摩擦 Mura機理和設計改善方法

高榮榮,劉俊豪,周保全,汪劍成,張周生,左愛翠,陳維誠

(合肥京東方光電科技有限公司 Cell分廠，安徽 合肥 230012)

1 引 言

隨著科技的發(fā)展以及人們生活水平提高，對于顯示器的性能也提出了越來越高的要求，如亮度、對比度、響應速度等，同時對于整個顯示器的畫質[1]，如Mura的要求越來越高。但采用摩擦方式的產(chǎn)品均會有一種固定位置的摩擦Mura[2], 嚴重影響產(chǎn)品品質。摩擦Mura產(chǎn)生原因是摩擦布在摩擦過程中經(jīng)過面板 Pad區(qū)域時布毛受損，受損的布摩擦顯示區(qū)域時形成明顯摩擦弱區(qū)，最終形成固定位置的Mura。

簡單介紹一下Pad的結構，以雙層布線為例，沉積各層結構依次為柵極(Gate信號線)→柵極絕緣層(GI)→源極線(Data)→絕緣層(PVX)→電極(ITO)[3]。 ET Pad表面會有過孔，過孔將外界信號加入到源極信號線，最終將外部信號加入面板上周邊電路位置。

2 摩擦Mura 現(xiàn)象與特點

摩擦Mura是面板在低灰階畫面下固定位置灰度不均(圖1)，Mura顏色發(fā)白，隨著灰階升高，不良現(xiàn)象減輕，顯微鏡確認Mura位置像素弱區(qū)漏光(圖2)。

圖1 摩擦Mura 現(xiàn)象Fig.1 Rubbing Mura phenomenon

圖2 顯微鏡透射光像素漏光現(xiàn)象Fig.2 Light leakage pixels of microscope

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

3 摩擦Mura原理

摩擦工藝：摩擦布(尼龍、人造絲或棉絨等材料[4]) 按一定方向對配向膜表面進行摩擦處理使配向膜對液晶分子具有一定的錨定能力，從而使液晶分子能夠按一定的預傾角進行穩(wěn)定、均一的排列[5]，如摩擦布微觀圖(圖4和圖5)所示。

摩擦Mura原理：摩擦布在摩擦過程中經(jīng)過面板的同邊電路(Pad)區(qū)域時布毛受損，在摩擦顯示區(qū)域時，TFT基板上的源極線(Source Data，

圖4 摩擦布截面示意圖Fig.4 Cross section of the rubbing cloth

圖5 摩擦布表面示意圖Fig.5 Top image of the rubbing cloth

SD)附近的摩擦弱區(qū)明顯異常[6]，表現(xiàn)為固定位置摩擦Mura(圖6)。

圖6 摩擦Mura原理Fig.6 Rubbing Mura mechanism

4 實 驗

實驗在G6 TFT-LCD工廠進行測試，主要從Pad各膜層對摩擦布的損傷進行研究，對ITO、段差、過孔密度3方面進行實驗測試，實驗結果由相同人員在面板狀態(tài)或者膜面狀態(tài)判定摩擦Mura發(fā)生率[7]。

4.1 ITO和段差的影響

將Pad端各膜層拆分，采用陣列工廠只做ITO層和不做ITO層兩種TFT基板，以及成盒工廠配向膜全覆蓋Pad等方法(表1)，每種條件都用新摩擦布進行摩擦工藝。

表1 膜層拆分實驗設計Tab.1 Experimental design of layer separation

4.2 過孔密度

一般面板上由20個ET Pad組成，5個Pad 為一組設計為不同過孔密度，且過孔密度依次增加，a

表2 過孔密度測試方案Tab.2 Via-hole density experiment

5 結果與討論

5.1 ITO和段差影響測試結果

陣列工廠生產(chǎn)ITO和段差拆分的玻璃基板以及成盒工廠的配向膜全覆蓋，測 摩擦Mura結果(圖7)。

圖7 ITO和段差影響測試結果Fig.7 Test results of ITO material and height

從圖7可以看出：ITO和段差對摩擦Mura均有影響。只有段差時，摩擦Mura發(fā)生率為2%；只有ITO時，摩擦Mura發(fā)生率為3.0%；ITO和段差同時存在，摩擦Mura發(fā)生率為5%?？梢源_定ITO和段差對摩擦Mura 均有影響。

ITO的影響方式：

只有ITO的TFT玻璃基板，摩擦Mura發(fā)生嚴重程度與摩擦方向上的ITO長度相匹配，ITO長度越長，摩擦Mura越嚴重(圖8)。

圖8 不同ITO長度對摩擦Mura影響結果Fig.8 Test results of different ITO length

從圖8可以看出：a=b，Mura 基本不可見;a=b

在摩擦方向上，ITO長度影響Mura，ITO長度越長(c>a=b)，摩擦過程中ITO和布作用的時間越長，ITO對布損耗越大(圖9)，容易產(chǎn)生摩擦Mura。

圖9 摩擦過程中ITO影響方式Fig.9 Influence of ITO in rubbing process

圖10 摩擦過程中段差影響結果Fig.10 Test results of different height

段差影響方式：

只有段差的玻璃基板，摩擦Mura程度可見，段差越大的位置Mura越嚴重(圖10)。

ITO和段差共同影響方式：

兩因子共同存在(ITO 細條裝設計)的摩擦Mura的測試結果如圖11和圖12所示。

圖11 摩擦過程中ITO&段差影響結果Fig.11 Test results of ITO & height

圖12 ITO和段差同時存在的設計方案Fig.12 Design of ITO & height

從圖10和圖11可以看出：摩擦Mura為單個細線，與ITO的形狀相同。所以段差和ITO同時存在時，ITO的影響更加明顯。

5.2 過孔密度影響方式

從圖13可以看出：過孔密度對摩擦Mura有影響，過孔密度越大則Mura越明顯。一般Pad上過孔直徑為5 μm(圖14), 摩擦布毛直徑為11 μm[8])，在摩擦布經(jīng)過過孔時，布在過孔周邊摩擦，不同過孔密度和摩擦布作用對布的損傷程度不同。

圖13 過孔密度測試結果Fig.13 Test results of via-hole density

過孔的影響方式：

過孔有ITO搭接，在摩擦過程中，過孔密度越小對摩擦布損傷越小，不良發(fā)生率越低。

3個影響因子的影響方式如下：

ITO：ITO屬于金屬材質，ITO長度越長，和布作用的時間越長，對摩擦布損耗越大；

段差：摩擦布經(jīng)過段差時受損，且ITO的影響比段差影響明顯；

過孔：過孔有ITO搭接，過孔孔徑一般為5 μm，摩擦布毛直徑為11 μm[9](圖14)，摩擦過程中ITO過孔密度越小則對布損傷越小。

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

6 Pad優(yōu)化設計測試

在G6工廠以15.0FHD產(chǎn)品對同邊電路側所有Pad優(yōu)化設計，方案如下：

(1)DP側ITO填充；

(2)摩擦方向Pad方向沒有段差；

(3)過孔稀疏設計,且保證均一。

從Ag膠位置、ET Pad 、IC 和FPC位置共同考慮，優(yōu)化方法如表3所示。

表3 設計優(yōu)化具體操作方案Tab.3 Specific operation plan of design

選取摩擦布壽命分別為1，30，60，110 進行摩擦配向，面板點亮時對每種條件的Mura情況判定等級。從圖13可以看出，優(yōu)化設計比非優(yōu)化設計Mura發(fā)生率從5%降低到0%，表明同邊電路側Pad設計優(yōu)化大大提升了面板的品質。

圖15 15.0 FHD 改善后的摩擦Mura測試結果Fig.15 Test result of improved Rubbing Mura

Pad優(yōu)化設計從根本上改善了摩擦Mura，其它產(chǎn)品Pad設計可以參考這種方法直接進行Pad優(yōu)化設計，從產(chǎn)品設計階段就規(guī)避不良發(fā)生，提升產(chǎn)品畫質。

7 結 論

本文通過理論分析和實驗驗證，明確了摩擦Mura產(chǎn)生的原理以及影響因子，據(jù)此找到了從設計上規(guī)避摩擦Mura的方法，主要從ITO、段差、過孔3個方面優(yōu)化：ITO補齊；段差越小越好；過孔密度越稀疏越好。設計優(yōu)化方式使這種固定位置摩擦Mura從根本上徹底解決，在G6工廠15.0FHD產(chǎn)品上測試取得了明顯的效果，產(chǎn)品畫質提升，Mura發(fā)生率從5%降到0%。同時形成了摩擦Mura設計規(guī)則，并且這種理論依據(jù)可以進一步推廣，尤其是在高端ADS產(chǎn)品(有機膜產(chǎn)品&9 mask 產(chǎn)品)以及其他工廠都具有重要的參考意義。