TFT-LCD制造过程中的盒厚控制工艺研究
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摘要：以国内最先进的第5代tft-lcd生产线为基础，对生产过程中影响盒厚的因素进行探讨和研究，为TFT-LCD生产中的盒厚控制提供参考。主要探讨了TFT-LCD生产中，液晶滴下工艺、垫料散布工艺、封框胶涂敷工艺对液晶盒厚的影响。
关键词：液晶盒厚；液晶滴下；垫料散布；封框胶涂敷
中图分类号：TP311.52；TN27文献标识码：B
LCD's Gap Control in TFT-LCD Production
QIU Yong-liang1,2, LI Rong-yu1,GU Yun-yun2
(1. Department of Electronic Engineering，Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240，China；2.Shanghai SVA NEC Liquid Crystal Display Co.LTD, Shanghai 201108, China)
Abstract:This paper give a summary research on the LCD's gap control in TFT-LCD production based on the 5th generation TFT-LCD line. And it will give a reference to the gap control in the actual production. The ODF（one drop fill）process，spacer spary process and seal dispense process's effects on the gap control are discussed inthe paper.
Keywords: LCD gap; ODF; spacer spray；seal dispense
引言
近些年，随着LCD技术的发展，液晶显示器和大尺寸液晶电视已经越来越普及。同时，TFT-LCD面板生产厂商之间的竞争也越来越激烈，为了应对液晶电视大尺寸化的发展趋势以及追求更高的切割效率，更高世代生产线不断投入到生产中。从十几年前的第1代生产线（G1）线发展到现在的第8代生产线（G8），母板尺寸也由原来的300mm×400mm发展到了现在的2，200mm×2，600mm。甚至更大尺寸的2，880mm×3，080mm的母板生产线也已经在规划当中。
在TFT-LCD制造过程中，液晶盒的形成是至关重要的一环，对液晶面板的显示质量有着最重要的影响，特别是液晶盒厚（形成液晶盒并用来充填液晶的两片玻璃之间的距离）的控制显得尤为重要。从制造工艺的角度来说，两片大面积的母板玻璃贴合在一起形成间距只有3~4μm的盒厚并不是一件简单的事情。两片母板玻璃的尺寸越大，贴合后形成均一盒厚的难度也就越大，对成盒工艺的要求也就越高。TFT-LCD制造过程中,主要的工艺过程分为两部分：TFT电路的形成；液晶盒的形成。前者采用半导体工艺技术，其技术已经非常成熟，所以目前此部分的制造合格率一般都能达到95%甚至更高；后者工艺技术的发展相对前者要晚，其制造合格率也比前者相对要低，所以后部分目前是各个面板生产厂家和相关设备生产厂家努力的方向。
在TFT-LCD制造过程中，要得到精确且均一的盒厚，首先要有精度高、稳定性高的工艺设备，其次需要严格控制影响盒厚的各种工艺参数。本文将对TFT-LCD制造工艺中的盒厚控制进行研究，为实际生产提供参考。
1液晶盒的形成过程
对盒厚控制进行研究前，了解成盒的工艺过程是必须的。对于第4.5代线（G4.5）以上的大尺寸生产线，一般的成盒工艺流程如图1所示。
虚线框内的部分，主要是液晶盒的形成工艺，对盒厚起着最直接的影响。其中，液晶的滴下量是影响盒厚的主因。同时，液晶滴下位置、垫料（spacer）尺寸和散布状况、封框胶的涂敷位置、封框胶高度、裂片工艺等都对成盒厚度起着重要的影响。以下对影响盒厚的主要因素进行说明。
2液晶滴下工艺对盒厚的影响
液晶滴下工艺又称ODF（one drop fill）工艺，由于其具有生产效率高、节省液晶材料的优点，目前在大尺寸TFT-LCD生产中被广泛采用，是液晶成盒过程中极其重要的一环。它对盒厚的影响主要表现在两个方面：液晶滴下量；液晶滴下位置。
液晶滴下量最初是根据盒厚设计值、面内段差(基板玻璃上TFT元件、扫描线、数据线与玻璃表面其他区域的高度不一致，它们之间所形成的高度差)等，通过计算液晶盒的容积来预先确定。同时由于盒内垫料的分布以及盒内实际成膜厚度的影响，一般来说，按照滴下量的计算值进行滴下所得到盒厚与目标盒厚会有1%左右的误差，但这个误差是可以接受的。由于液晶滴下量的多少对盒厚有着最直接的影响，因此在工程中控制滴下的精度显得尤为重要：滴下量过多会造成液晶盒厚偏大，从而使面板显示的画面异常，比如TN型面板液晶量过多会造成黑画面下显示发白、发黄；液晶滴下量过少，也会造成显示异常,特别是在液晶面板竖直放置时，内部的液晶会发生垂流，积聚在面板底部，造成底部显示发黄白色。
液晶滴下位置又称液晶打点位置，是液晶滴下工艺中液晶在母板玻璃上的分布状况。液晶的滴下位置主要根据液晶面板在母板玻璃上的分布状况、封框胶的涂敷位置以及其它一些特殊工艺要求来决定。滴下位置对盒厚的均一性有直接影响,所以在改善盒厚的均一性方面,改变滴下位置是常用的方法。常用的滴下方法有中部滴下法、均等滴下法、"工"子形滴下法、角部重点滴下法等。图2列出了几种常用的滴下位置分布的示意图。几种滴下方法并没有绝对的好与坏的区分。除了上述一些方法外，还可以根据盒厚均一性的分布，在不改变液晶滴下量的前提下，在某些盒厚偏小的位置增加滴下位置。
需要注意的是：液晶滴下位置与封框胶不宜离得太近，否则容易造成液晶的污染，并且容易造成周边盒厚的不均。
3垫料散布对盒厚的影响
垫料是分布在液晶盒内的球状或柱状物体，主要作用是为了控制盒厚。 目前使用的垫料主要有两种：球形垫料和柱状垫料。球形垫料一般是直径3~5μm的高分子球状物，在成盒过程中散布在液晶盒内，用来支撑液晶盒，其散布的密度和球径对盒厚有显著影响；柱状垫料是通过曝光显影工艺在彩膜表面形成的柱状物，它固定形成在彩膜表面，其密度和柱高直接影响到盒厚，且其密度在彩膜设计时就已经确定，与球形垫料不同，其在工艺过程中无法随意变更。不管是那种垫料，其外形尺寸是影响盒厚的重要因素，而垫料的分布密度则影响了盒厚的均一性。特别是球形垫料，在垫料散布过程中容易发生垫料的凝集，凝集的垫料会造成盒厚局部变大，因此使用球形垫料时,需要注意散布密度的控制和凝集物的去除。与球形垫料相比柱状垫料更利于盒厚均一性的控制。此外，在封框胶中一般也都掺有垫料，垫料的尺寸对周边盒厚有一定的影响。并且封框胶中垫料的尺寸与辅助封框胶的形式有很大的关系（辅助封框胶将在稍后作介绍）。图3是我们以球形垫料为基础，通过实验得到的设计盒厚为4μm时，面内垫料尺寸与面内盒厚的关系图。图4是不同辅助封胶框形式下，封框胶内球形垫料与周边盒厚的关系图。
从图3可以看出：面内垫料对面内盒厚有重要的影响，当垫料直径略小于目标盒厚值时，它对盒厚的影响并不明显，但当超过目标盒厚值时，会造成盒厚的明显增大。对于封框胶内的垫料，当辅助胶是闭环状态时，周边盒厚与垫料直径有近似线性变化的关系，此时以选取直径与盒厚值接近的垫料为佳；当辅助胶是开环状态时，如图4所示，周边盒厚与垫料直径的关系并非线性，选取直径与盒厚值接近的垫料时会造成周边盒厚过小，选取比盒厚值稍大的垫料为佳。
4 封框胶涂敷对盒厚的影响
在封框胶涂敷过程中，封框胶的高度对周边盒厚有明显的影响。封框胶一般分为本胶和辅助胶两种：本胶就是我们使用的液晶显示器上用于连接两片玻璃基板并防止液晶泄露的封框胶；辅助胶是母板玻璃上本胶之外的封框胶，主要是为了改进成盒工艺和裂片工艺而设置，在裂片分断后它将被废弃，从而不会留在液晶基板上。辅助胶如图5所示,主要有开环和闭环两种形式。两种形式相比并没有各自绝对的优点,但会影响到封框胶内垫料选择，并影响到分断裂片工艺的效果，需要注意！在封框胶涂敷中关键是控制封框胶的高度，我们通过实验得到：与盒厚值相近的封框胶高度易于得到理想的周边盒厚值。
5结论
在成盒过程中影响盒厚的因素主要有以下几个方面：
（1） 液晶滴下工艺，其中液晶滴下量对盒厚有最直接的影响；液晶滴下位置对盒厚均一性有重要影响；
（2） 垫料散布工艺，其中垫料的大小对盒厚有重要影响；垫料的密度对盒厚的均一性有重要影响。同时，封框胶内的垫料尺寸影响了周边盒厚；
（3） 封框胶涂敷工艺，涂敷过程中关键是要控制好封框胶的高度，与盒厚目标值接近的封框胶高度易于形成理想的周边盒厚。
除了以上主要因素外，在成盒后的裂片、偏光片贴附等个片处理过程中，工程起因的一些盒厚不均也比较容易发生。这些不均一般是局部性的，并且绝大多数是由于工程中与液晶屏接触的一些工作面上的异物、垃圾等表面不平而造成的液晶盒厚局部发生变化所致。因此保持工作面的清洁和平整是减少此类不良的关键。
参考文献
[1]KURUMISAWA Makoto.A Study on Relation between Brightness Uniformity ofLCD and Cell Gap Deviation[J]. Journal of the Japan Society of Precision Engineering,2001.
[2]太田夫,液晶パネル造プロセス技.省略。