TFT-LCD工藝中Gap性不良的分析與改善

合肥京東方光電科技有限公司 張明亮 黎海波 丁 甲 劉俊豪 周保全

TFT-LCD工藝中Gap性不良的分析與改善

合肥京東方光電科技有限公司 張明亮 黎海波 丁 甲 劉俊豪 周保全

Cell Gap是Cell工藝中最重要的控制參數(shù)之一，它對(duì)LCD的顯示效果有著至關(guān)重要的影響。本文分析了影響Cell Gap的因素，對(duì)Gap性不良的分析流程進(jìn)行闡述，并對(duì)各種不同原因產(chǎn)生的Gap性不良進(jìn)行分析研究，為實(shí)際的生產(chǎn)改善此類不良提供了指導(dǎo)作用。

TFT-LCD；Cell Gap；Dummy Seal；PS Height

1 引言

近年來，薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）以其高速度，高亮度，高對(duì)比度等優(yōu)點(diǎn)，在平板顯示器中脫穎而出，在顯示器市場(chǎng)中獨(dú)占鰲[1-3]。

目前，TFT-LCD的制造主要包括陣列(Array)，彩膜(CF)，成盒(Cell）及模組(Module)流程，其中的Cell流程，就是將Array玻璃基板和CF玻璃基板對(duì)組成盒，形成完整的光學(xué)系統(tǒng)，在整個(gè)制造流程中起著至關(guān)重要的作用。

而盒厚(Cell Gap)，是整個(gè)Cell工藝中最重要的控制參數(shù)之一，它對(duì)整個(gè)LCD的顯示效果有著至關(guān)重要的影響[4-5]。但在實(shí)際生產(chǎn)工藝過程中，因?yàn)楦鞣N原因，導(dǎo)致Gap性不良頻繁發(fā)生，影響產(chǎn)品良率的提升。

本文通過對(duì)Gap性不良的分析流程進(jìn)行闡述，并對(duì)各種不同原因產(chǎn)生的Gap性不良進(jìn)行分析研究，為實(shí)際的生產(chǎn)及改善此類不良提供了指導(dǎo)作用。

2 Cell Gap的定義及影響因素

Cell Gap，即液晶盒厚，是指顯示區(qū)內(nèi)，像素(Pixel)透光部Array 側(cè)配向膜(PI) 表面與CF側(cè)配向膜表面之間所夾的距離（圖2.1），它對(duì)LCD的顯示效果有著非常關(guān)鍵的影響，是Cell工藝中最重要的控制參數(shù)之一。

下面，以TN(Twisted Nematic)型液晶顯示器為例，說明Cell Gap是如何影響顯示效果的。

圖2.1 Cell Gap與顯示效果

TN型液晶顯示器，可以簡化為一個(gè)平行板電容器模型。平行板電容器的兩極，分別為Array側(cè)的像素電極和CF側(cè)的公共電極(Com)，兩極間的距離d，就是Cell Gap。

根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)公式：E=U/d

其中，影響盒內(nèi)液晶分子偏轉(zhuǎn)的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電壓：

U=Vpixel-Vcom

如果在液晶盒內(nèi)某處的盒厚d1<另一處的盒厚d2，對(duì)應(yīng)的d1與d2處的液晶分子偏轉(zhuǎn)場(chǎng)強(qiáng)關(guān)系為E1>E2。

在電場(chǎng)強(qiáng)度大的區(qū)域1，液晶分子偏轉(zhuǎn)程度大；而電場(chǎng)強(qiáng)度小的區(qū)域2，偏轉(zhuǎn)也小。在TN型常白模式的Panel里，液晶分子的偏轉(zhuǎn)越強(qiáng)，相應(yīng)位置越黑。所以，如果區(qū)域2是正常的，那么區(qū)域1就表現(xiàn)為較黑的低Gap。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，導(dǎo)致Cell Gap異常的因素很多，主要有：①PS的高度及所處的位置；②LC的滴下量；③Glass Fiber或Si Ball的大小(影響周邊的Cell Gap)；④Sealant的寬度，包括Main Seal和Dummy Seal；⑤斷差，包括CF的斷差和TFT的斷差；⑥Particle等異物[6-7]。

3 Gap性不良的研究

3.1 Gap性不良的分析

由前文所述，Cell Gap會(huì)存在高、低、不均等問題，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的不良，主要表現(xiàn)為黑Gap、白Gap、周邊黑/白Mura。

那么，對(duì)于Gap性不良，如何進(jìn)行分析，才能達(dá)到最終改善不良的目的呢？

分析的過程主要如下：

(1)旋Pol(偏光片)確認(rèn)：只打開背光源，不加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，旋轉(zhuǎn)上偏光片觀察。此時(shí)，上下偏光片為平行組合，由于液晶的旋光特性，背光產(chǎn)生的光線可從Panel透射出來。如果存在Gap異常的地方，宏觀上就表現(xiàn)為顏色差異(一般為偏黃或偏紫)。

需要說明的是，不加信號(hào)旋Pol是最簡單直接判斷是否為Gap異常的方法，但不是絕對(duì)的，液晶本身的配向異常也會(huì)表現(xiàn)出同樣顏色差異。

為什么Gap異常時(shí)旋Pol會(huì)出現(xiàn)顏色差異的現(xiàn)象呢？

根據(jù)Jones Vector，常白模式下Panel的透過率為：

其中，Tr為透過率，△n為液晶的雙折射率，d為Cell Gap，λ為透射光的波長。

再由以上公式，得到常白模式下Cell Gap與透過率的關(guān)系圖：

圖3.3 Cell Gap與透過率關(guān)系