彩膜不良研磨成功率的分析與研究

2018-03-14 03:44:03

制造業自動化 2018年2期

關鍵詞：實驗

（北京京東方顯示技術有限公司，北京 100176）

0 引言

液晶顯示器的崛起，徹底替代了CRT。近年來TFTLCD液晶面板產業突飛猛進[1]，行業的競爭俞顯激烈，客戶對液晶面板的質量要求不斷提高。彩膜（Color Filter簡稱CF）作為液晶面板的主要組成部分[2,3]，正面臨著越來越嚴峻的挑戰；彩膜的生產，雖然是在高潔凈度的空間內完成的，但是由于工藝的復雜性、多樣性、重復性等特點；彩膜在生產過程中仍會出現以Particle為主的各種缺陷[4～7]。這些缺陷也被稱為彩膜良率的殺手锏，主要會造成液晶面板出現壞點等品質不良，根據品質不良類型造成液晶屏在質量等級上分為A＋、A、B、C等等級，甚至造成液晶屏的廢棄。隨著競爭的加劇，彩膜生產廠家在提高生產技術水平的同時，也要進一步加強生產、檢測和修補等內部質量管控，進而減少缺陷率，從而保證液晶屏的高等級率。

1 彩膜缺陷的概述

彩膜一般可以定義為由黑矩陣、紅、藍、綠三原色組成的色彩矩陣單元，為TFT基板提供色彩，從而達到顯示圖像的目的。適應高PPI的要求，Panel正向高密度Pixel、精細化的方向努力發展。這也意味著，容忍的微觀不良，向著數量少、影響小的方向過渡。而工藝的高要求下，并沒有新的革新技術出現，以避免常規不良的產生，相反，高PPI俞凸顯不良的存在性。

微觀不良一般表現為有異于彩色矩陣的點狀不良。從彩膜的整個工藝制程講，人員、物料、設備、環境等因素，都會帶來Particle的沉積，形成不良。從物質組成上，可以簡單區分為原材料引起的殘留、外界物質進入導致的Particle堆積、膜質脫落導致的膜面缺失等。從形態上可以分為纖維狀、點狀、圓形等。而從缺陷高度的角度衡量，缺陷本身一般具備一定的高度，在成盒階段，容易形成黑白點和Gap類不良，嚴重的會導致Panel質量等級的下降，甚至會被判定為N。

圖1 Particle堆積和膜面缺失

2 彩膜缺陷的特性

根據彩膜的工藝特點，按照膜形成的時間節點，可將Particle導致的不良分為兩類：膜上不良和膜下不良，如圖2、圖3所示。針對有高度缺陷的修補，主要的修補手段就是研磨，而如果缺陷本身具備很高的硬度，意味著將其本身打磨掉具備很大的難度。假如這樣的缺陷是嵌在膜層當中，研磨很容易導致形成膜層脫落。而對于硬度較低的缺陷，不論出現在膜上還是膜下，都不會有太大膜層脫落的風險。

圖2 膜面上的不良，很容易研磨掉

圖3 膜面下的不良，很容易研磨失敗

如圖2、圖3所示，尚且不討論研磨的原理與技術，單從缺陷本身，就意味著很難有一套固定的修補成功率范圍去衡量所有類型缺陷。而經過修補，不能達到既定的高度，或者造成膜面的缺失，都意味著修補失敗。普遍意義上講，金屬類缺陷、玻璃碎屑類缺陷具備很高的硬度，這類缺陷不容易被磨掉。同時一些經過烘烤的Particle，也具備很高的硬度，而且容易出現在膜面以下，造成很大概率的修補失敗。我們可以得出結論，不論形態、成分，和缺陷本身的硬度相比，都不具備更佳的代表性，用以區分不同類型缺陷具有不同結果的修補成功率。

這里我們可以認為，如果可以設定一定的技術手段，分別適用不同硬度的缺陷，就可以很好的提高修補的成功率。但是，盡管從缺陷軟硬程度可以簡單區分，但是在具體的修補過程中，我們很難確定哪個缺陷是硬質哪個缺陷是軟質，從而選擇與其適配的修補手法等，達到良好的修補效果。而在不斷擴張的產業里，不可能有充足的時間，每修補一個點位就更換一套技術手段。藉此，我們不得不從一個尋求不偏規律的角度，去提升修補的成功率。以修補點數為基礎，在經歷一段時間的數據積累后，計算出失敗的比例數據如圖4所示。

從數據不難看出，波動很大，水平較高，亟需一種科學的手段進行改善。

3 修補的主要原理

圖4 修補失敗的比例

從微觀缺陷的基本規律看，一般情況下，缺陷的高度范圍在0～50μm，大小范圍在100μm2～5×104μm2不等，微觀缺陷的修補自要分為白缺陷修補和高度缺陷修補兩部分。白缺陷表現為掉膜類的膜面缺失，一般采用先應用高功率激光的熱量，使白缺陷周圍的膜層氣化而不傷害玻璃，制造出一個規則的圖形，方便填充液的流動填充。第二步是應用超精細的填充技術，用玻璃針將填充液注入打好的圖形中。第三步是待填充液體填充滿，使用UV固化，達到與本身顏色統一的效果。具體的步驟如圖5所示。

圖5 Ink修補的主要步驟

而高度缺陷的修補只有研磨修補。所謂研磨，就是特別細微化的摩擦打磨，一般采用金剛砂的材料制成帶狀，通過精細的機械結構，精確控制研磨材料與缺陷接觸100μm直徑左右的范圍，通過高精度高度傳感器，精確控制需要研磨帶深度、速度、時間等要素。如果用一般模型來表述，大體可以描述成如圖6所示的方法。

4 修補參數的研究

上文中提及了研磨修補的主要技術。當一個缺陷出現時，首先是進行測高（H0），一般都是與設定好的閾值比較，如果超出閾值，則執行研磨，否則認為不需要修補。研磨過程中設計如下參數，分別是：1）開始研磨的高度（H1）；2）研磨帶轉速；3）研磨時間（一般是設定值，可以計算出單次研磨的量有多少）；4）單次研磨的量，即步進量（為了研磨充分，一般實際研磨過程不是勻速下降，而是步進式；而設定的是最小值）；當研磨結束，還會再測高（H3），再與閾值比較看是否達到目的。至于H2，則是和產品相關，即設定的閾值相關。關于以上參數的變動與修補成功率的關系，進行了以下測試。

圖6 研磨修補的主要步驟

4.1 開始研磨的高度

缺陷本身的高度可能達到幾十微米高，但一般概率上，都是在10μm以內，所以設定這個參數過大，意味著研磨帶空轉，浪費極大；而同時設定過小，意味著研磨機構已經壓迫缺陷本身，才開始研磨轉動，會導致研磨本身效果不佳，而拉伸力度足夠大，導致研磨失敗幾率大大增加。筆者保持單一變量變化的前提下，進行數據的變化，對比修補失敗的比率與研磨參數變化的關系，得到如圖7所示的結果。

圖7 開始研磨高度與修補失敗

4.2 研磨帶轉速

整個研磨的過程，關鍵在研磨帶與缺陷的摩擦，摩擦的充分，則研磨效果好，不充分則研磨不到位，會浪費時間，還可能導致二次研磨。但過度的研磨，不僅會浪費研磨帶，同時也大大增加了研磨失敗的概率。筆者保持單一變量變化的前提下，進行數據的變化，對比修補失敗的比率與研磨參數變化的關系，得到如圖8所示的結果。

圖8 研磨帶轉速與修補失敗

4.3 研磨時間

研磨時間指的是一次研磨的總時間，屬于設定值。之所以不是根據缺陷高度進行區別設計，主要考慮到研磨的效率和時間成本，不論缺陷高低時間是統一的，這樣避免缺陷高時間長，造成時間的浪費。當然，同時意味著缺陷高的，使用相同的時間研磨，為例達到很好的研磨效果，必然在軟件中涉及了單次研磨的步進量的增加，即可能潛在增加修補失敗的風險。所以研磨時間的設定，也與研磨的成功率有著相當大的關聯。筆者保持單一變量變化的前提下，進行數據的變化，對比修補失敗的比率與研磨參數變化的關系，得到如圖9所示的結果。

圖9 研磨時間與修補失敗

4.4 單次研磨的量

單次研磨的量即步進量，設定值是步進量的極限值，假如設定了開始研磨的高度5μm，設定了研磨結束的高度2μm，即需要研磨掉3μm。如果設定的研磨時間是2sec，步進量的極限是0.5μm。意味著要分為6次下降，每次0.5μm，而研磨機構下降的速度為2μm/sec，（注：這個參數嚴重影響研磨時間，本文不做討論），時間上講2Sec＞ 3μm÷2μm/Sec=1.5sec，剩余的0.5sec都是研磨時間，即相鄰步驟之間是有停頓的。當設定的極限值過大，就會導致研磨力度過大，修補失敗增多，設定值過小則增加研磨時間。筆者保持單一變量變化的前提下，進行數據的變化，對比修補失敗的比率與研磨參數變化的關系，得到如圖10所示的結果。