硕士论文：液晶屏LOCA全贴合工艺及改善.pdf

硕士专业学位论文 论文题目 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 研 究 生 姓 名 张 逸 指导教师姓名 王明湘 专 业 名 称 集成电路工程 研 究 方 向 集成电路封装 论文提交日期 2013 年 11 月 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 中文摘要 i 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 中文摘要 如今 用户对智能手机也提出了越来越挑剔的要求 更薄 更轻 更好的显示效 果 一项新显示屏制造技术 全贴合 很好的实现了这些改善效果 上一代的触屏显示器的结构是保护玻璃 触摸屏 液晶显示屏 又需要三层结构 进行两次 oca 光学胶贴合 甚至是框贴的方式贴合 随着时代的发展 这类触屏显 示器的缺点也凸现了出来 材料成本高 生产工序长 成品较厚 重 且显示效果不 佳等 loca 全贴合是一种新的贴合工艺 与单玻璃结构解决方案的 in cell on cell ogs 技术相结合 生产出的触屏显示器完美的解决了这些问题 由于只需要使用 loca 液态胶进行单玻璃一次贴合 节省了材料成本 简化了生产工序 使得产品明 显变薄变轻 增强了透射率 显示效果明显改善 全贴合技术生产的智能手机 给用 户更好的体验 loca 全贴合作为一项新型贴合技术 目前在国内外行业中一直存在工艺要求 高 成品率管控困难 如果能熟练掌握 loca 全贴合的品质改善方法 在液晶屏制 造业竞争日益激烈的今天 就相当于占据了行业中的领先地位 loca 全贴合工艺中比较典型的难点就是溢胶和缺胶 本文详细分析了造成溢胶 和缺胶缺陷的原因 并提出了改进工艺的方法 结果表明 采用改进的工艺能大幅降 低溢胶 缺胶缺陷 关键词关键词 loca 全贴合 单玻璃 缺胶 溢胶 作作 者者 张 逸 指导教师指导教师 王明湘 abstract lcd loca full lamination process and improvement ii lcd loca full lamination process and improvement abstract today users of smart phones have made more and more critical requirements thinner lighter better display a whole new display manufacturing technology full lamination to achieve a good effect of these improvements previous generation of touch screen display is structured to protect the glass touch screen lcd display three tier structure needed twice ordered oca optically adhesive bonding or even frame affixed way fit with the development of the times this kind of touch screen display also highlights the shortcomings out the high cost of materials production processes long thick heavy and the display is not so good loca full lamination is a new lamination process the glass structure with a single solution of in cell on cell ogs technology production of the touch screen display perfectly solves these problems because only need to use a single loca liquid glue laminated glass once saving material costs simplifying the production process making the product significantly thinner lighter enhanced transmittance showing significant improvement full lamination technology to produce smart phones giving users a better experience a refreshing feeling loca full lamination as a whole posted a new lamination technology currently exist in the domestic industry has been high technological requirements yield management and control difficult if you can master loca full lamination quality improvement methods the lcd manufacturing warlords dispute today it is equivalent to occupy the leading position in the industry loca full lamination processes typical difficulty is lack of excess glue and glue this article analyzes the causes excess glue and glue lack of the defect and the improved process approach the results show that the improved technology can significantly reduce the excess glue glue lack defects key words loca full lamination one glass solution under fill over fill written by zhang yi supervised by wang ming xiang 目 录 第一章 序 言 1 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 3 2 1 框贴 全贴合的说明 3 2 1 1 触摸显示屏的结构 3 2 1 2 框贴和全贴合 3 2 2 框贴和全贴合特点及对比 4 2 2 1 框贴 4 2 2 2 全贴合 5 2 2 3 框贴和全贴合两种模式贴合后的对比 7 2 3 单玻璃全贴合技术的分类及特点 11 2 4 loca 全贴合的基本流程 13 2 5 全贴合面临的主要技术问题 溢胶 缺胶 15 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 18 3 1 贴合原理 18 3 2 贴合工艺中三个环节的理论分析 18 3 3 生产中影响贴合品质的因素 19 3 4 缺胶 溢胶的不良产品分析 21 3 5 缺胶 溢胶发生原因排查 22 3 6 缺胶 溢胶的改良 27 3 7 溢胶的继续改善 29 3 8 量产的品质跟踪 32 3 9 小结 33 第四章 总结与展望 34 参考文献 36 致 谢 37 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第一章 序 言 1 第一章 序 言 从过去 pda 的时代到早期的触控手机 电阻式技术一度引领风骚 而当 2007 年第一代的 iphone 正式将投射式电容带进智能手机应用后 六年的时间里 投射式 电容全面取代电阻式 成为出货量最大的触控技术 随着智能手机市场的日益竞争 上一代智能手机的一些特点已经很难被市场接受 例如 笨重 厚实 显示色度亮度 不足 边框太宽等 意味着手机屏幕制造商必须从根本上改善传统显示屏的结构设计 一个新的概念被提出 全贴合技术 传统的触屏显示器的结构是保护玻璃 触摸屏 液晶屏 采用了 3 层材料经过了 2 次贴合才形成 其中触摸屏与液晶屏往往是采用了框贴 口字型双面胶 的形式进行 贴合 在触摸屏和液晶屏之间产生了空气层 由于空气与玻璃的折射率不同 光每次 经过玻璃和空气的界面 都会造成一次反射 界面层越多 发生的反射次数也越多 导致液晶屏的背光提供的光量被损失 同时外界的光线会被这些界面层反射产生眩光 影响用户的使用 三层玻璃两次贴合的材料费用又高 贴合工序长 缺点急需改善 in cell on cell ogs one glass solution 结构的显示屏 是取消了单独的触 屏玻璃 分别将触摸屏传感器直接整合在 lcd 回路内或者 lcd 外表面或者保护玻璃 上 使用 loca 液态胶将保护玻璃与液晶屏进行全面贴合 一次成型的触屏显示器 由于 loca 光学胶固化后的折射率与玻璃几乎完全一致 且贴合厚度通常可以控制 在 0 1 至 0 3 之间 贴合后的显示器具有轻盈 纤薄 显示效果好等优点 1 2011 年还只有苹果公司一家要求液晶触摸屏采用全贴合工艺 但是从 2012 年开 始 整个业界对全贴合工艺的热情都在升温 国内品牌手机如华为 p1 中兴雅典娜 oppo finder 小米 2 等纷纷采用全贴合工艺 并作为产品卖点 全贴合技术分为 oca optically clear adhesive 全贴合和 loca liquid optically clear adhesive 全贴合 oca 光学胶是以双面胶带的形式将上下表面贴合 容易发 生气泡 褶皱 良率不高 目前正被 loca 液态胶逐渐替代 2 本文介绍的是 loca 液态胶的全贴合工艺技术 loca 全贴合技术作为一项新型贴合技术 由于严格的产 品设计要求 需要管控的项目很多 同时 发生品质问题时 需要迅速准确的分析影 第一章 序 言 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 2 响因素 进行有效的改善 才能确保全贴合的品质 由于 loca 胶本身是液态的 同时 两个贴合面之间的间隙往往只有 0 1 至 0 3 贴合时 loca 的流动 延展 需要精密的工艺来控制 确保可以均匀的将保护玻璃和液晶屏粘合 不能有溢胶或者 缺胶 影响屏幕的使用 本文结合实际的生产案例 根据全贴合的原理 进行缺胶 溢胶的不良分析 并将影响 loca 全贴合的各要素汇总 将间隙因素 温度因素这 两项重要项目进行了有效的改善 逐步提升良率 达到稳定的量产要求 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 3 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 2 1 框贴 全贴合的说明 2 1 1 触摸显示屏的结构 传统的触摸显示屏从结构上看 图 1 可以把屏幕大致分成 3 个部分 从上到 下分别是保护玻璃 触摸屏 lcd 显示屏 而这三部分需要进行对位贴合 一般来 说需要进行两次贴合 在保护玻璃与触摸屏之间进行一次贴合 而另一次的贴合则是 在显示屏与触摸屏之间 按贴合的方式分可以分为全贴合和框贴两种 其中显示屏与 触摸屏之间往往采用框贴的形式 3 图 1 传统的触摸显示屏 2 1 2 框贴和全贴合 所谓框贴又称为口字胶贴合 即简单的以双面胶将触摸屏与显示屏的四边固定 这也是目前大部分触摸显示屏所采用的贴合方式 见图 2 以触摸屏与 lcd 显示屏 贴合为例 其优点在于工艺简单且成本低廉 但因为显示屏与触摸屏间存在着空气 层 在光线反射后导致显示效果大打折扣 这也成为框贴最大的缺憾 4 框贴结构的液晶显示器为能在强外界光下仍然保持有清晰的画质 一般有两个处 理方式 一是在玻璃表面增加特殊的处理 使得光线穿透不反射 这种技术称为 aot advanced optical technology 但成本较高难以批量生产 另一种技术采用多支 ccfl 或者大量 led 来加强背光源亮度 增加显示屏亮度 称为 abt advanced backlight technology 一般在屏幕和背光之间加入增亮的光学器件可以增加的亮度 增幅都是很有限的 反而还增加了功耗 降低了终端实机的待机时间 往往不可取 因此只能通过贴合技术的革新 来弥补空气层带来的困扰 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 4 图 2 框贴产品的结构图和剖面图 全贴合 full lamination 也称之为 non air gap 见图 3 即是以 loca 液态胶 或光学胶将显示屏与触摸屏以无缝隙的方式完全粘贴在一起 由于消除了空气层 相 较于框贴来说 可以提供更好的显示效果 图 3 全贴合产品的结构图和剖面图 2 2 框贴和全贴合特点及对比 2 2 1 框贴 前面提到 框贴的特点是会产生空气层 空气层对显示效果的影响 这要从光的 折射和反射说起 设光在某种介质中的速度为 v 由于光在真空中的速度为 c 所以这种介质的折 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 5 射率为 n c v 由于光在真空中的传播速度最大 所以介质的折射率都是大于1 的 当光线从折射率 n0的介质中射入折射率为 n1的另一种介质时 在两介质的分界 面上会产生光的反射 如果介质没有吸收 分界面是一个光学表面 光又是垂直入射 的 则产生的反射率 r 为 2 10 10 nn nn r 透射率 t 则为 rt 1 以往我们一般通过口字型胶将保护玻璃和触摸屏安装在液晶屏幕前 会分别在液 晶屏与触摸屏 触摸屏与保护玻璃之间形成空气层 如果在液晶显示屏前增加两块折 射率为 1 52 的保护玻璃 每个表面的反射光量约为 4 左右 具体本文有计算 两 层玻璃的前后面以及 lcd 表面共五个反射面的总镜面反射率达到 20 这种表面反 射造成了两个严重的后果 背光能量损失 使图像的亮度降低 外界光经过多次反射 或漫射 有一部分成为杂散光或镜面反射 反射进入用户眼中 产生很强的眩光 使 液晶屏图像的对比度降低 甚至看不清屏幕画面 2 2 2 全贴合 全贴合 full lamination 是以 loca 光学胶或 oca 光学胶将液晶屏与触摸 屏以无缝隙的方式完全粘贴在一起 使用了 loca 光学胶进行全贴合的液晶屏 可 以极大的改善眩光和亮度不足的问题 从而满足用户的使用需求 loca 光学胶全称 liquid optical clear adhesive 即 液体光学透明粘合剂 用于透明光学元件粘接的特种胶粘剂 具有无色透明 透光率 99 以上 粘接强度良 好 可以通过紫外线进行迅速固化 也可在常温或中温条件下固化 且具有固化收缩 率小耐黄变等特点 与传统 oca 胶带比较 loca 光学胶在某些应用领域具有其特 别的优势 能解决 oca 胶带贴合方式面临的一些局限性 loca 液态胶涂料经紫外 线辐射照射后 光引发剂被引发 产生自由基或离子 这些自由基或离子与预聚体或 不饱和单体中的双键起交联反应 形成单体基 这些单体基开始连锁反应生成聚合体 固体分子 最后上下两层完全贴合 紫外线固化主要分为以下几个步骤 5 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 6 a 自由基光引发剂受到 uv 照射后 激发分解产生自由基 b 链引发 引发剂产生的自由基引发树脂和单体分子的不饱和双键产生新的自 由基 c 链增长 由树脂和单体产生的自由基可以继续引发树脂和单体分子中的不饱 和双键产生自由基 进行自由基连锁反应 d 链终止 化学反应中 由于自由基含有未偶化电子 非常活泼 极易倾向与 其他自由基偶合或发生酸化作用 使链反应终止 整个固化过程可以从图 4 的演示所理解 图 4 loca 光学胶的紫外线照射固化过程 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 7 本文中的 w34 品种 使用的是 a 型 loca 光学胶 具体规格如表 1 表 1 a 型 loca 光学胶基本参数 参数 规格 备注 用途 触摸液晶显示屏贴合 尺寸限定 3 5inch 折射率 1 52 0 005 日光平均波长 589nm 动力粘度 3500 150mpa s 温度 25 c 硬度 e9 温度 25 c 硬化收缩率 1 6 温度 25 c 透射率 99 固化完成后单体透射 固化条件 10000mj cm2 uv 波长 365nm 2 2 3 框贴和全贴合两种模式贴合后的对比 前面提到了 光每次发生界面之间的通过 都会造成反射损失 反射率计算公式为 2 10 10 nn nn r 透射率 t 则为 rt 1 图 5 框贴结构的液晶触摸屏的断面图 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 8 如图 5 所示 屏幕发出的光到达用户眼睛里需要经过五次空气与玻璃的界面 会 造成一定比例的反射损失 同时 外界环境也会有一定比例的光会反射到用户眼中 按照表 2 的计算可以得知 框贴结构的屏幕 屏幕发出的光透射率只有 78 74 同 时 外界环境也有 21 26 的光会反射到用户眼中 影响用户的目视效果 作为弥补 需要更大的 led 背光亮度 增加了的功耗 表 2 光通过空气与玻璃界面的反射率与透射率 n0 空气折射率 1 0003 n1 玻璃折射率 1 52 n0 n1 0 5197 n0 n1 2 5203 n0 n1 2 0 2701 n0 n1 2 6 3519 通过次数 一次 二次 三次 四次 五次 r 反射率 4 25 8 50 12 76 17 01 21 26 t 透射率 95 75 91 50 87 24 82 99 78 74 而全贴合的屏幕 没有空气层 loca 光学胶的折射率 1 52 与玻璃几乎完全相 同 界面透射率达到了 99 以上 只有一次通过外表面的 4 25 的光量损失和 4 25 的反射眩光 很大程度上改善了用户的目视效果 也缓解了 led 背光的功耗 通过 图 6 可以比较直观的理解空气层和 loca 树脂层对光量效果的影响 6 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 9 图 6 框贴和全贴合对光量的影响 对于实际的显示效果 观察相同的画面 框贴的屏幕 色彩暗淡 阴沉 时间久 了空气层中还容易进入灰尘或水汽 更加影响使用 采用了全贴合的屏幕 则始终色 彩通透 明亮 图 7 8 为对比效果 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 10 图 7 框贴和全贴合的显示效果对比 1 图 8 框贴和全贴合的显示效果对比 2 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 11 总结起来 采用了 loca 全贴合的显示屏 具有以下优势 1 更佳的显示效果 全贴合技术清除了玻璃层间的空气 能大幅降低光线反射 减少透出光线损耗从而提升亮度 增强屏幕的显示效果 2 屏幕隔绝灰尘和水汽 普通贴合方式的空气层容易受环境的粉尘和水汽污染 影响屏幕的使用 而全贴合 loca 胶填充了空隙 液晶显示屏与触摸屏紧密贴合 粉尘和水汽无处可入 可以长久保持屏幕的洁净度 3 减少噪声干扰 触摸屏与显示面板紧密结合除能提升强度外 全贴合更能有 效降低噪声对触控讯号所造成的干扰 提升触控操作流畅感 4 使机身更薄 全贴合屏有更薄的机身 触摸屏与显示屏使用光学胶贴合 通 常只增加 0 1mm 0 15mm 的厚度 较普通贴合方式薄 0 1mm 0 7mm 更薄的模块厚 度为整机结构设计提供了更大的灵活性 更薄的机身提高产品档次 彰显技术含量 5 简化装配 全贴合模块与整机的装配可以直接采取卡扣或者锁螺丝的方式固 定 减少了贴合偏差带来的装配问题 同时简化为组装工序 降低组装成本 全贴合 模块不用考虑防灰尘水汽 所以边框不用考虑贴合宽度 可以实现更窄边框 同时因 不用考虑双面粘贴合强度 也有助于窄边框设计 边框可以做到更窄 预计随着各厂商对全贴合设备技术的投入 材料成本的降低 各种技术路径的发 展和全贴合良率的提升 2013 2017 年全贴合手机的占有率将分别达到 25 34 42 50 和 57 的水平 未来市场空间很大 2 3 单玻璃全贴合技术的分类及特点 以往 手机屏幕在生产过程中需要对保护玻璃 触摸屏 显示屏分三部分进行两 次贴合 如果采用框贴 显示效果将大打折扣 而如果采用全贴合 两次贴合的良品 率又是一个问题 由于保护玻璃 触摸屏 显示屏间每经过一道贴合制作工序 良品 率就会大打折扣 若是能够提高贴合良率 甚至减少贴合次数 就会成为触控制程技 术的发展方向 对于真正的最终生产成本而言 触控技术的革新比起基板的材料选择明显来得更 为重要 目前触控产业已经有两种新技术正在发展中 而这两种技术的目的均是要取 消触控传感器基板的使用 一种是单片式玻璃触控方案 另一种则是面板内嵌式触控 方案 根据材料和设计的不同 目前出现了几个发展方向 ogs on cell in cell 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 12 三种屏幕技术 其中以原有触控屏厂商为主导的是 ogs 方案 而由面板厂商主导的 是 on cell 和 in cell 技术方案 ogs 全称 one glass solution ogs 技术就是把触控屏与保护玻璃集成在一起 在保护玻璃内侧镀上 ito 导电层 直接在保护玻璃上进行镀膜和光刻 由于节省了 一片玻璃和一次贴合 一块玻璃同时起到保护玻璃和触摸传感器的双重作用 触摸屏 能够做的更薄且成本更低 不过 ogs 仍面临着强度和加工成本等问题 由于 ogs 保 护玻璃和触摸屏是集成在一起的 通常需要先强化 然后镀膜 蚀刻 最后切割 这 样在强化玻璃上切割是非常麻烦的 成本高 良率低 并且造成玻璃边沿形成一些毛 细裂缝 这些裂缝降低了玻璃的强度 目前强度不足成为目前制约 ogs 发展的重要 因素 on cell 是指将触摸传感器嵌入到显示屏的彩色滤光片基板和偏光片之间的方 法 即在液晶面板上配触摸传感器 相比in cell 技术难度小了不少 目前 on cell 多 应用于三星amoled面板产品上 技术上尚未能克服薄型化 触控时产生的颜色不 均等问题 in cell 是指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法 即在显示屏内部嵌入触 摸传感器功能 这样能使屏幕变得更加轻薄 同时 in cell屏幕还要嵌入配套的触控 芯片 否则很容易导致错误的触控感测讯号或者过大的噪音 就制程上 in cell 的 触控传感器层位于lcd内 因此从表层玻璃 触控传感器层到tft 薄膜场效应晶体 管 回路都必须全面贴合 这就是成本昂贵的关键处 而且也会导致良率下降 目前较有实力的显示面板厂商倾向推动 on cell 或 in cell 的方案 主要原因是其 拥有显示屏生产能力 即倾向于将触摸层制作在显示屏 而触控模组厂商或上游材料 厂商则倾向于 ogs 即将触控层制作在保护玻璃上 主要原因是具备较强的制作工 艺能力和技术 两者的共同点均可以减少贴合次数 这样也就可以达到节省成本提升 贴合的良品率 另外 由于少了一层触摸层 从而也可以达到节约材料成本和实现轻 薄化的目的 7 三者特点对比如表 3 所示 in cell 的综合效果较好 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 13 表 3 in cell on cell ogs 特点对比 in cell on cell ogs 厚度 最薄 比 in cell 约厚 0 3 比 in cell 约厚 0 4 显示效果 良好 良好 良好 成本 最高 适中 低廉 面向市场 高端 中高端 中低端 传统的 gg glass glass 方案的触摸显示屏 由于需要单独一层外挂式触摸屏玻 璃 一共需要 4 层玻璃 in cell on cell ogs 这三种内嵌式触摸屏解决方案 比 传统的 gg 方案降低了厚度并且简化了工艺 目前 in cell 方案拥有最薄的厚度 图 9 图 9 in cell on cell ogs 与传统 gg 模式对比 值得一提的是苹果公司 2012 年发布了使用 in cell 触控技术的 iphone5 系列 得 益于 in cell 技术 以及被取消的后置玻璃面板 iphone5 的厚度达到了 7 6mm 重量 减至 112g 而 iphone4s 的厚度为 9 3mm 重量为 140g 相较之下厚度薄了 18 重 量轻了 20 2 4 loca 全贴合的基本流程 loca 全贴合的过程是 cover glass 以下简称 cg 和液晶屏 以下简称 lcd 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 14 通过 loca 光学胶一次贴合完成的过程 图 10 为完整的贴合流程 图 10 loca 全贴合的基本流程 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 15 贴合流程分为 4 个步骤 a lcd 和 cg 分别放入贴合设备内 分别测定厚度 b lcd 进行 gap 填充胶涂布 cg 进行 loca 液态胶涂布 c lcd 与 cg 经过厚度补正 对位补正后贴合 d 贴合后产品经过紫外线照射后固化 贴合工序完成 图 11 为正在涂布 loca 胶的 cg 和涂布完成的 cg 图 11 正在涂布 loca 胶的 cg 和涂布后的 cg 2 5 全贴合面临的主要技术问题 溢胶 缺胶 w34 产品 在第一回试产时 良率很低 其中缺胶现象高发 发生率达到了 15 溢胶发生了 4 0 缺胶 溢胶共存的也发生了 1 4 图 12 为 w34 产品在第一次试 产的不良实绩 缺胶现象 指的是 loca 光学胶填充不足 loca 光学胶没有完全覆盖整个贴 合面 未覆盖的部分就是一个空气的空腔 空腔如果进入显示区域 就会造成局部的 画面色彩异常 缺胶现象的不良品 只能进行拆解后重新贴合 不良现象见图 13 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 16 溢胶现象 指的是局部区域的 loca 光学胶过多 已经溢出到贴合区域以外 可能造成后道工序组装背光源后 影响成品厚度 如果溢出的胶未干 甚至会渗入到 背光源的片材内 造成液晶屏幕在显示画面时有斑状的污渍 对于溢出量小的产品 可以用干净的棉棒擦拭来补救 对于溢出量大的 只能拆解后重新贴合 不良现象见 图 13 重工 拆解后再贴合 的过程难度很大 必须将 cg 与 lcd 拆解分离后重新贴 合 造成材料报废 甚至于 lcd 整个报废 同时拆解重工需要额外的人员 以上无 形中增加了生产成本 缺胶 溢胶几乎是 loca 全贴合工序的最大敌人 溢胶和缺胶作为两种极端模式的不良现象 在改善过程中往往交替出现 就像 w34 产品的第一次试产阶段 就遇到了溢胶 缺胶两种现象伴随出现的情况 并且 影响的因素众多 检讨最佳条件需要反复的试验 w34第一次试产的不良实绩 12 14 16 20 15 9 0 3 0 2 0 3 0 4 0 2 0 1 0 1 0 0 0 1 4 11 3 0 3 0 10 20 30 cgl试产不良率 缺胶11 12 14 16 20 15 溢胶9 0 3 0 3 0 2 0 3 0 4 0 缺胶 溢胶3 0 2 0 1 0 1 0 0 0 1 4 lot1lot2lot3lot4lot5合计 图 12 w34 产品第一次试产的不良实绩 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第二章 贴合工艺的发展和存在的问题 17 图 13 缺胶 溢胶现象示意图 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 18 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 分析溢胶 缺胶的发生原因 要先从全贴合的原理来分析 3 1 贴合原理 全贴合的设备通常称为 cgl cover glass lamination 设备 归纳起来 贴合过 程分为涂胶 贴合 固化 这三个环节 a 涂胶是由设备进行流量 起止坐标 涂胶时间 涂布轨迹的控制 b 贴合是 cgl 设备将 cg 贴合面 已涂 loca 液态胶 向下固定 lcd 贴合 面对位后缓慢上升 最终停留在一个固定间隙 通过毛细原理 由间隙层的中央向四 周均匀的延展 到达间隙的四周边缘 间隙的厚度通常在 0 1 0 3 c 通过两段紫外线照射 将周边及贴合面的 loca 液态胶完全固化 使 cg 和 lcd 完全贴合 3 2 贴合工艺中三个环节的理论分析 a 涂胶的 cgl 设备参数 根据产品设计图面的规格 通过人机界面设定 设定 完成后 一般只允许进行微调 b 贴合过程依靠的是 cgl 设备的贴合间隙控制和毛细原理的延展 分析毛细现 象 我们根据 washburn 模型 8 可以了解到 loca 液态胶流动时间和流动距离之 间的关系式如下 cosh x3 2 f t loca 全贴合过程的断面图如图 14 其中 xf为 loca 液态胶流动前端所延展的距离 为 loca 液态胶流动前端与空气之间的表面张力 是液体表面层由于分子引 力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力 通常 处于液体表面层的分子较 为稀薄 其分子间距较大 液体分子之间的引力大于斥力 合力表现为平行于液体界 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 19 面的引力 表面张力是物质的特性 其大小与温度和界面两相物质的性质有关 9 为 loca 液态流动过程中与 cg 和 lcd 所形成的接触角 接触角是指在气 液 固三相交点处所作的气 液界面的切线穿过液体与固 液交界线之间的夹角 是 润湿程度的量度 若 90 则固体表面是疏水性的 即液体不容易润湿固 体 容易在表面上移动 10 为 loca 液态胶的粘度 粘度也称粘滞系数 是流体粘滞性的一种量度 是 流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示 粘度随温度的不同而有显著变化 但通常 随压力的不同发生的变化较小 11 液体粘度随着温度升高而减小 气体粘度则随温度 升高而增大 12 h 为 cg 平面和 lcd 平面之间的间隙距离 图 14 loca 全贴合过程中的贴合断面图 假设 loca 液态胶是牛顿流体的情况下 上述因素都会影响 loca 液态胶的延 展 对于我们研究 loca 液态胶因为流动 延展的问题产生的缺胶 溢胶 有很大 的帮助 需要全面考虑 c 两段紫外线照射固化 第一段 紫外线集中照射 cg 与 lcd 间隙边缘四周的 loca 液态胶 使其初步固化 防止第二段照射时发生溢胶 第二段 将初步固化后 的产品放入紫外线固化炉中 进行全面完整的固化 使贴合面的 loca 液态胶完全 固化 3 3 生产中影响贴合品质的因素 上面我们了解到了影响涂布 贴合 固化的理论影响因素 结合生产过程 分析 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 20 以下因素与贴合品质有直接关系 lcd cg 表面清洁度 温度 涂布起止坐标 涂布 量 涂布轨迹 紫外线照射时间 紫外线照射能量 1 lcd cg 表面清洁度 lcd cg 在投放到设备内之前 必须进行充分的清洁 表面的杂质 异物 油污会造成 loca 液态胶流动速度减缓 如果在 loca 液态胶 未充分延展开的情况下进行紫外线照射固化 就会造成缺胶现象 2 lcd 与 cg 的贴合平台 都必须确保足够的清洁平整 如果有异物 毛刺 残胶停留在平台上 会造成 lcd 与 cg 的平行度不足 导致贴合时 loca 液态胶延 展的不均衡 3 温度 loca 液态胶作为胶状液体 粘度受到温度变化的影响很大 流动速 度与温度成正比 即 温度高时 流动速度快 会提前完成延展整个贴合面 在等待 紫外线照射固化的这个时间差内 继续延展容易造成溢胶现象 温度过低时 流动速 度慢 如果在 loca 液态胶未充分延展开的情况下进行紫外线照射固化 就会造成 缺胶现象 4 涂布起止坐标 如果涂布头起止坐标设置不当 涂布出的 loca 液态胶的形 状就会有偏差 在贴合时就会发生过度延展产生的溢胶或者延展不足产生的缺胶 5 涂布量 涂布量过小 显然容易发生缺胶现象 反之则容易产生溢胶现象 6 涂布轨迹 涂布轨迹必须匀称 即使涂布的起止坐标设置正确 如果 loca 液态胶涂布轨迹头大尾小或者头小尾大 产生与上面第 3 点一样的问题 7 紫外线照射时间 如果紫外线提前照射固化 loca 液态胶还未来得及完全 延展至整个贴合面 就会发生缺胶现象 反之则产生溢胶现象 8 紫外线照射能量 紫外线照射能量过高 会导致 loca 液态胶提前固化 未 完全延展的区域则造成缺胶现象 紫外线照射能量过低 会导致胶未干 持续溢胶的 现象 9 loca 液态胶的存放容器为罐体 在使用前 必须将整罐的 loca 液态胶使 用离心除泡机进行充分的旋转除泡 以确保安装到设备内以后 涂布到 cg 表面的 loca 液态胶是完全没有气泡的 经过整理 可以用图 15 的 缺胶 溢胶的原因分析图来表示生产环节中容易造成 缺胶或者溢胶的因素 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 21 图 15 缺胶 溢胶的原因分析图 3 4 缺胶 溢胶的不良产品分析 统计第一次试产 发生的 80 片的缺胶和 27 片的溢胶不良品的不良位置的分布 从图 16 和图 17 的分布图可以看到 a 缺胶的位置在第 行有明显的集中性 95 以上发生在这个区域 b 溢胶全部集中在第 行 c 缺胶和溢胶集中发生的位置在屏幕的短边两侧 其中 有 7 片的产品有缺胶和溢胶共存的现象 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 22 图 16 第一次试产缺胶位置分布 图 17 第一次试产溢胶位置分布 3 5 缺胶 溢胶发生原因排查 上面提到了 贴合的过程是一个毛细作用的过程 关系到 xf h 五 项要素 从贴合过程的断面图 图 14 分析 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 23 xf 延展的距离 延展距离在全贴合工艺中就是涂布的胶型为起点 lcd 四个 边缘为终点的距离 表 4 和图 18 所示 根据产品设计图面 loca 液态胶涂布的 6 道胶型的起止坐标是以 cg 的显示区的中心进行设置的 设定坐标是完全对称的 因 此 loca 液态胶根据毛细作用延展直至 lcd 边缘时 横向的延展距离完全相同 纵 向的延展距离也完全相同 即 xf1 xf2 同时 对称胶型的涂布时间 速度 针头 高度也相同 因此暂时不用考虑 xf的影响 表 4 w34 产品的 loca 液态胶胶型涂布设定值 涂布胶型 line1 line2 line3 line4 line5 line6 开始延迟 s 0 000 0 000 0 000 0 000 0 180 0 180 开始坐标 mm x 21 500 21 500 21 500 21 500 1 250 1 000 y 2 000 2 000 2 000 2 000 0 000 0 000 终止坐标 mm x 45 500 45 500 45 500 45 500 25 000 25 000 y 26 000 26 000 26 000 26 000 0 000 0 000 针头高度 mm 0 80 0 80 0 80 0 80 2 00 2 00 涂胶开始延迟时间 s 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 涂胶保持延迟时间 s 0 850 0 850 0 850 0 850 3 400 3 400 针头抬起延迟时间 s 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 针头等待延迟时间 s 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 0 000 针头移动速度 mm s 35 5 35 5 35 5 35 5 10 0 10 0 针头回吸时间 s 0 500 0 500 0 500 0 500 0 500 0 500 图 18 w34 产品的 loca 液态胶胶型涂布示意图 loca 表面张力 1 loca 与 lcd 的接触角 2 loca 与 cg 的 接触角 loca 的粘度 与 loca 液态胶的材质特性有直接关系 对于以 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 24 上四项要素 分别取 5 份 loca 液态胶在恒温 25 的标准条件下进行检测 从表 5 的检测结果来看 loca 液态胶的四项要素均合格 图 19 为测量仪器 粘度测试仪 和表面张力 动态接触角分析仪 可以测量表面张力和接触角两种参数 表 5 a 型 loca 胶表面张力 接触角 粘度检验结果 测定项目 温度条件 25 规格 检验值 平均值 判断 loca 表面张力 单位 mn m 470 10 472 470 6 合格 468 474 468 471 1 loca 与 lcd 接触角 单位 70 20 70 6 70 2 合格 65 9 73 5 70 5 70 5 2 loca 与 cg 接触角 单位 70 20 69 7 70 7 合格 71 72 6 63 8 76 4 loca 的粘度 单位 mpa s 3500 150 3548 3534 8 合格 3596 3487 3576 3467 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 25 图 19 粘度测试仪 左 和表面张力 动态接触角分析仪 右 h 取决于 cgl 设备对 cg 平面与 lcd 平面之间的间隙控制 要求间隙均匀 对 loca 光学胶固化后的厚度有直接的影响 13 在第一次试产时 控制设备设定值为 150 m 但缺胶 溢胶发生很多 位置集中 且位置相反 试验需要确认 h 的实际 状况 由于 loca 固化后 无法测量其真实厚度 只能采用九点测厚法来测量其近 似值 确认均匀度及倾向性 测试方法 如图 20 所示 a 对 lcd 单体 测试 9 个点的厚度 去掉上偏光片保护膜 分别记录 b 对 cg 单体 测试 9 个点的厚度 去掉 cg 正反面保护膜 分别记录 c 测定贴合完成品的 9 点厚度 分别记录 d 计算 9 个点的 loca 近似厚度 9 个点的总厚 9 个点的 cg 厚 9 个点的 lcd 厚 e 根据9 个点的厚度的计算值 估算这9 个点的厚度的分布状况 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 26 图 20 九点测厚法 表 6 缺胶 溢胶不良品的九点胶厚测定值 单位 a b c a b c a b c loca 厚度 1 0 160 0 164 0 163 0 149 0 142 0 145 0 143 0 142 0 141 loca 厚度 2 0 174 0 173 0 169 0 151 0 153 0 155 0 132 0 133 0 134 loca 厚度 3 0 163 0 165 0 169 0 153 0 152 0 153 0 143 0 142 0 144 loca 厚度 4 0 164 0 164 0 161 0 149 0 151 0 150 0 137 0 135 0 136 loca 厚度 5 0 168 0 169 0 168 0 145 0 146 0 149 0 135 0 136 0 138 平均厚度 0 166 0 167 0 166 0 149 0 149 0 150 0 138 0 138 0 139 loca 厚上限 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 loca 厚下限 0 127 0 127 0 127 0 127 0 127 0 127 0 127 0 127 0 127 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 27 不良品loca厚度9点测定结果 0 120 0 130 0 140 0 150 0 160 0 170 0 180 abcabcabc loca厚度 loca厚上限 loca厚下限 loca厚度1 loca厚度2 loca厚度3 loca厚度4 loca厚度5 图 21 缺胶 溢胶不良品的九点胶厚测定结果 从表 6 和图 21 的九点胶厚测定值来看 第 行的 loca 厚度偏厚 甚至超出产 品规格书的上限要求 同时第 行的 loca 厚度偏薄 第 行 loca 胶平均厚 165 8 m 与第三行 loca 胶平均厚 149 4 m 相差 16 3 m 造成这种现象的原因很可能 是 cg 贴合平面和 lcd 贴合平面平行度不够 存在一个相对于水平的倾斜角 造成本该对称的 loca 胶的延展速度出现差异 间隙偏小的一侧容易发生溢胶 间 隙偏大的一侧容易发生缺胶 倾斜角的示意图如图 22 3 6 缺胶 溢胶的改良 作为改善 必须要调整 lcd 的贴合平台的 角度 使 lcd 贴合平台和 cg 贴 合平台足够平行 根据正弦三角函数 设平台倾斜角度为 且根据设计规格已知 lcd 长度 l 88 6mm 88600 m 那么 h sin l 88600sin 16 3 m 可 以推算出 arcsin 16 3 88600 38 图 22 lcd 贴合平台倾斜角 第三章 全贴合缺胶 溢胶的分析及改善 液晶屏 loca 全贴合工艺及改善 28 根据以上计算结果 对 cgl 设备的 lcd 贴合平台进行 角调整 38 再次 取 5 片产品进行九点测厚法测定 loca 胶的厚度 测定结果 表 7 和图 23 显示每 个产品的 9 点胶厚都是平均稳定的状态 表 7 调整后九点胶厚测定结果 单位 a b c a b c a b c loca 厚度 1 0 144 0 143 0 146 0 145 0 151 0 152 0 147 0 149 0 156 loca 厚度 2 0 147 0 156 0 153 0 150 0 153 0 154 0 146 0 148 0 157 loca 厚度 3 0 146 0 153 0 153 0 160 0 155 0 16 0 148 0 143 0 147 loca 厚度 4 0 145 0 145 0 153 0 156 0 148 0 149 0 149 0 153 0 153 loca 厚度 5 0 143 0 149 0 156 0 155 0 157 0 151 0 153 0 149 0 149 平均厚度 0 145 0 149 0 152 0 153 0 153 0 153 0 149 0 148 0 152 loca 厚上限 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173 0 173