2024年4月1日发(作者：)
第
２０２
３
１
６
卷
年
３
第
月
３
期
ChineseJo
液晶与显示
urnalofLi
q
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la
y
s
Vol
M
．３６
ar
N
．２０
o
２１
．３
文章编号
:
１００７Ｇ２７８０
(
２０２１
)
０３Ｇ０４０５Ｇ０６
TFTＧLCD
白点不良机理研究及改善
刘
信
１∗
,
高玉杰
１
,
郭
坤
１
,
杨
志
１
,
程
吴
伟
１
,
郭会斌
石
１
,
林鸿涛
２
,
毛大龙
１
,
盛子沫
１
,
赵
剑
１
,
１
,
江
鹏
１
(
１．
武汉京东方光电科技有限公司
,
湖北武汉
２．
,
北京
１００
４
１
３
７
０
６
０
)
４０
;
北京京东方显示技术有限公司
摘要
:
TFT
基板四道掩膜版工艺可提升产能
,
但其带来的产品品质困扰着各工厂
,
白点不良即为四道掩膜版工艺产生
.
本文通过直流实验探究了白点产生的原因
;
采用光照实验和高温实验
,
研究了白点产生的机理
,
同时利用工艺调整来改
善白点不良
.
结果表明
,
有源层膜质存在异常
,
其导电性不同导致了反冲电压
(
白点不良
.
栅极和源极耦合电容越小
,
即硅边宽度越小
,
白点越少
,
直至消失
.
子像素存储电容越大
Δ
V
p
)
的差异
,
最佳公
,
共
钝化层厚度
电压的不同
(
P
形
VX
成
)
由
６００nm
减小到
４００n
.
m
,
该研究对于产品品质和收益的提升以及后续产品开发提供了有效的解决方法及参考
白点不良程度可减轻
１
个等级
.
通过工艺调整
,
将硅边宽度降低到
１．２
μ
m
,
版工艺导致的白点问题
可解决四道掩膜
.
关
中图分类号
键
词
:
白点
;
反冲电压
;
:
TN８７３
＋
．９３
;
TN３
S
２
ta
１
e
＋
bl
．５
er
ＧWro
文献标识码
nski
效应
:
A doi
:
１０．３７１８８
/
CJLCD．２０２０Ｇ０１５３
Mechanismr
TF
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T
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Ｇ
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L
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C
cha
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GAOYuＧ
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ZHAOJ
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WUW
,
CHENGShi
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LINHon
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JIANGPen
,
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Ch
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L
C
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．
．
,
,
Ltd
．
,
Wuhan
４３００４０
Bei
j
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g
１００１７６
,
Chin
,
China
a
)
;
Abstract
t
:
Th
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Ｇ
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收稿日期
:
∗
通信联系人
２０２Ｇ０
,
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６
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Ｇ１
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修订日期
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c
．
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.. All Rights Reserved.
４０６
液晶与显示
第
３６
卷
,
the
p
rocessadustmentthewidthofactivetailisreducedto１．２
μ
m
,
whichcansolvethewhitedots
j
roblemcausedbask
p
rocess．Thiswork
p
rovideseffectivesolutionsandreferencesfortheimＧ
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p
roduct
q
ualitndbenefitsaswellassubseuent
p
roductdeveloment．
py
a
qp
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Keords
whitedotfeedthrouhvoltaeSWeffect
gg
y
w
,
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p
ixelstoraecaacitor
C
s
ecominlarertheinsulationlaerthickness
(
PVX
)
is
ppgpggy
t
b
reducedfrom６００nmto４００nm
,
andthedereeofwhitedotsdefectscanbereducedblevel．After
gy
１
１
引
言
随着生活水平提升
,
人们对显示器的品质需
求越来越高
,
高分辨率
、
高刷新频率
、
高对比度
、
高
亮度等高端产品逐渐占领市场
.
高端产品开发必
然带来成本和周期的上升
,
进而影响企业收益
,
因
此各企业不断采取各项措施来降低产品开发和生
产成本
[
１Ｇ２
]
产成本而普遍采用的一种曝光工艺
.
四道掩膜版工艺是各工
,
厂
相比于五道
为降低生
掩膜版工艺
,
减少了一道光刻工艺
,
即有源层和数
据线采用一道掩膜版完成
,
用半曝光替代全曝光
,
减少工艺流程
,
提升工厂产能
,
增加产品收益
.
但
四道掩膜版工艺会使数据线下方存在有源层
,
在
显示器使用时
,
光照会使有源层导电
,
等效于数据
线宽度增加
[
３Ｇ４
]
动的情况下
,
其走线宽度和间距均处于极端值
.
高端产品的设计
,
在考虑工艺波
,
四
道掩膜版工艺带来的实际数据线宽度增加加重了
液晶显示器的负载
,
影响产品画质及良率
,
本文研
究的白点不良就是其中的一例
.
对于任何一种高端显示器的开发
,
产品性能
和良率一样重要
.
本文主要研究了四道掩膜版工
艺导致白点不良的原因
,
通过光照和高温实验
,
明
确了不良发生的机理
.
同时研究了栅极和源极的
耦合电容及子像素存储电容对白点不良的影响
,
通过工艺调整相应的几何尺寸和膜厚
,
解决白点
不良
,
为后续高端产品的四道掩膜版设计及工艺
提供了可行性方案
.
２
实
验
实验选择尺寸和分辨率相同的模组
,
将其分为
４
组
,
用于光照实验
.
选用不同工艺模组产品
A
、
B
、
C
、
D
研究栅
/
源极电容与白点的关系
;
模组产品
２
B
．１
、
E
用于研究子像素存储电容与白点的关系
.
直流实验
为交流电
TFTＧ
.
LC
对于数据信号
D
正常显示时
,
栅极和数据信号均
,
本实验将柔性电路板
除掉
,
酒精清洗各向异性导电胶
,
在焊盘
(
P
Bondin
g
为直流电
ad
)
涂上银
.
该样品采用栅极驱动功能集成在阵列
浆
,
外接直流电源
,
可实现数据信号
基板上的
将
GOA
(
GateDri
V
GOA
所有信号
CLK
可实现栅级直流信号
/
ve
S
r
T
o
V
nA
/
V
r
D
r
D
a
y
O
)
５Ｇ６
]
/
设计
[
VDD
,
.
E
实
/
验时观察并记录白点现象等级
GL
等设置为高电压
,
.
２．２
光照实验
第
(
放置
(
正常放置
１
组
１Ｇ１
)
＃~
,
被背光源照射
１Ｇ３＃
)
为参
;
第
考
２Ｇ
彩膜朝下放置
(
翻转放置
),
被背光源照射
２
组
组
,
T
(
F
２Ｇ
T
朝下
１＃~
第
３
;
点区域下方用黑色垫片遮挡
３
＃
组
)
(
３Ｇ１＃~３Ｇ３＃
)
在正
,
常
样品背光源光照
放置情况下
,
将
;
白
第
４
组
(
外其他区域下方用黑色垫片遮挡
４Ｇ１＃~４Ｇ３＃
)
在正常放置情况下
,
样品背光源光
,
将白点以
照
.
以上实验每隔
.
２４h
进行观察
,
以上分别记录
白点现象等级
２．３
高温存储实验
将完成光照实验的第
＃
)
放入高温炉中
,
温度为
１
１
组样品
(
５０℃
,
每隔
１Ｇ１＃
２h
,
~１
进行
Ｇ３
现象观察
,
记录白点现象等级
.
结果与讨论
３．１
电信号对白点的影响
为研究扫描
/
数据信号对白点不良的影响
,
本
文设计了不同组合的信号加载到显示屏上
,
观察
白点现象
,
其结果如表
１
所示
.
.. All Rights Reserved.
３
第
３
期
刘
信
,
等
:
TFTＧLCD
白点不良机理研究及改善
４０７
表
１
扫描
/
数据信号与白点现象的关系
Tab．１ Whitedot
p
henomenon
vs
．
g
ate
/
datasi
g
nal
实验编号扫描信号数据信号白点现象
１
直流交流消失
２
交流直流消失
３
直流直流消失
从表
１
可以看出
,
施加直流扫描信号时
,
白点
消失
.
相比于交流
,
直流无电压跳变
,
可以消除数
如图
１
所示
,
公共电压的电位是依据屏内多
数像素闪烁程度确定的
,
可以认为对于多数像素
,
据线与扫描线的电容对像素电压的影响
,
即反冲公共电压的电位是在综合考虑了
电压
(
点消失
Δ
V
,
p
此时扫描信号仍为交流
)
[
７Ｇ８
]
的影响
.
施加直流数据信号时
,
白
Δ
V
p
和漏电流的
基础上
,
保证了像素的正负帧电压的对称
(
大小设
,
为
a
).
但对于白点区域
,
由于该区域的
Δ
V
p
与其
响像素电压
,
但数据信号处于直流
Δ
V
,
p
的存在会影
即使扫描信号它区域存在差异
,
因此白点区域与其他区域的最
处于关闭状态
,
由于漏电流的存在
,
像素仍处于一佳公共电压存在差异
(
设为
c
定的充电状态
,
可以抵消大部分由于本样品为常黑模式
,
像素电极与公共
,
可正可负
).
电压之
另外
,
同时给扫描
Δ
/
V
p
不同导
致的像素电压差异
.
数据线施间的有效电压越大
,
像素的亮度越高
.
因此
,
对于
加直流信号
,
白点依然消失
.
以上实验结果说明
,
正常区域和白点区域
,
像素亮度可以分别用式
(
白点不良是由于存在和式
(
,
使其最佳公共电压不一致
Δ
V
p
的像素电压不同
,
导致白点与其他区域
,
从而
２
)
定性地表示
.
１
)
正常区域亮度
:
出现黑白的差异
,
导致白点
,
以下做详细说明
.
a
２
＋
a
２
＝２
a
２
白点区域亮度
:
．
(
１
)
(
a
＋
c
)
２
＋
(
a
－
c
２
显然
,
白点区域亮度高于正常区域亮度
)
＝２
(
a
２
＋
c
２
,
)
因此该区
,(
２
)
域发白
.
３．２
光照
/
温度对白点的影响
图
１
像素与公共电极间的电压示意图
我们研究了照射不良样品的不同区域
,
白点
Fi
g
．１ S
th
c
e
he
p
i
m
x
a
e
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l
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o
o
mm
no
o
f
ne
thevolta
g
ebetween
的变化情况
,
并对其中部分样品进行了高温存储
lectrode
实验
,
结果见表
２
和表
３
.
表
２
光照条件与白点现象的关系
Tab．２ Whitedot
p
henomenon
vs
．li
g
htconditions
样品编号照射面照射区域
白点现象
１
１
Ｇ１TL
０h２
L
４h４８h７２h
整面
１
ＧT
FT
整面
２
Ｇ
２
３T
F
F
T
T
L
３．５
L
２L
L
１．５L
整面
２
Ｇ１C
L
３．０L
０
L
３．５L
２
．５
．０
L
１．０
L
０
整面
L
３L
２．５
L
１．５
L
０
２
ＧC
F
F
整面
L
３
．５
L
３
L
３
．５
L
３
L
３
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３
Ｇ
２
Ｇ
３
１T
C
F
F
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３
．５
３
．５
．５L
３
．５
３
．５
．５
L
３
．５
L
３
．５
３
．５
．５
L
３
．５
．５
白点外区域
L
３
３
．５
．５
.. All Rights Reserved.
４０８
液晶与显示
第
３６
卷
续
表
样品编号照射面照射区域
白点现象
３
７
３
ＧTL
０h２
白点外区域
４
Ｇ
２
T
F
白点外区域
L
４．０L
４h４８h
L
L
２h
４
Ｇ
３
T
F
T
白点区域
L
３L
４．L４
L
３
．０
．５L
４．０
４
Ｇ
１
Ｇ
２
３
T
F
T
F
T
白点区域
TF
T
T
L
３
．５
．０L
３
０
．５
L
１L
３．５
白点区域
L
３
３
．５
．５
L
２
L
２
．０
２
．５
．５L
１
．０
１
．５
．５
L
０
L
０
０
表
３
高温老化与白点现象的关系
Tab．３ Whitedot
p
henomenon
vs
．hi
g
htem
p
eraturea
g
in
g
样品编号照射面照射区域
白点现象
１
０h２
整面
１
Ｇ１TLL
４h
１
Ｇ
Ｇ
２
３
T
F
F
T
TL
１．０
４
L
８h７２h
整面
TFT
L
０
L
２．５L
整面
L
０
０L
１
１
．０
．０L
２
２
．０
．５
L
３．５
L
３
３
．０
．０
从表
２
、
３
可以看到
,
的主要原因
.
另外
,
在光照射下
,
跃迁的带间距内
背光源照射
,
白点不良逐渐减轻
TFT
朝下放置状态下被
;
彩膜朝下放置状态密度增加
.
在光照射前
,
跃迁带间距中央靠近
态下被背光源照射
,
白点不良无变化
.
同时
,
背光导带侧的费米能级向价带方向移动
,
所需的活化
源照射白点外区域
,
白点现象无变化
;
照射白点区能增加
,
因此暗电导率也减少
.
域
,
白点现象消失
.
从中不难看出
,
不良受彩膜基
对于理
,
板黑矩阵下
内外主要
S
有
ta
影响
.
将白点消失样品进行高温存储
TFT
基板上有源层光照导电性能的
,
白点均复
(
图
２
),
其机理为
３
ebl
种
er
解
ＧW
释
ro
模
ns
型
ki
效应产生的机国
.
一是弱键断裂模型
现
.
从该实验可以看出
,
白点区域有源层受
blerＧWronski
效应影响
,
改变有源层的导电
St
性
aeＧ
个
Si
—
Si
弱键中的
Si
原子存在一
,
合时
Si
,
—
其中部分能量以声子的非辐射方式释放出
H
键
,
当两个载流子在弱
Si
—
Si
键附近复
Δ
V
p
发生变化又得到了还原
,
使白点在光照下消
来
,
使膜中的
失
,
在高温下复现
.
,
为了达到更稳定的亚稳状态
Si
—
Si
弱键断裂
,
形成两个临时悬
挂键
,
邻近原子会在
StaeblerＧWro
小范围内发生重构
,
其中一个
,
n
暗电导率和光电导率会随时间
ski
效应现象为
aＧSi∶H
在可
见光持续照射下
Si
原子的
向悬挂处
,
从而增加了悬挂键缺陷态密
S
度
i
—
[
８
]
H
转
的增加而下降
,
在
１５０℃
以上的温度下退火可恢
是
“
氢玻璃
”
模型
(
图
.
二
复
.
采用电子自旋共振进行测试
,
发现在光照情
中脱离出来并在
３
),
在光照下
,
H
从
Si
—
H
键
况下
,
信号强度增
aＧSi∶H
中的悬挂键
(
加
.
针对非掺杂
D
的
an
a
g
Ｇ
l
S
i
i
n
g
Bond
导
,
带
DB
的
)
造成了弱
挂键缺陷
,
Si
增
—
加
Si
a
的热力学断裂
ＧSi∶H
中移动
,
这种移动的
,
从而形成两个悬
H
了悬挂键缺陷态密度
[
９Ｇ１０
]
电子迁移率比空穴电子迁移率大得多
∶H
,
电流主要
,
氢碰撞模型
(
图
.
三是
通过电子传输形成
.
随着光照的进行
,
开
,
形成
靠近费米能级的深能级和其态密度均
DB
密度
逐渐增加
,
１
个悬挂
４
)
键
,
光
和
照射下
,
诱导
Si
—
H
键断
的
增加
,
导带内跃迁电子的寿命减少
,
导致光导率减
小
.
在
aＧSi∶H
中
,
光的电导率与迁移率和载流
S
H
１
个可移动的
原子在运动过
H
原子
,
当
两个可自由移动程中在弱
成了亚稳的不可移动的化合物
i
—
Si
键附近发生碰撞时
,
弱的
(
S
子寿命的乘积成正比
,
光的照射对迁移率的影响
非常小
,
因此载流子寿命的减少是光电导率降低
２
个悬挂键
,
因此造成了
S
i
i
—
Si
键断裂
,
形
—
H
)
２
,
增加了
多
,
导致悬挂键缺陷态密度增加
H
的聚集和悬挂键的增
[
１１
]
.
.. All Rights Reserved.
第
３
期
刘
信
,
等
:
TFTＧLCD
白点不良机理研究及改善
４０９
３．３
栅
/
源极电容和存储电容对白点不良的影响
通过实验研究
,
白点是由于该区域的
邻近区域差异导致
,
结合
Δ
V
Δ
V
p
与
p
的计算公式
:
ΔV
Pixel
图
２
弱键断裂模型中
StaeblerＧWronski
效应微观
＝
C
C
gs
LC
＋
C
st
＋
C
g
s
(
V
g
h
－
V
g
l
)
．
(
３
)
机理
对于扫描信号确定的产品
,
Fi
Δ
V
p
主要受到
g
．２ MicroscoicmechanismoftheSWeffec
T
液晶电容及存储电容的影
SJTmod
p
el
tin
响
F
,
T
基板各耦合电容
、
其中栅
/
源极耦合电容的影响较大
.
本文主要
研究了栅
/
源极电容和存储电容对白点不良的
影响
.
３．３．１
栅
/
源极电容对白点不良的影响
栅
/
源极电容为
极的耦合产生
,
对于四道和五道掩膜版
TFT
开关舌头处源极与栅
,
如图
５
所
示
,
主要区别为数据线下方是否存在有源层
,
结合
平行板电容公式
:
C
＝
ε
d
S
,(
４
)
图
Fi
g
．３ S
３
c
he
“
m
H
玻璃
”
模型中悬挂键形成示意图
mation
at
c
i
o
c
rr
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l
s
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s
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g
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l
s
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g
b
o
o
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n
el
dforＧ
图
Fi
g
．５ Secti
５
on
信号线下有无半导体截面图
amor
p
h
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s
ie
si
w
lic
o
o
f
n
t
l
h
a
ed
y
er
atalinewith
/
without
其大小主要受到源极宽度和栅绝缘层厚度影响
,
源极宽度体现为数据线侧边保留的有源层
,
即硅
图
Fi
g
．４ S
４
氢碰撞模型示意图
m
c
o
h
d
e
e
m
l
aticillustrationofh
y
dro
g
encollision
边
.
本文主要研究了不同的硅边宽度对白点的影
响
,
其结果如表
４
所示
.
表
４
硅边宽度与白点现象的关系
Ma
Tab．４ Whitedot
p
henomenon
vs
．active
样品编号
A５m
skN
C
tailwidth
硅边
/
μ
m
g
s
/
p
４m
as
um．
０
F
(
模拟值
)
白点现象
无无
C
B
４m
as
k
k２L
D４m
a
a
s
s
k
k
１
．００
．０２５３
１
．３
．２
０
．０２７７
０
．０
．０
２
２
６８
６７
L
３．５
L
２
１
．０
．５
从表良
,
但采用两道掩膜版
,
将增加开发成本
,
减少工
线与扫描线的交叠面积减小
４
可以看出
,
随着硅边的减小
,
由于数据
,
使栅极和源极耦合厂产能
.
因此
,
兼顾经济效益
,
选择方案为有源层
电容减小
,
白点逐渐减轻
,
如果有源层和数据层采和数据线采用一道掩膜版
,
降低硅边宽度
,
硅边宽
用两道掩膜版
,
即无硅边
,
可以完全消除白点不度受限于工艺
,
会存在一个极限值
.
在本实验中
,
.. All Rights Reserved.
４１０
液晶与显示
第
３６
卷
硅边为
３．３．２
１
存储电容对白点的影响
．２
μ
m
时
,
白点基本不可见
,
品质可接受
.
积
、
两者之间距离的影响
,
本文探究了不同钝化层
厚度对白点不良的影响
.
像素存储电容受像素和公共电极的交叠面从表
５
可得
,
随着钝化层厚度降低
,
像素和公
表
５
钝化层膜厚与白点现象的关系
Tab．５ Whitedot
p
henomenon
vs
．PVXt
p
F
h
(
i
模拟值
ckness
样品编号钝化层膜厚
/
存储电容
/
)
B
白点现象
E
６
４
０
nm
０
０
０
０
１
．８
．０
２
２
０
５
L
L
３
２
．５
．５
共电极距离减小
,
存储电容逐渐增大
,
Δ
V
p
减小
,
还无法从设备方面消除
),
导致
白点不良程度逐渐减轻
,
但无法解决白点不良
,
存
Δ
V
p
有差异
.
通过
持续光照白点消失实验和高温老化白点复现实
储电容提升会增加充电相关的问题
,
对于高端产验
,
直接证明了白点的消失是由于有源层在背光
品不太建议采用
.
因此
,
对于白点不良
,
建议仍然源照射下发生了
采用钝化层
６００nm
.
StaeblerＧ
从而证明了白点产生的
Wronski
效应
,
电导率
降低
,
减小了导电差异性
,
４
原因是有源层不同区域膜质与
结
论
过调整硅边宽度和钝化
Δ
V
p
的差异性
.
工
艺上通层厚度
,
来减小
白点不良的产生
,
与有源层膜质和在
Δ
V
p
值
,
改善白点不良
.
硅边宽度由
直接关联性
.
白点区域有源层膜质与其他区域存
Δ
V
p
存
m
可以解决白点不良
.
本研究成
２．０
降低到
１．２
μ
果对产品
的效益提升及
在导电差异
(
这种差异性是由设备原因导致
,
目前
Staeb
.
lerＧWronski
效应的现象提供
了重要的指导作用
参
考
文
献
:
[
１
]
K
版社
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,
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:
１３
,
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薄膜晶体管
(
TFT
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及其在平板显示器中的应用
[
M
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廖燕平
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王军
,
译
．
北京
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,
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黄锡珉
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液晶显示技术发展轨迹
[
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J
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液晶与显示
,
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陈重
,
李浩
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陈曦
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,
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新型高分辨率
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控制器的设计与实现
[
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电子技术应用
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inChinese
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,
宋勇志
,
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第
３
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４１１
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J
]
．
作者简介
:
刘信
(
１９８８－
),
男
,
湖北荆州人
,
硕士
,
高级研究员
,
２０１４
年于武汉理工大学获得硕士学位
,
主要从事
液晶面板相关不良分析及改善工作
.
EＧmail
:
liuxin
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＠boe．com．cn
.. All Rights Reserved.
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