残影不良的研究与改善

第３１卷　第３期２０１６年３月　　　　　　　液晶与显示　　　ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplays　　　　　Vol．３１　No．３　Mar．２０１６　　收稿日期:２０１５Ｇ０９Ｇ０８;修订日期:２０１５Ｇ１０Ｇ１１．　　∗通信联系人,EＧmail:[e-mail]文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０１６)０３Ｇ０２７０Ｇ０６TFTＧLCD残影不良的研究与改善范恒亮∗,汤展峰,刘利萍,李　静,黄　静,刘岩龙(合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥２３００１２)摘要:影像残留是TFTＧLCD,特别是TN型产品常见的不良,对产品良率影响很大.本文从产品设计、工艺参数、工艺管控３个方面对残影进行分析.发现产品设计时Data线两侧段差过大,是导致残影发生的主要原因,通过增加配向膜厚度和摩擦强度值可以有效降低残影,实验得出配向膜膜厚高于１１０nm,摩擦强度高于５．５N􀅰m时无残影发生.通过控制配向膜工程与摩擦工程间的延迟时间在５h,摩擦工程与对盒工程间的延迟时间在１０h,并且严格管控ITO偏移量可以有效减少Panel内部电场,从而降低残影.通过以上措施,对于１５．６HD产品,良率提升了１０％,为企业高效生产奠定基础.关　键　词:残影;扭曲向列型;配向弱区;内部电场中图分类号:TN１４１．９　　文献标识码:A　　doi:１０．３７８８/YJYXS２０１６３１０３．０２７０ResearchandimprovementofTFTＧLCDimageＧretentionFANGHengＧliang∗,TANGZhangＧfeng,LIULiＧping,LIJing,HUANGJing,LIUYangＧlong(HefeiXinshengOptoelectronicsTechnologyCo．Ltd,Hefei２３００１２,China)Abstract:ImageＧretentionhasalwaysbeenaproblemintheTFTＧLCDproductionprocess,especiallyfortheTNproduction,andalreadyhadagreatinfluenceontheproductionyieldoftheproducts．ThisarticlemainlydiscussedthethreeaspectswhichhadtheinfluenceontheincidenceofimageＧretentionincludingproductdesigns,processparametersandtheprocesscontrol．TheresultsshowedthatthemainreasonofimageＧretentionistheoversizeofsegmentdifferenceatbothsidesoftheDatalinedurＧingproductdesigns．AnditwasfoundthatimageＧretentioncouldbereducedbyincreasingthealignＧmentfilmthicknessandtherubbingtorquevalue．NoimageＧretentionoccurswhenthealignmentfilmthicknessandtherubbingtorquevaluearehigherthan１１０nmand５．５N􀅰m,respectively．ItcanlowertheimageＧretentionbycontrollingtheITOoverlayandcontrollingthePIＧRubdelaytimein５h,RubＧAssydelaytimein１０htoreducingtheinternalelectricfieldofpanel．Asfor１５．６HDproducts,theyieldincreasedby１０％throughtheabovemeasureswhichmightlaythefoundationofhighＧeffiＧcientproductionforenterprises．Keywords:imageＧretention;twistednematic;alignmentweakarea;internalelectricfield１　引　　言　　伴随着显示科技的发展,液晶显示器(LCD)以其低工作电压、低功耗、低辐射、以及轻薄美观等优势,为大众所喜爱,已成为市场的主流[１Ｇ２].随着人们对液晶显示器认知度的逐渐提高,对于显示性能也提出了越来越高的要求,如高亮度、高对比度、高响应速度等,而且对于整个显示器的画质,如Mura[３]、残像[４Ｇ６]的要求也越来越苛刻.对于目前市场的主流NB(Notebook)产品均采用TN(TwistedNematic,扭曲向列型)型TFTＧLCD[７]作为显示面板,其中残影[８Ｇ１０]是一种常见的画面品质问题,其影响因素较多.２　残影的现象残影宏观现象为加信号至L０(全黑态)时,画面局部出现彩色画面,轻微则１s内迅速消失,严重时消失较缓慢;微观可见像素长边出现液晶分子配向异常,如Green像素从全亮态(L２５５)到全黑态(L０),像素长边缓慢变为黑态,如图１所示.图１　残影微观现象Fig．１　MicrophenomenonofimageＧretention３　残影影响因素分析根据残影微观现象可知,加信号时仅像素长边出现液晶分子配向异常,根据TFTＧLCD液晶配向原理[７],推断像素长边处存在摩擦弱区或者Panel内存在附加电场导致液晶分子配向异常.以下通过产品设计、工艺参数和工艺管控三方面研究其对残影的影响.３．１　产品设计影响以５Mask和４Mask产品设计为例,由于４Mask工艺采用HaftＧTone技术,与５Mask相比Data线下方存在Active层,如图２、图３所示,因此５Mask产品的Data段差H１小于４Mask产品的Data段差H２.由于段差的存在,在摩擦工程中Data线两侧存在摩擦弱区,且段差越大,弱区范围越大且越严重,弱区范围内配向膜的配向能力较弱,在信号切换时,弱区处液晶出现配向异常,导致残影发生,且主要发生在长像素边缘.图２　５Mask设计示意图Fig．２　Schematicdesignof５mask图３　４Mask设计示意图Fig．３　Schematicdesignof４mask根据合肥鑫晟光电科技有限公司的生产数据来看,５Mask产品的残影发生率远小于４Mask产品,因此在相同的生产工艺条件,设计的差异对残影有较大影响.３．２　工艺参数的影响以１５．６HD为实验机种,分别研究像素ITO偏移量(ITO与S/B左右重叠区域OL(L)和OL(R)差值的一半)、配向膜膜厚、摩擦强度对残影的影响.图４为１５．６HDTN产品的TFT结构和ITOOverlay示意图.图４　１５．６HD截面示意图Fig．４　CrossＧsectionalschematicof１５．６HD３．２．１　ITO偏移量与残影的关系由图１现象可知,残影主要是像素长边缘出现液晶分子配向异常,即在开关信号时,像素长边１７２第３期　　　　　　　范恒亮,等:TFTＧLCD残影不良的研究与改善缘处出现液晶分子配向异常.由以上分析可知,摩擦弱区和内部存在附加电场是导致残影的主要因素.由于TN产品像素ITO与S/B存在OＧverlay,因此在像素长边缘会存在边缘电场,如图４所示,理想状态下,OL(L)和OL(R)相等,从而两侧的边缘电场强度相当,可以相互抵消,不会对像素边缘液晶分子的配向产生影响.实际中OL(L)和OL(R)不相等,即存在一定的ITO偏移量(ITO与S/B左右重叠区域OL(L)和OL(R)差值的一半).如果ITO偏移量过大,两侧边缘电场强度差别明显,无法完全抵消,必然会对一边的液晶配向造成影响.通过５组Decap实验,在聚焦离子束(FIB)下观察,发生残影的Panel像素ITO偏移量较大,如表１所示.正常Panel的ITO偏移量较小,接近０,而残影Panel的ITO偏移量均大于１.表１　正常和残影Panel的ITO偏移量Tab．１　ITOoffsetbetweennormalandimageＧretentionpanel正常PanelAＧA’截面FIBTop图残影PanelAＧA’截面FIBTop图正常PanelBＧB’截面FIBTop图残影PanelBＧB’截面FIBTop图示例图No．OL(L)　OL(R)　ITO偏移量OL(L)　OL(R)　ITO偏移量OL(L)　OL(R)　ITO偏移量OL(L)　OL(R)　ITO偏移量１２３４５４．２６　　４．３６　　０．０５４．０９　　４．５３　　０．２２４．１９　　４．４３　　０．１２４．２８　　４．１４　　０．０７３．９８　　４．２０　　０．１１５．２５　　３．０４　　１．１０５．６２　　２．４７　　１．５７５．１０　　３．０１　　１．０５５．５２　　３．０８　　１．２２５．３１　　３．０５　　１．１３４．１５　　４．３４　　０．１０４．１４　　４．５０　　０．１８３．８２　　４．３５　　０．２７４．０３　　４．０８　　０．０３４．１２　　４．００　　０．０６５．１８　　３．０８　　１．０５５．６１　　２．４０　　１．６１５．０４　　２．８８　　１．０８４．９９　　２．８１　　１．５９５．１１　　３．０１　　１．０５　　Remark:ITO偏移量＝(OL(L)ＧOL(R))/２．　　由以上分析及实验验证得出,ITO偏移量对残影有较大的影响,因此在TFT成膜过程中,必须严格管控ITO偏移量.３．２．２　配向膜膜厚对残影的影响TFTＧLCD制程中,配向膜主要是对液晶分子起配向作用,同时在一定程度上增加TFT基板的平坦度.实验中,采用的配向膜膜厚分别为６５nm、８０nm、９５nm、１１０nm、１２５nm,摩擦强度值为５N􀅰m.配向膜膜厚与残影的发生率如图５所示.从图５可知,配向膜越厚,残影的发生率越低,当配向膜膜厚超过１１０nm时,无残影发生.一方面由于TFT、CF基板在未涂覆配向膜前聚集大量自由基离子,当配向膜越厚,TFT基板上的自由基离子难以透过配向膜到达配向膜表面;另一方面由于TFT基板表面膜层存在段差(AＧA’),配向膜越厚时,段差越小,在摩擦工程中,摩图５　１５．６HD残影与配向膜厚度关系Fig．５　Relationsof１５HDimageＧretentionandalignＧmentfilmthickness图６　配向膜的厚度与配向弱区的关系Fig．６　RelationsofalignmentweakareaandalignＧmentfilmthickness２７２　　　　液晶与显示　　　　　　第３１卷　擦辊摩擦较均匀,无配向弱区,如图６所示．３．２．３　摩擦强度值对残影的影响摩擦工程是对配向膜进行摩擦的工艺,使配向膜的配向具有一致性,由于TFT膜面存在段差(AＧA’),在摩擦过程中,难免会存在配向弱区.为了消除配向弱区,一方面通过增加配膜膜厚来减小膜面段差,但是由于生产过程中配向膜太厚,影响设备嫁动率,所以配向膜厚度需要考虑实际生产条件;另一方面可以通过增加摩擦强度.因为摩擦强度越高,摩擦辊与膜面的压入量越大,从而在段差处的摩擦力较大,不易在段差处形成配向弱区.实验中,配向膜膜厚为１１０nm基础上,控制摩擦强度分别为３．５、４、４．５、５、５．５N􀅰m.实验得出,摩擦强度与残影的发生率如图７所示.图７　１５HD残影与摩擦强度的关系Fig．７　Relationsof１５HDimageＧretentionandtorquevalue由图７可知,摩擦强度值越高,残影发生率越低,因此增加摩擦值能够有效改善残影.３．３　工艺管控的影响TFTＧLCD在成盒工厂主要包含配向工程、摩擦工程、对盒工程、切割工程.Glass在对盒前,如果长时间放置在空气