TFT-LCD發(fā)綠的研究及改善

楊宗順，朱建華，張加勤，李 偉，李祖亮，鐘 野，楊德波，樊明雷

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶 400714)

1 引 言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們對視覺感官的要求越來越高。這對以TFT-LCD為主流的顯示行業(yè)來說，也是充滿了挑戰(zhàn)和期待[1]。目前，國內(nèi)各屏企業(yè)將目光逐漸投向了有著下一代顯示產(chǎn)品之稱的OLED[2-5](Organic Light-Emitting Diode)，但OLED暫無大量客戶端運用，主流產(chǎn)品仍然是TFT-LCD，而TFT-LCD也在競爭激烈的市場上不斷改進(jìn)和推陳出新。其中，本公司開發(fā)的ADSDS(Advanced Super Dimension Switch)技術(shù)是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的超硬屏技術(shù)之一，可讓屏幕擁有更高透過率、亮度和對比度，接近180°的視角可實現(xiàn)更為逼真的圖像顯示效果。且ADSDS屏兼具功耗低，更環(huán)保等優(yōu)勢，目前廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、筆記本、顯示器及電視等全系列顯示產(chǎn)品[6-7]。

本公司一款TFT-LCD產(chǎn)品在量產(chǎn)過程中，存在L0發(fā)綠不良，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品顯示品質(zhì)，也造成了良率及收益的損失。L0發(fā)綠為在點燈測試過程中L0畫面下異常發(fā)綠顯示不良。通常，屏滿屏發(fā)綠與內(nèi)部電場受干擾相關(guān)，可能存在靜電影響或非正常干擾電場存在。

本文就某款產(chǎn)品發(fā)生的L0發(fā)綠進(jìn)行了深入研究，找到了不良產(chǎn)生的原因，對不良的現(xiàn)象、發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了合理解釋。在此過程中，進(jìn)行了工藝改善驗證；對不良進(jìn)行了復(fù)活、挽救措施驗證；就防止再發(fā)生，結(jié)合產(chǎn)線工藝情況和產(chǎn)品自身設(shè)計，分別提出了兩種可徹底改善的設(shè)計變更方案。通過驗證，挽救措施切實可行；而設(shè)計變更導(dǎo)入后，L0發(fā)綠不良得到了根本改善。

2 發(fā)綠概述及機(jī)理分析

2.1 現(xiàn)象及分析概述

發(fā)綠為點燈畫面L0灰階下滿屏泛綠，如圖1。通常，發(fā)綠可由靜電或屏存在異常電場引起。ADSDS產(chǎn)品相對于TN(Twisted Nematic)產(chǎn)品，彩膜(Color filter)側(cè)背面存在ITO(Indium tin oxide)，ITO為屏導(dǎo)靜電作用。通過銀膠點，ITO與屏GND(Ground)線相連。宏觀檢查背ITO無損傷，測試ITO電阻率無異常。顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)銀膠位置彩膜內(nèi)側(cè)存在微小破損。微觀下，銀膠通過破損口進(jìn)入與黑矩陣發(fā)生接觸。發(fā)現(xiàn)異常后，正常屏模擬黑矩陣與銀膠點接觸實驗，點燈L0發(fā)綠可復(fù)現(xiàn)。

2.2 不良機(jī)理分析

如上所述，背 ITO為彩膜側(cè)表面涂覆的導(dǎo)電層，其作用是將屏表面的靜電通過銀膠接GND線排除[8-9]，避免屏表面靜電聚集，形成表面電場，干擾內(nèi)部正常液晶偏轉(zhuǎn)造成異常顯示[10-11]。ITO、銀膠、GND等連接如圖2所示。

圖2 屏結(jié)構(gòu)圖示Fig.2 Structure of the panel

通過顯微觀察和模擬實驗基本確定，銀膠與黑矩陣接觸是造成發(fā)綠的原因。而破損懷疑是切割、搬運過程產(chǎn)生[12-13]，破損發(fā)生位置剛好位于銀膠點位，銀膠經(jīng)破損縫隙處進(jìn)入，并與黑矩陣接觸，造成不良。正常銀膠點與本次存在破損的銀膠點位側(cè)視圖對比，如圖3、圖4所示。

圖3 正常銀膠點Fig.3 Normal silver glue point

圖4 異常銀膠點Fig.4 Abnormal silver glue point

圖5 正常電場圖Fig.5 Normal electric field

實驗發(fā)現(xiàn)，對失效(Not Good)銀膠點位施加1～3 V(相對GND電壓)電壓過程中，發(fā)綠現(xiàn)象逐漸減輕。當(dāng)加至3 V時，發(fā)綠現(xiàn)象完全消失。Panel設(shè)計中背 ITO 通過銀膠連接至GND，GND為屏相對接地端。黑矩陣本身不帶電，可近似認(rèn)為正常黑矩陣為0 V。而實驗中對失效銀膠點施加正向電壓至3 V時發(fā)綠消失，可認(rèn)為黑矩陣連接銀膠后帶負(fù)電，當(dāng)施加相對GND正向電壓后，黑矩陣恢復(fù)理論0 V時發(fā)綠消失。

在無外界電場干擾時，TFT側(cè)兩層ITO間形成電場，液晶分子在水平方向有序排列，根據(jù)不同壓差進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，如圖5所示。

當(dāng)銀膠與黑矩陣接觸，使黑矩陣帶電(相對負(fù)電)，黑矩陣與TFT側(cè)ITO形成電場，如圖6所示。正常屏無黑矩陣-ITO電場，L0畫面下，液晶分子水平排列，像素?zé)o漏光，為灰階顯示。而存在黑矩陣-ITO電場時，像素邊緣液晶偏轉(zhuǎn)異常，繼而產(chǎn)生像素邊緣漏光，形成發(fā)綠不良。

圖6 異常電場圖Fig.6 Abnormal electric field

2.3 發(fā)綠現(xiàn)象分析

以上分析，像素邊緣液晶分子偏轉(zhuǎn)異常時，會整體影響紅/綠/藍(lán)(Red/Green/Blue)色阻的漏光，而實際宏觀現(xiàn)象表現(xiàn)為發(fā)綠。對此，我們進(jìn)行了色阻透光率對比分析，在同等背光照度情況下，測試各色阻材料的透光率。結(jié)果表明，色阻透光率強(qiáng)度依次為綠色、紅色、藍(lán)色，測試結(jié)果如表1所示。

表1 色阻透光率對比Tab.1 Transmition of Color filter

透光率測試結(jié)果表明，綠色色阻透光率60，大于紅色色阻(17)、藍(lán)色色阻(10)。在BM-ITO電場干擾下，紅/綠/藍(lán)像素邊緣均產(chǎn)生漏光，但綠色像素透光率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R、B色阻，因此，宏觀觀察為發(fā)綠現(xiàn)象。

為進(jìn)一步驗證試驗結(jié)果，在目鏡下觀察不同畫面下像素漏光情況，結(jié)果如圖7。在L0/R/G/B畫面下，異常(發(fā)綠)屏較OK屏，紅/綠/藍(lán)色阻邊緣漏光均嚴(yán)重；異常屏中紅/綠/藍(lán)色阻漏光程度對比，綠色像素邊緣漏光最明顯，與綠色色阻透光率最大結(jié)論一致。

圖7 微觀觀察現(xiàn)象Fig.7 Phenomenon of micro observations

3 發(fā)綠的相關(guān)驗證及改善

3.1 單側(cè)點銀膠驗證

銀膠通常為屏左右兩端各一點設(shè)計,如圖2所示。實物分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致屏發(fā)綠的破損均集中于屏左側(cè)，右側(cè)屏銀膠點無破損發(fā)生。而銀膠作用為連接彩膜側(cè)背 ITO與接地線GND，導(dǎo)走屏表面靜電，所以只存在左側(cè)點銀膠、只存在右側(cè)或兩側(cè)同時存在，理論來說，不會根本影響銀膠的作用。

為驗證猜想，對只存在左側(cè)破損的屏進(jìn)行了右側(cè)單點銀膠測試，點燈測試屏無發(fā)綠發(fā)生。同時對右側(cè)單點銀膠屏進(jìn)行了信賴性測試，如表2所示，無信賴性風(fēng)險，單側(cè)銀膠改善措施可導(dǎo)入。

表2 信賴性測試結(jié)果Tab.2 Results of reliability test

3.2 輔膠涂覆變更驗證

破損發(fā)生位置具有屏左側(cè)集中性，將屏還原于Q-屏上時，發(fā)現(xiàn)不良屏均為B行屏，如圖8所示。

圖8 Q-Panel示意圖Fig.8 Phenomenon of Q-Panel

由Q-屏可知，破損發(fā)生位置集中Q中間位置。抽取切割后B行屏，由屏左側(cè)易發(fā)破損位置起，對左→中→右3位置切割面進(jìn)行SEM觀察。發(fā)現(xiàn)中間位置切割最佳，優(yōu)于右側(cè)切割入刀位置；而左側(cè)為疑似撕扯、缺損狀，如圖9所示。

圖9 切割斷面SEM觀察Fig.9 SEM of cutting section

左側(cè)非切割起始端，斷面卻是最差，且斷面呈撕扯、缺損狀，由此分析非切割工藝直接導(dǎo)致。觀察圖8中，Q-屏橫向切割兩刀后，中間空白條就會留存下來。而輔膠涂覆為分段式，切割、裂片、搬送過程中缺少輔膠的部分，上下兩層容易分離、翹起。在分散、翹起的空白條接觸到B行屏左側(cè)時，容易造成屏左側(cè)的邊劃傷、邊緣破損等。

為了驗證分析，在進(jìn)行輔膠涂覆時，將A行、B行中間Seal進(jìn)行連貫涂覆，這樣可增加空白條的穩(wěn)定性，如圖10。由此發(fā)綠不良由5.6%下降至1.5%，輔膠涂覆變更對發(fā)綠不良有明顯改善。

圖10 輔膠涂覆涂覆圖示Fig.10 Structure of dummy Seal

3.3 銀膠點的設(shè)計檢討

對比其他幾款尺寸相近，與Q-屏設(shè)計相似的產(chǎn)品，在經(jīng)過同樣的切割線體后，并無發(fā)綠不良產(chǎn)生。通過對比銀膠點位設(shè)計，發(fā)現(xiàn)發(fā)綠產(chǎn)品銀膠點設(shè)計最靠近屏邊緣，如圖11(單位/mm)所示。可見銀膠點位設(shè)計與發(fā)綠不良發(fā)生相關(guān)性大，當(dāng)銀膠點位與屏邊緣有一定距離時，可避開屏邊緣破損點。

圖11 銀膠點位圖Fig.11 Structure of silver glue point

結(jié)合各產(chǎn)品不良發(fā)生情況及銀膠點位設(shè)計對比，為探究當(dāng)前切割工藝下，銀膠點位設(shè)計的合理范圍，我們對發(fā)綠屏左側(cè)1 cm距離內(nèi)破損進(jìn)行了統(tǒng)計。對破損的統(tǒng)計標(biāo)尺分為長度、深度，長度為沿屏邊破損距離，深度為屏邊往顯示區(qū)方向延伸距離。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，破損主要集中于1～3 mm范圍內(nèi)，如圖12(Spc：長度≤0.5 mm，寬度≤0.5 mm)。4～10 mm范圍超規(guī)破損基本不發(fā)生，≥4 mm是點銀膠的安全起始范圍。由于量產(chǎn)品銀膠點變更涉及電路設(shè)計問題，本產(chǎn)品并未做銀膠點變更驗證，但可為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)提供參考。

圖12 屏破損統(tǒng)計Fig.12 Statistics of panel chips

3.4 黑矩陣挖槽的驗證改善

引起發(fā)綠不良的直接原因是銀膠經(jīng)破損縫隙進(jìn)入，與黑矩陣接觸，使黑矩陣帶電。因此只要將銀膠與黑矩陣進(jìn)行隔離，就可防止發(fā)綠不良的發(fā)生。為此進(jìn)行了黑矩陣挖槽的驗證，利用溝槽對銀膠與黑矩陣進(jìn)行隔離，挖槽設(shè)計如圖13，挖槽總體原則為保證d≥破損深度。挖槽設(shè)計導(dǎo)入后，發(fā)綠不良降低為0%，發(fā)綠徹底改善。

圖13 黑矩陣挖槽設(shè)計Fig.13 Trenching design of BM

4 結(jié) 論

發(fā)綠不良為屏在切割工藝過程中，造成屏邊緣破損，點銀膠時，銀膠通過屏邊緣破損進(jìn)入，與黑矩陣接觸使其帶電，形成黑矩陣-ITO干擾電場，從而導(dǎo)致液晶偏轉(zhuǎn)異常導(dǎo)致。

通過驗證，單側(cè)點銀膠是一種具有可行性的對切割工藝不足的補救措施，但正常設(shè)計、量產(chǎn)為雙側(cè)點銀膠，不具有長期量產(chǎn)導(dǎo)入性。工藝改善驗證中，輔膠涂覆直連有利于切割后空白條的穩(wěn)定，避免上下空白條的分離和翹起損傷相鄰屏邊。輔膠涂覆直連導(dǎo)入后，發(fā)綠不良改善明顯，發(fā)生率由5.6%降至1.5%。

通過銀膠點位設(shè)計對比，結(jié)合產(chǎn)線工藝數(shù)據(jù)分析，得到銀膠點距屏邊緣≥4 mm時可有效防止發(fā)綠發(fā)生。產(chǎn)品設(shè)計上，對銀膠點側(cè)的黑矩陣進(jìn)行挖槽隔離，也能有效防止銀膠與黑矩陣接觸，黑矩陣挖槽導(dǎo)入后，發(fā)生率降低為0%，發(fā)綠不良得到了徹底改善。