STN—LCD液晶显示器定向层摩擦工序的静电研究.doc

STNLCD液晶显示器定向层摩擦工序的静电研究徐长远:STNLCD液晶显示器定向层摩擦工序的静电研究总第69期文章编号:10066268(2006)010004904STNLCD液晶显示器定向层摩擦工序的静电研究徐长远(深圳晶华显示器材有限公司.深圳518029)摘要:讨论了基于STN液晶显示器定向层摩擦静电原理,从摩擦布表面静电累积,PI稀释剂,TOPCOAT,湿度,离子风机和软X光等方面对静电影响进行实验研究,并对结果进行了讨论,提出了控制摩擦工序静电的建议.关键词:定向层;摩擦;静电中图分类号:TN141.9文献标识码:BTheElectrostatioStudyinRubbingProcessofSTNLCDLIXin-bei.ZHANGFang-hui(ShenzhenJinghuaDisplaysCo.GnangdongShenzhen518029.China)Abstract:discussandbasedontheprincipleofelectrostaticinPIrubbingprocess,studytheeffectsofstaticaccumulationintherubbingclothpile,PIdilutionsolvent,topcoat,humidity,Xrayandionizedgun,discusstheexpenmentalresultsandgivesuggestionsonelectrostaticimprovement.Keywords:orientationlayer;rubbing;electrostatic1引言STNLCD液晶显示器与TNLCD液晶显示器相比具有显示容量大,视角宽和容易实现彩色显示等优点,近年来得到了日益广泛的应用.但制造过程中静电控制一直是个令生产厂家头喜的问题.比如,清攒|后因为静电问题带来基板玻璃表面或者光刻过程中掩膜版吸灰带来电极”缺戈或者”短路”;此外衬垫SPACER)喷洒因为静电造成SPACER的移动,导致STN盒厚不匀,造成外观”彩虹”和驱动电压的漂移;又比如成盒前的静电吸附灰尘带来LCD内部的污染,增大了功耗和显示不良尤其值得一提的是:液晶显示器定向层材料般采用聚酰亚胺(PI),是一种具有表面极性的材料,并且在摩擦处理之后表面发生活化,PI变得容易吸收离子或极陛杂质,这些可能导致表面的定向能力下降,引起图像型显示器显示不均匀,如”PI点”或者”液晶分子反扭”,在某些特定的情况收稿日期:20060828Oct2006现代显示AdvancedDisplay49总第69期徐长远:sTNLCD液晶显示器定向层摩擦工序的静电研究下(往往和LCD的设计有关),高电压的静电直接击伤液晶定向层,而造成大量废品的产生.因此,PI摩擦工序是静电产生的敏感环节和控制难点,因而倍受LCD制造厂家工程9门关注.无论LCD器件的发展还是器件的应用出发,为了防止静电放电(electrostaticdischange,ESD)对电子器件的危害,有必要对定向层摩擦工序受静电危害的咂里以及相应的防护措施进行探讨.本文讨论和基于摩擦静电的原理,设计和制作了一款STN产品,采用对摩擦过程中静电电压;贝赋和定向层击伤外观检验的方法,研究了摩擦绒布表面的静电累积,Pl稀释剂,TOPCOAT,湿度等对静电的影响,并对实验结果进行了讨论,给出了定向层摩擦段控制静电的建议.2定向层摩擦静电原理及实验设计静电(Electrostatic)是物体表面过剩和不足的静止电荷,是一种电能,它留存于物体表面,是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果,是通过电子和离子的转移而形成的.=)f二)fJ(王)J+(a)接触电荷转移(b)偶电层形成(c)电荷分离图1为摩擦静电的基本过程示意.液晶显示器定向层摩擦,由-T-为缠在高速(通常1000rpm1500rpm)旋转滚筒上的绒布(材质一般为人造丝,尼龙,也有使用棉质),直接摩擦具有高度绝缘l酰亚胺(PI)定向层的玻璃表面,在摩擦过程中产生静电电压通过PI/SiO:层耗散,经过ITO电极快速释放,如果电压很高,在有明显放电集中点进行短时间放电,严重时造成Pl层被高压击穿.我们根据日常对于静电控制的设计和工艺经验,专门设计一款静电放电敏感电极器件,见图2.这是一款8路驱动的仪表显示屏的设计,采用14X8基板,排片数为6片,COM和SEG采用套排设计.由于COM和SEG走线相距较远,以及多处有类似尖端放电的设计走线方式,属于对静电敏感的器件设计.图2STNCD设计实验设备为:美国OCULAR摩擦机BM0O1型,静电测量仪器为SIMCO公司FM300型,离子风机为S公司风机,滚筒直径为:20mm,滚筒转速为1000rpm,摩擦压入量为04mm.选用的PI为日本日产公司生产的SE一150型,玻璃基板选用深圳伟光8OQ/口STN用导电玻璃,TOPCOAT材料为日本日产公司生产的AT一902型,摩捐布的类型为日本YOSHIKAWAY一18一R.3实验及讨论3.1摩擦布上的静电累计效应.湿度55%4-5%H,温度234-2oC,Pl5%,采用原厂稀释剂,每次都在摩擦的过程中测量,沿摩擦滚的上边,距离绒布毛尖约1cm处,记录静电最大值,并且按照2O片一组,对PI静电击i十.发现随着生产的片数堆口,摩擦布的静电呈现增长的效应,相对应,静电-$-4的比例也是明显蚴0,见图3A明察到Pl层在前面2O片王卿i5当中,只发现_粒产品有PI被击伤,其局渐升.我ff敲照每20片玻璃进行定向层损伤点数求和和静电电日匀,规律如图3和图4D其后的实验也采用相同的研究办法.电压(kV)o20406080100120摩擦片数(PCs)图3静电电压随摩擦次数变化图50现代显示AdvancedDisplayOct2006蛋453525150徐长远:$TNLCD液晶显示器定向层摩擦工序的静电研究总第69期605OPI击40伤妻30目2O100020406080100120摩擦玻璃片数(PCs)图4PI击伤数目谁摩擦片数变化为了验证摩擦绒布上的静电累计效应,我们制作了随摩擦滚筒转动而被动转动的轻质空,合金棒,由于足够轻,靠摩擦布毛尖的摩擦力可以带动其转动,空心铝合金棒直接和设备接地.使用实验1相同的研究方法进行研究,发现了两个现象,一是静电的电压只有200V以下,二是随着生产数量的增加,静电电压基本保持不变.见图5所示.并目对于100片玻璃也只有很轻微的3处击伤.说明了实验1的结论的可靠I生,同时提供了一种直播捅挛擦静电的方法,该种方法的缺点是由于被动转动滚和摩擦绒布有接触,可能会带来摩擦强度不均匀的隐患.本实验同时也澄清了般I生认为摩搏晴争电击伤PI是因为玻璃从平台上托起的过程中产生的认识,实际情况是无论是摩擦过程中还是摩擦过后玻璃脱真空过程均会产生.而本结论对于摩擦静电控制是很重要的.0.2静电电压0.1(kV)002040608O100120摩擦片数图5静电随摩擦片变化摩擦玻璃片数图6PI伤点数随摩擦次数变化3_2使用NMP和乙-T醚BC按照4:1的比例代替原厂稀释剂,发现静电电压有所下降,同比静电击伤下降.对于成品的功耗,3V测试,全显其电流值平均上升OBuA,升幅不足20%.说明了原厂稀释剂绝缘性要优于自配溶液,如果对于成品的功耗要求不是很严格的情况下,该种办法也是部分解决静电问题的一种选择.但是在最后绍数据中-T-i?#电电压升而Pl击伤个数下降的现象,在重复实验中没有很强的一致陛,在此不作讨论.具体情况见图7和图8o3静2电1(kV)0PI25裁量0020406080100120摩擦片数图7静电随摩擦变化020406080100120摩擦片数图8PI击伤随摩擦变化3-3TOPCOAT对于静电的影响基于实验1,增加了TOPCOAT工艺,每隔20片玻璃,分别测试了静电值和静电击伤的状况.发现有了TOPCOAT,开始静电电压就有0.7KV以上,到100片是电压值超过5KV,电压有了明显增加,但是对于静电击伤Pl层的情况发现,其效果要优于实验1,说明了两个基本点结论:一是TOPCOAT的绝缘性是高于PI的,二是Oct2006现代显示AdvancedDisplay51总第69期徐长远:STNLCD液晶显示器定向层摩擦工序的静电研究TOPCOAT对于Pl静电击伤有保护作用,我们认为这一点对于因为敏感设计的器件对于静电引起Pl损伤的解决,提供了有价值的解决途径.具体情况见图9和图10.6静5电4电3压2(kV)103OPI击2O伤数1O目O摩擦片数图9静电随摩擦变化针对不同类型的产品就有采用棉质材料的摩擦布:mJ-T-用被动号静电滚从原理E是懈决静电的方法,但是由于可能带来摩擦强度的改变,需要谨悸f蔓佣;在实验观察中,我们发现静电击伤PI不仅发生在玻璃台面脱真空的过程,在摩擦的同时也会发生;采用自配PI稀释剂的做法目前有较多厂家就采用,本文之所以研究主要提供一种解决问题的思路;TOPCOAT的做法现在越来越多的厂家所采用,有些甚至是双面采用,带来了静电的增加,但是对于也能保护定向层,则很少有这方面的报导.湿度的管理是各厂家都会注重的问题;离子风机的作用对于摩擦静电,从本文的实验来看,是值得探讨的,这方面欢迎专家指正;软X光从使用效果上来看,是十分稳定的,只是成本较为昂贵.还有一些设备上采用了防静电台板设计,由于条件有限,没有进行研究.总的来说,对于摩擦工序的静电防治,是个较为复杂的工作,需要从设计和工艺上多方面下手.02O4O6O8O1OO120摩擦片数5其他试验和讨论图10PI击伤随摩擦变化34湿度的影响研究采用湿度增加办法,分别研究了45%H85%H状况下的机器启动后50PCs产品测量静电电压和观察PI击伤情况,发现了随着湿度的上升,静电电压明显下降,在75%以上时,静电击伤PI的情况很少发现.由于湿度增加的做法在各生产厂家引起了足够的重视和较深的认识,我们对此不作详细讨论.但增加湿度的缺点和优点是同时存在的,湿度大时,容易带来设备寿命的降低,容易引起定向层表面的摩擦痕迹,带来成品的显示不良,生产过程中结合强光和表面张力变化的管控是十分必要的.4结论定向层摩擦静电产生,在摩擦部表面呈现累计效应,这和布的材质为人造丝(RAYON)绝缘I生有很大关系,从原理E来讲,改变布喷能够对静电的产生有所帮助,有些厂家近年来,应用软x光消除静电的技术在工业上得到越来越多的应用,软x光是具有长波长的x射线,其由于能量高,能够轻易电离空气,从而去除摩擦过程中的定向层表面产生的静电.我们在ING殳备中采用了软X光过后,照射2秒,发现静电值可以稳定地控制在500V以下.说明了该种技术的高可靠我们在实验中,也采用了S公司的离子风机进行对静电的研究.我们发现在静电电压控制上,具有高度不稳定性.对于PI击伤的结果来看,并没有明显的下降.参考文献:【