福州京东方光电科技有限公司 李汝乐 陈正弟 廖贻柱 高鹤鸣 程 亮

随着TFT-LCD行业的迅速发展，市场竞争也日趋激烈，用户对画面品质的要求也越来越高，因此改善显示质量成为TFT-LCD行业亟需解决的问题。Mura作为显示行业常见的画质不良，备受业内关注。其中的重力Mura是由于工艺波动，液晶量超过LC Margin引起的，其在常温下一般不会影响显示质量，难以拦截，但在高温加热条件下，液晶膨胀并因自身重力作用而下沉，造成Cell Gap不均匀，若Cell Gap均匀性很差，有强烈的变化，会在Panel下边缘出现色不均的现象，称为重力Mura。存在重力Mura不良的液晶面板在常温点灯情况下，随着时间延长，Panel内部温度逐渐上高，也会出现上述不良，严重影响显示效果。

传统监控重力Mura方法只能从宏观上观察是否有颜色变化来识别是否产生Mura，对Panel内部Cell Gap具体变化情况无法得知。近年来，虽然对重力Mura研究的报道越来越大，但大多侧重于重力Mura的生产影响因素或工艺改善，对于出现重力Mura时Panel内部Cell Gap的变化趋势以及影响Cell Gap变化因素的报道较为缺乏。本文结合LC Margin阶段不同液晶量Panel高温条件下重力Mura测试结果，探究了不同液晶量Panel在高温条件下Cell Gap变化趋势，说明了重力Mura的形成与Cell Gap的关系，并探讨了加热温度、加热时间等外在因素对Cell Gap变化的影响，为行业内对重力Mura形成的认识提供理论基础。

1 实验原理及方法

1.1 重力Mura测试方法

先对TFT-LCD Panel室温下进行初检，然后竖直放置于60℃高温Chamber加热2h后点亮背光源，旋转上POL确认是否有重力Mura现象。

1.2 Cell Gap测试原理

液晶具有双折射效应，当入射光穿透液晶时，在不同的轴向有不同的折射率，因此在两波之间产生位相差，位相差δ、折射率n与Cell Gap d的关系定义为δ=(Ne–No)*d，据此可测得Cell Gap值。

1.3 实验探究方法

本文使用高温Cell Gap测试系统，选取一款ADS产品LC Margin阶段Panel进行探究，液晶量设计值分别为0%、1%、2%、3%、4.5%、6%，实竖直放置，Cell Gap测试点位横向选取X=200mm和X=500mm位置（如图1所示，坐标原点为Panel左下角，CF侧朝外，本文选取数据为X=500mm测试结果），纵向Y轴选取Panel底部向上200mm相应点位（设备测试Y轴上限为200mm，受设备机构干涉影响，Panel底部约5mm无法测试）。探究了Cell Gap随液晶量、加热温度、加热时间的变化趋势，说明了重力Mura的形成与Cell Gap的关系、影响Cell Gap变化的外在因素及重力Mura的形成过程。

图1 液晶显示屏测量坐标示意图

2 实验果与讨论

2.1 重力Mura测试结果

根据重力Mura测试结果，在室温条件下检查，所有Panel均未出现重力Mura现象，但在高温加热2h后，液晶量≥4.5% Panel出现重力Mura现象（液晶量为4.5%和6.0%时，重力Mura程度分别约为G10和G20），如图2所示，因此本产品LC Margin上限定为液晶量为3%。

图2 LC Margin测试结果（-6.0%～+3.0%）

2.2 不同液晶量Panel Cell Gap变化趋势

不同液晶量Panel加热2h后Cell Gap测试结果如图3所示。由实验结果可得，在60℃加热条件下加热120min后，Cell Gap变化表现为以下2种状态：

图3 不同液晶量Panel Cell Gap变化趋势

（1）当液晶量≤2%，Cell Gap值沿Panel纵向未表现出明显变化趋势，Cell Gap在此液晶量范围内未出现不均匀现象，因此未出现重力Mura现象；

（2）当液晶量≥3%，在Y＜20mm范围内表现出明显变化趋势，且液晶量越多，Cell Gap增大越明显，这是由于高温下液晶下沉的结果。根据液晶特性及文献报道，透光率Tr随Cell Gap增大而增大，出现Cell Gap不均时，会在Cell Gap偏大位置处出现Mura，宏观上表现为发黄现象。根据陈宏宇等人的研究，TFT-LCD Panel光透性差异达到人的感知度时才可感知Mura现象，由此可判断，当液晶量为3%时，Cell Gap变化量较小，不同区域光透性差异未达到人的感知度，故未表现出重力Mura现象；当液晶量为4.5%和6.0%时，不同区域光透性差异达到人的感知度，故出现重力Mura现象。

2.3 加热温度对Cell Gap影响

根据液晶特性参数曲线（图4）可知，液晶粘度和密度均到受温度影响，变化趋势如下：

图4 液晶特性参数曲线

（1）随温度升高粘度逐渐变小，因此温度越高，液晶越容易因重力作用下沉；

（2）随温度升高密度逐渐较小，在Panel内部液晶量固定时，由此计算出液晶体积随温度升高逐渐增大。

为探究加热温度对Cell Gap的影响，本文选取液晶量为6% Panel进行测试，加热时间为120min，所得结果如图5所示。由实验结果可得，当温度T≤30℃时纵向Cell Gap几乎不变，当T≥40℃时，Cell Gap随加热温度升高而增大，在此可分为两段进行观察：

图5 Cell Gap随温度变化曲线

（1）当Y＞20mm时，Cell Gap随温度升高平稳增大，纵向未发生明显变化，此段可归结为高温使液晶体积增大造成；

在进行单一层次判断矩阵的一致性检验之后，利用单层次排序的影响因子权重计算各层次影响因子的组合权重，计算完成后再对组合权重计算结果进行一致性检验[10-12]。若结果不满足一致性要求，则对判断矩阵进行调整。

（2）当Y＜20mm时，Cell Gap表现出明显变化趋势，且越靠近Panel底部Cell Gap越大，此段可归结为高温使液晶体积增大和因重力作用液晶下沉（主因）的综合作用。

由实验结果可知，即使液晶量超LC Margin上限，在室温时也无法显现，只有在高温加热或通电变热条件下才可显现。

2.4 加热时间对Cell Gap影响

根据重力Mura形成过程，在高温条件下液晶因重力作用逐渐下沉，当液晶沉积到一定程度时出现重力Mura，因此探究液晶的下沉过程以及达到稳定状态所需时间对认知重力Mura具有指导意义。根据王元庆等人的研究，外温变化时，液晶屏内壁及液晶的变化是非常迅速的，本文选取液晶量为6% Panel探究了在60℃条件下由5min加热到480min的过程中Cell Gap的变化趋势，实验结果如图6所示。由实验结果可得，在60℃加热条件下，Y＜20mm处表现出明显变化趋势，整个过程中可分为2个阶段：

图6 Cell Gap随加热时间变化曲线

（1）液晶下沉状态：在5min到120min高温过程中，Cell Gap值逐渐增大，在此阶段液晶因重力作用逐渐下沉；

（2）稳定状态：在120min到480min高温过程中，Cell Gap值不再随加热时间延长而变化，在此阶段Panel内部液晶达到稳定状态。

在Y＞20mm区域，随加热时间延长，Cell Gap未发生变化，这也从另一方面验证上述探究温度对Cell Gap影响时，Y＞20mm时，Cell Gap随温度升高平稳增大是由于高温使液晶体积增大造成；

由实验结果可知，在加热过程中，Cell Gap呈现逐渐增大趋势，到120min时趋于稳定，这进一步解释了重力Mura的形成过程。

2.5 Cell Gap可逆性探讨

出现重力Mura Panel冷却至室温放置一段时间后，重力Mura现象会消失，说明重力Mura是可逆的，为通过Cell Gap变化趋势解释这一现象，本文采用两种方法测试30℃温度下Cell Gap值：

（1）将Chamber温度升至30℃稳定后放置Panel，2h后进行Cell Gap测试；

（2）将Chamber温度升至60℃稳定后放置Panel加热2h，然后降至30℃稳定2h后进行Cell Gap值。

所得结果如图7所示，实验结果表明，两种测试条件下Cell Gap值是几乎完全一致的，这说明Cell Gap是具有可逆性的，这也证实了重力Mura具有可逆性这一结论。

图7 Cell Gap可逆性变化曲线

3 结论

本文从重力Mura形成原理出发，采用实验设计及数据分析，得出以下结论：

①在实验条件下，Cell Gap变化的敏感区间在Panel底部，随液晶量增多，Cell Gap呈上升趋势；

②在实验条件下，Cell Gap变化受到温度影响，常温状态下Cell Gap不会发生变化，当温度≥40℃时Cell Gap开始呈现出变化趋势，且随温度升高，Cell Gap呈上升趋势；

③在实验条件下，Cell Gap受到加热时间影响，在2h内，随加热时间延长，Cell Gap呈上升趋势，之后趋于稳定状态；

基于以上结论，通过探究不同液晶量Panel在高温条件下Cell Gap变化趋势解释了重力Mura与Cell Gap的关系；通过探究Cell Gap随加热温度和加热时间的变化趋势，说明了重力Mura的外在影响因素及形成过程；通过探究Cell Gap的可逆性，证实了重力Mura具有可逆性这一结论，这对于业内对重力Mura形成的认识具有重要指导意义。