LCD的PI膜简介

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PI導向膜入門知識2006-5-30

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做為錨定液晶分子的主要材料，導向膜的應用是從單純離子鍵作用力到分子間作用力的一大發展，導向膜的應用，不但有離子鍵的作用力，更主要的是有分子鍵的作用力，加上表面處理技術不斷發展，處理機器的不斷改良，除了為提高產量、和改善視角的要求，導向膜材料在進一步研究試用之外，導向膜材料幾乎已經定型。

很令人奇怪的是，作為普通TN-LCD使用的導向膜材料，製作處理上在一些LCD生產工廠卻要比STN-LCD還難。事實上，由於STN-LCD產品的對比度較低，視角比較寬，反而掩蓋了導向膜一些電學性能上的缺陷。除非出現很嚴重的預傾角塌陷，導向膜的缺陷在STN-LCD 產品的顯示效果上總不會引起顧客的特別重視。但在TN-LCD產品的生產上，導向膜的性能遷移往往直接反應到產品的顯示效果上。

作為液晶分子的錨定材料，導向膜的預傾角在TN-LCD和STN-LCD產品上起的作用幾乎是一樣。但是TN-LCD和STN-LCD相比，由於液晶分子的運動方式不一樣，因而兩種類型的導向膜產品很快就分化出來，STN-LCD用導向膜材料在製作時，使用了更嚴厲的環境和原料純度。另外有一些製造商在分子支鏈上使用了等長鏈和二次鏈技術，讓分子支鏈更加安定，預傾角更一致，同時這種結構由於二次支鏈間分子間作用力的互相排斥性，使支鏈結構有一定的類似自己修復功能，使得在導向處理時對機器性能的不足有一定的補償作用，因為從理論上來講，機械精度永遠無法滿足導向膜的預傾角處理精度要求。這種方式製作出來的導向膜，使用在低驅動路數、小面積、寬線距的產品上，其獨特的性能可能無法體現出來，但在生產高驅動路數、大面積和微線距的產品時，在提高產品良品率、提高產品的穩定性和產品生產的可重複性上，其優異的性能是其他沒有採用這種技術製作的導向膜無法相比的。

TN-LCD產品用的導向膜，由於受視角寬度的限制，不可能採用上述的結構，而且由於製作成本的原因，也沒有必要這樣做。而且由於工藝的改進，機器設備性能的提高，以前那些低成本的導向膜材料，曾經因為受工藝影響而不穩定，受大家排斥，現在卻正因為它可以在不同的工藝下有不同的效果，反而更受一些TN-LCD生產廠家的青睞，特別是在一些工藝調整輕鬆的半自動生產線上。

1、PI導向膜的特性：

PI導向膜的組成：

對於加溫聚合固化的PI，PI導向膜原液的組份是聚酰亞胺和DMA、NMP或BC溶劑。

對於紫外線聚合固化的PI，PI導向膜原液的組份是帶紫外線光敏基團的聚酰亞胺和溶劑，這種PI由於照射方向就是液晶定向方向，所以有很快的生產效率和操作的方便性，但由於它聚

合時往往不夠充分，目前使用它製作成的產品在顯示時單點缺陷率較高，只適用於一些光線轉換幕牆的製作上，在LCD顯示上應用很少，以下不再描述。

PI導向膜的特性：

LCD使用的PI導向膜固含成份在原液中是小分子化合物，它在高溫下產生聚合反應，形成帶很多支鏈的長鏈大分子固體聚合物聚酰胺。聚合物分子中支鏈與主鏈的夾角就是所謂的導向層預傾角。這些聚合物的支鏈基團與液晶分子間的作用力比較強，對液晶分子有錨定的作用，可以使液晶按預傾角方向排列。

PI原液或未曾聚合完全的小分子聚酰亞胺則與水分子結合後呈溶膠狀，它會抑制聚酰亞胺的聚合反應，得不到完整的主鏈，並讓支鏈失去原有的排列方向，得不到LCD製作所需的預傾角。所以PI原液要防潮，作業環境要嚴格控制濕度。

有些STN及TFT專用PI，聚合固化後會在支鏈的基礎上會形成次支鏈，次支鏈與支連間的夾角與液晶分子的端部結構相吻合或相近，所以對液晶有更強的錨定作用。由於有了次支鏈，等若加大了液晶分子與導向層的接觸面積，在一定程度上補償了一些導向層處理缺陷。這種PI在大面積顯示上讓顯示效果更均勻。同時也避免了在摩擦處理工藝中為了在高強度的摩擦下得到更高的摩擦密度，損傷相對脆弱的CF層和TFT發生器。

已聚合固化的PI導向膜也容易吸收水份，並且會在水中分解。而經過摩擦處理後的PI層則同樣更加脆弱，長時間暴露在空氣中，會與空氣中的水和二氧化碳結合，從而打亂原有的支鏈排列狀態，讓預傾角不均勻，甚至會產生預傾角塌陷的現象。

PI的分類：

PI按預傾角的大小分為：

1~3度的低預傾角TN型PI和4~9度的高預傾角STN型PI。

影響PI導向膜性能的主要參數

固體含量；粘度；Na離子含量；熱分解溫度；介電常數；體積電阻；透過率；吸水率；折射率；預傾角

3、PI導向膜的工廠自適應測試方法及判定標準：

粘度：

A、測試方法：用粘度計測試待測PI導向膜的粘度。

B、判定標準：測試結果粘度值與供應商提供參數一致。

添加劑乾燥性能（預烘性能）

A、測試方法：按生產工藝厚度要求，把PI導向膜塗覆在ITO導電玻璃上，按供應商提供的溫度和時間參數加熱烘烤。

B、判定標準：在參數溫度時間下，PI導向膜添加劑完全烘乾。

固化性能：

A、測試方法：將PI導向膜添加劑已完全烘乾的ITO導電玻璃按生產工藝要求和供應商提供的參數要求分別進行固化。

B、判定標準：固化完全。成盒灌液晶後可以正常顯示。

耐磨性能：

A、測試方法：將PI導向膜添加劑已完全烘乾的ITO導電玻璃按生產工藝要求參數進行定向磨擦五次。

B、判定標準：成盒灌液晶後可以正常顯示。

光電性能與可靠性:

A、測試方法：把待測PI導向膜製作成的玻璃與現生產用PI導向膜製作成的玻璃按現生產工藝參數，選擇一型號製作成成品並測試其光電與可靠性性能

B、判定標準：光電性能與可靠性測試結果與現生產用PI導向膜製成的玻璃結果相當，並在測試產品型號要求範圍之內。

4、PI導向膜的選用規則：

一般根據LCD顯示類型選擇相應預傾角的PI：TN-LCD選擇低預傾角PI，STN-LCD選擇高預傾角PI。

對於一些在PI導向層下有特殊處理工藝附加層的LCD，選擇PI時要參考附加層的特性來考慮。

COLOR-STN和BLACK MASK產品要選擇固化溫度小於CF分解溫度的PI；使用柔性導電膜製作的LCD，其固化溫度要小於柔性基板軟化點溫度的PI。

5、PI導向膜的使用方法：

PI導向膜的製作方法：

旋轉塗布法；絲網印刷塗布法；柯式轉印法

先在室溫下解凍至室溫，再打開瓶蓋，以免吸潮，PI導向膜推薦在千級淨房環境中開啟、配製、使用。

一般用NMP、DMA、BC等溶劑稀釋，使用前最好將溶劑常壓過濾一次。

PI導向膜塗覆厚度，TN-LCD推薦在400~600埃左右，STN-LCD推薦在800~1000埃左右。

6、PI導向膜的貯存及搬運方法：

PI導向膜應冷凍貯存。貯存溫度小於4℃，可保證6個月以上的貯存期。如果要求更長的貯存期，應在-10℃以下保存。溶劑可燃，勿接近明火。

搬運時按化學品規定管制。

PI知識與工藝圖解2006-5-30

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