摩擦配向工藝對HADS產(chǎn)品像素漏光的影響分析

栗芳芳， 汪 弋， 陸相晚， Eddie， 蔣學(xué)兵， 李恒濱， 郭 威， 操彬彬

(京東方合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥 230001)

1 引 言

TFT-LCD面板是通過基板上薄膜晶體管的開關(guān)功能來控制玻璃基板電極間的電場，從而控制基板間液晶層指向矢狀態(tài)使通過液晶層的光透過率發(fā)生變化而實(shí)現(xiàn)顯示[1]。為了實(shí)現(xiàn)對液晶的有效控制，液晶面板的制作過程中通常要包含摩擦配向(Rubbing)這道工藝。如果液晶沒有初始的配向，液晶分子隨機(jī)排列，在外界電場下，無法實(shí)現(xiàn)有效的液晶控制。

目前液晶配向有兩種方式：摩擦和光配向。其中摩擦工藝仍為目前主要的配向工藝。摩擦是利用摩擦布表面絨毛對配向膜表面進(jìn)行梳理，在配向膜上形成分子級的沿摩擦方向的溝道，一方面使液晶排列具有預(yù)傾角，另一方面使配向膜具有配向液晶的能力[2]。

但是，TFT基板和彩膜基板在制作過程中，由于設(shè)計的需要不可避免地存在微米量級的段差。而由于這些段差的存在，在摩擦過程中就出現(xiàn)了不同區(qū)域存在配向的差異。摩擦工藝過程中弱區(qū)部分的配向膜未能得到有效配向而導(dǎo)致像素邊緣的液晶分子偏轉(zhuǎn)紊亂，進(jìn)而在背光或者畫面下出現(xiàn)漏光不良[3-7]。對于HADS 產(chǎn)品而言，面板隔墊支撐物(PS，photo space)位于摩擦方向上(圖1)，通常高度達(dá)到2～4 μm，是基板上段差最大的部分，因此，PS 前后也是配向最弱的區(qū)域。由于這部分弱區(qū)的存在，通常造成的像素漏光也是影響最大[8]。本文基于以上背景，分析了摩擦對像素弱區(qū)漏光影響。

圖1 HADS產(chǎn)品PS位置和摩擦方向示意圖Fig.1 PS Position and rubbing direction diagram of HADS products

2 現(xiàn)象及機(jī)理分析

液晶面板在經(jīng)過摩擦后，隔墊物前后的配向弱區(qū)如圖2所示?？梢钥吹皆诟魤|物排列的方向上，每個像素上都有不同程度的漏光。在液晶面板的設(shè)計時，由于面板內(nèi)部的支撐需要，隔墊物幾乎每個像素都有，因此，如果摩擦?xí)r摩擦方向在隔墊物像素的豎向方向時，這種漏光是不可避免的。

圖2 隔墊物造成的配向弱區(qū)Fig.2 Alignment weak region caused by PS

從摩擦工藝(圖3)可以看到，摩擦布的毛在摩擦經(jīng)過隔墊物時，布毛會由于隔墊物阻擋作用會導(dǎo)致布毛向左右兩側(cè)分開。這部分的布毛和未經(jīng)過隔墊物區(qū)域的布毛方向以及配向的強(qiáng)度就會存在差異。布毛的方向變化會導(dǎo)致配向角度的變化，布毛經(jīng)過隔墊物的擠壓，配向的強(qiáng)度也會發(fā)生變化。從圖2的圖片上可以看到此時像素上會有漏光的存在，這表明弱區(qū)部分的透過率和發(fā)生了變化。

圖3 摩擦布經(jīng)過PS位置的狀態(tài)示意圖Fig.3 Status of rubbing cloth passing through PS

為此，我們測量了配向弱區(qū)部分(圖4)的液晶配向角度(Twist angel)以及配向膜的預(yù)傾角(TBA)， 測量結(jié)果見表1。從測量結(jié)果可以看，TBA 基本無差異， 紅像素弱區(qū)的液晶扭曲角比較大，像素漏光比較明顯(圖2)；藍(lán)像素弱區(qū)上面的扭曲角比較小，幾乎沒有影響。結(jié)合HADS產(chǎn)品的透過率[9]

(1)

θ表示配向的角度即液晶的扭曲角，λ是透射光的波長，Δnd表示透射光的光程差?？梢缘玫郊t像素弱區(qū)由于扭曲角較大導(dǎo)致了這部分透過率偏高。在現(xiàn)有產(chǎn)品的θ范圍內(nèi)，隨著θ變大，由于紅光波長較長，透過率占比增加，呈現(xiàn)黃色，像素漏光更明顯，人眼也更容易感知；反之呈現(xiàn)藍(lán)色，像素漏光也較弱，不容易發(fā)現(xiàn)漏光。

圖4 摩擦弱區(qū)和正常區(qū)示意圖Fig.4 Alignment weak region and alignment normal region

Tab. 1 Twist angle and TBA of alignment weak region and alignment normal region

Item弱區(qū)R弱區(qū)B正常區(qū)域正常摩擦Twist angle-1.03°0.29°0.02°TBA2.30°2.32°2.31°彩膜側(cè)摩擦的角度旋轉(zhuǎn)180°Twist angle0.6°-1.1°0.01°TBA2.29°2.31°2.34°

基于上述分析，實(shí)驗(yàn)將彩膜側(cè)摩擦的角度旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行了驗(yàn)證。從數(shù)據(jù)上可以看到，兩個弱區(qū)的扭曲角和正常摩擦?xí)r相反，漏光也可以得到改善。TBA 沒有變化對漏光也沒有影響。表2是兩種摩擦情況下漏光情況的對比。從顯微鏡的觀察結(jié)果可以看到，正常摩擦比轉(zhuǎn)180°后情況下的紅像素漏光情況嚴(yán)重很多，藍(lán)像素則是彩膜摩擦轉(zhuǎn)180°后漏光略有加重。但是就整體像素漏光情況而言，彩膜摩擦轉(zhuǎn)180°后像素漏光情況明顯改善(圖5)。此外，從L0 灰階的面板亮度也可以看到，正常摩擦由于像素漏光的影響，L0的亮度也比較高。另外，從對比度的結(jié)果上也可以看到，彩膜摩擦轉(zhuǎn)180°后，面板的對比度也得到了提高(表2)。

圖5 彩膜正常摩擦的像素漏光(右)和彩膜旋轉(zhuǎn)180°摩擦的像素漏光(左)Fig.5 Pixel light leakage of CF normal rubbing (right) and Pixel light leakage of CF turn 180° rubbing (left)

摩擦方向彩膜正常摩擦彩膜旋轉(zhuǎn)180°摩擦 L0亮度/(cd·m-2)0.5540.530對比度1 0721 194

另外，為了減小對摩擦工藝的影響，從設(shè)計的角度出發(fā)可以增加黑矩陣(BM)遮擋的范圍，調(diào)整隔墊物的位置和減小隔墊物尺寸。但是由于產(chǎn)品開口率要求，黑矩陣尺寸的增加也受到限制[10-11]。由于綠像素漏光對人眼更加敏感，隔墊物位置通常也只能放置在紅和藍(lán)像素中間的黑矩陣上。在隔墊物尺寸方面，由于設(shè)計時需要滿足支撐密度，必須確保隔墊物的上部尺寸不變(圖5)，因此只能減小隔墊物的底部尺寸。在隔墊物上部尺寸不變的情況下，底部尺寸主要取決于隔墊物曝光機(jī)的性能。目前行業(yè)主流的隔墊物曝光機(jī)主要有NSK和Canon兩家。NSK的曝光設(shè)備隔墊物截面的錐角只有50°(圖5 左)，Canon的曝光設(shè)備隔墊物截面的錐角大于70°(圖5 右)，就摩擦弱區(qū)影響而言Canon曝光機(jī)更好，缺點(diǎn)是Canon 設(shè)備相對較貴，因此成本更高。

圖6 NSK的曝光機(jī)隔墊物截面(左)和Canon 的曝光機(jī)隔墊物截面(右)Fig.6 Exposed PS profile by NSK equipment (left) and exposed PS profile by Canon Equipment (right)

3 結(jié) 論

本文通過對HADS 產(chǎn)品摩擦弱區(qū)產(chǎn)生機(jī)理的分析發(fā)現(xiàn)HADS 產(chǎn)品摩擦弱區(qū)主要是由于隔墊物段差引起的，隔墊物段差的存在導(dǎo)致了弱區(qū)配向弱區(qū)的扭曲角和正常區(qū)域存在差異，從而導(dǎo)致像素漏光的產(chǎn)生，這也是HADS像素漏光的主要原因?；谶@種機(jī)理分析，通過摩擦工藝的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了HADS 像素漏光的減輕。此外，也提出了通過改善隔墊物曝光工藝，來減輕HADS產(chǎn)品摩擦弱區(qū)的方案。這兩種方案為更好的HADS產(chǎn)品畫面品質(zhì)提供了優(yōu)化方向。