液晶 cell 製程與原理 台大物研所吳冠儒

1. 液晶cell製程與原理台大物研所吳冠儒

2. 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。

3. 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

4. 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

5. 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

6. 因為液晶有旋光性的特質，且有隨著電場排列的性質，所以我們可以設計出類似LCD原理的cell，若下方為光源，上左圖沒加電場，為亮狀態，上右圖為加電場，液晶隨電場排列，所以光無法通過兩垂直偏振片，為暗狀態，所以透過外加電場可以控制亮暗狀態，若可以將此cell做得很小，又將三個很小的cell各加上紅綠藍三色，則三個小cell可以作為LCD的一個畫數，此一方法為工業上TN﹝ twist numatic ﹞的製程方法，不過此種製程已被淘汰，僅中華映管還在使用STN﹝ super twist numatic ﹞的技術。

7. 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。

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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 _

17. 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

18. 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。