玻璃基板性能对TFT-LCD面板TP的影响.pdf

技术交流玻璃基板性能对TFT-LCD面板TP的影响HE Liu,MIN Jiao,LU Shiyin,LI Gang巨大 1-2 TP英文total pitch，中文含义是全面积尺寸，何流闵蛟隆陆仕银李纲（成都中光电科技有限公司成都6 117 3 1）摘要平板显示技术不断更新迭代，TFT-LCD技术是目前市场上显示器使用的主流显示技术。TFT-LCD面板生产中关于TP不稳定的反馈也非常频繁，尤其是随着显示面板技术升级，图形精度要求越来越高，TP的问题日益突出。通过实验，从玻璃基板的密度、膨胀系数、再热收缩率等物理性能角度，研究玻璃基板的性能对TP的影响。关键词玻璃基板；TP；密度；膨胀系数；再热收缩率中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：10 0 3-19 8 7（2 0 2 3）0 6-0 0 2 9-0 6The Influence of the Glass Substrate Properties on the TP Control of TFT-LCD(Chengdu COE Optoelectronics Technology Co.,Ltd.,Chengdu 611731,China)Abstract:Flat-panel display technology is constantly updated generation.TFT-LCD technology is themainstream display technology used in the market.The feedback of the TP instability of TFT-LCDproduction is also very frequent.By the upgrade of display panel technology,the requirement of graphprecision is higher and higher.The problem of TP becomes more and more prominent.The effect of theperformance of glass substrate on TP is studied from the physical properties of glass substrate such asdensity,coefficient of thermal expansion and thermal shrinkage by experiments.Key Words:glass substrate,TP,density,coefficient of thermal expansion,thermal shrinkage0引言TFT-LCD玻璃基板是显示面板的关键材料，主要用作薄膜晶体管（TFT）阵列的底板和彩色滤光片（CF）的底板。基板玻璃作为显示器的重要组成部分，对显示器性能的影响2110值1-2-3图1两两批次玻璃基板TP值（以DX值表示）的比较在TFT-LCD面板制程中，TP用来表示成膜图形与设计值的偏差 3 O图1是面板厂使用的两批次玻璃基板的TP值（以DX值表示）的比较。S01S03作者简介：何流（19 7 6-），男，四川成都人，本科，工程师，主要从事平板显示玻璃基板技术开发与研究、玻璃理化性能检测。29全国性建材科技期刊一一玻璃可以看出S01批次的TP值较小且较稳定，S03批次的TP值较大且不稳定。检测发现，S03批次的电测不良率较高，进一步在显微镜下分析发现，该批次产品镀膜后有较多的不规则灰斑和牛顿环，如图2 所示。面板厂在经过分析后认为，这些不良现象可能与玻璃基板的性能有关。图2 电测工序观察到的不规则灰斑和牛顿环2023年第6 期月总第3 8 1期影响TP的因素非常多，其中主要包括玻璃基板的性能、膜厚均一性、烤炉温度分布、曝光温度、曝光真空度、Mask像素精度、Maskbending压力、CDC测量误差等。本文主要研究玻璃基板的某些性能对TP的影响。1TP产生原理TP通常产生在面板的成膜曝光工序，在玻璃基板上镀膜后，需要在曝光机内加热、曝光 4虽然玻璃基板厂商在生产过程中对玻璃基板进行了退火处理，但玻璃基板内部不可避免地存在着残余应力，使得玻璃基板处于松弛的状态5。在曝光处理时，玻璃基板被反复加热，内部质点被激活重排，造成尺寸上的收缩或伸张，于是镀在玻璃基板的膜层图形随之产生形变，造成图形尺寸的变化，即产生TP，如图3 所示。设计值(a)图3（a）为基板设计值，在曝光处理时玻璃基板内部应力释放导致其发生变形，如图3（b）所示产生了收缩，或如图3（c）所示产生了伸张。这两种形变叠加，就会导致在玻璃基板上镀膜后膜层与膜层之间、CF与TFT之间出现较大的图形错位。TP表示了成膜图形与设计值的偏差，不同的面板制造商在具体表述时略有差异，有的以矩形图形的对角线或四边的尺寸偏差来表示，有的以矩形图形四角的位置偏移来表示，如图4所示。30收缩(b)图3 TP的产生示意图O实际坐标设计坐标图4TP的几种表示方法伸张（c）DXDYDS34YDS4DS5.DS6DS2图形DS1玻璃X技术交流图4中，DX、D Y分别表示X轴、Y轴方向产生的位移偏差，DS1、D S 2、D S 3、D S 4分别表示四边的尺寸偏差，DS5、D S 6 分别表示对角线的尺寸偏差。不考虑面板厂的工艺因素，单从玻璃基板性能考虑，TP的问题最直接地反映在再热收缩上，即玻璃基板经过多次反复加热后，通常尺寸会产生收缩，这是由于再次加热后，玻璃内部的质点倾向于排列得更加紧密，从而发生体积的收缩导致的。所以，检测再热收缩率是最直接的分析手段。玻璃基板体积的收缩还可以从密度的变化反映出来，所以检测玻璃的密度也可以间接反映TP的大小。在TFT-LCD的成膜曝光工序，膜层的膨胀系数与玻璃的膨胀系数的匹配程度也是影响TP的因子。因为膜层和玻璃基板在反复加热过程中存在热胀冷缩，可能对TP产生影响。2实验2.1再热收缩率的测试实验仪器：奥林巴斯偏光显微镜BX51P；箱式电阻炉SX-12-10。实验具体流程：选取与面板厂S03批次同期生产的玻璃基板8 张，每张沿四边各切取一块尺寸约为2 0 0 mm150mm的玻璃作为试样。用玻璃刀在两端刻划出两条参照线，其间距记为1，如图5（a）所示；刻划后的试样按图5（b）所示切割成两块，其中一块放入炉内，加热处理，再冷却至室温，另一块保持原样不做处理；将加热后的样品与未加热的样品重新拼接，在显微镜下观察并测量两端刻划线的位移量，分别记为I,和，如图5（c）所示。用式（1）来计算收缩率：C=1。式中：C一一再热收缩率。(a)图5再热收缩率测量方法示意图2.2密度的测试实验仪器：比重天平SD-200L。采用浮力法测定。将已知质量的试样浸入已知密度的水中称量，由于浮力作用，试样质量减小，所减小的质量为该试样在水中排开同体积水的质量 7 。在选取的8 张玻璃基板中，每张沿四边切取一块6 0mm60mm的样品作为密度测试的试样，先后检测玻璃基板原片密度、加热3 0 0 3 0 min一次的密度、加热3 0 0 3 0 min六次的密度。试样密度用式（2）计算：mlP=Pm;-m2式中：p一试样密度，g/cm;m试样在空气中的质量，8；m2试样在水中的质量，8；P.一温度为时水的密度，g/cm。本实验方法水温会对水的密度产生影响，实验过程水温控制为2 0。2.3膨胀系数的测试实验仪器：卧式膨胀仪DIL2010STD。该仪器主要由电炉和位移传感器构成。将样品放入电炉内的样品架加热，样品膨胀带动石英推杆位移，位移传感器将数据传入计算机，经过计算得到线A,+A,(1)(b)热膨胀系数。从选取的8 张玻璃基板的中心部位各取3 块2 5.4mm10mm的试样检测玻璃基板原31(c)（2)全国性建材科技期刊一一玻璃片的膨胀系数、加热3 0 0 4h后的膨胀系数和加热7 3 0 2 h后的膨胀系数。试样线热膨胀系数用式（3）计算：AL=T x L o式中：一一试样线热膨胀系数，;AL-试样相应温度范围内的伸长，mm；L试样的初始长度，mm；2023年第6 期总第3 8 1期T温度差，。炉温设置范围是2 540 0，T取3 50(30380)。（3）3数据整理、分析与讨论3.1再热收缩率再热收缩率的试验数据见表1。表1玻璃基板加热一次与加热六次再热收缩率试样序号加热一次加热六次试样序号加热一次加热六次 试样序号加热一次加热六次试样序号加热一次加热六次10.620.730.840.95*1.061.571.78*1.8将加热一次的收缩率数据按从小到大的顺序排列，最小值为0.6 10-，最大值为5.410，平均值为2.9 410-。加热六次后，如图6 所示，所有试样的再热收缩率都增大，平均值为8.3 9 10610.0911.710*8.811*9.5125.913*5.41410.915*8.016*1.81.82.02.42.42.52.52.610.48.57.08.07.86.810.05.71718*19*20*21*22*23*2410，且都在均值上下波动。试验证明，加热次数增加，再热收缩率会明显增加，且趋于稳定。2.72.82.83.53.63.84.34.45.38.88.95.88.69.06.28.025*26*2728*29*30*31*324.44.54.64.85.15.15.35.411.08.28.810.09.011.17.58.014.012.09-01/率期10.08.06.04.02.00.01357911 13151719212325 272931图6加热一次与加热六次的再热收缩率比较32一加热一次一一加热六次技术交流3.2密度试样序号基板原片加热一次 加热六次试样序号基板原片加热一次加热六次试样序号基板原片加热一次加热六次12.380222.380432.380542.38055*2.380562.380672.38068*2.38069*2.3806102.380611*2.3807将玻璃基板原片的密度数据按从小到大的顺序排列，如图7 所示。3 0 0 加热3 0 min一次后，玻璃基板的密度略有增加，反复加热六次后，玻2.390012.3880(sm0/同)/翠2.38602.38402.38202.38002.3780135791113151719212325 272931图7玻璃基板原片、加热一次与加热六次的密度比较3.3膨胀系数基板原片34.934.534.934.3密度的试验数据如表2 所示。表2玻璃基板原片、加热一次与加热六次的密度2.38112.38662.38142.38672.38102.38662.38112.38622.38092.38702.38122.38722.38152.38712.38142.38692.38112.38652.38102.38642.38152.3869表3 玻璃基板原片与热处理后的膨胀系数300加热4 h730加热2 h34.333.634.133.534.433.634.133.7g/cma12*2.380813*2.3808142.380815*2.380816*2.3809172.380918#2.380919*2.380920*2.380921#2.381022*2.3810一基板原片一加热一次一加热六次膨胀系数的试验数据如表3 所示。基板原片300加热4h34.234.035.134.534.634.52.38162.38202.38142.38122.38142.38152.38162.38172.38182.38162.3817璃基板的密度显著增加。试验证明，加热后玻璃基板存在着一定的体积收缩，导致密度的增加。加热的时间越长，密度越大，且逐渐趋于稳定。10-7/730 加热2 h33.533.633.52.38682.38692.38702.38752.38742.3