TFT-LCD的常见Panel污渍研究

• 43•本文通过造成Panel污渍的原因分为光学性和电学性两类，分别对两类污渍的形成原因及机理进行阐述。

光学性Panel污渍为光线的传播方向或传播强度受到液晶分子旋光、异物及膜层差异引起变化导致，电学性Panel污渍为电场强度均一性受到电极间距、TFT 刻蚀残留及膜层差异导致。

1 前言大尺寸TFT-LCD作为当前显示领域的一个发展趋势，越来越受到投资者及面板厂家的推崇（钱玉娟，BOE(京东方)再创全球显示产业先河全球首条10.5代线在合肥投产：中国经济信息，2017；华星光电、CEC、鸿海、惠科都在建设10.5代TFT-LCD面板生产线：玻璃，2018）。

当然也不可避免的遇到投资高、回报周期长的先天特点，在生产中也会产生相对小尺寸产品更多的技术性难题。

对LCD产品的研究每年均有很多的研究成果报道出来（刘同海，梁晓桐，高章飞，等.双侧GOA驱动TFT-LCD的常见线不良研究：电子世界，2018；王绍华，吴飞，宣津，等.TFT-LCD工艺中角落白Mura的成因机理研究与改善：液晶与显示，2018；郭志轩，田亮，方业周，等.PCI结构TFT-LCD产品竖Mura不良机理分析及改善研究：液晶与显示，2018），为了更好的应对生产难题，需将小尺寸LCD产品中一些研究成果推广到大尺寸产品中。

Panel污渍，是在检测过程中Panel在不同灰阶下的一种灰度不均的现象，作为LCD 行业一种常见不良，仅有摩擦配向过程引入的异物这种模式被报道（韩君奇，刘利萍，张南红，等.Panel污渍分析及改善探究：液晶与显示，2017），其他一些相关原因均未见披露。

故本文针对一些常见的Panel污渍进行研究，以期推广到大尺寸产品应用中。

2 Panel污渍的分类TFT-LCD产品的显示是通过电场控制液晶分子的偏转使光线有选择性的透过（刘同海，高章飞，孙国防，等.ADS模式TFT-LCD 的显示原理研究：电子世界，2017），当不施加电场，Panel处于全黑画面下时，施加一束背光，正常情况下光线会被上、下偏光片遮挡，处于全黑状态;而光线无法遮挡时则会呈现出不同的灰阶，导致产生光学性Panel污渍。

最为常见的为配向膜异常，引起液晶分子的偏光效果与正常区域不同，为配向型Panel污渍；部分Panel 表面存在一些异物，会改变光线的传播方向，上偏光片无法将其遮挡，宏观上呈污渍状，导致表面型Panel污渍。

光线穿过阵列基板和液晶到达彩膜基板时，光线强度会大大降低，当彩膜基板异常时，光线的透过率不同，导致原材性Panel污渍，本质上属于光学性的一种。

在电场作用下，液晶分子出现偏转，偏转程度受电场控制，当异常区域的电场出现偏差，液晶分子对光线的旋光程度出现差异，导致产生电学性Panel污渍，常见于显示电极间距变大、TFT刻蚀残留及膜层的膜面蒸镀不均。

3 光学性Panel污渍3.1 配向型Panel污渍TFT-LCD的结构如图1所示，在阵列基板和彩膜基板均涂布一层配向膜，配向膜的作用是使液晶分子有序排布（范金强，PI成膜对液晶显示特性的作用，2014）。

为了确保液晶分子在电场作用下可以偏转，会通过摩擦配向膜提供分子活化能使高分子链而定向排列，使液晶分子形成起偏角，从而控制液晶分子方向。

图1 TFT-LCD结构图TFT-LCD的常见Panel污渍研究合肥京东方显示技术有限公司 刘同海 马 帅 郑明龙 马光和高章飞 孙国防 韩海滨• 44•黑态下液晶分子的规律性分布如图2a 所示，配向膜在其摩擦配向中，会产生少量的PI 碎屑、或引入其他的杂质异物残留在配向膜上（韩君奇，刘利萍，张南红，等.Panel 污渍分析及改善探究：液晶与显示，2017），清洗不彻底时如图2b 所示。

液晶分子的分布则会产生一定的变化，异物区域的液晶分子不能正常排列，偏光特性受到影响，光线照射时传播方向与正常区域不同，在黑态下的灰阶出现偏差，产生配向型Panel污渍。

图2 配向型Panel污渍示意图摩擦配向工序之后，会进行清洗工序去除配向膜表面异物，当基板进入清洗机，在滚轮的作用下从前往后依次前进，上方会有洁净水对基板进行冲洗，当设备出现异常或者前方基板前进方向出现异常时，清洗机内的基板会较长时间处于水流冲洗状态下。

配向膜作为一种高分子聚合物，受到施加的恒定外力时，材料的形变随时间而增大，进而破坏配向膜的膜层（吕锡慈，高分子材料的强度与破坏：四川教育出版社，1988），如图2c 所示，配向膜受损区域的液晶分子均无法正常配向，光线照射时改变光的传播方向产生配向型Panel 污渍。

3.2 表面型Panel污渍LCD 产品中的偏光片作用是将四处传播的自然光变成固定方向的直线偏振光，黑阶状态下，上下两片偏光片可将光线完全遮挡。

LCD 产品的制程工序较多，不可避免有异物粘附于玻璃基板的表面，如图3所示，贴上偏光片之后，异物会改变光线的传播方向，及偏光片变形引起直线偏振光方向的偏离，呈现表面型Panel污渍。

图3 表面型Panel污渍3.3 原材型Panel污渍一束背光照射时，经过阵列基板、液晶层、彩膜基板射出后，光线的强度逐渐降低，如图4a所示。

图4 原材型Panel污渍在彩膜基板上主要有RGB 色阻层、BM 、OC 层和PS 柱材，当OC 层或色阻层异常时，光线抵达彩膜基板时，光线的透过率和正常区域对比出现不同，导致彩膜基板射出后的光线强度与正常区域对比有所不同，显示出灰阶差异，宏观呈现为Panel 污渍。

4 电学性Panel污渍液晶分子在电场中所受的力矩如下所示（马群刚，TFT-LCD 原理与设计：电子工业出版社，2011）：其中为液晶分子特性参数，d 为液晶盒厚，θ为液晶初始方向与电场方向的夹角，V AC 为电场电压。

当液晶分子、盒厚、配向均正常时，液晶分子的偏转取向力只受Common 电极和显示电极的电极差所决定。

如图4a 所示，施加电压后，Common 电极与显示电极形成电场，液晶分子偏转，在TFT 基板制程过程中，可能出现如图4b所示的异常情况。

图4 电学性Panel污渍液晶分子偏转所需的阈值电压如下所示（马群刚，TFT-LCD 原理与设计：电子工业出版社，2011）：其中为液晶分子特性参数，d 为液晶盒厚，L 为显示电极间距，当显示电极间距增大时，阈值电压增大。

给Panel 输入（下转第47页）• 47•整合、过滤及筛选。

文献（王磊，陈青，高洪雨，马志广，张艳杰，何登森，基于大数据挖掘技术的智能变电站故障追踪架构：电力系统自动化，2018）基于大数据平台通过决策树对故障报警信息进行分类，并利用分布式决策树故障追踪算法，对保护或断路器的不正确动作进行反向追踪实现故障诊断。

多源信息融合的诊断结果相较于单一信息源的诊断结果准确度更高并且实时性更强，是面向信息物理深度融合的电网故障诊断未来发展的重要方向。

3.研究难点与展望实现大规模电网的在线故障诊断是智能电网调控一体化的研究热点和难点。

提高诊断结果的精度和效率一直是故障诊断算法的改进方向。

无论是基于开关量的方法还是基于电气量的方法，在大数据平台下，利用大数据挖掘技术进行多种方法混合以及多源信息融合仍将是未来的发展方向。

面向信息物理深度融合的电网故障诊断在未来的研究需重点关注以下几个方面：（1）基于人工智能的故障诊断方法虽然还存在一些不足，但其在知识提取和对不确定性信息的容错性能方面具有优势，并且人工智能方法也在不断更新和改进，未来仍将在故障诊断算法中发挥重要作用。

（2）借助先进的数据挖掘技术与人工智能方法相结合，提高训练样本分类、筛选、整合的效率，如何选择数据挖掘算法并进行效果评价是亟待解决的一个难点。

（3）人工智能算法通常适用于小规模电网，难以满足大规模电网在线故障诊断的时间需求，采用分布式诊断思维或者多智能体技术是目前解决这类问题的一个突破口。

对于分区域的电网或者分层级的多智能体，如何实现区域级或者层级间的协同诊断是未来研究的难点。

（4）基于电气量的数值分析方法面临PMU 难以全面覆盖的问题，需要研究考虑PMU 设置不足的基于电气量和基于开关量决策级融合的故障诊断方法，以提高电网在线故障诊断的精度和效率。

（5）在大数据平台下，构建基于多源信息融合的分布式并行计算架构，选用具有细粒度并行特性的数据挖掘算法和故障诊断算法，是实现大电网在线故障诊断的重要研究方向。

4.结语本文针对基于CPS 的电网故障诊断的研究现状进行了综述。

研究表明，基于单一故障信息源的故障诊断是难以完备的，利用多种故障特征信息的融合或者多种故障诊断方法的配合有助于提高故障诊断的精度和效率，也是未来研究的发展趋势。

基于大数据平台，对面向信息物理深度融合能源系统的大电网在线故障诊断进行了展望，探讨了需要解决的难点，并分析了该领域研究可能的发展方向。

作者简介：夏苏（1990—），女，湖北孝感人，硕士，现任32020部队助理工程师，研究方向为网络规划与管理。

（上接第44页）电压时，显示电极异常区域的阈值电压更大，当正常区域的液晶分子已经偏转透光时，异常区域液晶分子才刚刚开始偏转，Panel 表面呈现出灰阶的差异，宏观显示为Panel 污渍。

LCD 的显示电极为线性ITO 材料薄膜，显示电极电压由TFT 开关进行控制，TFT 开关位置处的栅极、绝缘层、Active 等膜层通过刻蚀工艺制作，在剥离光刻胶过程中，会存在剥离不彻底的状况，刻蚀残留物影响TFT 的开关特性。

正常区域内TFT 已正常开启，显示电极有电流通过，而异常区域内TFT 未正常开启，显示电极电压出现偏差，驱动液晶分子的偏转取向力不同，宏观上显示为Panel 污渍。

液晶分子的响应时间比充电时间长，充电结束后由Common 面电极与显示电极形成的平行板电容器提供电压驱动液晶分子的转动，电容公式如下：其中，ε为极板间介质的介电常数，S 为电容极板的正对面积，d 为电容极板的距离，k 则是静电力常量。

当膜面出现不均时，Common 面电极与显示电极之间的距离d 出现偏差直接影响到存储电容，驱动液晶分子转动的能力不同，宏观上显示为Panel 污渍。

5 结语光学性Panel 污渍为光线的传播方向或传播强度受到液晶分子旋光、异物及膜层差异引起变化导致，电学性Panel 污渍为电场强度均一性受到电极间距、TFT 刻蚀残留及膜层差异导致。

研究结果期望在大尺寸LCD 产品中借鉴应用，快速改善可能出现的Panel 污渍不良。

作者简介：刘同海（1991—），男，安徽合肥人，硕士研究生，现就职于合肥京东方显示技术有限公司。