TFT-LCD Panel高溫Cell Gap變化趨勢(shì)探究

福州京東方光電科技有限公司 李汝樂 陳正弟 廖貽柱 高鶴鳴 程 亮

隨著TFT-LCD行業(yè)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，用戶對(duì)畫面品質(zhì)的要求也越來越高，因此改善顯示質(zhì)量成為TFT-LCD行業(yè)亟需解決的問題。Mura作為顯示行業(yè)常見的畫質(zhì)不良，備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。其中的重力Mura是由于工藝波動(dòng)，液晶量超過LC Margin引起的，其在常溫下一般不會(huì)影響顯示質(zhì)量，難以攔截，但在高溫加熱條件下，液晶膨脹并因自身重力作用而下沉，造成Cell Gap不均勻，若Cell Gap均勻性很差，有強(qiáng)烈的變化，會(huì)在Panel下邊緣出現(xiàn)色不均的現(xiàn)象，稱為重力Mura。存在重力Mura不良的液晶面板在常溫點(diǎn)燈情況下，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，Panel內(nèi)部溫度逐漸上高，也會(huì)出現(xiàn)上述不良，嚴(yán)重影響顯示效果。

傳統(tǒng)監(jiān)控重力Mura方法只能從宏觀上觀察是否有顏色變化來識(shí)別是否產(chǎn)生Mura，對(duì)Panel內(nèi)部Cell Gap具體變化情況無法得知。近年來，雖然對(duì)重力Mura研究的報(bào)道越來越大，但大多側(cè)重于重力Mura的生產(chǎn)影響因素或工藝改善，對(duì)于出現(xiàn)重力Mura時(shí)Panel內(nèi)部Cell Gap的變化趨勢(shì)以及影響Cell Gap變化因素的報(bào)道較為缺乏。本文結(jié)合LC Margin階段不同液晶量Panel高溫條件下重力Mura測(cè)試結(jié)果，探究了不同液晶量Panel在高溫條件下Cell Gap變化趨勢(shì)，說明了重力Mura的形成與Cell Gap的關(guān)系，并探討了加熱溫度、加熱時(shí)間等外在因素對(duì)Cell Gap變化的影響，為行業(yè)內(nèi)對(duì)重力Mura形成的認(rèn)識(shí)提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)原理及方法

1.1 重力Mura測(cè)試方法

先對(duì)TFT-LCD Panel室溫下進(jìn)行初檢，然后豎直放置于60℃高溫Chamber加熱2h后點(diǎn)亮背光源，旋轉(zhuǎn)上POL確認(rèn)是否有重力Mura現(xiàn)象。

1.2 Cell Gap測(cè)試原理

液晶具有雙折射效應(yīng)，當(dāng)入射光穿透液晶時(shí)，在不同的軸向有不同的折射率，因此在兩波之間產(chǎn)生位相差，位相差δ、折射率n與Cell Gap d的關(guān)系定義為δ=(Ne–No)*d，據(jù)此可測(cè)得Cell Gap值。

1.3 實(shí)驗(yàn)探究方法

本文使用高溫Cell Gap測(cè)試系統(tǒng)，選取一款A(yù)DS產(chǎn)品LC Margin階段Panel進(jìn)行探究，液晶量設(shè)計(jì)值分別為0%、1%、2%、3%、4.5%、6%，實(shí)豎直放置，Cell Gap測(cè)試點(diǎn)位橫向選取X=200mm和X=500mm位置（如圖1所示，坐標(biāo)原點(diǎn)為Panel左下角，CF側(cè)朝外，本文選取數(shù)據(jù)為X=500mm測(cè)試結(jié)果），縱向Y軸選取Panel底部向上200mm相應(yīng)點(diǎn)位（設(shè)備測(cè)試Y軸上限為200mm，受設(shè)備機(jī)構(gòu)干涉影響，Panel底部約5mm無法測(cè)試）。探究了Cell Gap隨液晶量、加熱溫度、加熱時(shí)間的變化趨勢(shì)，說明了重力Mura的形成與Cell Gap的關(guān)系、影響Cell Gap變化的外在因素及重力Mura的形成過程。

圖1 液晶顯示屏測(cè)量坐標(biāo)示意圖

2 實(shí)驗(yàn)果與討論

2.1 重力Mura測(cè)試結(jié)果

根據(jù)重力Mura測(cè)試結(jié)果，在室溫條件下檢查，所有Panel均未出現(xiàn)重力Mura現(xiàn)象，但在高溫加熱2h后，液晶量≥4.5% Panel出現(xiàn)重力Mura現(xiàn)象（液晶量為4.5%和6.0%時(shí)，重力Mura程度分別約為G10和G20），如圖2所示，因此本產(chǎn)品LC Margin上限定為液晶量為3%。

圖2 LC Margin測(cè)試結(jié)果（-6.0%～+3.0%）

2.2 不同液晶量Panel Cell Gap變化趨勢(shì)

不同液晶量Panel加熱2h后Cell Gap測(cè)試結(jié)果如圖3所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，在60℃加熱條件下加熱120min后，Cell Gap變化表現(xiàn)為以下2種狀態(tài)：

圖3 不同液晶量Panel Cell Gap變化趨勢(shì)

（1）當(dāng)液晶量≤2%，Cell Gap值沿Panel縱向未表現(xiàn)出明顯變化趨勢(shì)，Cell Gap在此液晶量范圍內(nèi)未出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，因此未出現(xiàn)重力Mura現(xiàn)象；

（2）當(dāng)液晶量≥3%，在Y＜20mm范圍內(nèi)表現(xiàn)出明顯變化趨勢(shì)，且液晶量越多，Cell Gap增大越明顯，這是由于高溫下液晶下沉的結(jié)果。根據(jù)液晶特性及文獻(xiàn)報(bào)道，透光率Tr隨Cell Gap增大而增大，出現(xiàn)Cell Gap不均時(shí)，會(huì)在Cell Gap偏大位置處出現(xiàn)Mura，宏觀上表現(xiàn)為發(fā)黃現(xiàn)象。根據(jù)陳宏宇等人的研究，TFT-LCD Panel光透性差異達(dá)到人的感知度時(shí)才可感知Mura現(xiàn)象，由此可判斷，當(dāng)液晶量為3%時(shí)，Cell Gap變化量較小，不同區(qū)域光透性差異未達(dá)到人的感知度，故未表現(xiàn)出重力Mura現(xiàn)象；當(dāng)液晶量為4.5%和6.0%時(shí)，不同區(qū)域光透性差異達(dá)到人的感知度，故出現(xiàn)重力Mura現(xiàn)象。

2.3 加熱溫度對(duì)Cell Gap影響

根據(jù)液晶特性參數(shù)曲線（圖4）可知，液晶粘度和密度均到受溫度影響，變化趨勢(shì)如下：

圖4 液晶特性參數(shù)曲線

（1）隨溫度升高粘度逐漸變小，因此溫度越高，液晶越容易因重力作用下沉；

（2）隨溫度升高密度逐漸較小，在Panel內(nèi)部液晶量固定時(shí)，由此計(jì)算出液晶體積隨溫度升高逐漸增大。

為探究加熱溫度對(duì)Cell Gap的影響，本文選取液晶量為6% Panel進(jìn)行測(cè)試，加熱時(shí)間為120min，所得結(jié)果如圖5所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，當(dāng)溫度T≤30℃時(shí)縱向Cell Gap幾乎不變，當(dāng)T≥40℃時(shí)，Cell Gap隨加熱溫度升高而增大，在此可分為兩段進(jìn)行觀察：

圖5 Cell Gap隨溫度變化曲線

（1）當(dāng)Y＞20mm時(shí)，Cell Gap隨溫度升高平穩(wěn)增大，縱向未發(fā)生明顯變化，此段可歸結(jié)為高溫使液晶體積增大造成；

在進(jìn)行單一層次判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)之后，利用單層次排序的影響因子權(quán)重計(jì)算各層次影響因子的組合權(quán)重，計(jì)算完成后再對(duì)組合權(quán)重計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[10-12]。若結(jié)果不滿足一致性要求，則對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

（2）當(dāng)Y＜20mm時(shí)，Cell Gap表現(xiàn)出明顯變化趨勢(shì)，且越靠近Panel底部Cell Gap越大，此段可歸結(jié)為高溫使液晶體積增大和因重力作用液晶下沉（主因）的綜合作用。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，即使液晶量超LC Margin上限，在室溫時(shí)也無法顯現(xiàn)，只有在高溫加熱或通電變熱條件下才可顯現(xiàn)。

2.4 加熱時(shí)間對(duì)Cell Gap影響

根據(jù)重力Mura形成過程，在高溫條件下液晶因重力作用逐漸下沉，當(dāng)液晶沉積到一定程度時(shí)出現(xiàn)重力Mura，因此探究液晶的下沉過程以及達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間對(duì)認(rèn)知重力Mura具有指導(dǎo)意義。根據(jù)王元慶等人的研究，外溫變化時(shí)，液晶屏內(nèi)壁及液晶的變化是非常迅速的，本文選取液晶量為6% Panel探究了在60℃條件下由5min加熱到480min的過程中Cell Gap的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，在60℃加熱條件下，Y＜20mm處表現(xiàn)出明顯變化趨勢(shì)，整個(gè)過程中可分為2個(gè)階段：

圖6 Cell Gap隨加熱時(shí)間變化曲線

（1）液晶下沉狀態(tài)：在5min到120min高溫過程中，Cell Gap值逐漸增大，在此階段液晶因重力作用逐漸下沉；

（2）穩(wěn)定狀態(tài)：在120min到480min高溫過程中，Cell Gap值不再隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)而變化，在此階段Panel內(nèi)部液晶達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

在Y＞20mm區(qū)域，隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)，Cell Gap未發(fā)生變化，這也從另一方面驗(yàn)證上述探究溫度對(duì)Cell Gap影響時(shí)，Y＞20mm時(shí)，Cell Gap隨溫度升高平穩(wěn)增大是由于高溫使液晶體積增大造成；

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在加熱過程中，Cell Gap呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，到120min時(shí)趨于穩(wěn)定，這進(jìn)一步解釋了重力Mura的形成過程。

2.5 Cell Gap可逆性探討

出現(xiàn)重力Mura Panel冷卻至室溫放置一段時(shí)間后，重力Mura現(xiàn)象會(huì)消失，說明重力Mura是可逆的，為通過Cell Gap變化趨勢(shì)解釋這一現(xiàn)象，本文采用兩種方法測(cè)試30℃溫度下Cell Gap值：

（1）將Chamber溫度升至30℃穩(wěn)定后放置Panel，2h后進(jìn)行Cell Gap測(cè)試；

（2）將Chamber溫度升至60℃穩(wěn)定后放置Panel加熱2h，然后降至30℃穩(wěn)定2h后進(jìn)行Cell Gap值。

所得結(jié)果如圖7所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種測(cè)試條件下Cell Gap值是幾乎完全一致的，這說明Cell Gap是具有可逆性的，這也證實(shí)了重力Mura具有可逆性這一結(jié)論。

圖7 Cell Gap可逆性變化曲線

3 結(jié)論

本文從重力Mura形成原理出發(fā)，采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

①在實(shí)驗(yàn)條件下，Cell Gap變化的敏感區(qū)間在Panel底部，隨液晶量增多，Cell Gap呈上升趨勢(shì)；

②在實(shí)驗(yàn)條件下，Cell Gap變化受到溫度影響，常溫狀態(tài)下Cell Gap不會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)溫度≥40℃時(shí)Cell Gap開始呈現(xiàn)出變化趨勢(shì)，且隨溫度升高，Cell Gap呈上升趨勢(shì)；

③在實(shí)驗(yàn)條件下，Cell Gap受到加熱時(shí)間影響，在2h內(nèi)，隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)，Cell Gap呈上升趨勢(shì)，之后趨于穩(wěn)定狀態(tài)；

基于以上結(jié)論，通過探究不同液晶量Panel在高溫條件下Cell Gap變化趨勢(shì)解釋了重力Mura與Cell Gap的關(guān)系；通過探究Cell Gap隨加熱溫度和加熱時(shí)間的變化趨勢(shì)，說明了重力Mura的外在影響因素及形成過程；通過探究Cell Gap的可逆性，證實(shí)了重力Mura具有可逆性這一結(jié)論，這對(duì)于業(yè)內(nèi)對(duì)重力Mura形成的認(rèn)識(shí)具有重要指導(dǎo)意義。