LCD制造中氣泡缺陷分析與對策

摘要：液晶顯示面板結構中陣列和彩膜基板之間是盒內空間，在設計上空間中應該填滿液晶，在陣列電場驅動下通過改變偏轉角度實現不同狀態的顯示功能。實際生產過程中可能出現氣泡缺陷，氣泡在面板顯示時會導致明顯的異常，該區域沒有液晶，通常一直呈黑色，從而被判斷為產品不良。分析了液晶顯示器（liquid crystal display，LCD）制造中常見氣泡缺陷的區分及成因，其涵蓋了各類型顯示模式下常見的氣泡缺陷問題。通過案例分析提出了相應策略，以產品為例對冷縮法和激光實驗兩種實驗操作方法進行了說明，并通過氣體成分分析和機制解釋了氣泡缺陷成因，為解決生產制造中氣泡缺陷提供了較好的參考與借鑒。

關鍵詞：液晶顯示器；氣泡缺陷；冷縮法；激光實驗

中圖分類號：TN141.9；TN873+.93 文獻標識碼：A

0 引言

液晶顯示器（liquid crystal display，LCD） 以其信息傳遞方式多樣性、顯示品質高質化等優點，在社會生產生活中廣泛應用[1]。該顯示屏在生產過程中有時會出現氣泡缺陷（bubble defect，Bubble），氣泡在面板顯示時會導致明顯可見的不良（厘米級）。氣泡區域沒有液晶，宏觀顯示是黑色，這會影響用戶使用產品的體驗。

氣泡缺陷主要有兩種類型：一種是真空類的氣泡缺陷（真空Bubble）；另一種是氣體類的氣泡缺陷（氣體Bubble）。氣泡缺陷宏觀點燈和顯微鏡現象如圖1 所示，真空Bubble 一般通過按壓難以移動，氣體Bubble 通過按壓可移動。

氣泡缺陷的分析方法較多，常見的方法是調查生產履歷中是否有異常停滯、對盒工序中的抽氣參數是否有異常，以及確認材料是否有氣體逸出等[2-6]。這些分析方法往往依賴于異常屏履歷顯著差異或者分析者經驗，缺乏系統的內在邏輯，在遇到從市場端或客戶端返回來的不良品數量較少（1 ～ 2 片）或者品質評價中的偶發問題時，無法快速分析不良原因或鎖定異常工序，難以滿足客戶相應的訴求。

1 常見氣泡缺陷的區分及成因

本文采用邏輯樹思維方法展示了常見的氣泡缺陷類型和起因關系，Bubble 分析方法如表1 所示。由此可知，常見的氣泡缺陷主要分成兩類：真空Bubble 和氣體Bubble。真空Bubble 是液晶在真空盒內的擴散不均勻造成的液晶缺失型真空氣泡，可能原因有液晶擴散不充分或液晶滴下量不足。氣體Bubble 是真空盒內有氣體存在，這些氣體可能是真空盒的封框膠損傷導致的外界進入的空氣、真空盒內材料在使用和儲存過程中受激發而逸出的氣體，以及真空對盒時的氣體殘留。無論是真空Bubble還是氣體Bubble，使用常規的顯微鏡觀察、按壓等方法都不會有顯著差異，很難判定其種類。因此，需要系統性的氣泡分析方法。

2 案例分析

在實際生產中，會遇到用戶異地返回不良屏或者信賴性驗證只有1 ～ 2 片不良品的情況。此時不能按照表1 的關系式進行鑒別，因此在具體實驗操作上會有一定的調整。氣泡缺陷分析步驟如圖2 所示，從收到不良實物到逐步分析測試均有詳細說明，這些實驗操作大多是常規方法，本文對冷縮法和激光實驗進行了必要的說明。

2.1 冷縮法

由于生產異常或者外部劇烈磕碰所導致的封框膠斷裂型，撕裂部位通常較大（亞毫米級），一般的光學顯微鏡可以有效識別。對于運輸或者整機組裝造成的損傷，可以通過冷縮法進行判定。具體的操作方法：首先，將做好氣泡輪廓標記的不良屏置于熱風爐加熱至110 ℃（低于封框膠固化溫度），保持0.5 h；其次，將受熱均勻的樣品迅速放于常溫（25℃）水箱中，充分浸沒，迅速降溫；最后，取出實物，觀察氣泡相對原輪廓的變化。根據氣泡變化，分為以下3 種情況：①恢復常溫，氣泡不變。此類變化是由氣體殘留導致的可能性大，結合氣體成分進一步判定。②恢復常溫，氣泡變大。此類變化是由氣體逸出導致的可能性大，結合激光實驗進一步判定。③恢復常溫，氣泡變小。取出液晶面板置于大氣中，屏的邊緣有水吸入真空盒或者氣體體積恢復到原輪廓，此類變化是由封框膠損傷導致的可能性大。

冷縮法的關鍵是假定封框膠完好且無氣體逸出，則真空盒內的氣體熱脹后會恢復原體積（第1種情況）；如果封框膠完整，有氣體逸出，則在熱效應下氣體逸出會增多，且被封在封框膠內，氣體體積增大（第2 種情況）；如果遇到封框膠損傷，加熱會促使盒內氣體排出，室溫水會封住封框膠中的氣路，因此氣泡在水中體積變小，回到大氣中則出現邊緣吸水或者氣體重新進入的情況，體積恢復（第3 種情況）。該方法優勢在于對實物可以一次性、不損壞地將常規氣泡缺陷類型逐個驗證，系統性的氣泡分析方法在分析效率和少量不良的場景中優勢更加明顯。

2.2 激光實驗

激光實驗是針對封閉完好的真空盒內存在氣泡缺陷，判斷其是否存在氣體逸出的一種分析方法。具體的操作是在外部條件調整（如陽光直射放置、冷縮法等）后確認氣泡缺陷增大時，利用液晶面板維修設備的激光束透過像素區域破壞彩膜側表面膜層，形成氣體逸出通道。觀察通道形成前后氣泡缺陷是否進一步增大，若增大，則有氣體逸出。該方法在液晶面板制造車間容易實現，有較強的可操作性。根據實際經驗，一般推薦使用能量為30 eV 的激光，其既能刺穿彩膜基板（color filter，CF）表面膜層，又不會損壞器件結構，如圖3 所示。

3 氣體成分分析和機制

以常見的液晶面板盒內厚度為3 μm 的產品為例，直徑4 cm 的氣泡缺陷體積約為3.8 μL。表2為逸出氣體成分分析，這是典型的逸出氣體拉曼分析報告，主要成分為N2（65.8%）、CO（24.5%）和少量CO2（5.8%）等。

惰性氣體N2 來自空氣殘留，CO 和CO2 的來源較為復雜。產線、工藝設備或者環境中不存在含有毒性的CO，因此推斷CO 來自盒內的有機物裂解。羅楊等[7] 使用分子模擬軟件，對聚酰亞胺（Polyimide，PI）降解過程進行計算和模擬。其中，有機物裂解可能是聚酰亞胺在光、熱或者振動情況下羰基（C=O）脫落成為CO，CO 同空氣殘留中少量的O2 反應生產CO2，聚酰亞胺反應機制如圖4所示。從聚酰亞胺受熱反應機制推斷該氣泡類型是由氣體殘留導致的可能性較大[8]。

由此可知，CO 的一種來源是聚酰亞胺分散在溶劑中，在生產時聚酰亞胺在熱固化中分解不充分，有殘鏈殘留，被密封在真空盒內并且在熱、光作用下裂解為含CO 的混合氣體。此類氣泡缺陷應對方案是將聚酰亞胺進一步完全固化，增加聚酰亞胺固化的溫度或時間，同時在真空對盒時保持更長時間的低真空度，以減少聚酰亞胺小分子殘留，切斷裂解氣體來源。這在實際生產中已經得到印證。

4 結語

本文從LCD 氣泡缺陷分析出發，總結了常見的真空盒氣泡缺陷類型和相應的分析方法及步驟。結合具體案例梳理了經典的分析流程。此外，還歸納了缺陷分析過程中的冷縮法、激光實驗兩種方法，進一步通過氣體成分分析和機制解釋氣泡缺陷成因，指出了氣泡缺陷中的CO 來源。本文研究對LCD 產品不良的控制及分析具有較大的參考意義。

參考文獻

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