負性液晶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 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，對于如手機、筆記本電腦等的需求越來越高。具體到作為交互面的液晶顯示面板，對其分辨率要求越來越高。由于液晶顯示面板分辨率的提高，導致液晶面板內(nèi)部不透光的金屬線分布越來越密集，這就導致了面板開口率的降低。由于液晶顯示面板是被動發(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。基于此，負性液晶在液晶顯示面板行業(yè)得到了巨大的應用。據(jù)我司某產(chǎn)品的對比發(fā)現(xiàn)，使用負性液晶的面板透過率（TR）較同款使用正性液晶的面板透過率提升了15%～20%。但是，當前大量的研究工作集中于負性液晶顯示性能的提升上，如更高的透過率或者更快的響應時間上，卻鮮有論述負性液晶使用過程中由于對工藝容錯度更低導致的缺點。故本文結(jié)合我司實際情況，研究了一種常溫下的灰階不均顯示不良（具體稱為面板污漬不良）。文中解釋了負性液晶灰階不均高發(fā)的原理并結(jié)合實際工程測試，提供了一種可以改善此種不良的方案。

二、試驗

當前的液晶盒對盒廠簡單來說可以分為三個大工序：配向膜印刷、配向和液晶滴注與對盒。試驗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)過凸版印刷方式布滿陣列和彩膜基板表面，并經(jīng)預烘烤（溶劑揮發(fā)與有機物分層）和主固化（酰化反應）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盒設備對盒后，使用紫外光和加熱固化的方式將封框膠固化后形成對盒后的大板。試驗用的液晶簡單的參數(shù)如表1所示，試驗用不同的2nd ITO寬度和間距比值情況參見表2。所述的灰階不均現(xiàn)象參見圖1，為灰色畫面下滿屏的橫豎紋不良。

表1 試驗用三種不同液晶的物性參數(shù)

表2 試驗用三種不同的2nd ITO寬隙比

圖1 灰階不均的現(xiàn)象

三、結(jié)果

（a）不同種類液晶的影響

在工藝驗證階段，所述的使用三種不同液晶的液晶顯示面板在同一時間段、相同的設備和工藝制成。如圖2所示，由于負性液晶的使用，在相同判定基準下，灰階不均的不良率有著明顯的增加。盡管表1所示的負性液晶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。基于此，得出了的結(jié)果是：在相同的條件下，負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備的情況下，進行了不同2nd ITO寬隙比的不良嚴重程度判定。其中，數(shù)字越大表示其對應的灰階不均現(xiàn)象越嚴重。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寬隙比設計值，可以有效改善不良的嚴重程度，從而更加貼近客戶的需求。

如圖4所示，為了進一步明確2nd ITO的寬隙比的變化對灰階不均程度和不良率的影響，通過曝光工藝調(diào)整增加和降低了2nd ITO的寬隙比并搭配負性液晶制成顯示面板。試驗發(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寬隙比下的透過率波動

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率波動結(jié)果。由圖可知，實際的透過率波動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，工藝的波動使得2nd ITO的寬隙比很難維持穩(wěn)定，但是可以保持在一個相對固定的波動范圍內(nèi)。因此，對于試驗用的產(chǎn)品而言，選擇增加2nd ITO的寬隙比從而使得透過率波動值最小可以有效改善灰階不均。

圖5 不同ITO寬度下的透過率波動

（d）負性液晶灰階不均較正性液晶嚴重的分析

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

圖6 電場作用下液晶的旋轉(zhuǎn)和傾斜示意圖

由于正負性液晶在電場作用下的表現(xiàn)不同，故其光強透過也不同。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，Bottom（P）表示正性液晶最小光強，用同樣的方法標記了負性液晶為Top（N）、Bottom（N）和灰階不均為Top（M）、Bottom（M）。在灰階不均光強波動一定的情況下，由于正性液晶產(chǎn)品本身波動范圍比較大，所以容錯度較負性液晶更高。故灰階不均在負性液晶中表現(xiàn)更加明顯。

圖7 不同液晶下的光強分布

為了能夠更加直接的理解所述的含義，根據(jù)圖7所示的光強波動情況繪制了圖8。當相同的灰階不均存在于不同的液晶面板背景下，負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。通過試驗和生產(chǎn)的實績對比發(fā)現(xiàn)，負性液晶的灰階不均較正性液晶明顯變重。通過選擇合適的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和透過率模擬曲線變化最小點（min △Tr/△（W:S））為改善灰階不均的最優(yōu)設計點。