網紋輥對柔性印刷品質量的影響分析

在柔印技術中，網紋輥作為柔性版印刷機的核心部件，其表面質量直接影響到藥液的轉移質量和成膜質量。本文通過網紋輥更換前后聚酰亞胺膜質量的對比，研究網紋輥使用壽命對柔性印刷品表面膜層質量的影響，為實際生產中印刷品表面膜層控制和設備保養提供依據。

隨著國家和人們對環境保護越來越重視，以“環境友好型”著稱的柔性印刷技術得到了快速發展，其應用領域也得到擴展，尤其是在液晶面板行業。在柔印技術中，網紋輥作為柔性版印刷機的核心部件，主要是均勻準確地控制藥液轉移量。藥液轉移量的大小和均勻度直接影響到印刷品表面膜層厚度和表面平整度。

在 TFT-LCD 的制程中，聚酰亞胺（PI）因具有較低的固化溫度、較高的玻璃轉化溫度、高的化學穩定性以及可獲得良好的取向性等特點，作為液晶取向層材料被廣泛應用。研究表明，PI 膜的厚度以及其均勻性直接影響到LCD 的顯示質量。在劉呈貴等人撰寫的《PI 膜厚度對 LCD 功耗電流的影響》中描述到，當 LC 電阻率小于 1 Ⅹ·cm 時，隨 PI 膜厚的增加，LCD 功耗電流逐漸減小；當 LC 電阻率大于 1 Ⅹ·cm 時，隨 PI 膜厚的增加對 LCD 功耗影響較小。膜厚的不均勻性，也可導致 Pinhol的發生；取向膜和液晶分子直接接觸，其取向效果的好壞對顯示器的均一性、響應速度、對比度以及視角等都有重要影響。目前在柔性版印刷的技術下，對 PI 膜質量的影響因素研究主要集中在藥液固含量、PI 液補加液滴數、印刷速度、刮刀壓入量等，較少涉及網紋輥質量及其使用壽命對印刷品表面膜層質量的影響，特別是 TFT-LCD 行業。

本文主要通過網紋輥更換前后PI 膜質量的對比，研究網紋輥對柔性印刷品表面膜層質量的影響，為實際生產中印刷品表面膜層控制和設備保養提供依據。

圖 1 PI 印刷示意圖

實驗方案

1. PI 印刷原理

柔性版印刷的方式是首先將 PI液通過吐出控制系統均勻滴到刮刀和網紋輥之間，經過刮刀均膠后，網紋輥再將均勻后的藥液通過擠壓的方式轉移到 APR 版上，最終通過特殊設計的柔性 APR 版將 PI 液轉移到玻璃基板上，再經過預固化、終固化形成 PI 膜。其中，網紋輥表面存在微細的凸起（或稱為網點），凸起之間形成溝槽，用于儲存 PI 液和控制藥液轉印量。因此網點的大小、溝槽深度以及如何排布等都會對印刷效果或 PI 膜的質量產生影響。同時，網紋輥在工作過程中是通過旋轉擠壓來達到 PI 液轉移目的，其長期使用可能會造成網點的磨損以及溝槽的異物沉積等情況，從而造成 PI 膜的印刷不均和PI 膜厚減少。為了驗證網紋輥質量對 PI 膜質量的影響，我們設計了實驗方案。

2. 實驗所用設備、材料以及評價方式

實驗設備采用 G5.5 代產線量產設備以及 K-MAC 公司提供的 PI膜厚（THK）在線測量設備，取向膜材料選用日本廠商提供的不同型號 PI 液樣品 A 和樣品 B。在同一產線、同一型號 Glass 基板以及相應型號 APR 版的情況下，通過 THK 測量和 SEM 測量分析 PI 膜厚隨網紋輥使用時間的變化規律；通過印有PI 膜 Glass 不同點位膜厚表征樣品表面膜面質量；通過柔性印刷段量產品不良率的變化表征網紋輥壽命對其質量的影響。

圖 2 2017 年，相同產線、不同型號產品 PI 膜厚隨時間的變化規律

圖 3 2017 年后，PI 膜厚隨時間的變化規律

圖 4 2018 年換輥后 PI 膜厚隨時間的變化規律

結果與討論

1. PI 膜厚隨時間的變化規律

圖 2 所示為相同產線、不同型號產品 PI膜厚隨時間的變化規律。可知，不同產品型號 PI 膜隨時間的推移呈現集中性特點，膜厚集中在 1000A ～ 1050A 之間。為了持續關注 PI 膜的變化，選取不同 PI 液型號的 5.46-TDDI 和 5.2-FHD 產品做對比。發現在相同設備、藥液固含量、PI 液補加液滴數、印刷速度、刮刀壓入量以及相應型號 APR 版等條件下，不同 PI 液型號的產品其PI 膜厚隨時間延長而呈現下降的趨勢，如圖 3 所示。由此可知，隨時間的推移 PI 膜厚呈現下降趨勢，尤其是 2018 年之后，如圖 4 所示。分析表明：相同產品、相同產線和設備以及相同參數等因素下，PI 膜厚隨時間逐漸呈現下降趨勢的原因可能是 PI 液藥液轉移量的減少所致。通過長期觀察（2015 年 1月 —2018 年 6 月，2018 年 6 月 —2021 年 7 月）和對比發現，網紋輥在常規保養下使用約 4 年后，其表面存在明顯的圓周亮線和白色斑點，同時載液量降低至固化后膜厚減小至 1000A 左右（如圖 2 和圖 4所示）。在后續保養手段未變化的情況下，可能其載液能力會持續惡化（如圖 3 所示）至固化后 PI 膜厚降至 950A 或更低，影響產品質量。出現此現象的原因是，網紋輥與柔性版長時間擠壓造成網墻損傷后，變寬的網墻會堵塞側邊的網孔，導致其周圍網孔中 PI 液無法完全載入和釋放，嚴重時可導致網紋輥表層發生脫落或裂紋等（如圖 5所示）。

圖 5 網紋輥使用 3 年后其表面變化情況

造成其表面網孔堵塞和損傷可能是導致藥液轉印量減少的最大因素。綜合以上各種原因分析，決定對網紋輥進行更換，以達到盡快滿足生產和提高 PI 膜印刷質量的效果。

2. 換輥前后 PI 膜厚變化規律

變異系數（又稱為離散系數）是反應數據離散程度或變異程度的統計量，可以用此反應 PI 膜厚數據相對其均值的波動情況。其是標準差 σ 和平均值 μ 的比值。

圖 6 中為兩種不同 PI 液類型的產品換輥前后 PI膜厚的變化情況。可以看出，其分為 3 個階段：下降期Ⅰ、磨合期Ⅱ和穩定期Ⅲ。

其 6.26-QHD（A 型 PI 液 ） 產品各階段變異系數 ( 波動程度 ) 關系為：

CⅠ=1.84%<CⅡ=4.57%>CⅢ=0.105%

其 5.46-TDDI（B 型 PI 液） 產品各階段變異系數 ( 波動程度 ) 關系為：

CⅠ=0.9%<CⅡ=3.5%>CⅢ=0.223%

可知，兩種 PI 液不同產品的穩定期膜厚波動均小于換輥前膜厚波動，A型 PI液的膜厚穩定性優于 B型。

為了進一步精確表征換輥前后PI 膜厚度值，我們對其進行 SEM表征并與 THK 在線測量設備作對比，明確 PI 膜厚變化情況，表征結果如圖 7 所示。其結果顯示，換輥后 PI 膜厚 SEM 表征增加 92A，THK 表征增加 68A。

綜上所述，網紋輥在使用后期（約 4 年），由于輥表面質量下降，其印刷品膜厚出現較大波動，同時相比新輥其膜厚 SEM 表征下降約 92A，嚴重影響印刷品的表面質量。同時，同類型產品換輥前后 PI 膜厚的變化經歷 3 個階段：下降期Ⅰ、磨合期Ⅱ和穩定期Ⅲ。換輥后 PI 膜厚明顯增加，且換輥后穩定期膜厚波動均小于換輥前膜厚波動，A 型 PI 液的膜厚穩定性優于 B 型。

圖 6 換輥前后 PI 膜厚隨時間的變化規律

3. 換輥前后膜面質量 THK 表征

選取換輥前后同一型號、同一產線、同一 PI 液類型印刷后的 20張 Glass，每張 Glass 選取 20 個點位（點位位置如圖 8 所示），并利用在線膜厚測量設備 THK 進行膜厚測量，每個點位測量 3 次，并求其均值作圖，如圖 7 所示。

圖 7 換輥前后 SEM 表征

圖 8 PI 膜厚 THK 表征

結果顯示，換輥前后 Glass 表面不同位置都存在明顯的波動性，計算可知換輥后穩定期 Glass 表面PI 膜厚的變異系數（0.567）優于換輥前 PI膜厚的變異系數（1.046），進一步分析可知，換輥后 PI 膜面質量優于換輥前。

綜合分析可知，網紋輥使用后期，其輥表面質量下降不僅造成 PI 膜厚下降，而且造成 PI 膜表面波動程度的增加，增加了膜面的不均勻性。

圖 9 換輥前后 CELL PI 工藝段不良發生率對比

4. 換輥前后不良率表征

為了研究換輥前后產品良率的變化情況，我們對 CELL PI 工藝段可能產生的不良情況進行分析，結果如圖 9 所示。

結果表明，新輥磨合期異物和污漬發生率波動較大，穩定期后異物發生率下降幅度為 0.05%，小黑點發生率下降為 0.03%，白點和污漬改善效果不明顯，PI Total 不良率下降 0.08%。其下降的主要原因是同參數下，新輥表面載藥量要優于舊輥，同時輥面質量也得到提高，在轉印的過程中可以相對轉移更多的 PI 液和提供良好的膜面狀態，這些都有助于異物改善，同時均勻穩定的 PI 液轉印量可以降低小黑點的發生率。

結語

本文通過 PI 膜質量的變化規律研究網紋輥質量對印刷品品質的影響情況。實驗結果表明：網紋輥在使用后期（約 4 年），印刷品膜厚逐漸降低，其原因源于網紋輥表面網孔堵塞和損傷導致藥液轉印量減少所致，同時膜厚下降約 92A，以及膜層表面不均勻性增加，嚴重影響印刷品的表面質量；相同條件下，網紋輥更換能夠改善 PI 膜膜面質量，同時有助于改善小黑點和異物，使 PI Total 不良率下降 0.08%。