TFT-LCD Panel高溫Cell Gap變化趨勢探究

福州京東方光電科技有限公司 李汝樂 陳正弟 廖貽柱 高鶴鳴 程 亮

隨著TFT-LCD行業的迅速發展，市場競爭也日趨激烈，用戶對畫面品質的要求也越來越高，因此改善顯示質量成為TFT-LCD行業亟需解決的問題。Mura作為顯示行業常見的畫質不良，備受業內關注。其中的重力Mura是由于工藝波動，液晶量超過LC Margin引起的，其在常溫下一般不會影響顯示質量，難以攔截，但在高溫加熱條件下，液晶膨脹并因自身重力作用而下沉，造成Cell Gap不均勻，若Cell Gap均勻性很差，有強烈的變化，會在Panel下邊緣出現色不均的現象，稱為重力Mura。存在重力Mura不良的液晶面板在常溫點燈情況下，隨著時間延長，Panel內部溫度逐漸上高，也會出現上述不良，嚴重影響顯示效果。

傳統監控重力Mura方法只能從宏觀上觀察是否有顏色變化來識別是否產生Mura，對Panel內部Cell Gap具體變化情況無法得知。近年來，雖然對重力Mura研究的報道越來越大，但大多側重于重力Mura的生產影響因素或工藝改善，對于出現重力Mura時Panel內部Cell Gap的變化趨勢以及影響Cell Gap變化因素的報道較為缺乏。本文結合LC Margin階段不同液晶量Panel高溫條件下重力Mura測試結果，探究了不同液晶量Panel在高溫條件下Cell Gap變化趨勢，說明了重力Mura的形成與Cell Gap的關系，并探討了加熱溫度、加熱時間等外在因素對Cell Gap變化的影響，為行業內對重力Mura形成的認識提供理論基礎。

1 實驗原理及方法

1.1 重力Mura測試方法

先對TFT-LCD Panel室溫下進行初檢，然后豎直放置于60℃高溫Chamber加熱2h后點亮背光源，旋轉上POL確認是否有重力Mura現象。

1.2 Cell Gap測試原理

液晶具有雙折射效應，當入射光穿透液晶時，在不同的軸向有不同的折射率，因此在兩波之間產生位相差，位相差δ、折射率n與Cell Gap d的關系定義為δ=(Ne–No)*d，據此可測得Cell Gap值。

1.3 實驗探究方法

本文使用高溫Cell Gap測試系統，選取一款ADS產品LC Margin階段Panel進行探究，液晶量設計值分別為0%、1%、2%、3%、4.5%、6%，實豎直放置，Cell Gap測試點位橫向選取X=200mm和X=500mm位置（如圖1所示，坐標原點為Panel左下角，CF側朝外，本文選取數據為X=500mm測試結果），縱向Y軸選取Panel底部向上200mm相應點位（設備測試Y軸上限為200mm，受設備機構干涉影響，Panel底部約5mm無法測試）。探究了Cell Gap隨液晶量、加熱溫度、加熱時間的變化趨勢，說明了重力Mura的形成與Cell Gap的關系、影響Cell Gap變化的外在因素及重力Mura的形成過程。

圖1 液晶顯示屏測量坐標示意圖

2 實驗果與討論

2.1 重力Mura測試結果

根據重力Mura測試結果，在室溫條件下檢查，所有Panel均未出現重力Mura現象，但在高溫加熱2h后，液晶量≥4.5% Panel出現重力Mura現象（液晶量為4.5%和6.0%時，重力Mura程度分別約為G10和G20），如圖2所示，因此本產品LC Margin上限定為液晶量為3%。

圖2 LC Margin測試結果（-6.0%～+3.0%）

2.2 不同液晶量Panel Cell Gap變化趨勢

不同液晶量Panel加熱2h后Cell Gap測試結果如圖3所示。由實驗結果可得，在60℃加熱條件下加熱120min后，Cell Gap變化表現為以下2種狀態：

圖3 不同液晶量Panel Cell Gap變化趨勢

（1）當液晶量≤2%，Cell Gap值沿Panel縱向未表現出明顯變化趨勢，Cell Gap在此液晶量范圍內未出現不均勻現象，因此未出現重力Mura現象；

（2）當液晶量≥3%，在Y＜20mm范圍內表現出明顯變化趨勢，且液晶量越多，Cell Gap增大越明顯，這是由于高溫下液晶下沉的結果。根據液晶特性及文獻報道，透光率Tr隨Cell Gap增大而增大，出現Cell Gap不均時，會在Cell Gap偏大位置處出現Mura，宏觀上表現為發黃現象。根據陳宏宇等人的研究，TFT-LCD Panel光透性差異達到人的感知度時才可感知Mura現象，由此可判斷，當液晶量為3%時，Cell Gap變化量較小，不同區域光透性差異未達到人的感知度，故未表現出重力Mura現象；當液晶量為4.5%和6.0%時，不同區域光透性差異達到人的感知度，故出現重力Mura現象。

2.3 加熱溫度對Cell Gap影響

根據液晶特性參數曲線（圖4）可知，液晶粘度和密度均到受溫度影響，變化趨勢如下：

圖4 液晶特性參數曲線

（1）隨溫度升高粘度逐漸變小，因此溫度越高，液晶越容易因重力作用下沉；

（2）隨溫度升高密度逐漸較小，在Panel內部液晶量固定時，由此計算出液晶體積隨溫度升高逐漸增大。

為探究加熱溫度對Cell Gap的影響，本文選取液晶量為6% Panel進行測試，加熱時間為120min，所得結果如圖5所示。由實驗結果可得，當溫度T≤30℃時縱向Cell Gap幾乎不變，當T≥40℃時，Cell Gap隨加熱溫度升高而增大，在此可分為兩段進行觀察：

圖5 Cell Gap隨溫度變化曲線

（1）當Y＞20mm時，Cell Gap隨溫度升高平穩增大，縱向未發生明顯變化，此段可歸結為高溫使液晶體積增大造成；

在進行單一層次判斷矩陣的一致性檢驗之后，利用單層次排序的影響因子權重計算各層次影響因子的組合權重，計算完成后再對組合權重計算結果進行一致性檢驗[10-12]。若結果不滿足一致性要求，則對判斷矩陣進行調整。

（2）當Y＜20mm時，Cell Gap表現出明顯變化趨勢，且越靠近Panel底部Cell Gap越大，此段可歸結為高溫使液晶體積增大和因重力作用液晶下沉（主因）的綜合作用。

由實驗結果可知，即使液晶量超LC Margin上限，在室溫時也無法顯現，只有在高溫加熱或通電變熱條件下才可顯現。

2.4 加熱時間對Cell Gap影響

根據重力Mura形成過程，在高溫條件下液晶因重力作用逐漸下沉，當液晶沉積到一定程度時出現重力Mura，因此探究液晶的下沉過程以及達到穩定狀態所需時間對認知重力Mura具有指導意義。根據王元慶等人的研究，外溫變化時，液晶屏內壁及液晶的變化是非常迅速的，本文選取液晶量為6% Panel探究了在60℃條件下由5min加熱到480min的過程中Cell Gap的變化趨勢，實驗結果如圖6所示。由實驗結果可得，在60℃加熱條件下，Y＜20mm處表現出明顯變化趨勢，整個過程中可分為2個階段：

圖6 Cell Gap隨加熱時間變化曲線

（1）液晶下沉狀態：在5min到120min高溫過程中，Cell Gap值逐漸增大，在此階段液晶因重力作用逐漸下沉；

（2）穩定狀態：在120min到480min高溫過程中，Cell Gap值不再隨加熱時間延長而變化，在此階段Panel內部液晶達到穩定狀態。

在Y＞20mm區域，隨加熱時間延長，Cell Gap未發生變化，這也從另一方面驗證上述探究溫度對Cell Gap影響時，Y＞20mm時，Cell Gap隨溫度升高平穩增大是由于高溫使液晶體積增大造成；

由實驗結果可知，在加熱過程中，Cell Gap呈現逐漸增大趨勢，到120min時趨于穩定，這進一步解釋了重力Mura的形成過程。

2.5 Cell Gap可逆性探討

出現重力Mura Panel冷卻至室溫放置一段時間后，重力Mura現象會消失，說明重力Mura是可逆的，為通過Cell Gap變化趨勢解釋這一現象，本文采用兩種方法測試30℃溫度下Cell Gap值：

（1）將Chamber溫度升至30℃穩定后放置Panel，2h后進行Cell Gap測試；

（2）將Chamber溫度升至60℃穩定后放置Panel加熱2h，然后降至30℃穩定2h后進行Cell Gap值。

所得結果如圖7所示，實驗結果表明，兩種測試條件下Cell Gap值是幾乎完全一致的，這說明Cell Gap是具有可逆性的，這也證實了重力Mura具有可逆性這一結論。

圖7 Cell Gap可逆性變化曲線

3 結論

本文從重力Mura形成原理出發，采用實驗設計及數據分析，得出以下結論：

①在實驗條件下，Cell Gap變化的敏感區間在Panel底部，隨液晶量增多，Cell Gap呈上升趨勢；

②在實驗條件下，Cell Gap變化受到溫度影響，常溫狀態下Cell Gap不會發生變化，當溫度≥40℃時Cell Gap開始呈現出變化趨勢，且隨溫度升高，Cell Gap呈上升趨勢；

③在實驗條件下，Cell Gap受到加熱時間影響，在2h內，隨加熱時間延長，Cell Gap呈上升趨勢，之后趨于穩定狀態；

基于以上結論，通過探究不同液晶量Panel在高溫條件下Cell Gap變化趨勢解釋了重力Mura與Cell Gap的關系；通過探究Cell Gap隨加熱溫度和加熱時間的變化趨勢，說明了重力Mura的外在影響因素及形成過程；通過探究Cell Gap的可逆性，證實了重力Mura具有可逆性這一結論，這對于業內對重力Mura形成的認識具有重要指導意義。