TFT-LCD重力Mura的影响因素

王 健，王 超

(北京京东方显示技术有限公司，北京 100176)

1 引 言

随着液晶显示(TFT-LCD)行业的迅猛发展，市场竞争也日益激烈[1]。面对这种挑战，各企业都在根据客户需求着重提升产品画面品质[2]。其中，Mura作为一种显示行业常见的画面品质不良，受到业界广泛的关注。Mura一词源于日本[3]，是指显示产品在点灯状态下，画面呈不均匀现象。而Mura又分为很多种，其中一种在高温状态下才呈现出来的发黄Mura，我们称之为重力Mura。重力Mura是一种信赖性不良，在常温下难以再现，常规检测无法有效拦截。因此，此种不良需在工艺制程上进行有效预防。

重力Mura不良的产生原因主要是量产时的工艺波动，如阵列膜厚、RGB 膜厚、PI 膜厚、及柱状隔垫物(PS)高等因素[4]。本文将围绕诸多影响因素展开分析，并通过相关实验验证其对重力Mura的影响程度。由于Mura的画面品质程度在本文中不能更好的为读者呈现，我们选取了一种更为合适的液晶量安全范围(LC Margin)量化数据来判断诸多因素对重力Mura的影响。LC Margin测试是选取多张玻璃入不同的液晶量(业内一般使用15张玻璃进行样品制作)，后通过高低温的测试来确定不会产生重力Mura及低温气泡(Bubble)的液晶量范围。产品液晶量的选择一般会采用LC Margin的中心液晶量作为量产条件，LC Margin越大，中心液晶量距离液晶上限的范围就越大，抵御工艺波动的能力就越强，因此更不易发生重力Mura不良。反之，如果LC Margin小，随着制程波动的发生，即使使用中心液晶量为生产条件，仍然就较大概率发生液晶量偏多的情况，导致重力Mura的发生。本文将将通过实验设计及结果分析，确定不同因素的变化对LC Margin的影响，从而评估重力Mura发生的可能性，为相关领域研究提供依据。

2 重力Mura的产生原因和机理

2.1 现象描述

液晶面板在常温点灯无不良现象，60 ℃下点灯2 h，液晶面板下出现发黄Mura，将液晶面板旋转180°，继续在60 ℃下点灯2 h，液晶面板发黄Mura也随出现在下方，称之为重力Mura，不良如图1所示。存在重力Mura不良的液晶面板在常温点灯情况下，随之时间延长，也会出现上述不良，严重影响显示效果。

图1 重力Mura不良Fig.1 Gravity Mura defect

2.2 不良原因及机理分析

重力Mura产生机理：正常情况成盒状态下，PS会有一定的形变量(eg. 10%)，对液晶产生束缚作用；在高温条件下，液晶受热膨胀，由于液晶的热膨胀系数远远大于玻璃基板，PS形变量减小甚至为0，液晶受重力作用下沉，积累在显示屏底部，底部盒厚(cell gap)变大，对应的显示效果就是泛黄，重力Mura发生[5]，产生机理如图2所示

图2 重力Mura产生机理示意图Fig.2 Schematic diagram of gravity Mura generationmechanism

2.3 影响因素分析

图3 盒内特性参数剖面图Fig3 Characteristic parameters in cell

导致重力Mura发生的影响因素有很多，由前面的机理分析可知，外部温度对液晶显示屏的影响为外在因素，其内在因素主要是显示屏内部的特性参数的波动情况导致。为了更确切地掌握内在因素对重力Mura影响的有无和程度，我们将所有的内部相关参数进行整理，液晶显示屏的内部特性剖面图如图3所示。

由图3可以看出，显示屏内部的参数还是相当多且复杂的，我们将特性参数进行了系统的整理，如表1。内部参数包含阵列基板特性参数膜层厚度，彩膜(CF)基板特性参数膜层厚度及成盒制作工艺中的PI膜厚度和液晶等。

表1 重力Mura可能的影响因素Tab.1 Influence factors of gravity Mura

本文将通过多次的实验设计验证盒内特性参数对重力Mura的影响。我们选取样品玻璃，将所有的盒内特性参数分别进行了工艺变更，模拟显示屏在制备过程中特性参数可能出现的波动状况，然后通过高温及低温的测量，对实验结果进行分析，得出相应结论。

2.4 实验设计

首先，针对阵列相关工艺的特性参数进行工艺变更样品制作。我们先准备了15张玻璃产品A(由于涉及实验结果，产品名称省略)。在其他工艺条件相同的情况下，对S/D膜厚进行工艺上的调整，由原来的800 nm变更为600 nm，膜厚降低25%。在成盒工艺滴注液晶过程中，将15张样品玻璃分别按原有的液晶量的中心值，按不同的百分比升高或降低滴注的液晶量，分别为：-6%，-5%，-4.5%，-4%，-3%，-2%，-1%，0%，1%， 2%，3%，4%，4.5%，5%，6%。在样品完成对盒并切割成单一显示屏后，我们对降低液晶量的显示屏进行低温0 ℃测试，增加液晶量的显示屏进行高温60 ℃测试，时间均为2 h。在保证实验设备温度不变的情况下，分别对低温气泡和重力Mura的发生情况进行了检查，测试结果如图4。

图4 S/D膜厚变更高低温测试结果Fig.4 High and low temperature test result of S/D film thickness change

在S/D膜厚不变的情况下，原有的产品LC Margin为-5%～6%。实验结果表明，在降低S/D膜厚的条件下，LC Margin变更为-5%～4%，损失2%的安全范围。假设实际产品生产过程中，如果S/D的膜厚没有按要求制作或因为其他异常原因导致S/D厚的降低，那么在液晶滴注到4%以上范围时，产品就极大可能发生重力Mura不良。因此，S/D膜厚是对重力Mura不良的发生有直接影响。

同理，我们按以上实验设计方法进行了栅极膜厚变更的测试，其产品和测试方法同上，在此不再过多叙述。实验结果表明，LC Margin为-5%～4%，同样损失2个百分比的安全范围。证明栅极膜厚降低时，重力Mura发生的概率将变大。

由于CF各工艺制作流程基本类似，这里我们主要对PS的制作过程进行了详细的实验设计。同样选取15张B产品基板作为评价样品。在PS制作上，将原来柱状隔垫物高度3.72变更为3.55，降低4.6%。由于理论模拟在PS高度降低时，LC Margin会向负向偏移，因此在制作样品时，负向液晶量测试样本制作更多，液晶量按以下测试样本进行了滴注： -9%,-8%,-7%,-6%,-5%,-4%,-3%,-2%,-1%,0%,1% 2%,3%,4%,5%。按规定的LC Margin评价流程进行高低温测试，结果如图5所示。

LC Margin最后结果为-8%～0%。在工艺条件未变更情况下，LC Margin为-4.5 %～4%。因此本实验导致了整体Margin向负方向偏移4个百分点。这样，如果按原有中心液晶(0%)量进行生产，液晶量将偏于LC Margin上限，如果其他工艺出现略微波动，极有可能造成重力Mura不良的发生。由实验我们可以得出，PS高度的变化对LC Margin的范围可能不会造成太大变化，但会导致其发生偏移，需要通过调整滴入显示屏内的中心液晶量才能保证不会发生重力Mura。

图5 隔垫物高度变更的高低温测试结果Fig.5 High and low temperature test result of PS height change

为了证明以上结论的正确性，我们又设计了反向实验。选择另一款C产品，将其PS高度由2.94变更为3.05，高度增加3.7%，并制作了15个Split的样品进行测试。结果显示，原有的LC Margin为-4%～1%，变更后LC Margin为-1%～4%，LC Margin向正向偏移3个百分点。这样就证明了PS高度的变化可以导致LC Margin发生不同程度的偏移[6]。

同样的实验方法，我们分别对BM，OC，RGB膜层厚度、PI 膜层厚度、液晶型号及玻璃厚度变更进行了测试，实验结果如表2所示。

表2 特性参数变更LC Margin结果Tab.2 LC Margin results of characteristic parameter change

由表2实验数据得出，BM 膜厚、Blue 膜厚、OC Less、PI 膜厚、玻璃厚度及液晶变化均对LC Margin产生影响，如果生产过程中发现以上特性参数出现波动，需要及时进行液晶量调整，防止重力Mura的发生。而红、绿膜厚变化从实验结果来看，对LC Margin的影响不大，因此属于影响重力Mura的次要特性参数。

3 结 论

从以上多次实验证明，引起LC Margin变化的主要因素为PS高度。PS高度减小，LC Margin向负向偏移，更易导致重力Mura的发生；同时阵列基板上的SD 膜层厚度和栅极膜层厚度同样对LC Margin产生一定影响；CF基板上BM膜层厚度、OC膜层厚度、蓝膜层厚度特性参数也会导致LC Margin发生变化。在成盒工艺中，PI 膜层厚度、液晶型号及玻璃厚度对LC Margin的产生影响虽然不大，但也不容忽视；随着产品的逐步更新迭代，对透过率和对比度的要求越来越高[6]，为满足产品的需求，产品开发设计中LC Margin越来越小，这对工艺的制作精密度提出了更高的要求。因此，在产品实际制作工艺中，需要确保影响重力Mura不良的相关参数的工艺稳定性，以防止该不良的发生。本文通过实验的设计及分析，详细阐述了重力Mura不良的影响因素并给出相关实验结论，为工艺监管提供参考，为产品品质提升提供帮助。