摩擦后清洗机对Zara不良的影响和改善

2020-05-11黎关超徐风波曾小强

液晶与显示 2020年4期

黎关超，徐风波，刘坤，沈水，曾小强，李伟

(北京京东方显示技术有限公司，北京100176)

1 引言

近年来，以液晶显示器为首的各种新型平板显示器件得到了迅速发展，特别是以薄膜晶体管液晶显示器 (TFT-LCD) 为代表的液晶显示器件，因具备功耗低、显示性能优良、无辐射等一系列的优点，已广泛应用到人类生活的每一个角落[1]。而FFS(Fringe Field Switching)技术作为兼备广视角和高透过率的唯一技术，越来越受到制造厂商的青睐[2]。但是FFS技术在生产过程中，易导致Zara类不良高发，降低产品良率，造成生产成本增加。

Zara来源于日语，用于表示液晶显示器显示画面的不良现象[3]，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，面板点亮后，在暗室中切换到全黑画面，通过不同角度或视角即可观察到[4]。

本文主要研究摩擦后清洗机(After-Rubbing-Cleaner，ARC)对Zara不良的影响。首先通过分析Zara不良的分类和成因机理，并通过生产实践中过滤器滤径减小、KOH流程优化、直供水改造、腔室污染降低等方面研究了Zara不良改善的方向，收集了大量数据，得到了可明显改善Zara不良(摩擦后清洗机导致)的方法。

2 Zara不良分类

Zara不良根据点灯现象的不同表现出不同的形态，大致可以分为以下几类[5]：散状Zara：L0画面小面积内多个分散亮点；团状Zara：L0画面成团聚集发亮；辉点数：L0画面大范围内多个分散亮点；未确认面板污渍类不良L0画面片絮状侧视发暗或发亮。

图1 Zara造成的不良分类Fig.1 Adverse classification caused by Zara

3 Zara发生机理分析

产生Zara不良的原因有很多，一般认为与取向膜[6](材料特性、厚度、平整度和覆盖率)、摩擦布[7](材料特性和摩擦强度)、摩擦后清洗机(洁净度和清洗能力洁净度)等都有关系。根据对不良屏的分析，大致可将Zara不良机理分为以下几类：

PI碎屑：摩擦工艺生产过程中将PI膜脱落产生PI碎屑，经过摩擦后清洗机未清洗掉残留物；微生物：摩擦后清洗机内部滋生的微生物附着在基板表面；PI膜污染：摩擦后清洗机内PI碎屑浸泡后污水滴落到已取向PI膜表面，烘干固化后，对表面取向层产生污染，此位置PI膜取向层不同于正常区域，导致的显示异常。

图2 Zara发生机理Fig.2 Genesis mechanism of Zara

根据对Zara不良大量取屏分析，发现PI碎屑∶微生物∶PI膜污染比例大致在2∶7∶1(78∶278∶34)。

4 Zara改善研究

如上所述，Zara不良与摩擦后清洗机的内部洁净度和清洗能力有较大关联(占比70%以上)。针对此两类原因，在生产实践中分别从过滤器滤径减小、KOH流程优化、直供水改造、腔室污染降低等方面进行了改善研究。

4.1 过滤器滤径减小

摩擦后清洗机清洗单元有DET、SJ/CJ、BJ/HPMJ和FR，对应过滤器尺寸分别为1.25，0.45，0.45，0.2 μm。

取寿命到期的过滤器(图3)分析发现：膜外观，滤膜颜色略微发黄；SEM观察，滤膜上有明显细菌残骸，膜孔被有机胶体堵塞；EDS显示膜孔中堵塞物只含C和O元素，说明是有机物。

图3 寿命到期的过滤器(a)及滤膜表面(b)Fig.3 Filter with expired life(a) and the surface of filtration membrane(b)

过滤器能有效堵截水中的微生物，但是不同滤径的过滤器过滤能力是有差异的。基于滤径越小、过滤能力越强的原则，同时兼顾生产成本因素，进行了滤径减小(1.2/0.45/0.45/0.2→0.45/0.45/0.2/0.2→0.2/0.2/0.1/0.1)的改善实验，以Zara发生率为判定标准，结果如图4所示， Zara不良显著降低。

图4 过滤器滤径减小结果Fig.4 Result of filter diameter reduction

4.2 KOH流程优化

湿法清洗设备极易受微生物污染。基板表面的异物被去离子水清洗后易在清洗设备的水槽和管道堆积，形成微生物，而微生物在适宜的环境中会以几何倍数迅速繁殖。对于微生物的污染[8]去除，一般采取氧化剂(如H2O2)将其氧化析出或者加入催化剂(如KOH)促进微生物分解析出。

KOH清洗方法[8]：以16%浓度的KOH洗剂稀释后倒入水槽，然后循环冲洗1 h，排掉碱液并用去离子水循环冲洗30 min，排掉废液并更换过滤器；重复以上流程多次(视PM时间合理安排)。改善前KOH清洗流程如图5所示。本文从生产实践中多次KOH清洗后Zara高发的现状出发，重新排查现有KOH清洗流程的问题并优化，使KOH清洗效果更加明显。

图5 改善前KOH清洗流程Fig.5 Cleaning process of KOH before improvement

KOH清洗分两部分，DET自循环和SJ/CJ-BJ-FR循环。而在生产中，流品方向为DET→SJ&CJ→BJ→FR，后一个单元的水前一个清洗单位用，所以洁净度顺序为：FR>BJ>SJ&CJ>DET。FR为工厂端直供水，洁净度高，拆开管道发现无微生物滋生情况。改善前SJ/CJ-BJ-FR整体直接循环，微生物大量洗出后，会污染FR和BJ洁净度较高的区域，导致KOH清洗后微生物析出，Zara高发。

经过多次试验，优化后KOH清洗流程如图6所示，主要有以下特点：

(1)基于FR为直供水、管道内无微生物滋生，将FR从KOH清洗环节中去掉，Tank#3排出的水改为排到FR的下水道；

(2)原有清洗流程为SJ/CJ-BJ-FR一起循环，有整体污染问题，按干净向较脏区域逐渐深入独立循环清洗方式，现改为3个阶段分别清洗,如图6所示。

第一阶段：BJ与Tank#4循环清洗；

第二阶段：SJ & CJ与Tank#3和Tank#4循环清洗；

第三阶段：Tank#3和Tank#4循环清洗。

第四阶段：KOH洗剂有K+残留的风险，在完成以上3个阶段后要用大量的去离子水冲洗1 h以上，期间不间断地测试水槽中水的PH值和电导率，在同时满足PH值达到7和电导率恢复冲洗前水平后方可完成冲洗。

图6 改善后KOH清洗流程Fig.6 Cleaning process of KOH after improvement

优化后的KOH清洗流程，避免了洁净度低的模块对洁净度高的模块的污染，在生产实际中也证明了有较好的清洗效果：清洗后前3 d Zara发生率从1.64%降低至0.47%，对生产影响时间从48 h(不良高发后需停线排查原因并改善)降低至3 h(清洗流程分阶段导致清洗时间延长)。

4.3 直供水改造

循环水长时间使用，管道内易滋生微生物，积累到一定程度后会脱落造成Zara不良。同时，受连续生产的影响，被循环水内微生物污染的管道只有在PM时才有机会进行KOH清洗，在两个清洗周期间都属于不良高发风险区间。

将全部的循环水改造为直供水，可使各模块使用水洁净度大幅提升，理论上对Zara不良的改善有重要的意义。但从节约用水和预防污渍不良(产线宕机时，基板在ARC清洗模块下长时间冲洗产生)角度出发，在实际中只对DET和BJ区域进行了直供水改造，如图7所示(单位plm，FR/Tank#4已经为工厂端直供水)。实践证明直供水对Zara不良有明显的改善，如图8所示。