簡易常白型液晶模塊制備工藝研究

魏巍 丁蘭 曹延磊

【摘要】本文論述了常白型液晶模塊實驗室條件下的制備方法，并對各個工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究，研究的重點(diǎn)在清洗、涂膜、摩擦、制盒、灌注工藝。在研究過程中對各個工藝的工藝環(huán)境、工藝參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致的研討，同時對工藝中常見的問題進(jìn)行了討論，總結(jié)了問題處理方法。在模塊制作完成后進(jìn)行了透過率的測試，得到了透過率與偏振片夾角之間的關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】液晶模塊;工藝;制備

Abstract：This paper discussed the methods of making a normally white LCM under laboratory conditions，and studied each process of it.Cleaning，coating，rubbing，cell making，injecting are the key processes.During the research we studied the process environment and parameters carefully;meanwhile we discussed the common problems during the process and summarized the method of solving them.Theres a transmittance test of the LCM after all processes，and we obtained the relationship between the polarizer angle and light transmittance.

Key Words：LCM;processes;making

1.引言

目前，常白型液晶顯示模塊在平面顯示中占主導(dǎo)地位，液晶模塊生產(chǎn)工藝日趨完善，對生產(chǎn)工藝的研究朝著更為細(xì)致的方向進(jìn)行。本文以市場最常見的常白型液晶模塊為研究對象，主要針對摩擦取向、制盒、灌注等工藝進(jìn)行研究，通過實驗用液晶模塊制備設(shè)備完成對單像素簡易常白型液晶模塊的制作，并在制作完成后對液晶模塊性能進(jìn)行測試。

2.制備工藝

2.1 清洗工藝

本論文中使用的ITO玻璃的規(guī)格為：50mm×50mm×1.13mm，方塊電阻值為100Ω/，透過率為98.75%，玻璃在投入使用之前首先進(jìn)行超聲清洗。超聲清洗的特點(diǎn)是速度快、質(zhì)量高、易于實現(xiàn)自動化。本次超聲清洗分為兩步：（1）將5mL洗潔精和300mL去離子水的混合溶液倒入超聲波振蕩機(jī)中，用鑷子夾住一片ITO玻璃放入超聲波振蕩機(jī)中，打開機(jī)器開關(guān)，清洗3分鐘后取出，以去除ITO玻璃上的油脂、無機(jī)物、有機(jī)物以及殘留的粒子。（2）使用純?nèi)ルx子水對玻璃進(jìn)行清洗，清洗時間為3分鐘，目的是將ITO玻璃上的存在的洗潔精殘留物給洗除掉。清洗工藝之后進(jìn)入干燥工藝，干燥的主要對象是玻璃表面殘留的水。在110℃溫度下烘15分鐘，使表面的水分氣化變?yōu)樗魵舛?，這樣就可以達(dá)到干燥表面的目的。

2.2 涂膜工藝

涂膜工藝采用旋轉(zhuǎn)涂膜法，使用的設(shè)備是液晶基片旋涂機(jī)。該設(shè)備的作用是：通過高速旋轉(zhuǎn)，使ITO玻璃上的取向劑在離心作用下均勻的覆蓋在ITO面上。將ITO玻璃放入旋轉(zhuǎn)涂膜機(jī)中，用壓臂緊貼住ITO玻璃的各個邊。壓臂可由離心力的作用，自動將ITO玻璃緊壓在轉(zhuǎn)臺上。然后用滴管吸取0.1克已經(jīng)稀釋過的PI取向劑，滴在ITO玻璃中部。在開機(jī)前，檢查調(diào)速旋鈕是否歸零，避免因調(diào)速旋鈕處于工作狀態(tài)而影響PI的旋涂效果。打開機(jī)器開關(guān)，順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)速按鈕，使旋涂機(jī)轉(zhuǎn)臺達(dá)到2000轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)15秒，接著繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)速按鈕，使旋轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)臺達(dá)到4000轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)25秒。結(jié)束后將ITO玻璃取出，放入培養(yǎng)皿中。

旋轉(zhuǎn)涂膜后獲得的取向材料膜層不是最終的取向膜。此時玻璃表面膜層為N—甲基吡咯烷酮與聚酰亞胺酸的混合物。將ITO玻璃放入恒溫箱中，設(shè)置溫度80℃，烘烤10分鐘，將N—甲基吡咯烷酮揮發(fā)掉，使玻璃表面膜層成為純聚酰亞胺酸膜。再將恒溫箱溫度設(shè)置為200℃，對ITO玻璃進(jìn)行30分鐘烘烤，使聚酰亞胺酸脫水，環(huán)氧基團(tuán)閉合，形成聚酰亞胺膜。此聚酰亞胺膜即為取向膜。

2.3 摩擦工藝

摩擦工藝使用液晶配向摩擦機(jī)，該機(jī)器通過空氣壓縮機(jī)提供必需工作氣壓，通過負(fù)壓吸附固定ITO玻璃，通過高速旋轉(zhuǎn)絨布滾軸（摩擦桶）對玻璃表面進(jìn)行摩擦。工藝過程中對兩片ITO玻璃分別進(jìn)行水平方向和垂直方向的摩擦，這樣經(jīng)上下玻璃貼合后，可實現(xiàn)上下玻璃內(nèi)表面處錨定方向正交。

將ITO玻璃準(zhǔn)確定位在液晶配向摩擦機(jī)的滑臺孔板上，依次打開電源開關(guān)、負(fù)壓開關(guān)、摩擦桶開關(guān)。將滑臺孔板負(fù)壓設(shè)置為最大值，將摩擦桶高度設(shè)置為0.93mm，將滑臺滑動方向設(shè)置為向后，逐步調(diào)節(jié)摩擦桶旋轉(zhuǎn)速度至2500轉(zhuǎn)/分鐘。設(shè)置完成后打開滑臺開關(guān)，快速完成對ITO玻璃的一次摩擦。摩擦后關(guān)閉負(fù)壓、關(guān)閉摩擦桶旋轉(zhuǎn)，取下ITO玻璃，將滑臺滑動方向設(shè)置為向前，打開滑臺開關(guān)，使滑臺歸位。

2.4 制盒工藝

制盒工藝分為三個步驟，分別是：Mylar制作、對位壓合、涂膠曝光。在Mylar制作過程中，使用厚度為0.03mm的材料，將Mylar制作成圖1所示的“L”形狀，其外側(cè)尺寸為42mm×40mm。在對位壓合過程中，將兩片Mylar按如圖所示方式擺放在下玻璃之上，Mylar外側(cè)與玻璃外邊緣對齊，兩Mylar之間保留5mm寬度為液晶灌注口和空氣排出口。將上玻璃進(jìn)行壓合時，保證上下玻璃的摩擦方向正交，上下玻璃的左右兩側(cè)對齊，上下兩邊緣各留出5mm的留邊，方便后續(xù)電壓加載，上下玻璃重合部分為40mm。對位后使用燕尾夾將液晶盒固定。涂膠曝光過程中，使用UV膠對液晶盒外圍邊框進(jìn)行涂抹，用膠量適中，保護(hù)液晶灌注口及空氣排出口不被封堵。之后將液晶盒放入液晶盒光固機(jī)，采用UV光進(jìn)行曝光。在上燈和下燈同時開啟使用的強(qiáng)度下，曝光5分鐘。

制作出的液晶盒空盒的顯示區(qū)域大小為34mm×44mm，液晶層厚度為0.03mm，空盒兩側(cè)的灌注口均為5mm。

圖1 Mylar使用示意圖（單位：mm）

2.5 灌注工藝

灌注工藝采用注射式倒灌法。由于液晶層厚度偏大，因此在采用注射式灌注法進(jìn)行灌注過程中，會出現(xiàn)灌注過快而氣體無法及時排出的問題。為解決此問題，在工藝實施過程中采用倒灌法。

灌注開始前將液晶盒豎直放置，液晶盒下方開口為灌注口，上方開口為空氣排出口。灌注時使用微量滴管吸取0.05mL液晶材料，從液晶灌注口緩慢注入。灌注過程主要依靠液晶材料的毛細(xì)作用，為保證灌注均勻，應(yīng)放緩灌注速度，灌注過程持續(xù)5分鐘。灌注過程中遇到盒內(nèi)形成氣泡要迅速進(jìn)行反倒回流處理，否則氣泡將難以消除，在顯示區(qū)域內(nèi)形成壞點(diǎn)。灌注結(jié)束后使用AB膠進(jìn)行封口，封口時注意將液晶盒兩側(cè)5mm的灌注口及空氣排出口全部封住，避免產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致液晶外漏。

3.測試分析

液晶盒制備完成后，將其置于相互正交的兩片偏振片之間（偏振化方向垂直），此時顯示區(qū)域為透光狀態(tài)，即為常白型液晶模塊的靜止?fàn)顟B(tài)。逐步改變兩片偏光片之間的夾角，可觀測到液晶盒顯示區(qū)域內(nèi)光線透過率逐步降低，當(dāng)兩片偏光片平行時透過率降至最低，即為常白型液晶模塊加電壓狀態(tài)。

液晶盒顯示區(qū)域光線透過率與兩片偏光片之間夾角的關(guān)系，可以通過液晶光電測試綜合實驗儀器進(jìn)行測試。測試時采用相對透過率數(shù)值，即兩偏光片夾角為90°時的透過率數(shù)值設(shè)定為100%。經(jīng)過多組實驗，液晶盒平均透過率與偏振片夾角關(guān)系測試結(jié)果如表1及圖2所示。其中夾角為0°和90°兩種情況見圖3和圖4。

圖1 TN型透過率表圖2 TN型透過率測試結(jié)果圖

圖3 偏光片垂直圖4 偏光片平行

因為在摩擦工藝中采用的是直接對取向膜摩擦的方法，因此ITO玻璃內(nèi)表面對液晶分子的作用為強(qiáng)錨定作用。根據(jù)摩擦方向可判斷，液晶盒內(nèi)分子在盒內(nèi)全空間中呈90°扭曲排列，該種排列方式對偏振光能產(chǎn)生90°的旋光效應(yīng)，因此在偏光片正交時呈現(xiàn)透過狀態(tài)，在偏光片平行時呈現(xiàn)截至狀態(tài)。在偏光片進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)的過程中，液晶盒顯示區(qū)的透過率基本呈現(xiàn)線性變化。

4.工藝常見問題及處理方法

1）玻璃的二次污染

玻璃清洗干燥后，如處置不當(dāng)，很容易造成外界的二次污染。所以，干燥完畢的玻璃一定要放在干凈的培養(yǎng)皿中，并用干凈濾紙覆蓋，玻璃放置時間不宜過長，一定要在5分鐘內(nèi)使用。如果放置時間過長，一定要再次進(jìn)行清洗干燥。

2）取向劑配比問題

經(jīng)稀釋后，取向劑若濃度過高，會造成涂膜不均問題;若濃度過低，會造成取向膜過薄脫落問題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，選取N—甲基吡咯烷酮為稀釋材料時，取向劑和稀釋劑最佳配置比例為1：5左右。

3）摩擦不足和過度

摩擦過程中，摩擦力度過大，會導(dǎo)致摩擦溝痕過深，甚至?xí)茐娜∠蚰?摩擦力度過小，會導(dǎo)致摩擦溝痕過淺甚至沒有形成溝痕，從而無法形成強(qiáng)錨定作用。所以，要合理調(diào)整摩擦筒高度和轉(zhuǎn)速，經(jīng)過探索，設(shè)置高度為0.93mm，轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)速/分鐘。

4）封框膠曝光時間問題

在封框時，要對UV膠進(jìn)行曝光固化，曝光時間過短會導(dǎo)致UV膠沒有完全固化好，曝光時間過長會導(dǎo)致UV膠過分膨脹甚至堵住封口，所以要設(shè)置一盒合理的固化時間。經(jīng)過探索，曝光時間最佳為180秒。最高不能超過300秒，最低不能低于150秒。

5）灌注中出現(xiàn)氣泡

灌注液晶時容易在液晶盒內(nèi)形成氣泡，因此在灌注的時候一定要平穩(wěn)勻速灌注。如果灌注過程中液晶盒中間出現(xiàn)氣泡一定要反方向即時清理掉，如果液晶盒封口出現(xiàn)氣泡可以采用干凈的濾紙在封口處倒吸。

6）封口倒吸問題

液晶盒封口時容易在封口形成封口膠倒吸，即在灌注口和排氣口內(nèi)側(cè)會吸附少量封口膠。因此在封口過程中要控制封口膠用量，并在封口膠涂抹之后立刻進(jìn)入固化工藝。

5.總結(jié)

本文在實驗室條件下，完成了對常白型液晶模塊清洗、涂膜、摩擦、制盒、灌注的工藝，并對制作完成的液晶模塊進(jìn)行了透過率測試。通過對工藝條件的研究，得到了實驗室制作液晶模塊各個工藝的最佳工藝條件，同時也對工藝過程中容易出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了研究，針對實驗室條件提出了處理方法，這對實際液晶顯示模塊生產(chǎn)也有積極意義。

作者簡介：魏巍（1980-），男，河北石家莊人，碩士，講師，主要從事液晶顯示技術(shù)研究。