TFT-LCD工藝中Gap性不良的分析與改善

合肥京東方光電科技有限公司 張明亮 黎海波 丁 甲 劉俊豪 周保全

TFT-LCD工藝中Gap性不良的分析與改善

合肥京東方光電科技有限公司 張明亮 黎海波 丁 甲 劉俊豪 周保全

Cell Gap是Cell工藝中最重要的控制參數之一，它對LCD的顯示效果有著至關重要的影響。本文分析了影響Cell Gap的因素，對Gap性不良的分析流程進行闡述，并對各種不同原因產生的Gap性不良進行分析研究，為實際的生產改善此類不良提供了指導作用。

TFT-LCD；Cell Gap；Dummy Seal；PS Height

1 引言

近年來，薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）以其高速度，高亮度，高對比度等優點，在平板顯示器中脫穎而出，在顯示器市場中獨占鰲[1-3]。

目前，TFT-LCD的制造主要包括陣列(Array)，彩膜(CF)，成盒(Cell）及模組(Module)流程，其中的Cell流程，就是將Array玻璃基板和CF玻璃基板對組成盒，形成完整的光學系統，在整個制造流程中起著至關重要的作用。

而盒厚(Cell Gap)，是整個Cell工藝中最重要的控制參數之一，它對整個LCD的顯示效果有著至關重要的影響[4-5]。但在實際生產工藝過程中，因為各種原因，導致Gap性不良頻繁發生，影響產品良率的提升。

本文通過對Gap性不良的分析流程進行闡述，并對各種不同原因產生的Gap性不良進行分析研究，為實際的生產及改善此類不良提供了指導作用。

2 Cell Gap的定義及影響因素

Cell Gap，即液晶盒厚，是指顯示區內，像素(Pixel)透光部Array 側配向膜(PI) 表面與CF側配向膜表面之間所夾的距離（圖2.1），它對LCD的顯示效果有著非常關鍵的影響，是Cell工藝中最重要的控制參數之一。

下面，以TN(Twisted Nematic)型液晶顯示器為例，說明Cell Gap是如何影響顯示效果的。

圖2.1 Cell Gap與顯示效果

TN型液晶顯示器，可以簡化為一個平行板電容器模型。平行板電容器的兩極，分別為Array側的像素電極和CF側的公共電極(Com)，兩極間的距離d，就是Cell Gap。

根據場強公式：E=U/d

其中，影響盒內液晶分子偏轉的場強對應的電壓：

U=Vpixel-Vcom

如果在液晶盒內某處的盒厚d1<另一處的盒厚d2，對應的d1與d2處的液晶分子偏轉場強關系為E1>E2。

在電場強度大的區域1，液晶分子偏轉程度大；而電場強度小的區域2，偏轉也小。在TN型常白模式的Panel里，液晶分子的偏轉越強，相應位置越黑。所以，如果區域2是正常的，那么區域1就表現為較黑的低Gap。

實際生產過程中，導致Cell Gap異常的因素很多，主要有：①PS的高度及所處的位置；②LC的滴下量；③Glass Fiber或Si Ball的大小(影響周邊的Cell Gap)；④Sealant的寬度，包括Main Seal和Dummy Seal；⑤斷差，包括CF的斷差和TFT的斷差；⑥Particle等異物[6-7]。

3 Gap性不良的研究

3.1 Gap性不良的分析

由前文所述，Cell Gap會存在高、低、不均等問題，在實際生產過程中，就會產生對應的不良，主要表現為黑Gap、白Gap、周邊黑/白Mura。

那么，對于Gap性不良，如何進行分析，才能達到最終改善不良的目的呢？

分析的過程主要如下：

(1)旋Pol(偏光片)確認：只打開背光源，不加驅動信號，旋轉上偏光片觀察。此時，上下偏光片為平行組合，由于液晶的旋光特性，背光產生的光線可從Panel透射出來。如果存在Gap異常的地方，宏觀上就表現為顏色差異(一般為偏黃或偏紫)。

需要說明的是，不加信號旋Pol是最簡單直接判斷是否為Gap異常的方法，但不是絕對的，液晶本身的配向異常也會表現出同樣顏色差異。

為什么Gap異常時旋Pol會出現顏色差異的現象呢？

根據Jones Vector，常白模式下Panel的透過率為：

其中，Tr為透過率，△n為液晶的雙折射率，d為Cell Gap，λ為透射光的波長。

再由以上公式，得到常白模式下Cell Gap與透過率的關系圖：

圖3.3 Cell Gap與透過率關系