Zara Domain不良的研究与改善

左爱翠，高荣荣，陈维诚，滕 玲，岳 麓，汤列金

(合肥京东方光电科技有限公司Cell分厂，安徽 合肥 230012)

1 引 言

近年来，随着电子产品的高速发展，社会竞争也越来越激烈，产品更新换代越来越快，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)因其工作电压低、工作耗能低、且辐射较小、以及轻薄美观等优势为大众所喜爱，广泛应用于电视、电脑、手机、医疗等各类信息终端产品，是新型平板显示器件(FPD)的主流产品[1-5]。随着人们的认知水平和对显示要求的不断提高，对液晶显示器画面品质的要求也慢慢提高。但由于TFT-LCD制备过程相对复杂，容易产生各种显示不良，特别是Zara不良，一直影响着TFT-LCD的画面品质[6-7]。

2 Zara Domain的现象与特点

2.1 Zara Domain现象

Zara Domain宏观现象为加信号至L0以及低灰阶画面时，局部出现彩色亮点，不加信号旋转偏光片亦可见彩色亮点；微观可见亚像素长边发亮，见图1。

图1 Zara Domain 现象的光学照片Fig.1 Optical of Zara Domain phenomena

2.2 Zara Domain特点

Zara Domain有以下3个特点：指压可修复；高温后急速冷却可修复(高温：稳定大于液晶清亮点温度)；仰视角更加明显(40°)。

3 Zara Domain影响因素分析

Zara Domain不良产生的原因是液晶分子在配向膜上的异常排列，导致部分光线透过，有漏光现象。根据Zara Domain不良显微镜下的微观现象可知，亚像素长边发亮，为液晶分子排列紊乱导致，根据TFT-LCD[8]显示原理推断亚像素长边处存在摩擦弱区，摩擦弱区的配向能力较正常区域较弱，导致液晶分子配向异常，从而出现漏光现象，宏观表现为Zara Domain不良。以下通过产品设计、工艺参数、工艺管控3个方面研究其对Zara Domain的影响。

3.1 产品设计影响

以101.3 mm(3.97 in)TN 7 Mask、5 Mask、4 Mask产品为例对Zara Domain进行分析。由于4 Mask工艺采用Haft-Tone技术，与5 Mask和7 Mask相比，Shield Bar段差处差高较大，如图2、3、4所示，即H1>H2>H3。由于段差的存在，在摩擦的过程中，信号线区域较像素区的高度较高，摩擦时滚轮会有下坡的动作，这样信号线旁边会有摩擦不到的区域，就产生了配向弱区[9]。

图2 4 Mask 设计示意图Fig.2 Schematic design of 4 mask

图3 5 Mask 设计示意图Fig.3 Schematic design of 5 mask

图4 7 Mask 设计示意图Fig.4 Schematic design of 7 mask

且段差越大，配向弱区的范围就会越大而且会更严重，在弱区范围内配向膜的配向能力就会比较差，因此较正常区域配向能力的均一性较差。在加入信号时，因摩擦方向影响，导致亚像素长边的液晶分子排列紊乱现象表现的比较明显，从而表现出亚像素长边发亮，形成Zara Domain不良。

根据工厂的实际生产数据显示，101.3 mm(3.97 in)TN 5 Mask和7 Mask产品的Zara Domain不良发生率仅在0.2%左右，4 Mask 产品，Zara Domain发生率高发时达10.0%。由此可见，在相同的工艺条情况下，不同的产品设计对Zara Domain这种不良的影响也较大。

为节约成本，提高产能，因此101.3 mm(3.97 in)TN这款产品采用4 mask设计生产，但是为了规避设计变更带来的Zara Domian不良，我们从工艺方面也做了深入研究，通过工艺参数的优化，工艺管控的精益化，从而提升产品品质。

3.2 工艺参数的影响

3.2.1 摩擦强度值对Zara Domain 的影响

摩擦强度值是摩擦滚轮在对配向膜进行摩擦时设定的一个参数，摩擦的目的是使配向膜的配向能力具有一致性，让液晶分子都能按一个方向排列站位。由于TFT膜面存在段差，在摩擦过程中，会产生配向弱区。为了提升配向弱区的配向能力，一方面增加膜厚来降低膜面段差，但是实际车间生产条件是有限的，所以配向膜的薄厚是在考虑过设备稼动率和产品本身的性能之后而综合设定的；另外还可以通过调整摩擦强度值，降低摩擦强度。因为摩擦强度越低，辊轮摩擦时与膜面的压入量就会越小，这时整个膜面的配向能力都会减弱，然而摩擦弱区的配向能力较正常区域的配向能力差异性较小，此时正常区域与摩擦弱区的配向能力趋于相当的水平，从而使整个膜面的配向能力均一性提高。

实验中，实验条件如表1所示，综合评估后，配向膜厚度确定同为750 nm的条件下，控制摩擦强度分别为2.1，2.3，2.5，2.6 N·m。实验结构绘制出，摩擦强度与Zara Domain的发生率关系曲线如图5所示。

表1 不同摩擦条件的设计Tab.1 Designwith different Rub condition

图5 不同摩擦条件下的 Zara Domain 发生率Fig.5 Zara Domain rate of different rub condition

图6 不同摩擦条件预倾角的大小Fig.6 Pre-tilt angle of different rub condition

由图5可知，在一定的范围内，摩擦强度值越低，Zara Domain的发生率越低。分析主要原因是摩擦强度值变低，预倾角会随着升高，如图6所示，液晶分子在配向膜上能够更好地排列，有利于Zara Domain的改善。但是摩擦强度值并不是越低越好，因此要确保摩擦后配向膜配向能力适中，使液晶分子更好地配向。摩擦强度过高或者过低都对产品品质有一定的影响[10]，因此在实际生产过程中摩擦强度值要满足摩擦后的摩擦弱区的配向能力的需求，从而降低Zara Domain的发生。

3.2.2 基板冷却工艺对Zara Domain的影响

基板对盒后封框胶经过高温固化后，正常室温冷却，Zara Domain发生率较高，而急速冷却后的面板Zara Domain发生率较低，主要原因是在温度高于液晶清亮点的环境里液晶分子的站位会全部紊乱，再进行急速冷却时液晶分子又会重新找回自己的站位并保持一致性。

由图7可知，面板常温冷却时，液晶分析重新排列的效果差，几乎无法重新排列，所以Zara Domain发生率会处于高发生率状态；当经过冷却设备急速冷却时，液晶分子重新排列效果比较好[11]，Zara Domain发生率较低，几乎无发生。所以工艺上，改造冷却设备，在上方增加空调扇，使固化后的玻璃屏能够快速冷却，从而有效降低Zara Domain的发生。

图7 不同ODF条件Zara Domain的发生率Fig.7 Zara Domain rate of different ODF condition

3.3 工艺管控的影响

图8 4Mask设计坡度角的大小 Fig.8 Profile angle of 4mask design

图9 5Mask设计坡度角的大小 Fig.9 Profile angle of 5mask design

图10 7Mask设计坡度角的大小 Fig.10 Profile angle of 7mask design

在解析过程中得知，高发批次的玻璃屏，其Shield Bar位置的坡度角均为80°左右(100 Pcs样品测试的平均值)，低发批次的玻璃屏Shield Bar位置的坡度角均为50°左右(100 Pcs样品测试的平均值)，差异明显。随即完我们对比5Mask&7Mask产品S/B位置的坡度角差异。测试结果为，5Mask Shield Bar位置的坡度角经测量平均值为48°(100 Pcs样品测试的平均值)，7Mask因产品设计原因，S/B处段差较小，且坡度角较小(<10°)。4Mask产品为Zara Domain高发产品，S/B位置的坡度角经测量平均值为80°(100 Pcs样品测试的平均值)如图8、图9、图10所示。因S/B位置坡度角较大，在摩擦过程中此位置会加大摩擦布的损伤，从而加大摩擦弱区的范围，导致此区域配向能力弱，与正常区域的配向能力差距较大，容易产生Zara Domain不良。

101.3 mm(3.97 in) TN 5Mask&7Mask产品为2016年前产品，矩阵工厂对于Shield Bar位置坡度角生产管控值为45°左右，而且这两款产品Zara Domain不良的发生率一直在0.5%左右的水平。101.3 mm(3.97 in) TN 4 Mask产品在2017年12月和2018年2月生产时，客户端爆发Zara Domain不良高达10%，且测量出该产品Shield Bar位置的坡度角平均值为80°(100 片样品测试的平均值)。为了验证该异常坡度角对Zara Domain不良的影响，工厂在101.3 mm(3.97 in)TN 4 Mask这款产品上设计实验，进行恶化测试，条件如表2所示。

表2 不同坡度角的设计Tab.2 Design of different profile angle

白玻璃在矩阵工厂投入时，选取3个连续生产的卡夹，第一个卡夹按之前的工艺管控条件投入；第二个卡夹稍加管控，使Shield Bar位置的坡度角大小保证在65°左右；第三个卡夹严格控制，使Shield Bar位置的坡度角大小，保证在45°左右。其他工艺条件不做变化，随后正常投入对盒工厂。Zara Domain发生率与Shield Bar位置的坡度角关系如图9所示。

图11 不同坡度角 Zara Domain 发生率Fig.11 Zara Domain rate about different profile angle

由图11可知，Zara Domain不良的发生率与Shield Bar位置的坡度角呈正相关性，Shield Bar位置的坡度角越大，Zara Domain发生率越高，S/B位置的坡度角管控在45°时为最佳生产条件。

4 结果与分析

由以上分析可得知，Shield Bar位置的坡度角过大，是Zara Domain发生的主要原因之一。实验得出，通过矩阵工厂在生产过程中，对工艺进行严格管控，将Shield Bar位置的坡度角管控在45°左右，提高摩擦弱区的配向能力的均一性从而改善Zara Domain。Zara Domain发生的另一原因为工艺参数设置不合理，摩擦强度值过大，导致摩擦弱区配向能力严重不足，与正常区域有明显的差异，使此处的液晶分子无法正常排列，从而出现画面显示异常。实际实验得出，在配向膜厚度保证在750 nm，且2.0 N·m<摩擦强度值<2.5 N·m时，Zara Domain发生率明显降低。但在工厂实际生产中，摩擦强度值的设定需考虑实际生产条件的限制，高低需要严格把控，因此对于101.3 mm(3.97 in)TN 4 mask这款产品，摩擦强度值设置在2.3 N·m为最佳生产条件，可以有效减小Zara Domain不良对品质的影响。

5 结 论

对于TN型TFT-LCD产品，合理的产品设计，可以从根本上规避Zara Domain的问题。在生产过程中，可以通过严格管控矩阵工厂的工艺条件，将Shield Bar位置的坡度角保持在一定的角度波动范围内，合理设置摩擦强度值，使摩擦弱区的配向能力较正常区域差异不明显，均一性得到提高，从而改善Zara Domain。 改造工艺设备的功能，在冷却设备上方增加空调扇，加速冷却速度，使高温时紊乱的液晶分子迅速得到恢复，正常排列，同样能够达到Zara Domain的改善目的。

本文对Zara Domain的研究有望为TN产品的开发提供了理论依据。在目前实际产品开发的过程中，综合考虑以上因素，从而获得设计合理，工艺生产范围大，良率稳定的产品，减少开发阶段的解析工作，加速产品的量产速度，增加公司的效益。