碘代物杂质对TFT液晶性能的影响

邵 哲，黄丽贤，张 彦，张丽梅

(1.石家庄诚志永华显示材料有限公司，河北 石家庄 050091;2.河北省平板显示材料工程技术研究中心，河北 石家庄 050091)

1 引 言

液晶显示已经成为目前主流的平板显示模式，随着液晶显示器的保有量迅速增大和使用的广泛深入，消费者对液晶显示器的品质要求越来越高，生产厂家也在不断完善更新生产工艺，对液晶品质的重视也提高到前所未有的程度[1]。

虽然TFT-LCD技术已经日趋成熟完善，但某些品质缺陷如残影(Image Sticking)问题，仍可能会出现并对产品质量造成较大困扰。造成液晶残影的原因很多，离子效应是其中最重要的影响因素。液晶盒中的离子通常认为来自液晶材料、配向膜材料、封胶、衬垫料和电极等。通常认为在液晶层中，由于杂质分解或者液晶分子分离而产生离子，离子在电场中的运动过程会对液晶图像显示产生不良影响。液晶层中可自由移动离子的运动状态，会影响液晶的电压保持率(Voltage Holding Ratio，VHR)测量值；而取向层吸附的离子运动状态，会影响到残余直流电压(Residual Direct Current，RDC)的测量结果[2-6]。

本实验所关注和研究的是液晶材料所含杂质对液晶重要品质参数的影响。液晶材料本身是精细化学品，在合成和提纯过程中不可避免会引入微量的杂质，这些微量杂质被认为是引起液晶材料在使用过程中老化、分解进而出现品质降低的主要因素[7-8]。

在目前所使用的TFT液晶材料中，联苯、氟苯类等材料占大多数，其合成过程中都需要用到卤代物原料或中间体进行偶联反应。因此本文选择了使用较为广泛的碘代物中间体作为研究对象，对碘代物微量杂质影响液晶品质参数(VHR、离子浓度等)的现象做了深入的研究和验证，并总结了碘代物对液晶性能影响的规律和控制限度。

2 实 验

2.1 实验中所使用的主要仪器设备

Toyo Model 6254液晶综合测试仪

DYMAX-5000EC紫外固化仪

直流稳压电源

精密电子秤

DHG-9023A型电热鼓风干燥箱

2.2 实验设计

2.2.1 卤代物选择

本实验选择的卤代物为：

碘代丙环苯，GC纯度≥99.8%

2.2.2 测试盒选择

本实验选择的液晶测试盒为：

TN右旋液晶盒，盒厚为7.0 μm。电极面积为1 cm2。

2.2.3 液晶母体选择

本实验选择的液晶母体为一款量产TFT液晶A，其部分品质参数如表1所示。

表1 TFT液晶A品质参数表

2.2.4 实验方案设计

将碘代物杂质加入液晶母体A中，分为5个浓度梯度进行微量掺杂，掺杂范围在1～2×10-4间。然后将掺入不同浓度碘代物的液晶样品灌入测试盒。将测试盒封口后，在不同劣化条件下放置保存，再进行各项品质参数的测试比对。

劣化条件包括：高温、UV(UltraViolet，紫外线)照射和外加电压。UV光照强度：40～50 mW/cm3，高温温度范围80～100 ℃，加电电压范围10～20 V。

测试的主要品质参数为：电荷保持率(VHR)。

3 结果分析与讨论

3.1 不同劣化条件下TFT混晶的品质变化趋势

实验测试了在高温、UV光照及加电条件下的TFT液晶的品质参数VHR数值的变化情况。

3.1.1 高温加电保存条件实验

将TFT液晶原样与掺杂碘代物杂质(掺杂浓度为1×10-4)的TFT液晶分别灌盒封口后，各取两片样品盒放入恒温烘箱中，都加上20 V电压，恒温保存4 h。按照温度梯度(25、50、75、100 ℃)，每个温度重复上述实验。测试试验后样品盒的VHR参数。

在加电高温保存条件下，掺杂碘代物杂质的TFT液晶与液晶原样的VHR变化趋势对比如图1。

由图1可知，加电高温条件下保存，掺杂碘代物杂质的液晶与液晶原样相比VHR数值明显下降。随着保存温度的升高，液晶的VHR下降幅度也逐渐增大。100 ℃保存时，VHR数值最大降幅可达到0.3% 。

图1 液晶VHR与温度关系图Fig.1 VHR value of TFT liquid crystal mixture v.s. temperature

3.1.2 UV光照加电保存实验

将TFT液晶原样与掺杂碘代物杂质(掺杂浓度为1×10-4)的TFT液晶分别灌盒封口后，各取3片样品盒放入紫外固化仪中，都加上10 V电压，以50 mW/cm3光强进行紫外照射。按光照时长梯度(5、10 min)，分别进行照射实验。取出后测试样品盒的VHR参数。

加电UV光照保存条件下，掺杂碘代物杂质的TFT液晶，VHR变化趋势如图2所示。

图2 液晶VHR与UV照射关系图Fig.2 VHR value of TFT liquid crystal mixture v.s. UV irradiation time

由图2可知，加电UV光照条件下保存，对掺杂有碘代物杂质的TFT液晶的品质有着非常强烈的影响，随着光照时间的延长，液晶的VHR品质参数深幅下降，照射10 min，降幅最大可达5%。

从以上加电条件下的高温和UV光照实验，我们可以得出如下结论：

(1)掺杂碘代物的TFT液晶，对于高温和紫外劣化条件更为敏感，尤其在加电保存的情况之下，可见VHR参数的显著下降。

(2)在加电条件下，UV光照可显著降低掺杂有碘代物杂质的TFT液晶的VHR品质参数。究其原因，应为UV光在电流的辅助作用下，促进了微量碘代物的光解，产生了少量离子型杂质，从而影响到液晶的光电性能[9-10]。

3.2 不同浓度梯度下碘代物杂质对TFT混晶的影响趋势

在相同的劣化条件下(加电，UV照射)，实验测试了掺杂不同碘代物浓度的TFT液晶VHR参数的变化趋势。碘代物掺杂的浓度梯度为：0、2×10-5、5×10-5、1×10-4、1.5×-4、2×-4。分别配制上述掺杂浓度的液晶样品，各取两片测试盒灌晶封口，加上10 V电压，放入紫外固化仪中，以50 mW/cm3光强紫外照射10 min。测试试验后样品盒的VHR参数数值。

在不同浓度梯度下，掺杂碘代物杂质的TFT液晶VHR参数变化趋势如图3所示。

图3 液晶VHR与碘代物浓度关系图Fig.3 VHR value of TFT liquid crystal mixture v.s. iodide concentration

从图3可见，随着TFT液晶中碘代物含量的提升，在加电和UV光照的劣化条件下，液晶品质参数VHR值呈快速下降趋势。在本实验的劣化测试条件下，超过2×10-5的碘代物含量，已经对液晶品质产生了不良影响，VHR测试数值可见明显降低。

4 结 论

通过以上不同劣化条件下、不同浓度梯度碘代物含量的实验，我们可以得到如下结论：

(1)通过实验对比可知，TFT液晶中含有的碘代物杂质对UV光照比对高温条件更为敏感。通电条件下，UV光照会促进TFT混合液晶中碘代物杂质的分解，显著降低TFT液晶的VHR品质参数。

(2)在UV光照和加电的劣化条件下，随着TFT混合液晶中碘代物杂质含量的增加，液晶的VHR参数测试值呈快速下降的趋势。混晶中碘代物浓度为2×10-4时，VHR参数降幅达15%以上。

(3)从本实验数据可知，微量碘代物的存在会严重影响TFT液晶使用的可靠性，碘代物是必须要管控的敏感杂质。在本实验的条件下，根据实验数据得到TFT液晶中碘代物杂质的建议控制含量为：碘代物杂质含量<2×10-5。

[1] 孙远. TFT液晶平板显示离子效应的研究[D].南京：东南大学，2006.

Sun Y.Study of TFT liquid crystal display ion effect [D].Nanjing：Southeast University，2006.(in Chinese)

[2] 彭毅雯，徐伟，罗毅，等.TFT-LCD面影像残留改善研究[J].液晶与显示，2012，27(1)：66-69.

Peng Y W，Xu W，Luo Y，etal. Improvement of TFT-LCD area image sticking [J].ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplays，2012，27(1)：66-69. (in Chinese)

[3] 李永忠，纪伟丰，周炎宏.STN-LCD残影显示的原理分析及实验研究[J].液晶与显示，2012，27(1)：66-69.

Li Y Z，Ji W F，Zhou Y H.Research of image-retention phenomenon in STN-LCD [J].ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplays，2011，26(6)：733-740. (in Chinese)

[4] 陈慧玉.向列型液晶盒中离子传输之电动力学[D].中坜：中原大学，2007.

Chen H Y. Electrodynamic investigations of ion charge transport in liquid-crystal cell [D].Chungli：Chung Yuan Christian University，2007.(in Chinese)

[5] 黄炳文.STN LCD影像残留现象之探讨[D].台中：逢甲大学，2003.

Huang B W.Study on image sticking phenomenon in STN LCD [D].Taichung：Feng Chia University，2003.(in Chinese)

[6] 魏霖杰.分析残余直流电造成画面闪烁的影响[D].台北：中兴大学，2004.

Wei L J. Analysis of TN-LCD image-sticking and flicker caused by internal direct current [D].Taipei：Chung Hsing University，2004.(in Chinese)

[7] 王丹，梁晓，唐洪. TFT-LCD液晶材料对显示残像的影响[J].液晶与显示，2008，23(4)：412-415.

Wang D，Liang X，Tang H.Influence of TFT-LCD liquid crystal mixture on image sticking [J].ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplays，2011，26(6)：733-740. (in Chinese)

[8] 王国芳，王会芳，张芳苗，等.液晶的紫外性能研究[C].上海：中国平板显示学术会议，2010：406-408.

Wang G F，Wang H F，Zhang F M，etal.UVpropertiesofliquidcrystal[C].Shanghai：China FPD Conference，2010：406-408. (in Chinese)

[9] 陈萌，张昌华，曹振洲，等. 离子速度成像方法研究溴代环己烷的紫外光解动力学[J].物理化学学报，2008，24(5)：844-848.

Chen M，Zhang C H，Cao Z Z，etal.UV Photodissociation dynamics of C6H11Br by velocity map ion imaging [J].ActaPhys.Chim.Sin.，2008，24(5)：844-848. (in Chinese)

[10] 张延，王骏，郑秋莎，等. 离子速度成像方法研究碘代正戊烷的紫外光解动力学[J].物理化学学报，2009，25(4)：661-667.

Zhang Y，Wang J，Zheng Q S，etal. Study of photodissociation dynamics of n-Pentyliodide using velocity map ion imaging [J].ActaPhys.Chim.Sin.，2009，25(4)：661-667. (in Chinese)