ＴＮＬＣＤⅠ型线蚀的原因与防止措施 TN-LCD

　　文章编号：1006-6268（2008）07-0037-04 　　 　　摘要：LCD装上机芯，运行数天后，ITO线被腐蚀，引起显示缺划，这一问题严重地困扰着生产厂家和相关客户。本文分析了ITO电极被腐蚀的原因，并用实验方法加以验证，提出了防止电极腐蚀的措施。
　　关键词： ITO电极腐蚀；防止措施；显示缺划
　　中图分类号：TN141.9 文献标识码：B
　　
　　Reasons of TNLCD ITO Line Corrosion and Ways to Avoid
　　XU Yan-qi
　　（Putian Vikay Optoelectronics Science and Technology Co,.LTD.,Fujian 351100，Ｃhina）
　　Abstract: LCD ITO line is corroded resulting in display missing segment after the LCD is fixed and runs for a few days. The problem has perplexed the production factory and relative customer seriously.This paper analyzed why ITO line is corroded, verified it by experiments, and put forward ways to avoid corrosion.
　　Keywords: ITO line corrosion；ways to avoid corrosion；display missing segment
　　
　　引言
　　
　　LCD由于体积小、重量轻、耗电少等优越性能，从TN型，发展到HTN、STN，到现在的TFTLCD，在各个领域中的应用日益广泛，在现代显示领域占据了重要的地位。TNLCD是最早发展的产品，现在虽然属于低端产品，但由于其应用广泛，且价格低廉，目前的市场容量仍然很大，产量也很高。然而，由于LCD自身固有的特性，用于传输显示信号的ITO引线薄而窄，ITO层厚度一般只有100～200Ａ，走线宽度有些地方仅有0.05mm，甚至更小。这么细小的ITO引线，在LCD的制造和装配过程中，很容易受到外界环境的影响而出现各种问题。LCD接线座上的引线被腐蚀引起显示缺划，就是其中之一。
　　根据应用实践综合分析，一种情形是LCD装上机芯时，显示完好，室温下运行几天后，陆续出现显示缺划；另一种情形是装机完，抽样作高、低温试验后，出现显示缺划。而未装机的LCD，放置数月后检测，仍显示完好。一般说来，对于字段式显示的LCD，一条引线连接着一个或几个字段，对于点阵式显示的LCD，一条引线连接着几个甚至几十个像素点，这样，一块LCD上，只要有一条引线被腐蚀掉，整块LCD就将成为次品或废品。由于无法在出货前检测时被检出，需要装机运行数天后才表现出来，这一产品质量隐患问题，严重地困扰着LCD生产厂家和相关客户。据了解，许多LCD生产厂家都或多或少地出现过这种情况，有的厂家甚至因此损失巨大。
　　
　　1样品分析
　　
　　对客户提供的由以上两种情形产生的缺划样品，在LCD测试机上测试，并记录下缺划位置的逻辑编码，如2A、3C……。再在显微镜下观察ITO引线情况，可看到LCD上个别引线的颜色与正常的引线颜色不同，明显地比较亮，参见图1和图2所示。
　　
　　图1Ⅰ型线蚀，发生在边框外缘
　　
　　图2Ⅱ型线蚀，发生在小玻璃边缘
　　
　　以上分析过的全部样品中，只是部分字划缺失，没有出现整路缺失的情形。根据电极走线逻辑表，把出现ITO引线发亮的地方与测试时的缺划位置编码逐一比较，两者互相吻合，ITO引线发亮的地方对应着缺划的位置。再设法把LCD的两片玻璃分开，洗净玻璃内表面的LC和PI等，用蜂鸣器或万用表检测，ITO引线颜色发亮的地方不导通，说明这个地方的ITO引线己被腐蚀断了。看来,LCD在以上两种情形下出现的缺划，是由于ITO引线被腐蚀引起的。我们且称这种现象为“线蚀”。对不同型号的缺划样品作详细分析，发现ITO引线被腐蚀，有两种情形：一种是LCD边框外边缘（参见图1）线蚀，我们称之为Ⅰ型线蚀, 另一种是在小玻璃的边缘线蚀（参见图2），我们称之为Ⅱ型线蚀。更进一步的观察发现，发生Ⅰ类线蚀的样品中，都有一段COM走线露出边框外,SEG走线在与其相交处发生线蚀。发生Ⅱ型线蚀的样品中，在线蚀处有的有脏物，有的没有脏物；有的型号仅发生Ⅰ型线蚀，有的型号仅发生Ⅱ型线蚀，而有的型号在同一片LCD上同时发生两种类型的线蚀，情况比较复杂。本文仅就Ⅰ型线蚀进行讨论。
　　
　　2Ⅰ型线蚀原因分析
　　
　　根据有关的腐蚀理论，物质产生腐蚀的主要种类有：电化学腐蚀、吸氧腐蚀、析氢腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、间隙腐蚀、全面腐蚀等。这些理论主要针对金属而言，即金属在外界环境中，或被氧化成金属氧化物，或被酸腐蚀成金属盐。而LCD上的电极材料ITO，本身就是金属氧化物（In2Ｏ3和SNO2的混合物），且其化合价都已达最高价，不大可能再被氧化,虽然In2Ｏ3和SNＯ2都是两性氧化物，能与强碱反应生成铟酸钠和亚锡酸钠，但是，很显然，LCD夹缝中根本不存在高浓度的ＮaOH，那只能是被酸所腐蚀。LCD夹缝中的酸是从哪里来的？从LCD生产过程和使用的材料分析，夹缝中可能残留的东西只有液晶、清洗剂、水。下面逐一分析。
　　⑴液晶
　　夹缝中的液晶，是首要的怀疑对象，因为它是与ITO引线直接接触的，很多资料上和LCD生产作业指导书上都规定，夹缝中的液晶必须清洗干净，如果液晶没有清洗干净，LCD装上机芯，通电运行后，液晶可能会与ITO作用而产生线蚀。
　　⑵液晶清洗剂没有漂洗干净
　　灌液晶时吸附在夹缝中和沾染在玻璃表面上的液晶，以前使用F－113清洗，有没有发生线蚀，现已无从考证。现在使用的大多是半水系清洗剂，有A、B双液型的，也有混合成单液型的，其中既有有机溶剂，又有表面活性剂和其他清洗助剂，成份比较复杂，不同供应商提供的清洗剂，成份又不相同，如果清洗剂没有漂洗干净，也有可能引起线蚀。
　　⑶不完全干燥引起
　　自来水中含有一些金属离子和酸根离子，虽然其他杂质已漂洗干净，但没有完全干燥，水分残留在夹缝中，水中的金属离子、酸根离子有可能在LCD通电运行后与ITO产生电化学作用，引起线蚀。
　　⑷COM电极走线露出边框外引起
　　通常情况下，COM电极走线都能被边框胶遮盖，使得COM与SEG电极走线的交点互相绝缘，如果由于某种原因使得COM走线露出边框外，势必造成SEG与COM走线在边框外相交，而LCD的盒厚一般只有几微米，即COM和SEG电极间的距离只有几微米，LCD装机通电运行后，虽然电压很低，电流也很小，但如果此时边框外存在着水汽，交点处由于电场的作用，可能使ITO引线产生线蚀。
　　对于以上各种影响因素，生产中虽然采取了许多改善措施，如：更换使用不同供应商的清洗剂、改用去离子水漂洗、增加溶剂以溶出残留清洗剂等，但都未能彻底奏效，线蚀仍时有发生。
　　为弄清哪个是真正的或者说主要的影响因素，这里采用装机验证法对各可能的影响因素逐一进行试验。
　　
　　
　　3试验
　　
　　3.1试验材料和仪器
　　仪器：确认显示完好的LCD、与LCD相对应的机芯、LCD测试机和显微镜；
　　怀疑对象材料：液晶、清洗用的有机溶剂、去离子水、自来水、单液型清洗剂和混合清洗剂（包括有机溶剂、助洗剂、乳化剂）水溶液。
　　
　　3.2试验方法
　　LCD→确认显示完好→夹缝中依次注入怀疑对象材料→擦拭接线座→装入机芯→通电运行→观察显示情况。
　　本次试验，采用客户提供的通电运行约1年、各功能显示正常完好的机芯和其上的LCD，数量20片。为了尽快得到结果，本试验采用极端条件，而不是模拟使用条件，拆下机芯上的LCD，先用注射器把去离子水注入LCD夹缝中，擦拭干净接线座，再把LCD装入原机芯中，在室温下运行10天，观察显示结果；然后拆下LCD，循环以上过程，依次分别注入有机溶剂、单液型清洗剂、混合清洗剂水溶液，观察显示结果。
　　
　　3.3观察结果
　　各怀疑材料依次注入LCD夹缝中，分别运行10天，观察到的结果如下表所示：
　　* 在另一实验中，把液晶注入LCD夹缝中，装机连续运行８个月，显示完好。
　　把6片显示缺划的LCD取下，在显微镜下观察ITO引线情况，每片LCD上都有3～4条引线在边框外边缘处发亮（如图1所示），且在COM电极走线露出边框外与SEG走线相交处，为I型线蚀。
　　3.4试验结论
　　从以上实验观察结果中可清楚看到，各怀疑材料单独注入LCD夹缝中，并未发生线蚀。而混合清洗剂水溶液注入LCD夹缝中，运行10天，就发生了线蚀。因此可以得出结论：当COM电极走线露出边框外，且与SEG电极走线相交，LCD夹缝中存有混合清洗剂和水，装机运行后发生I类线蚀的可能性较大。
　　
　　4对试验结果的解释
　　
　　根据Ⅰ型线蚀产生的现象与夹缝中可能的残留物分析，线蚀发生的过程可能是这样的：
　　夹缝中残留的清洗剂和水，其中含有各种离子，如Ｃl-、OH-、Ｈ+、Ｎa+离子等，LCD被装入机芯并通电运行后，由于电场的作用，Ｃl-离子和OH-离子等阴离子移向阳极，Ｈ+离子和Ｎa+离子等阳离子移向阴极。在夹缝中的环境条件下，Ｈ+离子比Ｎa+离子更容易得到电子，所以阴极上的反应是：
　　H+＋e ＝H，
　　H＋H＝H2↑
　　在阳极，Cl-离子比OH-离子更容易失去电子，所以阳极上的反应是：
　　Cl- －e＝ Cl
　　2CI＝Cl2
　　Cl2＋Ｈ2Ｏ＝HCI＋HCIO
　　ＨＣl＋IN2Ｏ3＝2INＣl3＋H2O
　　6HCIO＋IN2Ｏ3＝2IN(CIO)3＋３H2O
　　由于SEG电极引线上接的是阳极，COM电极引线上接的是阴极，所以，在COM线与SEG线相交处，接阳极的SEG引线被腐蚀，接阴极的COM引线不被腐蚀。事实上，在所有分析过的发生Ⅰ型线蚀的样品中，只看到过SEG引线被腐蚀，没有看到COM引线被腐蚀。
　　4.1验证性实验
　　为了验证上述解释的正确性，再做个实验，把2个正在运行的显示正常的机芯上的LCD（先前已在显微镜下观察，COM走线露出边框外）拆下来，夹缝中注入约5%的NaCl水溶液，擦干接线座，再把LCD装上机芯运行，观察显示情况。约10分钟后，就见显示缺划发生。
　　
　　5防止措施
　　
　　根据以上试验结果，可以认为，COM电极走线露出边框外，并与SEG电极走线相交，是产生I型线蚀的必要条件。要防止I型线蚀的发生，首先必须避免COM电极走线露出边框外，其次是确保把清洗剂漂洗干净，最后是保证完全干燥。只要做到了这三点，I型线蚀应是可以避免的。
　　至于Ⅱ型线蚀，即如图2所示的发生在小玻璃边缘的线蚀，产生的原因可能更为复杂些，需要进一步的分析和研究。
　　
　　参考文献
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