液晶显示器薄膜晶体管(TFT)的栅极需经光刻工艺制得。在光刻工艺中, 除曝光与显影环节外, 光刻胶显影后的关键尺寸(DICD)和锥角(Taper)还受到真空干燥参数的影响。为此, 文章以干燥制程的慢抽时间、保压时间和底压为自变量, DICD和Taper为因变量, 采用全因子实验, 研究了真空干燥制程对光刻胶DICD和Taper的影响。结果表明: 慢抽时间和底压产生的影响较小, 保压时间则是关键参数: 随着保压时间增加, DICD增加、Taper降低。这是因为随着保压时间增加, 光刻胶中的溶剂挥发总量增加, 光刻胶更致密, 显影速度下降, 导致DICD增加; 同时, 光刻胶顶部溶剂挥发量增加, 顶部感光剂浓度增加, 导致顶部侧向显影程度增加, 最终造成光刻胶Taper下降。此外, 建立了DICD和Taper与保压时间的回归方程, 可以预测光刻效果, 或者由预期的光刻效果反推出所需的保压时间。此工作可为薄膜晶体管光刻产线的参数优化和产品良率提升提供参考。

ITO刻蚀产线由刻蚀设备、中央药液供给系统(Chemical central Supply System, CCSS)、刻蚀液管理系统(Etchant Management System, EMS)3大组件构成。明确组件之间的相互作用, 确认相互作用对刻蚀液浓度的影响, 进而管控刻蚀, 对ITO刻蚀制程至关重要。本文结合重庆京东方ITO刻蚀产线, 探究不同生产模式下刻蚀液各组分浓度的变化, 结合回归分析、因果链和统计方法分析了各成分浓度变化的原因, 并确认刻蚀液浓度变化对刻蚀程度的影响。实验结果表明: 仅CCSS开启, 刻蚀液中酸液浓度增加, 致其刻蚀能力逐渐增强。在CCSS开启的基础上, EMS开启补充水和硝酸功能, 可以保持刻蚀液浓度稳定, 进而延长刻蚀液的使用时间。但是, 在CCSS和EMS补给均开启的模式下, 刻蚀液浓度在初期波动, 然后逐步趋于稳定, 且在浓度波动期间会有一个硝酸浓度偏高的区域, 此区域的刻蚀能力强。该研究为ITO刻蚀液使用时间延长、产品良率提升提供了参考。

薄膜晶体管(Thin film transistor，TFT)的栅极在截面方向上是一个台阶，栅极绝缘层(Gate Insulator，GI)和源漏极(Source和Data电极，SD电极)依次覆盖于台阶之上，覆盖程度以台阶覆盖率(台阶处GI层水平厚度与竖直厚度的比值)进行衡量。本文结合重庆京东方的HADS产品工艺制程，探究了栅极厚度、坡度角对GI层的台阶覆盖率的影响。同时，在覆盖率的基础上研究了台阶处和非台阶处的SD膜层刻蚀程度差异。结合量产中的不良，分析栅极坡度角、覆盖率、栅极腐蚀等相关不良的关系，并提出相应的良率提升措施。实验结果表明：坡度角是影响GI覆盖率的关键因素，且栅极坡度角与GI覆盖率呈负线性关系。当栅极厚度在280~500 nm范围变化时，栅极坡度角每增加10°，GI层台阶覆盖率下降约20%。SD膜层覆盖在台阶上，因台阶的存在造成此处的SD层减薄，最终导致该处的SD膜层刻蚀程度加大。如果栅极坡度角偏大，会导致台阶处GI层减薄或者产生微裂纹，工艺制程中的腐蚀介质会透过减薄的GI层进而腐蚀栅极；此外，偏大的栅极坡度角会导致台阶处的SD电极有断线的风险。通过刻蚀液种类变更、刻蚀液成分微调、刻蚀工艺的优化可以降低栅极坡度角，规避上述良率风险。此外，对于栅极腐蚀型不良，也可以通过调整GI层的成膜参数来提升覆盖率。对于SD电极断线风险，可尝试增加光刻胶粘附力、台阶处SD线加宽等措施规避风险。

为了提升液晶显示器的透过率, 优化产品白平衡提升色温, 本研究在液晶显示器行业内首次使用了全染料系的蓝色光阻材料, 并搭配实际产品, 对该材料进行了一系列应用性评价。首先, 对材料进行原理性分析, 初步评估全染料系材料的透过率和光学稳定性、热稳定性; 接着, 使用该材料光谱进行初步的色度评估, 并搭载产品进行测试。测试结果表明: 此款全染料系蓝色光阻材料相较于传统颜料、染料混合系蓝色光阻材料, 透过率可提升约9%; 产品组装背光源后, 产品透过率可提升约3%, 并且可将某一款特定TV产品的色温提升至10 700 K(客户规格10 000 K±1 000 K), 对产品显示性能有较大提升。结合G8.5世代线工艺性测试和产品信赖性评价, 可以得出结论: 全染料系蓝色光阻材料具有更优异的性能, 满足量产标准, 可在G8.5世代线应用和量产。

薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)扭曲向列型(TN)液晶曲面显示器搭配宽视角偏光片暗态时会发生色不均现象, 推测色不均现象的发生机理为: 曲面状态时, 玻璃基板受应力发生形变, 面板中应力不均, 加之液晶双折射, 暗态时上视角观察显示屏上下两侧边缘发蓝。本文模拟了不同改善措施对色不均现象的影响, 同时对有改善的模拟结果进行了实验测试。测试结果表明, 可以通过两种方式改善色不均现象: 第一种是增加暗态亮度, 掩盖暗态时色不均现象, 如调整电路、偏光片吸收轴角度等。实验结果表明调整电路使显示器暗态亮度从0.18 cd/m2提升至0.25 cd/m2, 色不均面积由显示器面积的30%减小至10%, 吸收轴角度从135°调整至134.5°, 色不均面积减小至10%, 但电路调整使显示器响应时间增加2.5倍, 吸收轴角度调整0.5°会使对比度下降20%, 对产品性能均有不利影响; 第二种是改善曲面状态下显示屏内部应力均一性, 如增加液晶盒盒厚、高温老化、降低显示器玻璃基板厚度等。实验结果表明: 降低玻璃厚度至0.2 mm以及高温60 ℃老化72 h均能使色不均现象消失, 且对产品性能无不利影响。

手指滑动ADS(Advanced Super Dimension Switch)液晶面板的L255画面时, 由于按压导致的液晶分子形变和电场作用, 滑动位置亮度会降低, 表现为留下发暗的按压的痕迹。如果该痕迹在按压5 s后不能恢复, 我们称之为划痕Mura(Trace Mura)。本文通过对比5种不同像素设计的液晶面板的滑动按压实验的结果, 得到了像素电极设计、驱动电压对Trace Mura的影响; 进一步模拟分析液晶分子状态, 得到判断不同像素设计的Trace Mura风险的模拟方法。主要结论如下: 首先, 像素电极尾部设计对于Trace Mura改善方面, 弧角设计优于切角设计, 切角设计优于开口设计; 像素电极间距(Space)越小, Trace Mura风险越小。其次, Trace Mura需要在高灰阶电压下按压划动液晶面板才能发生; 而发生Trace Mura的液晶面板, 可以通过降低液晶面板的电压灰阶来消除按压痕迹。最后, 对比液晶分子状态模拟结果, 确认在电极末端的液晶分子方位角会发生突变(即向相反方向偏转), 模拟的突变角度在-15°以上, 预测有Trace Mura风险。

画面闪烁(Flicker)是TFT-LCD画面品质评价的重要指标。文章基于ΔVp及闪烁发生机理, 通过一系列实验, 首先研究了Vcom对闪烁的影响, 结果表明Vcom对闪烁具有显著影响; 随着闪烁灰阶升高, 最佳闪烁呈逐渐减小趋势, 常白模式产品最佳闪烁对应Vcom逐渐减小, 而常黑模式产品最佳闪烁对应Vcom逐渐增加。其次, 研究了VGH、VGL对闪烁影响, 结果表明VGH、VGL变化对闪烁均有显著影响; 同一闪烁灰阶, VGH增加不会影响最佳闪烁, 但对应Vcom逐渐减小, 而VGL增加最佳闪烁逐渐减小, 但对应Vcom逐渐增加。最后, 提出一种可以预测不同灰阶闪烁水平的定量分析方法, 通过该方法计算得到的闪烁水平与VESA标准下FMA测试法所得的闪烁值趋势一致, 常白模式和常黑模式产品线性相关系数均达0.95以上, 证明该方法可以用来预测不同灰阶闪烁水平。这些研究对改善TFT-LCD 闪烁问题提供了分析方法和解决思路。

本文通过电学特性测试设备在黑暗(Dark)和光照(Photo)两种测试环境下, 研究了沟道不同a-Si剩余厚度对TFT电学特性的影响。通过调整刻蚀时间改变沟道内a-Si 剩余厚度, 找出电学特性稳定区域以及突变的临界点。实验结果表明: 在黑暗(Dark)环境下a-Si 剩余厚度在30%~48%之间时, TFT器件的电学特性比较稳定, 波动较小; 而剩余厚度少于30%时, TFT特性变差, 工作电流变小, 开启电压变大, 电子迁移率变小; 在光照环境下主要考虑漏电流的影响, 在a-Si剩余厚度43%以内时, 光照 Ioff相对较低(小于Spec 20 pA), 同时变化趋势较缓; 而剩余厚度大于43%时, 光照Ioff增加25%, 同时变化趋势陡峭。综合黑暗和光照测试环境, 在其他条件不变的情况下, a-Si 剩余厚度在30%~43%之间时TFT的电学特性较好, 同时相对稳定。

IGZO-TFT钝化层设计三元复合过孔结构, 出现了20%过孔相关不良。本文以CF4/O2为反应气体, 采用控制变量法, 从功率、气体成分和比例、压力等方面对氧化物TFT钝化层的电感耦合等离子体刻蚀机理进行研究。当钝化层为SiO2或SiNx单组分时, 氧气可以促进刻蚀反应; 随着CF4/O2比例增加, 刻蚀速率先增大后趋于稳定, 并且当CF4/O2=15/8时, 刻蚀速率和均一性达到最优; 与源功率相比, 提高偏压功率在提升刻蚀速率中起主导作用, 同时均一性控制在15%以内; 当压力在4 Pa以内时, 刻蚀速率随着压力的降低而增加。据此分析, 对复合结构SiNx/SiO2、SiO2/SiNx、SiNx/SiO2 /SiNx的刻蚀过程进行优化, 得到了形貌规整、无残留物的过孔, 过孔相关不良得到100%改善。