1、第3章 液晶显示器件工艺基础,液晶显示器件的主要材料液晶显示器件的主要工艺彩色滤色膜主要介绍主要材料、重点介绍主要工艺。,3.1 液晶显示器件的主要材料,主要材料：指液晶显示器（LCD）生产以后，产品中所保留的原材料，主要包括液晶、ITO玻璃、偏光片、PI液、SiO2、丝印胶（印框胶）、导电胶、UV定位胶、封口胶、玻璃纤维、Ni粉、Au粉、塑料垫片、金属引脚等。通常所讲的液晶显示器件的3大主要材料为：液晶、ITO玻璃和偏光片。制作液晶显示器的辅助材料：是指产品生产过程中使用而最终产品中不存在的原材料，主要包括光刻胶及其稀释剂、PI稀释剂、NMP 、BC液、 SiO2 稀释剂、摩擦布、异丙醇、乙
2、醇、丙醇、清洗剂、酸、碱等。本节重点介绍液晶材料、液晶显示用平板玻璃、透明导电玻璃、偏光片。,3.1.1 液晶材料,1.对液晶材料的要求共同要求：（1）在使用和存储的温度环境下都表现为液晶相。（2）具有优良的化学稳定性、光化学稳定性及热稳定性，使用寿命长。（3）黏度低，具有优良的响应特性。液晶是靠在外场作用下分子的平移或转动来实现各种功能的。黏度大小直接影响分子的运动速度，也影响了器件的响应速度。（4）介电各向异性大，适于低电压工作。,（5）双折射率大小适合于显示对比度的增加。 在利用双折射干涉光的液晶显示器件中，总是要求寻常光与非寻常光的光程差nd等于半波长或波长，这样对比度最佳。另外n增加
3、，可以减少液晶层厚度d，可以改善响应速度。（6）弹性模量均衡，适合于多路传输驱动。 液晶作为一个弹性连续体，由于各项异性具有3种弹性常数，即展曲弹性常数、扭曲弹性常数和弯曲弹性常数，他们的数值很小。弹性常数均衡表示各种变形的应变程度均衡，有利于电光特性曲线变陡，即有利于多路传输驱动。（7）分子排列有序度高。 由于热运动，单个液晶分子长轴的方向与液晶的指向矢不可能完成一致，有序度高，显示器件的对比度好。,2.热致液晶分子的结构和性质 实际使用的都是由多种液晶单体按一定比例调制成的混合液晶。这些混合液晶的物理、化学特性（如熔点、清亮点、n、等）都是混合液晶体系中所有组分物理、化学特性的综合体现。液
4、晶的性质是由液晶分子的化学结构决定的。液晶分子的结构可以简单表示为： X、Y称为末端基团，常见的末端基团有R-（烷基）、RO- （烷氧基）、-CN（氰基）、-F、-CF3等；A称为连接基团，常见的连接基团有-CH2CH2-、-COO-、-CC-等；B、B称为环体系，显示用液晶材料的环体系大多为六元环；Z、Z称为侧向基团。,參考資料 :張文固博士-平面顯示器技術,坚硬部,柔软部分,缝隙部,末端部,刚性部,缝隙部,末端部,缝隙部,末端部,刚性部,缝隙部,末端部,缝隙部,刚性部,缝隙部,末端部,末端部,缝隙部,刚性部,缝隙部,末端部,坚硬部,末端部,缝隙部,刚性部,缝隙部,末端部,柔软部分,坚硬部,
5、末端部,缝隙部,刚性部,缝隙部,末端部,刚性部,末端部,缝隙部,刚性部,末端部,末端部,缝隙部,刚性部,末端部,柔软部分,末端部,缝隙部,刚性部,末端部,柔软部分,末端部,缝隙部,柔软部分,末端部,刚性部,缝隙部,柔软部分,末端部,末端部,刚性部,缝隙部,柔软部分,末端部,2.1、液晶分子的化学结构和要求一般认为要呈现液晶相，化合物的分子结构必须满足下述要求：1)几何形状上，液晶分子应是各向异性的，分子的长度与直径之比L/D必须大于4。2)液晶分子的长轴不易弯曲，要有一定的刚性。因此常在分子的中央部位引进双键或三键，形成共轭体系，得到刚性的线形结构，或者使分子保持反式结构，以获得线形结构。3)
6、分子末端含有极性或可极化的基团。通过分子间电性力、色散力的作用，使分子保持取向有序。,分子的几何形状是液晶的必要条件。为使液晶分子长度比宽度人许多倍而成为棒状分子，合成时总是采用合适的化合物。反式构型也可以使分子呈线形结构，呈现液晶状态。顺式构型分子呈弯曲态，没有液晶相出现。片状分子不利于液晶态的形成，因此，只有极少数的化合物能形成单变液晶。如果扩大中心部分成为刚性盘状或椭圆状核心，再同与之相适应的柔性侧链匹配，也可使其紧密堆登起来形成新的盘状液晶。这些盘状分子二维有序，呈现向列相、胆甾相、柱状相，但是没有近晶相。中心桥键是构成液晶的重要条件，但无中心桥键也能构成液晶。液晶分子中所含的环，可以
7、是苯环、酯环、杂环和稠环。末端基团也是构成液晶不可缺少的部分，它是柔软易弯曲的基团。,2.2、液晶分子的化学结构和性质的关系 液晶的性质，包括稳定性、相变规律性，都取决于液晶分子结构。研究两者的关系，对新型液晶材料合成和应用都有意义。液晶分子的化学结构对液晶稳定性，包括化学稳定性、电化学稳定性、光化学稳定性和热稳定性都有明显的影响，液晶相特征呈现近晶相还是向列相、是单变还是互变相态，以及介晶相温度区间大小，也与某些结构因素有着规律性的关系。,液晶分子的各种物理、化学性质完全是由这些基团和这些基团之间的相互作用决定的，因而改善液晶分子的性能，实际上就是改变液晶分子结构中某个基团的属性。（1）末端
8、基团 末端基团不但影响到液晶分子的相行为和相结构，而且影响到液晶分子的其他物理性质，如弹性常数比（K33/K11）、介电各向异性等。 一般液晶分子的两个末端基团中，大多有一个是正烷基。随着烷基链的增长，液晶由向列想转变为近晶相，因而在显示用液晶材料中，碳原子数一般不超过6个。 此外，烷基链的长度也影响到向列相液晶的弹性常数比。烷基链较长时，弹性常数比较小，有利于TN显示；反之，弹性常数比较大，对STN显示有利。当分子一端为烷基时，另一端末端基团结构的变化将影响到液晶分子的性质，这主要是由于分子内共轭程度的变化影响到分子极性的缘故。,（2）环体系 从理论上说，任何环体系都应具有线性构型，但是实际
9、上，只有少量的五元环和六元环可以使用，在某些情况下，很难得到正确的取代模式来形成线性分子，在其它一些情况下，环体系有利于形成结晶相，能够形成熔点非常高的材料。在环己烷中，只有反式1,4-取代构型才能形成液晶相。环体系不但影响液晶的稳定性，而且也影响介电各向异性 、双折射n 、弹性常数和粘度等。常见的环体系有： 等。环体系对液晶性质有明显的影响，下面将各种环体系直接连接到4-氰基苯基基团上来比较一些重要的物理性质。,（3）连接基团 环体系之间的连接基团A主要用来增大分子长和宽的比，连接基团所含的原子数一般为2个或2的倍数，它除了影响到液晶分子的极性和柔韧性外，对液晶的、n和黏度等特性也有不同程度
10、的影响。,最低的黏度： -CH2CH2-最大黏度： -OOC-、其他： -COO-， -CH2O-黏度相同连接基团大多有两个原子组成，如-CC- ，也有多原子基团（2N)个，作为连接基团的。,（4.）侧向基团在大多数情况下，任何一种侧向取代基都将使分子变宽，从而降低了侧向吸引力，进而降低了向列相和近晶相的热稳定性。取代基的性质、极性和大小影响液晶的性质，而且取代基团的位置也明显地影响液晶的性质。常见的侧向基团有：-R 、-CN 、 -F 等。当侧向取代基是氰基时，使材料产生负的介电各向异性（在要求/要小的TN、ECB和STN显示中很有用）。由于侧向取代氰基体积都是相对大的，因而大大地降低了液晶
11、相存在的温度范围。,3.液晶分子结构和液晶物理性质的关系对于液晶材料的研制，一方面要测定液晶的物理参量，如介电常数、折射率、黏度、弹性常数、有序参量等物理量；另一方面又用X射线衍射、红外、紫外、质谱、核磁共振等仪器测定液晶分子的结构，解释液晶分子结构和物理参量之间的内在关系。（1）介电各向异性（）液晶的介电各向异性是决定液晶分子在电场中行为的主要参量，Meier于1975年推导出表达式：,式中：1平行于分子轴方向上的介电常数； 2垂直于分子轴方向上的介电常数； 介电各向异性参数； 永久偶极矩； s有序参数； 玻耳兹曼常量； T热力学温度（K）； h，F惰性场的因子； 永久偶极矩和分子长轴之间的
12、夹角； N单位体积中的分子数（mol/c）； 极化各向异性，=1-2。,讨论：（a）永久偶极矩对液晶介电各向异性值的影响： 沿分子轴含有强偶极矩的液晶分子都具有比较大的，一般为10-20； 如果液晶分子结构中不含永久偶极矩， 主要取决于分子的极化度，只有1-2； 当液晶分子含有两个以上偶极矩时， 取决于分子中偶极矩的矢量和，同向时大，反向时小。（b）值对液晶介电各向异性的影响液晶分子长轴与偶极矩之间的夹角值的大小决定着液晶分子介电各向异性的正、负。,（c）极化度对液晶介电各向异性的影响在向列液晶的典型分子结构中，总是含有各种苯环，他们在电场作用下极易变形，所以沿分子轴方向的极化度大于垂直方向上
13、的极化度，因此0。（d）电子体系对液晶介电各向异性的影响所谓电子体系是指分子中原子之间共价键的结合不是沿着各自的电子云运动对称轴重叠，而是两个原子中电子轨道从侧门重叠。苯环含有共轭电子体系，在外电场作用下极易变形，所以大。若在分子结构中用环乙烷代替苯环，电子体系减少，极化度变弱，是从十几降到3左右。,(2)导电各向异性,一般热致液晶均为非离子结构，它的导电率总是很低，1.在近晶相液晶中，离子运动在分子层隙间比较容易，所以 1.在液晶加热过程中，经常用值来判断是否发生了相变。但是导电各向异性随温度的增加而迅速降低，到清亮点降为零。由于液晶显示器件多工作于电场驱动方式，为了降低功率损耗，要求越小越
14、好，对并不在意。,（3）黏度与分子结构的关系,黏度大小直接决定着液晶显示器件的响应特性，是一个十分重要的物理参量，尽管存在着不同的黏度系数，然而对于向列相液晶通常只用体积黏度描述，它与活化能（E）和温度有关：式中，k为常数。 当温度下降时，急剧变大。在相同温度下，具有低活化能的液晶材料粘度系数低，并且黏度随温度的变化也小。,（4）双折射与分子结构的关系,对于工作在双折射干涉光模式的液晶显示器件，液晶双折射特性是关键参数。折射率收到液晶分子结构的极化度、中心桥键和电子体系的影响。,（5）弹性常数与分子结构的关系,液晶的3个弹性常数：展曲弹性常数k11，扭曲弹性常数k22，弯曲弹性常数k33。最关
15、注： k33/ k11，这个比值越小，液晶的电光特性曲线越陡，多路驱动特性越好。引入侧向基团，使液晶变宽，k11变小，k33变化不大；能增加液晶分子刚度的因素大都使k33/ k11变小；末端烷基链长增加，使分子间滑动困难， k33/ k11变小；含有氰基（-CN）， k33/ k11较小；用环乙烷、环辛烷、双环乙烷代替苯环，均导致k33/ k11降低。,（6）有序参量S与分子结构的关系,根据研究，能增加液晶分子刚度和减少极化各向异性的因素，都能增加液晶的有序参量。,（7）液晶材料的物理性质与显示技术的关系,液晶显示器件的参数不等于液晶材料的物理参数，他们之间又是密切相关的。往往是器件的一个参数
16、与数个液晶材料参数有关，反之，一个物理参数会影响到器件的多个参数。,4.实用液晶材料简介,5.液晶的使用,液晶灌注的原理是将液晶经真空脱气处理，利用毛细作用和气压差的作用将液晶注入液晶盒。存储和使用注意事项：（1）密闭、避光保存；（2）液晶配置时，应将所使用容器及工具用丙酮清洗干净；（3）也液晶种类较多，配置好的液晶，液晶型号、配比、配制时间及配置人等应标记清楚；（4）液晶灌注剩余的液晶放在洁净柜中。,3.1.2 透明导电玻璃,1.透明导电玻璃的结构导电玻璃：是指在普通玻璃的一个表妹镀有透明导电膜的玻璃。这种玻璃除了用于液晶显示器外，还用于其他平板器件的制造。其他应用：电子照相、静电复印显示电
17、极材料防静电、防电磁屏蔽面发热体光记录、磁记录终端设备,最常用的导电玻璃是氧化铟锡玻璃，通常简称为ITO玻璃。根据用途，衬底玻璃的不同，ITO玻璃可分为三种结构：玻璃材料为钠钙玻璃，这种玻璃衬底与ITO层之间要求有一层二氧化硅（SiO2）阻挡层，其作用是阻挡玻璃中的钠离子的渗透，以防止对器件性能产生影响。 玻璃衬底用无钠硼硅玻璃，ITO层结构就可以不必存在SiO2层。,常用ITO膜材料比较SnO2是最早实用化的透明导电薄膜。In2O3膜属于氧化物半导体透明导电薄膜。 In2O3直接跃迁的吸收端位于330nm处，而间接吸收端位于473nm处，因此在可见光范围的短波长端产生弱吸收。 In2O3比S
18、nO2具有更好的透光性和导电性，利用光刻法易于对透明导电薄膜刻蚀图形。最常用的导电玻璃是氧化铟锡玻璃，是综合性能最优异的透明导电电极。氧化锌薄膜是当前最具开发前景的透明导电薄膜材料。,LCD制造用的ITO导电玻璃参数厚度：0.5-1.1mm面积：14in*14in （300nm*300nm，或360nm*300nm）SiO2阻挡层厚度：200-500埃ITO层厚：250-2000埃SiO2绝缘层厚：500-1000埃,2.透明导电玻璃的制作过程（1）透明导电玻璃的制作工艺在玻璃衬底上制备透明导电薄膜的方法：喷雾法、涂覆法、浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、溅射法等。镀膜玻璃的真空阴极磁控溅射
19、镀膜法，是将玻璃置于真空室中，在真空室内通入反应性气体，当对溅射阴极通电时，在电场的作用下，从阳极表面发射出电子，电子在电场的加速下能量迅速提高，高能电子将与阴极表面区域的空间的气体分子相碰撞，使气体分子电离，带正电的粒子在电场的加速下，高速向阴极表面撞击，将金属粒子击出，同时由于粒子碰撞靶表面产生大量二次电子，电子又在电场的加速下成为高能电子，从而维持这种导常辉光放电。其中，被带正电的粒子从靶表面出的金属粒子，会沉积在玻璃上，形成薄膜。采用这种方法，可以进行多层膜的生产，可形成的材料极多。绝大部分的金属和无机非金属均可成膜。,当前工业最有效的方法：磁控溅射法。磁控阴极溅射的原理： 在阴极内部
20、装有永久磁铁或电磁铁。磁场穿透阴极表面的金属溅射靶，在对溅射阴极通电时，产生了一次电子，一次电子既在磁场束缚下又在电场的加速下，形成螺旋式运动轨迹，大大增加了加速时间及运动路程，提高了与空间气体分子相碰撞的几率和速度，从而提高了溅射沉积率。 采用真空磁控溅射镀膜法生产热反射镀膜玻璃，是目前国际上生产大面积镀膜玻璃的最先进工艺方法，比传统的镀膜方法在产品质量、功能、劳动生产率、成本等方面有显著的改进。除具有上述特点外采用真空磁控溅射镀膜法生产热反射镀膜玻璃，还具有膜层牢固和均匀，化学稳定性能好等优点。并能获得多种理想的光学性能和丰富的反射颜色。,（2）透明导电玻璃的制作流程液晶及其他平板显示器用
21、的ITO一般都采用直流反应磁控溅射法。大规模制作流程：磨边切角抛光清洗SiO2溅射ITO清洗检验包装,大型中频双靶反应溅射制备二氧化硅膜与氧化铟锡膜在线联镀装置,3.透明导电玻璃的主要技术指标（1）透光率好在可见光范围内的透光率在80%以上。ITO玻璃的透光率影响因素: 玻璃材料、ITO厚度、折射率 。测试仪器：光度计。（2）面电阻 ITO膜导电性能采用的指标是方块电阻，用R表示。 R与ITO的体电阻率及ITO膜厚有关。,下图是电流平行经过ITO膜层的情形。图中，d为膜厚；I为电流；L1为膜层在电流方向上的长度；L2为膜层在垂直电流方向的长度。,当电流流过上图所示的方形导电膜层时，该层的电阻为
22、： 式中，为导电膜的体电阻率。,对于给定的膜厚层，和d可以认为是不变的定值，当L1=L2时，即为正方形的膜层，无论方块大小如何，其电阻均为定值 /d，这就是方块电阻的定义，即,式中，Rs（R ）单位为：(/)。 方块电阻通常用四探针测试仪来测定。,目前在高档液晶显示器中所用的ITO玻璃，其R 最好可达到10/,膜厚为1000-2000埃。一般低档TN产品用ITO玻璃R 为100-300/,膜厚为200-300埃。由于透明导电薄膜是兼备透光性和导电性的一类特殊导电薄膜，因此对其性能常用性能指数FTC来评价，式中，T是薄膜透光率，Rs为薄膜方块电阻值。,（3）平整度好平整度是指玻璃表面在一定范围内
23、的起伏程度。平整度可用h/L表示, 为在长度L的范围内,表面最高点与最低点的差值为h.如图所示：平整度参数包括：玻璃表面粗糙度、基板表面波纹度、基板翘曲度、基板平行度、ITO膜表面粗糙度和ITO玻璃基板平整度、膜厚与膜厚均匀度。,ITO玻璃基板平整度直接影响着液晶显示器的质量， 对STN液晶显示器的影响更大。一般TN LCD用玻璃要求平整度小于0.5um/20mm，STN LCD用玻璃要求平整度小于0.05um/20mm。,目前检测玻璃基板平整度的方法：目测：将平晶与玻璃基板贴近，通过目测干涉条纹来定性的检测玻璃表面；接触检测：用探针接触玻璃表面，描述出表面的轮廓，其精度依赖于位移量，不可能太
24、高，而且探针会损坏表面；非接触检测：一般采用电子显微镜和电容法等电子学方法，以及微分干涉和差分干涉等光学方法，不必接触表面即可进行测量。,（4）机械性能、化学抗蚀性能、抗热性能导电玻璃整体要有足够的机械强度，易于生产。ITO膜对玻璃表面的粘附力要强，不易脱落、抗划伤能力强。 ITO膜能抗强碱 ，易被酸腐蚀。在液晶显示器制造过程中就是用酸溶液将ITO膜刻蚀出特定的电极图形。 温度升高，面电阻增大。,3.1.3 偏光片（偏振片）偏光片是一种产生和检测偏振光的片状光学功能材料。偏光片的主要作用就是使通过偏光片的自然光变成偏振光。偏光片是一种影响LCD液晶屏显示效果的关键组件。 1.偏光片的结构和分类
25、时下最通用的偏光膜是兰特在1938年所发明的H片，其制法如下：首先把一张柔软富化学活性的透明塑料板(通常用PVA，聚乙烯醇)浸渍在I2 / KI的水溶液中，几秒之内许多碘离子扩散渗入内层的PVA，微热后用人工或机械拉伸，直到数倍长度，PVA板变长同时也变得又窄又薄，PVA分子本来是任意角度无规则性分布的，受力拉伸后就逐渐一致地偏转于作用力的方向，附着在PVA上的碘离子也跟随着有方向性，形成了碘离子的长链。因为碘离子有很好的起偏性，它可以吸收平行于其排列方向的光束电场分量，只让垂直方向的光束电场分量通过，利用这样的原理就可制造偏光膜,高分子膜在经过延伸之后，通常机械性质会降低，变得易碎裂。所以在
26、偏光基体(PVA)延伸完后，要在两侧用特定的黏合剂贴上三醋酸纤维(TAC)所组成的透明基板，一方面可做保护，一方面则可防止膜的回缩，这样就组成了偏光片的基本结构，称为原偏光片。此外，在基板外层可再加一层离型膜及保护膜，以方便与液晶玻璃贴合。透射型 反射型,偏光膜的应用范围很广，不但能使用在LCD做为偏光材料，亦可用于太阳眼镜、防眩护目镜、摄影器材之滤光镜、汽车头灯防眩处理及光量调整器，其它尚有偏光显微镜与特殊医疗用眼镜。为了满足轻量化及使用容易的要求，所以偏光膜的选择以高分子二色性型为主，这型起偏材料的种类有四：(1) 金属偏光膜将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上，再加以还原，使棒状金属有
27、起偏的能力，现在已不使用这种方法生产。(2) 碘系偏光膜PVA与碘分子所组成，为现今生产偏光膜最主要的方法。(3) 染料系偏光膜将具有二色性的有机染料吸着在PVA上，并加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。(4) 聚乙烯偏光膜用酸为触媒，将PVA脱水，使PVA分子中含一定量乙烯结构，再加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。,POL的主要原材料讲解,54/7,偏光膜制造工艺图,分切机,处理,拉伸及复合,涂膜及复合,分切,检验,包装/出厂,制品断面图,腐蚀,水洗,TAC膜,PVA 膜,保护膜,异型膜,2.偏光片的制备,切开,PROCESS工程讲解,-,3.偏光片的主要技术指标（1）颜色普通偏光片为灰色，细
28、分为中灰和蓝灰两种， 现在有红色、洋红色、蓝色、黄色、紫色、蓝紫色等 偏光片。（2）偏光度偏光片的偏光度，也称为偏光片的偏光效率，其定义为式中I，I分别是自然光经偏光片后，振动方向沿偏光片偏光轴和垂直偏光轴方向的透射光光强。 目前最好的偏光片，偏振度可达99%以上。普通偏光片要求大于85%，彩色偏光片相对较低，一般为80%。,（3）颜色透光率一般分单体透光率、平行透光率和直交透光率。理想情况下，垂直偏光轴方向振动的光完全被吸收，这种情况相当于光的一半通过，即T=50%，实际偏振片的透光率值都略低于50%。为了实现理想的黑白显示，一般TN型液晶显示器用的偏光片要求整个可见光范围内的透光率均匀，否
29、则出射光会带有颜色，影响显示效果。（4）色相色相指偏光片颜色所对应的色坐标值。（5）有效厚度有效厚度指偏光板的总厚度，包括基片厚度、胶厚度和保护膜厚度。特殊性能偏光片，如防闪烁(anti-glare)、防紫外光(anti-UV)、高耐久偏光片等还有其特殊的性能指标。,4.偏光片的使用根据液晶显示器的类型（TN型、STN型、HTN型等）、显示模式（如正性、负性、反射式、透射式、半透半反式）、显示颜色（如黄、绿、灰、蓝、黑、白等），以及液晶盒结构选取合适的上下偏光片的型号与角度，用精密切片机按选定角度及尺寸切割偏光片，将切好的上下偏光片按要求黏合在玻璃屏上。偏光片的使用方法：轻拿轻放，不能用硬物在
30、表面上推划。取放时不能折叠。对等级片和边角料片在投入生产前要进行分色筛选。贴片时，一定要让LCD表面上残留的清洁液完全挥发干净后，才能贴上偏光片。,偏光片的贮存方法：偏光片应贮存在室温条件下，湿度在75%以下遮光保存；放时要求平放；供应商完整包装偏光片按供应商标识的堆放高度和堆放位置堆放；快递包装的偏光片、散装堆偏光片，堆放时每300张需单独隔离支撑堆放。偏光片的搬运方法：偏光片搬运时要放置在搬运物最上层，高度不能超过堆放高度，并且要轻拿轻放，不能竖放，不能碰压。,3.1.4 取向材料,1.取向材料简介液晶盒内直接与液晶接触的一薄层物质被称之为取向层，它的作用是使液晶分子按一定的方向和角度排列
31、，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。最常用的是在玻璃表面涂覆一层有机高分子薄膜，再用绒布类材料高速摩擦来实现取向。这种有机高分子薄膜最常用的材料就聚酰亚胺(简称PI)。,(1)聚酰亚胺简介PI膜有很好的化学稳定性，优良的机械性能、高绝缘性、耐高温、高介电强度、耐辐射和不可燃。聚酰亚胺优异的性能是由其结构决定的。它通过二酐与二胺在低温下聚合反应合成，生成聚酰胺酸(简称PA)，在高温下脱水固化后(化学上是一种环化反应)，即成为聚酰亚胺。作为取向层的聚酰亚胺膜，是用浸泡旋涂或印刷的方法，
32、将PA溶液覆在玻璃表面，经高温固化后制得。要得到优良的PI膜，固化反应必须进行完全。,(2)聚酰亚胺的工作原理我们通常使用的是聚酰亚胺酸(PA)，它是一种高纯度、透明均一的黄褐色液体。在一定条件下脱水固化成稳定的聚酰亚胺(PI)。PI系取向膜材料的特点是，在其前单体的聚酰亚胺酸具有良好的可溶性，作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聚酰亚胺膜。所以，为充分运用这些特点，应在适当固化条件下彻底聚酰胺化后使用。以摩擦的方式使PI膜表面磨出沟槽，使液晶分子定向排列，以达到显示要求。,(3)聚酰亚胺的分类根据液晶屏的用途不同，可分为TN产品用、STN产品用及有源矩阵显示器用的各种PI，
33、主要区别在于预倾角的不同。,2.主要技术参数(1)固态含量固态含量指不挥发成分含量，即液体中聚酰胺酸的含量，一般购进的PI为聚酰胺酸及其稀释剂(N,N-二甲基吡咯烷酮+已醇丁醇丁醚)的混合物，通常固态含量为5%10%，在使用中根据所需PI膜厚调整至所需含量。(2)粘度聚酰胺酸溶液为一粘稠的液体，其粘度既和聚酰胺酸的分子量有关，又和聚酰胺酸的含量有关。当分子量越大，含量越多时，其粘度也越大。通过应用时是将聚酰胺溶液覆于衬底上，使之生成一层致密的薄膜。要求该薄膜不仅均匀而且要有一定的厚度。为此，对聚酰胺酸溶液的粘度也有一定的要求，因为粘度过大则不易涂覆均匀，粘度过小将影响成膜厚度。,(3)含水量聚
34、酰胺酸溶液在常温下贮放时其粘度会逐渐降低。这是因为体系内含有少量水分使聚合物发生水解而导致分子量降低。(4)金属离子含量液晶显示器对金属杂质，尤其是Na+，K+的污染非常敏感，所以应严格控制PI材料中金属离子的含量。(5)预倾角预倾角是指表面分子长轴方向与取向层表面所形成的夹角，主要取决于PI材料的特性。另外也与工艺（如预烘、固化、摩擦等）有关。通常TN型LCD要求预倾角为12，STN型LCD要求预倾角大于3。,3.PI液的使用按液晶显示器类型要求选取PI液的型号取出放至室温，按工艺要求确定在电子天平上配比，准确称取PI液及其稀释剂的量，混合并不断搅拌均匀后上线使用。涂覆后，在烘箱内80预固化
35、，250固化后即可形成PI膜，通过摩擦机在膜表面沿规定的方向摩擦机在膜表面沿规定的方向摩擦出沟槽。在工艺中PI液使用操作工序如图所示：,使用注意事项：PI液在常温下不稳定，易溶解，所以应在0以下保存，长期不用应在-15以下存放；配液时提前从冰箱中取出，放至室温后再配制；配液时应保证环境及器皿的清洁，防止污染；PI液及其稀释剂有一毒性，尽量不要沾在皮肤上，也不要长期接触，使用后废液焚烧处理，不能随便排放污染环境。,PI固化和定向,3.1.5 环氧树脂,1.环氧树脂环氧树脂应用在液晶显示器中作为封接材料。封接材料实质上是一种胶粘剂，因使用时一般采取丝网印刷工艺，故平常也称为丝印胶、封框胶、银点胶。
36、环氧树脂也叫环氧胶。封接的目的是将两片玻璃黏结起来，同时保持一定的间隙；然后将灌入液晶密封起来，使其不能渗漏，同时使外界的热、湿气和灰尘等不能进入而影响器件性能。环氧树脂是一种具有良好粘接性、优良的电气以及机械性能的高分子物质。用途最广泛的是二酚基丙烷与环氧丙烷所合成的环氧树脂 。环氧树脂是线型大分子，通常情况下，它是一种胶状流体；在特定条件下，它可以发生固化反应，变成有较高强度的固态物质。固化反应的实质，是将上述环氧树脂分子的环氧键打开，使得分子与分子互相交联起来，形成网状结构。环氧树脂一旦固化，就不再塑化（或溶化）。,通常环氧树脂是通过加热才发生固化的，但仅仅对环氧树脂本身进行加热，并不能
37、使它固化，必须中入固化剂才行。固化剂在反应中起催化剂的作用。它本身也可能参与交联反应，常用的固化剂有已二胺、二亚已基三胺、酸酐等。用作边框的环氧树脂，为了提高它的粘接性能的弹性，通常还加入一些填料，常用的填料为SiO2，Al2O3粉末。,2.主要特性,(1)固化温度和时间环氧树脂必须在一定温度下才能固化，并且要经过一定的时间才能固化完全。为了降低生产成本，保证质量，人们总希望在保证封接性能的前提下降低固化温度，减少固化时间。目前常用的封框胶固化温度在150左右，固化时间1小时，也有一些封框胶可以100左右固化。(2)适用期配制好的环氧树脂在与周围环境接触时，受湿气、氧气、温度等的影响，性能会逐
38、渐变差。因为环氧树脂吸潮、氧化、温度高时会固化，所以环氧树脂能维持可用的性能具有一定的时间限制的，这个期限就称为适用期。超过该期的环氧树脂就不能使用了。为了延长环氧树脂的适用期，暂不使用的环氧树脂应储存在5左右的阴暗、干燥的环境中。,(3)粘度实际使用的环氧树脂必须一定的粘度要求以满足丝网印刷操作，如果出现环氧树脂粘度大，可能是溶剂挥发或是已有部分固化。(4)固化后粘接强度环氧树脂固化后必须有足够的粘接强度，这样才能保证液晶层的密封性良好，银点不易松动。粘接强度除与环氧树脂材料厂有关外，还与工艺规范、玻璃表面状态有很大关系。环氧树脂的配制和使用都必须在干燥环境中进行，玻璃表面必须保证清洁、干燥
39、。,(5)纯度要求环氧树脂中如果含有一些离子性杂质，将可能通过接触渗入液晶层内，影响液晶的显示性能和寿命，所以要求环氧树脂的纯度高、杂质少。(6)老化性能老化性能是指固化后的环氧树脂抵抗恶劣环境的性能。例如，在高温、高湿环境下，环氧树脂能否保护良好的密封性与粘接强度。即使环氧树脂固化后也还有一定的吸水性，而且水汽容易通过环氧树脂与玻璃的接触界面渗碳入。故环氧树脂的老化性能也是一个重要指标。,3.粘合原理,(1)固体表面的特性固体表面暴露在环境中受到污染，与氧作用生成氧化膜，所以固体表面通常是由气体吸附层、油污尘埃污染层和氧化层组成。固体表面是由峰谷组成的起伏不平的粗糙表面。及时镜面表面，粗糙度
40、也可达0.025um，这种表面相接触时也达不到分子间的接触（分子间产生作用力的距离为3-5埃），而且两固体表面间的接触面积只能是几何面积的1%左右。固体表面由于原子、分子作用力不平衡，都具有吸附性。正因为如此，表面难以保持清洁，有时被吸附物质还与表面生成化学键。,(2)黏合剂的特性由于固体表面的不平滑性，因此两个表面接触不能产生粘附。如果选用一种具有良好流动性、渗透性并能吸解表面吸附气体的物质-黏合剂，并将其涂于需被结合的表面并压合时，表面间点接触的情况将会被固体表面与胶黏剂的面接触过取代并吸解表面的吸附气体，黏合剂还可渗透到表面的微孔之中，从而使黏合剂与表面分子间产生较强的作用力。在上述过程
41、完成后，黏合剂本身经物理与化学变化由液态变成坚韧的固体，于是实现了胶接。一个胶接接头是一个多相体系，由3个均匀相和两个界面区域构成。发生在界面区的粘合作用仍是以离子、原子或分子间的作用力为基础的。因此在界面区域虽然有黏合剂与被黏物表面的机械咬合力，但主要还是胶与被黏物表面分子间的作用力。,界面区可能产生的作用力：机械力、主价力（即化学力）、次价力（物理力、静电力）等。界面上的力都能导致胶接作用的产生。不过化学力不具有普遍性，而次价力是产生胶接的主要作用力。产生胶接的过程：一般分为两个阶段第一阶段，液态胶黏剂。分子借助布朗运动项被黏物表面扩散并逐渐靠近被黏物表面，压力作用或胶本身由于加温使黏度降
42、低都有利于胶黏剂分子与被黏物表面的接触；第二阶段，产生吸附作用。当胶粘分子与被黏物表面的分子间的距离接近至10埃是，次价力便开始作用并随距离进一步减小而增至最大。这两个过程并不能截然分开，在胶液变为固体前都在进行。,3.1.6 衬垫料,在制造液晶显示器时，需要确保液晶层间隙为一定的厚度，这个厚度通常叫做盒厚。盒厚一般为几个微米。为了制备这样小的盒厚，并且保证其均匀性，必须在封框料中加入一些衬垫料，同时在显示区内也均匀散布一些衬垫料。液晶层的厚度，就是靠这些衬垫料将两片玻璃支撑起来所形成的间隙。衬垫料有多种，可以分为：a、树脂制的液晶盒内使用的球状衬垫料；b、玻璃纤维制的通常用于封框胶里的棒状衬
43、垫料；c、由二氧化硅制的用于周边封口部等处的球状衬垫料。主要技术参数：粒径；标准偏差；硬度；纯度。,3.1.7 导电粉,为实现下玻璃公共电极的导通，通常使用导电胶来连接。导电胶通常是由碳粉、银粉、金粉或镍粉与环氧树脂胶混合在一起的胶。在普通球状树脂粉的表面镀上一层一定厚度的金或镍层与下玻璃板电极接触，起导电作用。金粉为灰棕色，镍粉为灰黑色。通过把导电粉与封框胶混合可以用丝网印刷的方法将导电材料漏印在下片玻璃上，然后压合形成单层导电粉均匀分布，使上下电极连接导通，而横向不导电。,3.1.8 金属引线,将液晶显示器上的电极引脚与驱动电路的电极相连，使驱动电压信号加到液晶显示器上，这就是液晶显示器的
44、连接。连接方式主要有导电橡胶条连接、导电薄膜热压连接、金属引线卡连接（引线连接）等。前两种需再模块制作过程时完成，后一种在液晶显示屏制作过程中完成。一、导电胶条连接使用此种连接方式时需要用一结构件将LCD与导电胶条和PCB版固定在一起，因为电极间距可以做的很小，所以适合驱动路数多的产品。,二、金属插脚连接将金属插脚固定在LCD外引线上，既可以直接将LCD固定在PCB上，也可以将CD插在PCB的插座上。金属插脚间距有2.54mm,2.0mm,1.8mm.适用的玻璃厚度有1.1mm,0.7mm,0.55mm,三、热压软带连接 用软带将LCD和PCB版连接在一起。由于片基是柔软的，所以使用时固定方便
45、，并且可以减小安装厚度四、TABTAB是Tape Automated Bonding的缩写。它是将带有驱动电路的软带通过ACF(各向异性导电膜）与LCD连接。减少了LCM的体积 五、COGCOG是 Chip On Glass的缩写。它是将IC电路与LCD通过ACF直接连在一起。可以大大的减小体积 。,3.1.9 辅助材料,1.光刻胶（photoresist）由感光剂（光致抗蚀剂）、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光剂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所
46、需图像。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。,基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。柯达公司的产品
47、KPR胶即属此类。感光树脂在用近紫外光辐照成像时，光的波长会限制分辨率（见感光材料）的提高。为进一步提高分辨率以满足超大规模集成电路工艺的要求，必须采用波长更短的辐射作为光源。由此产生电子束、X 射线和深紫外(250nm)刻蚀技术和相应的电子束刻蚀胶。,光刻胶的主要技术指标,a、分辨率（resolution)区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸（CD，Critical Dimension）来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。 分辨率是标准表征光刻胶的光刻精度的标志之一，与光刻胶本身、光刻工艺条件和操作技术有关。 b、对比度（Contrast）指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的侧壁越陡峭，分辨率越好。 c、敏感度（Sensitivity）（感光度）光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值（或最小曝光量）。单位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光（DUV）、极深紫外光（EUV）等尤为重要。,
