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1、，愚第6 7 j ll-麓 善 车春城等：r F r L c D取向层工艺及其关键参数 文章编号：1 0 0 6 6 2 6 8(2 0 0 6)0 9 0 0 2 0-0 4 T F TL C D取向层工艺 及其关键参数 车春城 。王 丹。李军建 (1 中 国电子 科技 大学。四 川成都 6 1 0 0 5 4；2 北京京东方光电科技有 限公司，北京 1 0 0 1 7 6l 摘要：综述 了国内最先进的第 5代 TF T L C D 生产线的取 向膜工艺。并探讨 了各取向膜工 艺参数对取 向膜厚度和预倾 角大小的影响，从 而根据产 品设计 需要 改 变工 艺参数指 导 实际 生 产。关键词：
2、取向层；聚酰亚胺膜；涂布；摩擦；膜厚；预倾 角 中图 分类 号：T N1 4 1 9 文献 标识 码：B TF T L CD S Or i e n t e d L a y er Te c h n o l o g y a n d I t s Ke y Pa r a me t e r s CHE C h u n-c h e n g ，WA N G Da n ，L I J u n-j i a n 1 Un iv e r s it y o f El e c t r o n i c Sc i e n c e a n d Te c h n olo g y o f Ch i n a,Si c h u a n
3、 Ch e n g d u 61 0 0 5 4,Ch i n a；2 B e ij in g B OE O p t o e le c t r o n ic s T e c h n o lo g y C o L T D，B e iji n g 1 0 0 1 7 6，C h in a)Ab s t r a c t：T Ov e r v i e w t h e o r i e n t e d p o l y i mi d e l a y e r t e c h n o l o g y i n t h e 5 t h g e n e r a t i o n T F T L CD p r o d u
4、 c t i o n l i n e s T h is a r t i c l e a n a ly z e s t h e p a r a m e t e r s i n f l u e n c e o n f i l m t h i c k n e s s a n d p r e t i l t a n g l e i n t h e o r i e n t e d p oly i mi d e l a y e r t e c h n o lo g y An d i t wi l l b e a r e f e r e n c e t o t h e a c t u a l p r o d
5、 u c t i o n Ke y wor d s：or i e n t e d la y e r；p o ly i m id e f i l m；c o a t i n g；r u b b i n g；f i l m t h i c k n e s s；p r e t i lt a n g l e 中国的信产产业已成为国民经济的先导、支柱产业 和战略陛产业，产业规模列中国各工业部门之首，居全球 第二i 中国已成为全球最主要的 I T产业生产基地，多种电 子产品质量居全球第位。在全球众多的T F T L C D厂 商不断推出更高水平生产线的同时，中国两大电子集团投 资及建设的第 5 代 T F
6、 F L C I 生产线在2 0 0 4年投 入 试生 产阶段。以京东方科技集团股分有限公司收购韩国现代3 条 T F T L CD生产线和所有 L C D义务的及京东方和上 广电分别投次在大陆建设 2条第 5 代 T F T L CD生产代 为标志，中国正在逐建成为液晶强国 1 。1 引言 第 5代线是 国内目前最 先进的 T F T L CD生产 2 0 现代显示Ad v a n c e dDi s p l a y S e p 2 0 0 6 收稿 日期：2 0 0 6 0 6 2 3 维普资讯 http:/ 车春城等：T F r-L C D取向层工艺及其关键参数 总第 6 7 期 线，它
7、的液晶制屏工艺包括从玻璃基板到显示器件 的 整个制件过程，分两个阶段制作。第一阶段，首先将C F 基板和 T F T基板在入制屏阶段后分成两条线同时运 行；第二阶段，在对位压合工序中将两条线合成一条生 产线。具体工艺如下：(1)C F 基板_+清洗和干燥一 十 P I 涂膜与固化_+定向 摩擦和清洗一点胶划线 0 体封框_+液晶滴灌 3)(2)T F T基板 清洗和干燥 l 涂膜与固化定向 摩擦和清洗散布 衬垫料 翻转叫 3)(3)对位压合_ 封框胶 U V固化 切割 裂片 贴 偏光片最终检测。以上工艺概括起来，可大致分为 1 0 个工序I I。由此可见取向膜工艺是 C e l l 工艺流程的
8、第一步，而且取向膜也是液晶显示器中与液晶分子直接接触的 部分，取向膜的取向直接决定液晶分子的排列。取向效 果的好坏对于液晶显示器的均一性、视角、向 应速度、阈值 电压等基本性能都有重要影响。因此，取向膜 的工艺是我们极为关注的部分。目前 T F T L C D工 业中广泛 应用 的取 向控 制技 术采用 涂布 摩擦 法，正如所说的那样：。从商业应用的角度来看，最稳定 的取 向技术仍然是从摩擦法得到的”。摩擦法在 很长的一段时间里还不会被淘汰，在没有找到合适的 非摩擦法来替代它之前，如何对其进行改进以适应新 型 L C D发展的要求是目前 的主要任务。因此，在工艺 中要通过有效的改变工艺参数，达
9、到 C e l l 特性所确定 的取向膜厚度和预倾角的大小。本文将对 T F T L C D的取 向膜工艺进行详细 的 研究。2 工艺原理 第 5代线取向膜的工艺顺序如下：清洗、涂抹、预 烘、固化、摩擦。取向膜工艺的基本要求有：薄膜厚度和 预倾角的控制。取向膜的剂涂布方法主要有 3种：旋转涂膜法、浸泡法和凸版印刷法。第 5 代线采用凸版印刷法，一贯 使用聚亚酰胺(P o ly imid e)类材料。此P o ly imid e 类材 料经过摩擦(R u b b in g)处理后，可以产生取向力，耐热 性、化学稳定性及取向稳定性。其具体工艺就是聚亚酰 胺液体通过一根点液针落料，然后利用独特的三只
10、滚 筒(刮胶滚筒、均胶滚筒、版胴)均胶后转印在基板的指 定范围内。膜厚通过调节滚筒推压、移动速度、液体下 滴等进行控制。再经过预烘后送至坚膜炉在 2 0 0 0(左 右的温度中进行固化，最终形成 6 0 9 0 n m厚度的取 向膜。其工艺设备如图 1所示：版胴用于安装 AP R 板；用分配器将 P l 液滴于均胶辊上；基台用于印刷时托放 玻璃，要求平坦度在 2 0 m 以内；均胶辊用于将 P l 液 涂到 AP R板上，上有小坑【1 5 u m深】威 网状排布 Me s h 4 0 0 L i n e i n c h ，倾斜角度4 5。】，目的是使 P l 液涂布均 匀：刮胶辊(刮刀)目的是
11、使均胶辊上的 P l 液均匀。图 1 取向膜涂布设备结构图 摩擦取向对于液晶显示同样起到了直接的、重要 的作用，至今仍然是各类液晶显示器制造过程中使用 最广泛的取向技术。所谓取向膜取向就是利用尼龙、纤 维或棉绒等材料按一定方向摩擦固化形成的取向膜，使薄膜表面状况发生改变，对液晶分子产生均一的锚定 作用，从而使液晶分子在液晶显示器的两片玻璃板之间 的某一区域内，以一定的预倾角呈现均匀、一致的排列。关于摩擦处理如何使液晶分子发生取向，其主要理论为 P 1 分子和液晶分子形成范德华力或分散力等分子间的 作用力，或沟槽造成的机械力的影 向，而摩擦时的各种 制程参数则对取向效果好坏有很大影 向。摩擦具体
12、工 艺就是摩擦设备将基板真空吸附在基台上，一边转动 滚筒，一边使基台移动进行摩擦。滚筒上包有的摩擦布 厚度在 1 2 mm 之间。滚筒的转速一般在 8 0 0 1 2 0 0 转 分，其工艺设备如图 2所示。摩擦的效果可以用摩 擦强度(R u b b i n g I n t e n s i t y)的概念来进行衡量。摩擦强 S e p 2 0 0 6 现代显示 Ad v a n c e d D i s p l a y 2 1 维普资讯 http:/ 第 期 车 春城等：1 下 T L C D 取向 层工艺 及其关键参数|_ 图 2 取向膜摩擦设备结构图 度(用 N a来表示)的 定义为：Na：
13、M D (1 r N d V+l o d是 摩擦滚 轮 的直径(mm)：是摩擦滚轮 的转数(r p m)：是摩擦 的线 速度(平台相对滚轮 水平移动的线速度)(mm s)；M 是摩擦次数。D表示绒毛压人深度 D e p t h。当然，D也不是越大 越好，一般为 0 4 0 6 mm。摩擦次数一般为 1 次，2次 的摩擦对提高摩擦效果有明显的改善。为了取得良好 的摩擦效果，一般要求 N a 2 0 0 0。当摩擦强度过大或 者偏小时，可以从出现的摩擦划痕来判断：即产品外观 上出现可见摩擦划痕，则摩擦强度过大：显示时出现摩 擦划痕，则摩擦强度偏小。3实验 对取向膜的性能要求为：稳定均匀的膜厚、预倾
14、角 的控制性良好、对热处理取向稳定性好。本实验利用五 代线中的 P l 线，涂布工艺的基准参数为：基台速度为 3 0 m mi n、刮胶辊的压入量为 0 0 9 mm、P l 的滴下量为 1 5 g、老化温度为 2 3 0 C。摩擦工艺的基准参数为：基 台速度为 2 4 m mi n、滚轮的转速为 1 2 0 0 r o l l mi n、压 入量为0 5 mm。通过改变涂抹工艺参数项研究 P l 膜 的厚度变化：研究不同摩擦强度，不同固化温度以及不 同 P l 厚度下预倾角的变化情况。4 结果与讨论 4 1 工艺参数对取向膜厚度的影响 4 1 1 不 同刮胶辊压入量对取向膜厚度的影响 图 3
15、是取向膜厚度随刮胶辊压入量变化的分析，可以发现刮胶辊的压入量越大，取向膜的厚度越薄。主 要因为刮胶辊压入量大时，刮胶辊与均胶轮的间隔会 减小，导致转运到 AP R版上的 P l 液会减小，取 向膜 自 然减小。因此涂抹时应选择适当的压入量，以获得最佳 的取向膜厚度。取 向 膜 厚 度)图 3 刮胶辊压入量和取向膜厚度关系 4 1 2 不 同基 台速度对取 向膜厚 度的影 响 图 4是不同基台速度下取向膜的厚度情况。由实 验结果可知，基台的速度越大，取 向膜的厚度越大。我 们知道 AP R版转运 P l 液到基板上是通过双方的挤压 进行的，如果基台速度快 了，二者挤压 的时间减小，因 此在一定范
16、围内取向膜的厚度会增加。9 0 0 取8 o 0 廛 o 0 厚 度6 0 0 (盂)50 0 ，1 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 基 台速度(m m i n)图 4 基台速度和取向膜厚度关系 4 1 3 不 同P l 滴下量对取 向膜厚度 的影响 图 5 表示了 P I 滴下量对取向膜厚度的影 向，可见 并不是滴下量越多取向膜越厚，而是存在一个变化的 曲线。实践证明在滴下量为 1 1 g时，取向膜的成膜性 和均一度相对最好。从工艺的角度看，当 P l 液滴下量 大时 AP R版上的网孔 内会聚集更多的 P l 液，这样在 挤压时多余的 P l 液会冲击孔内的 P l 液，导
17、致其无法 正常涂抹到基板上，导致膜厚下降。因此我们要正确 控制 P I 液的滴下量，以免浪费 P l 液且降低涂抹效果。2 2 现代显示 A d v a n c e d D i s p l a y S e p 2 0 0 6 维普资讯 http:/ 车春 城 等：1 耵一 L C D 取 向 层 工 艺 及 其 关 键 参 数 ll 蕙辜 舀 钿。P i 滴 F 量(g)图 5 滴下量和取向膜厚度 关系 4 1 4取向剂浓度对膜厚的影响【生产过程中，P I 取向剂直接影响液晶显示器的质 量。根据产品用途，取向膜的厚薄也不一样。下面是配制 P I 的浓度对取向膜厚的影响的实验，配制方法和步骤：配
18、制容器的清洁处理 用精度为 O O 1 g的电子配 量原材料 根据 P I 用 N MP做稀释剂，计算 P l 浓度 采用 AP R版用 DE K T AK台何仪测量 P I 膜厚，以 为 单位。实验结果见图 6。1(V 一 P I 浓度 2 4 2 8 3 0 3 3 3 5 3 8 4 1 +P I 厚度盂 6 2 0 8 5 0 6 0 0 4 9 0 5 5 0 8 0 0 1 1 4 C 图 6 P I 浓度 对 膜厚 的影 响对 比 4 2 不同工艺条件对预倾角的影响 4 2 1 不同取向膜厚度对预倾角的影响 图 7是预倾角相对薄膜厚度的变化，当取向膜膜 厚为 8 0 0 厶时预倾
19、角达到最大值为 6 8，而随着膜厚的 增加，预倾角逐渐减小。但其变化幅度不是很明显。这 可能是因为与液晶分子作用的取向层分子不仅仅是最 表面的一层，而是多层分子通过范德华力与液晶分子 相作用，膜厚增加取向层分子力增加，预倾角也就增 加。但其增加是在一定范围之内的，超过这个范围对于 高分子链的形态来讲，链单元间存在着相斥力，由于相 斥力的影响会使预倾角有所减小。8 7 预 倾6 角 5 4 一 6 0 U U U I U U U 取向膜厚度(A)图 7 取向膜厚度和预倾角关系 4 2 2 不同摩擦强度对预倾角的影响 图8是不同摩擦强度时预倾角的变化，可见摩擦强 度增大，预倾角增大，但是随着摩擦强
20、度不断增加，预倾角 会减小。因为摩擦强度超过一定程度，原有配向膜的定向 结构被破坏，取向层沟槽变的前后更均匀，破坏了取向膜 的取向作用，配向效果因此变差，导致预倾角减小。预 倾 角 摩擦强度 I=基鱼蕉鏖三 垒 Q =基鱼运廑三 Q l 图 8 摩擦强度和预倾角关系 4 2 3 不同老化温度对预倾角的影响 图 9表示了老化温度同样对预倾角产生影响，可 见老化的温度越高，预倾角也会减小，这是因为烘烤温 度越低成膜越软，经毛刷滚轮摩擦时分子较易朝同一 方向排列，而较高温烘烤时成膜较硬，在受机械力摩擦 时摩擦效果降低。不过其预倾角变化程度比上一个条 件会小很多，表明薄膜稳定性较好。8 7 蔫 6 角
21、5 4 3 h 1 2 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 老化温度(。C)图 9 老化温度和预倾角关系 (下转第 l 2页)S e p 2 0 0 6 现代 显示 A d v a n c e d D i s p l a y 2 3 维普资讯 http:/ Wi l m e r t D e B o s s c h e r 等：液晶显示用玻璃的 I T O镀层 悬臂磁控管是固定于水平板上的，在这种情况下，由于它与密封门表面有冲突，因此很难整合。在新一代 显示用镀膜机中，如果将基板放置在离镀膜机开口较 近的地方，那么在顶部或底部安装一个悬臂磁控管就 成为可能，并且还可以很容易地进行
22、整合(图 4 o 5 结论 由于 F P D制造工艺的 日臻成熟，对于显示行业 来说，设法降低厂家的生产设备成本以及单位面积 镀膜基板的底线成本变得尤为重要。由于靶材总量 和功率密度的提高，降低成本不仅可以通过大幅提 高设备产能和镀膜能力来实现，而且可以通过提高 由非常昂贵的材料组成的靶材的利用率来达到。由于其技术、工艺和工程的进步，旋转柱状磁控 管溅射 已成为最经济的技术之一。在这一过程中使 用新设备可 以使停工检修时间降到最低。初步的现 图4 在新型显示用镀膜机上，若基板置于接近镀 膜机开 口的地 方，安装一个 易于整合 的悬臂 磁控管是可能的 场实验表明，每平米成本差不多降低 了 4 0
23、，而靶 的利用率倍增。(北京科技大学石琳 译自 I n f o r ma t io n D i s p la y 1 1，0 5)(上接第 2 3页)5 结论 我们 已经研究了不同工艺条件对取向膜厚度和预 倾角大小的影 向。结果显示：(1)刮胶滚压入量越大，基 台速度越快，取向膜越厚；2)P I 液滴下的增多，取 向膜 先增加然后逐渐减小；(3)取向膜老化的温度越高，预 倾角越低：(4)取向膜的厚度和摩擦强度对预倾角的影 响存在一个最大值，并随着膜厚增加，预1 顷角会减小。参考 文献：季国平 中国T F F L C D产业发展 J 现代显示，2 0 0 5，8：4 5 【2】郑圣德 第五代 T
24、 F T L C D的制屏工廿【J】_ 现代显示，2 0 0 5，8：3 4 3 5 【3】范志新 液晶器件工艺基础【M】北京北京邮电大学出 版社，2 0 0 1 【4】李维，郭强 液晶显示应用技术【MH匕 京电子工业 出版社 2 0 0 0 【5】My r v o l d 0 e t a 1 Th e Th i c k n e s s o f t h e S u r f a c e L a y e r i n P o l y me r-a l i g n e d L i q u i d c r ys t a l Ce l l s C J o u r n a l o f t h eSI D 1
25、 9 4 4；2 3：1 2 91 3 4 【6】黄锡珉，黄辉光，李之熔译 液晶器件手册【MH匕 京 航空工业出版社 1 9 9 2 【7】Ha n K wa n-Yo u n g e t a 1 A S t u d y o f t h e Re la t i o n B e t we e n S u rfa c e Al i g n me n t o f P oly me r s a n d L i q u i d-c r y s t a l P r e t i lt An g l e C J o u r n a l o f t h e SI D，1 9 9 5；3 1：1 52 1 【8】乌 日娜，沈冰，彭增辉 摩擦强度对取向膜表面液晶取 向度的影u R J 液晶与显示，2 0 0 2，1 7(：4 5 0 2 4 5 4 【9 1 刘永智，杨开愚，方官久等【M】液晶显示技术，北京：电 子科技大学出版社，2 0 0 0 【1 0】姚平武 液晶分子取向技术研究【J】_ 现代示显示，2 0 0 4，6：1 6 2 0 作者简介：车春城(1 9 8 1 一)，男，山西人，电子科技大学 在 读硕 士研 究 生，现从 事 L C D显示技 术 的研 究，Ema i l C Cc h e 1 6 3 c o m。S e p 2 0 0 6 维普资讯 http:/