáng)度也下降，布毛對(duì)PI膜的破壞能力被削弱，考慮摩擦強(qiáng)度太低有摩擦 Mura的風(fēng)險(xiǎn)，故選擇Nip值為12.5 mm作為最優(yōu)的摩擦強(qiáng)度的條件。

3.2 單輥摩擦對(duì)異物的影響

摩擦工藝中正常量產(chǎn)的有兩個(gè)輥在玻璃基板上對(duì)配向膜進(jìn)行摩擦配向，如圖9所示。

圖9 摩擦配向示意圖Fig.9 Schematic of Friction alignment

在其它工藝條件不變的情況下，選取20張玻璃進(jìn)行單輥轉(zhuǎn)動(dòng)的工藝條件驗(yàn)證，后段的檢出不良數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

表2 單輥摩擦對(duì)異物的影響Tab.2 Effect of single roller friction on particle

從表2中數(shù)據(jù)可看出，單輥條件的異物發(fā)生率相比量產(chǎn)條件已經(jīng)下降了1%左右，單輥摩擦相比量產(chǎn)條件的雙輥摩擦的對(duì)玻璃的摩擦強(qiáng)度要小很多。

3.3 光配向工藝對(duì)異物的影響

目前的配向工藝有兩種，一種是接觸式的，一種是非接觸式的[10-12]。選擇非接觸式的配向工藝(OA)就可以完全避免因摩擦而產(chǎn)生的異物。其工藝流程圖如圖10所示。

圖10 光配向流程圖Fig.10 Flow chart of optical alignment

選取100張玻璃進(jìn)行光配向工藝對(duì)配向膜配向，其他工藝條件同量產(chǎn)條件，后段的檢出不良數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。

表3 配向工藝與異物發(fā)生率的關(guān)系Tab.3 Ratio of particle vs.Alignment process

從表3中的數(shù)據(jù)可以看出光配向工藝的玻璃異物發(fā)生率已降到了0.41%，改善效果明顯，由于不接觸配向膜，將不會(huì)產(chǎn)生PI碎屑類異物，為了進(jìn)一步確認(rèn)實(shí)物不良的異物類型，對(duì)光配向工藝的異物進(jìn)行分析主要為如圖11所示的常規(guī)異物，已無(wú)摩擦工藝造成的那種PI碎屑。

圖11 光配向工藝的異物顯微鏡照片圖Fig.11 Microscopic photo of particle for light alignment process

3.4 清洗機(jī)清洗能力提升對(duì)異物的影響

目前PI后非摩擦制程導(dǎo)致的異物仍然占據(jù)70%左右，需重點(diǎn)提升清洗機(jī)清洗能力來(lái)改善PI后異物。

影響清洗機(jī)清洗能力的因素有很多，如：HPMJ(High pressure mix jet)的壓力、清洗機(jī)速度等，通過(guò)改變HPMJ的壓力、降低清洗機(jī)清洗速度以及AK(Air knife)Shower打開(kāi)來(lái)驗(yàn)證對(duì)異物的影響。

3.4.1 HPMJ壓力對(duì)異物的影響

調(diào)整HPMJ的壓力為6，8，10 MPa進(jìn)行驗(yàn)證。各條件選取40張玻璃進(jìn)行驗(yàn)證，后段的檢出不良數(shù)據(jù)結(jié)果如表4所示。

表4中的數(shù)據(jù)可看出隨著HMPJ壓力的增大異物不良也隨之降低，壓力越大對(duì)玻璃基板的清洗效果也會(huì)更好，但壓力過(guò)大也會(huì)對(duì)配向膜有一定的影響，高壓力的二流體容易損傷配向膜而產(chǎn)生膜面異常，綜合考慮以8 MPa作為最優(yōu)的量產(chǎn)條件。

表4 HPMJ壓力與異物發(fā)生率的關(guān)系Tab.4 Ratio of particle vs.HPMJ pressure

3.4.2 清洗機(jī)速度對(duì)異物的影響

調(diào)整清洗機(jī)流片速度為7 200，6 600，6 000 mm/min進(jìn)行驗(yàn)證。各條件選取40張玻璃進(jìn)行驗(yàn)證，后段的檢出不良數(shù)據(jù)結(jié)果如表5所示。

表5 清洗機(jī)速度與異物發(fā)生率的關(guān)系Tab.5 Ratio of particle vs.ARC speed

表5中的數(shù)據(jù)可看出隨著清洗機(jī)速度的降低異物不良也隨之降低，清洗機(jī)流片速度越慢對(duì)玻璃基板的清洗效果也會(huì)更好，由于清洗機(jī)速度6 000 mm/min只比6 600 mm/min的不良發(fā)生率低0.03%，產(chǎn)能損失會(huì)增加100 min/1 000張玻璃，綜合考慮產(chǎn)能和不良率以6 600 mm/min作為最優(yōu)的量產(chǎn)條件。

3.4.3 AK Shower開(kāi)關(guān)對(duì)異物的影響

AK Shower打開(kāi)和關(guān)閉各選取40張玻璃進(jìn)行驗(yàn)證，后段的檢出不良數(shù)據(jù)結(jié)果如表6所示。

表6 AK Shower開(kāi)關(guān)與異物發(fā)生率的關(guān)系Tab.6 Ratio of particle vs.AK Shower open or close

表6中的數(shù)據(jù)可看出AK Shower打開(kāi)異物不良率能下降50%，AK前玻璃表面有水膜一方面在AK吹掃玻璃的時(shí)候水膜可以對(duì)配向膜起一定的保護(hù)作用，減少膜面異常導(dǎo)致的發(fā)亮不良；另一方面水膜可對(duì)干燥的異物進(jìn)一步潤(rùn)濕，在AK吹掃玻璃的時(shí)候異物更容易從玻璃表面剝離。

4 結(jié) 論

摩擦工藝的Mobile產(chǎn)品所產(chǎn)生的異物通過(guò)實(shí)物顯微鏡分析和成分分析等手段，結(jié)合工藝制程確定了異物形成機(jī)理為布毛摩擦配向膜產(chǎn)生的細(xì)小PI碎屑。通過(guò)調(diào)整摩擦強(qiáng)度、單輥條件并不能有效改善細(xì)小的PI碎屑類異物；采用光配向工藝有效改善了細(xì)小的PI碎屑類異物，該產(chǎn)品的異物不良由2.34%降到了0.41%；最后對(duì)清洗機(jī)清洗條件優(yōu)化后，確定合理的清洗條件：HPMJ壓力8 MPa、清洗機(jī)速度6 600 mm/min和AK Shower打開(kāi)下異物不良下降到了0.16%，改善效果明顯。