遙控器LCD液晶ITO與玻璃分層失效分析研究

作者：王少輝，楊守武（格力電器（合肥）有限公司，安徽合肥230000）時間：2022-07-27 來源：電子產(chǎn)品世界

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摘要：遙控器使用液晶在實際應(yīng)用中出現(xiàn)多單失效，經(jīng)統(tǒng)計分析主要故障為液晶破損、分層漏液，顯示缺劃等失效。本文主要對液晶實際應(yīng)運中出現(xiàn)問題展開多個方面分析研究，從物料生產(chǎn)到過程組裝環(huán)節(jié)全流程確認液晶失效原因。經(jīng)分析研究確認液晶失效原因主要為機械應(yīng)力，以及產(chǎn)品制造缺陷。根據(jù)故障制定相應(yīng)的管控措施，整改主要是從器件的可靠性，以及過程進行全面的優(yōu)化改善，有效解決了實際應(yīng)用中液晶失效的問題。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202207/436743.htm

關(guān)鍵詞：機械應(yīng)力；分層漏液；導(dǎo)電層斷；劃傷；異物

液晶 (liquid crystal display, LCD) 是最簡單的一種顯示器件，其基本由偏光片、氧化銦錫（indium tin oxide， ITO）基板玻璃、取向膜、液晶材料、導(dǎo)通材料、框膠等組成。其中偏光片是液晶最為關(guān)鍵的材料之一，主要功用是使通過它的光線產(chǎn)生偏振，為 LCD 提供線偏振光。偏光片對整個 LCD 的顯示底色和驅(qū)動電壓有很大影響，偏光片技術(shù)的不斷提升推動了 LCD 產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。液晶在遙控器、手機、顯示器、電視等多個行業(yè)使用，使用范圍廣，液晶失效會導(dǎo)致顯示異常，嚴重影響用戶體驗。

1 事件背景

LCD 具有耗電低，驅(qū)動電壓低，結(jié)構(gòu)空間小而有效顯示面積大、體薄物輕等優(yōu)點，在各類電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。遙控器液晶故障失效突出，每年呈不斷增長趨勢，經(jīng)統(tǒng)計主要故障為機械應(yīng)力導(dǎo)致的破損、分層漏液、顯示缺劃。從統(tǒng)計售后數(shù)據(jù)來看，失效故障數(shù)呈逐年增長趨勢。具體故障分類如表 1 所示，本文主要針對液晶分層與缺劃故障進行分析。

2 液晶的作用及其構(gòu)造簡述

2.1 液晶的原理

液晶是介于液體與晶體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。一般的液體內(nèi)部分子排列是無序的，而液晶既具有液體的流動性，其分子又按一定規(guī)律有序排列，使它呈現(xiàn)晶體的各向異性。當光通過液晶時，會產(chǎn)生偏振面旋轉(zhuǎn)與雙折射等效應(yīng)。液晶分子是含有極性基因的極性分子。在電場作用下，偶極子會按電場方向取向，導(dǎo)致分子原有的排列方式發(fā)生變化，從而液晶的光學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生改變。利用這一電場驅(qū)動導(dǎo)致分子變化的原理就生產(chǎn)生了常用的液晶。眾所周知，光具有波粒二重性，偏光片是利用光的波動性來產(chǎn)生線性偏極光的。偏光片是一類重要的光學(xué)器件，廣泛應(yīng)用于各光學(xué)領(lǐng)域。偏光片分為吸收型偏光片和散射型偏光片兩種。吸收型偏光片具有制備簡單及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，但這種偏光片的光利用效率低、易退偏。散射型偏光片常用的制備方法是將聚合物分散液晶膜單向拉伸使液晶分子取向排列，形成折射率各向異性，使垂直拉伸方向的偏振光可以透過，而平行拉伸方向的偏振光被散射。簡單說來，吸收型偏光片發(fā)黑，散射型偏光片發(fā)白。

2.2 液晶的構(gòu)造

液晶構(gòu)造是兩片玻璃之間裝有液態(tài)晶體（簡稱液晶 ) 和電極。它是利用液晶在受到電場作用時有規(guī)律排列（液晶有規(guī)律排列時會阻擋光的通過）的特點，設(shè)定特定的字符，再按照需要顯示出來。特點是顯示清晰，但是容易受到擠壓損壞。見下圖 1 所示，在上、下兩層電極之間封入向列型液晶材料，液晶分子平行排列，上、下扭曲 90° 。在無外部電壓狀態(tài)下，外部入射光通過上偏振片后形成偏振光。該偏振光通過平行排列的液晶材料后被旋轉(zhuǎn) 90° ，再通過與上偏振片垂直的下偏振片被反射板反射回來呈透明狀態(tài)。當上、下電極加上一定的電壓后，電極部分的液晶分子轉(zhuǎn)成垂直排列失去旋光性，從上偏振片入射的偏振光不被旋轉(zhuǎn)，光無法通過下偏振片返回因而呈黑色。根據(jù)需要將電極做成各種文字、數(shù)字、圖形就可以獲得各種狀態(tài)顯示。顯示內(nèi)容由引腳端和公共端共同決定，在應(yīng)用時只要給相應(yīng)引腳端寫入信號即可顯示，LCD 內(nèi)部自帶刷新電路，不必重復(fù)寫入。

3 液晶的失效原因及其失效機理分析

對故障件分析見圖 2，主要分為 3 類不良，液晶缺劃失效分析為內(nèi)部 ITO 導(dǎo)電層不良；液晶漏液分層分析為粘膠不良；液晶破損大部分為用戶使用不當受力導(dǎo)致，一部分為包裝擠壓導(dǎo)致。經(jīng)驗證以上故障測試可控，為產(chǎn)品在出廠后使用早期內(nèi)失效。

3.1 液晶破損失效

售后投訴遙控器安裝發(fā)現(xiàn)液晶破損，失效均在 W4 云系列柜機，此系列空調(diào)售后失效故障相同，具體失效如圖 3 所示。

圖3 液晶破損外觀圖

此類故障經(jīng)分析排查為擠壓導(dǎo)致，遙控器放置包裝不合理，為打包方式不當導(dǎo)致液晶破損。遙控器包裝有珍珠棉人工操作與氣泡袋設(shè)備打包兩種方式，見圖 4，要求遙控器液晶面朝上，最上面有保溫管覆蓋。

實際工藝要求執(zhí)行困難，稱重工序推動后再次推桿推動移動，無法保證保溫管有效覆蓋遙控器。附件箱內(nèi)有耦合器插座，以及配套耦合器插頭電源線等尖銳物品，遙控器受周轉(zhuǎn)與運輸外力導(dǎo)致擠壓破損，模擬整機跌落實驗故障可復(fù)現(xiàn)。

3.2 液晶缺劃失效

經(jīng)統(tǒng)計液晶均為用戶使用一段時間才出現(xiàn)缺劃失效，失效液晶編碼、廠家均相同，失效批次不一致。外觀檢查均無異常，液晶邊角、導(dǎo)電極無磕碰損傷痕跡。

（1）通電測試

全屏顯示均為右單八顯示缺劃，缺劃位置相同。見下圖 5 所示，測試 2A2B2C2D 筆端缺劃，均對應(yīng)液晶 1 腳電極，放大鏡檢查導(dǎo)電層并無破損現(xiàn)象，分析為對應(yīng) 1 腳液晶內(nèi)部 ITO 導(dǎo)電層不良。

圖5 液晶失效位置電極分布圖

（2）解剖分析

根據(jù)故障件失效分析，故障均為 ITO 導(dǎo)電層不良，一部分為 ITO 導(dǎo)電層劃傷，一部分為導(dǎo)電層有金屬異物短路，具體分析如下所述。

① ITO 走線劃傷

在顯微鏡下檢查缺劃位置對應(yīng)的 ITO 走線，發(fā)現(xiàn)有 ITO 劃傷現(xiàn)象，如圖 6 所示。

ITO 劃傷造成 ITO 開路，ITO 線是在大板玻璃狀態(tài)成盒前劃傷的。ITO 是鍍在玻璃表面的一層導(dǎo)電薄膜，在生產(chǎn)過程中，大板玻璃要進行生產(chǎn)和搬運周轉(zhuǎn)，在此過程中，如硬物觸碰到 ITO 表面，就會造成 ITO 線劃傷。經(jīng)分析推測是玻璃在抽檢拿取的過程中，碰到了設(shè)備等部件，造成了 ITO 劃傷現(xiàn)象。不良正常生產(chǎn)廠家可以測試出來，不會漏檢流出，分析這種 ITO 劃傷，開始時還有一丁點微連接，沒有完全斷開，后面經(jīng)過通電 ITO 完全斷開，因而終端客戶表現(xiàn)出缺劃不良。

圖6 ITO走線劃傷

② ITO 走線異物

在顯微鏡下檢查缺劃位置對應(yīng)的 ITO 走線，發(fā)現(xiàn)有 ITO 開路現(xiàn)象，如圖 7 所示。

圖7 ITO走線異物

經(jīng)過分析，是 ITO 線開路導(dǎo)致產(chǎn)品顯示缺劃現(xiàn)象。從現(xiàn)象上看，ITO 開路周圍有發(fā)亮區(qū)域，與一般 ITO 開路現(xiàn)象不一致，推測發(fā)亮是一些金屬異物，落在了 ITO 線上，經(jīng)過通電，形成了短路現(xiàn)象，因而將 ITO 線燒斷開路。這種開路現(xiàn)象，開始時通電，沒有完全燒斷，因而內(nèi)部測試不出。后面經(jīng)測試通電雖然 ITO 再次燒斷一部分，但是沒有完全斷開，因而廠內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)。直到在終端客戶長久通電使用，ITO 線完全燒斷，因而表現(xiàn)出缺劃現(xiàn)象。

3.3 液晶漏液失效

漏液故障共計有 2 種，見圖 8 所示，主要為邊角，以及上下電極導(dǎo)電層，邊角位置最多，拆開外觀檢查對應(yīng)漏液位置液晶均已分層。

圖8 液晶漏液外觀圖

導(dǎo)致液晶分層的原因有三種：液晶出現(xiàn)破損、封口膠沒有涂布好、產(chǎn)品框膠有異物。（1）玻璃出現(xiàn)破損，破損位置破壞了液晶盒的密閉結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致液晶滲漏，見圖 9 所示側(cè)邊有破損；產(chǎn)品有破損，破損會破損框膠的密封性結(jié)構(gòu)，造成漏液分層現(xiàn)象。

圖9 液晶漏液外觀圖

（2）液晶點膠口見圖 10 所示，產(chǎn)品封口膠沒有涂布好，有間隙，導(dǎo)致液晶從封口邊緣滲漏出來，此類故障失效極少。液晶屬于玻璃制品，是易碎品，容易受到異常外力發(fā)生破損。

圖10 液晶點膠口

（3）產(chǎn)品框膠有異物，導(dǎo)致兩片玻璃沒有緊密貼合在一起，出現(xiàn)液晶氣泡現(xiàn)象。在顯微鏡下檢查液晶框膠邊緣，發(fā)現(xiàn)框膠區(qū)域有團狀異物現(xiàn)象，進一步分離兩片玻璃檢查，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)位置異物已經(jīng)消失，如圖 11 所示。

圖11 框膠區(qū)域有異物

液晶生產(chǎn)流程如圖 12 所示，液晶生產(chǎn)廠家要求對機臺內(nèi)測試粒子均為百級，不存在大顆?；覊m或異物進入邊框膠內(nèi)形成不良。

圖12 液晶生產(chǎn)流程圖

異物分析主要為產(chǎn)品在進行邊框印刷作業(yè)時，框膠上有異物，此種現(xiàn)象發(fā)生在絲印框膠工序。絲印框膠的目的是將兩片玻璃貼合在一起。在實際生產(chǎn)過程中，是通過將框膠涂在絲網(wǎng)上，然后印刷在玻璃表面的。印邊框工序是在機臺內(nèi)按規(guī)定圖案對大板玻璃進行印刷（印刷過程參考圖 13），若是印刷過程中采用的邊框膠粘合度不足，則此板大玻璃上的所有個體玻璃均存在不良。

圖13 液晶印刷過程圖

漏液位置為框膠區(qū)域有異物，導(dǎo)致框膠粘合玻璃出現(xiàn)間隙，液晶從間隙慢慢滲入，最終出現(xiàn)漏液分層現(xiàn)象。從 LCD 漏液情況查看，漏液從產(chǎn)品邊角開始往里延伸，且漏液遠離封口位置。產(chǎn)品在印刷框膠時，玻璃上面殘留異物，從生產(chǎn)過程分析做不到絕對無塵，因而會有殘留異物的風(fēng)險。如果玻璃表面殘留異物，會導(dǎo)致框膠與玻璃不能緊密貼合，出現(xiàn)貼合不牢的風(fēng)險。這種不良，前期并沒有表現(xiàn)出來，經(jīng)過一系列外部環(huán)境和時間的影響下，最終出現(xiàn)了漏液分層現(xiàn)象，因而在用戶使用一段時間后發(fā)現(xiàn)。

4 液晶失效的解決方案

液晶失效，經(jīng)分析均為早期突發(fā)性失效，主要是從外協(xié)物料源頭整改。針對液晶不同失效模式，具體整改措施如下。

4.1 液晶破損

為了降低成本對遙控器改包裝導(dǎo)致出現(xiàn)液晶破損故障。整改是將包裝方式增加遙控器專放紙盒，見下圖 14 所示。遙控器放在單獨包裝盒打包后放入附件箱，放在最上方。原有包裝直接放入附件箱存在與耦合器插頭電源線，耦合器插座等配件擠壓受力問題，導(dǎo)致遙控器液晶受力擠壓破損。

圖14 遙控器改為紙盒放置

4.2 液晶失效（缺劃）

分析均為 ITO 導(dǎo)電層不良，主要為 ITO 導(dǎo)電層劃傷與導(dǎo)電層金屬異物短路，具體整改如下。

（1）ITO 走線劃傷

①目前針對這種微連接導(dǎo)致缺劃的不良，主要通過高壓轟擊來檢出的。微連接通過轟擊斷連，測試就可以挑出這種不良。前期測試設(shè)備允許的沖擊電壓是不超過 28 V，現(xiàn)提高為 40 V，通過提升沖擊電壓可以篩選出挑選這類微連接不良。

②抽檢玻璃時，平行拿取，見圖 15 所示，禁止傾斜玻璃，預(yù)防 ITO 劃傷。

圖15 玻璃檢驗?zāi)萌》绞?/p>

（2）ITO 走線異物

內(nèi)部前工序增加毛刷清洗玻璃，確保玻璃表面更加潔凈，高壓轟擊測試設(shè)備提升到上限 40 V 高壓來沖擊。

4.3 分層漏液

分層漏液發(fā)生主要原因有兩種：一種是液晶受外力破損，實際模擬此種情況極少出現(xiàn)；一種是粘膠不良有異物，液晶從間隙在不斷振動情況下慢慢滲入，最終出現(xiàn)分層漏液現(xiàn)象。以上兩種情況分析均為液晶生產(chǎn)過程制造不良，為早期內(nèi)產(chǎn)品失效，具體整改如下。

（1）受外力破損導(dǎo)致漏液

液晶屬于玻璃制品，是易碎品，容易受到異常外力發(fā)生破損，整改主要從以下三方面優(yōu)化改善。

①提升升裂片機平臺清潔頻率，如圖 16 所示，每小時清潔一次；