平板電腦類產(chǎn)品暗態(tài)均勻性影響因素的研究與改善

姜勇勇，吳 健，郭 棟，廖偉經(jīng)，陳 健，孫福坤，張志華，桂國友，何睿智

(合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥 230012)

1 引 言

近年來，隨著平板電腦(TPC)產(chǎn)品的使用越來越廣泛，人們對產(chǎn)品顯示效果的要求越來越高[1-3]，因此對液晶面板的生產(chǎn)和制造也提出了更高的要求，特別是對產(chǎn)品暗態(tài)亮度均勻性的要求越來越嚴格，為了改善最終產(chǎn)品的暗態(tài)均勻性，本文首次針對影響暗態(tài)均勻性的兩大影響因素：暗態(tài)亮度和液晶顯示模組(LCM)平坦度進行試驗和研究，探討出一套管控和改善暗態(tài)均勻性的方案。其中暗態(tài)亮度是指由黑矩陣(BM)寬度[4]、摩擦弱區(qū)[5]等因素導致的暗態(tài)畫面亮度；LCM平坦度是指面板對盒后基板表面平坦度[6-7]和模組加工裝配工藝影響的LCM平坦度。

2 現(xiàn)象及機理分析

2.1 暗態(tài)均勻性的現(xiàn)象

圖1 暗態(tài)均勻性差現(xiàn)象Fig.1 Defect phenomenon

暗態(tài)均勻性是用于衡量液晶顯示器暗態(tài)亮度差異的現(xiàn)象，指的是在全黑畫面下，液晶顯示器局部亮度與平均亮度的差異程度。以寬視角產(chǎn)品為例，理論狀態(tài)下在不加信號方向電壓情況下，所有液晶分子與偏光軸成垂直狀態(tài)，光無法透過液晶顯示模塊(Panel)傳播出來故整個畫面成全黑狀態(tài)，畫面亮度均一，暗態(tài)均勻性好。當液晶分子受其他外力影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導致畫面偏亮，從而產(chǎn)生暗態(tài)畫面亮度不均勻，暗態(tài)均勻性差。圖1和圖2所示分別為暗態(tài)均勻性差與暗態(tài)均勻性好的對比。實際生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品設(shè)計的差異、生產(chǎn)工藝的局限以及設(shè)備參數(shù)存在一定波動性，往往影響液晶分子偏轉(zhuǎn)而影響最終產(chǎn)品的暗態(tài)均勻性。本文以京東方某產(chǎn)品暗態(tài)均勻性的改善為例，研究在實際生產(chǎn)中暗態(tài)均勻性的影響因素以及改善對策。

圖2 暗態(tài)均勻性好畫面Fig.2 Normal phenomenon

2.2 暗態(tài)不均機理分析

為衡量LCM狀態(tài)下面板暗態(tài)均勻性的程度，本文對暗態(tài)均勻性進行程度區(qū)分，如表1所示，Lv1程度暗態(tài)均勻性最好，Lv2程度暗態(tài)均勻性一般，Lv3程度暗態(tài)均勻性差，Lv2以上視為暗態(tài)不均。

表1 暗態(tài)均勻性宏觀現(xiàn)象Tab.1 Macroscopic phenomenon of black uniformity

具體到單個像素，對比不同程度不良的面板，50倍顯微鏡下程度嚴重面板存在明顯像素弱區(qū)現(xiàn)象，如表2所示。

表2 漏光50倍顯微現(xiàn)象Tab.2 Microscopic phenomena of black uniformity

2.2.1 暗態(tài)亮度分析

為分析暗態(tài)亮度與暗態(tài)均勻性的相關(guān)性，本文選擇相同工藝條件下的液晶屏，測試其LCM下的暗態(tài)畫面亮度及暗態(tài)不均不良發(fā)生率，并將暗態(tài)亮度劃分范圍，統(tǒng)計暗態(tài)不均不良發(fā)生率，結(jié)果如圖3所示，隨著暗態(tài)亮度的增加，暗態(tài)不均不良率明顯增加，測試結(jié)果說明，暗態(tài)均勻性與暗態(tài)畫面亮度存在強相關(guān)。

圖3 不同暗態(tài)亮度下不良對比Fig.3 Incidence of black nonuniformity at different L0

2.2.2 平坦度分析

在相同暗態(tài)畫面亮度下，由于LCM狀態(tài)下基板平坦度存在差異，局部劇烈形變誘導液晶發(fā)生扭曲形變引起漏光[5]，從而造成暗態(tài)不均。為了驗證平坦度與暗態(tài)均勻性的相關(guān)性，本文選擇相同亮度的正常基板和暗態(tài)不均基板分別測試其平坦度情況，如表3示，暗態(tài)不均的液晶屏平坦度與正常液晶屏存在明顯差異，說明平坦度與暗態(tài)均勻性存在很大相關(guān)性。

表3 LCM平坦度對比Tab.3 Incidence of LCM flatness

3 實 驗

為驗證暗態(tài)均勻性的影響因素，首先我們采用控制變量法，將某一影響因素進行改變，然后測試不同參數(shù)下暗態(tài)不均的發(fā)生率。

首先從影響暗態(tài)亮度的因素出發(fā)，針對BM寬度、摩擦方向及背光源3個方向進行實驗，檢測暗態(tài)不均的發(fā)生率，驗證不同BM寬度、不同摩擦方向及不同背光源對暗態(tài)均勻性的影響。

其次從影響LCM平坦度的因素出發(fā)，從對盒設(shè)備平坦度和偏光片貼附速度兩個方向進行實驗，檢測暗態(tài)不均的發(fā)生率，驗證不同對盒設(shè)備平坦度、不同偏光片貼附速度對暗態(tài)均勻性的影響。

4 結(jié)果與討論

4.1 暗態(tài)亮度影響因素及改善

4.1.1 BM寬度對暗態(tài)均勻性的影響和改善

如圖3所示，暗態(tài)均勻性與暗態(tài)畫面亮度存在明顯相關(guān)性，而如圖4所示，BM寬度(BM CD)的大小會影響像素開口率，進而影響暗態(tài)畫面亮度。

圖4 BM CD示意圖Fig.4 Schematic diagram of BM CD

為驗證BM寬度對暗態(tài)均勻性的影響程度，通過調(diào)整BM寬度，制備液晶屏，測試其LCM狀態(tài)下的暗態(tài)不均不良發(fā)生率，測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同BM寬度不良發(fā)生率對比Fig.5 Incidence of Black nonuniformity at different BM CD

測試結(jié)果說明，隨著BM寬度變大，暗態(tài)不均不良發(fā)生率也隨之降低，在滿足開口率的前提下，將BM寬度加大0.4 μm，不良發(fā)生率最低。

4.1.2 摩擦方向?qū)Π祽B(tài)均勻性的影響和改善

從表1 左側(cè)圖片可知，暗態(tài)不均不良實際為摩擦弱區(qū)漏光，由于PS存在一定高度，摩擦時PS下坡區(qū)配向膜未能得到有效配向?qū)е略搮^(qū)域的液晶配向異常而產(chǎn)生漏光，而不同的摩擦方向，弱區(qū)位置會有所不同，為驗證摩擦方向調(diào)整對暗態(tài)均勻性的影響，本文采用A和B兩種不同的摩擦方向制備液晶屏，測試LCM狀態(tài)基板暗態(tài)不均不良發(fā)生率，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同摩擦方向不良發(fā)生率對比Fig.6 Incidence of black nonuniformity at different rubbing direction

測試結(jié)果說明，A和B 兩種不同摩擦方向不良率差異明顯，確認其液晶屏微觀現(xiàn)象，如表4所示，A方向摩擦紅色像素漏光，說明弱區(qū)在紅色像素，而B方向摩擦藍色像素漏光，說明弱區(qū)在藍色像素，從現(xiàn)象上看，A方向摩擦 漏光現(xiàn)象比調(diào)整B方向摩擦嚴重，與暗態(tài)不均不良率一致。

表4 不同摩擦方向不良顯微現(xiàn)象

Tab.4 Microscopic phenomena of the defect at different rubbing direction

顯微鏡下A方向摩擦顯微鏡下B方向摩擦

4.1.3 背光源差異對暗態(tài)均勻性的影響和改善

不同背光源模具生產(chǎn)的背光源，存在一定的亮度差異，為驗證其對LCM狀態(tài)下基板暗態(tài)均勻性的影響程度，在相同工藝條件下，使用不同背光源模具的背光源，測試LCM狀態(tài)基板的暗態(tài)不均不良發(fā)生率，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同背光模具的不良發(fā)生率對比Fig.7 Incidence of black nonuniformity at different BLU

測試數(shù)據(jù)說明，背光源的差異會影響LCM狀態(tài)下基板暗態(tài)均勻性。

4.2 平坦度影響因素及改善

4.2.1 對盒設(shè)備平坦度對暗態(tài)均勻性的影響和改善

分析不良分布情況，發(fā)現(xiàn)不良集中在右下角，如圖8所示。排查設(shè)備發(fā)現(xiàn)，其與對盒設(shè)備對應位置的接觸點匹配，如圖9說示，該位置設(shè)備接觸點突起，基板受到過度擠壓，引起局部形變，在對盒成形過程后，應力無法釋放，面板形狀固定，基板表面平坦度異常；而如圖10所示，當設(shè)備調(diào)整后，玻璃板不會收到過度擠壓，基板表面平坦度正常。

圖8 不良分布圖Fig.8 Glass map of defect

圖9 設(shè)備平坦度優(yōu)化前示意圖Fig.9 Equipment flatness

圖10 設(shè)備平坦度優(yōu)化后示意圖Fig.10 Equipment optimizing Flatness

圖11 設(shè)備平坦度優(yōu)化前不良率對比Fig.11 Incidence of black nonuniformity at different glass flatness

對比設(shè)備調(diào)整前后LCM 狀態(tài)基板的暗態(tài)不均不良發(fā)生率，如圖11所示，調(diào)整設(shè)備后，玻璃板平坦度得到改善，不良發(fā)生率也隨之降低，表明玻璃板平坦度的好壞會影響基板暗態(tài)均勻性。

4.2.2 偏光片的貼附對暗態(tài)均勻性的影響和改善

LCM平坦度是在完成模組裝配后的面板平坦，為了確定LCM狀態(tài)平坦度與LCM 基板暗態(tài)均勻性的關(guān)系，選擇不同不良程度的LCM狀態(tài)基板，測試其LCM平坦度，如表5所示。

表5 不同暗態(tài)均勻性程度 LCM平坦度測試結(jié)果

Tab.5 Test result of LCM Flatness at different black nonuniformity Level

Lv1Lv2Lv3

測試結(jié)果表明，隨著暗態(tài)均勻性程度的變差，LCM狀態(tài)基板面內(nèi)平坦度數(shù)據(jù)逐漸上升，基板的形狀由下凹→趨平→凸起。

在模組工藝中，只有偏光片的貼附會影響整個面板的平坦度，因此重點分析偏光片貼附速度對LCM平坦度的影響，選擇暗態(tài)不均不良發(fā)生率高的偏光片貼附線體，測量貼附單側(cè)偏光片和全貼附后的LCM平坦度，如表6所示，平坦度測試結(jié)果表明，TFT側(cè)貼附會將LCM 平坦度向上拉伸，CF 貼附會將LCM 平坦度向下拉伸，整體LCM平坦度較平，而提升CF貼附速度后，整體平坦度下凹。

表6 貼附速度變更前LCM平坦度結(jié)果

Tab.6 Test result of LCM flatness at CF speed change

只貼附TFT側(cè)只貼附CF側(cè)全貼附原有CF速度提升

測試CF偏光片貼附速度提升前的LCM 基板的暗態(tài)均勻性，結(jié)果如圖12所示，測試數(shù)據(jù)表明,CF偏光片貼附速度升高，暗態(tài)不均不良發(fā)生率明顯降低，與LCM平坦度變化規(guī)律一致。

圖12 CF偏光片貼附速度變更不良率對比Fig.12 Incidence of black nonuniformity at CF different polarizer speed

5 結(jié) 論

通過對基板暗態(tài)均勻性的研究，發(fā)現(xiàn)其與暗態(tài)畫面亮度和平坦度強相關(guān)，暗態(tài)畫面亮度主要受黑矩陣線寬，摩擦方向和背光源3個因素影響，平坦度主要受工藝設(shè)備平坦度和偏光片貼附速度兩個因素影響，通過選擇增大黑矩陣線寬，選擇最優(yōu)摩擦方向，CF偏光片貼附速度提升，優(yōu)化對合設(shè)備平坦度，將暗態(tài)不均不良率從5.4%降低到0.1%，有效改善最終產(chǎn)品的暗態(tài)均勻性，提升產(chǎn)品競爭力。