光配向技术在TFT-LCD中的实绩应用

BOE知识酷 2022-01-20 11:50 4506浏览 0评论 0点赞

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光配向是一种液晶配向方法，其原理主要是通过偏振紫外光诱导光敏聚合物材料产生选择性交联、分解或者是异构反应从而产生各向异性，进而诱导液晶分子在范德华力的作用下均一取向。

光控取向技术是非接触性取向技术，是高效率且有着很高稳定性的一种取向方式，可以有效地克服摩擦的种种缺点，在液晶显示领域正在逐渐取代传统的摩擦取向技术。

目前光配向技术主要分为以下3类：光交联型、光降解型与光异构型。

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光控取向的制作流程

本文采用日产化学的光降解型聚酰亚胺酸配向材料，使用喷墨印刷的方式涂覆配向液，通过预固化和主固化后获得PI(Polyimide)配向膜。

利用254 nm的线性偏振紫外(UV)光对PI膜进行照射，然后进行二次固化，进行优化取向和去除断裂的小分子。

制作流程如图 1所示。

固化后的PI膜形成一个整体的交联网络，当它经过偏振UV光照射后，平行于偏振方向的聚酰亚胺分子会进行光降解反应，

垂直于偏振方向的聚酰亚胺分子链会被留下，在范德华力的作用下诱导液晶分子取向排列，光控取向原理示意图如下图所示。

实验条件

测试选用27.9cm(10.1")ADS产品作为平台，针对光积量、二次固化的时间和温度进行测试分析。

不同光配向工艺测试条件如下表所示。

光配向工艺对取向性能的影响

光积量和固化温度的影响

UV固化的目的就是用254nm左右的线性紫外光照射PI膜，在垂直于入射偏振光电场方向的主链未被破坏、密度最大实现了取向性，即在紫外光照射下，有选择性地发生了光降解，出现光学的各向异性。

通过测试配向膜的各向异性可以发现，在二次固化温度和时间相同的条件下：

光积量从400mJ/cm2提高到550mJ/cm2，配向膜各向异性逐渐增加；

光积量从550mJ/cm2提高到700mJ/cm2，配向膜各向异性逐渐减小，

如下图所示：

不同光积量和固化温度下配向膜的各向异性值

各向异性值在光积量为550mJ/cm2时达到最大，说明光积量大小对配向膜各向异性的影响呈现先升高后降低的趋势，选择合适的光积量可以使其各向异性最大化，即配向能力最强。

从测试结果分析，在光积量相同的情况下，固化温度250 ℃的各向异性值普遍高于230 ℃的各向异性值。

在本实验条件下，250 ℃更有利于配向膜各向异性最大化。

固化时间和固化温度的影响

紫外偏振光照射配向膜表面，使平行于偏振光偏振矢量方向的C=C双键断裂, 发生(2+2) 电环化反应, 而在垂直于偏振矢量方向产生了各向异性, 从而使液晶分子在各向异性力的作用下沿垂直于偏振光偏振矢量方向排列起来。

二次固化的时间和温度，主要影响的是外部热能对分解后的配向膜表面状态的影响。

外部能量越高，越有利于配向膜在不同方向上的差异化，即更有利于配向膜形成各向异性。

另外，施加的外部能量越高越有利于去除C=C断裂产生的小分子结构，确保盒内纯度。

如图所示，将光积量固定为550mJ/cm2，从二次固化20，30，40 min三个时间测试结果来分析，二次固化温度在30min时达到最佳，时间过长或过短都会带来下降的趋势。

不同固化时间和固化温度下配向膜的各向异性值

图中结果进一步佐证了250 ℃的固化温度下更有利于配向膜形成各向异性。

光配向工艺对TFT特性的影响

通过测试TFT基板在

只经过550mJ/cm2 UV工艺，
550mJ/cm2 UV和230 ℃，30min的退火工艺，
550mJ/cm2 UV和250℃，30min的退火工艺

3种工艺条件，对比测试了TFT基板特性的变化，测试结果如表 2所示。

从结果可知，只经过UV处理，TFT的阈值电压Vth向右偏移1.22 V，Ion降低了约18%，说明UV工艺对TFT特性有劣化的作用。

但经过UV和退火工艺后，TFT特性可以保持光配向工艺处理之前的状态，这是由于退火工艺对TFT的a-Si特性具有恢复的作用，

所以完整的光配向工艺对TFT特性无明显影响。

光配向工艺对产品特性的影响

ADS技术是一种通过TFT基板上的顶层条状像素电极和底层面状公共电极之间产生的边缘电场，使电极之间及电极正上方的液晶分子都能在平行于玻璃基板的平面上发生转动的技术。

【不了解此技术的请看下文】

浅析BOE的ADS超硬屏技术

2021-07-27

ADS技术是水平电场的显示技术，LC分子水平平面旋转，PI的预倾角越大则越会影响暗态画面的亮度。

本文对比测试了光配向工艺(550 mJ/cm2，250 ℃，30 min)和摩擦工艺的预倾角数据，

光配向工艺的预倾角数据为0.2°，而摩擦工艺的一般为2.3°，如图 5所示。

光配向工艺和摩擦工艺的预倾角对比图

通过不同工艺条件下面板的暗态显微镜照片，如图 6所示，可以确认，针对ADS产品，光配向工艺可以更有效地降低产品的暗态漏光，有利于提升产品的对比度。

光配向工艺对比度的实际测试结果为1511，摩擦工艺对比度为998，相对提升51%。

光配向工艺对取向性能的影响

通过测试光配向工艺参数对配向膜的各向异性的结果可知，随着光积量的增大和二次固化时间的延长，配向膜的各向异性值有先升高后降低的趋势，在550 mJ/cm2和30 min的条件下，光配向能力最优；

在一定范围内二次固化温度对配向性影响是随温度升高，配向膜各向异性值呈现直线上升趋势。

通过改变光配向的工艺条件测试TFT特性变化，发现只经过UV工艺，TFT特性会有明显的劣化现象，其中阈值电压提升，Ion电流降低；

而经过UV和退火工艺后，由于退火工艺对TFT的α-Si特性的恢复作用，TFT特性恢复到光配向工艺之前的水平。

本文对比分析了光配向技术和摩擦技术对产品性能的影响，发现光配向技术的预倾角约为0.2°，产品对比度为1500左右，与摩擦型产品相比对比度提升了约50%。

内容来源：液晶与显示

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