本文提出了一种基于空间光调制器的可实现任意图案设计的单步曝光光配向方法。通过像素级精确控制输出光的偏振方向, 可完成对局部区域液晶指向矢的自由取向, 从而实现具有任意图案设计的Pancharatnam-Berry(PB)相液晶器件的制作。这种非干涉曝光投影光配向法不仅简单、高效, 并且能大幅降低环境扰动的影响。基于该方法, 采用两种光取向材料制备了多种PB相液晶器件: 光栅、透镜、全息图和q-plate等。实验表明, 本文制作的PB相液晶器件可实现连续的相位分布和较高的衍射效率。基于这些PB相器件, 本文进一步提出了应用于增强现实显示领域的抬头显示和头戴式显示系统。

本文重点研究了降解型光控取向技术的制作工艺及其对产品性能的影响。通过分析不同光配向工艺参数下配向膜各向异性的数值可知，随着UV光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都有先升高后降低的趋势。测试材料在550 mJ/cm2和30 min的条件下，配向能力最优；配向膜材料二次固化温度在250 ℃以内时对配向性的影响是随温度升高，配向膜的各向异性值有直线上升趋势。通过改变光配向的工艺条件测试TFT特性的变化，发现完整的光配向工艺对TFT特性无明显影响。本文还分析了光配向形成的配向膜的低预倾角(约0.2°)对产品性能的影响，从结果可知，低预倾角下产品的对比度可达到1 500以上，与摩擦型产品对比提升了约50%。

为了改善光配向产品画质, 提高产品良率, 针对光配向产品在低灰阶出现画面抖动不良现象进行系统研究, 发现了画面抖动异常发生机理并找到有效的改善措施。首先, 通过盒厚量测仪对异常区域进行预倾角比对, 确定异常位置预倾角变化。接着通过光配向原理与预倾角角度进行关联分析, 对画面抖动机理提出合理解释, 确认由外部静电电场造成局部光配向电压异常。最后, 通过排查机构确认静电发生单元, 提出有效的改善措施。画面抖动是基板在制程中受到静电累积, 造成基板背面积累一定电荷。在光配向制程中, 受外部静电场的影响, 像素内的电压未达到预定值, 造成预倾角异常, 点灯成像为画面抖动。通过改善在制程中的静电累积, 防止静电累积在基板背面造成光配向电压异常, 改善画面抖动不良。

异物是TFT-LCD制程常见的顽固缺陷, 在高世代线(8.5代线)以摩擦工艺生产mobile产品时不良发生率更高。本文针对8.5代线生产Mobile产品时所产生的异物进行原因及机理分析, 发现该异物来源于摩擦制程, 产生机理为: 摩擦辊在玻璃基板上摩擦时, 布毛容易刮起配向膜而产生细小的PI碎屑。为此本文从摩擦强度、单辊摩擦和光配向工艺进行实验, 实验结果显示: 对于改善细小的PI碎屑最优工艺为光配向, 异物不良由2.34%降至0.41%。在最优的光配向工艺条件下继续优化清洗机条件: 在高压气液混合喷射(HPMJ)的压力8 MPa、清洗机速度6 600 mm/min和风刀喷淋(AK Shower)打开条件下异物不良降至0.16%, 改善效果明显。

LC配向的均一性在LCD中是必不可少的, 光配向制程是通过施加紫外偏振光照射在IPS（In-Plane Switch）LCD中形成液晶配向沟槽的一种技术, 然而紫外光照射的同时会损伤TFT器件, 使非晶硅层产生光生载流子, 电子发生迁移, 导致TFT漏电流从而影响图像品质, 产生横纹色差。在低频时, 栅极开关时间延长, 相邻扫描线之间容易发生混充电现象, 部分充电截止的像素重新充电, 从而使横纹色差变严重。本文从制程和电性调整方面对低频横纹色差进行了研究, 结果表明: （1）紫外光照射后进行烘烤, 可以有效降低漏电流, 高温度（240 ℃）+长时间（4 200 s）改善低频横纹色差效果佳（比例: 0.00%）; （2）延长Out Enable（4.8 μs）+降低Vgh（18 V）+提高GOA（Gate On Array）电路中电压VSS_Q（-7.5 V）, 改善低频横纹色差效果佳（比例: 0.00%）。

在TFT-LCD（Thin film transistor-liquid crystal display）行业中, 进行摩擦工艺制程时, 玻璃基板与机台接触、分离; 摩擦辊与玻璃基板摩擦、摩擦机台顶针上升过程, 都容易产生静电击穿。针对一款在摩擦工艺过程中产生静电的GOA(Gate driver on Array)产品,结合摩擦工艺参数、生产环境, 进行了一系列静电相关验证。验证发现: 摩擦工艺中摩擦布寿命、环境湿度对静电发生影响很大。摩擦布寿命越靠后, 静电越容易发生; 湿度越大, 静电越不容易发生。摩擦机台顶针上升速度、摩擦布类型也对静电发生有一定影响, 顶针缓慢上升, 静电不容易发生; 摩擦棉布较尼龙布静电效果相对较好。而针对摩擦工艺发生的静电失效不良,光配向替代是一种根本的解决方法,导入光配向工艺后, 摩擦相关静电失效不良由量产6.8%下降为0%。

基于面内转换IPS（In-Plane-Switching）液晶显示模式采用新型的光配向技术，相比摩擦配向技术具有无静电、无污染、可控的预倾角等优势。但同时存在显示画质不良如残像，对产品良率及客户体验感影响很大。本文通过对三款聚酰亚胺材料制备及应用光配向技术形成取向层，首先对聚酰亚胺材料特性进行研究，分别为亚胺化率、接触角、Edge Margin、表面各向异性；再对画质不良残像原理进行简单分析，根据残像画面呈现形式分为长期残像与短期残像。通过一系列测试结果得出最优材料亚胺化率为92%、Edge Margin为706 nm、接触角为78.5°、表面各向异性光配向能量为300 mJ，能够满足目前生产要求；实验测试显示画面为短期残像LV2水平优于量产LV3水平，低电阻率（1×1012）配向膜对残像具有明显改善效果，能够很好满足客户需求。同时本文研究思路对后续新材料测试及验证具有一定的参考价值。

通过一系列实验研究了高分辨率TFT液晶显示器的对比度和透过率特性。改善了UV2A光配向技术在提高分辨率的同时像素透过率和对比度下降的情况。提高了面板光学性能的同时也降低了生产成本。

采用光配向技术使PI获得配向能力并制得IPS型LCD, 通过AOI光学自动检测设备以及DMS光学测量系统对在不同PI固烤时间和UV曝光能量下获得样品的预倾角、对比度及穿透率进行了量测, 并研究了各条件下样品的残影(Image Sticking)性能。结果显示: 在900~2 700 s, 400~600 mJ/cm2范围内, 固烤时间和曝光能量对LCD光学性能影响较小, 但对残影性能影响较大, IS随曝光量增大有恶化的趋势, 且该趋势在高亚胺化程度下趋于平缓; 调整固烤时间及曝光能量可以获得较佳的残影性能, 固烤时间1 800 s, 曝光能量400~500 mJ/cm2条件的LCD残影性能较佳。