摩擦配向方式所致灰度不均不良改善方案研究

合肥京東方光電科技有限公司 薛紅偉 劉俊豪 陳霖東 孔 益 汪劍成

1 引言

TFT-LCD（Thin Fil m Tr ansist or Liquid Cr yst al Displ ay，薄膜晶體管-液晶顯示器）作為一種平板顯示裝置，因其具有體積小、功耗低、無輻射以及制作成本相對(duì)較低等特點(diǎn)，而越來越多地被應(yīng)用于高性能顯示領(lǐng)域當(dāng)中[1-2]。TFT-LCD由陣列基板和彩膜基板構(gòu)成。在陣列基板和彩膜基板之間設(shè)置有液晶層，通過控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光線強(qiáng)弱的控制，然后通過彩膜基板的濾光作用，實(shí)現(xiàn)彩色圖像顯示。為了使得對(duì)液晶的偏轉(zhuǎn)分子進(jìn)行有效的控制，需要通過在陣列基板和彩膜基板上分別設(shè)置取向?qū)樱⑼ㄟ^摩擦工藝在取向?qū)拥谋砻嬷苽涑龇较蛞恢碌娜∠虿郏允沟梦挥谌∠虿壑械囊壕Х肿友匾恢路较蚺帕衃3]。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中，由于基板在摩擦方向上均在段差，導(dǎo)致摩擦輥上摩擦布的表面產(chǎn)生不同的變形區(qū)域。同時(shí)，又由于不同變形區(qū)域的摩擦強(qiáng)度不一致，導(dǎo)致在取向工藝過程中，所制備的取向槽深淺不一。進(jìn)而在顯示的過程中，會(huì)產(chǎn)生塊狀灰度不均的不良現(xiàn)象（摩擦Mur a）[4]。具體的例如，為了對(duì)顯示面板圖像顯示進(jìn)行控制，需要在顯示面板的綁定位置綁定（Bonding）驅(qū)動(dòng)IC（Int egr at ed Cir cuit，集成電路）。通常在綁定過程中，需要在顯示面板的綁定位置設(shè)置過孔，以使得位于綁定位置的引線與顯示區(qū)域的柵線或數(shù)據(jù)線相連接，從而將驅(qū)動(dòng)IC輸出的控制信號(hào)輸入至所述數(shù)據(jù)線和柵極線。

然而，由于過孔位置處的一些薄膜層被去除，所以所述過孔與其周邊區(qū)域之間均在段差。從而降低了摩擦面的平坦度，在取向工藝過程中，使得制備的取向槽深淺不一，造成摩擦Mur a的產(chǎn)生。大大降低了顯示面板的顯示效果，成為了影響產(chǎn)品質(zhì)量的頑固不良[5]。目前該缺陷在本行業(yè)中是難以克服的難題，一般有兩個(gè)方向可以考慮：其一是使用光配向方式，該方式需要采購(gòu)新的設(shè)備，且產(chǎn)品信賴性方面還存在尚未解決的問題，仍在研究驗(yàn)證中；其二是從產(chǎn)品生產(chǎn)工藝或設(shè)計(jì)角度進(jìn)行優(yōu)化或規(guī)避[6]。

2 改善方向

本論文提供了一種從設(shè)計(jì)角度進(jìn)行規(guī)避的方案，能夠解決由于摩擦輥摩擦面的平坦度低，導(dǎo)致制備的取向程度不均一的缺陷。

顯示面板包括顯示區(qū)域和非顯示區(qū)域，在所述非顯示區(qū)域中設(shè)置有復(fù)位區(qū)，復(fù)位區(qū)設(shè)置的薄膜層的厚度小于其相鄰區(qū)域設(shè)置的薄膜層的厚度；復(fù)位區(qū)與相鄰區(qū)域交界處薄膜層的段差高度一致；其中，在沿垂直于所述顯示面板的摩擦方向上，復(fù)位區(qū)的尺寸大于等于顯示區(qū)域的尺寸。

一方面，復(fù)位區(qū)設(shè)置的薄膜層的厚度小于相鄰區(qū)域設(shè)置的薄膜層的厚度。從而使得復(fù)位區(qū)表面的薄膜層與相鄰區(qū)域表面的薄膜層之間具有段差。此外，復(fù)位區(qū)與相鄰區(qū)域交界處薄膜層的段差高度一致，從而使得摩擦輥從非顯示區(qū)域向顯示區(qū)域滾動(dòng)的過程中，與上述交界處的段差相接觸，摩擦輥的布毛在上述交界處的段差位置受力均勻，從而發(fā)生一致的形變。

另一方面，由于在沿垂直于顯示面板的摩擦方向上，復(fù)位區(qū)的尺寸大于等于顯示區(qū)域的尺寸。使得摩擦輥上形變一致的布毛能夠完全覆蓋顯示區(qū)域，從而提高了與顯示區(qū)域相接處的摩擦面的平整度，從而形成于顯示區(qū)域的取向?qū)由系娜∠蚰芰σ恢隆＿M(jìn)而避免了由于取向程度不均一造成的塊狀灰度不均的不良現(xiàn)象。

3 具體方案

本方案提供一種顯示面板01，如圖1a所示，可以包括顯示區(qū)域10和非顯示區(qū)域20。其中，如圖1b所示，可以在非顯示區(qū)域20中設(shè)置有復(fù)位區(qū)201，所述復(fù)位區(qū)201設(shè)置的薄膜層的厚度K小于復(fù)位區(qū)201的相鄰區(qū)域設(shè)置的薄膜層的厚度K’。所述復(fù)位區(qū)201與相鄰區(qū)域交界處（O-O’）薄膜層的段差高度一致。這樣在摩擦輥滾動(dòng)的過程中，摩擦輥的布毛在上述交界處（O-O’）的段差位置受力均勻，從而發(fā)生一致的形變。

圖1 a 顯示面板的結(jié)構(gòu)

圖1 b 設(shè)置有復(fù)位區(qū)的顯示面板結(jié)構(gòu)

對(duì)于復(fù)位區(qū)201設(shè)置的薄膜層可以是一層，也可以是多層。當(dāng)復(fù)位區(qū)201設(shè)置的薄膜層為一層時(shí)，復(fù)位區(qū)201設(shè)置的薄膜層的厚度K，為所述一層薄膜層的表面到襯底基板02表面的距離，即所述一層薄膜層的厚度。當(dāng)復(fù)位區(qū)201設(shè)置的薄膜層為多層時(shí)，復(fù)位區(qū)201設(shè)置的薄膜層的厚度K為所述多層薄膜層中最上層的薄膜層的表面到襯底基板02表面的距離，即所述多層薄膜層的總厚度。此外，相鄰區(qū)域設(shè)置的薄膜層的厚度K’同理可得。

其中需要說明的一點(diǎn)是，201設(shè)置的薄膜層主要是絕緣層，如果是常規(guī)使用的SixNy材料，由于是納米級(jí)厚度，需要多層全部挖掉，才能形成一個(gè)較大的段差；如果為了降低產(chǎn)品功耗，薄膜層使用了新型的絕緣材料（比如類似于顯影材料的有機(jī)膜材料），由于是微米級(jí)厚度，單層有機(jī)膜挖掉即可形成較大的段差。

此外，在方向Y上，復(fù)位區(qū)201的尺寸L大于等于顯示區(qū)域的尺寸L’，其中，所述方向Y垂直于顯示面板的摩擦方向X，使得摩擦輥30上形變一致的布毛能夠完全覆蓋顯示區(qū)域，從而提高了與顯示區(qū)域10相接處的摩擦面的平整度，使得形成于顯示區(qū)域10的取向?qū)由系娜∠虿凵顪\一致。

4 方案注意事項(xiàng)

第一，上述顯示面板01可以是陣列基板或者彩膜基板。由于摩擦取向工藝在切割工藝之前進(jìn)行，因此如圖1a所示，未切割的顯示面板上包括多個(gè)間隔設(shè)置的顯示區(qū)域10和非顯示區(qū)域20。

第二，上述復(fù)位區(qū)201的相鄰區(qū)域，可以根據(jù)復(fù)位區(qū)201設(shè)置位置的不同而不同。例如，當(dāng)復(fù)位區(qū)201距離顯示區(qū)域10較遠(yuǎn)時(shí)，相鄰區(qū)域還位于非顯示區(qū)域。當(dāng)復(fù)位區(qū)201緊鄰顯示區(qū)域10時(shí)，相鄰區(qū)域可以是顯示區(qū)域。

5 方案應(yīng)用實(shí)績(jī)

本文作者所在公司將該方案應(yīng)用于其中一款產(chǎn)品A中，由于該產(chǎn)品使用了有機(jī)膜作為絕緣層，故在有機(jī)膜掩膜設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，在產(chǎn)品摩擦方向Panel兩側(cè)有機(jī)膜做了挖槽設(shè)計(jì)，形成了較大段差（＞2μm）的復(fù)位區(qū)，對(duì)于改善的履歷如下：

圖2 a 方案導(dǎo)入前摩擦后噴蒸汽后的膜面狀況

圖2 b 方案導(dǎo)入前點(diǎn)燈狀況

方案導(dǎo)入前，摩擦工序結(jié)束后對(duì)配向膜面進(jìn)行噴蒸汽確認(rèn)，段差不均一會(huì)導(dǎo)致明顯的膜面不均，即對(duì)液晶分子的配向能力也會(huì)有明顯差異，如圖2a所示。組成模組后點(diǎn)燈確認(rèn)，畫面具有較為嚴(yán)重的灰階不良，如圖2b所示。

圖3 a 方案導(dǎo)入后摩擦后噴蒸汽后的膜面狀況

圖3 b 方案導(dǎo)入后點(diǎn)燈狀況

圖3 c 方案導(dǎo)入后溝槽 FIB 截面圖

方案導(dǎo)入后，摩擦工序結(jié)束后對(duì)配向膜面進(jìn)行噴蒸汽確認(rèn)，無明顯膜面不均現(xiàn)象，即對(duì)液晶分子的配向能力無明顯差異，如圖3a所示。組成模組后點(diǎn)燈確認(rèn)，畫面灰階一致性較好，無灰階不均不良如圖3b所示。該結(jié)果同我們理論分析一致，方案導(dǎo)入即對(duì)曝光掩膜設(shè)計(jì)進(jìn)行變更，使得在有效區(qū)外側(cè)形成一條較大且深度一致的段差(即方案介紹部分所講的復(fù)位區(qū))，如圖3c所示，故而在摩擦工序進(jìn)行時(shí)，摩擦布的布毛可以經(jīng)過一個(gè)類似梳理的過程，使得布毛發(fā)生程度一致的形變，最終經(jīng)過摩擦工序后，形成于基板上的配向膜配向能力會(huì)比較均一，從而灰度不均不良會(huì)得以改善。

針對(duì)方案導(dǎo)入后的樣品進(jìn)行相關(guān)信賴性評(píng)價(jià)，沒有發(fā)現(xiàn)信賴性缺陷，故進(jìn)行大量投入驗(yàn)證，改善效果非常顯著：

圖4 a 方案導(dǎo)入前后不良率對(duì)比

圖4 b 方案導(dǎo)入前后不良率對(duì)比

其中不良程度分為5個(gè)Level（L1～L5）,L1～L2為良品，≥L3為不良品。

方案導(dǎo)入后，不良由100%≥L3改善為90% L1+10%L2，即不良得到了徹底改善。

6 方案總結(jié)

本論文僅列舉了其中一種具體實(shí)施方案進(jìn)行了介紹和說明，且通過生產(chǎn)實(shí)績(jī)驗(yàn)證效果明顯，任何通過有意制作較大且一致的段差方式來規(guī)避摩擦方式造成的灰度不均不良的方案，其機(jī)理和本方案一致，本方案已上報(bào)專利。

[1]車春城.廣視角FFS技術(shù)CELL研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2007.

[2]劉永智,楊開愚.液晶顯示技術(shù)[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2000:339-345.

[3]申智源.TFT-LCD技術(shù):結(jié)構(gòu)、原理及制造技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012:22-27.

[4]李凌,郭曉霞,隋郁,等.高預(yù)傾角液晶顯示器用聚酰亞胺定向材料研究[J].功能材料,2001,32(3):256-262.

[5]申智源.TFT-LCD技術(shù):結(jié)構(gòu)、原理及制造技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012:67-78.

[6]石天雷,楊國(guó)波,等.Zara漏光和Rubbing Mura改善研究[J].液晶與顯示,2012,27(2):208.