印刷型設(shè)備產(chǎn)生配向膜Mura研究

王 丹，馬國靖，宋勇志，袁劍峰，邵喜斌

（北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176）

1 引 言

隨著液晶顯示器（LCD）面板制造業(yè)玻璃基板尺寸的大型化，玻璃基板利用率上升帶來公司效益增加的同時(shí)，對設(shè)備的要求也越來越高［1－3］。液晶屏中，取向膜主要提供液晶預(yù)傾角，使得液晶初始狀態(tài)的排列呈現(xiàn)一定規(guī)律［4－5］。目前，取向膜涂布主要有2種方式：一是傳統(tǒng)型的輥輪掩膜版印刷，另一種是新型的噴墨印刷型［6－7］。

2 取向膜涂布方式比較

取向膜（Polyimide，PI）涂布方法與工藝有了很大改進(jìn)。之前取向膜涂布主要使用輥式涂布的方式，對于不同的圖形，需要使用不同的凸版（Asahikasei Photosensitive Resin，APR），其不足之處包括：

（1）取向膜膜厚和均一性調(diào)試時(shí)間長；

（2）取向膜液浪費(fèi)較多；

（3）不同產(chǎn)品之間需要不同的APR版等。

而噴墨印刷法相較于輥式涂布法有諸多優(yōu)點(diǎn)：

（1）無需APR版即可進(jìn)行任意圖形方式生產(chǎn)；

（2）采用菜單管理不同型號產(chǎn)品，切換速度快；

（3）圖形種類可由客戶方自由編制；

（4）配向膜使用量大幅度下降；

（5）削減用測試基板的試涂布次數(shù)；

（6）高效率的生產(chǎn)可以期待；

（7）設(shè)備的質(zhì)量輕、占地面積小。

但是由于其涂布于玻璃基板上的是液滴，其流動性較強(qiáng)，容易產(chǎn)生取向膜顏色不均，所以，其膜品質(zhì)控制要求較高。

圖1、圖2為兩種取向膜涂布方式的示意圖。

圖1 輥式涂布示意圖Fig.1 Roller coater

圖2 噴墨印刷示意圖Fig.2 Inkjet printer

3 噴墨印刷產(chǎn)生不良討論

3.1 取向膜噴墨印刷平整度調(diào)查

試驗(yàn)對象：取向膜噴墨印刷設(shè)備

試驗(yàn)平臺：表面平整度很高的玻璃基板

測試方法：在玻璃基板上等間距取100個(gè)點(diǎn)測量取向膜厚

測試結(jié)果如表1所示。

表1 取向膜厚度均一性Tab.1 PI thickness

將取向膜厚度為Xnm和Ynm的樣品測量值制成如圖3、圖4所示，其中圖3表示中心值為Xnm的4個(gè)相同條件下制作的樣品測量值；圖4表示中心值為Ynm的4個(gè)樣品的測量值。

圖3 中心值1Fig.3 Center thickness 1

圖4 中心值2Fig.4 Center thickness 2

圖中4種顏色曲線代表相同取向膜厚度條件下制作的4個(gè)測試樣品。從以上結(jié)果可以看出，噴墨印刷的取向膜膜厚是比較均勻的。

3.2 噴墨印刷產(chǎn)生不良及分析

3.2.1 設(shè)備涂布頭易產(chǎn)生不良及分析

噴墨印刷滴下的取向膜液呈微滴狀，仍具有很強(qiáng)的流動性，所以在未固化之前的形態(tài)對取向膜的影響很大。這里主要介紹幾種噴墨印刷時(shí)較容易出現(xiàn)的不良。

3.2.1.1 噴墨涂布頭間 Mura

此不良主要是表現(xiàn)為等間距的直線Mura，其寬度正好與噴墨涂布頭的寬度吻合，并且與取向膜涂布方向相同，如圖5所示。

圖5 噴墨涂布頭間Mura示意圖Fig.5 Mura between head and head

3.2.1.2 線 Mura

此不良主要表現(xiàn)為直線型的Mura，寬度較窄且不一定等間距，如圖6所示。這兩種Mura大多是由于噴墨涂布頭本身的噴嘴吐出取向膜液的體積不同導(dǎo)致，或者噴嘴阻塞，取向膜液無法正常吐出。如果設(shè)備噴嘴沒有堵塞，則與設(shè)備印刷方向與玻璃基板的相對方向有關(guān)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，設(shè)備印刷取向膜的方向沿著玻璃基板上像素的長邊方向有利于聚酰亞胺型取向膜的擴(kuò)散。

圖6 線Mura示意圖Fig.6 Line Mura

3.2.2 取向膜固化設(shè)備易產(chǎn)生不良及分析

取向膜固化設(shè)備中存在的氣流容易對取向膜固化造成影響，形成云狀（形狀不規(guī)則）Mura。

下面將對其作簡要分析。由于取向膜液在固化的過程中，玻璃基板周邊的取向膜液固化的速度要大于中心部分，所以正常情況下，取向膜只會在玻璃基板邊緣形成不均勻區(qū)。但是如果在固化過程中，加熱設(shè)備中的氣流發(fā)生變化，便會對取向膜液固化產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致固化速度不同而影響取向膜膜品質(zhì)。具體表現(xiàn)如圖7所示，圖8為取向膜固化設(shè)備示意圖，從圖中可以看出，取向膜膜固化設(shè)備的氣流流動路徑。但是由于TFTLCD顯示器的液晶面板都是有像素結(jié)構(gòu)的，所以玻璃板表面不夠平坦，給取向膜液涂布后的擴(kuò)散造成了影響。

圖7 云狀Mura示意圖Fig.7 Cloud Mura

圖8 取向膜固化示意圖Fig.8 PI pre－cure

以上提及的幾種不良現(xiàn)象，噴墨涂布頭間Mura、線Mura等由噴墨印刷設(shè)備本身引起的，需要測試噴嘴的取向膜液吐出量是否正常。通過調(diào)整噴嘴的吐出量，可以消除 Mura。但是云Mura，僅通過調(diào)整噴嘴的參數(shù)，是不夠的。在上面的敘述中提到，云Mura的產(chǎn)生原因主要是由于取向膜液的擴(kuò)散與溶劑揮發(fā)速度不同導(dǎo)致。由于設(shè)備本身的原因，噴墨型取向膜液的黏度要遠(yuǎn)低于輥式型取向膜，所以噴墨型取向膜的流動性很強(qiáng)，對取向膜預(yù)固化設(shè)備溫度的均一性要求很高。實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的取向膜云Mura如圖9。

圖9 云Mura照片F(xiàn)ig.9 Picture of cloud Mura

取向膜本身的結(jié)構(gòu)也決定了預(yù)固化的重要性。取向膜在預(yù)固化時(shí)會進(jìn)行分層，上層作用為高配向性，下層作用為隔離不純物并釋放電荷。故而預(yù)固化中的氣流對取向膜分成的影響將直接決定產(chǎn)品后期的品質(zhì)；預(yù)固化設(shè)備中，玻璃基板進(jìn)入固化設(shè)備后，為避免因基板與支撐部尖端接觸時(shí)局部受熱而造成的Mura，預(yù)固化中的支撐PIN分為兩部分，進(jìn)行交替支撐，最大限度的避免涂布過取向膜的玻璃基板局部受熱。

3.2.3 玻璃基板本身對噴墨印刷的影響

LCD用玻璃基板的表面平整度很高，但是在經(jīng)過TFT器件制作，彩色濾光板制作后，玻璃基板會有明顯的段差存在。與版銅轉(zhuǎn)印方式不同，噴墨印刷靠取向膜液本身的擴(kuò)散形成膜；而輥式取向膜涂布是接觸型的，能夠有效地控制取向膜的流動。液體的流動性決定了表面平整度對取向膜擴(kuò)散的影響。如圖10所示，在表面凹陷（主要是像素與像素交界區(qū)）的地方取向膜液會發(fā)生積聚，造成厚度不均。

在對此不良產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析后，對材料和設(shè)備提出了改善措施。材料方面，增加取向膜液的黏度，以降低其流動性，使得取向膜液溶劑受熱揮發(fā)時(shí)的速度不至于相差很大；設(shè)備方面，將預(yù)固化設(shè)備的頂蓋打開，使得設(shè)備內(nèi)的氣體可以及時(shí)排放，避免了氣流不穩(wěn)對溶劑揮發(fā)的影響。經(jīng)驗(yàn)證，此兩種措施可以有效的減輕云Mura的發(fā)生。

圖10 表面平整度對取向膜膜的影響Fig.10 Effect of surface roughness on PI film

4 結(jié) 論

本文主要介紹了取向膜液噴墨印刷與輥式涂布設(shè)備相比較的優(yōu)劣，噴墨印刷容易產(chǎn)生的幾種Mura類不良；對其產(chǎn)生的機(jī)理和解決方向進(jìn)行闡述。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程中的實(shí)驗(yàn)測試提出了改善方法，并取得了很好的效果。

（1）Mura和噴墨涂布頭型 Mura：對于方向與寬度與設(shè)備能夠相對應(yīng)的線形Mura，可以分別調(diào)整控制設(shè)備噴嘴的電壓，重新涂布后進(jìn)行確認(rèn)；此法可完全解決此不良。

（2）線Mura：可以通過改變玻璃基板的涂布方向改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示沿著像素的長邊方向易于取向膜的擴(kuò)散，可有效避免Mura產(chǎn)生；檢測結(jié)果顯示該不良發(fā)生率由改善前的33.5%下降到改善后的0.2%。

（3）形狀不規(guī)則的塊狀云Mura：可以通過調(diào)整取向膜液的溶劑配比，增加其在玻璃基板的擴(kuò)散性或者改善加熱設(shè)備中的氣流均一性進(jìn)行改善。

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