LCD配向膜印刷质量浅析
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LCD配向膜印刷质量浅析
南京中电熊猫液晶材料科技有限公司 袁玉祥 任 慧
【摘要】通过对液晶显示器制造过程中的关键工序--配向膜原材料、印刷工艺、原理进行分析，对配向膜印刷设备工艺参数进行调整，以提高LCD配向膜印刷质量，从而提高生产合格率。
【关键词】聚酰亚胺；配向膜；PI印刷；液晶取向层
平板显示，作为信息产业的重要构成部分。平板显示中液晶显示的生产技术不断提高，市场需求量急速增长，为了提高LCD产品质量，把好生产过程中的工艺关、成盒工艺中配向膜印刷质量的好坏直接影响成盒质量从而影响LCD质量。本文重点阐述了配向膜印刷对LCD的影响。
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术
在早期的LCD生产中，由于使用易水解的西夫碱液晶，因此必须使用能确保器件长期可靠的低熔点玻璃密封剂。那时使用的取向膜材料主要是Si0x系列的无机材料，此种薄膜耐热性好，曾一度作为高可靠性的、能承受低熔点玻璃密封加热温度的取向膜而广为人知。 Si0x薄膜的典型形成法是斜向蒸镀法。但斜向蒸镀法的主要问题是均匀性和批量生产性差。随着LCD工业的发展，人们对取向膜材料提出了更高的要求。取向膜材料应具有良好的成膜性(均匀的膜厚)、机械特性、取向特性、电气特性及其他特性。
有机高分子材料的特性随液晶变化较小，作为取向膜材料适于工业化生产。已见报导的用作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、环氧树脂、聚氨酯等，但最常见的是聚酰亚胺（PI）。聚酰亚胺是一种耐高温、抗腐蚀、高硬度、绝缘性好、易成膜、制作成本低的优良高分子材料。聚酰亚胺作为液晶取向剂具有以下的优点：膜本身具有使液晶分子取向的功能；对所有的液晶材料都具有良好的取向效果，适应性比其它取向材料优越；可以根据基片的大小选用旋转、滚动、浸渍、喷雾和凹板涂敷等手段，生产工艺简单。实际生产中，在导电玻璃板的内侧涂覆上一层高分子材料，然后在一定温度下固化成膜。液晶分子的取向是同作用尼龙、纤维或棉绒等材料按一定方向对取向膜作定向摩擦处理，使膜表面状况发生改变而实现的。关于摩擦处理如何使液晶分子发生取向，其机理尚无定论。目前较为流行的说法有两个，即表面摩擦尝试的密纹（microgrooves）或划痕使液晶分子取向和摩擦过程中取向膜近表面打分子链发生取向从而导致液晶分子的取向。Tokashi等人详细研究了PI表面摩擦产生的密纹对液晶分子取向的影响。具体做法是：使用Ru04将经摩擦的聚酰亚胺表面进行染色，头骨扫描电镜（SEM）观察到了窄细的规整度很好的平行密纹。通过X－射线微分析仪（EPMA）观察到了在PI取向膜表面上沿着摩擦方向存在许多细线。采用同样方法对聚酰亚胺、明胶及聚乙烯醇进行摩擦处理再用Ru04将经摩擦的表面进行染色，结果发现在其表面虽有密纹结构，但其宽度比聚酰亚胺大，而且规整度也差，对液晶分子的取向效果不好。对于PVC与PS则基本观察不到清晰的纹理，不存在规整结构。由此得出结论，因摩擦处理而在取向膜表面产生的密纹或划痕结构是液晶分子发生取向排列的主要原因。
关于摩擦处理对液晶分子的取向机理目前还在不断的探索之中，但有一点是肯定的，那就是对于取向机理的研究在很大程度上关系到液晶显示器的应用发展，特别是随着更高级显示器的不断发展，这方面的研究显得越来越重要。
1.2 PI配向膜材料特性1.
2.1 PI导向膜的组成
对于加温聚合固化的PI，PI导向膜原液的组份是聚酰亚胺和DMA、NMP或BC溶剂。 对于紫外线聚合固化的PI，PI导向膜原液的组份是带紫外线光敏基团的聚酰亚胺和溶剂，这种PI由于照射方向就是液晶定向方向，所以有很快的生产效率和操作的方便性，但由于它聚合时往往不够充分，目前使用它制作成的产品在显示时单点缺陷率较高，只适用于一些光线转换幕墙的制作上，在LCD显示上应用很少，以下不再描述。
1.2.2 PI导向膜的特性
LCD使用的PI导向膜固含成份在原液中是小分子化合物，它在高温下产生聚合反应，形成带很多支链的长链大分子固体聚合物聚酰胺。聚合物分子中支链与主链的夹角就是所谓的导向层预倾角。这些聚合物的支链基团与液晶分子间的作用力比较强，对液晶分子有锚定的作用，可以使液晶按预倾角方向排列。
PI原液或未曾聚合完全的小分子聚酰亚胺则与水分子结合后呈溶胶状，它会抑制聚酰亚胺的聚合反应，得不到完整的主链，并让支链失去原有的排列方向，得不到LCD制作所需的预倾角。所以PI原液要防潮，作业环境要严格控制湿度。
有些STN及TFT专用PI，聚合固化后会在支链的基础上会形成次支链，次支链与支链间的夹角与液晶分子的端部结构相吻合或相近，所以对液晶有更强的锚定作用。由于有了次支链，等若加大了液晶分子与导向层的接触面积，在一定程度上补偿了一些导向层处理缺陷。这种PI在大面积显示上让显示效果更均匀。同时也避免了在摩擦处理工艺中为了在高强度的摩擦下得到更高的摩擦密度，损伤相对脆弱的CF层和TFT发生器。
已聚合固化的PI导向膜也容易吸收水份，并且会在水中分解。而经过摩擦处理后的PI层则同样更加脆弱，长时间暴露在空气中，会与空气中的水和二氧化碳结合，从而打乱原有的支链排列状态，让预倾角不均匀，甚至会产生预倾角塌陷的现象。
2.配向膜印刷原理
2.1 配向膜的涂布工序流程
前清洗-->IR/UV清洗-->PI涂布-->预固化-->主固化
2.2 各工序目的
(1)前清洗：洗净玻璃表面异物(2)IR/UV清洗：对玻璃深层洗净(3)PI涂布：将PI液印刷到玻璃表面(4)预固化：烘干PI液内部溶剂(5)主固化：PI液固化反应过程2.3 PI配向膜涂布原理
PI液印刷采用柯式转印法，匀胶挤胶辊是橡胶辊，PI涂布辊为钢质。这两个辊均由伺服电机拖动。齿轮传动。匀胶挤胶辊的匀胶就
是把胶均匀地涂在涂胶辊上，它是靠匀胶挤胶辊的左右摇动来实现的。由摇动电机和偏心轮来带动匀胶挤胶的左右摇动。因为匀胶挤胶辊需要在轴向上来回移动。所以用的不是普通轴承。而是滚珠轴套。挤胶就是通过控制匀胶挤胶辊和涂胶辊之间的间隙来控制涂胶辊的上胶量。来达到控制基板PI膜厚度的目的。它们之间的间隙可以手动调节。并用百分表监视调节的间隙。
APR版胴辊的作用是固定APR版胴。在运转中和对位平台上的基板接触。将PI胶印刷到基板上，这里必须考虑到一个APR版胴和基板同步的问题。所以，APR版胴辊的牵引电机和平台的牵引电机均是伺服电机。还有一个问题是，在印刷时，我们需要APR版胴和涂胶辊接触。印刷结束后，平台回原点。APR版胴辊回原点。在这个运转过程中，我们不希望APR版胴和涂胶辊接触。设备上是用两个置位复位气缸来实现这个功能的。
来回滴胶装置由储胶罐，滴胶电磁阀。N2压力调节组成。来回移动电机和丝杆，使滴胶针来回移动。用N2压力调节器调节滴胶的量。滴胶电磁阀的开闭，控制是否滴胶。
3.配向膜印刷要求配向膜涂布质量要求：
(1)PI液与玻璃基板粘附良好，不能有胶脱落现象，涂层厚度均匀一致不能有厚有薄，涂层表面状态不能有麻点、黑点、白点等缺陷。
(2)涂胶环境。涂胶工序应在洗净的条件下进行，环境温度要求在22℃±3℃，湿度低于63%
4.结束语
在目前所探索到的配向膜原材料主要是聚酰亚胺，我们要按上述最佳印刷涂布工艺进行调整，以提高LCD配向膜印刷质量，从而提高生产合格率。但聚酰亚胺对涂胶环境（涂胶工序应在洗净的条件下进行，环境温度要求在22℃±3℃，湿度低于63%）要求很高，涂布工艺条件稍有变化，配向膜印刷质量影响很大。所以，我们今后要寻求对工艺和环境要求相对宽松的配向膜材料或更佳的工艺组合，以满足大尺寸tft-lcd的质量需求。
参考文献
[1]范志新.液晶器件工艺基础[M].北京:北京邮电大学出版社.
[2]李维諟,郭强编著.液晶显示应用技术[M].电子工业出版社.
[3]马群刚.著.TFT-LCD原理与设计[M].电子工业出版社.作者简介：袁玉祥（1964—），男，江苏邗江人，南京中电熊猫液晶材料科技有限公司工程师，主要从事彩色滤光片的生产制造及产品质量的控制工作。
LCD配向膜印刷质量浅析
作者：袁玉祥， 任慧
作者单位：南京中电熊猫液晶材料科技有限公司
刊名：
电子世界
英文刊名：Electronics World
年，卷(期)：2014(20)
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/e48525542.html,/Periodical_dzsj201420425.aspx