【摘要】通過(guò)對(duì)液晶顯示器制造過(guò)程中的關(guān)鍵工序--配向膜原材料、印刷工藝、原理進(jìn)行分析，對(duì)配向膜印刷設(shè)備工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以提高LCD配向膜印刷質(zhì)量，從而提高生產(chǎn)合格率。

【關(guān)鍵詞】聚酰亞胺;配向膜;PI印刷;液晶取向?qū)?/p>

平板顯示，作為信息產(chǎn)業(yè)的重要構(gòu)成部分。平板顯示中液晶顯示的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，市場(chǎng)需求量急速增長(zhǎng)，為了提高LCD產(chǎn)品質(zhì)量，把好生產(chǎn)過(guò)程中的工藝關(guān)、成盒工藝中配向膜印刷質(zhì)量的好壞直接影響成盒質(zhì)量從而影響LCD質(zhì)量。本文重點(diǎn)闡述了配向膜印刷對(duì)LCD的影響。

1.液晶取向原理及配向膜材料特性

1.1 摩擦法液晶分子取向技術(shù)

在早期的LCD生產(chǎn)中，由于使用易水解的西夫堿液晶，因此必須使用能確保器件長(zhǎng)期可靠的低熔點(diǎn)玻璃密封劑。那時(shí)使用的取向膜材料主要是Si0x系列的無(wú)機(jī)材料，此種薄膜耐熱性好，曾一度作為高可靠性的、能承受低熔點(diǎn)玻璃密封加熱溫度的取向膜而廣為人知。

Si0x薄膜的典型形成法是斜向蒸鍍法。但斜向蒸鍍法的主要問(wèn)題是均勻性和批量生產(chǎn)性差。隨著LCD工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)取向膜材料提出了更高的要求。取向膜材料應(yīng)具有良好的成膜性（均勻的膜厚）、機(jī)械特性、取向特性、電氣特性及其他特性。

有機(jī)高分子材料的特性隨液晶變化較小，作為取向膜材料適于工業(yè)化生產(chǎn)。已見(jiàn)報(bào)導(dǎo)的用作LCD取向膜的高分子材料有聚苯乙烯（PS）及其衍生物、聚乙烯醇（PVA）聚酯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等，但最常見(jiàn)的是聚酰亞胺（PI）。聚酰亞胺是一種耐高溫、抗腐蝕、高硬度、絕緣性好、易成膜、制作成本低的優(yōu)良高分子材料。聚酰亞胺作為液晶取向劑具有以下的優(yōu)點(diǎn)：膜本身具有使液晶分子取向的功能;對(duì)所有的液晶材料都具有良好的取向效果，適應(yīng)性比其它取向材料優(yōu)越;可以根據(jù)基片的大小選用旋轉(zhuǎn)、滾動(dòng)、浸漬、噴霧和凹板涂敷等手段，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。實(shí)際生產(chǎn)中，在導(dǎo)電玻璃板的內(nèi)側(cè)涂覆上一層高分子材料，然后在一定溫度下固化成膜。液晶分子的取向是同作用尼龍、纖維或棉絨等材料按一定方向?qū)θ∠蚰ぷ鞫ㄏ蚰Σ撂幚?，使膜表面狀況發(fā)生改變而實(shí)現(xiàn)的。關(guān)于摩擦處理如何使液晶分子發(fā)生取向，其機(jī)理尚無(wú)定論。目前較為流行的說(shuō)法有兩個(gè)，即表面摩擦嘗試的密紋（microgrooves）或劃痕使液晶分子取向和摩擦過(guò)程中取向膜近表面打分子鏈發(fā)生取向從而導(dǎo)致液晶分子的取向。Tokashi等人詳細(xì)研究了PI表面摩擦產(chǎn)生的密紋對(duì)液晶分子取向的影響。具體做法是：使用Ru04將經(jīng)摩擦的聚酰亞胺表面進(jìn)行染色，頭骨掃描電鏡（SEM）觀察到了窄細(xì)的規(guī)整度很好的平行密紋。通過(guò)X-射線微分析儀（EPMA）觀察到了在PI取向膜表面上沿著摩擦方向存在許多細(xì)線。采用同樣方法對(duì)聚酰亞胺、明膠及聚乙烯醇進(jìn)行摩擦處理再用Ru04將經(jīng)摩擦的表面進(jìn)行染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在其表面雖有密紋結(jié)構(gòu)，但其寬度比聚酰亞胺大，而且規(guī)整度也差，對(duì)液晶分子的取向效果不好。對(duì)于PVC與PS則基本觀察不到清晰的紋理，不存在規(guī)整結(jié)構(gòu)。由此得出結(jié)論，因摩擦處理而在取向膜表面產(chǎn)生的密紋或劃痕結(jié)構(gòu)是液晶分子發(fā)生取向排列的主要原因。

關(guān)于摩擦處理對(duì)液晶分子的取向機(jī)理目前還在不斷的探索之中，但有一點(diǎn)是肯定的，那就是對(duì)于取向機(jī)理的研究在很大程度上關(guān)系到液晶顯示器的應(yīng)用發(fā)展，特別是隨著更高級(jí)顯示器的不斷發(fā)展，這方面的研究顯得越來(lái)越重要。

1.2 PI配向膜材料特性

1.2.1 PI導(dǎo)向膜的組成

對(duì)于加溫聚合固化的PI，PI導(dǎo)向膜原液的組份是聚酰亞胺和DMA、NMP或BC溶劑。

對(duì)于紫外線聚合固化的PI，PI導(dǎo)向膜原液的組份是帶紫外線光敏基團(tuán)的聚酰亞胺和溶劑，這種PI由于照射方向就是液晶定向方向，所以有很快的生產(chǎn)效率和操作的方便性，但由于它聚合時(shí)往往不夠充分，目前使用它制作成的產(chǎn)品在顯示時(shí)單點(diǎn)缺陷率較高，只適用于一些光線轉(zhuǎn)換幕墻的制作上，在LCD顯示上應(yīng)用很少，以下不再描述。

1.2.2 PI導(dǎo)向膜的特性

LCD使用的PI導(dǎo)向膜固含成份在原液中是小分子化合物，它在高溫下產(chǎn)生聚合反應(yīng)，形成帶很多支鏈的長(zhǎng)鏈大分子固體聚合物聚酰胺。聚合物分子中支鏈與主鏈的夾角就是所謂的導(dǎo)向?qū)宇A(yù)傾角。這些聚合物的支鏈基團(tuán)與液晶分子間的作用力比較強(qiáng)，對(duì)液晶分子有錨定的作用，可以使液晶按預(yù)傾角方向排列。

PI原液或未曾聚合完全的小分子聚酰亞胺則與水分子結(jié)合后呈溶膠狀，它會(huì)抑制聚酰亞胺的聚合反應(yīng)，得不到完整的主鏈，并讓支鏈?zhǔn)ピ械呐帕蟹较?，得不到LCD制作所需的預(yù)傾角。所以PI原液要防潮，作業(yè)環(huán)境要嚴(yán)格控制濕度。

有些STN及TFT專用PI，聚合固化后會(huì)在支鏈的基礎(chǔ)上會(huì)形成次支鏈，次支鏈與支鏈間的夾角與液晶分子的端部結(jié)構(gòu)相吻合或相近，所以對(duì)液晶有更強(qiáng)的錨定作用。由于有了次支鏈，等若加大了液晶分子與導(dǎo)向?qū)拥慕佑|面積，在一定程度上補(bǔ)償了一些導(dǎo)向?qū)犹幚砣毕?。這種PI在大面積顯示上讓顯示效果更均勻。同時(shí)也避免了在摩擦處理工藝中為了在高強(qiáng)度的摩擦下得到更高的摩擦密度，損傷相對(duì)脆弱的CF層和TFT發(fā)生器。

已聚合固化的PI導(dǎo)向膜也容易吸收水份，并且會(huì)在水中分解。而經(jīng)過(guò)摩擦處理后的PI層則同樣更加脆弱，長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，會(huì)與空氣中的水和二氧化碳結(jié)合，從而打亂原有的支鏈排列狀態(tài)，讓預(yù)傾角不均勻，甚至?xí)a(chǎn)生預(yù)傾角塌陷的現(xiàn)象。

2.配向膜印刷原理

2.1 配向膜的涂布工序流程

前清洗--gt;IR/UV清洗--gt;PI涂布--gt;預(yù)固化--gt;主固化

2.2 各工序目的

（1）前清洗：洗凈玻璃表面異物

（2）IR/UV清洗：對(duì)玻璃深層洗凈

（3）PI涂布：將PI液印刷到玻璃表面

（4）預(yù)固化：烘干PI液內(nèi)部溶劑

（5）主固化：PI液固化反應(yīng)過(guò)程

2.3 PI配向膜涂布原理

PI液印刷采用柯式轉(zhuǎn)印法，勻膠擠膠輥是橡膠輥，PI涂布輥為鋼質(zhì)。這兩個(gè)輥均由伺服電機(jī)拖動(dòng)。齒輪傳動(dòng)。勻膠擠膠輥的勻膠就是把膠均勻地涂在涂膠輥上，它是靠勻膠擠膠輥的左右搖動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由搖動(dòng)電機(jī)和偏心輪來(lái)帶動(dòng)勻膠擠膠的左右搖動(dòng)。因?yàn)閯蚰z擠膠輥需要在軸向上來(lái)回移動(dòng)。所以用的不是普通軸承。而是滾珠軸套。擠膠就是通過(guò)控制勻膠擠膠輥和涂膠輥之間的間隙來(lái)控制涂膠輥的上膠量。來(lái)達(dá)到控制基板PI膜厚度的目的。它們之間的間隙可以手動(dòng)調(diào)節(jié)。并用百分表監(jiān)視調(diào)節(jié)的間隙。

APR版胴輥的作用是固定APR版胴。在運(yùn)轉(zhuǎn)中和對(duì)位平臺(tái)上的基板接觸。將PI膠印刷到基板上，這里必須考慮到一個(gè)APR版胴和基板同步的問(wèn)題。所以，APR版胴輥的牽引電機(jī)和平臺(tái)的牽引電機(jī)均是伺服電機(jī)。還有一個(gè)問(wèn)題是，在印刷時(shí)，我們需要APR版胴和涂膠輥接觸。印刷結(jié)束后，平臺(tái)回原點(diǎn)。APR版胴輥回原點(diǎn)。在這個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，我們不希望APR版胴和涂膠輥接觸。設(shè)備上是用兩個(gè)置位復(fù)位氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的。

來(lái)回滴膠裝置由儲(chǔ)膠罐，滴膠電磁閥。N2壓力調(diào)節(jié)組成。來(lái)回移動(dòng)電機(jī)和絲桿，使滴膠針來(lái)回移動(dòng)。用N2壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)滴膠的量。滴膠電磁閥的開(kāi)閉，控制是否滴膠。

3.配向膜印刷要求

配向膜涂布質(zhì)量要求：

（1）PI液與玻璃基板粘附良好，不能有膠脫落現(xiàn)象，涂層厚度均勻一致不能有厚有薄，涂層表面狀態(tài)不能有麻點(diǎn)、黑點(diǎn)、白點(diǎn)等缺陷。

（2）涂膠環(huán)境。涂膠工序應(yīng)在洗凈的條件下進(jìn)行，環(huán)境溫度要求在22℃±3℃，濕度低于63%

4.結(jié)束語(yǔ)

在目前所探索到的配向膜原材料主要是聚酰亞胺，我們要按上述最佳印刷涂布工藝進(jìn)行調(diào)整，以提高LCD配向膜印刷質(zhì)量，從而提高生產(chǎn)合格率。但聚酰亞胺對(duì)涂膠環(huán)境（涂膠工序應(yīng)在洗凈的條件下進(jìn)行，環(huán)境溫度要求在22℃±3℃，濕度低于63%）要求很高，涂布工藝條件稍有變化，配向膜印刷質(zhì)量影響很大。所以，我們今后要尋求對(duì)工藝和環(huán)境要求相對(duì)寬松的配向膜材料或更佳的工藝組合，以滿足大尺寸tft-lcd的質(zhì)量需求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：袁玉祥（1964—），男，江蘇邗江人，南京中電熊貓液晶材料科技有限公司工程師，主要從事彩色濾光片的生產(chǎn)制造及產(chǎn)品質(zhì)量的控制工作。