摩擦 Mura机理和设计改善方法

高荣荣,刘俊豪,周保全,汪剑成,张周生,左爱翠,陈维诚

(合肥京东方光电科技有限公司 Cell分厂，安徽 合肥 230012)

1 引 言

随着科技的发展以及人们生活水平提高，对于显示器的性能也提出了越来越高的要求，如亮度、对比度、响应速度等，同时对于整个显示器的画质[1]，如Mura的要求越来越高。但采用摩擦方式的产品均会有一种固定位置的摩擦Mura[2], 严重影响产品品质。摩擦Mura产生原因是摩擦布在摩擦过程中经过面板 Pad区域时布毛受损，受损的布摩擦显示区域时形成明显摩擦弱区，最终形成固定位置的Mura。

简单介绍一下Pad的结构，以双层布线为例，沉积各层结构依次为栅极(Gate信号线)→栅极绝缘层(GI)→源极线(Data)→绝缘层(PVX)→电极(ITO)[3]。 ET Pad表面会有过孔，过孔将外界信号加入到源极信号线，最终将外部信号加入面板上周边电路位置。

2 摩擦Mura 现象与特点

摩擦Mura是面板在低灰阶画面下固定位置灰度不均(图1)，Mura颜色发白，随着灰阶升高，不良现象减轻，显微镜确认Mura位置像素弱区漏光(图2)。

图1 摩擦Mura 现象Fig.1 Rubbing Mura phenomenon

图2 显微镜透射光像素漏光现象Fig.2 Light leakage pixels of microscope

图3 AFM配向膜方位角Fig.3 Azimuth angle of polyimide film

3 摩擦Mura原理

摩擦工艺：摩擦布(尼龙、人造丝或棉绒等材料[4]) 按一定方向对配向膜表面进行摩擦处理使配向膜对液晶分子具有一定的锚定能力，从而使液晶分子能够按一定的预倾角进行稳定、均一的排列[5]，如摩擦布微观图(图4和图5)所示。

摩擦Mura原理：摩擦布在摩擦过程中经过面板的同边电路(Pad)区域时布毛受损，在摩擦显示区域时，TFT基板上的源极线(Source Data，

图4 摩擦布截面示意图Fig.4 Cross section of the rubbing cloth

图5 摩擦布表面示意图Fig.5 Top image of the rubbing cloth

SD)附近的摩擦弱区明显异常[6]，表现为固定位置摩擦Mura(图6)。

图6 摩擦Mura原理Fig.6 Rubbing Mura mechanism

4 实 验

实验在G6 TFT-LCD工厂进行测试，主要从Pad各膜层对摩擦布的损伤进行研究，对ITO、段差、过孔密度3方面进行实验测试，实验结果由相同人员在面板状态或者膜面状态判定摩擦Mura发生率[7]。

4.1 ITO和段差的影响

将Pad端各膜层拆分，采用阵列工厂只做ITO层和不做ITO层两种TFT基板，以及成盒工厂配向膜全覆盖Pad等方法(表1)，每种条件都用新摩擦布进行摩擦工艺。

表1 膜层拆分实验设计Tab.1 Experimental design of layer separation

4.2 过孔密度

一般面板上由20个ET Pad组成，5个Pad 为一组设计为不同过孔密度，且过孔密度依次增加，a

表2 过孔密度测试方案Tab.2 Via-hole density experiment

5 结果与讨论

5.1 ITO和段差影响测试结果

阵列工厂生产ITO和段差拆分的玻璃基板以及成盒工厂的配向膜全覆盖，测 摩擦Mura结果(图7)。

图7 ITO和段差影响测试结果Fig.7 Test results of ITO material and height

从图7可以看出：ITO和段差对摩擦Mura均有影响。只有段差时，摩擦Mura发生率为2%；只有ITO时，摩擦Mura发生率为3.0%；ITO和段差同时存在，摩擦Mura发生率为5%。可以确定ITO和段差对摩擦Mura 均有影响。

ITO的影响方式：

只有ITO的TFT玻璃基板，摩擦Mura发生严重程度与摩擦方向上的ITO长度相匹配，ITO长度越长，摩擦Mura越严重(图8)。

图8 不同ITO长度对摩擦Mura影响结果Fig.8 Test results of different ITO length

从图8可以看出：a=b，Mura 基本不可见;a=b

在摩擦方向上，ITO长度影响Mura，ITO长度越长(c>a=b)，摩擦过程中ITO和布作用的时间越长，ITO对布损耗越大(图9)，容易产生摩擦Mura。

图9 摩擦过程中ITO影响方式Fig.9 Influence of ITO in rubbing process

图10 摩擦过程中段差影响结果Fig.10 Test results of different height

段差影响方式：

只有段差的玻璃基板，摩擦Mura程度可见，段差越大的位置Mura越严重(图10)。

ITO和段差共同影响方式：

两因子共同存在(ITO 细条装设计)的摩擦Mura的测试结果如图11和图12所示。

图11 摩擦过程中ITO&段差影响结果Fig.11 Test results of ITO & height

图12 ITO和段差同时存在的设计方案Fig.12 Design of ITO & height

从图10和图11可以看出：摩擦Mura为单个细线，与ITO的形状相同。所以段差和ITO同时存在时，ITO的影响更加明显。

5.2 过孔密度影响方式

从图13可以看出：过孔密度对摩擦Mura有影响，过孔密度越大则Mura越明显。一般Pad上过孔直径为5 μm(图14), 摩擦布毛直径为11 μm[8])，在摩擦布经过过孔时，布在过孔周边摩擦，不同过孔密度和摩擦布作用对布的损伤程度不同。

图13 过孔密度测试结果Fig.13 Test results of via-hole density

过孔的影响方式：

过孔有ITO搭接，在摩擦过程中，过孔密度越小对摩擦布损伤越小，不良发生率越低。

3个影响因子的影响方式如下：

ITO：ITO属于金属材质，ITO长度越长，和布作用的时间越长，对摩擦布损耗越大；

段差：摩擦布经过段差时受损，且ITO的影响比段差影响明显；

过孔：过孔有ITO搭接，过孔孔径一般为5 μm，摩擦布毛直径为11 μm[9](图14)，摩擦过程中ITO过孔密度越小则对布损伤越小。

图14 过孔平面和截面SEM图Fig.14 SEM images of via hole plane and section

6 Pad优化设计测试

在G6工厂以15.0FHD产品对同边电路侧所有Pad优化设计，方案如下：

(1)DP侧ITO填充；

(2)摩擦方向Pad方向没有段差；

(3)过孔稀疏设计,且保证均一。

从Ag胶位置、ET Pad 、IC 和FPC位置共同考虑，优化方法如表3所示。

表3 设计优化具体操作方案Tab.3 Specific operation plan of design

选取摩擦布寿命分别为1，30，60，110 进行摩擦配向，面板点亮时对每种条件的Mura情况判定等级。从图13可以看出，优化设计比非优化设计Mura发生率从5%降低到0%，表明同边电路侧Pad设计优化大大提升了面板的品质。

图15 15.0 FHD 改善后的摩擦Mura测试结果Fig.15 Test result of improved Rubbing Mura

Pad优化设计从根本上改善了摩擦Mura，其它产品Pad设计可以参考这种方法直接进行Pad优化设计，从产品设计阶段就规避不良发生，提升产品画质。

7 结 论

本文通过理论分析和实验验证，明确了摩擦Mura产生的原理以及影响因子，据此找到了从设计上规避摩擦Mura的方法，主要从ITO、段差、过孔3个方面优化：ITO补齐；段差越小越好；过孔密度越稀疏越好。设计优化方式使这种固定位置摩擦Mura从根本上彻底解决，在G6工厂15.0FHD产品上测试取得了明显的效果，产品画质提升，Mura发生率从5%降到0%。同时形成了摩擦Mura设计规则，并且这种理论依据可以进一步推广，尤其是在高端ADS产品(有机膜产品&9 mask 产品)以及其他工厂都具有重要的参考意义。