液晶盒制作指导书

. . 液晶盒制作指导书 西安邮电大学 电子工程学院光电子技术系 . . 第一章液晶基本知识.1 第二章液晶盒制作.9 2.1注意事项.9 2.2液晶盒制作流程.9 2.2.1总体流程.9 2.2.2具体操作工艺 .10 2.3设备和材料.17 附录 A MCJ-12台式半自动摩擦机.21 附录 B XP-500E/500Z 偏 光 显 微 镜.26 附录 C LAURELL 旋转涂布机.30 附录 D 液晶灌注机.35 附录 E 紫外固化炉.40 . . 第一章液晶基本知识 液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20 世纪中叶 开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态（又称相）为气、 液、固，较为生疏的是电浆和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生， 它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某 一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质 是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。 同时具有两种物质的 液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实 用价值。 液晶的电光效应是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光 学现象。一些有机化合物和高分子聚合物，在一定温度或浓度的溶液中，既具有 液体的流动性，又具有晶体的各向异性，这就是液晶。液晶光电效应受温度条件 控制的液晶称为热致液晶；溶致液晶则受控于浓度条件。显示用液晶一般是低分 子热致液晶。根据液晶会变色的特点，人们利用它来指示温度、报警毒气等。例 如，液晶能随着温度的变化，使颜色从红变绿、蓝。这样可以指示出某个实验中 的温度。液晶遇上氯化氢、氢氰酸之类的有毒气体，也会变色。在化工厂，人们 把液晶片挂在墙上，一旦有微量毒气逸出，液晶变色了，就提醒人们赶紧去检查、 补漏。 液晶种类很多，通常按液晶分子的中心桥键和环的特征进行分类。目前已 合成了 1 万多种液晶材料，其中常用的液晶显示材料有上千种，主要有联苯液晶、 苯基环己烷液晶及酯类液晶等。液晶显示材料具有明显的优点：驱动电压低、功 耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、生产过 程自动化、成本低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器，便于携带等。 物理特性 当通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻 止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面 板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为 Substrates，中间夹着一层液晶。当 光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光 束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态 下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液 晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。液 晶是一种介于晶体状态和液态状态之间的中间物质。它兼有液体和晶体的某些特 点，表现出一些独特的性质。 . . 主要分类; 近晶相（smectic） 例如：对氧化偶氮苯甲醚：CH3OC6H4(NO)=NC6H4OCH3 向列相（nematic） 例如：油酸铵 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COONH4 胆甾相（cholesteric） 例如：苯甲酸胆甾酶酯：C6H5COOC27H45 近晶相： 近晶型结构是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类。这类液晶中，棒状分子依 靠所含官能团提供的垂直于分子的长轴方向的强有力的相互作用，互相平等排列 成层状结构，分子的长轴垂直于层片平面。在层内，分子排列保持着大量二给固 体有序性，但是这些层片又不是严格刚性的，分子可以在本层内活动，但不能来 往于各层之间，结果这类柔性的二维分子薄片之间可以相互滑动，而垂直于层片 方向的流动刚要困难。因些，近晶型液晶一般在各个方向都是非常粘滞的。 向列相： 向列相是最简单的液晶相，此类液晶的棒状分子之间只是互相平等排列。但它们 的重心排列是无序的，在外力作用下发生流动，很容易沿流动方向取向，并且互 相穿越。因此，此类型液晶具有相当大的流动性。向列相液晶又分为单轴向列相 液晶和双轴向列相液晶。 胆甾相： 在这类液晶中，长形分子是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平等排列成层状， 但是他们的长轴是在层片平面上的，层内分子与向列型相似，而相邻两层间，分 子长轴的取向，由于伸出层片平面外的光学活性基团的作用，依次规则地扭转一 定角度，层层累加而形成螺旋面结构。 . . 使用方法: 液晶在使用前要充分搅拌后才能灌注使用，添加固体手性剂的液晶，要加热 到摄氏六十度，再快速冷却到室温并充分搅拌。而且在使用过程中不能静置时间 过长。特别是低阀值电压液晶，由于低阈值电压液晶具有这些不同的特性，因此 在使用这些液晶时应该注意以下方面： 液晶在使用前应充分搅拌，调配好的液晶应立即投入生产使用，尽量缩短静 置存放时间，避免层析现象产生。 调配好的液晶要加盖遮光存入，并且尽量在一个班次（八小时）内使用完， 用不完的液晶需要回收搅拌后重测电压再用。一般随着时间延长，驱动电压会增 加。 液晶从原厂瓶取用后，原厂瓶要及时封盖遮光保存，减少敞开暴露在空气中 的时间一般暴露在空气中的时间过长，会增大液晶的漏电流。 灌低阈值电压的液晶显示片空盒最好是从 PI 固烤到灌液晶工序间，流存生产 时间在二十四小时之内的空盒，灌液作业时一般使用比较低的灌注速度。 低阈值电压液晶在封口时一定要加盖合适的遮光罩，并且在整个灌液晶期间 除了封口胶固化期间外，要尽量远离紫外线源。否则会在靠近紫外线的地方出现 错向和阀值电压增大的现象。 液晶是有机高分子物质，很容易在各种溶剂中溶解或与其它化学品产生反应， 液晶本身也是一种很好的溶剂，所以在使用和存放过程中要尽量远离其它化学品。 透射和反射显示 LCD 可透射显示，也可反射显示，决定于它的光源放哪里。透射型 LCD 由 一个屏幕背后的光源照亮，而观看则在屏幕另一边(前面)。这种类型的 LCD 多 用在需高亮度显示的应用中，例如电脑显示器、PDA 和手机中。用于照亮 LCD 的照明设备的功耗往往高于 LCD 本身。 反射型 LCD，常见于电子钟表和计算机中， （有时候）由后面的散射的反射 面将外部的光反射回来照亮屏幕。这种类型的 LCD 具有较高的对比度，因为光 . . 线要经过液晶两次，所以被削减了两次。不使用照明设备明显降低了功耗，因此 使用电池的设备电池使用更久。因为小型的反射型 LCD 功耗非常低，以至于光 电池就足以给它供电，因此常用于袖珍型计算器。 液晶面板主要生产厂家：京东方、上广电和龙腾；台达、三星、索尼、TCL、宏 基、华硕 日本：夏普，东芝，三菱 韩国：三星，LG,现代 台湾：AUO 友达，CMO 奇美，中华映管， Innolux 群创光电， （在大陆都有工厂，前三个在大陆只有模组厂，群创光电在 大陆有 Cell 厂，模组厂，刚刚又组建了 Array 厂，深超光电）, 大陆：上光电，京东方，深圳天马，比亚迪，北方彩晶等。 液晶面板 目前市场上的液晶显示器大都属于 TFT 液晶面板，世界上拥有面板制作的核心技 术并能大规模生产面板的厂家并不多，比较有名的有 SHARP（夏普） 、 SANYO（三洋） 、三星、LG-Philips、台湾的友达等，绝大多数其他厂家都是买 它们的面板回来组装的。 然而这些面板也有档次之分，目前分为三个级别：来自日本的三洋、夏普属于一 级，夏普是“液晶之父” ，多数被采用在高端的产品上，自然价格也是最贵的了； 来自韩国的三星、LG-Philips 属于二级，多数使用在三星、LG、Philips 的显示器 上面；台湾的友达等则属于第三级。 液晶显示器参数解释 对比度 明暗之间的亮度差称作对比度，随着对比度的提高，显示器还原的色彩也就越鲜 艳，画面色彩的层次感更加分明，色阶过渡更细腻。液晶板使用的很多部件对对 比度都有一定影响，比如控制 IC、彩色滤光片甚至定向膜等。只有一个适宜的对 比度才能令液晶显示器呈现出理想的灰阶、色阶，从而实现饱满、丰富的影象效 果。人眼可以接受的对比度一般在 250：1 左右，日常使用的经验告诉我们，在 绝大多数的情况下，对比度能够达到 350:1 就能够让人十分满意了。而 CRT 显 示器可以轻易的达到 500：1 甚至更高。不过随着技术的进步，现在也推出了一 些高对比度的液晶，如 MAYA 的 V500 已经达到了 500：1。目前普及型液晶的 对比度基本上都在 300：1 以上。由于对比度很难通过仪器准确测量，所以挑的 时候还是要自己亲自去看，自己觉得舒服了就可以了。 . . 亮度 亮度越高，图象的显示效果就越清晰，所能看到的细节就越多。普及型液晶的亮 度一般都在 250cd/（流明） ，低于这个亮度的显示器就惨不忍睹了，亮度也需 要我们亲自去看了才能知道。比如去用 CS 或其他游戏中一些较暗的场景去测试， 一看便知好坏。 灯管 液晶是一种介于固态与液态之间的物质，所以液晶本身是不能发光的，需要额外 的发光源才行。最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最 低也是四灯，高端的是六灯。四灯设计分为三种：一种是四个边各有一个灯管， 一种是由上到下平行排列四个灯管，还有一种是两灯变相产生的，它的设计是将 灯管作成“U”型排列。 六灯管设计实际使用的是三根灯管，厂商将三根灯管都 弯成“U”型，然后平行放置，所以就看起来好像由六根灯管做成似的。灯管的 排列会影响屏幕的明暗均匀，所以大家购买时一定要搞清楚灯管的排列。 响应时间 响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或者 是由亮转暗的反应时间,通常都是以毫秒（ms）来计算。响应时间一般来说分为 两个部分-Rising（上升时间）和 Falling（下降时间） ，而我们所说的响应时间指 的就是两者之和。基本上响应时间越小越好。响应时间越小，用户在看移动的画 面时就不会出现类似残影或者拖沓的痕迹。因为按照人眼的生理特点，响应时间 如果超过 40 毫秒（10004025 帧/秒） ，就会出现运动图像的迟滞现象。目 前市场上响应时间最低的接受范围是 30ms，这也是现在的液晶显示器较多的标识。 即便是 30ms（10003033.3 帧/秒）也会出现拖尾现象，只是目前这还是一个 普遍的参数，一些更好的面板可以达到 25ms 或 20ms，甚至更高的 16ms（10001662.5 帧/秒） 。有一些商家在广告中只写出了上升时间，当人们 看到如此低的数值时，也顾不及它是什么了，所以一定要看清所标数值的名称是 什么。 坏点 液晶面板是由众多的显示点组成，靠每个显示点上的液晶材料在电信号控制下改 变光的折射率成像的。在 1024768 分辨率下，一个液晶板就有 786432 个显示 点，如此多的点很难完全保证没有坏点。如果将有坏点的液晶板全部报废，那就 要耗费巨大的成本，因此生产厂商一般避开坏点来分割液晶板。把没有坏点或者 极少坏点的液晶板以较高价卖给知名品牌整机生产厂商，而那些坏点数目比较多 的液晶板则一般以低价卖给小厂商生产成廉价整机，以低价策略到市场倾销。由 . . 于全球各地对坏点定义等级的标准不同，也就出现了同样为 A 级的产品，而坏点 的数量却相差很多，例如日本标准是以 3 个坏点以下为 A 级合格、韩国标准是以 5 个坏点以下为 A 级合格、而台湾标准则以 8 个坏点以下为 A 级合格。此时，我 们就要看清楚液晶面板的产地再来判断它的等级能告诉我们什么了。 厂商在广 告中可能会告诉我们，他们的产品是“三个坏点” 、 “无亮点” 、 “无暗点” 、 “无坏 点” 。这些都说明了什么呢？ 先来看“三个坏点” ，坏点控制在三个以内应该是 比较好的，这里的“坏点”包括没有响应的“暗点”和一直发亮的“亮点” ，我 们还是要以等级作为参考，才能知道应该出现几个坏点算是正常。 当我们看到“无亮点”时先别高兴的太早，这说明可能会出现等级标准以内的暗 点， “无暗点”所表示的意义也是如此。而“无坏点”则是最高的等级了，这个 就什么也不说了，发现一个就去找商家换去，甭管是亮点还是暗点。还有坏点出 现的位置也要注意，同样数量的坏点出现的位置不同，也是影响等级的标准，我 们总不希望在屏幕的中央出现一个永远不亮的或永远发亮的点点吧，如果在边角 还是可以忍受的。 分辨率 分辨率是指单位面积显示像素的数量。液晶面板的显示就好象排列好的一个个小 门来让光通过，液晶屏所能表现的像素便是由单位面积上的“小门”的数量来决 定的，这就决定了液晶显示器的物理分辨率是固定不变的，但是在我们日常生活 中不可能永远都是使用着同一个分辨率的。对于 CRT 显示器而言，只要调整电 子束的偏转电压，就可以改变不同的分辨率。但是在液晶显示器里面实现起来就 复杂得多了，必须要通过运算来模拟出显示效果，实际上的分辨率是没有改变的。 由于并不是所有的像素同时放大（例如：从 800 x600 分辨率到 1024x768 分辨率 放大倍数为 1.28） ，这就存在着缩放误差。当液晶显示器使用在非标准分辨率时， 文本显示效果就会变差，文字的边缘就会被虚化。买液晶的时候千万不要只顾着 看亮度对比度，而忘了看它的物理分辨率。 可视角度 液晶的可视角度确实也是一个让人头疼的问题，当背光源通过偏极片、液晶和取 向层之后，输出的光线便具有了方向性。也就是说大多数光都是从屏幕中垂直射 出来的，所以从某一个较大的角度观看液晶显示器时，便不能看到原本的颜色， 甚至只能看到全白或全黑。为了解决这个问题，制造厂商们也着手开发广角技术， 到目前为止有三种比较流行的技术，分别是：TN+FILM、IPS(IN-PLANE - SWITCHING）和 MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT)。 首先是 TNFILM 技术，这项技术就是在原有的基础上，增加一层广视角补偿膜。 这层补偿膜可以将可视角度增加到 150 度左右，是一种简单易行的方法，在液晶 . . 显示器中大量的应用。不过这种技术并不能改善对比度和响应时间等性能，也许 对厂商而言，TN+FILM 并不是最佳的解决方案，但它的确是最廉价的解决方法， 所以大多数台厂都用这种方法打造 15 寸液晶显示器。 IPS(IN-PLANE -SWITCHING，板内切换）技术，它号称可以让上下左右可视角 度达到更大的 170 度。有优点，也会有缺点，IPS 技术虽然增大了可视角度，但 采用两个电极驱动液晶分子，需要消耗更大的电量，这会让液晶显示器的功耗增 大。此外致命的是，这种方式驱动液晶分子的响应时间会比较慢。 MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT，多区域垂直排列）技术，原理 是增加突出物来形成多个可视区域。液晶分子在静态的时候并不是完全垂直排列， 在施加电压后液晶分子成水平排列，这样光便可以通过各层。MVA 技术将可视 角度提高到 160 度以上，并且提供比 IPS 和 TN+FILM 更短的响应时间。这项技 术是富士通公司开发的，目前台湾奇美（在大陆奇丽是奇美的子公司）和台湾友 达获得授权使用此技术。除了上面三种广视角技术外，还有液晶之父 SHARP 独 家的 ASV 技术，韩国 SAMSUNG 的一种变形 MVA 技术“PVA” ，以及韩国现代 （HYDIS）的 IPS 的变形“FFS”等技术。可视范围分为平行可视范围和垂直可 视范围，水平可视范围是以液晶的垂直中轴线为中心，向左和向右移动，可以清 楚看到影像的范围。垂直可视范围是以显示屏的平行中轴线为中心，向上和向下 移动，可以清楚看到影像的范围。可视角度以“度”为单位，目前比较常用的标 注形式是直接标出总水平、垂直范围，如：150/120 度，目前最低的可视角度为 120/100 度（水平/垂直） ，低于这个值则不能接受，最好能达到 150/120 度以上。 其他 液晶显示器还有其他的一些的参数，例如重量，边框宽度，是否附带音箱，视频 接口，DVI 接口，是否可以旋转等等，这些个性化的设计都是需要用户根据自己 的需求来挑选的。 . . 第二章液晶盒制作 2.1注意事项 1. 防火安全 真确使用各种电源，人走后需要关闭电源开关。 2. 进入实验室要换鞋，衣，带上工作帽，要洗手和注意个人卫生。 3. 工作期间不要摸头发，拍衣服等，这些小动作会产生细小的尘埃从而污 染产品。 4. 不要直接对着 ITO 玻璃呼吸，咳嗽，工作时需要戴手套和口罩。 5. 不许把食物等其他物品带入实验室。 6. 注意保持实验室的干净，卫生，不要大声喧哗，尽可能保持安静。 2.2液晶盒制作流程 2.2.1 总体流程 工业生产流程图： . . 实验室流程图 2.2.2 具体操作工艺 原理 液晶盒是由两片玻璃经过清洗处理，电极图案定义，涂布配向液，烘烤加 热硬化，再经毛绒布定向摩擦，配向完成后再将液晶盒部份胶封起来，随后灌 入液晶分子，其液晶盒的厚度约是 5-10m，我们所采用的玻璃厚度是 1.1 mm，在两片玻璃中间的縫隙约为几个微米(m)。下面将依次說明液晶盒的制 作过程与在制作过程的条件。 (A) 玻璃切割 以玻璃刀将 ITO 玻璃基板切割成为尺寸约 3cm3cm 数块，并 整齐摆放在盘中。 注意事项： 1. 操作时要戴手套，绝对不能用手碰玻璃封口。 2. 要轻拿轻放。 . . (B) 玻璃清洗与干燥 实验中所用的玻璃基板使用大小尺寸为 33cm，厚度约 为 1.1 mm，表面镀有导电层(ITO)。 流程： 测导电层甲苯丙酮无水乙醇去离子水甩干烘干 在盘子中放上无尘纸，进行电导层测试，导电面向上，所有操作都是针对导电 面进行的。 如下是超声波清洗玻璃基板的步骤。 步骤一：以氮气吹去表面灰尘与杂质。 步骤二：去离子水静泡 3 分钟。 步骤三：丙酮震洗 3 分钟去离子水清洗氮气吹。 步骤四：甲醇震洗 3 分钟去离子水清洗氮气吹。 步骤五：去离子水震洗 3 分钟氮气吹。 步骤六：放入烤箱中以 100C 预烤 30 分钟。 注意事项： 1. 有机溶剂必须放在阴凉的地方，不要靠近明火，因为它们的闪点都 很低。 2. 有机溶剂易于挥发，有一定毒性，尽可能不要接触皮肤或吸入体内。 3. 若不慎着火，不能用水而应该用灭火器进行灭火。 4. 废弃丙酮须集中回收。 5. 为防止在玻璃上下水纹，玻璃自溶液中取出时，应小心缓慢取出， 无法避免水纹，可在割玻璃时，可将长边加长，生成水纹的部份可避免 影响到液晶样品的制作。 (C) 电极图案设计 将清洗完毕的 ITO 玻璃，以旋转涂布法，涂布光阻到玻璃上，放至烘箱中 以 100C 软烤 10 分钟后，以光罩(自已定义的的图案)对准后，置于 UV 曝光 机下方，以 130W 的功率，曝光 1min 后，取出 ITO 玻璃并放入显影剂中，搖 晃试片至顯影完成并清楚看到图案，随后将已经曝光完成的 ITO 玻璃，再放至 烘箱中以 120C，硬烤 20min，硬烤完成后，以盐酸(HCl)及水混合成 30%的 HCl 水溶液，并配合超音波振荡器，振荡 5 分钟后，取出试片后以去离子水沖 殘餘的 HCl 水溶液。最后将蝕刻完成的 ITO 玻璃清洗完成 2 后，即进行配向 液的涂布。电极图案的定义流程，如图。 . . 电极图案定义流程 (D) 配向膜涂布技术与定向摩擦技术 等玻璃干了以后，用氮气枪和拭镜纸将玻璃处理干净，尤其是有 ITO 的那 面。再放入自旋涂布机内，滴上约五至六滴 PI 于玻璃中央，调整转速，抽真空， 启动机器，使 PI 均匀散布于玻璃上。 第一转：以 1000rpm 转 15 秒 第二转：以 2500rpm 转 25 秒 烘烤 将玻璃烤干，不同显示器的制程有不同的烘烤温度，将其余的残余杂质去掉， 并且让配向膜能夠硬化，可以采用分步骤：软烤 5 分钟 60，硬烤 60 分钟 200。烤完后，可看到一层淡淡的色泽。 1 涂布配向膜 我们配向的方法是使用快速旋转涂布成膜法，使用旋转涂布机的高速旋转， 使配向膜在玻璃基板上能夠均匀散布。我们使用的配向液是聚亞醯胺型 (Polyimide, PI)，涂布均匀后加热除去溶剂即是聚亞胺型高分子。要涂布均匀 而且又不会污染到玻璃基板的另一面，在滴配向液时是须要有技巧的，我们以 滴管先滴一点在基板的中心与四周，再把四周多余的配向液吸走，让中心留有 一点配向液，而四周只是先沾过而已，然后在分別以第一转、第二转不同的高 低转速旋转，达到旋转涂布均匀的效果。 . . 配向液旋转涂布示意图 旋转涂布的转速设定： 第一转：以 1000rpm 转 20 sec 第二转：以 2500rpm 转 25 sec 当旋转涂布完成后，再用烘烤加热的方式，将其余参杂的溶剂去除，并且 让配向膜能夠硬化，烘烤的溫度先以 100C 預烤 10 分钟后经过定向磨擦后， 以 200C 硬烤 60 分钟，一般的配向膜的厚度约数百个。经过我们多次的观 察發 现，若是配向膜比較均匀时，经过加热硬化后玻璃基板上的配向膜應該 是呈现同一颜色，并且沒有任何的斑点，若是在一般的光学显微镜下观察也可 看到配向膜分子均匀的散布在玻璃基板上。 注意事项： 1.取向剂要保存在低温下，一般在-20，常温下易变质 2.配液应先从低温下拿出，放在常温下进行配置，要在真空下进行 3.在真空下进行操作，不能有灰尘，湿度不能太大 3.定向磨擦 摩擦配向 可以采用长纤维绒布同向摩擦 PI 膜（不能反向） ，形成液晶取向膜。 液晶盒灌入液晶后，为呈现有效的光电特性液晶分子必需在宏观尺度內呈 现有序之排列状态，所以须要配向膜，经加热硬化后，定向摩擦后使配向膜分 子有延伸性，在灌入液晶分子能夠让液晶分子有微量傾斜的預傾角。目前已有 数种表面处理技术成功的用于液晶元件之制作，有分接触式定向磨擦与非接触 式，一般可用接触式定向摩擦之高分子薄膜和表面活性分子层，或是斜向蒸镀 之氧化硅薄膜等来达成預傾角的效果，我们的制作液晶盒过程也是采用 . . Rubbing 的方式。 Rubbing 机操作說明： 在实際操作机器中，将已经涂布上配向膜的玻璃基板固定于机器的移动平 台上，接着把毛绒布贴附于滾筒(Roller)面上，必需贴的非常的平順且牢固，因 为在高速摩擦旋转经过基板时，若毛绒布沒有非常平順会使 Rubbing 沒有达到 預定的结果，或是在磨擦时毛绒布破壞配向膜，接着调整 Roller 的转速与平台 前进平移的速度以及滾筒的下压量，以进行定向磨擦。 Rubbing 机实际制程时： 预倾角的大小由以下几点決定： (1.) 配向液本身分子结构。 (2.) 液晶种类。 (3.) 配向液加热与硬化时间。 (4.) 定向磨擦强度。 (5.) 烘烤时间有关。 (6.) 在定向摩擦后须均匀噴灑间隙子(spacer)在涂布有配向膜的表面上。 用双面胶将玻璃粘贴在转台上，以 500 转/每分钟进行摩擦，上下两个面的摩 擦方向要垂直。 注意事项： 摩擦深度要适度，预倾角 取向效果检验 在 2 片摩擦好的玻璃间滴入液晶后，贴合后玻璃中间有液晶 的地方为黑色 4 间隙子(spacer)配置 在间隙子(spacer)配置中，隔离层散布的密度對玻璃基板在压合时提高均匀 度是重要項目，分散密度高的话，便可获得比较均匀的液晶盒厚度(cell gap)， 分散密度低的话，便无法得到均匀的液晶盒厚度，而且還有可能会造成漏光的 现象。隔离层散布有分为湿式与干式两种，湿式是将间隙子(spacer)加入溶剂 (易挥发性溶剂，如甲醇、乙醇)中，在散布于基板上，湿式较容易控制分散密 度，但是容易受到使用溶剂的影响，因此所选用的溶剂是十分重要。干式散布 spacer 是将 spacer 放入一小空箱中，然后以氮气或者其他惰性气体混合 spacer 喷出于空箱中，让 spacer 在空箱中飘浮，等 spacer 慢慢掉落在玻璃基板上，我 们的在实习中是采用湿式的方式，溶剂则选用酒精。 注意要轻拿轻放！ 5 封装技术与原理 间隙子(spacer)配置后，接着就要组装压合玻璃基板，在组装时要考虑两片 . . 玻璃基板磨擦的方向，两片基板组装起来磨擦方向有几种不一样，如同方向 （0）垂直（90、270）和平行方向（180） ，组装不同方也有不同的区 分，如 90是 TN 型，180到 270是 STN 型。将已完成定向磨擦的共同电 极及图案电极的 ITO 玻璃其中一片，以 UV 胶涂布形的边框，并将共同电极 及图案电极以定向磨擦方向为基准，呈九十度互相贴合平整，并以 UV 光固化。 组装后上胶压合，這是我们的制程中重要的部份，若是压合不均匀，在灌入液 晶后，使用检光片观察会有不同颜色或是条纹出现，我们在试过许多压合方式， 让液晶盒能夠使两片基板完全平行，若压合的均匀使液晶能夠均匀的分布在液 晶盒內。图四为组装与点胶示意图。 （a） 空白 ITO 玻璃示意图（b）框胶点胶示意图（c）组装完成图 用框口胶将液晶盒 3 边进行封口，在 100温度下固化 1 小时。 5 灌注液晶： 压合组装后等胶完全硬化，在以滴管灌注灌注液晶，将液晶盒放至定点， 以滴管吸取液晶，滴于样品盒未封住的缺口，利用重力与毛细现象，使液晶均 匀流入样品盒中，不产生空气气泡滯留于样品盒中，如图五所示。 液晶灌注示意图 注意事项： 先抽真空，同时适当对液晶槽进行加温，以便液晶的注入，同时要把注入 . . 孔与吸满液晶的海绵对齐，再注入惰性气体进行加压。 灌注前清理封口 空盒插槽置入真空室抽真空灌液晶充气滞留处理封口多余液 晶 6.封口 点封口胶紫外光照射（通常小于 15 秒）刮胶清洗。 7 元件光电检测 封口测试：灌注完 LC 后，用 UV 胶把缺口封起来，等 UV 胶固化后即完 成制作液晶盒。检查液晶分布厚度是否均匀：我们利用偏光片原理，垂直光穿 透，水平光隔离，所以把偏光片放在液晶盒二侧旋转。 情況 1： 当两片偏光片成垂直排列时，则亮度最暗，若为平行，则亮度最亮，若是 液晶盒厚度均匀，液晶盒在偏光片旋转时会看到液晶随着亮度强弱在改变颜色， 由于实验中所使用的液晶盒的配向层的排列方式为正交方向(TN 型)，若上下 偏光片的排列方向与配向层的排列方式相同，皆为正交方向时，则从偏光片方 向，看到液晶盒的亮度为最亮(未加偏压时)，若加偏压后，则会变暗，若偏光 片向排列方向为平行排列，则液晶盒的亮度则会变暗(未加偏压时)，若加偏压 后，则会变亮。 情況 2： 若是液晶盒厚度不均匀时，整个液晶盒內的液晶颜色会有所不同或是有条 纹产生。当上下基板距离不均匀时，但未接触,为何产生同心圆现像(即牛顿圈 或称彩虹圈)，由于反射光与入射光干涉而产生牛顿环，若入射光线是连续谱线 而光程差又在可见光范围內 自然会产生干涉，会形成彩虹圈表示你的薄膜厚度 不一致或间距会变化 這是反映二玻璃的厚度不匀，若玻璃厚度一致(均匀)则可 以借由干涉让光完全通过或完全反射，即可消除牛顿环。在实际的解決方法， 则要针对压合过程步骤，压合力量大小，间隙子(Spacer)分布情況，以上因素 皆须掌握，以得到最佳制程，来減少牛顿环数量及环数。补充說明：在业界上 称此现像为 muro。制备完成后的液晶盒的结构示意图，如图六。 情況 3： 当偏光片贴于液晶盒上旋转时，由于液晶本身具有双折射特性，故可将液 晶视为非等向性晶体。非等向性晶体，即具有长短轴的特性，长短轴的方向各 自具不同的光学特性。而旋转偏光片时，与液晶盒內的液晶交互作用，产生了 不同的光程差，所以会看到不同颜色的变化。 . . 液晶盒结构示意图 电测 主要通过加交流电进行。 8 贴片 用乙醇把液晶屏擦洗干净，撕掉偏光片保护膜贴上，要注意动作要轻， 防止划伤玻璃，擦干净玻璃。 9.引线连接 制作流程图： 2.3设备和材料 1. 实验设备仪器：液晶灌注机、超声波清洗机、烘箱、旋转涂布机、紫外固 化炉、玻璃切割刀、电子称、氮气枪、摩擦机。 2. 实验材料：配向液 PI、液晶、UV 胶、ITO 玻璃、spacer (间隔物)、偏光片、 橡胶手套、无尘纸、框口胶、盐酸、氢氧化钠、乙醇、丙酮、甲醇。 3.注意事项 3.1 液晶 液晶的配置 液晶的配置加热到清亮点搅拌 10-30 分钟待灌注使用。 液晶的保存 A 密闭，避光 B 配置时所使用的容器和工具用丙酮清洗 C 配置好液晶要做标记 D 剩余的液晶放入专用容器中 . . 3.2 偏光片 保存温度： 温度 2015，湿度 65%20% 不能摩擦，弯曲，冲击偏光片。 不能用手摸。 3.3 PI 液 在天平上配比后不断搅拌后使用 工艺流程： 配液涂覆预固化固化摩擦 PI 液在常温下不稳定，易分解，应在 0以下保存，长期不用在-15以下存 放。 PI 液在常温下配置。 配液时保持容器干净。 PI 液有一定毒性，不能沾在皮肤上，不能随便排放。 3.4 框口胶 流程：擦封口液晶点框口胶冷却紫外固化照射。 框口胶应密闭保存，防止光照固化。 应在 10以下保存。 框口胶有毒，操作时必须戴手套，如果沾在皮肤上，用碳酸水洗干净。 3.5 光刻胶 光刻胶应密闭保存，外面应有黑色遮光袋。 光刻胶配置时在红灯或黄灯下进行。 3.6 丙酮 无色透明易流动液体，有芳香气味，极易挥发。 健康危害：急性中毒主要表现为对中枢神经系统的麻醉作用，出现乏力、 恶心、头痛、头晕、易激动。重者发生呕吐、气急、痉挛，甚至昏迷。对眼、 鼻、喉有刺激性。口服后，先有口唇、咽喉有烧灼感，后出现口干、呕吐、昏 迷、酸中毒和酮症。 慢性影响：长期接触该品出现眩晕、灼烧感、咽炎、支气管炎、乏力、易 激动等。皮肤长期反复接触可致皮炎。 燃爆危险：该品极度易燃，具刺激性。 皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。 眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输 氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。 食入：饮足量温水，催吐。 . . 操作注意事项： 密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议 操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩） ，戴安全防护眼镜，穿防静电工作服， 戴橡胶耐油手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系 统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、还原剂、碱类接 触。灌装时应控制流速，且有接地装置，防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸， 防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。 倒空的容器可能残留有害物。 储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超 过 26。保持容器密封。应与氧化剂、还原剂、碱类分开存放，切忌混储。采 用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备 有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。 3.7 甲醇 无色澄清液体，有刺激性气味。微有乙醇样气味，易挥发，易流动，燃烧 时无烟有蓝色火焰，能与水、醇、醚等有机溶剂互溶，能与多种化合物形成共 沸混合物，能与多种化合物形成溶剂混溶，溶解性能优于乙醇，能溶解多种无 机盐类，如碘化钠、氯化钙、硝酸铵、硫酸铜、硝酸银、氯化铵和氯化钠等。 易燃，蒸气能与空气形成爆炸极限 6.0%-36.5%（体积） 。有毒，一般误饮 15ml 可致眼睛失明，溶解性：溶于水，可混溶于醇、醚等多数有机溶剂。 操作注意事项：密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训，严格 遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩） ，戴化学安全防护 眼镜，穿防静电工作服，戴橡胶手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。 使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化 剂、酸类、碱金属接触。灌装时应控制流速，且有接地装置，防止静电积聚。 配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有 害物。 储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超 过 30。保持容器密封。应与氧化剂、酸类、碱金属等分开存放，切忌混储。 采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应 备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。 3.8 无水乙醇 无色澄清液体。有灼烧味。易流动。极易从空气中吸收水分，能与水和氯 仿、乙醚等多种有机溶剂混溶。能与水形成共沸混合物(含水4.43%)，共沸点 78.15。相对密度(d204)0.789。熔点-114.1。沸点78.5。折光率(n20D) . . 1.361。闪点(闭杯)13。易燃。蒸气与空气能形成爆炸性混合物，爆炸极限 3.5%18.0%(体积) 用于简单制作 cell 盒的步骤及实验仪器 制作液晶样品 为了研究液晶的特性，我们需要制作一片灌有液晶晶胞可方便使用的样 品。步骤： 1.切玻璃 使用玻璃切割刀将 ITO 玻璃切成设想尺寸大小的正方形。 2.洗玻璃 将切好的玻璃放入浓度为 5的清洁剂（TFD4）的烧杯中，再放入超声 清洗机里面清洗 15 分钟左右，接着用牙刷刷干净后，再改用去离子水清 洗 5 分钟。 3.涂配向膜 PI 等玻璃干了以后，用氮气枪和拭镜纸将玻璃处理干净，尤其是有 ITO 的 那面。再放入自旋涂布机内，滴上约五至六滴 PI 于玻璃中央，调整转速 【转数：1000 (10 秒)4000 (20 秒)1000 (10 秒)， 要先尝试数次调 整至最佳设定】 ，抽真空，启动机器，使 PI 均匀散布于玻璃上。 4.烘烤 将玻璃烤干，不同显示器的制程有不同的烘烤温度，可以采用分步骤：软 烤 15 分钟 80，硬烤 60 分钟 220。烤完后，可看到一层淡淡的色泽。 5.摩擦配向 可以采用长纤维绒布同向摩擦 PI 膜（不能反向） ，形成液晶取向膜。 6.洒球/封胶 可以使用垫片（尺寸自行掌握，但不能太厚，否则液晶分子响应时间缓慢） ，和快速封口胶水（主要是常温下就能胶合） 7.灌液晶 使用针筒吸取 E7 液晶由样品上方接缝处注入，利用毛细现象与重力使之 完全均匀分布于样品内部。 综上所述，整个过程需要设备如下： . . 附录 A MCJ-12 台式半自动摩擦机 一、使用安全及注意事项 1.1 操作注意事项 1.无论手动或自动，在实施摩擦之前，都必须首先按下吸盘按钮，并 核实工件确实已牢固的吸附在吸盘上。 2.开机前必须认真检查给电、给气是否正常，任缺一项都不得打开启动 按钮。 3.摩擦机工作前，必须放下防护罩，工作结束前不得打开防护罩。 4.管路连接时，不要用生料带，可以用密封油（三合一 TB1401 Loctite601) 5.装缷摩擦滚时，应轻缓释放弹簧，不得将托滚扳手突然放开，以免造 成摩擦滚受力变形。 主要设备主要设备规格型号规格型号数量数量单价单价产地产地 备注备注 液晶器件参数 综合测试仪 LCT5016C1未知长春测试使用 ITO 玻璃 深圳市力合已镀 ITO 玻璃刀 1切割玻璃 三角尺 切割玻璃 超声波清洗机 1清洗玻璃 去离子水 若干二次蒸馏水 旋转涂布机 1涂 PI 膜 PI 试剂 雄风石油化工行耗材取向膜层 烘箱 1烘玻璃 摩擦布 耗材摩擦取向 垫片，封口胶 针管 1灌注液晶 偏光显微镜 1 观察液晶形态 . . 1.2 接地说明： 设备，真空泵电机要求进行接地操作，故此，须由技术人员从机壳引出 一根线，与地线相连接。 1.3 安装要求： 本设备根据生产的产品的工艺要求，应安装在洁净的室内，室内需备有 两相电源，电源电压波动不大于10%，并调整好平整度，搬运要平稳，以 免影响设备外观，破坏设备精度，空气的湿度不大于 75%。 1.4 安装程序 开箱后按照装箱单清点，检查主机备件及各种文件资料等是否齐全。本 设备电源为两相电源，电压 220V 50HZ,要求电压波动不大于10%，总功 率 0.45KW，空气的湿度不大于 75%。 1.5 安装过程： 1. 设备安装前，首先用水准仪调平准备安放的设备,设备放好后，调节底 部的支脚进行调平。 2. 按照气路图接头气路，接头不得有漏气。 3. 连接外接电源和设备电源线，检查无误后，接通总电源。 4. 由技术人员从机壳引出一根线，与工作地连接。 5. 检查各连接点有无松动，清洁真空吸盘表明。 6. 安装完后，认真检查电，气路连接，确认无误后，进行整机联调。 1.6 调整程序 1. 打开真空泵，按下真空吸盘按钮，检查吸盘有无吸附能力。 2. 切换到手动状态，分别调节进给速度，进给前进，进给后退，旋转速度， 旋转正，反向。 3. 切换到自动状态，调节各参数，按下启动按钮。 4. 手动状态时，需先按下真空吸盘按钮，否则不允许进行摩擦。 二、设备概述 本产品适用在 ITO 基片的 PI 膜上用定向摩擦的方法在表明形成一致的微细 沟痕的专用设备。 MCJ-12 半自动摩擦机 MCJ 表示摩擦机 12：摩擦直径(cm) 本设备为台式，半自动，具有体积小，能耗低，操作灵活等优点。外形尺 寸：450680570mm，总重量 180KG，本设备电源为两相电源，电压 220V 50HZ,要求电压波动不大于10%，总功率 0.45KW。本设备根据生 产的产品的工艺要求，应安装在洁净的室内，并调整好平整度，搬运要平 稳，以免影响设备外观，破坏设备精度，设备应该放在干燥，清洁的室内， . . 空气的湿度不大于 75%。 产品外观图： 三、使用说明 使用操作 设备调试完毕后，可投入正常使用。 设备运行前的准备和检查 仪表设定 1. H7CN 型计数器 其设定操作采用简单的回转式开关，即依次按下相应的拨码开关至所设定值即 可，调节范围：09999。 2. SDM496 型转速计 旋动面板上与“进给转速计” 、 “旋转转速计”对应的“给进调速” 、 “旋转 调速”旋钮至所需转速值。逆时针旋转旋钮为降速，顺时针旋转旋钮为加速， 调速范围 01400r/min。 操作步骤 开机： 合上空气开关，接通总电源 将 ITO 基片放置到吸盘上后，按下吸盘按钮 选择手动/自动状态 关机： 释放吸盘按钮 断开空气开关 操作程序： 本设备可进行手动操作和自动操作 . . 1. 手动操作 面板上的开关具有手动功能。 吸盘 向上扳动钮子开关为开启 向下扳动钮子开关为关闭 水平进给调速，摩擦滚转速调节， 调节摩擦滚的转速及升降摩擦台的进给速度 逆时针调节旋钮，降低速度；顺时针调节旋钮，提高速度 为了保证摩擦滚转速，设计增速比为 1:1.2，摩擦滚输出转速与转速计读 数的对应值见下表： 转速计读数显示与摩擦滚转速对照表 同步带传动比转速（r/min）摩擦滚转速（r/min） 10001200 10501260 11001320 11501380 12001440 12501500 13001560 13501620 1.2 14001680 升降摩擦台水平进给次数设定 按动计数器至相应所需数值。 旋转分度台 根据产品工艺要求，旋动分度台上调节旋钮至所需度数。 手/自动切换 向左扳动钮子开关为手动状态 向右扳动钮子开关为自动状态 选择摩擦滚的旋转方向 向左扳动钮子开关为顺时针旋转 向右扳动钮子开关为逆时针旋转 2. 自动操作 . . 切换为自动状态，按手动操作顺序依次设定完各参数后，按下启动按钮， 即进入自动运行状态。 按钮按下为自动启动状态；按钮弹起为自动关闭状态。 一次运行完毕后，释放真空吸盘，换上新的 ITO 基片，按下吸盘按钮， 按下启动按钮，进入下一次自动运行。 四、主要指标： 摩擦滚