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行业痛点‖TFT-LCD面板碎亮点问题

 
           随着减薄的液晶面板基板越来越薄(现在薄化要求在≤0.2t以下时),在薄化企业中经常发现在对已蚀刻TFT-LCD面板进行抛光处理后,减薄厂商却时常被客诉抛光的TFT-LCD面板有碎亮点(Zara Particle)不良。由于该不良问题在普通日光灯的检验下是无法检测出来,因此如何改善和控制减薄抛光后液晶面板的碎亮点不良,也成为减薄工厂对面板抛光品质管控的很重要要求之一。以下通过汇总对Zara Particle的微观形貌和成因分析等资料,阐述在面板Zara Particle的改善处理,希望能给我们众多的薄化企业在后续处理类似不良问题有更多的参考。
ZaraParticle源于日语,用于表示液晶显示画面的不良,常指液晶面板在暗态画面下显示区域出现的微小细密亮点。产生Zara Particle不良的原因很多,与液晶盒(Panel)的结构设计、制造工艺、面板显示模式等都有关系。这里主要分析的是在面板制成过程中如受抛光、镀膜等过程中压力导致的碎亮点。
液晶面板碎亮点(Zara Particle)
相关资料了解,受压力导致的碎亮点不良,表现形式有线性碎亮点(指线性排列的碎亮点形式,Line Zara)和边角碎亮点(指细密碎亮点不良集中在面板边角)。经分析,它们主要都是表现在液晶面板的彩膜(Color Filter)受外力对盒内支撑柱状隔垫物(Photo Spacer,PS)与TFT摩擦导致PS表面聚酰亚胺(Polyimide,PI)层破损,在液晶屏通电过程中,显示碎亮点不良。

边角碎亮点不良:一般检测出Zara Particle不良工位是在面板模组COG(Chip On Glass)产线后段。
边角碎亮点(Zara Particle)微观形貌和检测分析
去除电学信号后不良仍然可见,可以排除电学性成因。按压细密碎亮点位置可移动,说明不良由Panel 盒内浮游 Particle 造成。
发生不良的边角位置彩膜CF侧柱状隔垫物PS顶端受到明显破坏,且TFT侧碎屑的成分分析进一步确认Particle 碎屑为 PS 受损脱落物。据此,推测不良是 Panel 流通过程中 PS 受到破坏产生碎屑,这些碎屑形成 Zara Particle 不良。

线性碎亮点不良(Line Zara)
通过显微镜照片发现:其主PS表面有些平滑度比正常区的要差,并且表面有类似压痕的迹象。

通过FIB Check(聚焦离子束检测)
通过显微镜和FIB 以及正常区域和异常区域对比推断:Line Zara是由主PS表面上PI膜层由于压力和磨损导致破损,破损的碎屑在后续加工过程中,扩散而影响液晶在盒内的取向,在液晶中电学检测(electrics Test,ET)显示为碎亮点(Zara)不良,传统生产工艺取向(Rubbing,RB)不会造成PI层破损,与传统意义上的Zara相比,该不良以主PS为中心散开,分布规律性较强,表现在:位置固定,显示屏的长边边缘;形状固定,宏观成直线性。        

  
压力是导致Zara Particle问题的重要原因,抛光压力和时间与碎亮点不良增加成正向关系,问题较为明显。
根据对盒工序到模组完成,需要经历一次切割(1st Cutting)、减薄(Slimming)、抛光(Polishing)、镀ITO膜、二次切割(2nd Cutting)、ET偏光片贴附(Polarizer Attachment,POL)、外部引线封装(Out Lead Bonding,OLB)、模组初步检查(Panel Inspection)、背光源组装(Assemble)、老化(Aging)、模组终检(Final Inspection)。
在对工艺过程分析,其有主要受力过程在:抛光过程、镀膜过程和POL贴附过程。受力角度分析:抛光压力居中,但受力时间较长;偏光片贴附受力较大,受力时间较短;ITO镀膜受外界大气压变化的压力,受力时间居中。
造成碎亮点不良影响比率:抛光>POL贴附>ITO镀膜
通过对线性碎亮点不良(Line Zara)研究分析数据,相应优化参考数据如下:
Polarizer贴附压力和速度优化
偏光片贴附压力
贴附压力为CF/TFT(0.26×106Pa/0.20×106MPa)为该工艺最优化条件;
该不良与压力非简单的线性关系,贴附压力并非Line Zara的唯一成因;

偏光片贴附速度
贴附速度和该不良基本呈线性关系;
贴附速度主要是影响两张玻璃之间的剪切力,因此,剪切力是造成该不良的重要影响因素;
仅贴POL附压力和速度调整无法完全改善不良;

ITO镀膜工艺优化测试
镀膜工艺存在对Panel直接压力,主要集中在镀膜完成后的真空条件与大气压条件的转换。

数据显示:ITO镀膜工艺中真空度释放时间越长,Line Zara越低。
抛光条件测试
抛光环节是液晶盒(Panel)后期的一个重要的受力环节
调整抛光不同参数,测试产生不良比率。

    经分析抛光时间和抛光压力对于LineZara的增加都是正向的作用。在较轻的压力测试下,Line Zara的发生数量和严重程度明显有所下降,但目前正常600s的抛光时间不能保证抛光质量(表面光滑平整性、减少凹凸点和划伤等的工艺要求)。测试分析,压力值较轻的情况下,抛光时间在900~1200s,可以实现控制碎亮点不良在较低范围内。
(注:在减薄厂为减轻压力通常出抛光盘自重压力外,还对机器施加一定附加来减少对抛光的压力)
 
另外,通过对设备运作要求的改善测试,发现增加抛光设备稳定性而进行抛光对与不良影响较小;增加抛光设备转动频率,也不利于Line Zara比率的降低。
边角碎亮点不良(Zara Particle)分析
根据测试数据,除类同线性碎亮点不良的抛光影响因素外,还发现在实际减薄抛光中导致碎亮点不良时,还经常伴随着抛光产品厚度不均匀的情况。虽不能根本排除厚度不均的直接影响,但据相关数据分析,抛光厚度不均可能会是抛光压力分布不均等原因所致,故此抛光厚度不均也可认为是该不良诱因之一。所以在减薄抛光加强对抛光中产品厚度的监控和处理是很有必要的。
综合以上分析,减薄抛光过程对面板碎亮点不良的产生影响最大,主要原因是:Panel进行蚀刻减薄(Slimming)后,组成Panel Glass基板抗弯曲程度降低,在抛光过程中PS与PI层表面剪切作用的结果。
面板碎亮点不良的改善总结:
偏光片贴附压力控制在CF/TFT(0.26×106Pa/0.20×106MPa)为最佳,偏光片贴附速度根据实际作业需要,尽量保证较慢的速率为好。
ITO镀膜过程适当延长真空度释放时间。
在减薄抛光过程中:(1)加强抛光工艺的管控,严格控制抛光时间和压力(建议:抛光压力应用较轻压力,抛光时间控制在900s~1200s以上)。同时需要返抛作业时,规定返抛次数应≤2次;(2)返抛品需增加厚度的测量位置数;(3)出货检查时厚度全检;
增加PS强度。参考建议:(1)在现有工艺基础上提高后烘(Post Bake)温度(230℃→240℃),提高PS 强度;(2)降低 Main PS 与 Sub PS 之间的段差,以提高 Panel受压时 PS 与 TFT 的接触面积。
改善PS材料特性,研究开发新型PS应用材料,提高 PS 材料的弹性恢复率和外压形变承受能力。(有资料获知,国内科研机构与显示制造企业合作开发一种新型丙烯酸酯 PS 材料,具有良好的弹性恢复率、热稳定性以及机械性能,具有潜在的应用价值)。