平板电脑类产品暗态均匀性影响因素的研究与改善

姜勇勇，吴 健，郭 栋，廖伟经，陈 健，孙福坤，张志华，桂国友，何睿智

(合肥鑫晟光电科技有限公司，安徽 合肥 230012)

1 引 言

近年来，随着平板电脑(TPC)产品的使用越来越广泛，人们对产品显示效果的要求越来越高[1-3]，因此对液晶面板的生产和制造也提出了更高的要求，特别是对产品暗态亮度均匀性的要求越来越严格，为了改善最终产品的暗态均匀性，本文首次针对影响暗态均匀性的两大影响因素：暗态亮度和液晶显示模组(LCM)平坦度进行试验和研究，探讨出一套管控和改善暗态均匀性的方案。其中暗态亮度是指由黑矩阵(BM)宽度[4]、摩擦弱区[5]等因素导致的暗态画面亮度；LCM平坦度是指面板对盒后基板表面平坦度[6-7]和模组加工装配工艺影响的LCM平坦度。

2 现象及机理分析

2.1 暗态均匀性的现象

图1 暗态均匀性差现象Fig.1 Defect phenomenon

暗态均匀性是用于衡量液晶显示器暗态亮度差异的现象，指的是在全黑画面下，液晶显示器局部亮度与平均亮度的差异程度。以宽视角产品为例，理论状态下在不加信号方向电压情况下，所有液晶分子与偏光轴成垂直状态，光无法透过液晶显示模块(Panel)传播出来故整个画面成全黑状态，画面亮度均一，暗态均匀性好。当液晶分子受其他外力影响而发生偏转，导致画面偏亮，从而产生暗态画面亮度不均匀，暗态均匀性差。图1和图2所示分别为暗态均匀性差与暗态均匀性好的对比。实际生产过程中，由于产品设计的差异、生产工艺的局限以及设备参数存在一定波动性，往往影响液晶分子偏转而影响最终产品的暗态均匀性。本文以京东方某产品暗态均匀性的改善为例，研究在实际生产中暗态均匀性的影响因素以及改善对策。

图2 暗态均匀性好画面Fig.2 Normal phenomenon

2.2 暗态不均机理分析

为衡量LCM状态下面板暗态均匀性的程度，本文对暗态均匀性进行程度区分，如表1所示，Lv1程度暗态均匀性最好，Lv2程度暗态均匀性一般，Lv3程度暗态均匀性差，Lv2以上视为暗态不均。

表1 暗态均匀性宏观现象Tab.1 Macroscopic phenomenon of black uniformity

具体到单个像素，对比不同程度不良的面板，50倍显微镜下程度严重面板存在明显像素弱区现象，如表2所示。

表2 漏光50倍显微现象Tab.2 Microscopic phenomena of black uniformity

2.2.1 暗态亮度分析

为分析暗态亮度与暗态均匀性的相关性，本文选择相同工艺条件下的液晶屏，测试其LCM下的暗态画面亮度及暗态不均不良发生率，并将暗态亮度划分范围，统计暗态不均不良发生率，结果如图3所示，随着暗态亮度的增加，暗态不均不良率明显增加，测试结果说明，暗态均匀性与暗态画面亮度存在强相关。

图3 不同暗态亮度下不良对比Fig.3 Incidence of black nonuniformity at different L0

2.2.2 平坦度分析

在相同暗态画面亮度下，由于LCM状态下基板平坦度存在差异，局部剧烈形变诱导液晶发生扭曲形变引起漏光[5]，从而造成暗态不均。为了验证平坦度与暗态均匀性的相关性，本文选择相同亮度的正常基板和暗态不均基板分别测试其平坦度情况，如表3示，暗态不均的液晶屏平坦度与正常液晶屏存在明显差异，说明平坦度与暗态均匀性存在很大相关性。

表3 LCM平坦度对比Tab.3 Incidence of LCM flatness

3 实 验

为验证暗态均匀性的影响因素，首先我们采用控制变量法，将某一影响因素进行改变，然后测试不同参数下暗态不均的发生率。

首先从影响暗态亮度的因素出发，针对BM宽度、摩擦方向及背光源3个方向进行实验，检测暗态不均的发生率，验证不同BM宽度、不同摩擦方向及不同背光源对暗态均匀性的影响。

其次从影响LCM平坦度的因素出发，从对盒设备平坦度和偏光片贴附速度两个方向进行实验，检测暗态不均的发生率，验证不同对盒设备平坦度、不同偏光片贴附速度对暗态均匀性的影响。

4 结果与讨论

4.1 暗态亮度影响因素及改善

4.1.1 BM宽度对暗态均匀性的影响和改善

如图3所示，暗态均匀性与暗态画面亮度存在明显相关性，而如图4所示，BM宽度(BM CD)的大小会影响像素开口率，进而影响暗态画面亮度。

图4 BM CD示意图Fig.4 Schematic diagram of BM CD

为验证BM宽度对暗态均匀性的影响程度，通过调整BM宽度，制备液晶屏，测试其LCM状态下的暗态不均不良发生率，测试结果如图5所示。

图5 不同BM宽度不良发生率对比Fig.5 Incidence of Black nonuniformity at different BM CD

测试结果说明，随着BM宽度变大，暗态不均不良发生率也随之降低，在满足开口率的前提下，将BM宽度加大0.4 μm，不良发生率最低。

4.1.2 摩擦方向对暗态均匀性的影响和改善

从表1 左侧图片可知，暗态不均不良实际为摩擦弱区漏光，由于PS存在一定高度，摩擦时PS下坡区配向膜未能得到有效配向导致该区域的液晶配向异常而产生漏光，而不同的摩擦方向，弱区位置会有所不同，为验证摩擦方向调整对暗态均匀性的影响，本文采用A和B两种不同的摩擦方向制备液晶屏，测试LCM状态基板暗态不均不良发生率，测试结果如图6所示。

图6 不同摩擦方向不良发生率对比Fig.6 Incidence of black nonuniformity at different rubbing direction

测试结果说明，A和B 两种不同摩擦方向不良率差异明显，确认其液晶屏微观现象，如表4所示，A方向摩擦红色像素漏光，说明弱区在红色像素，而B方向摩擦蓝色像素漏光，说明弱区在蓝色像素，从现象上看，A方向摩擦 漏光现象比调整B方向摩擦严重，与暗态不均不良率一致。

表4 不同摩擦方向不良显微现象

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

显微镜下A方向摩擦显微镜下B方向摩擦

4.1.3 背光源差异对暗态均匀性的影响和改善

不同背光源模具生产的背光源，存在一定的亮度差异，为验证其对LCM状态下基板暗态均匀性的影响程度，在相同工艺条件下，使用不同背光源模具的背光源，测试LCM状态基板的暗态不均不良发生率，结果如图7所示。

图7 不同背光模具的不良发生率对比Fig.7 Incidence of black nonuniformity at different BLU

测试数据说明，背光源的差异会影响LCM状态下基板暗态均匀性。

4.2 平坦度影响因素及改善

4.2.1 对盒设备平坦度对暗态均匀性的影响和改善

分析不良分布情况，发现不良集中在右下角，如图8所示。排查设备发现，其与对盒设备对应位置的接触点匹配，如图9说示，该位置设备接触点突起，基板受到过度挤压，引起局部形变，在对盒成形过程后，应力无法释放，面板形状固定，基板表面平坦度异常；而如图10所示，当设备调整后，玻璃板不会收到过度挤压，基板表面平坦度正常。

图8 不良分布图Fig.8 Glass map of defect

图9 设备平坦度优化前示意图Fig.9 Equipment flatness

图10 设备平坦度优化后示意图Fig.10 Equipment optimizing Flatness

图11 设备平坦度优化前不良率对比Fig.11 Incidence of black nonuniformity at different glass flatness

对比设备调整前后LCM 状态基板的暗态不均不良发生率，如图11所示，调整设备后，玻璃板平坦度得到改善，不良发生率也随之降低，表明玻璃板平坦度的好坏会影响基板暗态均匀性。

4.2.2 偏光片的贴附对暗态均匀性的影响和改善

LCM平坦度是在完成模组装配后的面板平坦，为了确定LCM状态平坦度与LCM 基板暗态均匀性的关系，选择不同不良程度的LCM状态基板，测试其LCM平坦度，如表5所示。

表5 不同暗态均匀性程度 LCM平坦度测试结果

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

Lv1Lv2Lv3

测试结果表明，随着暗态均匀性程度的变差，LCM状态基板面内平坦度数据逐渐上升，基板的形状由下凹→趋平→凸起。

在模组工艺中，只有偏光片的贴附会影响整个面板的平坦度，因此重点分析偏光片贴附速度对LCM平坦度的影响，选择暗态不均不良发生率高的偏光片贴附线体，测量贴附单侧偏光片和全贴附后的LCM平坦度，如表6所示，平坦度测试结果表明，TFT侧贴附会将LCM 平坦度向上拉伸，CF 贴附会将LCM 平坦度向下拉伸，整体LCM平坦度较平，而提升CF贴附速度后，整体平坦度下凹。

表6 贴附速度变更前LCM平坦度结果

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

只贴附TFT侧只贴附CF侧全贴附原有CF速度提升

测试CF偏光片贴附速度提升前的LCM 基板的暗态均匀性，结果如图12所示，测试数据表明,CF偏光片贴附速度升高，暗态不均不良发生率明显降低，与LCM平坦度变化规律一致。

图12 CF偏光片贴附速度变更不良率对比Fig.12 Incidence of black nonuniformity at CF different polarizer speed

5 结 论

通过对基板暗态均匀性的研究，发现其与暗态画面亮度和平坦度强相关，暗态画面亮度主要受黑矩阵线宽，摩擦方向和背光源3个因素影响，平坦度主要受工艺设备平坦度和偏光片贴附速度两个因素影响，通过选择增大黑矩阵线宽，选择最优摩擦方向，CF偏光片贴附速度提升，优化对合设备平坦度，将暗态不均不良率从5.4%降低到0.1%，有效改善最终产品的暗态均匀性，提升产品竞争力。