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液晶显示器的原理和制造 2009年12月,(一) 序言,一、对显示器的要求,1.性能好且稳定（高亮度、高对比度、 宽视角、快速响应等） 2.高密度信息量 3.可擦除 4.使用方便、安全、可靠 5.寿命长 6.适宜的价格（低成本）,加电场,二、液晶显示的原理,基片的表面处理,液晶分子呈有序排列 有一定的光学状态,液晶分子排列 发生变化,光学状态发生变化,产生对比度显示,撤除电场,三、液晶显示的模式,显示模式,电流效应型,动态散射型（DS）,胆甾型（CH）,反铁电型（AFLC）,铁电型（FLC）,相变型（PC）,宾主型（GH）,电控双折射型（ECB）,超扭曲向列型（STN）,电场效应型,介电各向异性型,扭曲向列型（TN）,(二) 什么是液晶,一、液晶的发现及命名,1888年奥地利植物学家 F.Reinitzer 在加热胆甾醇苯甲酸酯结晶试验时发现：,德国物理学家 O.Lehmann 将其称为：Fliessende Krystalle(德语) 英文为：Liquid Crystal 中文即：液晶,二、液晶分子的结构,化学家的观点,物理学家的观点,形状各向异性, 长度 4倍宽度,上述分子(5CB) 是 2 nm 0.5 nm,分子长轴有一定刚性,分子末端含有极性或可极化的基团,CH3 - (CH2)4,C N,三、液晶的定义,通常物质有三态：固体 液体 气体 液晶是物质的第四态介乎于各向同性液体和晶体之间的中间相（mesophase） 晶体 液晶 （各向同性）液体 气体 具有液晶相的物质都是有机化合物,四、液晶的特点,表1,温 度,晶体 向列相液晶 各向同性相,液 晶 相,图1,五、液晶的分类,1922年法国G.Friedel将液晶分成三大类 向列相 分子沿某一择优方向取向，分子重心无序分布 胆甾相 分子在空间形成连续的螺旋结构，在垂直于螺旋 轴的平面内分子排列类似向列相 近晶相 层状结构，分子垂直或斜交于层平面，层内分子 重心无序分布（A、C、C*）或有序分布（B、G、F、 G）,近晶C相 近晶A相 向列相,图2,向列相&胆甾相,向列相 位置无序 指向有序 指向矢倾向沿某一方向,胆甾相 位置无序 指向有序 指向矢排列呈螺旋状,图3,1.指向矢,在宏观上把液晶当作连续体来处理的理论中，常引用一个平滑的矢量场来描述液晶分子的排列状态。更确切地说，即在一个无限小的体积内将大量分子的长轴方向的平均取向作为一个择优取向，这个择优取向常常用单位矢量 来表示,它被称为指向矢(director)。,图4,(1)定义,六、液晶的物理性质,(2)指向矢的性质,即 是一个无量纲的单位矢量,满足：,多畴 整个液晶层有多个 方向,单畴 整个液晶层只有一个 方向,奇点 空间中某些点或线上 可以有多个方向（或 不确定）,缺陷（向错点、向错线）,= -,向列相液晶分子在不同强度向错线周围排列的情况,向列相中向错线的显微照片,2.介电各向异性 在向列相中分别沿与液晶指向矢平行和垂直的方向进行测量，可以得到两个不等的介电常数 和 。 对液晶沿某一方向加电场E，相应的电位移矢量D为： 定义 为液晶的介电各向异性。 分子具有与其长轴平行的永久偶极距 0 分子具有与其长轴垂直的永久偶极距 0,（1）,由于介电各向异性，导致向列相分子被电场强迫取向： （2）式中第一项与取向无关，第二项对取向非常重要 当 0时，若 ，则 为最大，W为最小； 即分子倾向沿电场排列 当 0时，若 ，则 ， W为最小； 即分子倾向垂直电场排列,（2）,图5,3.电阻率与电极效应,液晶的电阻率的 数量级为 ，近乎半导体和绝缘体的边界。作为液晶纯度的表征量， 小 直流分量大 电化学分解 LCD的寿命降低 大 质量好，但太大，则难以制备（产率太低） 电极效应 直流电 电极处发生电化学反应 液晶材料发生分解 LCD损坏 防止办法：利用低频交变电场驱动,4.光学各向异性: 双折射,冰洲石,n = ne - no,图6,光在向列相中的传播 液晶分子长轴的方向光轴 双折射现象、光波的叠加、干涉等现象均同样在液晶中发生，只要将液晶作为单轴正晶体就可作类似的分析。,5.弹性各向异性: 向列相的三种形变,展曲 K11,弯曲 K33,扭曲 K22,图7,(1)关于弹性常数的讨论,向列相中可以只产生其中一种形变，因此每一个Kii （i=1,2,3）都必须是正的。 Kii的量纲是尔格/厘米（或达因） 温度增高 Kii减少,弹性常数K22与温度之间的关系,图8,（2）弹性常数对显示的影响 阈值电压 弹性常数越大 阈值电压也越大 响应时间 弹性常数越大 响应速度越快 电光曲线 K33 /K11越小 该液晶的电光曲线越陡 多路驱动能力越强 对于多路驱动的电光器件，要求液晶材料 K33 /K11 = 1.1 K22 /K11 0.4 0.8,6. 边界效应,(1)强锚定 界面对分子的作用称之为“锚定”。 在大多数实际情形下，表面作用力足够强，能使分子在表面有确定的方向，这种情形称之为“强锚定”。与之对应的则称为“弱锚定”。 (2)易取向方向 液晶分子沿界面某一方向排列时表面能量为最小，该方向称为易取向方向。,表面锚定,f,q,N,n,极化锚定 Wq,方位锚定 Wf,surface,强锚定 10-4 J/m2 弱锚定 10-7 J/m2,Wq,f是将指向矢n从其易取向方向移动所需的能量,图9,外部介质是单晶体，液晶的易取向方向总是平行于 某些简单的晶轴。 摩擦玻璃表面，液晶的易取向方向即为摩擦方向。 各向同性介质，易取向方向可以沿各种方向，有时 是连续分布的。 设指向矢 与表面法线之间的角度为， 0 垂直排列（HTAB,卵磷脂处理） 090 倾斜排列 90,平面排列,微沟槽表面均匀排列 (/) 磨擦 polyimide,键合垂直排列 () 表面活性剂,图10,（3）摩擦取向机制,沟槽理论 平行沟槽 切应变理论 摩擦聚合物 聚合物分子择优结构,能量最低,平行择优方向,7. 液晶的粘滞性,(1)各向异性流体的特点 平移运动 分子排列 流动 排列的变化 流动 (2)液晶的体积粘滞系数 是利用粘度计测量混乱无序液晶的粘滞系数，即把液晶当作普通流体来处理。 温度越高， 越小 直接影响液晶的响应时间T， 越小，T越小,耦合,定向排列,破坏排列,粘滞系数随温度的变化,对于各向同性液体,E是分子运动的扩散激活能,H3CO,N,C4H9,图11,（3）,(二) TNLCD的基本原理,一、TNLCD的结构及结构参数,结构：ITO玻璃制盒，电极图形 液晶利用其电光效应 偏振片起偏片和检偏片产生正交偏光 结构特点：扭曲90 结构参数：K、n、d、摩擦方向指向矢光轴,手性添加剂 作用: 使液晶分子形成扭曲结构 次开发 （4）(4),(对稀溶液),手性添加剂 HTP (mm)-1 S-811 -14 IS-4651 -13.6 负号表示左螺旋方向,对 0.1% 掺杂的 S-811,P = 71.4 mm -1,表2,二、显示模式,1.非激活态（不加电场）的光学性质 90扭曲导波效应偏振面旋转90， 但必须满足Mauguin条件nd 这样使得通过该液盒时其偏振面产生的扭曲与光波长无关，即出射光是线偏振光 如果上述条件不满足，则出射光为椭圆偏振光，透射强为,（5）,（6,（7）,（8）,图12,图13,所以I与nd的曲线上有一系列极值，第一极小、第二极小等，通常 在TN-LCD 中nd = 0.48 、1.05 、1.64 对于白底黑字，透射光强与nd的关系恰好相反，即I具有一系列极大值，为了提高对比度和视角，通常希望背底明亮，即I在关态时具有极大值，在实际使用的TN-LCD中通常使用nd在第二极大处。,2.激活态的光学性质 当对TN-LCD施加电场时，n沿E排列分子分布产生畸变（垂直排列），透射光沿长轴（即光轴）传播，不发生双折射，偏振动面不变，为检偏器所阻不透光（显示）,图14,（1）光轴分布 在不同的电压下，倾角分布由平坦弓形曲线（相对于层中心对称） 低电压正弦曲线 高电压近似方形 （2）垂直入射时的透射率 数学方法：Jones矩阵法 连续扭曲并倾斜的结构N个等厚单轴晶片的叠加 光轴在每一晶片中是一致的，在不同晶片中不同 每个晶片为一传输矩阵改变在其中光的偏振状态 整个层的总透射率由这些矩阵相乘来计算,图15,三、TN-LCD的电光曲线和电光响应,1.电光曲线的定义和特点 (1)定义透射光强随施加电压变化的函数关系,图16,图17,(2)特点： (a)两偏光片的偏光轴正交，并且分别与紧邻玻片内侧上的的摩擦 方向（即液晶分子排列方向)平行或垂直正性显示（白底黑字-常白型） 若两偏光片的偏光轴互相平行，且与任一玻片内侧上的摩擦方向相一致负性显示（黑底白字-常黑型） 正性比负性对比度高,图18,(b）有阀值，有饱和，Vth、Vsat都很低，易于低 电压使用； （c）由于是场效应 低电流、微功耗； （d）电压为交变电压，避免电极处的电化学反应从 而造成LCD的损坏； （e）透射光强在很宽的频率范围内只与驱动电压的 均方根值有关，而与电压波形无关； （f）电光曲线会随环境温度变化。,2.重要参量的意义 （1）相对透光率Lt= 100% （2）阀值电压Vth当VVth时，Lt才发生变化 Vth与成反比，即越大，Vth越小，液晶分子越易沿电场排列 Kii 越小，Vth越小，液晶分子越“软”，则也越易沿电场排列 Vth与盒厚d无关,透射光强 入射光强,（9）,（3）V10和V90（以负性显示为例） V10相对透光率为最大值的10%时的外加电压 V90相对透光率为最大值的90%时的外加电压 （4）陡度 =V90/V10 (负性显示) ，1，越小，则陡度越好 （5）对比度和视角 对比度Cr 显示状态和非显示状态相对透光率的比值 视角 人眼观察的角度 视角特性 对比度随视角变化的特性 视角锥 对比度大于某一个最小可接受值的视角范围，通 常视角锥为Cr=2 上视-10，下视40，左右视角30,图19,3.与电光性能相关的缺陷 (1)矩阵显示的基本概念,图20,2行2列 全选点 半选点 非选点 产生交叉效应的原因液晶具有双向导通特征 以正性显示（白底黑字-常白型）为例 电压升高超过Vth 全选点 亮态暗态 电压再升高 半选点 亮态暗态 电压继续升高 非选点 亮态暗态 如何避免交叉效应？ 在与全选点相应的行和列加上一个全电压的同时，在非选点对应的电极上也加一个偏置电压，适当选择电压可使全选点上的电压超过Vth，而非选点上的电压低于Vth。若扫描电极数为N 偏压比= = b =N +1,（10）,扫描电压Vo 则选点上的电压Vs非选点上的电压Vns 注意Von、Voff只取决于矩阵电路，与液晶无关，要使液晶在这个矩阵电路中避免交叉效应，应有VoffV10V90Von,（12）,（11）,（2）选点与非选点的电光曲线 （3）缺陷种类及改进办法 字蒙 选点不黑 VonV10 液晶阀值电压低 应调高电压 交叉效应 即选点不黑，非选点不亮，陡度不好 应提高陡度 显示不匀 功耗较大，LC的值小 走线不合理，细而长 局部定向不好,图21,4.电光曲线与材料和温度的关系 （1）陡度与材料的关系 减小K33/K11，增大K33/K22，可以提高陡度 即可增大对比度和扫描线数 （2）电光曲线随温度的变化 随着温度的升高，阀值电压减小（弹性常数减小），曲线向左移 高温时出现鬼影，低温时字蒙,5.电光响应 施加电压和撤去电压时相对透光率随时间的变化 （1）响应时间的定义 延迟时间 加上电压后到相对透光率达到最大的10%时 的时间 上升时间 相对透光率从最大值的10%增加到90%时所用 的时间 下降时间 相对透光率从最大值的90%增加到10%时所用 的时间,图22,（2）响应时间与材料和温度的关系 当外加电压远大于Vth时 即液晶越粘，响应越慢,（13）,（14）,其中,即外加电压越大，上升越快 即液晶越大，液晶越易沿电场排列， 上升越快 液晶盒越厚，弛豫越慢, 响应也越慢 温度越低，液晶越粘，响应越慢,图23,6.视角问题 （1）产生原因 以正性显示（白底黑字）为例 加电场后液晶分子垂直排列 对于垂直入射 线偏振光穿过液晶层（沿光轴前进），只有 o光传播偏振方向不变被检偏片完全吸收 （黑态） 对于倾斜入射 线偏振光穿过液晶层（光线不沿光轴前进） o光和e光同时存在，二者的位相差正比于 nd穿过液晶后叠加为椭圆偏振光不能 被检偏片完全吸收，出现漏光对比度下降,图24,（2）影响视角的因素 (a)光程差的影响 nd越小，视角越宽，当nd=0.48 第一极值时视角最宽 (b)电压变化的影响 随着电压的变化，视角范围也会变化 (c)视角展宽的方法 利用第一极值 优化工作电压 象素分隔法 无摩擦取向法（非晶LCD） 补偿膜法,图25,(三) STNLCD的基本原理,一、为什么要引入STN-LCD？,1.TN-LCD的局限性,1971年，Schadt和Helfrich发明了TNLCD 优点：结构简单、工艺制作容易 缺点：驱动路数不高，只能显示简单的信息,（15）,2.TFT-LCD未能突破,TFT-LCD采用薄膜晶体管单向导通的原理解决了交叉效应问题，但制作难度很大，在7080年代无法突破。,3.STN-LCD应运而生,在TN存在局限性、TFT无法突破且又无其他显示模式能解决大容量信息显示的情况下，1984年Scheffer和Nehring发明了STN-LCD。,4.STN-LCD的优缺点,优点：可实现240路以下的显示 笔记本电脑的应用 平板显示的里程碑,缺点：响应慢、有底色、工艺制作难度大,二、STN-LCD的结构特点,1.大扭曲角（180270）,TN 90 STN通常采用= 220和240,表3,图26,2. 高预倾角 (1）目的：保证液晶分子按预定的方式扭曲 消除向错环 （2）扭曲角增大 要求预倾角增大3 6（对TN而言， 1） 3.偏光片与摩擦方向有一定夹角 调节偏光片的取向和液晶层的 ,使得对比度和亮度具有最佳组合。,图27,彩色,某一部分光谱分量才能透过,椭圆偏振光,e光和o光相干涉,通过LC层,E光,O光,P片与分子取向有夹角,线偏振光,P片,入射自然光（各种）,三、STN-LCD显示原理,1.非激活态（不加电场）的光学模式,TN导波模式，只利用一种光学本征模（e光或o光）的旋光效应 黑白显示,A片,注1：TN若使用双折射模式，则电光曲线平移，视角和对比度无明显差别，但出现底色，会产生颜色不匀现象，给盒厚控制带来困难。 注2：STN若使用导波模式，则电光曲线平缓，Von值太高。,2.电光效应,图28,四、STN的显示模式,图29,(3)灰模 用于灰模的紫色偏光片的特点如下图,图30,(4)黑白模 补偿片：将通过LC层所生成的椭圆偏振光变成线性偏振光,图31,双盒STN：在常规STN层下置第二个STN层,其厚度和有源STN层相同,但无电极,且扭曲方向相反。无源层将通过有源STN层所生成的椭圆偏振光进行补偿，恢复成线性偏振光，非选态为黑色; 而选态不为无源层所补偿，为亮态。 优点：补偿效果好，对温度变化不敏感 缺点：重量、厚度大一倍，成本高，制作难度大,图32,五、条纹畴及d/p窗口,1.条纹畴的产生 扭曲角增大后，在Vth附近易出现一种条纹畴 成因：胆甾相在电场作用下由于对流不稳定性所造成的,图33,2.效应,条纹畴 电光曲线变缓 多路驱动能力下降 短暂记忆效应（平面结构不易恢复） 信息丢失,图34,3.各种参数对条纹畴产生的影响,4.d/p值 d为液晶盒的厚度，p为螺距 对于STN-LCD，d/p值的影响： 降低d/p值 抑制条纹畴，提高陡度 会产生欠扭，工艺要求高 所以d/p值应有一定范围，这个范围称为d/p窗口。,欠扭 反转畴,正常,过扭 条纹畴,d/p,对220STN 正常的范围为0.37d/p0.57,5.影响d/p窗口的因素,六、STN-LCD的光学性质,1.解析计算,图35,（16）,对于起偏器和检偏器分别与入射基板上指向矢的方向和出射基板上指向矢的方向平行的特殊情况（ ）,当,时, 取最大值,(54)式常被用来确定 的值,使光学,（17）,（18）,从（5）式可以得到,性能最佳化,例：180黄绿模,（19）,（20）,（21）,(四)TN/STN液晶显示器的制造,表9,一、TN/STN-LCD的工艺流程,图36,下板,清洗,印定向膜PI层,磨檫取向,印胶框及印银点,喷垫衬粉,上板,图37,+,+,区域光刻段制作电极图形 前工序 区域制盒段制作空盒 后工序 区域制作液晶盒,二、 制盒段的工艺,（1）制盒段的作用,（2）制盒段的特点,制盒段是将TFT阵列板和彩膜板制成空的液晶盒的制造工序。制盒段主要包括清洗、印刷、摩擦、贴合和硬化等工序。,阈值电压、视角、响应时间、可靠性等 （b）工艺特点 许多技术参数和质量标准是无法用仪器和设备来进行测量和控制的，而是凭经验判断，许多问题,(a)所决定的性能,1.前言,不能及时发现，往往滞后，这就造成了制盒段的不良率往往高于阵列段的状况。,（c）质量控制 出现的质量问题有很多必须在灌晶后才能发现， 而我公司只做空盒，因此很多问题在本厂发现 不了，而是在客户处才发现，容易引起和客户 之间的的质量纠纷。,3.制盒段的要求,制盒段的工艺特点要求我们必须严格按工艺规范来执行，认真细致，一丝不苟，不断积累经验，提高工艺水平，保证产品质量。,上板 玻璃,下板 玻璃,导通点（金点）,边框胶,配向层,衬垫料（Spacer）,配向材料，使得液晶分子取向,上板玻璃和下板玻璃的导通点,衬垫料使液晶盒保持一定的盒厚,上板玻璃和下板玻璃的粘结剂,2. 液晶盒的结构,图38,3. 印刷工序,利用印刷法将定向剂均匀地涂敷在玻璃基板表面,然后经过高温处理,即通过加热将变成所需的定,(1)基本要点,向膜。,这里主要包含两个过程： 涂膜过程（即印刷过程） 固化过程,(2)PI材料及其特性 （a）取向层和取向剂 取向层液晶盒内玻璃基板上所制备的一层功能膜，它直接 与液晶接触，它与液晶界面之间的相互作用导致液晶 分子按一定的方向排列，对LCD的显示起着决定性 的作用 取向剂制备取向层所使用的材料 无机材料 SiO2 蒸镀，不适应大规模生产 取向剂 有机材料 聚酰亚胺等,易涂布和印刷，便于摩擦,斜,（b）聚酰亚胺（PI）,优良的耐高低温性能（ 269到400以上 ） 耐化学性能好，与液晶不发生化学反应 好的取向排列性能，且预倾角可调 流平性好，成膜容易，印刷涂布性能好 较为透明，且透光性可调 介电性能好 与玻璃具有良好的粘接性 成膜具有优良的综合力学性能 工艺稳定性好，能够满足大规模连续化生产的要求,聚酰亚胺（PI）,唯一符合要求的取向材料：,(c)PI取向剂的分类,预倾角,定义: 在无电场作用下使液晶分子的取向与基板,成一定角度,作用: 避免由于简并态导致向错线的形成,大小: 1(TN-LCD), 3 6(STN-LCD),最近开发低温固化PI、抗静电PI、光控取向PI,形成: 磨擦 PI,平面,(d)PI取向剂的制备 PI是通过二酐与二胺在低温下聚合反应合成，生成聚酰 亚胺酸（PA），然后在高温下脱水固化后即成为PI,+,固化,涂布,PA,PI,PA具有良好的可溶性，做涂敷材料容易调节浓度和粘度，通过固化形成不溶的稳定的PI膜。这里关键的是在适当固化条件下，保证彻底聚酰亚胺化后才能使用,(e)PI取向剂的主要技术特性 PA在光照、高温下会起反应 造成性能变坏必须 在低温避光下保存（平时0，长期在-18） 实际使用的PA其实只是PA的溶液，溶剂一般为NMP （N一甲基砒咯烷酮）或DMA（N，N一二甲基乙酰胺）,PA溶液的浓度一般用固含量表示，它是指不挥发成分量， 即溶液中PA的含量，在使用中根据膜厚调整至所需含量， 它与取向效果与印刷工艺相关，过大或过小都不好。,固含量的测定方法：将一定量PA溶液在200下烘2小时,测得残余固态物质占原溶液重量的百分比,PA溶液的粘度,PA溶液粘度,与PA的分子量有关 分子量大 粘度高,与PA的含量有关 含量多 粘度高,对PI溶液粘度的要求,粘度过大 不易涂敷,粘度过小 影响成膜厚,度,且会卷边,PA溶液的含水量,PA溶液暴露在空气中易吸潮 体系内水分导致聚合物发生水解 分子量降低 粘度过小,性能变坏,影响预倾角的因素,PI的化学结构 （决定性的） 工艺条件 （有一定的影响 ） PI固化温度 PI膜厚 固含量 摩擦强度,（f）PI取向剂的主要技术参数,金属离子含量：钠离子 小于1ppm 固态含量： 610wt 粘度 mPa.S cp 预倾角 预烘温度 固化温度 折射率 1.51.8 介电常数 about 3.5 体积电阻率 约1018 .cm 含水量 水的存在导致PI降解,(g) PI液晶取向剂的配制,PI液晶取向液组成： PI原液（高固含）+稀释剂 Example: SE-2170 固含：8.00.4wt% 溶剂: EC 20wt% 其它为NMP,PI原液加入稀释剂后需充分搅拌，最好过滤一次,PI原液保存：15以下长期保存，50短期保存 使用前充分解冻，一般34小时，最好在黄光灯下。,PI良溶剂（如NMP）,PI非溶剂（如EC）,(3)涂膜和凸版 （a）涂膜 将PA溶液均匀地涂布在具有电极图形的玻璃基板上的指定位置，然后预烘获得初步的固体膜 旋转涂膜法 涂膜方法 浸泡法 柯氏印刷法,(b)柯氏印刷法 将PA溶液加到滚轮上 用另一个较小滚轮将PI液整平 开动印刷滚筒将转印滚轮上的溶液粘附在印刷用的凸版上 当滚筒开到工作台时，凸版上溶液进而转印到玻璃上，这是一个印刷过程。 优点： -可以把PA膜印在指定的范围的区域内，不会影响到金点处的导电性和边框的气密性 -可以通过调整落料量，改变PA溶液的浓度和印刷次数等来自由调整膜的厚度,固体树脂版-由聚氨脂系的树脂生 产的规格化厚度的版材所制 由聚氨丁二烯的液态树脂所制,凸版,(c) 凸版,液体版的优点：,耐溶剂性能较好，在NMP中浸 泡，只吸收2%（固体版15%） 版材厚度、图形尺寸及网纹深 度在显影清洗中不会发生变化,耐擦性能远好于固体版,凸版的结构：凸版上每个涂块由许多细小的凸粒组成网络。小凸粒的一致性要好，不能有缺陷，密度一般在300-600目之间，这样的结构使得可以依靠液体的表面张力作用获得均匀、平整的膜。,(4)印刷工艺流程,(a) 配向膜的印刷,要点: 1.印刷精度 2.印刷异物 3.PI膜厚,图39,(b) 预烘烤,PA液,玻璃基板,红外预烘 热板预烘,大部分溶剂挥发,加温有利于PA液在ITO基板表面流平,80100/120秒,图40,(c) 配向膜的固化,作用: 挥发剩余溶剂,环化脱水成膜,固化温度: 180200,固化时间: 1小时,固化设备: 固化炉,图41,(5)膜厚的控制,PI液固含量 PI滴下量 节拍,印刷速度 DR押入量 其他因素,影响PI膜厚的因素有:,PI滴下量,图42,涂布速度,图43,DR滚轮的压入量,图44,(a)材料原因（凸版、PI液）,凸版的原因：边缘处理、版厚的均匀性,厂家A,厂家B,(6)膜厚均匀性(色斑),图45,PI液本身溶剂和成分差别，造成印刷效果的差别。 PI液中有两种关键成分：可溶解性PI和PAA,Soluble Polyimide (SPI),Polyamic acid (PAA),PI液成分的差别,A厂家,B厂家,Soluble Polyimide (SPI),Polyamic acid (PAA),主要改善印刷效果,主要满足各项电学光学性能,图46,(b)工艺原因,a.清洁情况：PI版长时间没使用、PI版表面酒精残留 b.印刷间隔：印刷机间隔超过一定时间就会有色斑 c.NIP量：NIP不合适也会出现条状色斑 d.印刷速度：印刷速度不合适会出现条状色斑,(c)设备原因,a.DR滚轮老化时会有斜纹装色斑 b.AR表面老化时会出现点状斑,(7)印刷段常见问题分析,(a)印刷精度的影响因素 PI版安装是合适 对位调试是否正确 NIP量即接触宽度(AR滚轮和 PI版、PI版和玻璃) 印刷速度 玻璃表面状况 设备振动、设备故障等 (b)PI膜厚的影响因素 PI液固含量 PI吐出量 节拍,印刷速度 DR押入量 其他因素,(c)膜厚均匀性(色斑)的影响因素 材料原因（PI版、PI液） 工艺原因（清洁情况、印刷间隔、 NIP、印刷速度等） 设备原因(滚轮老化、装置振动等),(d)其他 异物、静电等,4.磨擦工序,(1)基本要点,本工序是制盒段的中心环节，其基本思想就是摩擦取向。具体说来就是： 在PI膜上用绒布向一个方向摩擦 形成定向层 定向层处的液晶分子将按照摩擦的方向取向。 摩擦对定向层处液晶分子的这种取向作用又叫做“锚定”。,(a) 摩擦取向机理,表面沟槽理论： 认为液晶分子沿着由摩擦产生的表面沟槽排列时能量最低。 液晶聚合物相互作用理论： 认为液晶分子沿着摩擦方向定向排列是由液晶分子膜表面聚合物分子之间相互作用的各向异性决定的。,虽然表面沟槽的存在不是液晶分子取向的必要条件,但目 前在工业生产上普遍认为产生大量细密的摩擦沟槽是获得 良好取向的主要标志。,(2)有关摩擦的基础知识,(b)摩擦的方法,用包在旋转滚筒上的绒布对运动台面上的玻璃进行摩擦,摩擦方向的调整：,台面上的玻璃方位不变，调节滚筒角度； 滚筒方位不变，调节玻璃的方位角度，,相对于直线运动的玻璃运动基板，斜向滚筒摩擦效果,较好,这是因为绒毛同向倾斜均匀。,对于TN-LCD（包括TN模式的TFT-LCD），扭曲为90，因此在上下玻璃基板上均采用45摩擦。这样对上下玻璃基板可以在不调机的情况下同样操作，经贴合后,上下玻璃基板上摩擦方向的夹角正好是90。,(c)摩擦强度,摩擦强弱均匀一致性对LCD的显示特性有十分重要的影响，表征摩擦强弱通常用摩擦强度Nd来表示：,其中 M是摩擦次数(辊筒数） n为摩擦辊筒的转速（转/分） r为摩擦半径（毫米） V为平台走速（毫米/秒） I为接触寬度（毫米） r = 辊筒半径 + 绒布厚度 + 胶纸厚度 下压距=绒布厚度 + 玻璃厚度 辊筒与平台之间的距离,Nd= M I(1+ ) (22),2rn,60v,(d)影响定向效果的因素,绒布的质地和绒毛层的厚度影响摩擦效果,摩擦强度摩擦强度太大,将造成较多的宽大沟槽, 不仅对取向无益,反倒影响了取向;而 摩擦强度太小,又将造成细密沟槽密度 的下降，也导致取向不良。因此必须 选取适当的摩擦强度。,下压距绒布与玻璃相接触的绒毛层的厚度叫下压 距。它直接与摩擦强度有关，过大过小都 不好，应选取适当的下压距值。,PI膜要考虑PI膜的耐磨性，否则在摩擦时会产生 很多PI屑，从而导致出现摩擦痕迹成为不良品。,（e）定向效果的检测,在成盒前可以检测摩擦的定向效果。方法如下： 取两片摩擦好的玻璃，在 一片玻璃上滴上液晶，将 另一片玻璃按贴合方向贴 合，放在如左图所示的平 行偏光下检测。如果有液 晶处呈蓝黑色，则为正常 情况，如果有液晶处依然 透明或是呈浅灰色，则存 在定向差错或定向效果很 弱，应检查摩擦方向和摩 擦强度，找出原因，加以 解决。,视线,自然光,上偏光片,下偏光片,图47,（3）摩擦工艺,滚 筒 旋 转 方 向,玻璃基板行进方向,摩擦有两种方式: 滚筒位置固定,玻璃基板行进; 玻璃基板位置固定,滚筒边自旋边行进,图48,(4)摩擦段常见问题分析,(a)划伤,产生的原因： 摩擦绒布有硬物或是损伤； 玻璃搬运过程中 定向层划伤； 操作人员因操作失误而擦伤定向层等。,图49,对于是绒布的原因，措施如下： .新布老化次数（700次） .老化时相对原来的工艺，摩擦力增加两个百分点。 .摩擦两条线必须同时开，避免印刷过的正品玻璃等 待时间过长。 .静电和湿度的原因,认真填写静电和温湿管理表.,(b)磨伤,磨伤发生的原因: 摩擦力大 PI固化后，放置时间过长。,(c)配向不良（摩擦强度不足）,摩擦强度不够，基板对液晶分子的取向能力变弱，使液晶分子不能全部按要求向同一个方向扭曲。光学检测时可观察到色斑，通常称为“畴”。 产生的原因是：摩擦滚筒转速发生变化，摩擦绒布磨损严重，摩擦下压距变化等。 由于在线不容易发现，因此要求，摩擦工艺的摩擦力任何人都不可以修改其规格，必须按照工艺卡要求调试摩擦工艺。,(d)摩擦方向错,这里有两种情况： 液晶分子不能有规则的取向，上下玻璃摩擦角 度不成90,从外观上看整体颜色异常； 视向错即液晶分子能均匀整齐排列，但加电压 显示后视向与要求不符。,摩擦方向错的原因： ,摩擦角度设定错,摩擦指令给错,(e)静电 静电产生的原因 在摩擦过程中,玻璃基板放在平台上,两者之间形成一个 电容器，在摩擦时基板因摩擦而产生静电Q。当基板从平台上升起时,基板和平台之间的距离加大，这相当于电容器的板极间隔d增大d ，则电容器的电容减小C 。根据QCV,则电容器的电压V将增大。 静电的危害 在摩擦过程中所产生的静电电压高达千伏以上，将会击 穿，从而造成废品。 防止办法 在摩擦工序中，配置防静电装置，以消除摩擦所产生的静电。另外严格控制湿度。,5.贴合工序,(1)基本要点,本工序是要用两片玻璃基板制作液晶盒。 要求： 液晶盒内玻璃基板之间的间距要均匀 液晶盒内玻璃基板四周要进行气密性封接 连接上下玻璃基板的金点导通性要好,(a)分类,玻璃纤维-边框料里的衬垫料，直径 树脂粉-显示区内的衬垫料，直径均,均匀的园棒,匀的圆球（spacer）,衬垫料,(b)主要技术参数 粒径-园棒状玻璃纤维和圆球状spacer的直径，一般spacer比园棒状玻璃纤维的直径小0.1-0.3um,(2)衬垫料,标准偏差spacer为0.03um，玻璃纤维为 硬度及弹性玻璃纤维需要抵抗贴合时的压 力，因此需要一定硬; spacer的 硬度一般低于玻璃纤维，且弹性 良好，以此来调整盒内间距的一 致性。,0.05um,纯度应保证玻璃纤维的高纯度且不与边框胶和 液晶起反应，spacer应不含水分和其他杂 质。,(c) 注意事项 玻璃粉和树脂粉均应密闭保存，防止水分和杂质进入 玻璃纤维的直径要与盒内树脂粉的粒径相配合,(a) 作用 在制造LCD时，要用边框胶将两片玻璃粘接起来以形成液晶盒，使得所灌入的液晶不致渗漏。,（3）边框胶,(b)分类,热固化胶-应用广泛 UV固化胶-在制作高精度屏时， 多方面性能优于热固 化胶，成分为变性丙 烯酸脂类化合物,边框胶,(c)主要技术参数 粘度-为保证边框胶与玻璃表面的粘接性， 边框胶要有一定的粘度；,纯度 若含有离子性杂质，将可能通过接触渗入到液晶层内， 影响显示性能和寿命； 固化温度和固化时间 在保证封接性能的条件下降低固化温度，减少固化时 间。通常固化温度为150，固化时间为一小时 固化速度及固化后粘度强度 UV胶点是快速固化，通常固化时间小于15秒（在100mw/cm2UV关照射条件）。固化后需要有足够的粘 度强度。,(d)注意事项 边框胶必须避光密闭保存，以防溶剂挥发或 光照固化； 边框胶应在0以下干燥的环境中储存，在 使用前24小时左右从冰箱中取出，放置室温 使用； 使用中保持一定粘度，若粘度过高，可用适 量的稀释剂调配； 在边框胶中放入12%的玻璃纤维，然后充 分搅拌均匀。,(4)衬垫料散布,Cell Spacer,图50,散布法,干式法利用一定的气压使固态衬垫料在一 定大小的空腔内以一定速度作空间 运动，从而使衬垫料均匀地散布在 空腔内的玻璃基板上。在散布过成 中让衬垫料带上静电，利用同种电 荷的排斥作用使得衬垫料散布更加 均匀。,湿式法将衬垫料混入易挥发的有机溶剂中， 用气压将溶液从喷嘴中高速喷出成 雾状，然后洒落在玻璃基板上，待 溶液挥发后衬垫料就附在了玻璃上。,5.边框胶涂布工艺、设备常见问题分析,(a)边框胶变细,主要原因 边框胶里有气泡。,现象 边框胶局部变细,改善方法 .按照要求及时清洁真空脱泡机密封圈 .真空脱泡作业时，认真检查真空度是 否达到设定值。,图51,(b)硅粉结团,原因分析 .硅粉受潮 . 静电影响（配料时） .边框胶注入到针筒里时，混入硅粉。,现象 硅粉结团,.边框胶配料时，容器一定要在离子风机下放置一段时间， 除去容器壁上的静电。 .容器搅拌完毕，注入到针筒里时，注意检查容器内壁是否有硅粉附着。,改善方法 .每天认真检查氮气柜温湿，并认真填写 记录表。 .未使用完的硅粉及时放回氮气柜。,图52,(c)硬化后线宽不符合要求,现象 .硬化后测量线宽大于规格范围。 .硬化后测量线宽小于规格范围。,原因分析 .调试工艺时，没调整好。 .预硬化时间过长,边框胶预硬化后放置时间过长。,解决办法 .提高业务能力，调试工艺时按照规定值调试，并认真填写边框胶调试记录表。 . 涂布机间隔一定时间，再次确认涂布线宽。 .遇到设备故障需要处理时，一定注意预硬化炉里的玻璃加热时间，填写好设备 故障处理表。 . 间隔一定时间确认预硬化炉后缓冲装置内的玻璃，并及时贴合。,(d)边框胶附着力不足,主要原因 .边框胶超过使用期限。 .边框胶解冻后超过规定的时间，仍然使用 .存储方法不当,解决办法 .认真检查记录边框胶出厂使用日期 .配料时认真填写配料卡及管理表 .每天认真检查存储冰箱温度，并填写好记录表,现象：边框胶附着力不足,(e)涂布位置精度不足,现象 涂布线中心值与设计值差别超过要求。,主要原因分析 .设备原因：导轨磨损 .工艺原因：设备调试不到位。,改善方法,.导轨定期清洁，涂防尘润滑剂。 .提高业务能力，调整完毕认真检查对位标是否在中心。,6.金点涂布工艺、设备常见问题分析,(a)金点点径大小测定报警频繁,现象,原因分析 a.调试时点径偏离中心值较大。例如：点径允许范 围是ab这个区间，中心值是(a+b)/2，若调试时 点径偏离中心值较大，由于涂布有一定的波动性, 这时点径容易超出允许范围. .涂布针头有胶残留导致涂布点径过大。 .涂布机清扫用的玻璃上，涂布胶残留过多。,a.金点点径过大报警。,b.金点点径过小报警（连续涂布四次仍然点径过小）,b.原因同A的，调试时点径较