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較低等特點，而越來越多地被應用于高性能顯示領域當中[1-2]。TFT-LCD由陣列基板和彩膜基板構成。在陣列基板和彩膜基板之間設置有液晶層，通過控制液晶分子的偏轉，從而實現對光線強弱的控制，然后通過彩膜基板的濾光作用，實現彩色圖像顯示。為了使得對液晶的偏轉分子進行有效的控制，需要通過在陣列基板和彩膜基板上分別設置取向層，并通過摩擦工藝在取向層的表面制備出方向一致的取向槽，以使得位于取向槽中的液晶分子沿一致方向排列[3]。

然而，現有技術中，由于基板在摩擦方向上均在段差，導致摩擦輥上摩擦布的表面產生不同的變形區域。同時，又由于不同變形區域的摩擦強度不一致，導致在取向工藝過程中，所制備的取向槽深淺不一。進而在顯示的過程中，會產生塊狀灰度不均的不良現象（摩擦Mur a）[4]。具體的例如，為了對顯示面板圖像顯示進行控制，需要在顯示面板的綁定位置綁定（Bonding）驅動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置過孔，以使得位于綁定位置的引線與顯示區域的柵線或數據線相連接，從而將驅動IC輸出的控制信號輸入至所述數據線和柵極線。

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的產生。大大降低了顯示面板的顯示效果，成為了影響產品質量的頑固不良[5]。目前該缺陷在本行業中是難以克服的難題，一般有兩個方向可以考慮：其一是使用光配向方式，該方式需要采購新的設備，且產品信賴性方面還存在尚未解決的問題，仍在研究驗證中；其二是從產品生產工藝或設計角度進行優化或規避[6]。

2 改善方向

本論文提供了一種從設計角度進行規避的方案，能夠解決由于摩擦輥摩擦面的平坦度低，導致制備的取向程度不均一的缺陷。

顯示面板包括顯示區域和非顯示區域，在所述非顯示區域中設置有復位區，復位區設置的薄膜層的厚度小于其相鄰區域設置的薄膜層的厚度；復位區與相鄰區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，復位區的尺寸大于等于顯示區域的尺寸。

一方面，復位區設置的薄膜層的厚度小于相鄰區域設置的薄膜層的厚度。從而使得復位區表面的薄膜層與相鄰區域表面的薄膜層之間具有段差。此外，復位區與相鄰區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域向顯示區域滾動的過程中，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，復位區的尺寸大于等于顯示區域的尺寸。使得摩擦輥上形變一致的布毛能夠完全覆蓋顯示區域，從而提高了與顯示區域相接處的摩擦面的平整度，從而形成于顯示區域的取向層上的取向能力一致。進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，可以包括顯示區域10和非顯示區域20。其中，如圖1b所示，可以在非顯示區域20中設置有復位區201，所述復位區201設置的薄膜層的厚度K小于復位區201的相鄰區域設置的薄膜層的厚度K’。所述復位區201與相鄰區域交界處（O-O’）薄膜層的段差高度一致。這樣在摩擦輥滾動的過程中，摩擦輥的布毛在上述交界處（O-O’）的段差位置受力均勻，從而發生一致的形變。

圖1 a 顯示面板的結構

圖1 b 設置有復位區的顯示面板結構

對于復位區201設置的薄膜層可以是一層，也可以是多層。當復位區201設置的薄膜層為一層時，復位區201設置的薄膜層的厚度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。當復位區201設置的薄膜層為多層時，復位區201設置的薄膜層的厚度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，相鄰區域設置的薄膜層的厚度K’同理可得。

其中需要說明的一點是，201設置的薄膜層主要是絕緣層，如果是常規使用的SixNy材料，由于是納米級厚度，需要多層全部挖掉，才能形成一個較大的段差；如果為了降低產品功耗，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膜材料），由于是微米級厚度，單層有機膜挖掉即可形成較大的段差。

此外，在方向Y上，復位區201的尺寸L大于等于顯示區域的尺寸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域，從而提高了與顯示區域10相接處的摩擦面的平整度，使得形成于顯示區域10的取向層上的取向槽深淺一致。

4 方案注意事項

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行，因此如圖1a所示，未切割的顯示面板上包括多個間隔設置的顯示區域10和非顯示區域20。

第二，上述復位區201的相鄰區域，可以根據復位區201設置位置的不同而不同。例如，當復位區201距離顯示區域10較遠時，相鄰區域還位于非顯示區域。當復位區201緊鄰顯示區域10時，相鄰區域可以是顯示區域。

5 方案應用實績

本文作者所在公司將該方案應用于其中一款產品A中，由于該產品使用了有機膜作為絕緣層，故在有機膜掩膜設計上進行優化，在產品摩擦方向Panel兩側有機膜做了挖槽設計，形成了較大段差（＞2μm）的復位區，對于改善的履歷如下：

圖2 a 方案導入前摩擦后噴蒸汽后的膜面狀況

圖2 b 方案導入前點燈狀況

方案導入前，摩擦工序結束后對配向膜面進行噴蒸汽確認，段差不均一會導致明顯的膜面不均，即對液晶分子的配向能力也會有明顯差異，如圖2a所示。組成模組后點燈確認，畫面具有較為嚴重的灰階不良，如圖2b所示。

圖3 a 方案導入后摩擦后噴蒸汽后的膜面狀況

圖3 b 方案導入后點燈狀況

圖3 c 方案導入后溝槽 FIB 截面圖

方案導入后，摩擦工序結束后對配向膜面進行噴蒸汽確認，無明顯膜面不均現象，即對液晶分子的配向能力無明顯差異，如圖3a所示。組成模組后點燈確認，畫面灰階一致性較好，無灰階不均不良如圖3b所示。該結果同我們理論分析一致，方案導入即對曝光掩膜設計進行變更，使得在有效區外側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位區)，如圖3c所示，故而在摩擦工序進行時，摩擦布的布毛可以經過一個類似梳理的過程，使得布毛發生程度一致的形變，最終經過摩擦工序后，形成于基板上的配向膜配向能力會比較均一，從而灰度不均不良會得以改善。

針對方案導入后的樣品進行相關信賴性評價，沒有發現信賴性缺陷，故進行大量投入驗證，改善效果非常顯著：

圖4 a 方案導入前后不良率對比

圖4 b 方案導入前后不良率對比

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

方案導入后，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

本論文僅列舉了其中一種具體實施方案進行了介紹和說明，且通過生產實績驗證效果明顯，任何通過有意制作較大且一致的段差方式來規避摩擦方式造成的灰度不均不良的方案，其機理和本方案一致，本方案已上報專利。

[1]車春城.廣視角FFS技術CELL研究與設計[D].電子科技大學,2007.

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

[3]申智源.TFT-LCD技術:結構、原理及制造技術[M].北京:電子工業出版社,2012:22-27.

[4]李凌,郭曉霞,隋郁,等.高預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:結構、原理及制造技術[M].北京:電子工業出版社,2012:67-78.

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