Mobile产品异物产生机理及改善研究

杨德波，钟 野，毕 芳，樊明雷，张志聪，熊 奇，罗 春，李 伟

(重庆京东方光电科技有限公司，重庆 400714)

1 引 言

目前，尽管OLED显示正在逐步兴起，但以低功耗、寿命周期长、低辐射、低成本的TFT-LCD仍然是目前显示面板行业的主流[1-4]。无论是OLED还是TFT-LCD产品，在整个产品的生产过程中，因其工序多，设备内外的异物不可能100%消除，异物不良就成为显示面板行业的不可消除的顽固性不良[5-6]。随着显示技术的发展，人们对显示的品质要求越来越高，尤其是产品对像素密度(PPI)要求也越来越高，进而制造端对显示屏盒内的异物控制要求越来越严格，工艺制程设备内外的异物控制以及工艺优化日益凸显[7-9]。

本文针对Mobile产品出现的异物不良从点灯现象开始分析，经过显微镜确认异物类型与大小，采用SEM、EDAX、拉曼光谱分析、工艺数据等多种分析手段进行分析确定异物来源，并提出改善方案，有效降低了产品的异物不良率。

2 现象及机理分析

2.1 现象

异物不良为背光和黑画面下可见的发亮的点，主要是产品制程中异物掉落基板表面导致的缺陷，影响异物位置的液晶正常偏转导致发亮。目镜现象如图1所示。

图1 异物目镜现象Fig.1 Eyepiece phenomenon of particle

2.2 原因分析

常见的异物不良来源于人、机、料、法、环，可能的影响因素整合成一张鱼骨图如图2所示。

图2 鱼骨图分析影响因子Fig.2 Influencing factors analysis by fishbone diagram

2.2.1 微观形貌分析和大小分析

选取不同玻璃的不良样品10 Pcs，拆屏后在显微镜下拍照，其显微镜形貌和大小如图3所示。

图3 异物的显微镜照片图Fig.3 Microscopic photos of particle

从图3中可看出，各样品的异物显微镜形貌相似，类似三角形的形貌，大小集中在5 μm×3 μm。

2.2.2 SEM和EDAX分析

选取不良样品进行SEM和EDAX分析，SEM图片和EDAX分析结果如图4、图5所示。

图4 异物的SEM照片和EDAX分析结果Fig.4 SEM photo and EDAX analysis results of particle

图5 PI膜的EDAX分析结果Fig.5 EDAX analysis results of PI film

从图4的异物形貌可看出，该异物疑似为被刮起的PI膜。对异物和异物旁边的PI膜进行EDAX成分分析，从图4和图5的EDAX的分析结果可知异物的C、O含量与PI一样，初步判断该异物为PI碎屑。

2.2.3 拉曼光谱分析

该产品的PI液选用SE-6414，为了进一步确认异物的成分选取了5个异物样品(其中TFT侧异物样品3个、CF侧异物样品2个)进行了拉曼光谱分析，同时也将PI液和PI膜的上层与下层进行了拉曼光谱的对比分析，结果如图6所示。

图6 异物的拉曼光谱分析图Fig.6 Raman spectra analysis of the particles

从图6中可看出5个样品的峰与PI的峰均能对上，说明这5个样品的异物成分均为PI的成分，进一步佐证了EDAX分析的结果，可明确该异物就为PI碎屑。

2.2.4 异物产生机理

实验产品的PI膜配向用的是摩擦工艺，如图7所示。摩擦辊在玻璃基板上摩擦时，布毛容易使配向膜摩擦起细小的PI碎屑，细小的PI碎屑在对盒工艺的前段清洗过程中，由于清洗设备的清洗能力限制，部分细小的PI碎屑未能清洗掉而导致对盒后影响碎屑区域的液晶偏转，最终导致该区域显示不正常。

图7 摩擦辊摩擦示意图Fig.7 Schematic of rubbing roller friction

3 改善措施及效果

从实验产品异物不良产生的机理得知，摩擦强度降低及变更配向工艺是改善异物不良的总体方向，为此本文从摩擦强度、单辊摩擦、清洗机清洗能力提升和光配向工艺4个方面进行实验。

3.1 摩擦强度对异物的影响

在摩擦配向工艺中，我们用Nip值的大小来表征摩擦强度，如图8所示，摩擦辊的下压量越大，Nip值越大，摩擦强度也越大。

图8 Nip值示意图Fig.8 Schematic of Nip value

在其它工艺条件不变的情况下，选取Nip值为13.5，12.5，11.5 mm进行验证。每个条件验证20张玻璃，后段的检出不良数据结果如表1所示。

表1 摩擦强度与异物发生率的关系Tab.1 Ratio of particle vs.Nip value

从表1中的数据可知，随着Nip值的降低异物不良的发生率也随之下降，Nip值下降，摩擦强度也下降，布毛对PI膜的破坏能力被削弱，考虑摩擦强度太低有摩擦 Mura的风险，故选择Nip值为12.5 mm作为最优的摩擦强度的条件。

3.2 单辊摩擦对异物的影响

摩擦工艺中正常量产的有两个辊在玻璃基板上对配向膜进行摩擦配向，如图9所示。

图9 摩擦配向示意图Fig.9 Schematic of Friction alignment

在其它工艺条件不变的情况下，选取20张玻璃进行单辊转动的工艺条件验证，后段的检出不良数据结果如表2所示。

表2 单辊摩擦对异物的影响Tab.2 Effect of single roller friction on particle

从表2中数据可看出，单辊条件的异物发生率相比量产条件已经下降了1%左右，单辊摩擦相比量产条件的双辊摩擦的对玻璃的摩擦强度要小很多。

3.3 光配向工艺对异物的影响

目前的配向工艺有两种，一种是接触式的，一种是非接触式的[10-12]。选择非接触式的配向工艺(OA)就可以完全避免因摩擦而产生的异物。其工艺流程图如图10所示。

图10 光配向流程图Fig.10 Flow chart of optical alignment

选取100张玻璃进行光配向工艺对配向膜配向，其他工艺条件同量产条件，后段的检出不良数据结果如表3所示。

表3 配向工艺与异物发生率的关系Tab.3 Ratio of particle vs.Alignment process

从表3中的数据可以看出光配向工艺的玻璃异物发生率已降到了0.41%，改善效果明显，由于不接触配向膜，将不会产生PI碎屑类异物，为了进一步确认实物不良的异物类型，对光配向工艺的异物进行分析主要为如图11所示的常规异物，已无摩擦工艺造成的那种PI碎屑。

图11 光配向工艺的异物显微镜照片图Fig.11 Microscopic photo of particle for light alignment process

3.4 清洗机清洗能力提升对异物的影响

目前PI后非摩擦制程导致的异物仍然占据70%左右，需重点提升清洗机清洗能力来改善PI后异物。

影响清洗机清洗能力的因素有很多，如：HPMJ(High pressure mix jet)的压力、清洗机速度等，通过改变HPMJ的压力、降低清洗机清洗速度以及AK(Air knife)Shower打开来验证对异物的影响。

3.4.1 HPMJ压力对异物的影响

调整HPMJ的压力为6，8，10 MPa进行验证。各条件选取40张玻璃进行验证，后段的检出不良数据结果如表4所示。

表4中的数据可看出随着HMPJ压力的增大异物不良也随之降低，压力越大对玻璃基板的清洗效果也会更好，但压力过大也会对配向膜有一定的影响，高压力的二流体容易损伤配向膜而产生膜面异常，综合考虑以8 MPa作为最优的量产条件。

表4 HPMJ压力与异物发生率的关系Tab.4 Ratio of particle vs.HPMJ pressure

3.4.2 清洗机速度对异物的影响

调整清洗机流片速度为7 200，6 600，6 000 mm/min进行验证。各条件选取40张玻璃进行验证，后段的检出不良数据结果如表5所示。

表5 清洗机速度与异物发生率的关系Tab.5 Ratio of particle vs.ARC speed

表5中的数据可看出随着清洗机速度的降低异物不良也随之降低，清洗机流片速度越慢对玻璃基板的清洗效果也会更好，由于清洗机速度6 000 mm/min只比6 600 mm/min的不良发生率低0.03%，产能损失会增加100 min/1 000张玻璃，综合考虑产能和不良率以6 600 mm/min作为最优的量产条件。

3.4.3 AK Shower开关对异物的影响

AK Shower打开和关闭各选取40张玻璃进行验证，后段的检出不良数据结果如表6所示。

表6 AK Shower开关与异物发生率的关系Tab.6 Ratio of particle vs.AK Shower open or close

表6中的数据可看出AK Shower打开异物不良率能下降50%，AK前玻璃表面有水膜一方面在AK吹扫玻璃的时候水膜可以对配向膜起一定的保护作用，减少膜面异常导致的发亮不良；另一方面水膜可对干燥的异物进一步润湿，在AK吹扫玻璃的时候异物更容易从玻璃表面剥离。

4 结 论

摩擦工艺的Mobile产品所产生的异物通过实物显微镜分析和成分分析等手段，结合工艺制程确定了异物形成机理为布毛摩擦配向膜产生的细小PI碎屑。通过调整摩擦强度、单辊条件并不能有效改善细小的PI碎屑类异物；采用光配向工艺有效改善了细小的PI碎屑类异物，该产品的异物不良由2.34%降到了0.41%；最后对清洗机清洗条件优化后，确定合理的清洗条件：HPMJ压力8 MPa、清洗机速度6 600 mm/min和AK Shower打开下异物不良下降到了0.16%，改善效果明显。