AMOLED亮點(diǎn)不良修復(fù)方法

朱世楠，李 楠

(成都京東方光電科技有限公司，四川 成都 611730)

1 引 言

近30年來(lái)，顯示技術(shù)經(jīng)歷了CRT-PDP-LCD的技術(shù)演變，目前全球顯示產(chǎn)業(yè)中的巨頭紛紛將資本和研發(fā)力量瞄準(zhǔn)新一代顯示技術(shù)-有機(jī)發(fā)光二極管(Organic light-emitting diode，OLED)。與薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)相比，OLED面板具有自發(fā)光、清晰亮麗、輕薄、響應(yīng)速度快和低功耗等特點(diǎn)[1-2]。

柔性AMOLED顯示面板具有更廣闊的應(yīng)用前景，其利用薄膜晶體管(Thin film transistor，TFT)，搭配電容儲(chǔ)存信號(hào)控制OLED的亮度灰階表現(xiàn)，具有可彎曲、低能耗、更優(yōu)的顯示質(zhì)量、更長(zhǎng)的壽命等優(yōu)勢(shì)[3-4]。因此，AMOLED被稱(chēng)為未來(lái)20年最有“錢(qián)景”的產(chǎn)業(yè)，根據(jù)Displaybank預(yù)測(cè)，AMOLED柔性顯示將迎來(lái)爆發(fā)期，市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)數(shù)百億美金[5-6]。

AMOLED顯示面板生產(chǎn)工藝復(fù)雜，在制造過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)像素電路中薄膜晶體管(TFT)漏電流等工藝異常，導(dǎo)致亮點(diǎn)的產(chǎn)生[7]。因?yàn)槿搜蹖?duì)亮點(diǎn)的敏感度較高，對(duì)暗點(diǎn)的敏感度較低，較高級(jí)別的出貨允許一定規(guī)格的暗點(diǎn)存在，但是不允許亮點(diǎn)存在。亮點(diǎn)的發(fā)生嚴(yán)重影響產(chǎn)品的良率，會(huì)整體拉高生產(chǎn)成本。為了提升良率，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)使用激光設(shè)備將亮點(diǎn)不良修復(fù)為暗點(diǎn)，使其轉(zhuǎn)化為良品[8]。

AMOLED面板亮點(diǎn)不良修復(fù)原理一般有兩種，分別為陰陽(yáng)極短路和陰極隔離。陰陽(yáng)極短路由裝置激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)高，修復(fù)成功率較低。陰極隔離由裝置振鏡掃描機(jī)構(gòu)的激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)低，修復(fù)成功率高。

本文介紹AMOLED面板亮點(diǎn)不良主要修復(fù)方法及其原理。以一款主流AMOLED面板為試驗(yàn)樣品，使用裝置有激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的激光設(shè)備，通過(guò)嘗試兩種加工方法，實(shí)現(xiàn)陰極隔離。最終找到最優(yōu)方法，提升修復(fù)良率。在不提升設(shè)備成本的基礎(chǔ)上改善設(shè)備工藝性能。

2 亮點(diǎn)不良修復(fù)原理

2.1 AMOLED面板結(jié)構(gòu)

圖1是一種當(dāng)前市場(chǎng)主流的AMOLED面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中，圖(a)為其單個(gè)子像素在修復(fù)前的正視圖。圖(b)為圖(a)的A-A’剖視圖。

1.陰極；2.像素定義層；3.有機(jī)發(fā)光層；4.陽(yáng)極；5.基板與開(kāi)關(guān)電路；6.封裝層

封裝層一般使用材料為SiONx，對(duì)修復(fù)常用波長(zhǎng)(例如532 nm)的激光吸收率低。陰極的主要成分為Ag和Mg，其膜層厚度比例一般為Ag∶Mg=8∶2，熔點(diǎn)分別為Ag(961.78 ℃)Mg(648 ℃)。陽(yáng)極主要成分為Ag和ITO[9-10]。有機(jī)發(fā)光材料從陽(yáng)極往上一般包括空穴注入層、空穴傳輸層、電子阻擋層、發(fā)光層、空穴阻擋層、電子傳輸層、電子注入層，該部分材料Tm(熔限終止溫度)在250～360 ℃之間，Td(受熱分解溫度)在300～520 ℃之間[11]。

2.2 陰陽(yáng)極短路原理

陰陽(yáng)極短路原理主要使用裝置激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)。激光調(diào)形機(jī)構(gòu)是使用兩個(gè)伺服電機(jī)精確控制4片金屬薄片構(gòu)造一個(gè)狹縫，移動(dòng)金屬薄片可改變透過(guò)該機(jī)構(gòu)的激光束形狀和大小[12]。AMOLED產(chǎn)品亮點(diǎn)修復(fù)使用激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的精度為0.1 μm，再現(xiàn)性偏差需小于0.1 μm。圖2為一種激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的實(shí)物圖。

圖2 激光調(diào)形機(jī)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)陰陽(yáng)極短路原理的加工方法稱(chēng)為點(diǎn)修復(fù)法。該方法使用激光調(diào)形機(jī)構(gòu)構(gòu)造一束點(diǎn)狀脈沖激光束，照射加工區(qū)域。加工位置溫度高于Ag熔點(diǎn)，即高于961.78 ℃。

在加工區(qū)域邊緣的熱影響區(qū)域，電子和空穴注入層、傳輸層、阻擋層等膜層的有機(jī)高分子導(dǎo)電材料互相熔融混合，各膜層功能失效，陰極與陽(yáng)極導(dǎo)通，被修復(fù)亮點(diǎn)變?yōu)榘迭c(diǎn)。

在加工位置中間區(qū)域，有機(jī)發(fā)光材料受熱分解并產(chǎn)生高溫氣體，當(dāng)加工能量增大或者脈沖個(gè)數(shù)增多，連續(xù)產(chǎn)生的高溫氣體在較小空間區(qū)域堆積，可能導(dǎo)致封裝層損傷，使水氧侵入，出現(xiàn)信賴(lài)性異常。

陰陽(yáng)極短路的加工方式受陰極與全部有機(jī)發(fā)光材料影響，該10余層材料中任何一種材料種類(lèi)和膜層厚度出現(xiàn)變更，都可能影響陰陽(yáng)極短路的效果或者出現(xiàn)信賴(lài)性異常，都需重新驗(yàn)證修復(fù)加工條件，進(jìn)行相關(guān)的信賴(lài)性測(cè)試，此周期較長(zhǎng)為10 d。另外，陽(yáng)極與開(kāi)關(guān)電路膜層短路導(dǎo)致的亮點(diǎn)不良，經(jīng)過(guò)陰陽(yáng)極短路修復(fù)，可能在修復(fù)后會(huì)出現(xiàn)亮線等其他不良現(xiàn)象，導(dǎo)致修復(fù)成功率降低。

2.3 陰極隔離原理

陰極隔離原理主要使用裝置雙軸振鏡掃描機(jī)構(gòu)的激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)，圖3為一種雙軸振鏡掃描機(jī)構(gòu)的實(shí)物圖。

雙軸振鏡掃描機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵器件是振鏡。其利用反射鏡使光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，速度與精度高，是一種優(yōu)良的矢量掃描器件。對(duì)于雙軸振鏡掃描機(jī)構(gòu)，其掃描過(guò)程如同用筆寫(xiě)字的過(guò)程，將激光束看作畫(huà)筆，然后按照設(shè)計(jì)的掃描軌跡進(jìn)行移動(dòng)[13]。

圖3 雙軸振鏡掃描機(jī)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)陰極隔離原理的加工方法是使用一束固定形狀的高頻脈沖激光，在亞像素上方陰極膜層沿設(shè)定路徑高速掃描。通過(guò)調(diào)節(jié)加工功率和掃描路徑，使加工區(qū)域的陰極及其以下部分有機(jī)發(fā)光材料熔融混合，被修復(fù)亞像素的發(fā)光層與面板整個(gè)陰極平面隔斷，陰極層中的電子無(wú)法遷移至發(fā)光層，從而被修復(fù)亮點(diǎn)變?yōu)榘迭c(diǎn)。此種修復(fù)方式的優(yōu)點(diǎn)是受激光影響的有機(jī)發(fā)光材料較少，信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)小，修復(fù)成功率可達(dá)到100%。

雙軸振鏡掃描機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜精密，成本較激光調(diào)形機(jī)構(gòu)高，單個(gè)機(jī)構(gòu)成本差異為CNY 60萬(wàn)元。因激光調(diào)形機(jī)構(gòu)成本低，目前AMOLED面板生產(chǎn)廠家更多選擇使用裝置激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的激光修復(fù)設(shè)備來(lái)修復(fù)亮點(diǎn)不良。

3 修復(fù)模型建立

本文建立的修復(fù)模型是使用裝置激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的激光設(shè)備，實(shí)現(xiàn)陰級(jí)隔離原理。在不提高設(shè)備成本的基礎(chǔ)上降低信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)，提升了產(chǎn)品良率。

為達(dá)到上述目的，本文提出兩種修復(fù)方案，即矩形修復(fù)法和線修復(fù)法。

3.1 矩形修復(fù)法

矩形修復(fù)法是使用一束固定形狀的激光沿待修復(fù)亞像素四周矩形路徑進(jìn)行照射，使像素上方陰極與面板整體陰極分割。圖4為矩形修復(fù)法修復(fù)后亞像素示意圖，包括激光切割路徑。其中，圖(a)為修復(fù)后正視圖，圖(b)為圖(a)的B-B’剖視圖。

1.陰極；2.像素定義層；3.有機(jī)發(fā)光層；4.陽(yáng)極；5.基板與開(kāi)關(guān)電路；6.封裝層；7.矩形加工修復(fù)路徑

1.陰極 2.像素定義層；3.有機(jī)發(fā)光層；4.陽(yáng)極；5.基板與開(kāi)關(guān)電路；6.封裝層；8.修復(fù)熔融區(qū)；9.線加工路徑

3.2 線修復(fù)法

線修復(fù)法是使用一束橫向窄條激光，沿待修復(fù)亞像素從上往下線形勻速掃描，將像素上方陰極及其下方的少量有機(jī)材料熔融混合，達(dá)到陰極隔離目的。圖5為線修復(fù)法修復(fù)后亞像素示意圖，其中包括加工路徑與修復(fù)后熔融區(qū)。

4 實(shí) 驗(yàn)

使用現(xiàn)有裝置激光調(diào)形機(jī)構(gòu)的激光修復(fù)設(shè)備，分別使用兩種修復(fù)方法加工目標(biāo)亞像素，從修復(fù)可行性和修復(fù)成功率、FIB測(cè)試封裝層是否損傷、信賴(lài)性測(cè)試是否異常3個(gè)方面驗(yàn)證修復(fù)模型的準(zhǔn)確性。

對(duì)于本實(shí)驗(yàn)使用激光設(shè)備，其工藝參數(shù)主要包括波長(zhǎng)、加工功率、激光束大小、脈沖頻率(1～100 Hz)、加工速度(1～400 μm/s)、加工次數(shù)。對(duì)于測(cè)試樣品，波長(zhǎng)為532 nm的激光加工效果最佳。為在保證修復(fù)效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速加工，脈沖頻率固定為100 Hz。

表1為矩形修復(fù)法主要加工參數(shù)。表2為線修復(fù)法主要加工參數(shù)。其中，增大激光束大小、加工功率、加工次數(shù)，減小加工速度，修復(fù)成功率升高，修復(fù)位置損傷增大，信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)提高；相反，減小激光束大小、加工功率、加工次數(shù)，增加加工速度，修復(fù)位置損傷減小，修復(fù)成功率降低，修復(fù)位置損傷減小，信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)減低。

表1 矩形修復(fù)法加工參數(shù)范圍

表2 線修復(fù)法加工參數(shù)范圍

同款產(chǎn)品，兩種加工方法，通過(guò)調(diào)試其激光束大小、加工速度、激光加工功率、加工次數(shù)，找到最佳加工條件。

在確保成功率的前提下為縮短修復(fù)時(shí)間，應(yīng)盡可能減少加工次數(shù)，增加加工速度。最終滿(mǎn)足可將亮點(diǎn)修復(fù)為暗點(diǎn)、修復(fù)成功率高、修復(fù)時(shí)間短。

對(duì)修復(fù)成功的亞像素，在其損傷較嚴(yán)重的位置，一般為加工路徑的起始和結(jié)束位置，進(jìn)行FIB測(cè)試分析，確認(rèn)封裝層是否損傷。

加工條件初步確定后，制作信賴(lài)性測(cè)試樣品，往往包括數(shù)百個(gè)修復(fù)后亞像素，投入信賴(lài)性測(cè)試。測(cè)試時(shí)間為10 d，確認(rèn)該修復(fù)工藝條件是否存在信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)。并根據(jù)結(jié)果制定各加工參數(shù)監(jiān)控管理范圍。

在上述理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)下，通過(guò)兩種修復(fù)方法可行性、成功率、信賴(lài)性等綜合分析比較，選擇最佳修復(fù)方法，將其應(yīng)用到量產(chǎn)中。

5 結(jié)果與討論

可行性和成功率測(cè)試結(jié)果如表3所示，通過(guò)調(diào)試相關(guān)加工參數(shù)，兩種方式均可實(shí)現(xiàn)將亮點(diǎn)修復(fù)為暗點(diǎn)。其中，線修復(fù)成功率可達(dá)到100%，而矩形加工成功率較低，為33.5%。

表3 可行性和成功率測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)分析，矩形修復(fù)其成功率較低是因?yàn)樵谙袼囟x層上方的陰極非平坦，較難確定同一高度的陰極加工路徑。當(dāng)激光未聚焦至加工路徑上陰極材料時(shí)，該區(qū)域激光能量密度減小導(dǎo)致出現(xiàn)陰極殘留。任何切割殘留都將導(dǎo)致修復(fù)失敗，而增加修復(fù)次數(shù)將成倍增加修復(fù)時(shí)間。

線修復(fù)使用一束寬激光束掃描待修復(fù)亞像素上方，可確保加工的陰極區(qū)域固定在同一高度，不易出現(xiàn)陰極殘留，成功率較高。對(duì)兩種方式修復(fù)后產(chǎn)品進(jìn)行FIB測(cè)試，如圖6所示，發(fā)現(xiàn)在矩形修復(fù)的加工起始位置和結(jié)束位置重合處，封裝層出現(xiàn)較大損傷。

經(jīng)分析，其原因是激光加工運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的加速度和減速度較小，導(dǎo)致在加工起始位置和結(jié)束位置的激光脈沖增多，加工區(qū)域陰極下方的有機(jī)材料損傷大，受熱分解產(chǎn)生高溫氣體多，并且該位置加工區(qū)域小，在較小加工區(qū)域連續(xù)產(chǎn)生較多高溫氣體，導(dǎo)致出現(xiàn)封裝層損傷。

線加工后像素上方陰極被熔融，因?yàn)榫€加工的加工功率低，對(duì)陰極下方有機(jī)材料損傷小，受熱分解產(chǎn)生氣體少，并且線加工方式加工區(qū)域大；在較大加工區(qū)域產(chǎn)生少量氣體，封裝層未受損傷。

圖6 FIB測(cè)試

因?yàn)榫匦涡迯?fù)成功率低，修復(fù)后封裝層易出現(xiàn)損傷，信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)高，故此種修復(fù)方法不被采用。

最優(yōu)線修復(fù)方法加工條件必須滿(mǎn)足在無(wú)信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)、修復(fù)成功率高的前提下修復(fù)時(shí)間最短。

為綜合分析加工速度、激光束寬度、脈沖頻率對(duì)修復(fù)效果的影響，將各個(gè)激光脈沖之間重疊程度定義為光斑重疊率，光斑重疊率計(jì)算公式如式(1)所示。

(1)

式中:v為加工速度，D為激光束寬度，f為脈沖頻率。根據(jù)線修復(fù)原理，為保證最優(yōu)加工效果，加工過(guò)程中連續(xù)的2個(gè)激光脈沖必須重疊，即光斑重疊率需≥0。

首先根據(jù)待修復(fù)亞像素形狀與大小，選定激光束長(zhǎng)度為30 μm。又因運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在加速度與減速度，當(dāng)激光束寬度變大，起始位置與結(jié)束位置激光能量密度增大，下方有機(jī)材料受損嚴(yán)重。當(dāng)激光束寬度減小，在較快的加工速度下，修復(fù)區(qū)域光斑重疊率降低，單位面積的激光能量密度減小，修復(fù)成功率降低。最終選定最佳激光束寬度為3 μm。

為保證最短修復(fù)時(shí)間，激光脈沖頻率設(shè)定為激光器最大值100 Hz。為保證光斑重疊率≥0，加工速度設(shè)定為300 μm·s-1。為避免運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與激光發(fā)射不同步的情況，在起始位置和結(jié)束位置分別設(shè)置了少量延時(shí)，并設(shè)定加工次數(shù)為2次。根據(jù)測(cè)試，該參數(shù)在保證成功率最優(yōu)的前提下加工時(shí)間最短，與點(diǎn)修復(fù)方式相近，約2.7 s。根據(jù)能量大小制作信賴(lài)性測(cè)試樣品，投入信賴(lài)性測(cè)試，共測(cè)試10 d。如表4所示，確認(rèn)功率范圍在10～22 μW間無(wú)信賴(lài)性異常，加工功率小于10 μW時(shí)，修復(fù)成功率降低。大于22 μW時(shí)會(huì)因能量過(guò)大影響其他正常亞像素。在后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，需嚴(yán)密監(jiān)控管理該激光能量范圍。

表4 線修復(fù)信賴(lài)性測(cè)試結(jié)果

將點(diǎn)修復(fù)法變更為線修復(fù)方法后，對(duì)其成功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，變更前和變更后各取5 000份修復(fù)樣本，其成功率改善情況如圖7所示。可以看出，使用線修復(fù)后，修復(fù)成功率顯著提升，達(dá)到100%。經(jīng)分析，之前存在的修復(fù)后亮線(占比2.53%)、多次修復(fù)失敗(占比0.57%)等不良比例降低為0%。

圖7 線修復(fù)導(dǎo)入前后良率對(duì)比圖

6 結(jié) 論

本文使用激光調(diào)形機(jī)構(gòu)類(lèi)型激光設(shè)備，對(duì)于AMOLED面板亮點(diǎn)不良，研究矩形修復(fù)和線修復(fù)兩種實(shí)現(xiàn)陰極隔離的方法。結(jié)果表明，兩種方法均可以實(shí)現(xiàn)陰極隔離修復(fù)方式。但因矩形修復(fù)方法成功率低，信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)極高，在生產(chǎn)過(guò)程不采用。線修復(fù)方法修復(fù)成功率高，信賴(lài)性風(fēng)險(xiǎn)低。在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)某款產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用后，修復(fù)成功率可達(dá)到100%。