Проблема черных пятен на жидкокристаллических дисплеях TFT-LCD очень распространена в ЖК-модулях и может вызвать серьезные побочные эффекты. Причины возникновения черных пятен многочисленны, что делает решение этой проблемы особенно трудным. В этой статье в первую очередь рассматриваются механизмы образования черных пятен в жидких кристаллах ЖК-дисплеев и описываются общие меры противодействия.

1. Почему черные пятна на ЖК-дисплее более заметны на изображениях в оттенках серого, чем на белых изображениях?  

Для начала давайте рассмотрим принцип отображения ЖК-модулей. При подаче питания на ЖК-дисплей между электродом пикселя (Pixel ITO) и общим электродом (COM ITO) образуется разность напряжений. Эта разница напряжений заставляет жидкий кристалл в соответствующем месте пикселя вращаться. Различные различия в напряжении приводят к разным углам поворота жидкого кристалла, что приводит к изменениям в коэффициенте пропускания ЖК-дисплея. Следовательно, это приводит к отображению разных изображений (черное, серое, белое).

Из характеристической кривой зависимости напряжения ЖК-дисплея от коэффициента пропускания (VT) можно заметить, что кривая является нелинейной. Наклон в области низкого напряжения (соответствующий низким уровням серого) очень крутой. Из-за такого большого наклона даже небольшие колебания напряжения значительно усиливаются, что приводит к заметной разнице в коэффициенте пропускания ЖК-дисплея. Это одна из причин, почему черные пятна на ЖК-дисплее более выражены на изображениях в оттенках серого, чем на белых изображениях.

С другой стороны, характеристики человеческого зрения также связаны между собой, поскольку чувствительность к яркости варьируется в зависимости от условий освещения.

2. Общие методы мониторинга и возбуждения черных пятен на ЖК-дисплее

В случае некоторых относительно незначительных дефектов «черных пятен» на ЖК-дисплее явление дефекта может стать менее заметным или даже исчезнуть через некоторое время, что делает последующий анализ неудобным. Поэтому для воспроизведения явления черной капли используются определенные методы возбуждения. Эти методы возбуждения направлены на воспроизведение дефекта черной капли в продуктах, уже имеющих такие проблемы, и на определение того, вызван ли дефект черной капли повреждением герметичности клея рамки ЖК-дисплея. В конце концов, в модулях ЖК-дисплея существуют и другие типы пузырьков, такие как пузырьки воздуха внутри ячейки ЖК-дисплея (связанные с выделением газа, уровнем вакуума ячейки и т. д.) и пузырьки вакуума внутри ячейки ЖК-дисплея (связанные с зазором ячейки, количеством жидких кристаллов и т. д.).

① Высокотемпературное тестирование. Размер черных пятен в неисправных ЖК-продуктах увеличивается в условиях высоких температур (80–85°C). Когда герметизация ЖК-панели клеем рамки ухудшается, объем пузырьков увеличивается при высоких температурах, увеличивая площадь жидких кристаллов и тем самым увеличивая область черных пятен. Между тем, при высоких температурах вязкость жидкого кристалла уменьшается, текучесть увеличивается, а скорость диффузии загрязнений (таких как влага, кислород) ускоряется, что приводит к расширению диапазона загрязнения и более выраженным черным пятнам. Высокотемпературное возбуждение в основном проводится в высокотемпературной испытательной камере, поскольку камера обеспечивает более равномерный нагрев ЖК-дисплея; конечно, если условия ограничены, для возбуждения можно также использовать метод высокотемпературной горячей пластины, хотя однородность нагрева будет хуже.

Основные сведения о высокотемпературном возбуждении, приводящем к образованию более крупных черных пятен: Высокая температура → увеличенный объем пузырьков + ускоренная диффузия загрязнений → увеличенная или более выраженная область черных пятен.

② Испытание при высокой температуре и высокой влажности. Размер черных пятен в неисправных ЖК-продуктах меняется в условиях высокой температуры и высокой влажности (80–85°C/90–95% относительной влажности). Когда герметизация панели ЖК-дисплея с помощью клея рамки ухудшается, большое количество влаги попадает в жидкокристаллическую ячейку в условиях высокой температуры и высокой влажности, что приводит к увеличению объема пузырьков, а также к ухудшению площади и выраженности черных пятен.

Основные сведения о возбуждении при высокой температуре и высокой влажности, приводящем к образованию более крупных черных пятен: высокая температура и высокая влажность → увеличенный объем пузырьков → увеличенная или более выраженная область черных пятен.

③ Испытание на кипячение/приготовление воды/PCT (испытание в скороварке): Размер черных пятен в неисправных изделиях с ЖК-дисплеем увеличивается в условиях испытания в скороварке (PCT) или испытания при кипячении/варке в воде. Механизм увеличения черных пятен в условиях кипения/PCT аналогичен механизму увеличения черных пятен в условиях высокой температуры и высокой влажности, но условия испытаний при кипячении/PCT более суровы, что может еще больше сократить время возбуждения для воспроизведения дефекта черных пятен на ЖК-дисплее.

④ Вакуумный тест красных чернил: после вакуумного теста красных чернил на дефектных ЖК-продуктах с черными каплями красные чернила проникают в ячейку ЖК-дисплея, и одновременно объем черных пятен увеличивается.

⑤ Наблюдение за проколом клея рамки под микроскопом: если нет уверенности, что дефект черной капли ЖК-дисплея вызван проблемой герметизации герметика рамки ЖК-дисплея, можно использовать микроскоп, чтобы проверить, есть ли какой-либо дефект прокола в герметике рамки ЖК-дисплея. Если герметик рамки прокололся жидким кристаллом, дефект черной капли ЖК-дисплея можно определить как вызванный проблемой герметизации герметика рамки ЖК-дисплея. В процессе ODF неизбежны проколы герметика рамки ЖК-дисплея; только за счет оптимизации процесса изготовления ЖК-панели можно уменьшить ширину прокола герметика рамки. Если ширина прокола герметика рамки ЖК-дисплея составляет ≤1/3 ширины герметика рамки, это считается нормой; если ширина прокола герметика рамки ЖК-дисплея составляет >1/3 ширины герметика рамки, это оценивается как NG.

⑥ Испытание на отслаивание герметика рамки ЖК-дисплея является наиболее распространенным методом оценки прочности сцепления герметика рамки ЖК-дисплея. При повреждении герметика рамки ЖК-дисплея, неподходящем типе герметика или неподходящей комбинации герметика, выравнивающего слоя PI и жидкого кристалла прочность на отслаивание между TFT-стеклом и CF-стеклом ЖК-панели ухудшится, что приведет к неудачному тесту на отслаивание герметика рамки ЖК-дисплея. Отраслевые стандарты обычно требуют, чтобы результат теста на отслаивание герметика от рамки ЖК-дисплея составлял ≥10 кгс, а более строгие требования составляют ≥15 кгс. Испытание на отслаивание обычно проводится в пяти обозначенных точках.

⑦ Испытание при низких температурах: Размер черных пятен на ЖК-дисплее уменьшается в условиях низких температур (от -20°C до -40°C). Когда герметичность клея рамки ЖК-панели ухудшается, принцип теплового расширения и сжатия приводит к сжатию пузырьков при низких температурах. Одновременно увеличивается вязкость жидкого кристалла, замедляя скорость диффузии загрязнений, что приводит к уменьшению размера черных пятен. Кроме того, хотя черные капли расширяются в условиях высокой температуры, когда продукт вынимается из высокотемпературной камеры и постепенно возвращается к комнатной температуре с течением времени, размер черных капель медленно уменьшается.

Основные сведения о низкотемпературном возбуждении, приводящем к уменьшению черных пятен: низкая температура → уменьшение объема пузырьков + замедление диффузии загрязнений → уменьшение площади черных пятен.