當(dāng)下是智能汽車盛行的時代,車內(nèi)的中控、儀表、后排娛樂、空調(diào)、后視鏡、扶手、電子后視鏡等均對顯示屏需求增多,且存在大屏化、高清化、交互化、多屏化、多形態(tài)化五大發(fā)展趨勢!。尤其對液晶顯示模組的畫質(zhì)要求較高,黑態(tài)均勻性 60% 的規(guī)格已作為高規(guī)車系必須達(dá)到的一個重要指標(biāo)。

黑態(tài)漏光，即液晶顯示面板 (TFT-LCD Panel)在黑態(tài)(顯示灰階為０)的情況下，由于液晶模式、玻璃材料、機(jī)械結(jié)構(gòu)、工藝方式等多方面原因造成的漏光現(xiàn)象。根據(jù)人的視覺系統(tǒng)，在亮度越低的狀態(tài)下，人眼感覺到的亮度不均勻現(xiàn)象就越明顯。黑態(tài)漏光直接導(dǎo)致黑態(tài)均勻性差，這不是僅解決工藝過程瑕疵就可以避免的，有著較為復(fù)雜的原因和解決方法。

1

黑態(tài)漏光產(chǎn)生機(jī)理

當(dāng)玻璃內(nèi)存在應(yīng)力，其介電常數(shù)與折射率會發(fā)生變化，這便是光彈效應(yīng)，產(chǎn)生的光學(xué)延遲量和應(yīng)力關(guān)系式如下:

其中：C 為玻璃的光彈性系數(shù)，只與玻璃材質(zhì)相關(guān)，t為玻璃厚度，σ為玻璃應(yīng)力大小。根據(jù)關(guān)系式可知，降低玻璃的光彈性系數(shù)、減小玻璃厚度或內(nèi)應(yīng)力，均有利于減小相位延遲量，從而改善因玻璃應(yīng)力產(chǎn)生的漏光。

1.1

玻璃的應(yīng)力雙折射

有些光學(xué)各向同性的透明材料，如玻璃、塑料、環(huán)氧樹脂等，當(dāng)它們內(nèi)部有應(yīng)力時就會呈現(xiàn)出各向異性，便會出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力雙折射，受力方向即為光軸方向，如下圖所示：

1.2

液晶特性變化

在理想狀態(tài)時，由于通過起偏片的線偏振光的振動方向與液晶指向矢垂直,其振動方向不會發(fā)生改變，液晶層的扭轉(zhuǎn)角為０°。但是當(dāng)液晶面板存在內(nèi)應(yīng)力或受外力時，液晶層會產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)角，受力區(qū)域附近的液晶分子排列受到影響，液晶分子的指向矢的方向發(fā)生改變，線偏光振動方向發(fā)生變化，進(jìn)而光線漏出形成漏光。

如下圖所示,當(dāng)玻璃受力時，射出起偏片的線偏振光會在陣列基板(TFT 玻璃)、液晶層、彩膜基板(CF 玻璃)發(fā)生雙折射，射出彩膜基板時表現(xiàn)為4對偏振方向相互垂直的線偏振光，這4對偏振光在穿出彩膜基板時，每對線偏光因光程差進(jìn)而合成為4條橢圓偏振光且橢圓偏振光的波面平行于 XOY 平面，4條橢圓偏振光經(jīng)過檢偏片后形成4條線偏振光，由于這4條線偏振光的振動方向平行，可合成為1條線偏振光，產(chǎn)生亮度,進(jìn)而表現(xiàn)出漏光不良產(chǎn)生亮度，進(jìn)而表現(xiàn)出漏光不良。

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黑態(tài)漏光機(jī)構(gòu)方面改善對策

2.1

平整度

平整度主要為背光平整度和鐵框平整度，異常時，可造成液晶面板受力，對應(yīng)位置產(chǎn)生黑態(tài)漏光。背光來料時，檢測出不同平整度的背光和鐵框，采用單一變量(其他組件選取最優(yōu)條件)組成模組，測試其黑態(tài)均勻性，下圖為一款車載７inch(１inch＝25.4mm)項目中不同平整度對應(yīng)的黑態(tài)均勻性。

從上圖中可看出,當(dāng)鐵框平整度≤0.24 mm，背光平整度≤0.27mm 時，黑態(tài)均勻性≥50％；為提升黑態(tài)均勻性，對背光平整度管控要求如下：一般７inch以下0.2mm，７~12.3in為0.25 mm，12.3in以上0.35 mm；通常鐵框的平整度要求0.2-0.3 mm。實際使用中在平整度的規(guī)格制定時需同時考慮供應(yīng)商的能力及液晶面板對平整度的敏感度。

2.2

背光卡扣設(shè)計

某些不良品中黑態(tài)漏光發(fā)生在角落，分析為角落卡扣開口及與角落距離過大引起的膠框翹起，形成漏光，因此需要按照下圖方式采用閉口設(shè)計，同時卡扣與角落距離不易過大，在一款車載９inch項目中將距離由15mm 改為8 mm。

黑態(tài)均勻性變化如下圖，提升約20％。

2.3

緩沖泡棉膠帶設(shè)計

背光緩沖膠帶可降低背光平整度異常對漏光的影響，設(shè)計相關(guān)性較大的為背膠方式、膠帶壓縮量及粘性。背膠方式主要指與液晶面板接觸面，可分為全背膠、不背膠、分段背膠，主要配合0.8mm、0.6mm、0.4mm厚的泡棉膠帶，采用同一批平整度0.25 mm BLU 分別組成模組,測試其黑態(tài)均勻性如下圖所示:

實驗表明泡棉壓縮量越大，對平整度適應(yīng)能力越強(qiáng)，為避免黑態(tài)漏光，壓縮量應(yīng)大于背光平整度管控上限，一般平整度管控 0.2~0.3 mm，根據(jù)泡棉壓縮比計算，建議泡棉厚度管控 0.6 mm 以上。

泡棉背膠面積和粘性越大，背光平整度異常時形成的應(yīng)力越大，漏光風(fēng)險越大，因此背光設(shè)計中建議采用低粘性背膠或不背膠，若考慮異物風(fēng)險，可采用分段背膠。

2.4

FPC 應(yīng)力改善

柔性電路板綁定(FPCBonding)區(qū)域有較長的空白(Dummy)區(qū),無實際線路連接,但彎折區(qū)過長,彎折后應(yīng)力增大,分段設(shè)計應(yīng)力較小,實際產(chǎn)品漏光也相對輕微。

Base Film's PI(polyimidefilm)厚度：FPC 在彎折區(qū)PI的厚度，直接影響 FPC 反折應(yīng)力，現(xiàn)進(jìn)行PI厚度為０μm、25μm 和75μm的黑態(tài)均勻性的研究，從下圖 可以看出：彎折區(qū)PI厚度越薄，其黑態(tài)均勻性更佳，０μm 較25μm黑態(tài)均勻性可提升約４％。在實際使用時，需綜合考試其 FOG bonding、FPC 抗彎折性能、FPC 本身線路保護(hù)，不過目前建議采用25μm。

FPC 彎折長度：實際設(shè)計中 FPC 長度計算應(yīng)考慮各部件公差 FPC 過緊或過松均有可能造成不良，因此實際 FPC 設(shè)計中須預(yù)留足夠 FPC 彎折長度，避免公差波動，造成FPC 與膠框干涉拉緊，形成應(yīng)力，加重漏光。在FPC長度設(shè)計時，保證FPC彎折半徑在0.5mm 以上，F(xiàn)PC 彎折后拉扯應(yīng)力會大大減小。

一項目FPC貼附位置下調(diào)0.6mm，F(xiàn)PC 在膠框角落彎折半徑增大，拉扯應(yīng)力減小，不良由10％降低到1％以內(nèi)，下圖是貼附后 FPC 邊緣距離對位基準(zhǔn)線(mark 線)不同距離的黑態(tài)均勻性。

2.5

璃厚度減薄

玻璃厚度減少能減小液晶面板受力形變時內(nèi)部應(yīng)力，增強(qiáng)液晶面板對形變承受能力，有效改善黑態(tài)漏光；在相同形變情況下，薄玻璃較厚玻璃內(nèi)部應(yīng)力小。

由公式可知影響相位差△φ大小主要參數(shù)為F（受力）和d（玻璃厚度）。

（1）減少應(yīng)力

當(dāng)玻璃厚度一定時，減少F，相位差△φ也相應(yīng)減小，即漏光程度(光透過率)減小，mura 表現(xiàn)越好。

（2）玻璃薄化

當(dāng)受力一定的情況下，玻璃d越薄，相位差△φ越小，即漏光程度(光透過率)也就越小。

在變形量一樣的情況下,厚度減少一半，玻璃受力變?yōu)樵瓉淼?/8，玻璃內(nèi)部應(yīng)力明顯降低，可以有效改善漏光的發(fā)生。實際樣品驗證液晶面板厚度從1.0 mm 減薄到0.5mm，黑態(tài)均勻性提升約13％,如圖所示：

2.6

下偏光片(Polarizer)尺寸增大

泡棉直接與液晶面板接觸，形變時應(yīng)力直接作用于液晶面板上，應(yīng)力集中且易造成面板盒內(nèi)變化，下偏光片和背光泡棉接觸，應(yīng)力作用到偏光片上后被分散，單位面積應(yīng)力減小且偏光片本身也增強(qiáng)了液晶面板的強(qiáng)度，進(jìn)而利于改善黑態(tài)漏光。實際改善中下偏光片尺寸增大，黑態(tài)均勻性數(shù)據(jù)會提升約３％。

另一方面，偏光片對不同方向的極化光吸收系數(shù)不同，對光起到偏振作用8。因不同的疊層設(shè)計或采用的材質(zhì)不同，偏光片在溫度變化過程中的收縮率存在差異，因此在車載模組老化工藝(70C 4 h)中，液晶屏?xí)a(chǎn)生翹曲，進(jìn)而在后續(xù)組裝和貼合工藝中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

老化時會引起上下偏光片的收縮，室溫放置后吸濕膨脹，因上下偏光片材質(zhì)不同，其收縮膨脹率存在差異,如下圖所示：

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黑態(tài)漏光工藝端改善對策

3.1

對盒機(jī)械臂運(yùn)行速度

液晶屏本身漏光主要發(fā)生在周邊，主要原因是在液晶滴注制程工藝中，通過機(jī)械臂將成盒基板抬升，由另一個機(jī)械臂取出，并搬運(yùn)進(jìn) UV固化爐進(jìn)行框膠固化。在整個搬運(yùn)過程中框膠尚未固化，其運(yùn)行速度過快會造成玻璃內(nèi)應(yīng)力和翹曲。運(yùn)行狀態(tài)分為三個階段：

運(yùn)行速度一(空載上升):機(jī)械臂位于對盒機(jī)臺平面下方，上升接觸到基板前的初始速度；

運(yùn)行速度二：機(jī)械臂接觸到基板后，離開對盒機(jī)臺后速度提升，將基板抬升；

運(yùn)行速度三：基板抬升至最高位置，如下圖。

從下表中可得出，降低第一階段速度，黑態(tài)均勻性均值提高 7.6%。降低第二、三階段速度，黑態(tài)均性均值僅提高 0.8%，說明機(jī)械臂運(yùn)行第一階段的速度對黑態(tài)均勻性的影響最為顯著。

分析原因是因為陣列基板和彩膜基板在對盒腔體中真空對盒后，由于對盒基板會吸附在對盒機(jī)臺上，若機(jī)械臂第一階段運(yùn)行速度過大，基板在抬升離開對盒臺面過程中的形變會越大，導(dǎo)致框膠的應(yīng)力分布不均，液晶屏的翹曲及漏光程度會加重。

3.2

IC Bonding工藝

IC 邦定工藝主要參數(shù)是溫度、壓力、時間,邦定過程中，IC 和液晶屏受熱膨脹，因兩者收縮率不一致,導(dǎo)致邦定后玻璃發(fā)生翹曲與內(nèi)應(yīng)力，影響到顯示區(qū)，通常會在IC 附近發(fā)生漏光。

邦定工藝溫度范圍主要是由 ACF 材料決定，ACF 是將導(dǎo)電鎳粒子或外表鍍有金屬的塑膠空心小球混在樹脂中，在受壓力時于垂直的Z 方向?qū)щ?。文中選擇兩款不同溫度的 ACF 進(jìn)行研究,實驗參數(shù)如表 5:

選擇三款 IC 邦定漏光風(fēng)險高的項目，分別使用ACF 型號 A、B 進(jìn)行實驗測試，實驗結(jié)果如下圖，低溫 ACF 型號B可提升黑態(tài)均勻性均值 4%~5.8%，低溫 ACF 在邦定過程中 IC 和液晶屏受到的溫度景響較小，收縮率差異較小，液晶屏產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小故對黑態(tài)均勻性有明顯的改善。

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黑態(tài)漏光盒內(nèi)設(shè)計改善對策

黑態(tài)狀態(tài)下，手指按壓panel表面，panel的長邊會產(chǎn)生mura，外力撤去后，mura仍然存在。這種情況可能與Main PS高度有關(guān)系，在cell gap一定的情況下，Main PS越高，PS壓縮量越大，所承受的壓力越大，當(dāng)Panel發(fā)生形變時（如用手指按壓panel），PS會在TFT測發(fā)生移動，PS承受的壓力越大，所產(chǎn)生的摩擦力越大，此時，外力撤去后，PS不能輕易的移動回原來的位置，TFT側(cè)glass產(chǎn)生殘余應(yīng)力，發(fā)生應(yīng)力雙折射，使進(jìn)入LC的線偏振光變?yōu)榉蔷€性光，即黑態(tài)下，從LC出來的光不再是線偏振光，mura區(qū)域產(chǎn)生漏光，影響黑態(tài)均一性。調(diào)整Main Ps密度可有效改善黑態(tài)漏光問題。

液晶量的調(diào)整有助于提高C4&CFOG Push mura能力，從而提高Panel 的抗應(yīng)力能力，提升黑態(tài)均勻性效果，不過也不能過度調(diào)整，否則模組顯示有發(fā)黃風(fēng)險，效果比較顯著。

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結(jié)束語

隨著顯示行業(yè)發(fā)展，市場對液晶顯示品質(zhì)提出了更高的要求，特別是車載等領(lǐng)域，背光亮度幾乎在10000cd/m2以上，此時顯示裝置的細(xì)微缺陷可能被凸顯進(jìn)而影響畫面顯示品質(zhì)。通過優(yōu)化模組應(yīng)力減小玻璃相位差和液晶相位差，從工藝優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計、盒內(nèi)設(shè)計三個方面進(jìn)行研究，改善車載液晶顯示器模組黑態(tài)均勻性，提升客戶體驗效果。

審核編輯：劉清