实验

实验一：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1-1所示：图1-1液晶显示器件的结构示意图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。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、制备未取向的空液晶盒至少一个；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、未取向液晶盒的制备：1、清洗基片；2、烘干；3、喷洒间隔子；4、封盒；Ⅱ、取向液晶盒的制备：1、清洗基片；2、烘干；3、旋涂PI膜；4、固化PI膜；5、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；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；特别说明：详细的制作流程参见《LCDZBX_TN型液晶盒的制作流程及注意事项》。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。实验二：基片表面处理对液晶分子取向及织构的影响实验目的：1、了解液晶技术行业中用于制备液晶盒的导电玻璃（ITO）表面的各种取向技术；2、掌握液晶显示器件中导电玻璃基片表面的取向技术，比较不同表面处理技术对液晶排列的影响；3、了解不同的取向技术对向列型液晶在液晶盒中排列的影响定性认识；实验器材：液晶器件制备测试系统、平行取向的空液晶盒、未取向的空液晶盒、向列型液晶盒实验原理：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。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法来实现取向。其中聚酰亚胺树脂具有突出的优点，不仅涂布方便，对液晶分子有良好的取向效果，而且还具有强度高、耐腐蚀、致密性好等优点，因此，目前在液晶显示器制造业中广泛用作取向材料。聚酰亚胺（简称PI）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，生成聚酰亚胺膜，是用浸泡、旋涂、或印刷的方法，将PI溶液涂覆在玻璃表面，经高温固化后制得。要得到性能优良的PI膜，固化反应必须进行完全。工业上广泛使用的聚酰亚胺(ＰＩ)在摩擦取向处理条件下诱导液晶分子的取向,但是在工业中用的聚酰亚胺稀释后在ITO表面旋涂一层薄薄的溶液后，需在250℃下烘烤2小时，然后在此表面摩擦处理。然后用粘贴长纤维布高速旋转的金属辊,让真空吸附在样品台上的基板触着布辊匀速平移通过,获得定向摩擦，如图2-1所示。液晶分子在一个很小区域内的液晶指向矢朝某一方向，另一小区域液晶指向矢朝着另一方向，形成所谓的畴。在偏光显微镜下，这些畴光轴方向的不同使偏振光干涉颜色不同，看起来就是花纹或图案。不同类型的液晶花纹或图案的特征是不一样的，这些花纹或图案称之为织构。向列型液晶的织构，向列型液晶在正交偏光镜下时的织构呈现许多丝状条纹，这些丝或伸或曲，或者像一团乱线。呈现丝状的原因在于向列相分子具有长程取向有序，局部地区的分子趋于沿同一方向排列。两个不同排列取向区的交界处，在偏光显现镜下显示为丝状条纹。图2-1定向摩擦处理示意图实验内容：分别取实验一制备的平行取向和未取向的空液晶盒，倾斜放置，用毛细管吸取10毫克左右的向列液晶滴在液晶盒一边的空隙上，在毛细作用下，液晶向玻璃盒中浸润。等在整个盒子中浸润完，封口，固化，将此灌注好的液晶盒小心拿到偏光显微镜下观察其形貌。向列液晶在无摩擦情况下的织构：由于上下玻璃片是没有经过取向处理，所以液晶分子的取向不是全部朝着一个方向而是在一个很小区域那的液晶指向矢朝某一方向，另一小区域液晶指向矢朝着另一个方向，形成所谓的畴。在偏光显微镜下，这些畴光轴方向的不同而使偏振光干涉颜色不同，看起来就是花纹或图案。呈现丝状的原因在于向列相液晶分子具有长程有序，局部地区的分子趋于沿同一方向排列。当两个不同取向区的交界处，在偏光显微镜下显示为丝状条纹。如图2-2。向列液晶在平行摩擦情况下的织构：当上下两片玻璃片取向处理，当取向很好时，不存在缺陷，丝状条纹消失可出现均匀的干涉色。如图2-3所示。实验步骤：1、灌晶：将液晶盒倾斜放置，用取样管取向列液晶少许，滴在盒口位置，使液晶分子慢慢浸润到整个盒内；2、封口，固化；3、偏光显微镜的调节：调节载物台的中心使之与光轴同轴，使起偏器与检偏器正交；4、观察：将灌有液晶的液晶盒轻放到载物台上，调节好光圈，观察所制作的液晶样品的织构；5、重复实验步骤，根据实验要求，观察不同情况下液晶的织构。特别说明：因实验条件的差异，以上图片仅作为参照。实验结果分析图2-2向列液晶在无摩擦的两玻璃片之间的偏光显微照片图2-3向列液晶在两摩擦方向平行的玻璃片间的偏光显微照片比较向列液晶在平行摩擦与无摩擦情况下，偏光显微图像的区别，并说明原因。实验注意事项：使用偏光显微镜时，灯泡光强不宜调得过大，应及时关闭灯泡电源，以延长灯泡的试样寿命。思考题：1、液晶在不同表面取向的作用下为什么会呈现不同的图形？为什么在液晶制造业中需要ITO表面需要取向？2、在本次实验中除了我们使用的摩擦机可作为摩擦工具外，还可以用哪些材料作来摩擦平行取向？