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薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)通过隔垫物(Photo Spacer,PS)来维持液晶面板的液晶盒厚,使其在外界环境变化时仍能维持固定的液晶盒厚,表现出良好的显示品质。其中外界环境变化包括温度变化、外力冲击等。显示区域的PS按功能通常分为两种即主隔垫物(Main Photo Spacer,Main PS)和辅隔垫物(Sub Photo Spacer,Sub PS),这两种隔垫物有一定的高度差即PS段差。当液晶面板不受外界干扰时,起支撑作用的是主隔垫物;当液晶面板受到外力挤压时,辅隔垫物开始起支持作用。如这两种隔垫物的设计使屏幕支撑力不够,会造成如下相关的显示缺陷,如低温气泡、高温重力Mura、按压水波纹、吸附黄斑、隔垫物滑动造成的碎亮点等。在隔垫物的设计中首要的是确定隔垫物材料的特性,即材料负荷弹性回复力和负荷塑性形变。设计中影响隔垫物特性的因子有隔垫物尺寸(Critical Dimension,CD)、隔垫物比率(PS ratio)、隔垫物密度(PS density)、隔垫物排列均一性、隔垫物段差及隔垫物形貌等;另外,隔垫物高度影响液晶分子在聚酰亚胺(Polyimide,PI)上的配向,故而隔垫物膜层下需用黑色矩阵(Black Matrix,BM)遮光来消除配向不佳导致的显示缺陷,但黑色矩阵的使用会影响液晶面板像素的开口率,故而设计上也会考量黑色矩阵到隔垫物边缘的最佳距离范围。本文根据隔垫物比率的理论范围,制定出不同的隔垫物设计方案,采用半色调掩膜版(Halftone Mask,HTM)技术[1,2],将不同段差的主、辅隔垫物用一道掩膜版制作完成,同时设计出不同隔垫物比率、不同隔垫物密度、不同隔垫物尺寸等实验条件,验证其在产品上的最佳冗余度,进而制定符合特定材料的隔垫物设计规范。本文的主要成果如下:(1)验证了两种隔垫物材料的工艺条件和隔垫物弹性特性,为两种材料导入量产提供依据;(2)产出半色调掩膜版穿透率与隔垫物尺寸、隔垫物段差的关系:通过在半色调掩膜版上设计不同穿透率的测试单元,通过实验验证得到半色调掩膜版的穿透率与隔垫物尺寸及隔垫物段差之间关系,为选定最佳穿透率的半色调掩膜版提供数据依据;(3)产出半色调掩膜版设计补值(Sizing)规范:通过在半色调掩膜版上设计不同大小的圆形主、辅隔垫物以及不同大小的椭圆形主、辅隔垫物,通过实验验证得到隔垫物的掩膜版设计规范;(4)产出隔垫物曝光工艺条件与隔垫物尺寸、隔垫物高度、隔垫物段差之间的关系:在半色调掩膜版上设计不同穿透率、不同尺寸的主、辅隔垫物的多组测试单元,通过不同涂布和曝光工艺条件验证工艺条件与隔垫物尺寸、隔垫物高度、隔垫物段差之间的关系,为采用半色调掩膜版技术的最佳隔垫物工艺条件的选择提供数据依据;(5)验证了水波纹、黄斑缺陷与隔垫物比率、隔垫物密度、隔垫物尺寸、隔垫物排列均一性等之间的关系和规律:将实验产出的不同隔垫物实验条件的液晶模组屏和整合了触控功能的模组屏分别进行黄斑、水波纹实验验证,确认不同实验条件对这两种缺陷的影响,分析出具有最佳制程冗余度的设计条件;(6)优化隔垫物的设计规范;(7)将隔垫物的半色调掩膜版技术导入量产。