TFT-LCD橫紋不良研究與改善

王 超，姚之曉

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

隨著科技的發(fā)展，液晶顯示面板由于具有低耗能、低輻射等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于目前的顯示設(shè)備，已經(jīng)成為主流平板顯示器。作為信息交互的重要組成，液晶顯示面板前景十分廣闊。隨著人們對(duì)液晶顯示技術(shù)的了解和對(duì)顯示品質(zhì)要求的不斷提高，對(duì)液晶顯示屏畫質(zhì)的要求也逐漸提高。在液晶面板生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)知的畫質(zhì)不良，其原因多種多樣，需要具體情況具體分析[1-3]。

近期在生產(chǎn)一款HADS(High-Advanced Dimension Switch)無(wú)邊框液晶顯示器產(chǎn)品時(shí)，橫紋不良曾高達(dá)21.4%，導(dǎo)致該產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)大量降級(jí)產(chǎn)品不能正常出貨，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了改善該產(chǎn)品橫紋不良，本文通過(guò)不良液晶顯示器進(jìn)行測(cè)試和分析，討論了其產(chǎn)生的原因，同時(shí)通過(guò)對(duì)不良發(fā)生機(jī)理的深入分析，制定了改善方案并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 現(xiàn)象描述

在灰階畫面，面板 PCB側(cè)朝上，左上角或者右上角出現(xiàn)三行暗三行亮水平橫紋，該不良影響灰階畫面顯示均一度，不良如圖1所示。

圖1 橫紋不良Fig.1 Horizontal stripes defect

2.2 原因分析

從不良現(xiàn)象上看，橫紋呈水平三行暗三行亮條紋，且條紋與橫向柵極線方向一致，懷疑與柵極線信號(hào)有關(guān)，使用示波器對(duì)不良現(xiàn)象嚴(yán)重的屏測(cè)量柵極信號(hào)發(fā)現(xiàn)，Vcom及反饋信號(hào)均存在周期性三上三下的波動(dòng)，且Vcom及反饋信號(hào)波動(dòng)對(duì)應(yīng)柵壓下降沿窗口；如圖2所示。

圖2 Vcom及反饋信號(hào)波形Fig.2 Waveform of Vcom and feedback

測(cè)量時(shí)鐘信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)，Vcom反饋信號(hào)可見(jiàn)電壓波動(dòng)，幅度400 mV左右，三上三下成為一個(gè)周期；波動(dòng)同CLK1、CLK2、CLK3信號(hào)起始位置相吻合，CLK和反饋信號(hào)之間距離由近到遠(yuǎn)排列: CLK1、CLK2、CLK3、CLK4、CLK5、CLK6，因此CLK1造成反饋電壓波動(dòng)的幅度最大；分析為CLK1、CLK2、CLK3耦合了反饋信號(hào)，從而產(chǎn)生三上三下波動(dòng)，如圖3所示；反饋信號(hào)作用機(jī)制為采集Panel內(nèi)Vcom波動(dòng)，輸入反向電壓保證Vcom穩(wěn)定[4]，所以反饋信號(hào)波動(dòng)會(huì)造成Vcom規(guī)律性波動(dòng)，造成了三行暗三行亮條紋； 導(dǎo)致上述現(xiàn)象出現(xiàn)的影響因素較多，下面將對(duì)幾個(gè)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)分析，以確定橫紋產(chǎn)生的主要原因。

圖3 Clock和反饋信號(hào)波形Fig.3 Waveform of Clock and feedback

2.2.1 電路參數(shù)

通過(guò)調(diào)整幀頻來(lái)測(cè)試幀頻與橫紋的關(guān)系。將幀頻從40 Hz調(diào)整至80 Hz，橫紋現(xiàn)象的程度沒(méi)有變化，因此橫紋不良與幀頻無(wú)關(guān)。

調(diào)整像素TFT三極管的開(kāi)啟電壓(Vgh)和關(guān)斷電壓(Vgl)來(lái)驗(yàn)證橫紋與Vgh和Vgl之間的關(guān)系如表1所示，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，Vgh變化對(duì)橫紋不良程度影響較小，橫紋不良程度隨Vgl變化明顯。

表1 Vgh/Vgl參數(shù)調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Adjustment test result of Vgh/Vgl parameters

調(diào)整公共電極電壓(Vcom)來(lái)驗(yàn)證橫紋和Vcom的關(guān)系(表2)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，Vcom存在中心值，橫紋不可見(jiàn)，增大或減小都會(huì)加重橫紋，并造成黑白翻轉(zhuǎn)。

表2 Vcom參數(shù)調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Adjustment test result of Vcom parameters

影響Vcom波動(dòng)的還有Vcom補(bǔ)償電路，其作用為通過(guò)固定反饋倍數(shù)的Vcom補(bǔ)償電路對(duì)Vcom進(jìn)行補(bǔ)償，以消除Vcom的波動(dòng)[5]。去掉面板近端(PCB側(cè))Vcom補(bǔ)償電阻發(fā)現(xiàn)PCB側(cè)橫紋消失，由此可判斷Vcom補(bǔ)償對(duì)橫紋也有影響。選取面板進(jìn)行調(diào)整Vcom補(bǔ)償倍率的驗(yàn)證如表3所示，初始Vcom補(bǔ)償倍率為6，Vcom補(bǔ)償倍率降低橫紋減輕。

表3Vcom補(bǔ)償倍率調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 Adjustment test result ofVcomcompensation

factor

SplitVcom補(bǔ)償倍率橫紋不良程度14減輕26重38加重

2.2.2 彩膜的影響分析

去除反饋信號(hào)和CLK上方覆蓋的彩膜基板，確認(rèn)彩膜黑矩陣影響，實(shí)驗(yàn)方法如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果: 明暗橫紋減輕甚至消失，因此彩膜黑矩陣在CLK和反饋信號(hào)之間耦合起到了媒介作用。

圖4 彩膜影響測(cè)試示意圖Fig.4 Diagram of CF affects test

為驗(yàn)證彩膜黑矩陣材料影響，選取其他2種黑矩陣材料制備同種HADS產(chǎn)品后確認(rèn)不良現(xiàn)象如表4所示。其中黑矩陣BM A(正常量產(chǎn)使用)制備產(chǎn)品現(xiàn)象重于BM B及BM C制備產(chǎn)品。

表4 黑矩陣材料變更測(cè)試結(jié)果

進(jìn)行黑矩陣信號(hào)測(cè)試，通過(guò)切割面板 PCB 遠(yuǎn)端邊角，在保證顯示正常的情況下使黑矩陣裸露，便于灰階畫面抓取黑矩陣信號(hào)。3種黑矩陣材料波形如圖5所示。黑矩陣測(cè)試波形結(jié)果表明，BM A材料在CLK耦合下始終處于連續(xù)上升或者下降趨勢(shì)，BM B 在CLK耦合下處于臺(tái)階狀上升或者下降趨勢(shì)，波形相對(duì)穩(wěn)定，BM C在CLK耦合下臺(tái)階狀波動(dòng)后均會(huì)出現(xiàn)回落趨勢(shì)，波形相對(duì)穩(wěn)定。我們邀請(qǐng)黑矩陣廠商進(jìn)行3種材料分析反饋信號(hào)直流殘留 (Rdc)數(shù)值。BM A材料為506 mV，BM B為 278 mV，BM C為 242 mV。確認(rèn)橫紋不良橫紋與黑矩陣的直流殘留(Rdc)特性相關(guān)。

圖5 BM測(cè)試波形Fig.5 Waveform of BM test

2.2.3 發(fā)生機(jī)理

通過(guò)前面各種因素的分析可知，產(chǎn)生橫紋的直接原因?yàn)閂com反饋信號(hào)與CLK1、CLK2、CLK3信號(hào)產(chǎn)生耦合效應(yīng)及Vcom補(bǔ)償電路共同作用下，導(dǎo)致Vcom在柵壓關(guān)閉前存在三上三下的周期性波動(dòng)，從而出現(xiàn)了規(guī)律性橫紋；

其中彩膜基板黑矩陣在耦合過(guò)程中起到了媒介作用，如圖6所示，CLK信號(hào)經(jīng)過(guò)CLK和彩膜黑矩陣之間電容C2，使BM產(chǎn)生隨CLK波動(dòng)；黑矩陣上產(chǎn)生電壓波動(dòng)，經(jīng)過(guò)黑矩陣和反饋信號(hào)之間的電容C1傳遞給了反饋信號(hào)，從而造成反饋信號(hào)波動(dòng)導(dǎo)致了Vcom波動(dòng)。

圖6 信號(hào)傳遞模型Fig.6 Signal transmission model

3 改善措施

針對(duì)于上述分析確認(rèn)產(chǎn)生橫紋影響因素為彩膜黑矩陣材料、電容耦合、Vcom補(bǔ)償；所以要從上述3方面檢討改善實(shí)驗(yàn)，從而找到適合量產(chǎn)的改善條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)均為單一變量；

3.1 CF BM材料變更實(shí)驗(yàn)

從原因分析實(shí)驗(yàn)可以得知，BM B、BM C程度輕于量產(chǎn)BM A材料，增加生產(chǎn)量進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)兩種BM材料的改善效果，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表5。

表5 BM材料變更不良率結(jié)果Tab.5 Defect rate of BM material change

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BM B、BM C材料的制備的產(chǎn)品橫紋不良率低于BM A材料產(chǎn)品，但不良仍有發(fā)生，需要繼續(xù)檢討改善；

3.2 電容耦合改善實(shí)驗(yàn)

減小反饋信號(hào)和 CLK 之間耦合波動(dòng)，可以通過(guò)減小如圖6所示的C1電容和C2電容，根據(jù)電容公式C=εS/d(ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離)，通過(guò)降低Gate FICD實(shí)現(xiàn)S的減小，通過(guò)增加PVX厚度實(shí)現(xiàn)d增加，從而達(dá)到電容減小的目的。在設(shè)計(jì)Margin允許范圍內(nèi)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表6所示。

表6 電容耦合改善不良結(jié)果Tab.6 Defect rate of Capacitance coupling improvement

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)降低Gate FICD和增加PVX厚度對(duì)不良有一定降低，但不良率仍然很高。

3.3 Vcom補(bǔ)償變更實(shí)驗(yàn)

分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，Vcom補(bǔ)償倍率降低橫紋減輕，驗(yàn)證補(bǔ)償倍率降低后改善實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表7。

表7 Vcom補(bǔ)償變更不良結(jié)果Tab.7 Defect rate of Vcom compensation change

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明補(bǔ)償倍率調(diào)整為1倍時(shí)不良0發(fā)生，可以根本改善該不良。通過(guò)重新改變PCBA上Vcom補(bǔ)償電路可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并進(jìn)行改善。

3.3 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表明，變更直流殘留 (Rdc)數(shù)值低的黑矩陣材料、降低Gate FICD，增加PVX厚度及降低Vcom補(bǔ)償電路倍數(shù)，可以有效改善橫紋不良，其中Vcom補(bǔ)償電路倍數(shù)對(duì)不良改善效果最為明顯；最終通過(guò)將Vcom補(bǔ)償電路倍數(shù)降低至1倍，不良由21.4%降低至0，同時(shí)為了降低風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)入了BM B材料應(yīng)對(duì)生產(chǎn)，從而從根本上改善了此款HADS產(chǎn)品橫紋不良。

4 結(jié) 論

本文介紹了一種HADS橫紋不良的改善方法，從橫紋不良的分析可以知道產(chǎn)生橫紋的根本原因是Vcom反饋信號(hào)與CLK1、CLK2、 CLK3信號(hào)產(chǎn)生耦合效應(yīng)及Vcom補(bǔ)償電路共同作用下，導(dǎo)致Vcom在柵壓關(guān)閉前存在三上三下的周期性波動(dòng)，形成三行亮三行暗水平粗紋；通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，變更直流殘留低的黑矩陣材料可以降低耦合媒介作用，不良明顯降低；降低Gate FICD，增加PVX厚度可以減少反饋信號(hào)和CLK與BM的電容值，以減小反饋和 CLK 之間耦合波動(dòng)從而降低不良；通過(guò)調(diào)整Vcom補(bǔ)償電路倍數(shù)，不良降低為0；綜上,通過(guò)變更直流殘留低的黑矩陣材料、降低Gate FICD，增加PVX厚度及調(diào)整Vcom補(bǔ)償電路倍數(shù)，可以有效改善橫紋不良；隨著TFT LCD技術(shù)不斷升級(jí)，為避免生產(chǎn)過(guò)程中未知原因不良，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要更加充分評(píng)估可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，以降低不良出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)客戶滿意，出貨達(dá)成的目標(biāo)。