小尺寸FFS产品Zara分析与改善研究

刘利萍，吴 涛，刘俊豪，叶超前，陆相晚，崔完鎔

(1.合肥鑫晟光电科技有限公司，安徽 合肥230012；2.合肥京东方光电科技有限公司，安徽 合肥 230012)

1 引 言

随着TFT LCD技术的日趋成熟，人们对显示性能的要求不断提高。为满足低功耗、高响应速度、高分辨率、宽视角的要求，各LCD生产厂商竞相开发新的工艺技术和生产流程，TFT-LCD技术百花齐放。而FFS(Fringe Field Switching)技术作为兼备广视角和高透过率的唯一技术[1-2]，越发受到制造厂商的青睐。

2010年1月26日苹果Ipad问世，其将创新的移动电话、可触摸宽屏iPod以及具有桌面级电子邮件、网页浏览、搜索和地图功能的突破性因特网通信设备这3种产品完美地融为一体。平板电脑开始引起人们的广泛关注。显示器制造厂商顺应市场需求，开始转向这种便携[3]、易用、具有随时随地可联网功能的平板电脑的开发与生产。为提高产品竞争力，高分辨率、宽视角、流畅的画面以及合适的屏幕尺寸是必要的条件。FFS技术因很好地具备了以上要求，成为各制造商的优先选择。但FFS技术运用于小尺寸生产过程中，Zara类不良高发，产品良率低，造成了成本增加问题。Zara源于日语，用于表示显示画面的不良现象，多指液晶面板在暗态画面下显示区域发生的微小漏光现象[4]。由于日本在TFT-LCD方面起步较早，技术水平先进，所以业内一直沿用至今。

本文通过对小尺寸FFS产品Zara类不良分析，收集大量数据，建立了Phenomenon-Cause的

4种理论模式，并针对广泛发生的前2种模式Zara进行试验，得到可明显改善Zara不良的方法。

2 Zara的现象

全黑画面下面板上的小亮点(如图1)。100×目镜观察小亮点可见非全像素的发亮，排除TFT开关异常的可能。

图1 Zara现象示意图Fig.1 Schematic of Zara phenomenon

在小尺寸面板生产中，此类Zara为常见不良，且形态多样，形成原因较多，比较严重的影响产品良率，对该不良的改善与解决尤为迫切。

3 Zara的分类与产生原因

我们对收集的132个Zara进行显微镜观察，依据现象可将其分为4类，分别命名为模式①～④，其现象与分类依据的特点如表1所述。

表1 Zara的分类及特点

续表

为了研究这4种模式的发生机理，每种模式随机挑选4颗样本进行如下分析：

步骤一：激光标记Zara点位置；此步骤对模式①Zara无效，因该模式Zara会跟随着液晶移动或者消失在黑矩阵下，无法标记；其余模式的Zara均可采用此方法精确定位。

步骤二：剖屏冲液晶后高倍显微镜观察标记位置；

步骤三：采用聚焦离子束测试仪(FIB)观察标记位置的表面形貌；

步骤四：利用EDX全息扫描对Zara点进行成分分析；

通过对各模式分析，得到如下结果：

(1)模式①，样本1～4 在剖屏前均为轻触不良区域，Zara样本即产生大范围移动或隐蔽到黑矩阵下，剖屏后完全消失，如图2。该模式的颗粒尺寸较小，在10 μm以内。由于无法定位，暂未得到准确的FIB结果。但取向膜材料大多是聚酰亚胺材料[5]，摩擦工艺过程会产生摩擦碎屑，当摩擦后清洗过程中未有效清除则形成此类Zara。另一个原因为对盒工艺液晶原材中含有细小杂质，即所观察到的浮游性小颗粒，目前暂未有此方面的验证数据，有待继续研究。

图2 模式①按压前后对比图片Fig.2 Comparative picture before and after pressing the surface of mode ①

(2)模式②，样本1～4均经过剖屏，冲洗液晶，气枪吹干等过程，制取了FIB样品，所得表面形貌特征列举如下：样本1，如图3，剖屏去液晶后TFT侧无损伤，彩膜基板侧取向膜可见明显凹坑，凹坑四周边缘清晰，表明取向膜未固化前该位置有一近似椭圆的颗粒粘附，后因为摩擦及清洗，颗粒掉落。全息扫描结果显示凹坑中间露出主要含C元素的彩膜涂层膜层。

图3 样本1显微镜及FIB图片Fig.3 Microscope and FIB picture of Sample 1

样本2，如图4，剖屏去液晶后TFT侧无损伤，彩膜基板侧取向膜上粘附约10 μm的小碎屑，全息扫描结果显示碎屑成分与周边膜层相同。

图4 样本2显微镜及FIB图片Fig.4 Microscope and FIB picture of Sample 2

样本3和样本4，如图5，剖屏去液晶后彩膜基板侧无损伤，TFT侧取向膜上可见明显擦痕，可观测到残留部分小碎屑。

图5 样本3和4 显微镜及FIB图片Fig.5 Microscope and FIB Picture of Sample 3&4

综上，样本1～4在阵列或彩膜基板侧的取向膜面存在明显损伤，造成取向膜对液晶的取向能力不足，发生Zara漏光[6]。结果表明，模式②产生原因为取向膜表面明显的损伤。

极可能造成损伤的工程为取向膜涂覆工程。如果取向膜涂覆前阵列或彩膜基板上有未清洗掉的颗粒[7]或者涂覆过程中粘附颗粒，摩擦工艺后即在取向膜上残留损伤；图6所示为取向膜下颗粒(取向膜覆盖后周边有晕)，导致Zara漏光的例子。

图6 取向膜下颗粒导致Zara样本Fig.6 Zara Sample which caused by particle under alignment layer

图7 样本1～3剖屏去液晶后图片 Fig.7 Picture of Sample 1～3 when removing liquid crystal

(3)模式③，样本1～3剖屏前按压不动，剖屏去液晶后消失，如图7。

样本4如图8所示，异物在阵列基板侧保留，FIB制样时异物明显移动，全息扫描结果显示异物C元素较周围富集。

图8 样本4 FIB结果Fig.8 FIB result of Sample 4

此模式的异物颗粒一般体积较大，且剖屏后易消失，为取向膜固化后～对盒前掉落至盒内的异物引起。

(4)模式④，样本1～4均有如下规律：剖屏前不良位置在显微镜下可见明显光亮，剖屏后有液晶条件下也可在显微镜下观察到该不良，去除液晶之后不良不可见，而后，在不良区域重新滴下液晶之后不良现象重现，FIB进行表面形貌确认，无明显损伤，如图9所示。可以确定模式④为岛状性不良。

图9 Sample重加液晶后图片Fig.9 Picture of Sample when removing liquid crystal

所谓岛状不良，是取向膜表面因轻微划伤等外力影响，摩擦取向沟槽被破坏而导致液晶无法有序排列，其现象为显示器局部位置漏光[4]。通过以上的分析，建立Zara不良的Phenomenon-Cause模式如表2。

表2 Zara 不良Phenomenon-Cause模式

续表

4 实 验

本文针对模式①②，从提高取向膜的均一性[8]；改善摩擦工艺接触面状态和减少碎屑产生3个方面进行实验。首先，对彩膜基板取向膜转印板进行了设计变更，提高取向膜在基板非显示区域的覆盖率；第二，变更彩膜基板侧涂层材料，增加彩膜基板表面平坦度；第三，对彩膜基板上柱状隔垫物坡度角度进行优化。

实验测试用的液晶面板由京东方六代线TFT-LCD生产工艺制备，样品为FFS型常黑模式的20.32 cm(8 in)面板。实验分别制作了APR Rev.2(取向膜覆盖率85%～90%)和Rev.3(取向膜覆盖率90%～95%)，与量产使用APR Rev.1(80%～85%)相比，增大面板周边取向膜的覆盖面积，使用APR Rev.2和Rev.3分别进行彩膜基板表面取向膜转印，其他同量产，各制作了面板1 000块；采用彩膜基板涂层材料Type A与Type B，各制作面板1 000块。将面板组装成模组后进行点灯检测(同量产检测标准)，统计Zara不良的发生率。对彩膜基板上柱状隔垫物坡度角度优化，观察摩擦百回后柱状隔垫物周围实际碎屑的发生情况。

5 结果与讨论

5.1 APR覆盖率对Zara发生率的影响

图10 APR覆盖率与Zara发生率关系Fig.10 Relationship between coverage rate of APR and incident rate of Zara

图10为APR覆盖率与Zara发生率之间的关系；图中横坐标为APR Rev1～3，分别代表覆盖率80%～85%，85%～90%，90%～95%，纵坐标为Zara类不良的发生率。如图10所示，随着APR覆盖率提高，Zara发生的比率有所降低。

5.2 彩膜基板涂层材料对Zara发生率的影响

在APR Rev.3基础上，变更彩膜基板涂层材料的实验结果如图11所示。

图11 涂层材料与Zara发生率关系Fig.11 Relationship between CF OC material and incident rate of Zara

图11为不同彩膜基板涂层材料与Zara发生率之间的关系；图中横坐标为彩膜基板涂层材料分别采用Type A与Type B，纵坐标为Zara类不良的发生率。如图11所示，涂层材料选择Type B，Zara发生的比率有所降低。

5.3 彩膜基板上柱状隔垫物坡度角与Zara的关系

为了进一步降低Zara发生率，对彩膜基板上柱状隔垫物的坡度角度进行变更，图12为柱状隔垫物变更先后的形态。

如图12所示，减小彩膜基板上柱状隔垫物坡度角度对摩擦工艺后碎屑的改善显著。柱状隔垫物坡度角度为90°时，面板显示区域内外区域碎屑均较多，依赖于后续的清洗设备除去；而柱状隔垫物坡度角度减少到53°时，面板显示区域内外均未产生明显的碎屑，从源头了杜绝Zara的发生。

图12 柱状隔垫物坡度角变更前后碎屑发生情况Fig.12 Chip status before and after PS Profile alteration

6 结 论

实验结果表明，变更APR，增大取向膜在非显示区域的覆盖面积，可有效降低Zara的发生率；取向膜覆盖率在90%～95%之间时，Zara发生率最低；而增加彩膜基板表面平坦度，Zara不良也有所改善。减小彩膜基板上柱状隔垫物坡度角度有效减少了面板上碎屑的产生，从源头上防止了Zara的发生。下一步工作在稳定以上变更工艺的基础上进一步对摩擦工艺后清洗能力提高进行研究和改善。

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