TFT-LCD横纹不良研究与改善

王 超，姚之晓

(北京京东方显示技术有限公司，北京 100176)

1 引 言

随着科技的发展，液晶显示面板由于具有低耗能、低辐射等优点，广泛应用于目前的显示设备，已经成为主流平板显示器。作为信息交互的重要组成，液晶显示面板前景十分广阔。随着人们对液晶显示技术的了解和对显示品质要求的不断提高，对液晶显示屏画质的要求也逐渐提高。在液晶面板生产过程中，经常会出现一些不可预知的画质不良，其原因多种多样，需要具体情况具体分析[1-3]。

近期在生产一款HADS(High-Advanced Dimension Switch)无边框液晶显示器产品时，横纹不良曾高达21.4%，导致该产品在生产过程中出现大量降级产品不能正常出货，造成严重的经济损失。为了改善该产品横纹不良，本文通过不良液晶显示器进行测试和分析，讨论了其产生的原因，同时通过对不良发生机理的深入分析，制定了改善方案并通过实验验证了方案的可行性。

2 实 验

2.1 现象描述

在灰阶画面，面板 PCB侧朝上，左上角或者右上角出现三行暗三行亮水平横纹，该不良影响灰阶画面显示均一度，不良如图1所示。

图1 横纹不良Fig.1 Horizontal stripes defect

2.2 原因分析

从不良现象上看，横纹呈水平三行暗三行亮条纹，且条纹与横向栅极线方向一致，怀疑与栅极线信号有关，使用示波器对不良现象严重的屏测量栅极信号发现，Vcom及反馈信号均存在周期性三上三下的波动，且Vcom及反馈信号波动对应栅压下降沿窗口；如图2所示。

图2 Vcom及反馈信号波形Fig.2 Waveform of Vcom and feedback

测量时钟信号时发现，Vcom反馈信号可见电压波动，幅度400 mV左右，三上三下成为一个周期；波动同CLK1、CLK2、CLK3信号起始位置相吻合，CLK和反馈信号之间距离由近到远排列: CLK1、CLK2、CLK3、CLK4、CLK5、CLK6，因此CLK1造成反馈电压波动的幅度最大；分析为CLK1、CLK2、CLK3耦合了反馈信号，从而产生三上三下波动，如图3所示；反馈信号作用机制为采集Panel内Vcom波动，输入反向电压保证Vcom稳定[4]，所以反馈信号波动会造成Vcom规律性波动，造成了三行暗三行亮条纹； 导致上述现象出现的影响因素较多，下面将对几个相关项目进行详细分析，以确定横纹产生的主要原因。

图3 Clock和反馈信号波形Fig.3 Waveform of Clock and feedback

2.2.1 电路参数

通过调整帧频来测试帧频与横纹的关系。将帧频从40 Hz调整至80 Hz，横纹现象的程度没有变化，因此横纹不良与帧频无关。

调整像素TFT三极管的开启电压(Vgh)和关断电压(Vgl)来验证横纹与Vgh和Vgl之间的关系如表1所示，从试验结果来看，Vgh变化对横纹不良程度影响较小，横纹不良程度随Vgl变化明显。

表1 Vgh/Vgl参数调整试验结果Tab.1 Adjustment test result of Vgh/Vgl parameters

调整公共电极电压(Vcom)来验证横纹和Vcom的关系(表2)。从实验结果来看，Vcom存在中心值，横纹不可见，增大或减小都会加重横纹，并造成黑白翻转。

表2 Vcom参数调整试验结果Tab.2 Adjustment test result of Vcom parameters

影响Vcom波动的还有Vcom补偿电路，其作用为通过固定反馈倍数的Vcom补偿电路对Vcom进行补偿，以消除Vcom的波动[5]。去掉面板近端(PCB侧)Vcom补偿电阻发现PCB侧横纹消失，由此可判断Vcom补偿对横纹也有影响。选取面板进行调整Vcom补偿倍率的验证如表3所示，初始Vcom补偿倍率为6，Vcom补偿倍率降低横纹减轻。

表3Vcom补偿倍率调整试验结果

Tab.3 Adjustment test result ofVcomcompensation

factor

SplitVcom补偿倍率横纹不良程度14减轻26重38加重

2.2.2 彩膜的影响分析

去除反馈信号和CLK上方覆盖的彩膜基板，确认彩膜黑矩阵影响，实验方法如图4所示。实验结果: 明暗横纹减轻甚至消失，因此彩膜黑矩阵在CLK和反馈信号之间耦合起到了媒介作用。

图4 彩膜影响测试示意图Fig.4 Diagram of CF affects test

为验证彩膜黑矩阵材料影响，选取其他2种黑矩阵材料制备同种HADS产品后确认不良现象如表4所示。其中黑矩阵BM A(正常量产使用)制备产品现象重于BM B及BM C制备产品。

表4 黑矩阵材料变更测试结果

进行黑矩阵信号测试，通过切割面板 PCB 远端边角，在保证显示正常的情况下使黑矩阵裸露，便于灰阶画面抓取黑矩阵信号。3种黑矩阵材料波形如图5所示。黑矩阵测试波形结果表明，BM A材料在CLK耦合下始终处于连续上升或者下降趋势，BM B 在CLK耦合下处于台阶状上升或者下降趋势，波形相对稳定，BM C在CLK耦合下台阶状波动后均会出现回落趋势，波形相对稳定。我们邀请黑矩阵厂商进行3种材料分析反馈信号直流残留 (Rdc)数值。BM A材料为506 mV，BM B为 278 mV，BM C为 242 mV。确认横纹不良横纹与黑矩阵的直流残留(Rdc)特性相关。

图5 BM测试波形Fig.5 Waveform of BM test

2.2.3 发生机理

通过前面各种因素的分析可知，产生横纹的直接原因为Vcom反馈信号与CLK1、CLK2、CLK3信号产生耦合效应及Vcom补偿电路共同作用下，导致Vcom在栅压关闭前存在三上三下的周期性波动，从而出现了规律性横纹；

其中彩膜基板黑矩阵在耦合过程中起到了媒介作用，如图6所示，CLK信号经过CLK和彩膜黑矩阵之间电容C2，使BM产生随CLK波动；黑矩阵上产生电压波动，经过黑矩阵和反馈信号之间的电容C1传递给了反馈信号，从而造成反馈信号波动导致了Vcom波动。

图6 信号传递模型Fig.6 Signal transmission model

3 改善措施

针对于上述分析确认产生横纹影响因素为彩膜黑矩阵材料、电容耦合、Vcom补偿；所以要从上述3方面检讨改善实验，从而找到适合量产的改善条件，设计实验均为单一变量；

3.1 CF BM材料变更实验

从原因分析实验可以得知，BM B、BM C程度轻于量产BM A材料，增加生产量进行验证，确认两种BM材料的改善效果，实验方案及结果如表5。

表5 BM材料变更不良率结果Tab.5 Defect rate of BM material change

实验结果表明，BM B、BM C材料的制备的产品横纹不良率低于BM A材料产品，但不良仍有发生，需要继续检讨改善；

3.2 电容耦合改善实验

减小反馈信号和 CLK 之间耦合波动，可以通过减小如图6所示的C1电容和C2电容，根据电容公式C=εS/d(ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离)，通过降低Gate FICD实现S的减小，通过增加PVX厚度实现d增加，从而达到电容减小的目的。在设计Margin允许范围内设计实验方案及结果如表6所示。

表6 电容耦合改善不良结果Tab.6 Defect rate of Capacitance coupling improvement

实验结果表明，通过降低Gate FICD和增加PVX厚度对不良有一定降低，但不良率仍然很高。

3.3 Vcom补偿变更实验

分析实验时，Vcom补偿倍率降低横纹减轻，验证补偿倍率降低后改善实验方案及结果如表7。

表7 Vcom补偿变更不良结果Tab.7 Defect rate of Vcom compensation change

实验结果表明补偿倍率调整为1倍时不良0发生，可以根本改善该不良。通过重新改变PCBA上Vcom补偿电路可以实现量产并进行改善。

3.3 结果与讨论

实验设计及结果表明，变更直流残留 (Rdc)数值低的黑矩阵材料、降低Gate FICD，增加PVX厚度及降低Vcom补偿电路倍数，可以有效改善横纹不良，其中Vcom补偿电路倍数对不良改善效果最为明显；最终通过将Vcom补偿电路倍数降低至1倍，不良由21.4%降低至0，同时为了降低风险导入了BM B材料应对生产，从而从根本上改善了此款HADS产品横纹不良。

4 结 论

本文介绍了一种HADS横纹不良的改善方法，从横纹不良的分析可以知道产生横纹的根本原因是Vcom反馈信号与CLK1、CLK2、 CLK3信号产生耦合效应及Vcom补偿电路共同作用下，导致Vcom在栅压关闭前存在三上三下的周期性波动，形成三行亮三行暗水平粗纹；通过实验设计，变更直流残留低的黑矩阵材料可以降低耦合媒介作用，不良明显降低；降低Gate FICD，增加PVX厚度可以减少反馈信号和CLK与BM的电容值，以减小反馈和 CLK 之间耦合波动从而降低不良；通过调整Vcom补偿电路倍数，不良降低为0；综上,通过变更直流残留低的黑矩阵材料、降低Gate FICD，增加PVX厚度及调整Vcom补偿电路倍数，可以有效改善横纹不良；随着TFT LCD技术不断升级，为避免生产过程中未知原因不良，在新产品开发过程中需要更加充分评估可能出现的风险点，以降低不良出现，实现客户满意，出货达成的目标。