筆記本機(jī)械測試過程中液晶顯示屏白斑不良分析與改善

康光林，沈亞群，李玉成，余強(qiáng)，陳強(qiáng)

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶，400000)

0 引言

筆記本在日常生活工作中應(yīng)用非常廣泛，其中LCD液晶顯示屏畫面品味對筆記本使用體驗具有極大影響。在筆記本使用過程中LCD液晶顯示屏可能會出現(xiàn)白斑、白點、白線等顯示不良，嚴(yán)重影響客戶使用體驗。為了避免筆記本使用過程中出現(xiàn)白斑、白點、白線等不良，制造商通常會模擬筆記本使用狀態(tài)進(jìn)行信賴性和環(huán)境測試，測試出現(xiàn)白斑等不良后制造商迅速調(diào)整筆記本或LCD液晶顯示屏設(shè)計，從而避免客戶在筆記本使用中LCD液晶顯示屏出現(xiàn)白斑等不良。

1 筆記本LCD顯示屏模組結(jié)構(gòu)

筆記本LCD顯示屏模組結(jié)構(gòu)由Hinge up系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LCD結(jié)構(gòu)共同組裝而成。

筆記本Hinge up系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由B cover（前框）、LCD顯示模組、A cover（后框）三大部分組成，A cover通過鉸鏈鎖附在筆記本主體上，同時使用信號線將組裝在A cover的攝像頭麥克風(fēng)等元器件與筆記本主體相連；LCD顯示模組可以通過螺絲或者膠帶固定于A cover上，然后將B cover通過卡扣或者膠帶組裝在顯示模組上，不同品牌筆記本顯示模組的前后框結(jié)構(gòu)設(shè)計均有自己的特點，但隨著屏占比越來越高導(dǎo)致一些元器件以及信號線無法避免設(shè)計于LCD顯示區(qū)域正后方。

液晶模組包括液晶面板和背光模組兩大部。液晶面板由貼附了上偏光片的彩膜玻璃基板、貼附了下偏光片的陣列玻璃板、以及它們中間夾著的液晶和驅(qū)動電路構(gòu)成。背光模組包括光學(xué)部品和機(jī)構(gòu)部品兩大部分。其中光學(xué)部品主要包括燈條(Light Bar)、導(dǎo)光板(Light Guide Plate, LG)、反射片(Reflector Sheet)、擴(kuò)散片( Diffuser Sheet)、增亮膜(通常指棱鏡片Prism Sheet)和反射型偏光增亮膜( Reflective Polarization Film或 Dual Brightness EnhancementFilm(DBEF);機(jī)構(gòu)部品主要包括膠框(Mold Frame,MF)、背板 (Back Cover)、遮光膠帶 (cell tape)。

2 筆記本LCD顯示屏白斑分類

白斑通常是指顯示屏在白色L255畫面下觀察到的異常點，該異常點特征為白斑區(qū)域比周圍正常區(qū)域白色畫面更亮。白斑嚴(yán)重程度以是是否被ND-filter（濾光片或減光片）遮蔽來判定。在光源強(qiáng)度不變的情況下同過ND-filter過濾光線降低顯示面板亮度來對比白斑與周圍正常白畫面的差異。白斑與周圍白畫面的差異約明顯則白斑嚴(yán)重。若白斑在使用ND減光片的情況下無法被觀察則白斑現(xiàn)象輕微。部分客戶認(rèn)為ND減檢光片下無法被觀察到的白斑是不影響使用，可以接受。

本文主要研究背光異物、背光膜材劃傷導(dǎo)致的兩類白斑，其它panel不良點或者畫面亮暗不均不在本文討論范圍。

2.1 白斑-背光異物

通常背光異物導(dǎo)致的白斑在筆記本LCD上線組裝后開機(jī)即可發(fā)現(xiàn)既品質(zhì)漏檢，但存在異物白斑需要在筆記本系統(tǒng)使用一段時間后才能被發(fā)現(xiàn)。原因是有些異物所粘附的原始位置并不在顯示區(qū)域，從而無法被觀察到；在筆記本的日常使用或運輸過程中隨著系統(tǒng)的振動異物會掉落至顯示區(qū)域從而導(dǎo)致白斑現(xiàn)象。

筆記本電腦在振動測試后顯示屏出現(xiàn)白斑現(xiàn)象，該白斑在ND-LCD 6%濾光片的遮蓋下，白斑與白畫面的對比依舊明顯，故判定該白斑ND-LCD 6%不可遮,依據(jù)制造商標(biāo)準(zhǔn)，該白斑不良影響客戶使用。

通過排查可知該顯示屏在面板廠出廠檢驗以及組裝廠入廠檢驗、上線組裝至系統(tǒng)時均未發(fā)現(xiàn)異物白斑，故不良屏返回面板廠解析，之后解析發(fā)現(xiàn)白斑為導(dǎo)光板與反射片之間的異物，使用異物采集紙將異物采集后，通過頻譜分析可知該異物與膠框屑頻譜相匹配。

在LCD背光設(shè)計時因考慮材料的漲縮特性會在導(dǎo)光板與膠框之間預(yù)留縫隙，若膠框屑存在于導(dǎo)光板側(cè)邊的間隙處，則面板廠出貨AOI檢驗時不良品無法被檢出，組裝廠測試過程中，膠框屑受力偏移至LGP與反射片顯示區(qū)域之間，光線在此聚集形成異物白斑。

2.2 白斑-背光受損

確保LCD模組內(nèi)部無異物，筆記本電腦組裝完成后再使用依舊有可能發(fā)生顯示屏白斑問題，這類白斑與LCD背光異物無關(guān)，與筆記本和LCD工藝及設(shè)計相關(guān)。

LCD在壓力測試下出現(xiàn)白斑，該白斑對應(yīng)LCD背板鏤空邊緣，通過解析發(fā)現(xiàn)白斑對應(yīng)導(dǎo)光板下表面有明顯點蝕痕跡，光線在點蝕位置聚集形成白斑；反射片對應(yīng)白斑位置則有明顯的壓痕。筆記本組裝完成后在測試過程中LCD液晶顯示屏局部受力不均，應(yīng)力在背板邊緣集中，從而在背板斷差處壓傷反射片和導(dǎo)光板形成白斑。

若A cover局部塑膠件存在毛刺、殘膠或異物等異常凸起點，筆記本機(jī)械測試過程中這些異常凸起的點將會形成應(yīng)力集中，頂傷LCD液晶顯示屏的背光膜材，最終顯示白斑。

白斑對應(yīng)系統(tǒng)A cover信號線FPC重疊位置，在壓力測試下因系統(tǒng)設(shè)計信號線存在局部重疊凸起導(dǎo)致干涉，反射片受力不均對應(yīng)白斑位置明顯壓痕，如下圖所示，壓力傳導(dǎo)至導(dǎo)光板，導(dǎo)光板受損形成白斑。

圖1

LCD或系統(tǒng)設(shè)計考慮不充分以及制造工藝的缺陷，在筆記本電腦進(jìn)行機(jī)械測試的過程中會以白斑的形式展示出來，其根本原因則是測試過程中外力干涉或受力不均導(dǎo)致的背光受損，光線在此聚集形成白斑。

3 筆記本LCD顯示屏白斑問題解決方案及探討

3.1 針對LCD的解決白斑方案

3.1.1 背光廠規(guī)范操、加強(qiáng)作培訓(xùn)等可降低異物來源

無塵布每次使用都需要反方向?qū)φ郏苊猱愇镂廴緹o塵布后繼續(xù)使用；同時無塵布在擦拭異物時必須沿單一方向擦拭，靜置4-5秒等待酒精揮發(fā)后再進(jìn)行組裝，避免無塵布上的異物再一次掉落至背光當(dāng)中。在規(guī)范操作流程后需要對作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，這樣能有效降低背光異物的發(fā)生。

3.1.2 攔截異物提升出貨品質(zhì)

綠光處于人眼較敏感的視覺區(qū)域，使用綠光檢查燈，能夠很快的發(fā)現(xiàn)瑕疵，而且精準(zhǔn)度也比較高，能精確到1um以上的異物及瑕疵。

面板廠LCD出貨AOI檢查：AOI設(shè)備通過CCD 鏡頭將玻璃基板反射回的光亮度轉(zhuǎn)換為0～255的灰階值，每個CCD Pixel會和周邊八個區(qū)域相同像素進(jìn)行比對，差異值超過機(jī)臺設(shè)備的臨界設(shè)定值時就被判定為不良并報警，是攔截異物白斑屏的最后一道防線。

3.2 優(yōu)化LCD設(shè)計避免因背光受損導(dǎo)致的白斑

3.2.1 建議使用PMMA材質(zhì)的導(dǎo)光板

目前導(dǎo)光板材質(zhì)主要為PMMA和PC材質(zhì)，在相同條件下PMMA的抗劃傷性優(yōu)于PC材質(zhì)。因此使用PMMA材質(zhì)比PC材質(zhì)的導(dǎo)光板更不容易因外力受損，抗白斑能力更強(qiáng)。

PMMA材質(zhì)由于其光透過率高、硬度大、價格便宜抗掛性強(qiáng)等優(yōu)點，普通機(jī)種優(yōu)先使用。但PC材質(zhì)熱膨脹系數(shù)低于PMMA，在使用環(huán)境溫度大于70℃的特殊工業(yè)機(jī)種優(yōu)先使用PC材質(zhì)。

3.2.2 優(yōu)化LCD背板設(shè)計

優(yōu)先使用高強(qiáng)度材料：LCD設(shè)計時，在重量允許的情況下可以使用抗拉強(qiáng)度以及硬度更好的材料，可以有效提升LCD整體強(qiáng)度，減少干涉白斑的風(fēng)險，背板常用的材料有以下幾種 SUS304-2H、SUS430-1D、SGLC、GM55，如表1所示。在設(shè)計過程中若僅考慮背板材質(zhì)對白斑的影響則優(yōu)先使用屈服強(qiáng)度高的SUS304-2H，既可以減少因外力導(dǎo)致的LCD變形，同時減少局部應(yīng)力集中給導(dǎo)光板受損帶來的風(fēng)險。

表1 背板常用的材料

優(yōu)先使用全背板設(shè)計：通常設(shè)計者使用sus304等高強(qiáng)度合金，但因重量無法滿足要求，會采用背板鏤空設(shè)計。這種設(shè)計反射片暴露在外，容易直接與A cover凸起結(jié)構(gòu)接觸，在外力作用下造成干涉最后形成白斑。全背板設(shè)計中心部分沒有鏤空部分，背板可以很好的保護(hù)反射片和導(dǎo)光板，減少因系統(tǒng)A 殼設(shè)計不當(dāng)或異物毛刺導(dǎo)致的干涉白斑。

優(yōu)化背板沖壓工序：LCD背板工藝為金屬薄板沖壓而成，具有效率高、節(jié)省材料、價格低廉等優(yōu)點。但沖壓件在裁剪過程中不可避免地產(chǎn)生毛刺。若背板鏤空設(shè)計，在鏤空邊緣出現(xiàn)毛刺，該毛刺則會壓傷導(dǎo)光板形成白斑。因此在沖壓裁剪需要有壓毛邊工序既模具拍平法：根據(jù)鈑金厚度選擇不同角度的凸模斜邊，將毛刺拍平。

3.3 優(yōu)化系統(tǒng)A cover設(shè)計

系統(tǒng)A殼設(shè)計過程中，為避免系統(tǒng)設(shè)計缺陷導(dǎo)致A殼與LCD液晶顯示屏干涉出現(xiàn)白斑，常見的對策有：(1)若A殼有特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計建議該特殊結(jié)構(gòu)（step）遠(yuǎn)離LCD屏幕中心；(2)A殼camera和麥克風(fēng)信號連接線避免直接經(jīng)過LCD顯示區(qū)域；(3)若信號線設(shè)計經(jīng)過顯示區(qū)域則優(yōu)先考慮使用厚度薄、彎折性好的FPC材質(zhì)；(4)FPC重疊等特殊結(jié)構(gòu)位置A cover挖槽避位確保與LCD gap大于0.5mm，給A殼受力變形預(yù)留空間；(5)A cover特殊結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的干涉的風(fēng)險點 ，四周增加sponge設(shè)計，減少風(fēng)險點的受力；(6)A cover內(nèi)面不允許有毛邊、異物等凸起。