印刷型設備產生配向膜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有限公司，北京 100176）

1 引 言

隨著液晶顯示器（LCD）面板制造業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，對設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傾角，使得液晶初始狀態的排列呈現一定規律［4－5］。目前，取向膜涂布主要有2種方式：一是傳統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。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試時間長；

（2）取向膜液浪費較多；

（3）不同產品之間需要不同的APR版等。

而噴墨印刷法相較于輥式涂布法有諸多優點：

（1）無需APR版即可進行任意圖形方式生產；

（2）采用菜單管理不同型號產品，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；

（6）高效率的生產可以期待；

（7）設備的質量輕、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，容易產生取向膜顏色不均，所以，其膜品質控制要求較高。

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 噴墨印刷產生不良討論

3.1 取向膜噴墨印刷平整度調查

試驗對象：取向膜噴墨印刷設備

試驗平臺：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個點測量取向膜厚

測試結果如表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個測試樣品。從以上結果可以看出，噴墨印刷的取向膜膜厚是比較均勻的。

3.2 噴墨印刷產生不良及分析

3.2.1 設備涂布頭易產生不良及分析

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

3.2.1.1 噴墨涂布頭間 Mura

此不良主要是表現為等間距的直線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致，或者噴嘴阻塞，取向膜液無法正常吐出。如果設備噴嘴沒有堵塞，則與設備印刷方向與玻璃基板的相對方向有關。實際經驗表明，設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散。

圖6 線Mura示意圖Fig.6 Line Mura

3.2.2 取向膜固化設備易產生不良及分析

取向膜固化設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。但是如果在固化過程中，加熱設備中的氣流發生變化，便會對取向膜液固化產生很大影響，導致固化速度不同而影響取向膜膜品質。具體表現如圖7所示，圖8為取向膜固化設備示意圖，從圖中可以看出，取向膜膜固化設備的氣流流動路徑。但是由于TFTLCD顯示器的液晶面板都是有像素結構的，所以玻璃板表面不夠平坦，給取向膜液涂布后的擴散造成了影響。

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象，噴墨涂布頭間Mura、線Mura等由噴墨印刷設備本身引起的，需要測試噴嘴的取向膜液吐出量是否正常。通過調整噴嘴的吐出量，可以消除 Mura。但是云Mura，僅通過調整噴嘴的參數，是不夠的。在上面的敘述中提到，云Mura的產生原因主要是由于取向膜液的擴散與溶劑揮發速度不同導致。由于設備本身的原因，噴墨型取向膜液的黏度要遠低于輥式型取向膜，所以噴墨型取向膜的流動性很強，對取向膜預固化設備溫度的均一性要求很高。實際生產過程中出現的取向膜云Mura如圖9。

圖9 云Mura照片Fig.9 Picture of cloud Mura

取向膜本身的結構也決定了預固化的重要性。取向膜在預固化時會進行分層，上層作用為高配向性，下層作用為隔離不純物并釋放電荷。故而預固化中的氣流對取向膜分成的影響將直接決定產品后期的品質；預固化設備中，玻璃基板進入固化設備后，為避免因基板與支撐部尖端接觸時局部受熱而造成的Mura，預固化中的支撐PIN分為兩部分，進行交替支撐，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。與版銅轉印方式不同，噴墨印刷靠取向膜液本身的擴散形成膜；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）的地方取向膜液會發生積聚，造成厚度不均。

在對此不良產生的機理進行分析后，對材料和設備提出了改善措施。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時的速度不至于相差很大；設備方面，將預固化設備的頂蓋打開，使得設備內的氣體可以及時排放，避免了氣流不穩對溶劑揮發的影響。經驗證，此兩種措施可以有效的減輕云Mura的發生。

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 論

本文主要介紹了取向膜液噴墨印刷與輥式涂布設備相比較的優劣，噴墨印刷容易產生的幾種Mura類不良；對其產生的機理和解決方向進行闡述。結合實際生產過程中的實驗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備能夠相對應的線形Mura，可以分別調整控制設備噴嘴的電壓，重新涂布后進行確認；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。實驗結果顯示沿著像素的長邊方向易于取向膜的擴散，可有效避免Mura產生；檢測結果顯示該不良發生率由改善前的33.5%下降到改善后的0.2%。

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

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