LCD Black mura基礎知識

當下是智能汽車盛行的時代,車內的中控、儀表、后排娛樂、空調、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、多形態化五大發展趨勢!。尤其對液晶顯示模組的畫質要求較高,黑態均勻性 60% 的規格已作為高規車系必須達到的一個重要指標。

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

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黑態漏光產生機理

當玻璃內存在應力，其介電常數與折射率會發生變化，這便是光彈效應，產生的光學延遲量和應力關系式如下:

其中：C 為玻璃的光彈性系數，只與玻璃材質相關，t為玻璃厚度，σ為玻璃應力大小。根據關系式可知，降低玻璃的光彈性系數、減小玻璃厚度或內應力，均有利于減小相位延遲量，從而改善因玻璃應力產生的漏光。

1.1

玻璃的應力雙折射

有些光學各向同性的透明材料，如玻璃、塑料、環氧樹脂等，當它們內部有應力時就會呈現出各向異性，便會出現雙折射現象，這種現象稱為應力雙折射，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,其振動方向不會發生改變，液晶層的扭轉角為０°。但是當液晶面板存在內應力或受外力時，液晶層會產生一定的扭轉角，受力區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生改變，線偏光振動方向發生變化，進而光線漏出形成漏光。

如下圖所示,當玻璃受力時，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)發生雙折射，射出彩膜基板時表現為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，產生亮度,進而表現出漏光不良產生亮度，進而表現出漏光不良。

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黑態漏光機構方面改善對策

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，對應位置產生黑態漏光。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(其他組件選取最優條件)組成模組，測試其黑態均勻性，下圖為一款車載７inch(１inch＝25.4mm)項目中不同平整度對應的黑態均勻性。

從上圖中可看出,當鐵框平整度≤0.24 mm，背光平整度≤0.27mm 時，黑態均勻性≥50％；為提升黑態均勻性，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格制定時需同時考慮供應商的能力及液晶面板對平整度的敏感度。

2.2

背光卡扣設計

某些不良品中黑態漏光發生在角落，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。

黑態均勻性變化如下圖，提升約20％。

2.3

緩沖泡棉膠帶設計

背光緩沖膠帶可降低背光平整度異常對漏光的影響，設計相關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，對平整度適應能力越強，為避免黑態漏光，壓縮量應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力越大，漏光風險越大，因此背光設計中建議采用低粘性背膠或不背膠，若考慮異物風險，可采用分段背膠。

2.4

FPC 應力改善

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

Base Film's PI(polyimidefilm)厚度：FPC 在彎折區PI的厚度，直接影響 FPC 反折應力，現進行PI厚度為０μm、25μm 和75μm的黑態均勻性的研究，從下圖 可以看出：彎折區PI厚度越薄，其黑態均勻性更佳，０μm 較25μm黑態均勻性可提升約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，不過目前建議采用25μm。

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

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

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部應力，增強液晶面板對形變承受能力，有效改善黑態漏光；在相同形變情況下，薄玻璃較厚玻璃內部應力小。

由公式可知影響相位差△φ大小主要參數為F（受力）和d（玻璃厚度）。

（1）減少應力

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

（2）玻璃薄化

當受力一定的情況下，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，玻璃受力變為原來的1/8，玻璃內部應力明顯降低，可以有效改善漏光的發生。實際樣品驗證液晶面板厚度從1.0 mm 減薄到0.5mm，黑態均勻性提升約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，形變時應力直接作用于液晶面板上，應力集中且易造成面板盒內變化，下偏光片和背光泡棉接觸，應力作用到偏光片上后被分散，單位面積應力減小且偏光片本身也增強了液晶面板的強度，進而利于改善黑態漏光。實際改善中下偏光片尺寸增大，黑態均勻性數據會提升約３％。

另一方面，偏光片對不同方向的極化光吸收系數不同，對光起到偏振作用8。因不同的疊層設計或采用的材質不同，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，液晶屏會產生翹曲，進而在后續組裝和貼合工藝中產生內應力。

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

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黑態漏光工藝端改善對策

3.1

對盒機械臂運行速度

液晶屏本身漏光主要發生在周邊，主要原因是在液晶滴注制程工藝中，通過機械臂將成盒基板抬升，由另一個機械臂取出，并搬運進 UV固化爐進行框膠固化。在整個搬運過程中框膠尚未固化，其運行速度過快會造成玻璃內應力和翹曲。運行狀態分為三個階段：

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

運行速度二：機械臂接觸到基板后，離開對盒機臺后速度提升，將基板抬升；

運行速度三：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，黑態均勻性均值提高 7.6%。降低第二、三階段速度，黑態均性均值僅提高 0.8%，說明機械臂運行第一階段的速度對黑態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臺上，若機械臂第一階段運行速度過大，基板在抬升離開對盒臺面過程中的形變會越大，導致框膠的應力分布不均，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,導致邦定后玻璃發生翹曲與內應力，影響到顯示區，通常會在IC 附近發生漏光。

邦定工藝溫度范圍主要是由 ACF 材料決定，ACF 是將導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 方向導電。文中選擇兩款不同溫度的 ACF 進行研究,實驗參數如表 5:

選擇三款 IC 邦定漏光風險高的項目，分別使用ACF 型號 A、B 進行實驗測試，實驗結果如下圖，低溫 ACF 型號B可提升黑態均勻性均值 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，液晶屏產生的內應力小故對黑態均勻性有明顯的改善。

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黑態漏光盒內設計改善對策

黑態狀態下，手指按壓panel表面，panel的長邊會產生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Panel發生形變時（如用手指按壓panel），PS會在TFT測發生移動，PS承受的壓力越大，所產生的摩擦力越大，此時，外力撤去后，PS不能輕易的移動回原來的位置，TFT側glass產生殘余應力，發生應力雙折射，使進入LC的線偏振光變為非線性光，即黑態下，從LC出來的光不再是線偏振光，mura區域產生漏光，影響黑態均一性。調整Main Ps密度可有效改善黑態漏光問題。

液晶量的調整有助于提高C4&CFOG Push mura能力，從而提高Panel 的抗應力能力，提升黑態均勻性效果，不過也不能過度調整，否則模組顯示有發黃風險，效果比較顯著。

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結束語

隨著顯示行業發展，市場對液晶顯示品質提出了更高的要求，特別是車載等領域，背光亮度幾乎在10000cd/m2以上，此時顯示裝置的細微缺陷可能被凸顯進而影響畫面顯示品質。通過優化模組應力減小玻璃相位差和液晶相位差，從工藝優化、結構設計、盒內設計三個方面進行研究，改善車載液晶顯示器模組黑態均勻性，提升客戶體驗效果。

審核編輯：劉清