CF TN型無樹脂襯底基板的破片及改善方案研究

李石雷 李偉 吳康

摘? 要：文章分析了CF（彩色濾光片） TN（扭曲向列）型無樹脂襯底基板 ITO（氧化銦錫）工藝后的破片機理，得出破片的主要原因為ITO膜層與玻璃基板直接接觸，經過加熱并急速冷卻，造成基板內應力增大，彎曲強度降低，遂發生破片;通過對HPCP（前烘爐）設備軟體修改，對NG（不良品）基板識別后Bypass（設備不加工）處理，可以避免TN型Normal（正常）產品NG基板ITO工藝后的破片問題，從而取消其原有的Color Repair（基板修補）分片流程，提升了產線的整體運營效率;通過改變TN型COA基板在HPCP的冷卻方式，由Contact cooling type（接觸式冷卻方式）變更為Buffer cooling type（緩存冷卻方式），避免了COA（Color Filter ON Array）基板在PS（Photo Spacer）工藝的破片，從而可以減少為了避免破片而增加的一道OC（Over Coater）層工藝，提升產品透過率的同時可以極大的減少材料的浪費。

關鍵詞：TN型產品;無樹脂襯底基板;破片;彎曲強度;急速冷卻

中圖分類號：TN873? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）05-0105-04

Abstract： This paper analyzes the fragmentation mechanism of the CF TN resinless substrate Glass ITO process. The main reason for the fragmentation is that the ITO film layer is in direct contact with the glass substrate. After heating and rapid cooling， the internal stress of the substrate increases. The bending strength decreases with fragmentation. By modifying the HPCP equipment software and bypassing the NG substrate after identification， the problem of fragmentation after the ITO process of the NG substrate of the TN Normal product can be avoided， thereby canceling its original Color Repair fragmentation process and improving the overall operating efficiency of the production line; by changing the cooling method of the TN-type COA substrate in HPCP and changing from Contact cooling type to Buffer cooling type， the fragmentation of the COA substrate in the PS process is avoided， which can reduce the increase of an OC layer process and greatly reduce the waste of materials while improving product transmittance.

Keywords： TN-type products; resinless substrates; fragmentation; bending strength; rapid cooling

1 研究背景

在液晶顯示行業，根據液晶驅動方式的不同，基板在產線的工藝流程也會有差異，TN型是幾種主流的液晶驅動方式之一，在液晶顯示行業廣泛應用[1]。但在生產中，TN型無樹脂襯底Glass在ITO工藝后破片的問題，始終困擾著生產者，對產線的運營及相關產品的開發，都產生了一定的影響。

TN型Normal產品在CF工廠的工藝流程是需要先完成BM、RGB工藝制程，再進行ITO鍍膜，完成ITO后再進行PS工藝。在實際生產中，基板可能會在BM或RGB工藝制程由于Coater異物或者曝光異物，導致基板NG，為了產線高效率的運營，NG基板通常會在彩膜工廠出貨前的最后一道工序Final終檢進行分片。但當NG基板也完成ITO鍍膜，流向PS工藝制程，目前100%會在PS線體中HPCP設備后發生破片，鑒于此問題的存在，在生產運營中，會要求在Color Repair時將NG基板單獨收出，但這樣將造成Color Repair產能loss和嫁動損失，并且會占用生產卡夾，降低產線運營效率。

另外，在高端液晶面板制造工藝中，TN型COA面板因其可彎曲的特點受到了廣泛關注，但TN型COA CF基板，因ITO下僅有BM膜層，與TN型Normal產品NG基板一樣，ITO膜層可以直接與玻璃基板表面接觸，在進行PS工藝時，經過HPCP設備后會發生破片，為此，TN型COA產品開發時，增加一道工藝流程，通過增加OC樹脂襯底作為緩沖層，以此避免ITO膜層與玻璃基板表面的直接接觸，但這種方式極大的增加了OC膠的loss，并在一定程度上降低了基板的透過率。

為了解決上述兩種問題，特針對彩膜TN型無樹脂襯底Glass ITO工藝后的破片機理及改善方案進行相關研究。

2 破片機理研究

2.1 工藝流程

由圖1可知，BM/RGB有工藝缺失基板，經過ITO線，由于 Sputter設備無法Bypass，此類基板在ITO線仍會進行ITO鍍膜工藝;ITO工藝完成后，無樹脂襯底的ITO后基板會繼續流向PS線，在PS線，COAT設備會Bypass，但HPCP會進行預加熱固化和冷卻，當基板從HPCP再取出時即發生破片。

2.2 破片現象

BM或RGB工藝有缺失其中任一工藝的基板，經過ITO鍍膜之后，基板在經過PS Line的HPCP設備冷卻后，由Robot取出再向下游設備放片時，即會發生應力性破片;但如果將Robot的放片速度降低，在進行Align位置校正時基板同樣會被Align夾破。根據破片發生的類型，懷疑破片基板的彎曲強度不足，造成基板在放片或者Align夾持時發生破片。

2.3 影響彎曲強度的因素

表1中為影響基板彎曲強度的設備及因素，再結合圖1的基板工藝流程，基板進行ITO鍍膜后，經過OVEN設備的高溫烘烤及Buffer冷卻，不會出現基板破片的現象，但當基板到PS線經過HPCP的烘烤及接觸式冷卻后，基板即發生破片;排除工藝參數的影響（工藝參數對產品特性有顯著影響，較難進行變更），OVEN和HPCP的Cooling Type存在差異，且此因素對彎曲強度的影響顯著。

2.4 HPCP不同Cooling Type測試

為保證測試的準確性，統一選取完成BM工藝，未進行RGB工藝的基板30枚，再將此30枚基板投入ITO工藝，在BM膜層上進行ITO鍍膜工藝，然后將30枚基板分成3組，每組10枚基板，以不同的HPCP Cooling Type投入PS工藝，觀察在HPCP后的破片情況，并邀請康寧公司對每組基板進行彎曲強度的測試，測試結果如表2。

由表2中數據可知，在相同的HP溫度和CP溫度的情況下，冷卻速度越快，基板的彎曲強度越低，越容易發生破片。由測試結果可以看出，當無樹脂襯底Glass ITO工藝后經過接觸式冷卻HPCP設備，彎曲強度僅有61MPa，破片率為100%，當HPCP設備的冷卻方式變更為接近式冷卻時，基板的彎曲強度可以達到90MPa，測試時均不會發生破片;尤其當冷卻方式變更為Buffer式冷卻時，基板的彎曲強度可以提升到99MPa，不會發生相關破片。

2.5 破片原因分析

無樹脂襯底Glass完成ITO鍍膜后，ITO膜層可以直接與玻璃基板表面接觸，當此類基板經過HP烘烤，再以接觸式冷卻方式完成CP工藝，基板急速冷卻，相當于完成了一次淬火工藝，導致基板ITO膜層與玻璃之間的相界應力過大，基板韌性下降，彎曲強度降低，最終導致此類基板在HPCP設備后發生破片。

3 改善方案研究

3.1 TN型Normal產品 Photo工藝NG基板改善方案

現有TN型Normal產品Photo工藝NG（BM/RGB任一膜層或幾個膜層缺失）基板均會在完成Photo工藝后在Color Repair進行分片處理，避免NG基板流向下游，避免造成破片。對于NG基板，后段工藝可進行Bypass處理，當完成ITO鍍膜的基板投入PS工藝時，可以對HPCP設備軟體設置進行“N”判級識別，NG基板在HPCP不進行烘烤和冷卻，即HPCP Bypass，當此類基板沒有經過急速冷卻的過程，即可避免破片的發生。改善前后的flow流程如下：

3.2 TN型COA產品基板改善方案

目前PS線體，HPCP設備的CP上方有緩存Buffer，可以直接利用，無需進行設備改造，僅需對HPCP設備進行軟體修改，使其可以實現Buffer Cooling Type和Contact Cooling Type兩種冷卻方式的自由切換，可以根據不同的產品類型選擇不同的冷卻方式（圖2、圖3）。

針對TN型COA產品，在進行PS工藝時，HPCP采用Buffer冷卻方式，取代原有的Contact冷卻方式，降低基板的冷卻速度，減少基板殘余應力，保證基板在特性值無異常狀態下正常流片，且不發生破片問題。

改善前后TN型COA基板在彩膜工廠的工藝流程（圖4、圖5）：

4 結論

從上文中可以得知，CF TN型無樹脂襯底Glass ITO工藝后發生破片，主要原因為ITO金屬膜層直接與玻璃基板表面接觸，當在下一工藝的HPCP設備進行烘烤和急速冷卻后造成基板內應力增大，彎曲強度降低，進而造成的破片。

了解了破片的原因，則可以依托產線現有設備的結構及軟體開發，針對不同類型的產品，選擇最優的方案進行改善。針對TN型Normal產品的NG基板（BM/RGB任一工藝缺失），可以通過實現其在PS線體HPCP設備Bypass的方式，避免破片，通過改善，取消了Color Repair對NG基板的分片流程，提升了Color Repair的嫁動及產能，降低了卡夾的占用，提高了產線整體的運行效率。針對TN型COA產品，通過改變其在PS工藝HPCP設備的冷卻方式，由Contact Cooling Type變更為Buffer Cooling Type，從而減少TN型COA產品在彩膜工廠的OC工藝流程，不僅可以提升產品的透過率，還可以極大的減少產線負荷和材料浪費。

參考文獻：

[1]羅麗平，贠向南，金基用.TFT-LCD生產及發展概況[J].現代顯示，2012（03）：31-38.