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(chǎn)中，會出現(xiàn)各種Mura類不良，本文為解決在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)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(xiàn)在Cell成盒階段。通過拆盒分析發(fā)現(xiàn)框膠內(nèi)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(fā)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(shù)、清洗流程等一系列措施的導入，將黃斑不良發(fā)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(xiàn)全彩色顯示的特性，傳統(tǒng)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(chǎn)效率低、不良發(fā)生率高等特點，制約了其大規(guī)模應用于量產(chǎn)。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(tǒng)的灌注工藝在生產(chǎn)效率，液晶和框膠的Loss方面有極大的優(yōu)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(xiàn)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(xiàn)顏色不均勻現(xiàn)象，針對Mura機理產(chǎn)生的情況，徐偉等通過大量的實驗分析總結，把Mura產(chǎn)生情況分為三類，第一類是發(fā)光源本身異常產(chǎn)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(chǎn)中出現(xiàn)的周邊Mura(黃斑不良)，從不良發(fā)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(xiàn)象與實驗

1.1 不良現(xiàn)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?，F(xiàn)象的異常品加熱3H不消失，然后復投THO（Panel在Module狀態(tài)下置于60℃ 90%中120h）不良不消失。然后對不良品，顯微鏡確認，發(fā)現(xiàn)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(qū)域寬度小100μm，最后測試不良區(qū)域與正常區(qū)域的Gap差異，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域比正常區(qū)域的Gap高0.5μm，黃斑不良位置框膠寬度比正常區(qū)域寬度偏細100μm。周邊Gap如圖2所示。

圖1 黃斑不良現(xiàn)象

表1 膠寬數(shù)據(jù)對比

圖2 周邊Gap

1.2 實驗設定

已經(jīng)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(nèi)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(fā)出的元素特征X射線波長和強度實現(xiàn)的；根據(jù)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(nèi)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(fā)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(xiàn)黃斑不良的異物就是固化的框膠，下一步需要找到出現(xiàn)固化框膠異物的原因?？蚰z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(chǎn)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(xiàn)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(shù)對不良發(fā)生率至關重要，通過制定不同脫泡參數(shù)測試不良的發(fā)生情況。

從表2可以看出，改善-3的脫泡條件，黃斑不良的發(fā)生率0.03%，氣泡不良的發(fā)生率為0%，改善-8的黃斑發(fā)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(fā)生率為0%，但是氣泡不良發(fā)生率達到1%。結合實際量產(chǎn)的需求，改善-3的黃斑不良的發(fā)生率與氣泡不良的發(fā)生率都是最低水平，故在量產(chǎn)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(chǎn)過程中出現(xiàn)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(fā)生固化，采用DOE實驗制定不同的脫泡參數(shù)，最終找到了最優(yōu)的脫泡參數(shù)，導入量產(chǎn)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(xù)量產(chǎn)過程中的突發(fā)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(xù)去探究。