唐勝果，趙 曼，王明明，趙 輝，錢(qián)小麗，李 蘭，李 倩，趙凱旋，徐海豐，余麗霞

(合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥 230012)

1 引 言

TFT-LCD作為顯示領(lǐng)域重要的一部分，其顯示技術(shù)按顯示原理可分為T(mén)N模式、IPS模式和VA模式，IPS模式又逐漸衍生出高級(jí)超維場(chǎng)技術(shù)(Advanced super Dimension Switch，ADS)。ADS由于其高的穿透率，寬視角等優(yōu)勢(shì)而用于具有高分辨率的高端產(chǎn)品上[1]。TN 模式L0畫(huà)面(黑畫(huà)面)時(shí)為高電平狀態(tài)。液晶偏轉(zhuǎn)完全由電場(chǎng)控制[5]。因此，TN模式下幾乎無(wú)L0漏光；然而，ADS模式L0畫(huà)面時(shí)為低電平狀態(tài)，此時(shí)TFT處于關(guān)閉狀態(tài)，LCD 兩極板無(wú)電壓加持。液晶偏轉(zhuǎn)受到液晶材料、PI原材、PI涂布及其摩擦工藝和面板翹曲等諸多因素影響。以上因素的任何變動(dòng)則可能影響局部透過(guò)率，在視覺(jué)上產(chǎn)生漏光。這種暗黑狀態(tài)下漏光(L0漏光)的存在會(huì)嚴(yán)重降低整個(gè)顯示屏的視覺(jué)效果[2]。尤其是無(wú)邊ADS 模式產(chǎn)品，因其特殊的模組結(jié)構(gòu)使L0漏光更嚴(yán)重。

COG Mura(或Curtain Mura)是一種常見(jiàn)的L0漏光，業(yè)界對(duì)其研究也較充分。COG 封裝時(shí)，加熱刀頭將175 ℃ & 7 MPa施加IC芯片上，各向異性導(dǎo)電膠(ACF)在高熱下融化，并在高壓下通過(guò)金球?qū)崿F(xiàn)IC引腳與面板金手指導(dǎo)通。隨后的冷卻將使ACF重新固化。在由熱轉(zhuǎn)冷急速切換過(guò)程中，IC與面板的不同收縮率使IC 周邊面板形成應(yīng)力，導(dǎo)致朝IC一側(cè)翹曲[3]。上海交通大學(xué)尹剛認(rèn)為，翹曲將影響盒厚，盒厚局部不均導(dǎo)致L0漏光[4]。臺(tái)灣交通大學(xué)王圣雅通過(guò)對(duì)翹曲條件下盒厚、液晶預(yù)傾角和扭曲角行為模式的深入研究，發(fā)現(xiàn)翹曲處液晶扭曲角變化將導(dǎo)致透過(guò)率隨之變化。王圣雅認(rèn)為這是COG Mura形成的關(guān)鍵因素[5]。因此，COG Mura可從改善COG綁定翹曲和增加液晶扭曲角穩(wěn)定性?xún)煞矫鎭?lái)改善。改善綁定翹曲的方法有使用低溫ACF、降低綁定載臺(tái)與加熱刀頭的溫度差等[4,6]。除以上措施，筆者在改善筆記本產(chǎn)品 COG Mura時(shí)，驗(yàn)證過(guò)調(diào)整IC 綁定位置與減薄IC等措施，均取得不錯(cuò)效果。增加液晶扭曲角穩(wěn)定性方面，王圣雅針對(duì)常黑模式產(chǎn)品，采用軟件模擬出當(dāng)盒厚為5.1 μm、扭曲角為90°時(shí)，盒厚從4.5 μm變化到5.5 μm，透過(guò)率變化小于2%，最大化地減小了盒厚變化對(duì)透過(guò)率的影響。 從而使COG Mura 程度降至最低[5]。

相對(duì)于有邊框產(chǎn)品(面板四周有膠帶或前框固定或支撐)，無(wú)邊框液晶模組則直接通過(guò)泡棉貼附在背光上。背光形變將直接傳導(dǎo)至面板，使面板四周產(chǎn)生翹曲(在面內(nèi)，面板不與背光直接接觸，因此背光面內(nèi)變形不會(huì)影響面板翹曲)，從而通過(guò)改變盒厚均勻性而產(chǎn)生L0漏光。若直接從改善背光平坦度入手則因背板沖壓工藝限制而難以實(shí)現(xiàn)[7]。因L0漏光產(chǎn)生的直接原因不同，以上降低IC引腳周邊面板翹曲措施不能直接衍生到無(wú)邊框產(chǎn)品周邊L0漏光的改善上。王圣雅等人通過(guò)軟件模擬，得到使透過(guò)率變化最小的盒厚值[5]，可惜這一工作未實(shí)際應(yīng)用到L0漏光的改善上。受此啟發(fā)，本文將運(yùn)用田口法來(lái)探討無(wú)邊框產(chǎn)品L0漏光的改善。

2 田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 田口方法簡(jiǎn)介

圖1 無(wú)邊框模組L0漏光Fig.1 Borderless L0 light leakage

田口玄一(Genichi Taguchi)把數(shù)理統(tǒng)計(jì)應(yīng)用到產(chǎn)品質(zhì)量改善中 ，提出了獨(dú)特的質(zhì)量控制方法。即通過(guò)參數(shù)選擇、確定實(shí)驗(yàn)方案，以均值和信噪比(S/N)為分析指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)減小目標(biāo)值的變異，即減小不可控因素對(duì)目標(biāo)值的影響，增強(qiáng)產(chǎn)品的抗干擾能力[8]。信噪比代表的性能特性可分為望目、望大和望小。當(dāng)研究的目的是減少?lài)@規(guī)定目標(biāo)值的變異時(shí)用望目特性，當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)為最大(最小)化時(shí)，用望大(望小)特性[9]。對(duì)于望目特性，田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)分兩步實(shí)現(xiàn)：先利用控制因子降低變異；再利用調(diào)整因子調(diào)整均值至目標(biāo)值。對(duì)于望大(望小)特性，只需考慮信噪比最大化。本文通過(guò)對(duì)影響面板透過(guò)率的各因子的選擇及其水平的合理設(shè)置，在田口法架構(gòu)下來(lái)探討提升面板透過(guò)率抗翹曲干擾的能力，從而改善無(wú)邊框液晶模組L0漏光水平。無(wú)邊框液晶模組L0漏光如圖1所示。

2.2 影響因子選擇及水平設(shè)置

面板翹曲處透過(guò)率與其他區(qū)域的差異是產(chǎn)生L0漏光的根本原因[5]。本文將從影響面板透過(guò)率的各因素入手，探討影響L0漏光的影響因子，并在參數(shù)規(guī)格范圍內(nèi)設(shè)置諸因子水平，詳見(jiàn)表1。

ADS模式下透過(guò)率如式(1)所示[10]。面板透過(guò)率受到液晶扭曲角ψ，液晶的雙折射率Δn及盒厚d的影響。

(1)

在此基礎(chǔ)上，同時(shí)參考生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，筆者梳理了影響面板透過(guò)率的因果關(guān)系，如圖2所示。

圖2 L0漏光因果關(guān)系圖Fig.2 Tree plot of L0 light leakage

如圖2所示，引起面板透過(guò)率變化的原因有偏光片、液晶扭曲角和盒厚3個(gè)方面。具體到偏光片對(duì)面板透過(guò)率影響，因面板翹曲，導(dǎo)致原本應(yīng)垂直穿透上、下偏光片的光線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而可能導(dǎo)致翹曲位置光線透過(guò)率變化，有可能產(chǎn)生L0漏光。對(duì)此，王圣雅將不含液晶的空盒綁定 IC 后發(fā)現(xiàn)無(wú)COG Mura(L0漏光)，證實(shí)面板翹曲引起的光線偏轉(zhuǎn)不足以導(dǎo)致L0漏光[5]。在液晶扭曲角方面，一般來(lái)說(shuō)，正向液晶透過(guò)率低但響應(yīng)速度快，負(fù)向液晶則反之。目前有液晶廠商采用正、負(fù)液晶按一定比例混合來(lái)平衡透過(guò)率與響應(yīng)速度。PI 種類(lèi)及厚度、摩擦強(qiáng)度變化等通過(guò)改變與液晶分子作用力從而影響液晶偏轉(zhuǎn)的難易。PI極性越強(qiáng)、厚度越厚，摩擦強(qiáng)度越高對(duì)液晶的作用力越強(qiáng)，對(duì)液晶的錨定作用也就越強(qiáng)。盒厚方面， ADS顯示模式下，面板透過(guò)率隨盒厚增加而增大。

2.3 噪聲因子測(cè)量及水平設(shè)置

2.3.1 Panel翹曲測(cè)量

采用Twyman-Green干涉儀測(cè)試無(wú)邊框液晶模組 L0漏光處面板翹曲度。Twyman-Green干涉法作為一種高靈敏度的光學(xué)方法，是用來(lái)測(cè)試鏡面形變的方法之一。其系統(tǒng)架構(gòu)及光學(xué)路徑如圖3所示：半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束，然后通過(guò)分束器被分成光束1和光束2。光束1被參考物鏡反射，透過(guò)分束器形成光束1′，而光束2則被待測(cè)樣品表面反射，再經(jīng)分束器的反射形成光束2′。1和2這兩束光束光強(qiáng)還較強(qiáng)，再經(jīng)過(guò)成像物鏡，

表1 影響Panel透過(guò)率因子選擇及對(duì)應(yīng)水平設(shè)置Tab.1 Impact factors and their levels

※水平1為量產(chǎn)條件

圖3 泰曼-格林干涉原理光路圖Fig.3 Optical scheme of the Twyman-Green interference principle

這樣在CMOS傳感器表面形成干涉條紋[13]。干涉條紋可按如下定量關(guān)系來(lái)表征被測(cè)樣本形變量[5]：

(2)

W(x,y)為x-y平面上的形變量，λ為平行激光束波長(zhǎng)，N(x,y)為干涉條紋順序。本文所用干涉儀激光波長(zhǎng)λ為0.632 μm，根據(jù)式(2)，單個(gè)干涉條紋表示0.316 μm的形變量。

2.3.2 翹曲水平設(shè)置

L0漏光程度可借助ND濾光片目視區(qū)分。各水平L0漏光及對(duì)應(yīng)發(fā)生率參考表2。特別地，L0漏光程度超過(guò)Level 3時(shí)客戶(hù)拒收。因此，改善前L0漏光不良率為6.2%。

表2 L0漏光程度區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)發(fā)生率Tab.2 Distinguish standard and corresponding incidence ratio of L0 light leakage

考慮不同程度L0漏光比率及可接受程度，分別選取漏光程度為L(zhǎng)evel 1、Level 2和Level 3的無(wú)邊框模組各30 片測(cè)試漏光處翹曲度。數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D4所示Level 1 L0漏光程度下對(duì)應(yīng)翹曲1.8～2.1 μm；Level 2 L0漏光程度下對(duì)應(yīng)翹曲4.3～6.3 μm；Level 3 L0漏光程度下對(duì)應(yīng)翹曲5.7～8.0 μm。其中，Level 2和Level 3對(duì)應(yīng)翹曲度有部分重疊。將L0漏光程度Level 1、Level 2和Level 3分別記為1，2，3，并在Jump 14上將其標(biāo)識(shí)為連續(xù)型數(shù)據(jù)。將已設(shè)置為連續(xù)型數(shù)據(jù)的L0漏光水平與對(duì)應(yīng)面板翹曲進(jìn)行線性擬合，擬合效果如圖4虛線段及表3所示：線性擬合時(shí)R2=0.78，說(shuō)明線性擬合對(duì)變異解釋能力不夠(統(tǒng)計(jì)上一般要求R2>0.80，其值越大說(shuō)明模型對(duì)變異的解釋能力越充分)，失擬P<0.01，說(shuō)明該模型還存在失擬情況，需要考慮二次擬合。二次擬合后R2=0.83，擬合能力滿(mǎn)足要求。從圖4二次擬合曲線可以看出， L0漏光先隨翹曲度增加而顯著增加，當(dāng)翹曲大于6 μm時(shí)，L0漏光程度則呈現(xiàn)緩慢增加，且不同漏光程度對(duì)應(yīng)翹曲存在交疊。因此，考慮Level 4因比例低而難以挑選樣本(參考表2)，同時(shí)結(jié)合這一變化趨勢(shì)，分別選取L1及L3對(duì)應(yīng)翹曲1.8～2.1 μm及6.4～8.0 μm作為噪聲因子的高、低水平。

圖4 L0漏光程度與翹曲線性&二次擬合曲線Fig.4 Linear and quadratic fitting curve of L0 leakage level and warship

表3 線性及二次擬合方式及其對(duì)應(yīng)擬合效果Tab.3 Linear and quadratic fit effectiveness

2.4 田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從以上對(duì)影響因子及噪聲因子分析及水平設(shè)置，內(nèi)直交表可選用L8(27)，噪聲因子翹曲則選用兩水平，每個(gè)內(nèi)表試驗(yàn)運(yùn)行5次。每次運(yùn)行及對(duì)應(yīng)L0漏光程度見(jiàn)表4。

表4 田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及對(duì)應(yīng)漏光水平Tab.4 Taguchi experiment and its corresponding L0 light leakage

3 結(jié)果分析

3.1 效應(yīng)匯總

采用Jump14對(duì)表4數(shù)據(jù)各影響因子主效應(yīng)進(jìn)行分析。圖5(a)為模型優(yōu)化前的效應(yīng)匯總。之所以不顯示P值，是因?yàn)?次試驗(yàn)共7個(gè)自由度，7因子時(shí)沒(méi)有自由度分配給誤差項(xiàng)。對(duì)該模型進(jìn)行優(yōu)化：先項(xiàng)刪除平方和最低的次項(xiàng)，再逐項(xiàng)刪除顯著性水平α>0.1的次項(xiàng)。簡(jiǎn)化后的模型如圖5(b)所示?？梢钥闯?，PI膜厚，預(yù)固化溫度，預(yù)固化時(shí)間，TFT&CF 面摩擦強(qiáng)度均為顯著因子。

圖5 模型簡(jiǎn)化前(a)后(b)各影響因子的效應(yīng)匯總Fig.5 Significance testing of impact factors before (a) and after (b) model simplification

3.2 數(shù)據(jù)分析

從表5可以看出，均值擬合模型對(duì)變異解釋能力為0.89，能力充分。方差分析顯示概率>F為0.003，說(shuō)明模型有效。從效應(yīng)檢驗(yàn)來(lái)看，因子PI 膜厚、 預(yù)固化溫度、TFT & CF面摩擦強(qiáng)度對(duì)均值顯著(α=0.1)。L0漏光平均水平預(yù)測(cè)公式如式(3): 當(dāng)PI膜厚、預(yù)固化溫度、TFT & CF面摩擦強(qiáng)度均取高水平時(shí)，L0漏光預(yù)測(cè)均值為0.96。

表5 均值的擬合匯總、方差分析和效應(yīng)檢驗(yàn)Tab.5 Fitting result, variance analysis and simple effect test of average of L0 light leakage

(3)

表6 S/N的擬合匯總、方差分析和效應(yīng)檢驗(yàn)Tab.6 Fitting result，variance analysis and simple effect test of S/N of L0 light leakage

從表6可以看出，S/N擬合模型對(duì)變異解釋能力為0.93，能力充分。方差分析顯示概率>F為0.01，說(shuō)明模型有效。從效應(yīng)檢驗(yàn)來(lái)看，因子PI 膜厚，預(yù)固化溫度，預(yù)固化時(shí)間對(duì)信噪比在統(tǒng)計(jì)上是顯著(α=0.1)。S/N預(yù)測(cè)值如公式(4)所示：可以預(yù)測(cè)，不考慮其它非顯著因子，當(dāng)預(yù)固化溫度和PI 膜厚取高水平，預(yù)固化時(shí)間取低水平時(shí)可預(yù)測(cè)S/N最小值為-3.12。

(4)

3.3 小 結(jié)

田口方法將控制因子按其用途分為4類(lèi)：第一類(lèi)是對(duì)S/N和均值都顯著影響的因子，選擇最大化S/N比用于控制變異；第二類(lèi)是對(duì)S/N沒(méi)有影響，但對(duì)均值有顯著影響的因子，稱(chēng)為調(diào)節(jié)因子，用于將輸出調(diào)整至目標(biāo)值；第三類(lèi)是對(duì)S/N有顯著影響，但對(duì)均值無(wú)影響的因子，稱(chēng)為散度因子，選擇最大化S/N比用于控制變異；第四類(lèi)是對(duì)S/N和均值均無(wú)顯著影響的因子，可以從其他方面來(lái)考慮他們的控制水平，如控制成本等。

表7 影響因子作用及水平選擇Tab.7 Impact factors’ application and its corresponding optimized parameter

從表7可以看出，預(yù)固化溫度、PI 膜厚既是散度因子又是調(diào)節(jié)因子；預(yù)固化時(shí)間是散度因子；TFT & CF 面摩擦強(qiáng)度是調(diào)節(jié)因子；摩擦布則對(duì)S/N和均值均不顯著。因此，最優(yōu)化參數(shù)組合為預(yù)固化溫度設(shè)置為140 ℃，預(yù)固化時(shí)間設(shè)置為130 s，PI 膜厚設(shè)置為75 nm，TFT 面摩擦強(qiáng)度設(shè)置為14 mm，CF 面摩擦強(qiáng)度為15.5 mm，摩擦布仍維持量產(chǎn)條件。利用Jump 14預(yù)測(cè)刻畫(huà)器對(duì)因子水平進(jìn)行如上設(shè)置?？深A(yù)測(cè)最大S/N值為-2.98，預(yù)測(cè)均值為0.98。

4 改善效果驗(yàn)證

4.1 改善前后S/N、均值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

表8為預(yù)測(cè)S/N、均值與改善后S/N、均值實(shí)測(cè)值對(duì)比。改善前，預(yù)測(cè)均值為2.46，實(shí)驗(yàn)值為2.25；預(yù)測(cè)S/N為-8.69，實(shí)驗(yàn)值為-7.62。改善后預(yù)測(cè)均值為0.98，實(shí)驗(yàn)值為1.04；預(yù)測(cè)S/N為-2.98，實(shí)測(cè)為-2.63。預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

表8 預(yù)測(cè)S/N、均值與改善后S/N、均值實(shí)驗(yàn)值對(duì)比Tab.8 Comparison between predicted value and measured values of S/N and average after parameter optimized

4.2 改善后L0漏光不良率

分別測(cè)量漏光程度大于Level 2的改善前的面板翹曲和漏光程度大于 Level1的改善后的面板翹曲，記錄翹曲為6.4～8.0 μm L0時(shí)對(duì)應(yīng)L0漏光程度，各收集30片。通過(guò)計(jì)算L0水平漏光均值及標(biāo)準(zhǔn)差，正態(tài)模式下計(jì)算漏光程度大于Level 3的不良品比例。如表9所示，改善前均值為3.07，標(biāo)準(zhǔn)差0.74。在6.4～8.0 μm L0漏光高發(fā)區(qū)間內(nèi)，可推測(cè)Level大于3的不良率為53.6%；改善后均值為1.7，標(biāo)準(zhǔn)差0.59，推算不良率為1.5%。改善前L0漏光程度大于Level 3的不良率為6.2%(參考表2)，以上可以進(jìn)一步推算改善后L0漏光不良率0.2%，改善幅度達(dá)到預(yù)期。

表9 改善后L0漏光不良率

Tab.9 Reject ration of L0 light leakage after parameters optimized

控制因子均值標(biāo)準(zhǔn)差>Level 3 占比不良率/%改善前3.070.7453.6%6.3改善后1.700.591.5%0.2

5 結(jié) 論

為改善無(wú)邊框液晶模組L0漏光，本文通過(guò)對(duì)影響面板透過(guò)率的液晶材料、PI原材、ODF、PI涂布及其摩擦工藝等諸多因素進(jìn)行研究，篩選出預(yù)固化溫度、預(yù)固化時(shí)間、PI 膜厚、TFT 面摩擦強(qiáng)度、CF 面摩擦強(qiáng)度、TFT 摩擦布，CF摩擦布共7個(gè)影響因子。選擇面板翹曲為噪聲因子，通過(guò)測(cè)量不同程度L0漏光對(duì)應(yīng)的面板翹曲，并對(duì)L0漏光程度與翹曲進(jìn)行二次擬合，以此分別選取翹曲為1.8～2.1 μm及6.4～8.0 μm的面板作為噪聲因子高低水平。按L8設(shè)計(jì)田口實(shí)驗(yàn)，采用Jump14運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果顯示，預(yù)固化溫度設(shè)置為140 ℃，預(yù)固化時(shí)間設(shè)置130 s，PI 膜厚設(shè)置為75 nm，TFT 面摩擦強(qiáng)度設(shè)置為14 mm，CF 面摩擦強(qiáng)度設(shè)置為15.5 mm，其他參數(shù)維持量產(chǎn)條件時(shí)，S/N可得到最大值-2.63，該條件下實(shí)際平均漏光水平從參數(shù)調(diào)整前的2.25下降到調(diào)整后的1.04。特別地，在漏光高發(fā)的翹曲區(qū)域，即6.4～8.0 μm時(shí)，L0漏光程度均值從3.07下降到1.7，預(yù)測(cè)漏光程度大于level 3的不良率從6.2%下降到0.2%。