負(fù)性液晶FFS型TFT LCD的灰階不均研究

合肥京東方光電科技有限公司 滕 玲 陳維誠(chéng) 張 龍 余升龍 江 橋 曾 鵬 陳霖東

一、引言

隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)于如手機(jī)、筆記本電腦等的需求越來(lái)越高。具體到作為交互面的液晶顯示面板，對(duì)其分辨率要求越來(lái)越高。由于液晶顯示面板分辨率的提高，導(dǎo)致液晶面板內(nèi)部不透光的金屬線(xiàn)分布越來(lái)越密集，這就導(dǎo)致了面板開(kāi)口率的降低。由于液晶顯示面板是被動(dòng)發(fā)光結(jié)構(gòu)（底層需要一層外加背光源），所以從一定程度上降低了顯示器件的良率?；诖?，負(fù)性液晶在液晶顯示面板行業(yè)得到了巨大的應(yīng)用。據(jù)我司某產(chǎn)品的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，使用負(fù)性液晶的面板透過(guò)率（TR）較同款使用正性液晶的面板透過(guò)率提升了15%～20%。但是，當(dāng)前大量的研究工作集中于負(fù)性液晶顯示性能的提升上，如更高的透過(guò)率或者更快的響應(yīng)時(shí)間上，卻鮮有論述負(fù)性液晶使用過(guò)程中由于對(duì)工藝容錯(cuò)度更低導(dǎo)致的缺點(diǎn)。故本文結(jié)合我司實(shí)際情況，研究了一種常溫下的灰階不均顯示不良（具體稱(chēng)為面板污漬不良）。文中解釋了負(fù)性液晶灰階不均高發(fā)的原理并結(jié)合實(shí)際工程測(cè)試，提供了一種可以改善此種不良的方案。

二、試驗(yàn)

當(dāng)前的液晶盒對(duì)盒廠(chǎng)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以分為三個(gè)大工序：配向膜印刷、配向和液晶滴注與對(duì)盒。試驗(yàn)使用的玻璃基板采用如下工藝順序制成。首先，配向膜（如PI，聚酰亞胺）溶液經(jīng)過(guò)凸版印刷方式布滿(mǎn)陣列和彩膜基板表面，并經(jīng)預(yù)烘烤（溶劑揮發(fā)與有機(jī)物分層）和主固化（?；磻?yīng)）形成配向膜。緊接著，陣列基板和彩膜基板經(jīng)偏振光配向設(shè)備中的紫外光照射后，使非配向方向的分子支鏈斷裂；再經(jīng)高溫烘烤工藝使得斷裂的小支鏈升華。最后，將封框膠涂在彩膜基板，將液晶滴注在TFT基板并將這兩塊基板使用真空對(duì)盒設(shè)備對(duì)盒后，使用紫外光和加熱固化的方式將封框膠固化后形成對(duì)盒后的大板。試驗(yàn)用的液晶簡(jiǎn)單的參數(shù)如表1所示，試驗(yàn)用不同的2nd ITO寬度和間距比值情況參見(jiàn)表2。所述的灰階不均現(xiàn)象參見(jiàn)圖1，為灰色畫(huà)面下滿(mǎn)屏的橫豎紋不良。

表1 試驗(yàn)用三種不同液晶的物性參數(shù)

表2 試驗(yàn)用三種不同的2nd ITO寬隙比

圖1 灰階不均的現(xiàn)象

三、結(jié)果

（a）不同種類(lèi)液晶的影響

在工藝驗(yàn)證階段，所述的使用三種不同液晶的液晶顯示面板在同一時(shí)間段、相同的設(shè)備和工藝制成。如圖2所示，由于負(fù)性液晶的使用，在相同判定基準(zhǔn)下，灰階不均的不良率有著明顯的增加。盡管表1所示的負(fù)性液晶LC3的γ1和K22與其中的正性液晶LC1很相近，但是不良率卻仍相差較大?；诖?，得出了的結(jié)果是：在相同的條件下，負(fù)性液晶顯示面板的灰階不均現(xiàn)象較正性液晶而言明顯加重。

圖2 不同液晶下的灰階不均率

（b）不同2nd ITO的寬隙比的影響

如圖3所示，相同判定人員使用相同檢查設(shè)備的情況下，進(jìn)行了不同2nd ITO寬隙比的不良嚴(yán)重程度判定。其中，數(shù)字越大表示其對(duì)應(yīng)的灰階不均現(xiàn)象越嚴(yán)重。如圖所示，不同的寬隙比的灰階不均表現(xiàn)差異較大。由此可知，改變2nd ITO寬隙比設(shè)計(jì)值，可以有效改善不良的嚴(yán)重程度，從而更加貼近客戶(hù)的需求。

如圖4所示，為了進(jìn)一步明確2nd ITO的寬隙比的變化對(duì)灰階不均程度和不良率的影響，通過(guò)曝光工藝調(diào)整增加和降低了2nd ITO的寬隙比并搭配負(fù)性液晶制成顯示面板。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選擇合適的2nd ITO的寬隙比可以有效降低灰階不均的不良率。

圖3 灰階不均程度分步圖

圖4 不同2nd ITO寬隙比下的灰階不均率

（c）不同2nd ITO寬隙比下的透過(guò)率波動(dòng)

如圖5所示，使用TechWIZ軟件模擬了不同2nd ITO寬隙比情況下的透過(guò)率波動(dòng)結(jié)果。由圖可知，實(shí)際的透過(guò)率波動(dòng)最小的情況位于正向2nd ITO寬度范圍內(nèi)。在大量量產(chǎn)的情況下，工藝的波動(dòng)使得2nd ITO的寬隙比很難維持穩(wěn)定，但是可以保持在一個(gè)相對(duì)固定的波動(dòng)范圍內(nèi)。因此，對(duì)于試驗(yàn)用的產(chǎn)品而言，選擇增加2nd ITO的寬隙比從而使得透過(guò)率波動(dòng)值最小可以有效改善灰階不均。

圖5 不同ITO寬度下的透過(guò)率波動(dòng)

（d）負(fù)性液晶灰階不均較正性液晶嚴(yán)重的分析

由于負(fù)性液晶的指向矢幾乎是垂直于正性液晶的，這也就導(dǎo)致了在顯示面板電場(chǎng)作用下液晶分子存在不同的轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜情況。如圖6所示，由于液晶指向矢的關(guān)系，正性液晶在電場(chǎng)力作用下較負(fù)性液晶傾斜更加明顯。因此，正性液晶面板的透過(guò)光強(qiáng)度較負(fù)性液晶更弱化，這也正是負(fù)性液晶面板透過(guò)率較正性液晶高的一個(gè)原因。

圖6 電場(chǎng)作用下液晶的旋轉(zhuǎn)和傾斜示意圖

由于正負(fù)性液晶在電場(chǎng)作用下的表現(xiàn)不同，故其光強(qiáng)透過(guò)也不同。如圖7所示，解釋了灰階不均差異的原因。其中Top（P）表示正性液晶最大光強(qiáng)，Bottom（P）表示正性液晶最小光強(qiáng)，用同樣的方法標(biāo)記了負(fù)性液晶為T(mén)op（N）、Bottom（N）和灰階不均為T(mén)op（M）、Bottom（M）。在灰階不均光強(qiáng)波動(dòng)一定的情況下，由于正性液晶產(chǎn)品本身波動(dòng)范圍比較大，所以容錯(cuò)度較負(fù)性液晶更高。故灰階不均在負(fù)性液晶中表現(xiàn)更加明顯。

圖7 不同液晶下的光強(qiáng)分布

為了能夠更加直接的理解所述的含義，根據(jù)圖7所示的光強(qiáng)波動(dòng)情況繪制了圖8。當(dāng)相同的灰階不均存在于不同的液晶面板背景下，負(fù)性液晶的灰階不均表現(xiàn)地更加明顯。

圖8 不同液晶面板下的灰階不均表現(xiàn)

四、 結(jié)論

本文研究了FFS型TFT LCD中的灰階不均。通過(guò)試驗(yàn)和生產(chǎn)的實(shí)績(jī)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，負(fù)性液晶的灰階不均較正性液晶明顯變重。通過(guò)選擇合適的2nd ITO的寬隙比可以有效降低不良的程度從而降低生產(chǎn)中的不良率。W:S和透過(guò)率模擬曲線(xiàn)變化最小點(diǎn)（min △Tr/△（W:S））為改善灰階不均的最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)。