ADS TFT-LCD貼合產(chǎn)品按壓漏光研究及改善

桂繼維，胡 亮，李利杰，洪性坤，董天松， 劉 洋，章 亭，聶學(xué)政,王維維

(福州京東方光電科技有限公司，福建 福州 350000)

1 引 言

近年來(lái)，薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)以環(huán)保、輕薄、高性能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、電視等電子顯示產(chǎn)品中[1-6]。TFT-LCD有多種顯示模式，如扭曲向列型(TN)、垂直排列型(VA)、平面轉(zhuǎn)換型(IPS)、高級(jí)超維場(chǎng)轉(zhuǎn)換型(ADS)等。VA、IPS和ADS模式因其具有廣視角、高透過(guò)率和高對(duì)比度等優(yōu)點(diǎn)，多應(yīng)用在電視和顯示器等產(chǎn)品上。隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)液晶顯示器顯示品質(zhì)要求不斷提高。漏光是影響畫(huà)面顯示品質(zhì)的一種常見(jiàn)不良，按壓漏光是發(fā)生在貼合產(chǎn)品上的一種漏光不良。產(chǎn)生漏光的原因有很多，與玻璃材料、液晶模式、機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面都有關(guān)系[7]。一般認(rèn)為，漏光發(fā)生的原因主要有兩種：一種是陣列(TFT)基板和彩膜(CF)基板對(duì)盒偏移造成，當(dāng)TFT基板和CF基板對(duì)盒偏移量過(guò)大時(shí)，CF基板上黑矩陣(BM)無(wú)法有效遮擋背光，造成漏光，通過(guò)優(yōu)化對(duì)盒精度可進(jìn)行改善[8]。另一種是ADS模式受到外部應(yīng)力作用導(dǎo)致基板形變?cè)斐?，由于玻璃的光彈性產(chǎn)生相位差，同時(shí)ADS和IPS模式的液晶各項(xiàng)異性會(huì)放大玻璃受壓產(chǎn)生的相位差，產(chǎn)生漏光[9-10]。按壓漏光產(chǎn)生原因偏向第二種。

本文針對(duì)8.5G工廠(chǎng)1 225 mm(55 in)貼合產(chǎn)品出現(xiàn)按壓漏光，通過(guò)研究各外力因素驗(yàn)證其對(duì)按壓漏光的影響，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致按壓漏光發(fā)生的原因，即真空對(duì)盒機(jī)機(jī)械手 (Vacuum Assembly System Robot Hand，VAS R/B)和紫外固化機(jī)機(jī)械手(UV Cure Robot Hand，UC R/B)在搬送過(guò)程中對(duì)玻璃基板產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致基板固定位置形變。通過(guò)導(dǎo)入翻轉(zhuǎn)臺(tái)(Turn Over，T/O)不翻轉(zhuǎn)工藝，降低了按壓漏光的發(fā)生等級(jí)，有效提高了產(chǎn)品品質(zhì)。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1 現(xiàn)象描述

圖1 按壓漏光在面板上的位置Fig.1 Position of press light-leakage in panel

實(shí)驗(yàn)測(cè)試用的玻璃基板由TFT-LCD生產(chǎn)工藝制備，樣品分別來(lái)源于不同工藝條件生產(chǎn)的1 225 mm(55 in)產(chǎn)品基板。在客戶(hù)端組裝成整機(jī)后顯示屏(面板)的短邊固定區(qū)域按壓后漏光，在實(shí)驗(yàn)室燈箱上按壓面板短邊可復(fù)現(xiàn)漏光現(xiàn)象，漏光區(qū)域集中發(fā)生在面板短邊位置，如圖1所示。不良現(xiàn)象主要集中在A/C 面板，如圖2所示。

圖2 按壓漏光在玻璃上的位置Fig.2 Glass mapping of press light-leakage

2.2 液晶盒厚測(cè)定

取按壓漏光不良屏，分別測(cè)量正常區(qū)域及不良區(qū)域切割前后的液晶盒厚(Cell Gap)和扭曲角(Twist Angle)，根據(jù)圖3所示，無(wú)論切割前或是切割后不良區(qū)域與正常區(qū)域盒厚值差異較小，不良區(qū)域扭曲角在切割前較正常區(qū)域大，如圖4所示。在不良區(qū)域?qū)F側(cè)玻璃切斷后，玻璃基板應(yīng)力逐漸釋放，不良區(qū)和正常區(qū)的扭曲角逐漸縮小，說(shuō)明按壓漏光區(qū)域，液晶的扭曲角受到應(yīng)力影響。

圖3 切割前后盒厚測(cè)量值示意圖Fig.3 Measurement of cell gap before and after cutting

圖4 切割前后扭曲角測(cè)量值示意圖Fig.4 Measurement of twist angle before and after cutting

2.3 封框膠干寬測(cè)定

封框膠的主要作用是粘結(jié)TFT和CF基板形成液晶盒，由于封框膠中加入部分添加物，封框膠對(duì)保證液晶面板盒厚均一性有一定的作用[9]。選取不良屏，對(duì)不良區(qū)域的封框膠寬度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量條件為：在面板短邊兩側(cè)各選取12個(gè)測(cè)量點(diǎn)位，長(zhǎng)邊兩側(cè)選取6個(gè)測(cè)量點(diǎn)位，共36個(gè)點(diǎn)。測(cè)量結(jié)果如圖5所示。測(cè)量結(jié)果顯示，不良屏四周的封框膠寬度數(shù)據(jù)穩(wěn)定，均一性較好，不良區(qū)與正常區(qū)封框膠寬度無(wú)明顯差異。由此可見(jiàn)，封框膠寬度與按壓漏光無(wú)明顯關(guān)聯(lián)。

圖5 封框膠寬測(cè)量結(jié)果Fig.5 Measurement of sealant width

2.4 翹曲度測(cè)定

圖6 翹曲量測(cè)量結(jié)果Fig.6 Measurement of bending

分別取正常屏和不良屏測(cè)定漏光位置玻璃基板翹曲情況。如圖6所示，CF側(cè)朝上時(shí)，正常屏的翹曲量基本上在0～0.1 mm之間。而不良屏漏光嚴(yán)重區(qū)域翹曲量大于0.25 mm，非嚴(yán)重區(qū)域玻璃基板翹曲量均在0～0.1 mm之間。正常屏與不良屏漏光位置的同一區(qū)域基板翹曲量差異約0.1～0.15 mm，與此同時(shí)，不良屏的漏光區(qū)域相比正常區(qū)域基板翹曲量差異近0.1～0.15 mm。說(shuō)明按壓漏光可能是由于基板異常翹曲造成。為了確認(rèn)按壓漏光趨勢(shì)與基板翹曲是否匹配，取不同漏光屏，在面板短邊各取10個(gè)點(diǎn)，測(cè)量其翹曲量，并與漏光位置進(jìn)行匹配，結(jié)果如圖7所示。根據(jù)匹配結(jié)果可知，翹曲量偏高區(qū)域與漏光區(qū)域基本重合，因此，基板翹曲量偏大，應(yīng)是造成該款產(chǎn)品出現(xiàn)漏光的原因之一。

圖7 翹曲量匹配結(jié)果Fig.7 Glass mapping of bending

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)前面的現(xiàn)象和測(cè)量數(shù)據(jù)可知，漏光區(qū)域基板翹曲較大，不良區(qū)域扭曲角較大，切割后扭曲角逐漸減小，按壓漏光與基板形變有關(guān)。

根據(jù)玻璃光彈性理論[10]：玻璃在外力作用下會(huì)發(fā)生形變，出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象，產(chǎn)生相位延遲。在ADS模式，基板未受到外力時(shí)，液晶分子水平排列，光通過(guò)沿著垂直液晶分子排布方向射入后，振動(dòng)方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，扭曲角趨近于0°。當(dāng)液晶分子受到外力擠壓時(shí)，液晶分子扭曲角發(fā)生變化，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)TFT側(cè)偏光片(Polarizer，POL)、TFT側(cè)玻璃、液晶層、CF玻璃及偏光片，產(chǎn)生疊加的相位延遲，光線(xiàn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，上偏光片無(wú)法完全遮光，發(fā)生漏光，如圖8所示。與此同時(shí)，圖4、圖6和圖7測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證了上述理論，因此玻璃固定位置受到外力作用導(dǎo)致形變是這次按壓漏光發(fā)生的根本原因。

圖8 ADS模式下液晶偏轉(zhuǎn)狀態(tài)Fig.8 Deflection of liquid crystal state in ADS mode

3 結(jié)果與討論

前文分析得知，玻璃固定位置受外力影響形變是造成本次漏光發(fā)生的原因，因此確認(rèn)外力產(chǎn)生位置，減少玻璃基板形變是改善漏光的總體方向。本次漏光發(fā)生在切割前對(duì)盒基板的固定位置，首先排除切割工藝的影響。封框膠完全固化后，基板形變會(huì)固定，因此減少封框膠固化前玻璃的形變是本次改善的重點(diǎn)。輔助封框膠會(huì)影響基板受力[11]，封框膠固化前與基板接觸的設(shè)備也可能對(duì)基板產(chǎn)生應(yīng)力，包括VAS下支撐桿(Pin)、VAS R/B、UC R/B、 T/O[12-13]等，因此主要針對(duì)上述兩個(gè)方面驗(yàn)證其對(duì)按壓漏光的影響。

3.1 輔助封框膠排布對(duì)按壓漏光的影響

參考其他1 225 mm(55 in)未發(fā)生不良產(chǎn)品的輔助封框膠設(shè)計(jì)，在1 225 mm(55 in)貼合產(chǎn)品上使用，如表1所示。兩種設(shè)計(jì)的輔助封框膠在面板的排布有所不同：量產(chǎn)設(shè)計(jì)周邊輔助封框膠貫穿整條邊，A系列和B系列之間、B系列和C系列之間多一條橫向輔助封框膠，新設(shè)計(jì)中所有輔助封框膠接口處均斷開(kāi)。輔助封框膠能夠支撐對(duì)盒基板在搬送過(guò)程中的偏移以及有效防止TFT和CF基板剝離，量產(chǎn)設(shè)計(jì)中輔助封框膠在A、B系列和B、C系列之間增加一條輔助封框膠能更加有效地固化上下基板，防止基板偏移及剝離，故理論上量產(chǎn)設(shè)計(jì)輔助封框膠排布能更有效地減少外力影響，實(shí)際是量產(chǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品反而發(fā)生按壓漏光，因此輔助封框膠排布應(yīng)不是造成基板受力不均的原因。變更新設(shè)計(jì)后，漏光等級(jí)并未減輕或消失，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述判斷。

表1 輔助封框膠排布對(duì)漏光的影響

3.2 封框膠固化前外部應(yīng)力作用對(duì)按壓漏光的影響

在液晶滴注(One Drop Fill，ODF)制程工藝中，TFT和CF基板對(duì)盒后，通過(guò)VAS R/B取出成盒基板，經(jīng)過(guò)T/O翻轉(zhuǎn)再通過(guò)UC R/B搬送進(jìn)入紫外固化爐進(jìn)行固化[14]。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不良發(fā)生位置與UC R/B有明顯接觸點(diǎn)，如圖9所示。因此首先討論UC R/B對(duì)基板應(yīng)力的影響。

圖9 UC R/B與玻璃不良位置圖示Fig.9 Glass mapping of UC R/B with defect

3.2.1 UC R/B對(duì)漏光不良的影響

圖10 旋轉(zhuǎn)180°前后漏光位置Fig.10 Light-leakage position before and after rotating 180°

將成盒基板旋轉(zhuǎn)180°，確認(rèn)旋轉(zhuǎn)后不良位置是否會(huì)發(fā)生變化，結(jié)果如圖10所示。玻璃基板旋轉(zhuǎn)180°后，漏光位置具有一定的對(duì)稱(chēng)性，基本與旋轉(zhuǎn)前漏光位置一致。旋轉(zhuǎn)后，UC R/B與基板干涉點(diǎn)并無(wú)明顯變化，考慮到UC R/B和基板接觸的對(duì)稱(chēng)性，說(shuō)明UC R/B支撐點(diǎn)可能與本次漏光有關(guān)聯(lián)。嘗試對(duì)UC R/B做降速處理，在實(shí)驗(yàn)室觀察漏光效果，如表2所示。對(duì)UC R/B降速處理后，不良程度并未減輕，因此UC R/B搬送速度不是造成本次按壓漏光的原因。

表2 UC R/B對(duì)漏光不良的影響Tab.2 Influence of light-leakage by UC R/B

3.2.2 VAS下Pin及VAS R/B對(duì)漏光不良的影響

TFT和CF基板VAS設(shè)備成盒后，需由VAS下Pin升至與VAS R/B交互位置，由VAS R/B取出成盒基板。在下Pin上升過(guò)程中，基板會(huì)受到下Pin向上的應(yīng)力，為了確認(rèn)基板排出時(shí)VAS下Pin及VAS R/B對(duì)基板受力的影響，針對(duì)VAS下Pin上升速度及VAS R/B取放速度進(jìn)行調(diào)整測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，無(wú)論是VAS下Pin上升速度降低還是VAS R/B取放速度降低，或者是二者同時(shí)降速，5個(gè)測(cè)試條件均對(duì)按壓漏光無(wú)改善效果，說(shuō)明VAS下Pin上升速度及VAS R/B取放速度不是造成按壓漏光的原因。

表3 VAS 下Pin及VAS R/B速度對(duì)漏光不良的影響Tab.3 Influence of VAS under Pin and VAS R/B on light-leakage

3.2.3 T/O對(duì)漏光不良的影響

成盒基板在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，由T/O下基臺(tái)支撐Pin承接對(duì)盒基板，同時(shí)支撐Pin對(duì)基板進(jìn)行真空吸附，T/O上基臺(tái)的承接Pin下降，上下基臺(tái)的承接Pin對(duì)成盒基板施加壓力，T/O進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，支撐Pin翻轉(zhuǎn)后在基板上部，承接Pin在基板下部，支撐Pin放氣，基板因重力下落至承接Pin，再由UC R/B取出，因此T/O的翻轉(zhuǎn)模式以及支撐Pin和承接Pin之間的高度差值(Gap)也是影響基板受力的原因。為了確認(rèn)T/O翻轉(zhuǎn)與否以及支撐Pin和承接Pin之間的Gap對(duì)漏光不良的影響，進(jìn)行以下測(cè)試，如表4所示。

根據(jù)表4可知，在進(jìn)行T/O不翻轉(zhuǎn)測(cè)試時(shí)，基板固定位置漏光等級(jí)為L(zhǎng)evel 1↑級(jí)，而Gap值調(diào)整后，基板固定位置發(fā)生的不良嚴(yán)重性均大于Level 2級(jí)，故通過(guò)T/O不翻轉(zhuǎn)生產(chǎn)能有效減輕漏光的發(fā)生，而T/O Gap值降低對(duì)減輕漏光不良的發(fā)生并無(wú)效果。結(jié)果表明，該不良的發(fā)生與T/O和支撐Pin及承接Pin之間的Gap值無(wú)關(guān)，與T/O是否翻轉(zhuǎn)有一定的關(guān)系。

表4 T/O對(duì)漏光不良的影響Tab.4 Influence of T/O on light-leakage

為確認(rèn)T/O不翻轉(zhuǎn)是否對(duì)基板受力有改善作用，取顯示屏進(jìn)行翹曲量測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖11所示。對(duì)比圖12，T/O不翻轉(zhuǎn)模式生產(chǎn)成盒基板翹曲量最大值為0.2 mm，而量產(chǎn)模式最大翹曲量達(dá)0.3 mm，很明顯T/O不翻轉(zhuǎn)模式生產(chǎn)的成盒基板的變形更小。對(duì)比改善前后漏光現(xiàn)象，如圖13所示，翹曲量減小后，漏光程度明顯下降，整體達(dá)到客戶(hù)認(rèn)可水平。因此T/O不翻轉(zhuǎn)能有效改善玻璃形變量，是改善漏光不良的有效方法之一。

3.3 改善機(jī)理研究

圖11 T/O不翻轉(zhuǎn)條件下的玻璃翹曲量Fig.11 Glass bending of non overturn type

圖12 量產(chǎn)條件下的玻璃翹曲量Fig.12 Glass bending of MP type

圖13 改善前后的漏光現(xiàn)象Fig.13 Light-leakage before and after improvement

已明確T/O不翻轉(zhuǎn)模式是改善漏光不良的有效方式之一，但不良發(fā)生位置與T/O上的支撐點(diǎn)并無(wú)明顯干涉。在前文已討論過(guò)UC R/B上的支撐點(diǎn)與漏光位置匹配，可能與漏光不良有一定的關(guān)聯(lián)性。對(duì)不良位置與VAS R/B進(jìn)行匹配，如圖14所示，漏光嚴(yán)重位置與VAS R/B間距較大的區(qū)域高度匹配。通過(guò)模擬基板在VAS R/B和UCR/B上的受力情況，如圖15、16所示，發(fā)現(xiàn)基板在VAS R/B和UC R/B上有受力疊加。VAS R/B取出基板后，由于機(jī)械手臂中間位置無(wú)支撐面，導(dǎo)致基板下垂，翻轉(zhuǎn)后UV R/B對(duì)該位置施加向上作用力，導(dǎo)致不良位置形變疊加，出現(xiàn)漏光。

針對(duì)VAS R/B間距過(guò)大問(wèn)題，需增加VAS R/B對(duì)基板的支撐作用。但由于機(jī)械手臂與VAS設(shè)備內(nèi)Pin的排布有干涉，已無(wú)位置在機(jī)械手臂上添加魚(yú)骨加強(qiáng)支撐。UC R/B間距因涉及T/O上的吸附墊片及UV設(shè)備內(nèi)Pin位置干涉，也無(wú)法短期進(jìn)行改善。最后通過(guò)導(dǎo)入T/O不翻轉(zhuǎn)模式，有效改善了固定位置形變過(guò)大的問(wèn)題，減輕了漏光不良發(fā)生程度。

圖14 VAS機(jī)械手與基板不良位置匹配Fig.14 Glass mapping of VAS robot with defect

圖15 基板在VAS機(jī)械手手臂上Fig.15 Glass on VAS robot upper hand

圖16 基板在UV機(jī)械手手臂上Fig.16 Glass on UV robot hand

4 結(jié) 論

本文探討了8.5G工廠(chǎng)1 225 mm(55 in)貼合產(chǎn)品按壓漏光問(wèn)題，通過(guò)對(duì)影響按壓漏光的各項(xiàng)因素進(jìn)行分析，驗(yàn)證了輔助封框膠、UC R/B取放速度、VAS下Pin上升速度及VAS R/B取放速度、T/O Gap及T/O運(yùn)動(dòng)方式對(duì)按壓漏光的影響。結(jié)果證明，T/O不翻轉(zhuǎn)模式對(duì)改善按壓漏光有較好的效果，漏光等級(jí)從L2下降至L1。結(jié)合對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的影響和對(duì)比各項(xiàng)改善方案，成功導(dǎo)入T/O不翻轉(zhuǎn)的運(yùn)營(yíng)方式，有效降低了按壓漏光發(fā)生等級(jí)，為后續(xù)解決貼合產(chǎn)品類(lèi)似問(wèn)題積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，具有較高的參考價(jià)值。