基于LED照射的新型PI液預固化方式

合肥京東方顯示技術有限公司 奚修興 李 靜 李良實 孫國防 韓海濱 衣洪亮

0 引言

TFT-LCD顯示行業的涂布工藝即是將配向液（PI液）均勻的涂到TFT和CF兩基板上并固化以達到錨定液晶分子的目的[1]。在PI液的預固化(Pre-cure)過程中，由于不同區域PI液溶劑揮發性的差異，會造成PI液擴散均勻性不佳及PI Halo區域的形成[2]。本文設計了一種新型的預固化方式，即除傳統熱板熱源以外，增加了由大量微型LED燈組成的光源性熱源，該光源性熱源覆蓋整個玻璃基板表面并可以根據玻璃基板上的產品設計變更LED燈的開閉，進而改變其照射圖案，同時當玻璃基板上有擴散性Mura[3-5]（Cloud Mura、Pin Mura、周邊Mura等）產生時，可根據Mura發生位置選擇性的控制光源的亮度，從而降低不良的發生率。總之，通過這兩種熱源的組合搭配，可消除不同區域PI液溶劑揮發的差異性，從而實現PI液的均勻擴散及扼制Halo區域的形成，最終達到改善膜品質的目的。

1 PI液預固化方式對比

PI液是指顯示工藝中聚酰亞胺配向膜的前體溶液，PI液通過預固化和主固化兩個過程最終形成可對液晶分子進行錨定配向的配向膜。所謂PI的預固化過程就是將（Inkjet或Coater）涂布好的PI液在一定溫度下加熱，以實現揮發50%-60%的溶劑并使兩種PI成分上下分層的目的。

1.1 PI液現有預固化方式

目前PI采用的是單一的加熱板加熱的方式（條狀的Heater加熱），如圖1所示，將加熱板置于Glass膜面上方，直接通過熱傳導的方式對已涂布好的PI圖案進行加熱，烘干PI液的部分溶劑，從而達到預固化的目的。

圖1 PI液現有預固化示意圖

1.2 基于LED照射的新型PI液預固化方式

基于LED燈壽命長、反復開關無損、易于調光的特性，本文設計了一種新型的預固化方式，即除加熱板熱源以外，增加了由大量微型LED燈組成的光源性熱源，該光源性熱源覆蓋整個玻璃基板表面并可以根據玻璃基板上的產品設計更改LED燈的開閉，進而改變其照射圖案，同時也可根據不良位置改變其亮度進而改變不良位置的溶劑擴散速率。

圖2 PI液新型預固化方式示意圖

1.3 兩種PI液預固化效果對比

在現有PI液預固化過程中，由于周邊區域的PI液溶劑揮發較快而AA區的PI液溶劑揮發較慢，因此就造成了PI擴散均勻性的差異。這種PI擴散均勻性的差異會造成Halo區域的形成，Halo區域的形成機理是由于液滴邊緣蒸發速率大于中心蒸發速率，致使液滴內部產生一個外向的毛細流動，將懸浮的粒子攜帶至液滴邊緣，并在邊緣沉積，最終在PI膜邊緣形成一個遠高于PI正常膜厚的PI峰并在PI峰旁形成一個略低于PI正常膜厚的PI谷，如圖3所示。如果Halo區域的PI高度過大，則會產生白Mura不良。同時AA區的PI液溶劑擴散均勻性的差異進一步受到Pre-cure設備氣流影響，極易造成PI擴散性的不良（由擴散不均產生的膜厚差異形成的不良，主要為Mura類，包括Cloud Mura、Pin Mura、周邊Mura等）。而增加LED光源后，通過兩種熱源的組合使用，可以使PI的Halo區域寬度和高度都大大降低，甚至不產生Halo區域，從而可以防止由Halo區域造成的白Mura不良，同時還可以平衡周邊區域和顯示區域的PI液溶劑揮發速度，降低乃至消除不同區域溶劑揮發的差異性，進而改善PI液在預固化過程中擴散不均的現象，從而降低甚至消除PI擴散性Mura（如Cloud Mura、Pin Mura、周邊Mura等）的發生。兩種預固化方式的對比效果如圖3所示。

圖3 兩種PI液預固化效果對比

2 新型PI液預固化方式的工作流程

本文設計的新型PI液預固化方式與原有的預固化方式工作流程有很大不同，最主要的區別在于新型PI液預固化方式可實現PI液的精細和選擇性預固化，即通過LED燈的亮度調節，來調節通過PI液的光強，從而實現PI液的特定區域、特定程度的選擇固化。新型PI液預固化方式的流程示意圖如圖4所示。

步驟S1，PI液涂布完成后，將PI液在基板上的涂布圖案導入到預固化設備中，以作為預固化設備設定LED燈照射圖案的參考。其中PI液的由聚酰亞胺和溶劑組成，溶劑一般有NMP（N-甲基吡咯烷酮）、GBL（γ-羥基丁酸內酯）、BC（二乙二醇單丁酯）等。

步驟S2，根據PI涂布區域和顯示區位置設定微型LED燈照射圖案，并設定腔室下部加熱板溫度。關于微型LED燈照射圖案的設定可見圖5。

步驟S300，基板進入預固化設備，玻璃基板進行PI預固化過程。

步驟S400，當基板上的產品設計圖案更改時（包括工藝的更改和新產品的導入），重復步驟S200和S300，即通過更改LED燈的照射圖案即可實現。

步驟S500，當基板上有擴散性不良發生時，如Cloud Mura、Pin Mura等，可根據不良區域的位置，更改該區域LED燈的照度，從而可改變該區域的溶劑擴散速率，以使其與其他正常區域一致，最終達到降低不良發生率乃至消除不良的目的。

圖4 新型PI預計熱方式的流程示意圖

圖5 新型PI預計熱方式的照射圖案示意圖

圖5為本設計光源性熱源的照射圖案示意圖，照射圖案的設定需要滿足兩個條件：照射圖案的范圍要略大于Panel的顯示區域，以保證AA區域溶劑揮發的均勻性及PI上下兩層的均勻分層；照射圖案的范圍要略小于PI涂布區域或者照射區域覆蓋PI涂布區域，但須照射邊緣PI液LED燈照度較低，以保證照射區域PI液溶劑的揮發速度與PI液邊緣的溶劑揮發速度相當。在照射圖案內，微型LED燈狀態為打開，在照射圖案外，微型LED燈狀態為關閉。

由于光源性熱源的存在，腔室下部加熱板溫度應有所降低，以防止PI液固化速度過快，造成PI上下兩層無法充分分層，從而造成PI錨定力不足及殘像[6]的發生。

最后，如圖5所示，若黑框內區域被檢測出存在由于PI擴散過快或過慢產生的不良，則可以將該處LED燈的照度減小或增大，從而使該處的PI正常擴散，最終達到消除不良的目的。

3 新型PI液預固化方式的電路設計

新型PI液預固化方式的電路設計主要分為四個部分（如圖6所示）：第一部分為檢查設備不良反饋接受電路，主要是與后續檢測設備（主要是MIC設備和點燈設備）聯動，接受其反饋的不良畫面；第二部分為不良分析電路主要是分析EM的大小和均一度、及Mura等不良的發生位置和嚴重程度；第三部分為控制信號輸出電路，即根據不良分析電路的分析結果生成控制信號并輸出到后端電路中；第四部分為終端的微型LED燈控制電路和加熱板熱源控制電路，其接受控制信號輸出電路的信號并對微型LED燈和加熱板輸入控制信號，以最終達到調整和改善PI膜面的目的。

圖6 新型PI液預固化方式的電路設計圖

4 結論

PI預固化過程中由于不同區域PI液溶劑揮發性的差異，會造成PI液擴散不均，形成PI Halo區域，并可能產生擴散性Mura（Cloud Mura、Pin Mura、周邊Mura等）。針對這一問題，本文設計了一種新型的預固化方式，即將Pre-cure設備中單一的加熱板熱源設計為由大量微型LED燈組成的光源性熱源和加熱板熱源兩種熱源，通過這兩種熱源的結合使用，可以有效的改善PI的擴散均一性，從而抑制PI Halo區域的形成并降低擴散性Mura的發生率，從而最終達到改善產品品質、提高盈利的目的。