基于LED照射的新型PI液預(yù)固化方式

合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 奚修興 李 靜 李良實(shí) 孫國防 韓海濱 衣洪亮

0 引言

TFT-LCD顯示行業(yè)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(dá)到錨定液晶分子的目的[1]。在PI液的預(yù)固化(Pre-cure)過程中，由于不同區(qū)域PI液溶劑揮發(fā)性的差異，會(huì)造成PI液擴(kuò)散均勻性不佳及PI Halo區(qū)域的形成[2]。本文設(shè)計(jì)了一種新型的預(yù)固化方式，即除傳統(tǒng)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(gè)玻璃基板表面并可以根據(jù)玻璃基板上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更LED燈的開閉，進(jìn)而改變其照射圖案，同時(shí)當(dāng)玻璃基板上有擴(kuò)散性Mura[3-5]（Cloud Mura、Pin Mura、周邊Mura等）產(chǎn)生時(shí)，可根據(jù)Mura發(fā)生位置選擇性的控制光源的亮度，從而降低不良的發(fā)生率。總之，通過這兩種熱源的組合搭配，可消除不同區(qū)域PI液溶劑揮發(fā)的差異性，從而實(shí)現(xiàn)PI液的均勻擴(kuò)散及扼制Halo區(qū)域的形成，最終達(dá)到改善膜品質(zhì)的目的。

1 PI液預(yù)固化方式對(duì)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(yù)固化和主固化兩個(gè)過程最終形成可對(duì)液晶分子進(jìn)行錨定配向的配向膜。所謂PI的預(yù)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(shí)現(xiàn)揮發(fā)50%-60%的溶劑并使兩種PI成分上下分層的目的。

1.1 PI液現(xiàn)有預(yù)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(dǎo)的方式對(duì)已涂布好的PI圖案進(jìn)行加熱，烘干PI液的部分溶劑，從而達(dá)到預(yù)固化的目的。

圖1 PI液現(xiàn)有預(yù)固化示意圖

1.2 基于LED照射的新型PI液預(yù)固化方式

基于LED燈壽命長、反復(fù)開關(guān)無損、易于調(diào)光的特性，本文設(shè)計(jì)了一種新型的預(yù)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(gè)玻璃基板表面并可以根據(jù)玻璃基板上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改LED燈的開閉，進(jìn)而改變其照射圖案，同時(shí)也可根據(jù)不良位置改變其亮度進(jìn)而改變不良位置的溶劑擴(kuò)散速率。

圖2 PI液新型預(yù)固化方式示意圖

1.3 兩種PI液預(yù)固化效果對(duì)比

在現(xiàn)有PI液預(yù)固化過程中，由于周邊區(qū)域的PI液溶劑揮發(fā)較快而AA區(qū)的PI液溶劑揮發(fā)較慢，因此就造成了PI擴(kuò)散均勻性的差異。這種PI擴(kuò)散均勻性的差異會(huì)造成Halo區(qū)域的形成，Halo區(qū)域的形成機(jī)理是由于液滴邊緣蒸發(fā)速率大于中心蒸發(fā)速率，致使液滴內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)外向的毛細(xì)流動(dòng)，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(gè)遠(yuǎn)高于PI正常膜厚的PI峰并在PI峰旁形成一個(gè)略低于PI正常膜厚的PI谷，如圖3所示。如果Halo區(qū)域的PI高度過大，則會(huì)產(chǎn)生白Mura不良。同時(shí)AA區(qū)的PI液溶劑擴(kuò)散均勻性的差異進(jìn)一步受到Pre-cure設(shè)備氣流影響，極易造成PI擴(kuò)散性的不良（由擴(kuò)散不均產(chǎn)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(qū)域?qū)挾群透叨榷即蟠蠼档停踔敛划a(chǎn)生Halo區(qū)域，從而可以防止由Halo區(qū)域造成的白Mura不良，同時(shí)還可以平衡周邊區(qū)域和顯示區(qū)域的PI液溶劑揮發(fā)速度，降低乃至消除不同區(qū)域溶劑揮發(fā)的差異性，進(jìn)而改善PI液在預(yù)固化過程中擴(kuò)散不均的現(xiàn)象，從而降低甚至消除PI擴(kuò)散性Mura（如Cloud Mura、Pin Mura、周邊Mura等）的發(fā)生。兩種預(yù)固化方式的對(duì)比效果如圖3所示。

圖3 兩種PI液預(yù)固化效果對(duì)比

2 新型PI液預(yù)固化方式的工作流程

本文設(shè)計(jì)的新型PI液預(yù)固化方式與原有的預(yù)固化方式工作流程有很大不同，最主要的區(qū)別在于新型PI液預(yù)固化方式可實(shí)現(xiàn)PI液的精細(xì)和選擇性預(yù)固化，即通過LED燈的亮度調(diào)節(jié)，來調(diào)節(jié)通過PI液的光強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)PI液的特定區(qū)域、特定程度的選擇固化。新型PI液預(yù)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(dǎo)入到預(yù)固化設(shè)備中，以作為預(yù)固化設(shè)備設(shè)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(nèi)酯）、BC（二乙二醇單丁酯）等。

步驟S2，根據(jù)PI涂布區(qū)域和顯示區(qū)位置設(shè)定微型LED燈照射圖案，并設(shè)定腔室下部加熱板溫度。關(guān)于微型LED燈照射圖案的設(shè)定可見圖5。

步驟S300，基板進(jìn)入預(yù)固化設(shè)備，玻璃基板進(jìn)行PI預(yù)固化過程。

步驟S400，當(dāng)基板上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖案更改時(shí)（包括工藝的更改和新產(chǎn)品的導(dǎo)入），重復(fù)步驟S200和S300，即通過更改LED燈的照射圖案即可實(shí)現(xiàn)。

步驟S500，當(dāng)基板上有擴(kuò)散性不良發(fā)生時(shí)，如Cloud Mura、Pin Mura等，可根據(jù)不良區(qū)域的位置，更改該區(qū)域LED燈的照度，從而可改變?cè)搮^(qū)域的溶劑擴(kuò)散速率，以使其與其他正常區(qū)域一致，最終達(dá)到降低不良發(fā)生率乃至消除不良的目的。

圖4 新型PI預(yù)計(jì)熱方式的流程示意圖

圖5 新型PI預(yù)計(jì)熱方式的照射圖案示意圖

圖5為本設(shè)計(jì)光源性熱源的照射圖案示意圖，照射圖案的設(shè)定需要滿足兩個(gè)條件：照射圖案的范圍要略大于Panel的顯示區(qū)域，以保證AA區(qū)域溶劑揮發(fā)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(qū)域或者照射區(qū)域覆蓋PI涂布區(qū)域，但須照射邊緣PI液LED燈照度較低，以保證照射區(qū)域PI液溶劑的揮發(fā)速度與PI液邊緣的溶劑揮發(fā)速度相當(dāng)。在照射圖案內(nèi)，微型LED燈狀態(tài)為打開，在照射圖案外，微型LED燈狀態(tài)為關(guān)閉。

由于光源性熱源的存在，腔室下部加熱板溫度應(yīng)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(fā)生。

最后，如圖5所示，若黑框內(nèi)區(qū)域被檢測出存在由于PI擴(kuò)散過快或過慢產(chǎn)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(kuò)散，最終達(dá)到消除不良的目的。

3 新型PI液預(yù)固化方式的電路設(shè)計(jì)

新型PI液預(yù)固化方式的電路設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)部分（如圖6所示）：第一部分為檢查設(shè)備不良反饋接受電路，主要是與后續(xù)檢測設(shè)備（主要是MIC設(shè)備和點(diǎn)燈設(shè)備）聯(lián)動(dòng)，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(fā)生位置和嚴(yán)重程度；第三部分為控制信號(hào)輸出電路，即根據(jù)不良分析電路的分析結(jié)果生成控制信號(hào)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(hào)輸出電路的信號(hào)并對(duì)微型LED燈和加熱板輸入控制信號(hào)，以最終達(dá)到調(diào)整和改善PI膜面的目的。

圖6 新型PI液預(yù)固化方式的電路設(shè)計(jì)圖

4 結(jié)論

PI預(yù)固化過程中由于不同區(qū)域PI液溶劑揮發(fā)性的差異，會(huì)造成PI液擴(kuò)散不均，形成PI Halo區(qū)域，并可能產(chǎn)生擴(kuò)散性Mura（Cloud Mura、Pin Mura、周邊Mura等）。針對(duì)這一問題，本文設(shè)計(jì)了一種新型的預(yù)固化方式，即將Pre-cure設(shè)備中單一的加熱板熱源設(shè)計(jì)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(jié)合使用，可以有效的改善PI的擴(kuò)散均一性，從而抑制PI Halo區(qū)域的形成并降低擴(kuò)散性Mura的發(fā)生率，從而最終達(dá)到改善產(chǎn)品品質(zhì)、提高盈利的目的。