TFT-LCD窄邊框工藝的局限性研究

鄂爾多斯源盛光電有限責(zé)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(yīng)市場需求以客戶、市場為導(dǎo)向的經(jīng)營方針決定了窄邊框技術(shù)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(chǎn)工藝能力和設(shè)計能力的極限。當(dāng)然，任何極限都不能破壞產(chǎn)品應(yīng)該保證的可靠性水平，進(jìn)而引發(fā)出新技術(shù)的應(yīng)用以同時滿足產(chǎn)品品質(zhì)和工藝設(shè)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(shè)計兩個方面進(jìn)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(jìn)行分析改善，設(shè)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(jìn)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(shù)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(shè)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(shù)在Cell成盒工藝仍存在局限性，我們從工藝和設(shè)計兩個方面進(jìn)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(jìn)行分析，設(shè)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(jìn)行分析。

1 改善方案

成盒工藝技術(shù)，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(shè)計上研究提升產(chǎn)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(jìn)行分析改善。配向膜的邊緣在產(chǎn)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(jìn)而影響到產(chǎn)品的信賴性水平，所以需對配向膜印刷進(jìn)行工藝能力提升。

對窄邊框產(chǎn)品設(shè)計，很關(guān)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(zhì)進(jìn)入盒內(nèi)而污染液晶。在產(chǎn)品邊框變窄后，還要避免封框膠由于工藝波動進(jìn)入顯示區(qū)（AA區(qū)），否則封框膠進(jìn)入AA區(qū)就會影響產(chǎn)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(jìn)入產(chǎn)品導(dǎo)致產(chǎn)品NG，另一方面體現(xiàn)在切割精度上，本身產(chǎn)品邊框變窄后，若再被切掉較大的一部分，則也會影響到產(chǎn)品的信賴性水平。

1.1.1 配向膜印刷工藝管控

合格的產(chǎn)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(chǎn)品邊框，當(dāng)PI印刷不穩(wěn)定時，PI會引起Panel邊緣的高度斷差，到達(dá)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(yán)格。

窄邊框需配向膜印刷從下面三個方面進(jìn)行工藝和設(shè)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(jié)TFT與CF基板，對Panel四周進(jìn)行密封，邊框膠在產(chǎn)品邊框位置進(jìn)行涂布，所以邊框的設(shè)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(dāng)Sealant膠涂布穩(wěn)定性較差時，Seal Width會偏離目標(biāo)值，當(dāng)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(zhì)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(nèi)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(dāng)Seal Width過小時，無法提供合格的粘著力甚至?xí)l(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(biāo)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(chǎn)品邊框的空間有限，所以邊框越窄，對于Seal Draw要求越嚴(yán)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(xì)，但是對于涂布設(shè)備來講，涂布越細(xì)，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(chǎn)品生產(chǎn)時邊框位置需要考慮的工藝條件。

表1 邊框設(shè)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(shè)計限制，無法應(yīng)用在窄邊框產(chǎn)品中，以0.7mm邊框產(chǎn)品為例，見圖2所示。

圖2 單個涂布對應(yīng)0.7mm邊框設(shè)計

如圖2所示，考慮到邊框設(shè)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(shè)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(jìn)行工藝和設(shè)備改善。

（1）Seal Width穩(wěn)定性和均一性改善

產(chǎn)品在ODF工序?qū)兄?，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(guān)系變化。為了驗證此關(guān)系，我們通過分析涂布設(shè)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(guān)系

Seal Thickness=Wet Area/Seal Width，從表2中三者關(guān)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(shè)備的Wet Area Data就可有效控制Seal Width。對于Wet Area Data我們主要從設(shè)備、備件和工藝等三個方面進(jìn)行管控。

首先對設(shè)備相關(guān)進(jìn)行說明。我們在購買涂布設(shè)備并對設(shè)備進(jìn)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(shè)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(yīng)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(guān)進(jìn)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(fù)清洗使用導(dǎo)致Particle產(chǎn)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(shè)備的工藝規(guī)格進(jìn)行說明。在廠商對設(shè)備調(diào)試階段，我們對設(shè)備在工藝上的要求是：

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

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

通過對設(shè)備的不斷調(diào)試，涂布穩(wěn)定性和均一性取得了極大的改善，我們設(shè)定Seal Wet Area Target=1500um2做涂布測試，結(jié)果誤差控制在±10%以內(nèi)，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(shè)備的涂布位置也是有一定的偏差的，產(chǎn)品邊框?qū)挾扔邢?，若涂布位置偏差過大，一方面會增加不良的風(fēng)險，另一方面則需要增大產(chǎn)品邊框，降低位置偏差導(dǎo)致的不良風(fēng)險，所以實現(xiàn)窄邊框，需要在設(shè)備調(diào)試與操作當(dāng)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(shè)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(yīng)用性。

圖7 Cutting On Sealant對應(yīng)0.7mm邊框設(shè)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(dāng)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(dāng)在Vacuum Align設(shè)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(dāng)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(shè)備工藝穩(wěn)定性的前提下，實現(xiàn)涂布細(xì)線化，但是這種涂布Pattern實現(xiàn)框膠細(xì)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(yīng)≤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(dāng)Overlap區(qū)膠量過多無法擴展時，Sealant膠會向顯示區(qū)內(nèi)側(cè)擴展，最終無法實現(xiàn)框膠細(xì)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(shè)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(dāng)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(dǎo)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(shè)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(cè)會有Sealant重復(fù)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(shè)備涂布Seal Width降低了要求，只需涂布目標(biāo)寬度的2倍，既保持了涂布設(shè)備的工藝穩(wěn)定性，又巧妙的實現(xiàn)了框膠細(xì)線化。

圖11 Seal Pattern 3

經(jīng)觀察涂布設(shè)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(shè)計有更好的對應(yīng)性。

以上3種涂布pattern都可通過調(diào)試設(shè)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(chǎn)性上考慮，Seal Pattern 3最易實現(xiàn)邊框膠細(xì)線化，最適用量產(chǎn)，而其他涂布方式框膠細(xì)線化的范圍較窄，超窄邊框產(chǎn)品的量產(chǎn)存在局限性。

1.1.3 Cut工藝管控

窄邊框設(shè)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(shè)計上為Cutting位置留出的空間越小，Seal Width就可相對增大，對于產(chǎn)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(zhì)不均一，會造成產(chǎn)品出現(xiàn)Cutting不良和毛刺等。

1.2 Design Optimize

窄邊框設(shè)計中邊框設(shè)計優(yōu)化是非常重要的一個方面，除了考慮到對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，還需顧慮到設(shè)備工藝對應(yīng)情況。邊框做窄，Sealant膠細(xì)線化，對產(chǎn)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(yīng)這些情況，在邊框設(shè)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(dāng)尺寸的溝槽，可避免水汽通過BM進(jìn)入到Panel內(nèi)，達(dá)到改善PCT的目的。同時由于BM缺失造成的斷差，Seal膠填充進(jìn)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(xì)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(shè)備中對盒時，Sealant膠會進(jìn)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(shè)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(chǎn)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(dá)不到要求的強度，導(dǎo)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(shè)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(yán)格，0.7mm Border的產(chǎn)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(yīng)對此問題，特將APR版進(jìn)行改善，以線狀印刷對應(yīng)GOA邊，則在Pad側(cè)和MUX側(cè)，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(shè)計的影響降到最小，方便我們在GOA邊實現(xiàn)窄邊框技術(shù)。

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(dǎo)致切割介質(zhì)由傳統(tǒng)的Glass變更為混合切割介質(zhì)，Glass + Sealant膠，會造成應(yīng)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(jié)

本文對窄邊框技術(shù)在對盒工藝的局限性進(jìn)行研究，詳細(xì)闡述了從設(shè)計、工藝上如何實現(xiàn)窄邊框產(chǎn)品的局限性突破與改善，主要結(jié)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(xì)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(yán)格控制切割位置精度。

同時設(shè)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(shè)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(chǎn)品上，可以滿足產(chǎn)品信賴性的要求，為窄邊框的實現(xiàn)奠定牢靠的基礎(chǔ)。

綜上所述，人們對于極窄邊框、“無”邊框產(chǎn)品需求是永無止境的，在窄邊框產(chǎn)品設(shè)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(shù)在對盒工藝的局限性進(jìn)行研究，重點說明如何從工藝和設(shè)計兩個方面進(jìn)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(jìn)行分析改善，設(shè)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(jìn)行分析改善。