Thickness characterization of inkjet-printed liquid crystal alignment films using TOF-SIMS depth profiling

LIU Xiaoqing; CHEN Pan; LI Linling; TENG Chao; REN Xiangkui

doi:10.3724/CJLCD.2026-0131

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Thickness characterization of inkjet-printed liquid crystal alignment films using TOF-SIMS depth profiling

Material Physics | 更新时间：2026-10-16

- Thickness characterization of inkjet-printed liquid crystal alignment films using TOF-SIMS depth profiling
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 41, Issue 9, Pages: 1213-1222(2026)
- 作者机构：
  
  1.深圳职业技术大学集成电路关键材料研究院，广东深圳 518055
  2.天津大学化工学院，天津 300350
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(21902073;22475149);the International Sci-tech Cooperation Project under the “Innovation Yongjiang 2035” Key R&D Programme of Ningbo Municipality(2024H017)
- DOI：10.3724/CJLCD.2026-0131
  CLC： O436
- CSTR：32172.14.CJLCD.2026-0131
- Received：15 July 2026，
  
  Revised：2026-08-29，
  
  Published：05 September 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
LIU Xiaoqing, CHEN Pan, LI Linling, et al. Thickness characterization of inkjet-printed liquid crystal alignment films using TOF-SIMS depth profiling[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(9): 1213-1222.
DOI：

LIU Xiaoqing, CHEN Pan, LI Linling, et al. Thickness characterization of inkjet-printed liquid crystal alignment films using TOF-SIMS depth profiling[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(9): 1213-1222. DOI： 10.3724/CJLCD.2026-0131. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0131.

摘要

针对TFT-LCD周边显示区域的聚酰亚胺（PI）配向膜膜厚表征问题，提出一种基于飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）深度分析的膜厚分布表征方法。采用氩团簇离子束（GCIB）对喷墨打印的PI薄膜进行多微区溅射，选取ITO基底特征离子InO

的归一化信号强度上升至50%时对应的溅射时间作为膜层穿透判据，测量薄膜边缘17个微区的膜厚分布。以台阶仪独立测量溅射坑深度与原始膜厚作为对照，通过溅射时间与膜厚的统计关联分析，验证本文方法所揭示的膜厚分布趋势的可靠性。将本文方法应用于4种不同预烘工艺制备的PI薄膜样品。TOF-SIMS深度分析方法获得的薄膜溅射时间与台阶仪测量的原始膜厚的空间分布趋势高度一致，整体Spearman相关系数为0.571~0.963。在预烘前静置1 min的样品A与C在边缘区的溅射时间最大值为378 s、487 s，远高于其余微区的平均时间（约180 s）；而无静置时间的样品B与D全区域溅射时间较均匀（约180 s）。本方法为大范围内多微区薄膜厚度分布的表征提供了一种有效的分析手段，可为喷墨打印PI配向膜工艺优化与窄边框面板制程改进提供技术支撑。

Abstract

To address the challenge of characterizing the thickness of polyimide （PI） alignment films in the peripheral display area of TFT-LCDs， a film thickness distribution characterization method based on time-of-flight secondary ion mass spectrometry （TOF-SIMS） depth analysis is proposed. An argon gas cluster ion beam（GCIB） was employed to sputter the inkjet-printed PI films at multiple micro-regions. The substrate-derived InO

was selected as the characteristic ion， and the sputtering time corresponding to the 50% midpoint of its normalized signal intensity was def

ined as the breakthrough sputtering time

. The sputtering times across 17 micro-regions from the film edge to the central area were measured. Independent step profiler measurements of sputter crater depths and original film thicknesses were used for validation， together with a quantitative statistical analysis of the correlation between sputtering time and film thickness. The method was applied to four PI film samples prepared under different pre-baking conditions. The sputtering time obtained by the TOF-SIMS depth profiling method is highly consistent with the spatial distribution trend of the original film thickness measured by stylus profilometry（overall Spearman correlation coefficients of 0.571~0.963）. Samples A and C， subjected to quiescent time， exhibited significant thickness anomalies in the edge region， with the maximum sputter times reaching 378 s and 487 s respectively， far exceeding the average of approximately 180 s. Samples B and D， without quiescent time， maintained uniform sputter times （~180 s） across the entire measured area. This method provides an effective analytical tool for the characterization of film uniformity across multiple microscopic regions， offering technical support for inkjet-printed PI alignment film process optimization and narrow-bezel panel manufacturing.

关键词

Keywords

references

李晓波，王靖阁，吴亮，等 . 超快响应液晶技术研究进展与展望［J］. 液晶与显示， 2025 ， 40 （ 1 ）： 187 - 200 ． doi: 10.37188/CJLCD.2024-0183 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2024-0183

LI X B ， WANG J G ， WU L ， et al . Progress and prospect of ultrafast response liquid crystal technology ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2025 ， 40 （ 1 ）： 187 - 200 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2024-0183 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2024-0183

罗道兴，吴金兵，郭政昊，等 . 光控取向引导的液晶序演变［J］. 液晶与显示， 2024 ， 39 （ 5 ）： 569 - 592 ． doi: 10.37188/CJLCD.2024-0043 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2024-0043

LUO D X ， WU J B ， GUO Z H ， et al . Photoalignment guided order evolution of liquid crystals ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2024 ， 39 （ 5 ）： 569 - 592 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2024-0043 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2024-0043

ZHI X X ， WANG H S ， JIA J ， et al . Preparation and characterization of photo-decomposable ester-containing semi-alicyclic polyimide alignment layers for potential applications in in-plane switching thin-film transistor liquid crystal display devices ［J］. Polymers for Advanced Technologies ， 2023 ， 34 （ 1 ）： 386 - 397 . doi: 10.1002/pat.5897 http://dx.doi.org/10.1002/pat.5897

SUN J Z ， BAO B ， HE M ， et al . Recent advances in controlling the depositing morphologies of inkjet droplets ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2015 ， 7 （ 51 ）： 28086 - 28099 . doi: 10.1021/acsami.5b07006 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.5b07006

王雨欣，刘江浩，王卉，等 . 喷墨打印技术在印刷显示制造中的应用［J］. 包装工程， 2024 ， 45 （ 19 ）： 299 - 309 ．

WANG Y X ， LIU J H ， WANG H ， et al . Application of inkjet printing technology in printing display manufacturing ［J］. Packaging Engineering ， 2024 ， 45 （ 19 ）： 299 - 309 . （in Chinese）

张志立，王翔，黄文彬，等 . 用于图案化打印的聚合物稳定液晶材料［J］. 液晶与显示， 2025 ， 40 （ 9 ）： 1243 - 1250 ．

ZHANG Z L ， WANG X ， HUANG W B ， et al . Polymer-stabilized liquid crystals for pattern inkjet printing ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2025 ， 40 （ 9 ）： 1243 - 1250 . （in Chinese）

徐长健，陆顺沙，马国靖，等 . 周边配向膜Mura改善研究［J］. 液晶与显示， 2018 ， 33 （ 10 ）： 831 - 835 ． doi: 10.3788/yjyxs20183310.0831 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20183310.0831

XU C J ， LU S S ， MA G J ， et al . Improvement of peripheral PI Mura ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2018 ， 33 （ 10 ）： 831 - 835 . （in Chinese） . doi: 10.3788/yjyxs20183310.0831 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20183310.0831

骆官水，莫达昌，马岳 . TFT-LCD中周边显示不均改善研究［J］. 电子产品世界， 2022 ， 29 （ 5 ）： 59 - 61，66 ．

LUO G S ， MO D C ， MA Y . Study on improvement of uneven peripheral display in TFT-LCD ［J］. Electronic Engineering & Product World ， 2022 ， 29 （ 5 ）： 59 - 61， 66 . （in Chinese）

见帅敏，解洋，夏高飞，等 . TFT-LCD边角漏光不良机理分析及改善研究［J］. 液晶与显示， 2017 ， 32 （ 6 ）： 455 - 460 ．

JIAN S M ， XIE Y ， XIA G F ， et al . Analysis and improvement of TFT-LCD edge light-leaking mechanism ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 455 - 460 . （in Chinese）

王海成，申载官，刘萌，等 . 窄边框产品周边配向膜Mura分析及改善研究［J］. 电子世界， 2018 （ 10 ）： 5 - 7 ．

WANG H C ， SHIN J G ， LIU M ， et al . Analysis and improvement of side polyimide Mura in narrow border products ［J］. Electronics World ， 2018 （ 10 ）： 5 - 7 . （in Chinese）

陈维诚，林强，江桥，等 . TFT-LCD配向膜涂覆工艺中膜厚不均改善研究［J］. 电子世界， 2019 （ 16 ）： 51 - 52 ．

CHEN W C ， LIN Q ， JIANG Q ， et al . Study on improving film thickness uniformity in the coating process of TFT-LCD alignment films ［J］. Electronics World ， 2019 （ 16 ）： 51 - 52 . （in Chinese）

李江，唐敬友，裴旺，等 . 椭偏精确测定透明衬底上吸收薄膜的厚度及光学常数［J］. 物理学报， 2015 ， 64 （ 11 ）： 110702 ． doi: 10.7498/aps.64.110702 http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.110702

LI J ， TANG J Y ， PEI W ， et al . Accurate determination of thickness values and optical constants of absorbing thin films on opaque substrates with spectroscopic ellipsometry ［J］. Acta Physica Sinica ， 2015 ， 64 （ 11 ）： 110702 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.64.110702 http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.110702

ADDIEGO F ， BHUSARI R ， BARDON J ， et al . Nanoscale cross-sectional characterization of thin layers in material assemblies ［J］. Nanomaterials ， 2025 ， 15 （ 11 ）： 840 . doi: 10.3390/nano15110840 http://dx.doi.org/10.3390/nano15110840

BAILEY J ， HAVELUND R ， SHARD A G ， et al . 3D ToF-SIMS imaging of polymer multilayer films using argon cluster sputter depth profiling ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2015 ， 7 （ 4 ）： 2654 - 2659 . doi: 10.1021/am507663v http://dx.doi.org/10.1021/am507663v

WAGNER M S . Molecular depth profiling of multilayer polymer films using time-of-flight secondary ion mass spectrometry ［J］. Analytical Chemistry ， 2005 ， 77 （ 3 ）： 911 - 922 . doi: 10.1021/ac048945c http://dx.doi.org/10.1021/ac048945c

AHN H J ， KWAK C H ， PARK H ， et al . Phase separation of photo-aligned polyimide blends for robust reliability ［J］. SID Symposium Digest of Technical Papers ， 2017 ， 48 （ 1 ）： 582 - 584 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . GB/T 41064-2021 表面化学分析深度剖析用单层和多层薄膜测定X射线光电子能谱、俄歇电子能谱和二次离子质谱中深度剖析溅射速率的方法［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 ．

State Administration for Market Regulation ， National Standardization Administration . GB/T 41064-2021 Surface chemical analysis-depth profiling-method for sputter rate determination in X-ray photoelectron spectroscopy， auger electron spectroscopy and secondary-ion mass spectrometry sputter depth profiling using single and multi-layer thin films ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 . （in Chinese）

TAYLOR A J ， GRAHAM D J ， CASTNER D G . Reconstructing accurate ToF-SIMS depth profiles for organic materials with differential sputter rates ［J］. Analyst ， 2015 ， 140 （ 17 ）： 6005 - 6014 . doi: 10.1039/c5an00860c http://dx.doi.org/10.1039/c5an00860c

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

PI alignment inkjet printing Mura

Polymer-stabilized liquid crystals for pattern inkjet printing

Forming control method of inkjet printing OLED emitting layer pixel pit film

Application and development of polyimide in foldable AMOLED displays

Lightweight detection of foreign objects on road surfaces in challenging driving environments

Related Author

CHEN Pan

LI Linling

TENG Chao

WANG Dan

MA Guo-jing

SONG Yong-zhi

YUAN Jian-feng

SHAO Xi-bin

Related Institution

Beijing BOE Display Technology Co. Ltd.

Weiyeda Technology （Jiangsu） Co. Ltd.

Key Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Province， Key Lab of Modern Optical Technologies of Education Ministry of China， Soochow University

Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology， School of Optoelectronic Science and Engineering， Soochow University

School of Physical Science and Technology， Nantong University

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China 130033 Postal code：130033
Tel：0431-86176059 Email：yjxs@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰