玻璃基板性能对TFT-LCD面板TP的影响

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巨大。

TP英文total pitch，
中文含义是全面积尺寸，在TFT-LCD面板制程中，TP用来表示成膜图形与设计值的偏差。

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。

图1 两批次玻璃基板TP值（以DX值表示）的比较
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
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、Mask bending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。

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TP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。

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。

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。

图3 TP的产生示意图
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数据整理、分析与讨论
（1）再热收缩率
再热收缩率的试验数据见图4。

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0.6×10-6，最大值为 5.4×10-6，平均值为 2.94×10-6。

加热六次后，所有试样的再热收缩率都增大，平均值为8.39×10-6，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。

图4 加热一次与加热六次的再热收缩率比较
（2）密度
将玻璃基板原片的密度数据按从小到大的顺序排列，如图5所示。

300 ℃加热30 min一次后，玻璃基板的密度略有增加，反复加热六次后，玻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。

图5 玻璃基板原片、加热一次与加热六次的密度比较
（3）膨胀系数
试验数据如图6所示。

玻璃基板原片的膨胀系数一致性比加热后差，膨胀系数的大小关系为：原片＞300 ℃＞730 ℃，即加热处理会改变玻璃基板的膨胀系数，在退火点以内，加热处理的温度越高，膨胀系数降低越多。

图6 玻璃基板原片与热处理后的膨胀系数变化
（4）分析与讨论
试验结果显示，加热处理后，玻璃基板会产生收缩，且加热的次数越多或热处理的时间越长，收缩率越大；加热处理后，玻璃基板的密度有所增大，且加热的次数越多或热处理的时间越长，密度增加越多；玻璃基板的膨胀系数随着加热处理的温度升高而减小。

但这些物性的变化不是无止尽的，会随着加热的次数或时长趋于一个相对稳定的值。

面板厂反馈的TP问题与玻璃基板相关的因素归结起来就是玻璃基板在经过热处理后的尺寸不稳定问题。

玻璃基板在成形过程中，需要进行快速地冷却，内部的质点来不及排列整齐就固化了，由于其表面与内部存在着温度差，质点发生粘滞流动的速率不同，玻璃基板的表面与内部就存在着不同程度的空位。

当再次加热时，这些质点受到激发重排，结构趋于紧密，使得玻璃基板产生体积收缩而引起密度、膨胀系数等物性发生变化，在面板厂即表现为TP的不稳定。

TP 的检测最直接有效的方式是模拟面板厂的镀膜、曝光、测量，但是碍于设备和硬件投资过大，不适合玻璃基板厂商采用。

监测玻璃基
板的应力有一定的效果，但是由于玻璃基板应力的性质和分布不便于统计分析，仅靠应力的监测来管控TP，效果是很有限的。

因此，可以通过监测和管控玻璃基板的再热收缩率、原片密度、原片膨胀系数等方式间接管控TP的波动。

在试验过程中，也发现由于检测设备的精度和制样的精度，再热收缩率的检测存在着较大的误差，密度和膨胀系数的检测也存在着一定的误差，如何提高检测精度有待更深入的研究。