聚酰亚胺在液晶显示器件中的应用

摘 要：文章介绍了聚酰亚胺具有的优异性能，以及聚酰亚胺薄膜在液晶显示器中的应用情况。重点论述了聚酰亚胺薄膜在液晶显示器取向膜、液晶面板与驱动电路的柔性连接、驱动芯片封装、液晶面板彩色滤光片中的应用。在不同方面的应用中，对聚酰亚胺薄膜结构、性能和工艺过程的要求有较大区别，文中进行了详细的分析论述。

关键词： 聚酰亚胺；液晶显示器；取向层；模块；彩色滤光片

中图分类号：TN141.9 文献标识码：A

引 言

液晶显示器是平板显示器中最早开发并被商品化的产品，薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）因轻薄、环保、高性能等优点，目前已成为显示的主流产品，广泛应用于液晶电视、笔记本电脑和手机屏等方面[1]。在液晶显示器中，使用了很多种类的无机和有机材料，聚酰亚胺（PI）因其突出的物理性能、化学性能以及电学性能，多次在液晶显示器件中使用。本文将对聚酰亚胺薄膜在液晶屏取向膜、驱动模块和彩色滤光片中的应用进行分析论述。

1 液晶屏取向层中的应用

取向层是液晶盒内与液晶直接接触的薄层物质，液晶分子依赖于玻璃基板表面取向膜的各向异性处理而得到有序排列，从而实现液晶盒光通量调制。液晶显示器的取向材料以及取向处理方法有很多种，目前使液晶分子取向排列最常用的方法是通过绒布类材料高速摩擦基板表面涂覆的有机高分子薄膜聚酰亚胺[2]。

液晶取向层用聚酰亚胺是缩合固化类型的聚酰亚胺，它通过均苯四甲酸二酐（PMDA）和4，4'-二氨基二苯醚（ODA）在低温下聚合反应合成，生成聚酰胺酸（PA），在高温下溶剂挥发和脱水，发生亚胺化反应，即成为聚酰亚胺。作为取向层的聚酰亚胺膜，是用浸泡、旋涂或印刷的方法，将PA溶液涂覆在玻璃表面，经高温固化后制得[3]。

聚酰亚胺膜用作取向层，具有较低的固化温度和较高的玻璃转化温度、可以获得比较均匀的膜层厚度、液晶分子的预倾角控制良好、取向排列性好、与ITO玻璃基板粘附牢固、化学稳定性好等特点。

2 液晶屏模块中的应用

2.1 应用于液晶显示中的连接

目前，液晶显示屏与驱动模块之间的连接组装主要有带式自动组装（tape automated bonding，TAB）技术和COG（chip on glass）组装技术。带式自动组装技术如图1所示，其中，TAB载带是带式自动组装中核心结构之一[4]。

2.2 应用于液晶显示驱动IC

在液晶显示驱动电路中，驱动IC的封装形式主要有PLCC、QFP、BGA、CSP等类型。由于集成电路本身原材料内残留的放射性物质和来自外界射线等，会使集成电路受辐射后发生性能退化和瞬间失效，造成集成电路可靠性下降。高纯度的聚酰亚胺涂层膜可以有效吸收阻挡а-粒子，保护集成电路的活性表面。具体工艺中分为在芯片表面粘贴PI膜或采用液体PA涂敷固化的形式，后一种方法因膜均匀性好和生产效率较高被普遍采用[6]。

在各种类型封装中，塑料封装占90%以上，由于塑料吸潮，在封装件焊接的瞬间高温下，水汽受热蒸发，会造成封装件的开裂，俗称“爆米花”现象。解决这种问题的根本措施在于降低塑料的吸水性和塑料与芯片、芯片引线框架间的粘结性能。在封装件的表面涂覆低吸水率的聚酰亚胺膜可以有效增加其抗潮能力，以具有良好粘结性能和高玻璃转化温度的聚酰亚胺作为内涂层，可以有效改善塑料封装件开裂问题。

微小模塑型CSP封装的应用，可有效减少显示器件的体积，其结构如图3所示，主要由LSI芯片、凸点、布线导体图形和聚酰亚胺薄膜组成[5]。其中聚酰亚胺薄膜层主要起缓冲作用，缓解结构中不同材料热膨胀系数（CTE）差异产生的内应力，防止元器件在表面贴装和使用中的温度变化带来损伤，增加元器件的稳定性和寿命。

3 液晶屏彩色滤光片中的应用

彩色滤光片（CF）的作用是实现TFT-LCD面板的彩色化，彩色滤光片的基本结构是由玻璃基板、黑色矩阵、彩色层、保护层以及ITO导电膜组成，彩色滤光片制造方法主要包括染色法、颜料分散法、印刷法、电镀法及喷墨法等。

目前，利用蚀刻工艺的颜料分散法是应用最为广泛的工艺，在这种工艺中，聚酰亚胺是制备彩色滤光片的主要材料，一般将红、绿、蓝三色颜料研磨至数十纳米大小，分散于聚酰亚胺中，形成稳定的分散体系，得到三胶。然后利用光刻工艺，对聚酰亚胺色胶进行蚀刻， 红、绿、蓝三胶各重复一次，即可得到分散有颜料的聚酰亚胺彩色层。具体工艺过程如图4所示。

4 结 论

聚酰亚胺薄膜在液晶屏取向膜、驱动模块中的驱动芯片和连接、彩色滤光片中都有非常重要的应用。根据具体要求，选择特定性能的聚酰亚胺材料，在取向膜中会使液晶分子有序排列；驱动芯片封装中起到保护、防潮、耐辐射和绝缘等作用，同时实现液晶面板与驱动电路之间柔性连接；在彩色滤光片中作为颜料分散的载体，可形成红、绿、蓝三色彩色层。

参考文献

[1] 马群刚. TFT-LCD原理与设计[M]. 北京：电子工业出版社，2011，1-7.

[2]王 永，孙士祥，陈 羽等. 液晶显示器取向膜性能的影响因素分析[J]. 现代显示，2010，109（2）：19-21.

[3] 范志新. 液晶器件工艺基础[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2000，74-75.

[4] 田民波，叶 锋. TFT-LCD面板设计与构装技术[M]. 北京：科学出版社，2010，177-173.

[5] 中国电子学会生产技术学分会丛书编委会. 微电子封装技术[M]. 合肥：中国科技技术大学出版社，2003，33-36.

[6] 刘金刚，何民辉，范 琳等. 先进电子封装中的聚酰亚胺树脂[J]. 封装测试技术，2003，28（10）：39.

作者简介：王 永（1975-），男，江苏徐州人，硕士，副教授，南京信息职业技术学院教师，主要从事液晶显示材料及工艺的教学和科研工作，E-mail：。