摩擦 Mura機理和設(shè)計改善方法

高榮榮,劉俊豪,周保全,汪劍成,張周生,左愛翠,陳維誠

(合肥京東方光電科技有限公司 Cell分廠，安徽 合肥 230012)

1 引 言

隨著科技的發(fā)展以及人們生活水平提高，對于顯示器的性能也提出了越來越高的要求，如亮度、對比度、響應(yīng)速度等，同時對于整個顯示器的畫質(zhì)[1]，如Mura的要求越來越高。但采用摩擦方式的產(chǎn)品均會有一種固定位置的摩擦Mura[2], 嚴重影響產(chǎn)品品質(zhì)。摩擦Mura產(chǎn)生原因是摩擦布在摩擦過程中經(jīng)過面板 Pad區(qū)域時布毛受損，受損的布摩擦顯示區(qū)域時形成明顯摩擦弱區(qū)，最終形成固定位置的Mura。

簡單介紹一下Pad的結(jié)構(gòu)，以雙層布線為例，沉積各層結(jié)構(gòu)依次為柵極(Gate信號線)→柵極絕緣層(GI)→源極線(Data)→絕緣層(PVX)→電極(ITO)[3]。 ET Pad表面會有過孔，過孔將外界信號加入到源極信號線，最終將外部信號加入面板上周邊電路位置。

2 摩擦Mura 現(xiàn)象與特點

摩擦Mura是面板在低灰階畫面下固定位置灰度不均(圖1)，Mura顏色發(fā)白，隨著灰階升高，不良現(xiàn)象減輕，顯微鏡確認Mura位置像素弱區(qū)漏光(圖2)。

圖1 摩擦Mura 現(xiàn)象Fig.1 Rubbing Mura phenomenon

圖2 顯微鏡透射光像素漏光現(xiàn)象Fig.2 Light leakage pixels of microscope

圖3 AFM配向膜方位角Fig.3 Azimuth angle of polyimide film

3 摩擦Mura原理

摩擦工藝：摩擦布(尼龍、人造絲或棉絨等材料[4]) 按一定方向?qū)ε湎蚰け砻孢M行摩擦處理使配向膜對液晶分子具有一定的錨定能力，從而使液晶分子能夠按一定的預(yù)傾角進行穩(wěn)定、均一的排列[5]，如摩擦布微觀圖(圖4和圖5)所示。

摩擦Mura原理：摩擦布在摩擦過程中經(jīng)過面板的同邊電路(Pad)區(qū)域時布毛受損，在摩擦顯示區(qū)域時，TFT基板上的源極線(Source Data，

圖4 摩擦布截面示意圖Fig.4 Cross section of the rubbing cloth

圖5 摩擦布表面示意圖Fig.5 Top image of the rubbing cloth

SD)附近的摩擦弱區(qū)明顯異常[6]，表現(xiàn)為固定位置摩擦Mura(圖6)。

圖6 摩擦Mura原理Fig.6 Rubbing Mura mechanism

4 實 驗

實驗在G6 TFT-LCD工廠進行測試，主要從Pad各膜層對摩擦布的損傷進行研究，對ITO、段差、過孔密度3方面進行實驗測試，實驗結(jié)果由相同人員在面板狀態(tài)或者膜面狀態(tài)判定摩擦Mura發(fā)生率[7]。

4.1 ITO和段差的影響

將Pad端各膜層拆分，采用陣列工廠只做ITO層和不做ITO層兩種TFT基板，以及成盒工廠配向膜全覆蓋Pad等方法(表1)，每種條件都用新摩擦布進行摩擦工藝。

表1 膜層拆分實驗設(shè)計Tab.1 Experimental design of layer separation

4.2 過孔密度

一般面板上由20個ET Pad組成，5個Pad 為一組設(shè)計為不同過孔密度，且過孔密度依次增加，a

表2 過孔密度測試方案Tab.2 Via-hole density experiment

5 結(jié)果與討論

5.1 ITO和段差影響測試結(jié)果

陣列工廠生產(chǎn)ITO和段差拆分的玻璃基板以及成盒工廠的配向膜全覆蓋，測 摩擦Mura結(jié)果(圖7)。

圖7 ITO和段差影響測試結(jié)果Fig.7 Test results of ITO material and height

從圖7可以看出：ITO和段差對摩擦Mura均有影響。只有段差時，摩擦Mura發(fā)生率為2%；只有ITO時，摩擦Mura發(fā)生率為3.0%；ITO和段差同時存在，摩擦Mura發(fā)生率為5%。可以確定ITO和段差對摩擦Mura 均有影響。

ITO的影響方式：

只有ITO的TFT玻璃基板，摩擦Mura發(fā)生嚴重程度與摩擦方向上的ITO長度相匹配，ITO長度越長，摩擦Mura越嚴重(圖8)。

圖8 不同ITO長度對摩擦Mura影響結(jié)果Fig.8 Test results of different ITO length

從圖8可以看出：a=b，Mura 基本不可見;a=b

在摩擦方向上，ITO長度影響Mura，ITO長度越長(c>a=b)，摩擦過程中ITO和布作用的時間越長，ITO對布損耗越大(圖9)，容易產(chǎn)生摩擦Mura。

圖9 摩擦過程中ITO影響方式Fig.9 Influence of ITO in rubbing process

圖10 摩擦過程中段差影響結(jié)果Fig.10 Test results of different height

段差影響方式：

只有段差的玻璃基板，摩擦Mura程度可見，段差越大的位置Mura越嚴重(圖10)。

ITO和段差共同影響方式：

兩因子共同存在(ITO 細條裝設(shè)計)的摩擦Mura的測試結(jié)果如圖11和圖12所示。

圖11 摩擦過程中ITO&段差影響結(jié)果Fig.11 Test results of ITO & height

圖12 ITO和段差同時存在的設(shè)計方案Fig.12 Design of ITO & height

從圖10和圖11可以看出：摩擦Mura為單個細線，與ITO的形狀相同。所以段差和ITO同時存在時，ITO的影響更加明顯。

5.2 過孔密度影響方式

從圖13可以看出：過孔密度對摩擦Mura有影響，過孔密度越大則Mura越明顯。一般Pad上過孔直徑為5 μm(圖14), 摩擦布毛直徑為11 μm[8])，在摩擦布經(jīng)過過孔時，布在過孔周邊摩擦，不同過孔密度和摩擦布作用對布的損傷程度不同。

圖13 過孔密度測試結(jié)果Fig.13 Test results of via-hole density

過孔的影響方式：

過孔有ITO搭接，在摩擦過程中，過孔密度越小對摩擦布損傷越小，不良發(fā)生率越低。

3個影響因子的影響方式如下：

ITO：ITO屬于金屬材質(zhì)，ITO長度越長，和布作用的時間越長，對摩擦布損耗越大；

段差：摩擦布經(jīng)過段差時受損，且ITO的影響比段差影響明顯；

過孔：過孔有ITO搭接，過孔孔徑一般為5 μm，摩擦布毛直徑為11 μm[9](圖14)，摩擦過程中ITO過孔密度越小則對布損傷越小。

圖14 過孔平面和截面SEM圖Fig.14 SEM images of via hole plane and section

6 Pad優(yōu)化設(shè)計測試

在G6工廠以15.0FHD產(chǎn)品對同邊電路側(cè)所有Pad優(yōu)化設(shè)計，方案如下：

(1)DP側(cè)ITO填充；

(2)摩擦方向Pad方向沒有段差；

(3)過孔稀疏設(shè)計,且保證均一。

從Ag膠位置、ET Pad 、IC 和FPC位置共同考慮，優(yōu)化方法如表3所示。

表3 設(shè)計優(yōu)化具體操作方案Tab.3 Specific operation plan of design

選取摩擦布壽命分別為1，30，60，110 進行摩擦配向，面板點亮?xí)r對每種條件的Mura情況判定等級。從圖13可以看出，優(yōu)化設(shè)計比非優(yōu)化設(shè)計Mura發(fā)生率從5%降低到0%，表明同邊電路側(cè)Pad設(shè)計優(yōu)化大大提升了面板的品質(zhì)。

圖15 15.0 FHD 改善后的摩擦Mura測試結(jié)果Fig.15 Test result of improved Rubbing Mura

Pad優(yōu)化設(shè)計從根本上改善了摩擦Mura，其它產(chǎn)品Pad設(shè)計可以參考這種方法直接進行Pad優(yōu)化設(shè)計，從產(chǎn)品設(shè)計階段就規(guī)避不良發(fā)生，提升產(chǎn)品畫質(zhì)。

7 結(jié) 論

本文通過理論分析和實驗驗證，明確了摩擦Mura產(chǎn)生的原理以及影響因子，據(jù)此找到了從設(shè)計上規(guī)避摩擦Mura的方法，主要從ITO、段差、過孔3個方面優(yōu)化：ITO補齊；段差越小越好；過孔密度越稀疏越好。設(shè)計優(yōu)化方式使這種固定位置摩擦Mura從根本上徹底解決，在G6工廠15.0FHD產(chǎn)品上測試取得了明顯的效果，產(chǎn)品畫質(zhì)提升，Mura發(fā)生率從5%降到0%。同時形成了摩擦Mura設(shè)計規(guī)則，并且這種理論依據(jù)可以進一步推廣，尤其是在高端ADS產(chǎn)品(有機膜產(chǎn)品&9 mask 產(chǎn)品)以及其他工廠都具有重要的參考意義。