基于LED照射的新型PI液预固化方式

合肥京东方显示技术有限公司 奚修兴 李 静 李良实 孙国防 韩海滨 衣洪亮

0 引言

TFT-LCD显示行业的涂布工艺即是将配向液（PI液）均匀的涂到TFT和CF两基板上并固化以达到锚定液晶分子的目的[1]。在PI液的预固化(Pre-cure)过程中，由于不同区域PI液溶剂挥发性的差异，会造成PI液扩散均匀性不佳及PI Halo区域的形成[2]。本文设计了一种新型的预固化方式，即除传统热板热源以外，增加了由大量微型LED灯组成的光源性热源，该光源性热源覆盖整个玻璃基板表面并可以根据玻璃基板上的产品设计变更LED灯的开闭，进而改变其照射图案，同时当玻璃基板上有扩散性Mura[3-5]（Cloud Mura、Pin Mura、周边Mura等）产生时，可根据Mura发生位置选择性的控制光源的亮度，从而降低不良的发生率。总之，通过这两种热源的组合搭配，可消除不同区域PI液溶剂挥发的差异性，从而实现PI液的均匀扩散及扼制Halo区域的形成，最终达到改善膜品质的目的。

1 PI液预固化方式对比

PI液是指显示工艺中聚酰亚胺配向膜的前体溶液，PI液通过预固化和主固化两个过程最终形成可对液晶分子进行锚定配向的配向膜。所谓PI的预固化过程就是将（Inkjet或Coater）涂布好的PI液在一定温度下加热，以实现挥发50%-60%的溶剂并使两种PI成分上下分层的目的。

1.1 PI液现有预固化方式

目前PI采用的是单一的加热板加热的方式（条状的Heater加热），如图1所示，将加热板置于Glass膜面上方，直接通过热传导的方式对已涂布好的PI图案进行加热，烘干PI液的部分溶剂，从而达到预固化的目的。

图1 PI液现有预固化示意图

1.2 基于LED照射的新型PI液预固化方式

基于LED灯寿命长、反复开关无损、易于调光的特性，本文设计了一种新型的预固化方式，即除加热板热源以外，增加了由大量微型LED灯组成的光源性热源，该光源性热源覆盖整个玻璃基板表面并可以根据玻璃基板上的产品设计更改LED灯的开闭，进而改变其照射图案，同时也可根据不良位置改变其亮度进而改变不良位置的溶剂扩散速率。

图2 PI液新型预固化方式示意图

1.3 两种PI液预固化效果对比

在现有PI液预固化过程中，由于周边区域的PI液溶剂挥发较快而AA区的PI液溶剂挥发较慢，因此就造成了PI扩散均匀性的差异。这种PI扩散均匀性的差异会造成Halo区域的形成，Halo区域的形成机理是由于液滴边缘蒸发速率大于中心蒸发速率，致使液滴内部产生一个外向的毛细流动，将悬浮的粒子携带至液滴边缘，并在边缘沉积，最终在PI膜边缘形成一个远高于PI正常膜厚的PI峰并在PI峰旁形成一个略低于PI正常膜厚的PI谷，如图3所示。如果Halo区域的PI高度过大，则会产生白Mura不良。同时AA区的PI液溶剂扩散均匀性的差异进一步受到Pre-cure设备气流影响，极易造成PI扩散性的不良（由扩散不均产生的膜厚差异形成的不良，主要为Mura类，包括Cloud Mura、Pin Mura、周边Mura等）。而增加LED光源后，通过两种热源的组合使用，可以使PI的Halo区域宽度和高度都大大降低，甚至不产生Halo区域，从而可以防止由Halo区域造成的白Mura不良，同时还可以平衡周边区域和显示区域的PI液溶剂挥发速度，降低乃至消除不同区域溶剂挥发的差异性，进而改善PI液在预固化过程中扩散不均的现象，从而降低甚至消除PI扩散性Mura（如Cloud Mura、Pin Mura、周边Mura等）的发生。两种预固化方式的对比效果如图3所示。

图3 两种PI液预固化效果对比

2 新型PI液预固化方式的工作流程

本文设计的新型PI液预固化方式与原有的预固化方式工作流程有很大不同，最主要的区别在于新型PI液预固化方式可实现PI液的精细和选择性预固化，即通过LED灯的亮度调节，来调节通过PI液的光强，从而实现PI液的特定区域、特定程度的选择固化。新型PI液预固化方式的流程示意图如图4所示。

步骤S1，PI液涂布完成后，将PI液在基板上的涂布图案导入到预固化设备中，以作为预固化设备设定LED灯照射图案的参考。其中PI液的由聚酰亚胺和溶剂组成，溶剂一般有NMP（N-甲基吡咯烷酮）、GBL（γ-羟基丁酸内酯）、BC（二乙二醇单丁酯）等。

步骤S2，根据PI涂布区域和显示区位置设定微型LED灯照射图案，并设定腔室下部加热板温度。关于微型LED灯照射图案的设定可见图5。

步骤S300，基板进入预固化设备，玻璃基板进行PI预固化过程。

步骤S400，当基板上的产品设计图案更改时（包括工艺的更改和新产品的导入），重复步骤S200和S300，即通过更改LED灯的照射图案即可实现。

步骤S500，当基板上有扩散性不良发生时，如Cloud Mura、Pin Mura等，可根据不良区域的位置，更改该区域LED灯的照度，从而可改变该区域的溶剂扩散速率，以使其与其他正常区域一致，最终达到降低不良发生率乃至消除不良的目的。

图4 新型PI预计热方式的流程示意图

图5 新型PI预计热方式的照射图案示意图

图5为本设计光源性热源的照射图案示意图，照射图案的设定需要满足两个条件：照射图案的范围要略大于Panel的显示区域，以保证AA区域溶剂挥发的均匀性及PI上下两层的均匀分层；照射图案的范围要略小于PI涂布区域或者照射区域覆盖PI涂布区域，但须照射边缘PI液LED灯照度较低，以保证照射区域PI液溶剂的挥发速度与PI液边缘的溶剂挥发速度相当。在照射图案内，微型LED灯状态为打开，在照射图案外，微型LED灯状态为关闭。

由于光源性热源的存在，腔室下部加热板温度应有所降低，以防止PI液固化速度过快，造成PI上下两层无法充分分层，从而造成PI锚定力不足及残像[6]的发生。

最后，如图5所示，若黑框内区域被检测出存在由于PI扩散过快或过慢产生的不良，则可以将该处LED灯的照度减小或增大，从而使该处的PI正常扩散，最终达到消除不良的目的。

3 新型PI液预固化方式的电路设计

新型PI液预固化方式的电路设计主要分为四个部分（如图6所示）：第一部分为检查设备不良反馈接受电路，主要是与后续检测设备（主要是MIC设备和点灯设备）联动，接受其反馈的不良画面；第二部分为不良分析电路主要是分析EM的大小和均一度、及Mura等不良的发生位置和严重程度；第三部分为控制信号输出电路，即根据不良分析电路的分析结果生成控制信号并输出到后端电路中；第四部分为终端的微型LED灯控制电路和加热板热源控制电路，其接受控制信号输出电路的信号并对微型LED灯和加热板输入控制信号，以最终达到调整和改善PI膜面的目的。

图6 新型PI液预固化方式的电路设计图

4 结论

PI预固化过程中由于不同区域PI液溶剂挥发性的差异，会造成PI液扩散不均，形成PI Halo区域，并可能产生扩散性Mura（Cloud Mura、Pin Mura、周边Mura等）。针对这一问题，本文设计了一种新型的预固化方式，即将Pre-cure设备中单一的加热板热源设计为由大量微型LED灯组成的光源性热源和加热板热源两种热源，通过这两种热源的结合使用，可以有效的改善PI的扩散均一性，从而抑制PI Halo区域的形成并降低扩散性Mura的发生率，从而最终达到改善产品品质、提高盈利的目的。