王 超，徐習(xí)亮，姚之曉，朱東艷，王 健

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

液晶顯示屏在實現(xiàn)信息傳遞方式多樣性、顯示品質(zhì)高質(zhì)化的同時，讓任何時間、地點、人、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交互成為現(xiàn)實[1]，科技的進步已經(jīng)將我們帶入了萬物互聯(lián)的時代[2]，液晶顯示面板作為信息交互的重要組成，前景十分廣闊。TN型液晶顯示面板產(chǎn)品，因為具有低廉的生產(chǎn)成本，較快的響應(yīng)時間，被廣泛應(yīng)用于市面上主流的中低端顯示產(chǎn)品上[3]。液晶面板顯示質(zhì)量問題主要分為功能性不良和畫質(zhì)類不良，功能性不良主要包括畫面顯示異常、線不良、氣泡不良等，其中畫面顯示異常和線不良可以通過維修恢復(fù)，氣泡不良無法進行維修，且產(chǎn)生原因有很多[4]。

近年來，市場端一款TN型液晶顯示面板多次高發(fā)氣泡不良，主要集中在印度市場，造成客戶停線并造成大量產(chǎn)品無法投入，引起客戶強烈抱怨。為了降低客戶抱怨，改善產(chǎn)品不良，本文針對于TN型液晶面板的氣泡不良產(chǎn)生原因和機理進行了闡述，并結(jié)合不良機理對造成氣泡的彩色濾光片(Color Filter，CF)中的平坦化層(Over Coat，OC)工藝及材料和ITO的制備工藝進行了改善。

2 氣泡不良的原因和機理研究

2.1 現(xiàn)象描述

液晶面板在點亮?xí)r畫面出現(xiàn)發(fā)黑水平線狀氣泡不良，氣泡區(qū)域無法正常顯示，不良位置不固定。氣泡現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 氣泡不良Fig.1 Bubble defect

2.2 不良原因及機理分析

顯微鏡下對氣泡區(qū)域進行按壓，氣泡可以移動，熱風(fēng)槍加熱不良位置，氣泡增大，測試結(jié)果如圖2所示。實驗結(jié)果表明該氣泡為顯示屏內(nèi)部氣體產(chǎn)生氣泡[5]。

圖2 顯微鏡下的氣泡變化Fig.2 Changes of bubbles under microscope

用顯微鏡對封框膠所有區(qū)域進行確認，分析過程中所有封框膠均未發(fā)現(xiàn)異常。選取2片氣泡不良液晶顯示屏，對顯示屏進行均勻加熱后放入盛有紅色墨水的水槽中浸泡2 h，封框膠及屏內(nèi)未見墨水進入。實驗結(jié)果表明，封框膠狀態(tài)良好，氣體不是從外界進入，而是顯示屏內(nèi)氣體。我們邀請日本Toray公司對氣泡氣體成分分析，獲得拉曼光譜如圖3所示及氣體成分如表1所示，分析導(dǎo)致氣泡氣體主要成分為CO、CO2。液晶面板生產(chǎn)過程中不會用到CO、CO2，與空氣成分不同，CO和CO2往往為有機物的分解氣體產(chǎn)生，推測氣體為盒內(nèi)有機物產(chǎn)生。

圖3 拉曼光譜Fig.3 Raman spectrum

Romanshift/cm-1GasIntegratedintensity/cpsRelativeintensityConcentrationratio/%1 387CO2135.02.539.12 141CO1 125.621.0885.8 2 328N254.41.004.4 2 917CH441.40.780.5 3 655H2O4.60.090.2

圖4 聚氨基甲酸酯反應(yīng)方程式Fig. 4 Formule of reaction of polyurethane

TN型OC層上為ITO層[8]。為分析氣體如何透過ITO進入顯示屏內(nèi)，對氣泡區(qū)及非氣泡區(qū)ITO形貌進行SEM分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氣泡區(qū)域ITO存在裂紋(圖5)，判斷裂縫為氣體釋放通道。排查生產(chǎn)履歷時發(fā)現(xiàn)， ITO工藝后清洗毛刷材質(zhì)

圖5 ITO表面形貌Fig.5 SEM image of ITO surface morphology

有所加強升級，推測為基板在ITO清洗設(shè)備里傳送時，毛刷局部震動，造成部分產(chǎn)品ITO表面損傷。

通過上述分析推測不良原理，判斷為氣體由OC產(chǎn)生，同時ITO出現(xiàn)裂縫，在印度市場常年夏日高溫情況下不斷釋放氣體到顯示屏內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，造成了氣泡不良，如圖6示意。

圖6 氣泡產(chǎn)生機理示意圖 Fig.6 Schematic diagram of bubble generation mechanism

2.3 實驗設(shè)計

通過機理分析可知，氣泡不良的出現(xiàn)需要一定時間和溫度可以再現(xiàn)。首先需要設(shè)計一個可以快速激發(fā)氣泡再現(xiàn)的實驗。通過分析知道，OC制備工藝、OC材料、和ITO裂縫均對氣泡產(chǎn)生有影響，本文針對上述幾點進行了研究，并在同種尺寸TN產(chǎn)品上進行驗證，實驗條件均為單一變量。

2.3.1 氣泡激發(fā)實驗

由于TN型液晶顯示面板氣泡不良需要長時間使用才能出現(xiàn)，為了加速氣泡的產(chǎn)生，我們選取不同時期K公司的OC及J公司的OC未出現(xiàn)氣泡的同尺寸TN產(chǎn)品在85 ℃/85%RH條件下存儲進行加速測試，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 85℃/85%RH條件下測試氣泡結(jié)果Tab.2 LC bubble test result under 85 ℃/85%RH

續(xù)表

結(jié)果表明，在85 ℃/85%RH 條件下測試，144 h后，氣體析出可被有效激發(fā)，導(dǎo)致氣泡不良。經(jīng)確認，封框膠未斷裂，且氣體成份與客戶端不良品氣體成分相同。經(jīng)過336 h實驗后，氣泡不良發(fā)生率基本趨向于穩(wěn)定。所以 85℃/85%RH，336 h的評價實驗條件可以有效評價氣體析出導(dǎo)致氣泡不良，為接下來監(jiān)控實驗設(shè)計制定了評判依據(jù)。

2.3.2 OC材料氣體析出減少實驗

CF光阻材料在制備過程中均會產(chǎn)生氣體。我們分析OC制備工藝中影響氣體析出的工藝參數(shù)，確認減壓干燥(Vacuum Dry，VCD)終壓、減壓干燥保持時間、烘烤溫度、烘烤時間對OC氣體析出均有影響，故對上述4個參數(shù)進行了試驗，制備出同尺寸TN產(chǎn)品，并進行85 ℃/85%RH，336 h測試，結(jié)果如表3所示。可以看出CF OC VCD終壓降低、VCD 保持時間增加、OC 烘烤溫度升高可減少氣泡發(fā)生率，對改善氣泡不良有幫助。

表3 氣體析出減少實驗結(jié)果Tab.3 Experimental results of out gas decreased

2.3.3 OC材料變更實驗

采用J公司新提供的不含有聚氨基甲酸酯且量產(chǎn)性提升的OC升級款，在相同OC工藝條件下同K公司制備的同尺寸TN 產(chǎn)品進行85 ℃/85%RH驗證，試驗結(jié)果如表4所示?？梢钥闯觯缓芯郯被姿狨サ腏公司的OC升級款制備的產(chǎn)品不會析出氣體，導(dǎo)致氣泡發(fā)生。

表4 OC材料變更實驗結(jié)果Tab.4 Test results of OC material change

2.3.4 ITO裂縫改善實驗

隨著制備溫度的升高, ITO薄膜的表面粗糙度先降低后上升。低溫成膜時的晶粒細小，孔洞較多，容易在外力下產(chǎn)生破損或脫落；高溫成膜時的晶粒粗大，膜面更為致密，晶粒之間不易分離。相對于低溫成膜，高溫成膜工藝的ITO 由于致密度提升，硬度也相應(yīng)提升[9]，不容易受到毛刷的損傷。我們通過將TN產(chǎn)品的ITO成膜溫度由120 ℃/120 ℃變更為150 ℃/150 ℃來提升ITO成膜致密度。實驗結(jié)果如表5所示?？梢娫诟邷爻赡さ臉悠凡灰壮霈F(xiàn)裂縫，使OC析出氣體進入顯示屏內(nèi)形成氣泡。

實驗設(shè)計及結(jié)果表明，通過85 ℃/85%RH存儲加速測試，可以快速激發(fā)氣體析出氣泡；OC成膜后VCD終壓降低、延長保持時間、提升烘烤溫度可以減少OC材料的氣體析出；導(dǎo)入不含有聚氨基甲酸酯的OC材料可以減少CO氣體的產(chǎn)生；提升ITO成膜溫度可以降低表面粗糙度及提升強度，減少ITO裂縫的產(chǎn)生，防止光阻材料因高溫產(chǎn)生的氣體通過裂縫進入顯示屏內(nèi)造成氣泡。參考實際產(chǎn)品特性，搭配以上工藝可以有效改善TN產(chǎn)品的氣泡不良。

表5 ITO成膜溫度變更實驗結(jié)果Tab.5 ITO temperature change test results

3 結(jié) 論

TN型液晶顯示面板出現(xiàn)的氣泡不良，是因為CF中OC材料在高溫條件下長時間存放，導(dǎo)致OC內(nèi)產(chǎn)生了CO氣體,氣體通過ITO裂縫釋放到顯示屏中形成了氣泡。在OC成膜后降低VCD壓力、延長保持時間、提升烘烤溫度可以減少OC材料的氣體析出。導(dǎo)入不含有聚氨基甲酸酯的OC材料可以減少CO氣體的產(chǎn)生。提升ITO成膜溫度可以降低ITO表面粗糙度并提升強度，減少ITO裂縫的產(chǎn)生，防止OC材料產(chǎn)生的氣體通過ITO裂縫進入顯示屏造成氣泡。通過導(dǎo)入上述方案，解決了氣體析出導(dǎo)致TN型氣泡發(fā)生的問題， 極大地提高了液晶顯示產(chǎn)品的品質(zhì)。