5、液晶盒的制备

液晶盒的制备实验目的：1、了解工业液晶盒的制备过程及工艺；2、熟悉实验室制备液晶盒的工艺流程。实验仪器液晶器件制备测试系统实验原理液晶显示器的结构如图1所示，液晶盒是由两片相距5~9um的玻璃基板组成。在这些玻璃基板的内表面上有一层氧化铟锡（ITO）或氧化铟（In2O3）透明电极，在两块基板这间填充正或负介电常数的向列相液晶材料（或其他如胆甾相、近晶相等各种液晶材料），通过对电极表面进行适当处理，使液晶分子的取向成一定状态。图1液晶显示器件的结构示意图液晶盒的此种结构要求两玻璃基板这间具有均匀的间隙。由此，要在基板表面均匀地散布玻璃纤维或玻璃微粒。同时，为了防止潮气和氧气与液晶发生作用，玻璃板四周应进行气密封接。密封材料可以用环氧树脂之类的有机材料，也可用低熔点玻璃粉之类的无机密封材料，这就是丝网印刷油墨。为了使液晶盒厚保持在设计值，在印刷油墨中还需加入衬垫材料。液晶显示器制造工艺中，取向是一个关键工艺。液晶盒内基片表面直接与液晶接触的一薄层材料被称之为取向层，它的作用是使液晶分子按一定的方向和角度排列，这个取向层对于液晶显示器来说是必不可少的，而且直接影响显示性能的优劣。液晶显示器所用的取向材料及取向处理方法有多种，如摩擦法、斜蒸SiO2方法等等。摩擦法是沿一定的方向摩擦玻璃基片，或是摩擦涂覆在玻璃基片表面的无机物或有机物覆盖膜，再进行摩擦，以使液晶分子沿摩擦方向排列，这样可以获得较好的取向效果。本实验使用摩擦机对基板表面进行摩擦处理，能更好地控制摩擦的强度和均匀性从而达到更好的取向效果。而台式液晶盒光固机的使用大大缩短了实验的周期。实验内容1、制备垂面取向的液晶盒至少一个；2、制备平行取向的液晶盒至少一个；3、制备TN模式的液晶盒至少一个；实验步骤Ⅰ、垂面取向液晶盒的制备：1、清洗基片；2、烘干；3、旋涂沿面取向剂；4、喷洒间隔子；5、封盒；Ⅱ、平行取向液晶盒的制备：1、清洗基片；2、烘干；3、3、旋涂PI膜；4、固化；5、摩擦取向；（两片基片的摩擦方向不同，一片为平行摩擦取向，另一片为垂直摩擦取向）6、喷洒间隔子；7、封盒；Ⅲ、TN模式液晶盒的制备：1、清洗基片；2、烘干；特别说明：详细的制作流程见附件。实验注意事项：1、喷洒间隔子时，尽量使间隔子分布均匀；2、在用摩擦机摩擦玻璃表面时，需力度适中，需要在实验过程中多做几次，摸索出摩擦辊与玻璃基片的最佳距离。用力过度，就容易将玻璃片的划痕太深，偏光下看到大量的划痕而非液晶分子的排列。思考题：查阅相关的资料，总结现代液晶生产工艺中，制盒工艺流程以及相关的关键技术。附件：液晶盒的制作流程及注意事项在液晶盒的整个实验制作过程中，应随时保证仪器和实验环境的洁净，尽量避免用手接触ITO玻璃表面。在使用各种仪器之前，务必仔细阅读仪器操作说明书及相关注意事项。液晶器件制备测试系统主要可实现小型TN型液晶盒的制作，并对制作的液晶进行观察和测试。除了可以制作TN型液晶外，使用不同原材料和不同的制作工艺，还可以制作双稳态液晶和电控双折射液晶盒。这里只介绍TN型液晶的制作。TN型液晶盒的基本制作流程如下：在图1中提及的清洗ITO玻璃部分中，由于现有提供的ITO玻璃已经经过清洗，学生使用的时候可以省略这一步。但如果老师要进行研究，选用其他的ITO玻璃，则必须按照要求对玻璃做清洗。一、实验前准备1．将PI取向剂从冰箱内取出，保证其在使用时能恢复到室温。否则可能会因为取向剂与室温温差过大而导致内部吸水，导致取向剂失效，影响镀膜参数；2．将实验中所需要的各种配件准备妥当；3．洗手，减小自身灰尘和油污对整个实验制作过程的影响。4．仔细阅读仪器操作说明及相关注意事项，以减少实验中的误操作，提高液晶制作的质量。二、清洗基片在清洗前先检验ITO玻璃原材料的方块电阻等指标是否满足工艺技术的要求，同时要检测ITO面是否向上（采用万用表的欧姆档来测试玻璃表面是否导通：指针偏转则表面为ITO面）。材料ITO玻璃主要的污染物为：灰尘，油脂等，一定温度的碱液对ITO玻璃有很好的清洗作用，高纯水清洗可去除溶于水的杂质及一些灰尘，同时还能够将上工艺的碱液去除掉，而超声波的清洗作用，在于利用水分子在超声波的作用下发生振动摩擦，使玻璃表面粘附的杂质松动而脱落。水洗后的玻璃要进行干燥处理，方法为强风（最好保证风源洁净）吹去玻璃表面的水然后经过烘箱干燥（干燥温度为60～80℃）。实验室一般清洗流程：（1）、将需要清洗的玻璃基片放入适合玻璃片厚度与大小的洗篮中（2）、将洗篮置于中性洗涤剂中超声波清洗5分钟（3）、将洗篮置于饱和NaOH碱性溶液超声波清洗5分钟（4）、将洗篮置于去离子水清洗5分钟（5）、取出洗篮，吹去表面的水，然后置于烘箱中干燥至基片表面为无水状态。实验前准备清洗ITO玻璃镀PI取向膜摩擦取向空盒制作灌晶和封口观察液晶织构固化PI膜图1液晶盒制作的基本流程注意事项：（1）由于每次清洗时均为多片基片同时清洗，可在基片放入洗篮前用万用表欧姆档先测出基片的ITO面，当放入洗篮时可使ITO面同侧，这样可以简化后面的步骤中判断每片基片ITO面的过程。（2）基片的取、放均不能用手接触，可以戴专用手套或者使用玻片夹夹取基片边沿。手的表面有油脂，直接接触基片会污染基片表面。三、镀PI取向膜1.PI取向剂的旋涂（1）、将确定好ITO面的玻璃基片置于恒温干燥箱内预烘10分钟，温度在50℃左右；（2）、将恢复到室温的取向剂用滴定管取出少许到取向剂盛装瓶中（液面高度小于1㎜），用真空吸笔吸住预烘好的玻璃基片的非ITO面，将ITO面朝下置于取向剂中，注意不要让非ITO面沾上取向剂。（3）、将沾上取向剂的玻璃基片ITO面朝上（此时需要用玻片夹配合真空吸笔使用）放置于液晶基片旋涂机旋转台中央，调节固定装置将基片固定。注意：从取向剂中取出基片的时候，尽量将多余的取向剂滴落到取向剂盛装瓶中。（4）、盖上旋涂机上盖，打开旋涂机电源开关，调节旋涂机的工作时间和转数，开始工作。（时间和转数与PI本身性质有关，根据所购买PI溶液提供的相关参数确定。现有提供的PI的旋涂时间设置为60s，转数应缓慢增加到2500转/分）。注意：通电前，应检查转速设置旋钮逆时针旋转到底。以避免通电后旋涂机设置工作时间后高速旋转而影响PI膜的旋涂效果。（5）、当旋转停止后（观察转速显示为0时），打开旋涂机上盖，用玻片夹取出已镀有PI膜的玻璃基片，置于洁净的干燥箱加热台上，镀膜一面朝上，注意不要污染。继续下一片基片的PI涂覆，步骤同上。（6）、待所有基片均镀好PI膜后，开始固化。2．PI膜固化（1）、检查已镀有PI的基片安放位置是否合适（应将基片面全部置于同一块加热台上，不可太靠近边沿）。（2）、打开干燥箱电源开关，将对应加热台的控制表头加热温度设置为80℃进行预热，预热时间约为30分钟。（3）、预热结束后，将温度调至200℃进行固化，固化时间约为两小时。（4）、固化结束后，关闭对应加热台的加热开关，将烤箱门打开，待加热台温度冷却至接近室温时将基片取出，置于洁净的培养皿中，固化PI完成。注意事项：（1）、所有对基片的操作过程中，必须保证基片的ITO面朝上放置。（2）、干燥箱必须随时保证内部洁净，尤其是加热台表面。（3）、在浸泡基片和取出基片过程中，不可让ITO面触及盛装瓶，以免破坏基片表面的平整度以及ITO的均匀性。（4）、取放基片的过程中应注意基片间不要发生摩擦或碰撞，取放结束后可用另一个洁净培养皿盖好，避免空气中的灰尘等污染基片表面。取放过程与清洗基片过程相同，均不能用手接触基片。（5）、固化过程一点要先预热再固化，同时注意一定要达到固化时间（不同的PI溶液要求的固化时间略有差异）。（6）、固化结束后一定要将烤箱内温度冷却至接近室温时再取出基片，不可直接取出放置室温下冷却，否则会影响PI膜的形成，影响取向效果。四、摩擦取向⑴、打开空气压缩机开关，让空压机开始打气加压。⑵、检查液晶配向摩擦机（下称摩擦机）的各个功能开关，要求置于关闭状态，滑台开关置于“前”，转速调节旋钮顺时针旋转到底。⑶、通过升降柄调整摩擦筒与待摩擦基片之间的压距。调节方法为：将小面积孔板置于滑台上，孔板上的其中一条刻度线对齐滑台“0°”（孔板必须要求洁净，且须和滑台完全贴合），并将滑台移动到摩擦筒正下方。然后逆时针缓慢旋转升降柄，同时观察摩擦筒与孔板之间的距离。当摩擦筒上绒布刚好与孔板接触时，停止转动升降柄。而转动升降柄下外部的刻度盘，使刻度盘上的“0”刻度对其升降柄的刻度线。保持刻度盘位置不变，顺时针转动升降柄一周，即升高摩擦筒1㎜，留出玻璃基片的高度。最后再逆时针转动0.2㎜（即压距确定为0.2㎜，根据实验要求不同，可以要求压距不同）。⑷、调整好摩擦筒与基片之间的压距后，将滑台移动到前。打开气路和电路开关，观察滑台气压表和摩擦筒气压表指针读数。正常工作状态必须是滑台气压大于2kg，摩擦筒气压大于4kg(启动时需大于6kg)。⑸、用玻片夹将培养皿中已经固化了PI膜的玻璃基片PI膜朝上正直的放置在孔板正中央（要求基片完全遮住孔板上的小孔）。⑹、打开负压开关，让负压吸住孔板和玻璃基片。⑺、打开摩擦筒开关，调节转速旋钮，使摩擦筒的转速在2000～2500转/分之间。然后将“滑台开关”从“前”扳到“后”，完成PI膜的摩擦取向。此时，必须先关闭摩擦筒开关，然后关闭负压开关，再用玻片夹将已取向的基片取出，放置到培养皿中，并对此基片的摩擦方向做好标识。最后将滑台从“后”扳到“前”。⑻、重复⑸～⑺步，对下一片基片进行摩擦取向。将所有完成摩擦取向并做好取向标识的基片放好，备用。特别说明：不同的PI取向剂，由于自身材料和浓度不同，其摩擦的强度不同，这要求根据实际的情况调整好摩擦辊下表面距离基片表面的高度。摩擦强度S与相关参数关系如下：)1(vrLNS式中：N为摩擦的次数；L为压距，为辊上的绒毛与基片接触部分的厚度；ω为辊的角速度；r为辊的半径；v为基片移动的速度。注意事项：（1）摩擦过程中注意摩擦台表面的清洁，使用前应将摩擦台表面的灰尘等擦洗干净，避免摩擦过程中污染基片表面。（2）摩擦台表面有刻度，摩擦前根据实验的具体要求摆放基片的方向来确定摩擦方向。（3）摩擦只能进行一次，不可对同一片基片进行多次摩擦。（4）在整个摩擦过程中，必须注意仪器的操作顺序，否则可能严重影响后期液晶盒的制作效果。（5）摩擦后基片应及时放在蒸发皿等容器中，避免空气中灰尘等对其表面的污染。（6）摩擦前后取放基片应使用玻片夹或戴手套等，避免用手接触基片表面。也不可对基片表面用嘴吹气，避免油污基片表面。（7）摩擦筒在转动的过程中，严禁用手触摸转动部件的任何位置！（8）使用完毕后，请盖上上盖。（9）严禁用手或其物体触碰摩擦筒上的绒布！如果长时间不使用，必须用洁净的塑料袋将转动部分及护罩套好，以减小外接灰尘等对绒布的影响。五、空盒制作1.喷洒间隔子（1）、将基片ITO面朝上平放于“台式液晶盒光固机”玻璃操作台上制定的位置；（2）、用毛细玻璃管吸囊蘸取极少量间隔子，然后在基片上方轻轻抖动毛细玻璃管，让间隔子尽量均匀散落在基片表面。（3）、若基片表面有明显的间隔子集中现象，可用毛细管吸囊轻轻的吹散集中的间隔子（不可用嘴吹），直至用肉眼在基片表面看不到聚集的白色颗粒为止。2.封液晶盒⑴、将另一片摩擦好的玻璃基片ITO一面朝向洒好间隔子的面，按照实验要求确定两块基片摩擦方向的相对位置后。通过操作台上的定位装置，确定两块基片的相对位置，然后用定位装置上的压片小心的压住两块基片。⑵、打开半自动点胶机的开关，将点胶状态调节到手动状态，调节气压表压力指示到2kg。⑶、取出点胶筒，取下点胶筒上的针盖，踩动脚动开关，在图2所示的位置点上适量的UV光固胶。然后将光固机的上盖和上，打开光固机电源，调节曝光时间为60秒。⑷、将曝光灯开关旋转到“上、下灯”位置，按一下“曝光启动”键，开始将UV胶固化。⑸、当固化结束后，翻转液晶盒，在另外一边也涂上UV胶，重复60秒曝光固化。六、灌晶和封口⑴、将液晶盒开口的两端其中一端垫起约1-2mm厚，然后从较低的一端滴加液晶。可用毛细玻