TFT-LCD重力Mura的影響因素

王 健，王 超

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

隨著液晶顯示(TFT-LCD)行業(yè)的迅猛發(fā)展，市場競爭也日益激烈[1]。面對這種挑戰(zhàn)，各企業(yè)都在根據(jù)客戶需求著重提升產(chǎn)品畫面品質(zhì)[2]。其中，Mura作為一種顯示行業(yè)常見的畫面品質(zhì)不良，受到業(yè)界廣泛的關(guān)注。Mura一詞源于日本[3]，是指顯示產(chǎn)品在點(diǎn)燈狀態(tài)下，畫面呈不均勻現(xiàn)象。而Mura又分為很多種，其中一種在高溫狀態(tài)下才呈現(xiàn)出來的發(fā)黃Mura，我們稱之為重力Mura。重力Mura是一種信賴性不良，在常溫下難以再現(xiàn)，常規(guī)檢測無法有效攔截。因此，此種不良需在工藝制程上進(jìn)行有效預(yù)防。

重力Mura不良的產(chǎn)生原因主要是量產(chǎn)時的工藝波動，如陣列膜厚、RGB 膜厚、PI 膜厚、及柱狀隔墊物(PS)高等因素[4]。本文將圍繞諸多影響因素展開分析，并通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其對重力Mura的影響程度。由于Mura的畫面品質(zhì)程度在本文中不能更好的為讀者呈現(xiàn)，我們選取了一種更為合適的液晶量安全范圍(LC Margin)量化數(shù)據(jù)來判斷諸多因素對重力Mura的影響。LC Margin測試是選取多張玻璃入不同的液晶量(業(yè)內(nèi)一般使用15張玻璃進(jìn)行樣品制作)，后通過高低溫的測試來確定不會產(chǎn)生重力Mura及低溫氣泡(Bubble)的液晶量范圍。產(chǎn)品液晶量的選擇一般會采用LC Margin的中心液晶量作為量產(chǎn)條件，LC Margin越大，中心液晶量距離液晶上限的范圍就越大，抵御工藝波動的能力就越強(qiáng)，因此更不易發(fā)生重力Mura不良。反之，如果LC Margin小，隨著制程波動的發(fā)生，即使使用中心液晶量為生產(chǎn)條件，仍然就較大概率發(fā)生液晶量偏多的情況，導(dǎo)致重力Mura的發(fā)生。本文將將通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析，確定不同因素的變化對LC Margin的影響，從而評估重力Mura發(fā)生的可能性，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供依據(jù)。

2 重力Mura的產(chǎn)生原因和機(jī)理

2.1 現(xiàn)象描述

液晶面板在常溫點(diǎn)燈無不良現(xiàn)象，60 ℃下點(diǎn)燈2 h，液晶面板下出現(xiàn)發(fā)黃Mura，將液晶面板旋轉(zhuǎn)180°，繼續(xù)在60 ℃下點(diǎn)燈2 h，液晶面板發(fā)黃Mura也隨出現(xiàn)在下方，稱之為重力Mura，不良如圖1所示。存在重力Mura不良的液晶面板在常溫點(diǎn)燈情況下，隨之時間延長，也會出現(xiàn)上述不良，嚴(yán)重影響顯示效果。

圖1 重力Mura不良Fig.1 Gravity Mura defect

2.2 不良原因及機(jī)理分析

重力Mura產(chǎn)生機(jī)理：正常情況成盒狀態(tài)下，PS會有一定的形變量(eg. 10%)，對液晶產(chǎn)生束縛作用；在高溫條件下，液晶受熱膨脹，由于液晶的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃基板，PS形變量減小甚至為0，液晶受重力作用下沉，積累在顯示屏底部，底部盒厚(cell gap)變大，對應(yīng)的顯示效果就是泛黃，重力Mura發(fā)生[5]，產(chǎn)生機(jī)理如圖2所示

圖2 重力Mura產(chǎn)生機(jī)理示意圖Fig.2 Schematic diagram of gravity Mura generationmechanism

2.3 影響因素分析

圖3 盒內(nèi)特性參數(shù)剖面圖Fig3 Characteristic parameters in cell

導(dǎo)致重力Mura發(fā)生的影響因素有很多，由前面的機(jī)理分析可知，外部溫度對液晶顯示屏的影響為外在因素，其內(nèi)在因素主要是顯示屏內(nèi)部的特性參數(shù)的波動情況導(dǎo)致。為了更確切地掌握內(nèi)在因素對重力Mura影響的有無和程度，我們將所有的內(nèi)部相關(guān)參數(shù)進(jìn)行整理，液晶顯示屏的內(nèi)部特性剖面圖如圖3所示。

由圖3可以看出，顯示屏內(nèi)部的參數(shù)還是相當(dāng)多且復(fù)雜的，我們將特性參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，如表1。內(nèi)部參數(shù)包含陣列基板特性參數(shù)膜層厚度，彩膜(CF)基板特性參數(shù)膜層厚度及成盒制作工藝中的PI膜厚度和液晶等。

表1 重力Mura可能的影響因素Tab.1 Influence factors of gravity Mura

本文將通過多次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證盒內(nèi)特性參數(shù)對重力Mura的影響。我們選取樣品玻璃，將所有的盒內(nèi)特性參數(shù)分別進(jìn)行了工藝變更，模擬顯示屏在制備過程中特性參數(shù)可能出現(xiàn)的波動狀況，然后通過高溫及低溫的測量，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出相應(yīng)結(jié)論。

2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先，針對陣列相關(guān)工藝的特性參數(shù)進(jìn)行工藝變更樣品制作。我們先準(zhǔn)備了15張玻璃產(chǎn)品A(由于涉及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，產(chǎn)品名稱省略)。在其他工藝條件相同的情況下，對S/D膜厚進(jìn)行工藝上的調(diào)整，由原來的800 nm變更為600 nm，膜厚降低25%。在成盒工藝滴注液晶過程中，將15張樣品玻璃分別按原有的液晶量的中心值，按不同的百分比升高或降低滴注的液晶量，分別為：-6%，-5%，-4.5%，-4%，-3%，-2%，-1%，0%，1%， 2%，3%，4%，4.5%，5%，6%。在樣品完成對盒并切割成單一顯示屏后，我們對降低液晶量的顯示屏進(jìn)行低溫0 ℃測試，增加液晶量的顯示屏進(jìn)行高溫60 ℃測試，時間均為2 h。在保證實(shí)驗(yàn)設(shè)備溫度不變的情況下，分別對低溫氣泡和重力Mura的發(fā)生情況進(jìn)行了檢查，測試結(jié)果如圖4。

圖4 S/D膜厚變更高低溫測試結(jié)果Fig.4 High and low temperature test result of S/D film thickness change

在S/D膜厚不變的情況下，原有的產(chǎn)品LC Margin為-5%～6%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在降低S/D膜厚的條件下，LC Margin變更為-5%～4%，損失2%的安全范圍。假設(shè)實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，如果S/D的膜厚沒有按要求制作或因?yàn)槠渌惓Ｔ驅(qū)е耂/D厚的降低，那么在液晶滴注到4%以上范圍時，產(chǎn)品就極大可能發(fā)生重力Mura不良。因此，S/D膜厚是對重力Mura不良的發(fā)生有直接影響。

同理，我們按以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了柵極膜厚變更的測試，其產(chǎn)品和測試方法同上，在此不再過多敘述。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，LC Margin為-5%～4%，同樣損失2個百分比的安全范圍。證明柵極膜厚降低時，重力Mura發(fā)生的概率將變大。

由于CF各工藝制作流程基本類似，這里我們主要對PS的制作過程進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。同樣選取15張B產(chǎn)品基板作為評價樣品。在PS制作上，將原來柱狀隔墊物高度3.72變更為3.55，降低4.6%。由于理論模擬在PS高度降低時，LC Margin會向負(fù)向偏移，因此在制作樣品時，負(fù)向液晶量測試樣本制作更多，液晶量按以下測試樣本進(jìn)行了滴注： -9%,-8%,-7%,-6%,-5%,-4%,-3%,-2%,-1%,0%,1% 2%,3%,4%,5%。按規(guī)定的LC Margin評價流程進(jìn)行高低溫測試，結(jié)果如圖5所示。

LC Margin最后結(jié)果為-8%～0%。在工藝條件未變更情況下，LC Margin為-4.5 %～4%。因此本實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了整體Margin向負(fù)方向偏移4個百分點(diǎn)。這樣，如果按原有中心液晶(0%)量進(jìn)行生產(chǎn)，液晶量將偏于LC Margin上限，如果其他工藝出現(xiàn)略微波動，極有可能造成重力Mura不良的發(fā)生。由實(shí)驗(yàn)我們可以得出，PS高度的變化對LC Margin的范圍可能不會造成太大變化，但會導(dǎo)致其發(fā)生偏移，需要通過調(diào)整滴入顯示屏內(nèi)的中心液晶量才能保證不會發(fā)生重力Mura。

圖5 隔墊物高度變更的高低溫測試結(jié)果Fig.5 High and low temperature test result of PS height change

為了證明以上結(jié)論的正確性，我們又設(shè)計(jì)了反向?qū)嶒?yàn)。選擇另一款C產(chǎn)品，將其PS高度由2.94變更為3.05，高度增加3.7%，并制作了15個Split的樣品進(jìn)行測試。結(jié)果顯示，原有的LC Margin為-4%～1%，變更后LC Margin為-1%～4%，LC Margin向正向偏移3個百分點(diǎn)。這樣就證明了PS高度的變化可以導(dǎo)致LC Margin發(fā)生不同程度的偏移[6]。

同樣的實(shí)驗(yàn)方法，我們分別對BM，OC，RGB膜層厚度、PI 膜層厚度、液晶型號及玻璃厚度變更進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 特性參數(shù)變更LC Margin結(jié)果Tab.2 LC Margin results of characteristic parameter change

由表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，BM 膜厚、Blue 膜厚、OC Less、PI 膜厚、玻璃厚度及液晶變化均對LC Margin產(chǎn)生影響，如果生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)以上特性參數(shù)出現(xiàn)波動，需要及時進(jìn)行液晶量調(diào)整，防止重力Mura的發(fā)生。而紅、綠膜厚變化從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，對LC Margin的影響不大，因此屬于影響重力Mura的次要特性參數(shù)。

3 結(jié) 論

從以上多次實(shí)驗(yàn)證明，引起LC Margin變化的主要因素為PS高度。PS高度減小，LC Margin向負(fù)向偏移，更易導(dǎo)致重力Mura的發(fā)生；同時陣列基板上的SD 膜層厚度和柵極膜層厚度同樣對LC Margin產(chǎn)生一定影響；CF基板上BM膜層厚度、OC膜層厚度、藍(lán)膜層厚度特性參數(shù)也會導(dǎo)致LC Margin發(fā)生變化。在成盒工藝中，PI 膜層厚度、液晶型號及玻璃厚度對LC Margin的產(chǎn)生影響雖然不大，但也不容忽視；隨著產(chǎn)品的逐步更新迭代，對透過率和對比度的要求越來越高[6]，為滿足產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)中LC Margin越來越小，這對工藝的制作精密度提出了更高的要求。因此，在產(chǎn)品實(shí)際制作工藝中，需要確保影響重力Mura不良的相關(guān)參數(shù)的工藝穩(wěn)定性，以防止該不良的發(fā)生。本文通過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及分析，詳細(xì)闡述了重力Mura不良的影響因素并給出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，為工藝監(jiān)管提供參考，為產(chǎn)品品質(zhì)提升提供幫助。