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液晶 cell 製程與原理 台大物研所吳冠儒. 基本原理: 液晶態為介於液態以及固態的第四態,所以液晶不僅僅有液態可隨意流動的特性,還有晶體的特性,它的排列會有類似晶格的形式,如果有適當的邊界條件,它也是可以排列的相當的整齊。. 液晶如何在 cell 裡排列?. 圖一. 1. 液晶的邊界條件,是由配向膜所給定的,配向膜是高分子的聚合物,而要有配向的功能則是要在上面留下奈米 (nm) 等級的溝槽 ﹝ 液晶也為奈米等級 ﹞ ,使得液晶可以陷在裡面,如右圖一。 2. 若上下都有配向膜控制液晶的方向,則中間的液晶因為有晶體的特性,所以被迫要順著上下的邊界條件而排列,如右圖二。.

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Presentation Transcript
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基本原理:液晶態為介於液態以及固態的第四態,所以液晶不僅僅有液態可隨意流動的特性,還有晶體的特性,它的排列會有類似晶格的形式,如果有適當的邊界條件,它也是可以排列的相當的整齊。基本原理:液晶態為介於液態以及固態的第四態,所以液晶不僅僅有液態可隨意流動的特性,還有晶體的特性,它的排列會有類似晶格的形式,如果有適當的邊界條件,它也是可以排列的相當的整齊。

slide3
液晶如何在cell裡排列?

圖一

1.液晶的邊界條件,是由配向膜所給定的,配向膜是高分子的聚合物,而要有配向的功能則是要在上面留下奈米(nm) 等級的溝槽﹝液晶也為奈米等級﹞,使得液晶可以陷在裡面,如右圖一。

2.若上下都有配向膜控制液晶的方向,則中間的液晶因為有晶體的特性,所以被迫要順著上下的邊界條件而排列,如右圖二。

圖二

玻璃

配向膜 配向方向為

液晶

配向膜 配向方向為

玻璃

slide4
1.此次所要做的cell之配向膜為垂直的配向,如右圖所示,因為邊界條件為垂直,所以中間的液晶會慢慢的旋轉。1.此次所要做的cell之配向膜為垂直的配向,如右圖所示,因為邊界條件為垂直,所以中間的液晶會慢慢的旋轉。

2.液晶的另一個重要性質,旋光性,若兩片偏振片垂直放置,光由一端射入,理論上另一端應該沒有辦法有光透過﹝因為光為橫波﹞,但是因為液晶有旋光性,所以光會像右圖一樣,伴隨著液晶旋轉而轉動90度,因此光可以透過兩片垂直的偏振片。

偏振片

為配向膜刻痕之方向

slide5

液晶有隨電場轉動的特性,如右上圖,會隨著電場方向轉動的為正型液晶,而垂直電場方向排列的為負型液晶,如右下圖,在工業上常用的液晶多為正型液晶,此次所用的液晶亦為正型液晶。液晶有隨電場轉動的特性,如右上圖,會隨著電場方向轉動的為正型液晶,而垂直電場方向排列的為負型液晶,如右下圖,在工業上常用的液晶多為正型液晶,此次所用的液晶亦為正型液晶。

E

++

+

++

positive

- -

-

- -

E

+

+

+

+

-

-

-

-

negative

slide7
製程步驟

1.裁割ITO玻璃,使之成為2x2 cm2.

註:ITO玻璃為玻璃上一面﹝只有一面﹞鍍上一層銦錫氧化物﹝Indium Tin Oxide﹞透明導電物質,使用 ITO的原因為要製造電場,可以用三用電錶來確定哪一面有ITO。

2.用丙酮洗玻璃,直到肉眼看不到髒點。

註:洗淨玻璃是為了不要在cell製作好後有壞點出現。

slide8
3.在玻璃ITO上自旋塗佈﹝spin coating﹞配向膜。

註:在自旋塗佈之前,一定要確保玻璃上佈滿配向膜,此一步驟是為了要使塗佈後,整片玻璃的厚度相差不大。

4.將塗完配向膜的玻璃拿去軟烤﹝低溫﹞及硬考﹝高溫﹞。

註:要軟烤的原因是要烤掉水氣,硬考是要使其高分子鏈結,每一種配向膜的溫度都不相同。

做完上4步驟,側面圖如下

配向膜

ITO

玻璃

slide9
5. 摩擦配向膜,使其留下溝槽,但是要記錄. 摩擦的方向,用簽字筆劃在玻璃背面。

註:通常是用絨布滾輪機台摩擦配向膜,但是如果沒有機台,可以固定玻璃,直接用絨布在上面摩擦,但是注意要同一個方向摩擦,不可來回摩擦。

Rub方向

配向膜

ITO

玻璃

簽字筆紀錄方向

slide10
6.將兩片有配向膜的面朝內放置,最重要的是要將兩片玻璃配向膜rub的方向垂直放置,但注意左右要留縫隙,上下對齊,如下圖所示6.將兩片有配向膜的面朝內放置,最重要的是要將兩片玻璃配向膜rub的方向垂直放置,但注意左右要留縫隙,上下對齊,如下圖所示

註:兩玻璃之間仍會有空隙,大約是幾個μm

玻璃

ITO

Rub方向

配向膜

x

配向膜

Rub方向

ITO

玻璃

slide11
7.將左右塗上AB膠,注意兩片玻璃要稍加施力壓合,使AB膠直接因為毛細現象而吸入,但是注意因為壓合的過程中玻璃也許會滑動,不要讓AB膠滲入太深。7.將左右塗上AB膠,注意兩片玻璃要稍加施力壓合,使AB膠直接因為毛細現象而吸入,但是注意因為壓合的過程中玻璃也許會滑動,不要讓AB膠滲入太深。

AB膠

玻璃

ITO

配向膜

配向膜

ITO

玻璃

slide12
8.帶AB膠乾了以後,使用針頭由上方滴入液晶,也是利用毛細現象使得液晶注入,但是注意不要上下兩方都滴液晶,因為會使得裡面有空氣,而使得液晶無法進入,所以也要小心在滴的過程中,不要讓液晶從左右流到下方而使液晶無法完全注入。8.帶AB膠乾了以後,使用針頭由上方滴入液晶,也是利用毛細現象使得液晶注入,但是注意不要上下兩方都滴液晶,因為會使得裡面有空氣,而使得液晶無法進入,所以也要小心在滴的過程中,不要讓液晶從左右流到下方而使液晶無法完全注入。

AB膠

玻璃

ITO

配向膜

配向膜

ITO

滴入液晶

玻璃

slide13
9.液晶在經過毛細現象在注入的過程中就會排列整齊,cell中佈滿了液晶之後,將多餘的液晶擦掉,再將上下兩端同樣的用AB膠封好,檢視一下是否整個cell都已經封好了。9.液晶在經過毛細現象在注入的過程中就會排列整齊,cell中佈滿了液晶之後,將多餘的液晶擦掉,再將上下兩端同樣的用AB膠封好,檢視一下是否整個cell都已經封好了。

AB膠

玻璃

ITO

配向膜

配向膜

AB膠

ITO

玻璃

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10.待AB膠乾了之後,將左右預留部份的配向膜以及AB膠刮除﹝為了要導電﹞,貼上銅膠帶,之後在焊上﹝或貼上﹞電線,如下圖所示。製程完成10.待AB膠乾了之後,將左右預留部份的配向膜以及AB膠刮除﹝為了要導電﹞,貼上銅膠帶,之後在焊上﹝或貼上﹞電線,如下圖所示。製程完成

註:此步驟是為了要加電場用的,左右都要做喔。

貼上銅膠帶

焊上電線

刮掉配向膜以及AB膠露出ITO膜

slide15

玻璃

  • 完整的構造圖

約0.5mm

ITO

未加電壓

Rob方向

配向膜

約幾個μm

配向膜

Rob方向

x

ITO

約0.5mm

玻璃

液晶總共轉了90度

slide16
完整的構造圖

+

玻璃

外加電壓

ITO

Rob方向

配向膜

E

配向膜

Rob方向

x

液晶皆同方向

ITO

玻璃

_

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實驗開始

將左右電線接上訊號產生器,注意要使用交流電,因為如果用直流電的話會累積電荷,將cell前後放上偏振片,兩偏振片要垂直,在一方放上光源,在另一方觀察,則未加電壓為亮狀態,有加電壓則是暗狀態。如下圖

未加電壓

有加電壓

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使用液晶螢幕當做背光源,也許是一個更好的選擇,因為液晶螢幕它的構造其實類似我們所做的cell,所以LCD發出的光就是偏振光,因此LCD所發出之光當做背光源做實驗,那我們只要將cell放在LCD與一個偏振片之間,一樣可以做上述的實驗。使用液晶螢幕當做背光源,也許是一個更好的選擇,因為液晶螢幕它的構造其實類似我們所做的cell,所以LCD發出的光就是偏振光,因此LCD所發出之光當做背光源做實驗,那我們只要將cell放在LCD與一個偏振片之間,一樣可以做上述的實驗。

註:當然在做有無加電壓的實驗之前,要先使得LCD的偏振光無法通過偏振片。