黎關(guān)超， 何 偉， 沈 水， 周 波， 林子錦，董 哲， 程懷宗， 楊 霽， 曾小強(qiáng)

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京100176)

1 引 言

自從液晶顯示器在20世紀(jì)70年代被發(fā)明之后，經(jīng)過(guò)40多年飛速的發(fā)展，我國(guó)液晶面板產(chǎn)業(yè)每年總價(jià)值已接近千億元[1]。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，各大面板廠商持續(xù)尋求生產(chǎn)環(huán)節(jié)的改善，力求最大化降低產(chǎn)品制程中的損失[2]，以期通過(guò)更高的經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)在日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中占得先機(jī)[3]。產(chǎn)品制程中的損失，是指超出理論物料清單[4](Bill of Material，BOM)的部分，按照損耗的種類(lèi)分為基板和物料兩大塊。本文主要對(duì)面板段損失金額最大(323萬(wàn)元/月)的物料-液晶的損失進(jìn)行了探討，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用收集了大量數(shù)據(jù)，分析出影響液晶損失的全部因子11項(xiàng)，并通過(guò)柏拉圖對(duì)比篩選出最關(guān)鍵的4項(xiàng)，然后從配方(Recipe)優(yōu)化、瓶底剩余改善、切線填充量減少、自動(dòng)脫泡頻率降低、測(cè)量頻率降低等方面研究了液晶損失降低的方向，創(chuàng)建了一整套系統(tǒng)的降低物料損失的管控模式。

2 液晶損失分類(lèi)

液晶(LC)是液晶面板生產(chǎn)過(guò)程中使用的重要原料之一，主要包括液晶采購(gòu)、生產(chǎn)領(lǐng)料、投料、使用過(guò)程中的正常滴注及損耗、盤(pán)點(diǎn)回收等過(guò)程(圖1)。在采購(gòu)、領(lǐng)用、投料、盤(pán)點(diǎn)等環(huán)節(jié)基本不發(fā)生損耗，損失集中于使用及損耗過(guò)程中由于安裝、檢測(cè)、設(shè)備異常、瓶底剩余、過(guò)濾器和管道殘留、報(bào)廢等原因引起的未應(yīng)用在合格基板上的損耗部分。

圖1 液晶使用過(guò)程
Fig.1 Using process of liquid crystal

本文創(chuàng)新性地導(dǎo)入了大數(shù)據(jù)技術(shù)[5]，對(duì)液晶生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的大量半結(jié)構(gòu)化文件-設(shè)備日志(Log)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、清洗、加工，將半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并聚焦液晶損失業(yè)務(wù)場(chǎng)景和分析需求，選取最優(yōu)建模方法包括層次分析、因動(dòng)分析、回歸分析等方法分析提取特征值建立多維度分析模型，對(duì)數(shù)據(jù)充分挖掘，細(xì)分出11項(xiàng)液晶損失類(lèi)型(表1)。

表1 液晶損失類(lèi)型Tab.1 Type of liquid crystal loss

續(xù) 表

3 液晶損失要因篩選

如上所述，液晶損失類(lèi)型聚集于11個(gè)類(lèi)型。通過(guò)創(chuàng)新性的引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)3個(gè)月的數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)分類(lèi)計(jì)算并與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)模型和算法進(jìn)行優(yōu)化迭代，最終實(shí)現(xiàn)液晶損失數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析。然后將數(shù)據(jù)按照柏拉圖(圖2)對(duì)比篩選出最關(guān)鍵的4項(xiàng)。

圖2 液晶損失因子的柏拉圖Fig.2 Pareto of liquid crystal loss

4 液晶損失改善研究

根據(jù)上文柏拉圖分析，影響液晶損失的主要因子為：瓶底剩余量、型號(hào)切換引起的過(guò)濾器填充量、定期自動(dòng)空白吐出和定期測(cè)量。

4.1 瓶底剩余量改善

液晶瓶瓶底為凸底構(gòu)造，瓶底剩余量在10 g時(shí)，液晶瓶凸底會(huì)露出液面(圖3)，管路中會(huì)吸入空氣，導(dǎo)致過(guò)濾器走空。為防止此風(fēng)險(xiǎn)，瓶底剩余量要保持10 g以上。

圖3 液晶瓶瓶底構(gòu)造Fig.3 Bottom structure of liquid crystal bottle

此外，一臺(tái)液晶滴注設(shè)備有12～16瓶液晶分別安裝在相應(yīng)的滴頭上；由于工藝液晶滴下圖樣設(shè)計(jì)特點(diǎn)，同一個(gè)基板的液晶由若干滴頭共同滴下完成，但是各滴頭的滴數(shù)可能存在差異(圖4)，造成了各滴頭消耗速度不一致，滴數(shù)多的滴頭會(huì)先達(dá)到更換基準(zhǔn)；為減少物料更換對(duì)嫁動(dòng)的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中同一設(shè)備的液晶是一起更換的，這樣滴數(shù)少的滴頭液晶瓶?jī)?nèi)剩余量較多產(chǎn)生額外的損失。

圖4 55” G1液晶滴下圖樣Fig.4 LC drop pattern of 55” G1

4.1.1 瓶底剩余量改善-增設(shè)緩沖槽

原狀態(tài)：液晶瓶底部有液面感知傳感器，當(dāng)傳感器檢出液面低下時(shí)發(fā)生報(bào)警；因液晶瓶截面積大，故殘留液晶量較多。

本文創(chuàng)新性的變更液晶過(guò)濾器的構(gòu)造，在液晶過(guò)濾器上增加緩沖槽，從而將傳感器感知從截面積較大的液晶瓶液面變更至截面積較小的過(guò)濾器液面(圖5)，更便于精確控制瓶底剩余量。

圖5 緩沖槽增設(shè)Fig.5 Addition of buffer tank

另外，為確保瓶底剩余量按照管理基準(zhǔn)執(zhí)行，建立作業(yè)人員和稽核人員和作業(yè)人員雙查的機(jī)制，通過(guò)表格化的記錄管理監(jiān)控和分析異常情況。

4.1.2 瓶底剩余量改善-配方優(yōu)化

經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)部分型號(hào)(如G1/JB/GN/PA等)各滴頭消耗速度不一致，導(dǎo)致瓶底剩余液晶有較大的差距。以55”G1 B2 Panel為例：該面板由6個(gè)滴頭共同滴下，改善前各滴頭滴數(shù)在150～159，最大值與最小值差距高達(dá)9(6%)，在消耗速度最快的滴頭(159滴)達(dá)到瓶底更換基準(zhǔn)(20 g)時(shí)，消耗速度最慢的滴頭(150滴)仍超過(guò)80 g，造成較多的浪費(fèi)。

在液晶滴下圖樣(LC Pattern)[6]不變的情況下，通過(guò)圖樣重疊將滴數(shù)優(yōu)化，以此降低滴頭的滴數(shù)差異。相鄰圖樣的矩形有公用邊，液晶滴頭之間的液晶點(diǎn)可以相互調(diào)整，H6少滴5點(diǎn)，其他滴頭將少滴的位置補(bǔ)上，總滴數(shù)不變。改善后各滴頭的滴數(shù)均為153～154(圖6)，最大值與最小值差距縮小至1(0.6%)，消耗慢的滴頭多損失量控制在5 g左右。

圖6 配方優(yōu)化Fig.6 Optimization of the recipe

4.2 型號(hào)切換引起的過(guò)濾器填充量改善

在型號(hào)切換過(guò)程中，設(shè)備需要進(jìn)行過(guò)濾器填充動(dòng)作來(lái)排出過(guò)濾器和管道中的空氣，以防止管道內(nèi)的氣泡導(dǎo)致的精度不良風(fēng)險(xiǎn)。為了避免填充不足，作業(yè)人員填充往往將填充量設(shè)置較大的數(shù)值或者重復(fù)進(jìn)行填充，且對(duì)所有的情況均使用默認(rèn)參數(shù)，造成液晶大量浪費(fèi)。改善前參數(shù)為：液晶填充30次， 泵排泡5次。

在改善過(guò)程中，本文根據(jù)不同的情況進(jìn)行了測(cè)試改善：

(1)切線安裝新泵

本過(guò)程由于將過(guò)濾器和泵重新進(jìn)行了連接，作業(yè)過(guò)程中不可避免混入了空氣，填充和脫泡次數(shù)過(guò)少時(shí)無(wú)法確認(rèn)氣體是否完全排出，次數(shù)過(guò)多會(huì)浪費(fèi)液晶。

對(duì)液晶填充和泵排泡兩因子分別按6水平(5/10/15/20/25/30)和5水平(1/2/3/4/5)進(jìn)行一般全因子的DOE試驗(yàn)，觀察測(cè)試結(jié)果。然后對(duì)選定模型進(jìn)行回歸分析和模型改進(jìn)，得出回歸方程和最優(yōu)的參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)行雙比例檢驗(yàn)，得出最合適的參數(shù)：液晶填充10次，泵排泡3次。

(2)切線只換瓶

由于泵未更換，所以無(wú)需進(jìn)行吐出狀態(tài)確認(rèn)，只吐出1次即可。

同時(shí)，對(duì)過(guò)濾器按壽命進(jìn)行管控，對(duì)泵進(jìn)行目視檢查，確保過(guò)濾器和泵的狀態(tài)良好，減少備件異常導(dǎo)致的填充次數(shù)增加。

4.3 定期自動(dòng)空白吐出改善

LC設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中有一個(gè)周期性的空白吐出(也稱Auto Degas，如圖7所示)動(dòng)作，目的是將泵內(nèi)液晶全部排空，防止泵內(nèi)氣泡導(dǎo)致的精度不良風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 自動(dòng)脫泡的動(dòng)作圖解Fig.7 Diagram of Auto Degas action

對(duì)Auto Degas頻率(X)與Auto Degas本身產(chǎn)生的液晶損失(Y1)及出現(xiàn)精度不良后產(chǎn)生的液晶損失(Y2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制圖像，驗(yàn)證相關(guān)性。

如圖8所示，在有氣密性管控的情況下，Auto Degas頻率取1/100為最佳值。

圖8 自動(dòng)脫泡頻率與損失的關(guān)系曲線Fig.8 Relation curve of Auto Degas frequency and loss

4.4 定期測(cè)量改善

液晶滴注設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，為減少品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、保證液晶滴下精度，需要定期測(cè)量校準(zhǔn)，這個(gè)過(guò)程消耗的液晶與測(cè)量頻率正相關(guān)。鑒于液晶滴注設(shè)備滴下精度較高的特點(diǎn)[7]，將測(cè)量頻率適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，同時(shí)兼顧精度異常后不良損失的影響，將測(cè)量頻率由1次/10片延長(zhǎng)至1次/15片，進(jìn)行為期一個(gè)月的測(cè)試。如圖9所示，10月為測(cè)試月份，精度不良的玻璃基板，較以往的月份無(wú)明顯異常，11月量產(chǎn)導(dǎo)入。

圖9 精度不良趨勢(shì)Fig 9 Trend of precision

5 結(jié) 論

本文創(chuàng)新性地導(dǎo)入大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和分析，建立起一整套實(shí)時(shí)監(jiān)控液晶損失的線上數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析總結(jié)出影響液晶損失的主要影響因子，分別通過(guò)機(jī)理改善和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等措施進(jìn)行相應(yīng)改善：

(1)瓶底剩余量，通過(guò)增設(shè)緩沖槽和配方優(yōu)化，并建立雙查機(jī)制，瓶底剩余量由35 g降低至21 g。

(2)型號(hào)切線引起的過(guò)濾器填充量，對(duì)只換瓶和安裝新泵兩種不同情況進(jìn)行區(qū)別管理，并對(duì)液晶填充和泵排泡兩個(gè)影響因子使用DOE的實(shí)驗(yàn)得出最佳的設(shè)備參數(shù)。

(3)空白定期自動(dòng)吐出，對(duì)自動(dòng)脫泡頻率與Auto Degas本身產(chǎn)生的液晶損失及出現(xiàn)精度不良后產(chǎn)生的液晶損失進(jìn)行試驗(yàn)，繪制曲線圖像，得出最佳的空白吐出周期：1次/100 sh。

(4)定期測(cè)量，將測(cè)量頻率適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，同時(shí)兼顧精度異常后不良損失的影響，并進(jìn)行一個(gè)月的測(cè)試后，最終確定測(cè)量頻率1次/10片1次/15片。

通過(guò)建立大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和對(duì)主要影響因子進(jìn)行機(jī)理改善及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法，在半年的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)液晶損失由12.73%降低至7.87%，降低4.86%，年收益達(dá)1 688萬(wàn)人民幣左右，大力提高了企業(yè)的效益和競(jìng)爭(zhēng)力。下一步工作將在鞏固以上改善措施的基礎(chǔ)上從瓶底改造、備件優(yōu)化管理等方向上進(jìn)一步研究和降低。