鄂爾多斯源盛光電有限責任公司 陳 帥 張 顯 王文強 郭劍偉 賀新鋼 陳 卓

隨著人們對手機外觀審美的提高，面板廠商為了適應市場需求以客戶、市場為導向的經營方針決定了窄邊框技術成為一種必然趨勢。薄膜晶體管液晶顯示器的窄邊框研究過程不斷沖擊著TFT-LCD生產工藝能力和設計能力的極限。當然，任何極限都不能破壞產品應該保證的可靠性水平，進而引發(fā)出新技術的應用以同時滿足產品品質和工藝設計能力。本文從Cell成盒工藝的局限性入手，重點說明如何從工藝和設計兩個方面進行改善，工藝上主要從配向膜印刷、封框膠涂布、切割等工藝進行分析改善，設計上主要從CF BM層挖孔、TFT PLN層挖孔、TFT金屬線挖孔等方面進行分析改善。

近年來，手機在人們生活中的扮演的角色越來越重要，隨著技術發(fā)展和市場需求，智能機呈現(xiàn)出2個發(fā)展趨勢：更高解析度和更窄的手機邊框。窄邊框設計的興起，除滿足消費者對視覺美的追求外，更兼顧了握持、便攜等多方面因素。

市場競爭激烈，可是窄邊框技術在Cell成盒工藝仍存在局限性，我們從工藝和設計兩個方面進行改善，工藝上主要從配向膜印刷、封框膠涂布、切割等工藝進行分析，設計上主要從CF BM層挖孔、TFT PLN層挖孔、TFT金屬線挖孔等方面進行分析。

1 改善方案

成盒工藝技術，其主要包括配向膜印刷、液晶滴入框膠涂覆和切割工藝。一方面需要從工藝上提升管控能力，另一方面在設計上研究提升產品性能的可行性方案。

1.1 工藝改善

工藝上主要從配向膜印刷（PI Print）、封框膠涂布（Seal Draw）、切割（Cutting）等工藝進行分析改善。配向膜的邊緣在產品邊框區(qū)域，若配向膜印刷工藝不穩(wěn)定，邊緣不均勻，一方面會影響到封框膠的涂布，另一方面會影響到配向膜與封框膠的重疊區(qū)域，進而影響到產品的信賴性水平，所以需對配向膜印刷進行工藝能力提升。

對窄邊框產品設計，很關鍵的步驟就是封框膠涂布，封框膠（Sealant）的主要用途是將TFT玻璃基板和CF玻璃基板粘接異物等雜質進入盒內而污染液晶。在產品邊框變窄后，還要避免封框膠由于工藝波動進入顯示區(qū)（AA區(qū)），否則封框膠進入AA區(qū)就會影響產品顯示效果。

切割時，切割工藝不穩(wěn)定一方面體現(xiàn)在刀輪可能對Sealant造成損傷，氣體沿著Seal損傷部分進入產品導致產品NG，另一方面體現(xiàn)在切割精度上，本身產品邊框變窄后，若再被切掉較大的一部分，則也會影響到產品的信賴性水平。

1.1.1 配向膜印刷工藝管控

合格的產品要求PI膜（配向膜）完全覆蓋顯示區(qū)，所以PI Edge Margin的精度控制異常重要，PI Edge位于產品邊框，當PI印刷不穩(wěn)定時，PI會引起Panel邊緣的高度斷差，到達ODF工序時會影響到邊框膠的涂布，造成信賴性異?；騁ap異常，所以邊框越窄，對于PI Edge Margin要求越嚴格。

窄邊框需配向膜印刷從下面三個方面進行工藝和設備改善：

（1）PI Align精度改善；

（2）APR掛版精度改善；

（3）APR版Design Offset。

1.1.2 封框膠涂布工藝管控

邊框膠（Sealant）的主要作用是粘結TFT與CF基板，對Panel四周進行密封，邊框膠在產品邊框位置進行涂布，所以邊框的設計必須考慮Sealant膠涂布的位置精確性、膠寬（Seal Width）穩(wěn)定性和均一性。

當Sealant膠涂布穩(wěn)定性較差時，Seal Width會偏離目標值，當Seal Width過大時，造成的影響主要有：

（1）Sealant膠涂布在Panel邊緣切割線（Cutting Line）上，造成Cutting Line上切割介質不均一，會影響Panel Cutting工藝，造成Cutting不良；

（2）Sealant膠靠近顯示區(qū)的內邊緣無法在UV Cure工序中完全固化，造成Sealant膠與液晶相污染，可能會有Corner Mura和穿刺等不良；

（3）Sealant膠膠量過大時，會造成Gap性不良；

當Seal Width過小時，無法提供合格的粘著力甚至會發(fā)生Seal Leak等不良。

Sealant膠涂布的位置精確性也非常重要，如果與目標涂布位置發(fā)生偏差，同樣會造成Cutting不良、穿刺和UV無法完全固化等情況。

產品邊框的空間有限，所以邊框越窄，對于Seal Draw要求越嚴格，不僅需要控制Seal Width和涂布位置精度，還要求涂布的Sealant膠越細，但是對于涂布設備來講，涂布越細，出膠受其他因素的影響越大，涂布的穩(wěn)定性就越難以控制。

圖1是傳統(tǒng)Seal涂布方式。

圖1 單個Panel涂布

單個Panel涂布。表1是產品生產時邊框位置需要考慮的工藝條件。

表1 邊框設計參數(shù)

由于傳統(tǒng)單個Panel涂布方式受工藝條件和邊框設計限制，無法應用在窄邊框產品中，以0.7mm邊框產品為例，見圖2所示。

圖2 單個涂布對應0.7mm邊框設計

如圖2所示，考慮到邊框設備工藝條件，0.7mm邊框的Sealant膠涂布寬度為0.2mm，而目前0.2mm的Seal Width對于涂布設備穩(wěn)定涂布是一個非常大的挑戰(zhàn)。

綜合來看，0.7mm窄邊框需Seal Draw從Seal Width穩(wěn)定性和均一性、Seal涂布位置精度和Seal Pattern三個方面進行工藝和設備改善。

（1）Seal Width穩(wěn)定性和均一性改善

產品在ODF工序對盒之后，Seal膠的厚度（Seal Thickness）主要由Si ball決定，所以Seal Width與邊框膠的截面積呈一定關系變化。為了驗證此關系，我們通過分析涂布設備測量的Wet Area數(shù)值與Seal Width數(shù)值，見表2，得出圖3：Seal Width與Wet Area Data分析圖。（Si ball=3.6um）

表2 Wet Area、Seal Width、Seal Thickness三者關系

Seal Thickness=Wet Area/Seal Width，從表2中三者關系可以看出Seal Thickness幾乎與使用的Si Ball Size相同，保持一個固定值，從圖3、Seal Width與Wet Area Data分析圖，可看出Seal Width與Wet Area的變化趨勢完全相同，所以我們完全可以通過管控Wet Area Data實現(xiàn)控制Seal Width的目的。

圖3 Seal Width與Wet Area Data分析圖

既然Seal Width與Wet Area Data呈正比例變化，那么通過管控涂布設備的Wet Area Data就可有效控制Seal Width。對于Wet Area Data我們主要從設備、備件和工藝等三個方面進行管控。

首先對設備相關進行說明。我們在購買涂布設備并對設備進行檢討時，考慮到M社的Seal Dispenser采用新型的Screw Dispensing方式，見圖4，具有傳統(tǒng)的Air Pressure方式所不具備的優(yōu)點，并克服了Air Pressure在吐膠和吸膠時的Air不穩(wěn)定性，故最終決定采用M社設備。Screw Dispensing方式為機械式涂膠即使在長時間Dispensing下，對Sealant粘度變化的對應能力也很強，Seal Wet Area均一性也保持的較好。

圖4 螺桿式Screw Dispenser方式

其次對備件相關進行說明。在選擇備件時，考慮到穩(wěn)定控制Wet Area Data的需求，所以采用一次性Syringe，可避免Syringe反復清洗使用導致Particle產生堵塞Nozzle造成涂布出膠不暢等異常情況的發(fā)生。同時在Nozzle Material上選擇SUS+Ruby，Ruby表面更光滑，能夠使Sealant膠流動更順暢，見圖5所示。

圖5 Nozzle和Syringe

最后對設備的工藝規(guī)格進行說明。在廠商對設備調試階段，我們對設備在工藝上的要求是：

1）Wet Area & Wet Width & Wet Height Accuracy for each head ≤±10% 以內；

2）Start～End Wet Area ≤ Main Seal Wet Area 113%。

通過對設備的不斷調試，涂布穩(wěn)定性和均一性取得了極大的改善，我們設定Seal Wet Area Target=1500um2做涂布測試，結果誤差控制在±10%以內，見圖6所示數(shù)據(jù)。

圖6 1500um2 Wet Area Test Data

（2）Seal涂布位置精度改善

設備的涂布位置也是有一定的偏差的，產品邊框寬度有限，若涂布位置偏差過大，一方面會增加不良的風險，另一方面則需要增大產品邊框，降低位置偏差導致的不良風險，所以實現(xiàn)窄邊框，需要在設備調試與操作當中不斷改善涂布位置精度。

（3）Seal Pattern變更

由于單個涂布方式局限性非常明顯，新的方式Cutting On Sealant被設計出來，見圖7。Cutting On Sealant方式由于將Seal To Edge位置省去變?yōu)镾eal涂布區(qū)，可增加Seal Width，有效增強粘著力，具有極強的應用性。

圖7 Cutting On Sealant對應0.7mm邊框設計

為了增強Seal粘著力，提高Sealant膠接觸面積，將Seal To UV區(qū)域適當減小，變?yōu)?.15mm。

1）Seal Pattern 1

圖8 Seal Pattern 1是Cutting on Sealant的一種方式，但是Sealant膠并沒有直接涂布在GOA邊Cutting Line上，而是靠近Cutting Line，依然按照單Panel 四方形涂布，當在Vacuum Align設備中TFT與CF基板對盒時，受到壓力擠壓，Sealant膠會左右擴展，相鄰Panel GOA邊Sealant膠則按照涂布寬度與涂布位置的選擇有一定的Overlap，如圖9，當沿Cutting Line切割時，將Sealant膠Overlap區(qū)域一分為二，此方式也是在保持涂布設備工藝穩(wěn)定性的前提下，實現(xiàn)涂布細線化，但是這種涂布Pattern實現(xiàn)框膠細線化能力較弱，節(jié)省的涂布區(qū)域僅僅是Overlap區(qū)的一半，且Seal膠Overlap區(qū)域無法做大，目前判斷最多Overlap應≤0.2mm，否則可能會造成Gap性不良。且為了維持盒厚Gap的均一性，當Overlap區(qū)膠量過多無法擴展時，Sealant膠會向顯示區(qū)內側擴展，最終無法實現(xiàn)框膠細線化。

圖8 Seal Pattern 1

圖9 Seal Overlap區(qū)

由于Sealant膠涂布區(qū)域Gap值無法測量，無法判斷Overlap區(qū)Gap與非Overlap區(qū)Gap是否存在差異，但是理論上來講Overlap區(qū)Gap會略大一些，且在Vacuum Align設備中壓合時，框膠會受到由上至下的擠壓力，由于框膠具有流動性，它會向左右方向擴展，當Sealant膠接觸時，由于上部具有空間，壓力較小，Sealant膠會擠壓向上，造成底部縫隙，同時由于框膠是非直線邊緣，導致Overlap區(qū)Sealant膠接觸的點也不同，最終會造成Overlap區(qū)粘著力較差。

2）Seal Pattern 2

圖10是8字畫法，與傳統(tǒng)單Panel四方形涂布pattern相比，由于涂布設備的Head一次性將所有Panel全部涂布完成，避免了Nozzle下降和上升的時間，可高效的降低涂布時間，節(jié)省Tact time。但是由于8字畫法在GOA邊側會有Sealant重復涂布區(qū)域，可能會造成框膠的堆積，會比其他區(qū)域Seal Width略大一些。

圖10 Seal Pattern 2-8字畫法

3）Seal Pattern 3

圖11 Seal Pattern1是Seal on Cutting line上一種新型的涂布方式，通過Panel切割，將Sealant膠沿Cutting Line二等分，此方式對設備涂布Seal Width降低了要求，只需涂布目標寬度的2倍，既保持了涂布設備的工藝穩(wěn)定性，又巧妙的實現(xiàn)了框膠細線化。

圖11 Seal Pattern 3

經觀察涂布設備在Glass上的框膠涂布狀況和框膠固化后的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)此方式對于窄邊框設計有更好的對應性。

以上3種涂布pattern都可通過調試設備再次優(yōu)化，綜合分析各Seal Pattern的優(yōu)缺點，見表3。

表3 Seal Pattern優(yōu)缺點比較

從量產性上考慮，Seal Pattern 3最易實現(xiàn)邊框膠細線化，最適用量產，而其他涂布方式框膠細線化的范圍較窄，超窄邊框產品的量產存在局限性。

1.1.3 Cut工藝管控

窄邊框設計對Cutting提出的最大要求是控制切割位置精度，切割位置精度對邊框有兩個方面的影響。

（1）單Panel涂布方式，設計上為Cutting位置留出的空間越小，Seal Width就可相對增大，對于產品的信賴性等有極大的好處，如Peel Off、PCT和粘著力。

（2）切割位置精度較差時，會切在Sealant膠上，由于切割介質不均一，會造成產品出現(xiàn)Cutting不良和毛刺等。

1.2 Design Optimize

窄邊框設計中邊框設計優(yōu)化是非常重要的一個方面，除了考慮到對產品品質的影響，還需顧慮到設備工藝對應情況。邊框做窄，Sealant膠細線化，對產品信賴性通過提出很大的挑戰(zhàn)，尤其是Peel Off和PCT等測試。為了對應這些情況，在邊框設計上做如下優(yōu)化。

1.2.1 BM挖槽

BM主要作用是防止背景光泄漏，提高顯示對比度，在保證不會漏光的前提下，在CF基板上邊緣BM挖適當尺寸的溝槽，可避免水汽通過BM進入到Panel內，達到改善PCT的目的。同時由于BM缺失造成的斷差，Seal膠填充進入增大接觸面積也可有效增強Seal粘著力，見圖12。

圖12 BM挖孔示意圖

1.2.2 PLN挖槽

框膠既要細線化又要保持粘著力，可選擇在TFT Glass上PLN層挖孔，在Panel的Corner部由于PLN挖孔，TFT與CF在Vacuum Align設備中對盒時，Sealant膠會進入PLN中溝槽，增大Sealant膠的接觸面積，有效增加粘著力，對于Corner的Peel Off有很大的改善。至于具體的溝槽數(shù)量和形狀，則要考慮周邊電路的設計，見圖13所示。

圖13 PLN挖孔示意圖

在邊框邊緣位置，PLN層存在斷差，在涂布邊框膠時要考慮這一情況，涂布的Sealant膠要彌補這一斷差，勢必會造成Seal Width有所減少。

1.2.3 Array金屬線挖槽

要保證產品具有高粘著力，首先必須保證Sealant膠對盒后能得到有效的UV固化，可是由于TFT基板上的金屬走線會遮擋UV照射，使部分框膠得不到及時固化，此時Sealant膠達不到要求的強度，導致液晶材料與未固化的邊框膠接觸，致使電壓保持率下降和發(fā)生液晶取向不良、穿刺甚至液晶穿透邊框膠等。所以在邊框設計上，需要在TFT Array金屬線上盡可能的多留出空隙，減小線寬以提高UV透過率。

1.2.4 PI APR版更改

邊框越窄，對PI Edge Margin的范圍控制越嚴格，0.7mm Border的產品要求PI印刷精確控制，以避免對Sealant膠涂布造成影響或者減弱粘著力。為了積極應對此問題，特將APR版進行改善，以線狀印刷對應GOA邊，則在Pad側和MUX側，存在PI Edge Margin，但是在GOA邊，PI與Sealant完全Overlap，不存在PI Edge，將PI對邊框設計的影響降到最小，方便我們在GOA邊實現(xiàn)窄邊框技術。

1.2.5 Cutting刀輪變更

采用Cutting On Sealant涂布方式時，由于Cutting Line上存在Sealant膠導致切割介質由傳統(tǒng)的Glass變更為混合切割介質，Glass + Sealant膠，會造成應力的差異，對Cutting Ability是一個極大的挑戰(zhàn)，Cutting需要更換成更適合Cutting On Sealant的刀輪，同時重新確定切割工藝條件，避免出現(xiàn)切割不良、毛刺等不良。

2 總結

本文對窄邊框技術在對盒工藝的局限性進行研究，詳細闡述了從設計、工藝上如何實現(xiàn)窄邊框產品的局限性突破與改善，主要結論如下：

2.1 工藝優(yōu)化

PI Print需改善PI Align精度、APR掛版精度。Seal Draw需改善涂布位置精度、Seal Width穩(wěn)定性和均一性，Seal Pattern須由傳統(tǒng)單個涂布方式改為Cutting On Sealant涂布方式，更易實現(xiàn)邊框膠細線化，且省去Seal To Edge留出的工藝空間，增加Seal Width，有效增大粘著力。Cutting需嚴格控制切割位置精度。

同時設備上也要匹配工藝，Seal Dispenser使用Screw Dispensing方式，Seal Wet Area均一性更好，采用SUS+Ruby Nozzle和一次性Syringe，Sealant膠流動更順暢。

2.2 設計優(yōu)化

通過BM挖槽、PLN挖槽及金屬線挖槽增大封框膠的接觸面積，可以有效的增大粘著力。在封框膠膠寬較窄的的窄邊框產品上，可以滿足產品信賴性的要求，為窄邊框的實現(xiàn)奠定牢靠的基礎。

綜上所述，人們對于極窄邊框、“無”邊框產品需求是永無止境的，在窄邊框產品設計的道路上，本研究的思路和方案也可作為后續(xù)繼續(xù)提升的參照。

文章創(chuàng)新點：本文對窄邊框技術在對盒工藝的局限性進行研究，重點說明如何從工藝和設計兩個方面進行改善，工藝上主要從配向膜印刷、封框膠涂布、切割等工藝進行分析改善，設計上主要從CF BM層挖孔、TFT PLN層挖孔、TFT金屬線挖孔等方面進行分析改善。