CF TN型无树脂衬底基板的破片及改善方案研究

李石雷 李伟 吴康

摘  要：文章分析了CF（彩色滤光片） TN（扭曲向列）型无树脂衬底基板 ITO（氧化铟锡）工艺后的破片机理，得出破片的主要原因为ITO膜层与玻璃基板直接接触，经过加热并急速冷却，造成基板内应力增大，弯曲强度降低，遂发生破片;通过对HPCP（前烘炉）设备软体修改，对NG（不良品）基板识别后Bypass（设备不加工）处理，可以避免TN型Normal（正常）产品NG基板ITO工艺后的破片问题，从而取消其原有的Color Repair（基板修补）分片流程，提升了产线的整体运营效率;通过改变TN型COA基板在HPCP的冷却方式，由Contact cooling type（接触式冷却方式）变更为Buffer cooling type（缓存冷却方式），避免了COA（Color Filter ON Array）基板在PS（Photo Spacer）工艺的破片，从而可以减少为了避免破片而增加的一道OC（Over Coater）层工艺，提升产品透过率的同时可以极大的减少材料的浪费。

关键词：TN型产品;无树脂衬底基板;破片;弯曲强度;急速冷却

中图分类号：TN873        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）05-0105-04

Abstract： This paper analyzes the fragmentation mechanism of the CF TN resinless substrate Glass ITO process. The main reason for the fragmentation is that the ITO film layer is in direct contact with the glass substrate. After heating and rapid cooling， the internal stress of the substrate increases. The bending strength decreases with fragmentation. By modifying the HPCP equipment software and bypassing the NG substrate after identification， the problem of fragmentation after the ITO process of the NG substrate of the TN Normal product can be avoided， thereby canceling its original Color Repair fragmentation process and improving the overall operating efficiency of the production line; by changing the cooling method of the TN-type COA substrate in HPCP and changing from Contact cooling type to Buffer cooling type， the fragmentation of the COA substrate in the PS process is avoided， which can reduce the increase of an OC layer process and greatly reduce the waste of materials while improving product transmittance.

Keywords： TN-type products; resinless substrates; fragmentation; bending strength; rapid cooling

1 研究背景

在液晶顯示行业，根据液晶驱动方式的不同，基板在产线的工艺流程也会有差异，TN型是几种主流的液晶驱动方式之一，在液晶显示行业广泛应用[1]。但在生产中，TN型无树脂衬底Glass在ITO工艺后破片的问题，始终困扰着生产者，对产线的运营及相关产品的开发，都产生了一定的影响。

TN型Normal产品在CF工厂的工艺流程是需要先完成BM、RGB工艺制程，再进行ITO镀膜，完成ITO后再进行PS工艺。在实际生产中，基板可能会在BM或RGB工艺制程由于Coater异物或者曝光异物，导致基板NG，为了产线高效率的运营，NG基板通常会在彩膜工厂出货前的最后一道工序Final终检进行分片。但当NG基板也完成ITO镀膜，流向PS工艺制程，目前100%会在PS线体中HPCP设备后发生破片，鉴于此问题的存在，在生产运营中，会要求在Color Repair时将NG基板单独收出，但这样将造成Color Repair产能loss和嫁动损失，并且会占用生产卡夹，降低产线运营效率。

另外，在高端液晶面板制造工艺中，TN型COA面板因其可弯曲的特点受到了广泛关注，但TN型COA CF基板，因ITO下仅有BM膜层，与TN型Normal产品NG基板一样，ITO膜层可以直接与玻璃基板表面接触，在进行PS工艺时，经过HPCP设备后会发生破片，为此，TN型COA产品开发时，增加一道工艺流程，通过增加OC树脂衬底作为缓冲层，以此避免ITO膜层与玻璃基板表面的直接接触，但这种方式极大的增加了OC胶的loss，并在一定程度上降低了基板的透过率。

为了解决上述两种问题，特针对彩膜TN型无树脂衬底Glass ITO工艺后的破片机理及改善方案进行相关研究。

2 破片机理研究

2.1 工艺流程

由图1可知，BM/RGB有工艺缺失基板，经过ITO线，由于 Sputter设备无法Bypass，此类基板在ITO线仍会进行ITO镀膜工艺;ITO工艺完成后，无树脂衬底的ITO后基板会继续流向PS线，在PS线，COAT设备会Bypass，但HPCP会进行预加热固化和冷却，当基板从HPCP再取出时即发生破片。

2.2 破片现象

BM或RGB工艺有缺失其中任一工艺的基板，经过ITO镀膜之后，基板在经过PS Line的HPCP设备冷却后，由Robot取出再向下游设备放片时，即会发生应力性破片;但如果将Robot的放片速度降低，在进行Align位置校正时基板同样会被Align夹破。根据破片发生的类型，怀疑破片基板的弯曲强度不足，造成基板在放片或者Align夹持时发生破片。

2.3 影响弯曲强度的因素

表1中为影响基板弯曲强度的设备及因素，再结合图1的基板工艺流程，基板进行ITO镀膜后，经过OVEN设备的高温烘烤及Buffer冷却，不会出现基板破片的现象，但当基板到PS线经过HPCP的烘烤及接触式冷却后，基板即发生破片;排除工艺参数的影响（工艺参数对产品特性有显著影响，较难进行变更），OVEN和HPCP的Cooling Type存在差异，且此因素对弯曲强度的影响显著。

2.4 HPCP不同Cooling Type测试

为保证测试的准确性，统一选取完成BM工艺，未进行RGB工艺的基板30枚，再将此30枚基板投入ITO工藝，在BM膜层上进行ITO镀膜工艺，然后将30枚基板分成3组，每组10枚基板，以不同的HPCP Cooling Type投入PS工艺，观察在HPCP后的破片情况，并邀请康宁公司对每组基板进行弯曲强度的测试，测试结果如表2。

由表2中数据可知，在相同的HP温度和CP温度的情况下，冷却速度越快，基板的弯曲强度越低，越容易发生破片。由测试结果可以看出，当无树脂衬底Glass ITO工艺后经过接触式冷却HPCP设备，弯曲强度仅有61MPa，破片率为100%，当HPCP设备的冷却方式变更为接近式冷却时，基板的弯曲强度可以达到90MPa，测试时均不会发生破片;尤其当冷却方式变更为Buffer式冷却时，基板的弯曲强度可以提升到99MPa，不会发生相关破片。

2.5 破片原因分析

无树脂衬底Glass完成ITO镀膜后，ITO膜层可以直接与玻璃基板表面接触，当此类基板经过HP烘烤，再以接触式冷却方式完成CP工艺，基板急速冷却，相当于完成了一次淬火工艺，导致基板ITO膜层与玻璃之间的相界应力过大，基板韧性下降，弯曲强度降低，最终导致此类基板在HPCP设备后发生破片。

3 改善方案研究

3.1 TN型Normal产品 Photo工艺NG基板改善方案

现有TN型Normal产品Photo工艺NG（BM/RGB任一膜层或几个膜层缺失）基板均会在完成Photo工艺后在Color Repair进行分片处理，避免NG基板流向下游，避免造成破片。对于NG基板，后段工艺可进行Bypass处理，当完成ITO镀膜的基板投入PS工艺时，可以对HPCP设备软体设置进行“N”判级识别，NG基板在HPCP不进行烘烤和冷却，即HPCP Bypass，当此类基板没有经过急速冷却的过程，即可避免破片的发生。改善前后的flow流程如下：

3.2 TN型COA产品基板改善方案

目前PS线体，HPCP设备的CP上方有缓存Buffer，可以直接利用，无需进行设备改造，仅需对HPCP设备进行软体修改，使其可以实现Buffer Cooling Type和Contact Cooling Type两种冷却方式的自由切换，可以根据不同的产品类型选择不同的冷却方式（图2、图3）。

针对TN型COA产品，在进行PS工艺时，HPCP采用Buffer冷却方式，取代原有的Contact冷却方式，降低基板的冷却速度，减少基板残余应力，保证基板在特性值无异常状态下正常流片，且不发生破片问题。

改善前后TN型COA基板在彩膜工厂的工艺流程（图4、图5）：

4 结论

从上文中可以得知，CF TN型无树脂衬底Glass ITO工艺后发生破片，主要原因为ITO金属膜层直接与玻璃基板表面接触，当在下一工艺的HPCP设备进行烘烤和急速冷却后造成基板内应力增大，弯曲强度降低，进而造成的破片。

了解了破片的原因，则可以依托产线现有设备的结构及软体开发，针对不同类型的产品，选择最优的方案进行改善。针对TN型Normal产品的NG基板（BM/RGB任一工艺缺失），可以通过实现其在PS线体HPCP设备Bypass的方式，避免破片，通过改善，取消了Color Repair对NG基板的分片流程，提升了Color Repair的嫁动及产能，降低了卡夹的占用，提高了产线整体的运行效率。针对TN型COA产品，通过改变其在PS工艺HPCP设备的冷却方式，由Contact Cooling Type变更为Buffer Cooling Type，从而减少TN型COA产品在彩膜工厂的OC工艺流程，不仅可以提升产品的透过率，还可以极大的减少产线负荷和材料浪费。

参考文献：

[1]罗丽平，贠向南，金基用.TFT-LCD生产及发展概况[J].现代显示，2012（03）：31-38.