液晶显示技术试验讲义.docx

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液晶显示技术试验讲义

附件一

彰化師大光電所

光電實驗技術

液晶顯示技術實驗講義

（初稿）

VersionⅠ

實驗項目：

1.基版、液晶空盒之製作及聚光干涉圖樣之觀察。

2.TN面板之製作及量測。

3.PSCT面板之製作及量測。

4.SSCT面板之製作及量測。

5.圖形顯示及4X4顯示面板之製作。

實驗一基板、液晶空盒之製作及聚光干涉圖樣之觀察

一、目的：

（1）學習基板處理及製作水平、垂直配向液晶樣品。

（2）觀察各樣品於聚光干涉儀下之圖樣，藉以瞭解配向原理與效果

二、使用儀器設備及材料：

儀器設備：

超音波清洗機、紫外光源、烘箱、旋轉塗佈機、聚光干涉儀、摩擦配向機。

使用材料：

ITO玻璃、玻璃清潔藥品、PVA（水平配向用）、DMOAP（垂直配向用）、spacer（間隔物）、向列相液晶（nematicLC,NLC）（E7）、紫外硬化膠。

三、實驗步驟：

（一）玻璃的清洗：

（1）以玻璃切割機製作ITO玻璃基板為尺寸約2cm3cm數塊，並整齊擺置於　鐵槽上。

（2）將此鐵槽（先清洗乾淨）置於裝有RO水稀釋化學清潔液（1:

20）之容器中，於超音波清洗機（內裝定量RO水）內振盪清洗~20分鐘後倒掉此清潔液，並以RO水沖刷掉附著之泡沫。

（3）換裝以RO水，重複步驟

（2）三次。

（4）換裝以丙酮，重複步驟

（2）一次，振盪完時立即將裝有已清洗過玻璃群之鐵槽置於烘箱內（~70oC）約數分鐘後直至丙酮立即完全揮發，此時玻璃清洗完成。

（二）水平配向（homogeneousalignment）膜製作：

（1）準備PVA（PolyvinylAlcohol；顆粒狀）及RO水混於容器中，製作PVA溶液（~0.05wt%）；其中加熱皿至100oC並放入攪拌石，使PVA顆粒溶解於水中後，冷卻備用。

（2）使用旋轉塗佈機塗佈PVA溶液於已清洗乾淨之玻璃基片。

（3）將玻璃基片置入烘箱內（~120oC）約20分鐘，烤乾後移出。

（4）最後，以摩擦配向機（RubbingMachine）摩擦玻璃基片（ITO面），完成水平配向膜之塗佈；滾筒轉速依最初調至較佳經驗值後固定不動。

（三）垂直配向（homeotropicalignment）膜製作：

（1）準備DMOAP（液態）及RO水混於容器中，製作DMOAP溶液（~1.5wt%）。

（2）將已清洗乾淨之玻璃基片置於此DMOAP溶液容器中，且以超音波振盪器振盪~20分鐘。

（3）待將玻璃基片緩慢從DMOAP溶液中取出後，改以RO水振盪~5分鐘。

（4）取出後置入烘箱內（~100oC）烤1hr後取出即完成垂直配向膜之coating。

（四）水平、垂直配向液晶樣品之製作：

（1）於鍍好水平配向膜ITO玻璃基板上兩側整齊放置兩片長spacer（75μm），蓋上另一玻璃基片（ITO面朝內），以固定夾一起夾住兩基板上下側，於兩基片兩側空隙塗上UV膠，並立即置於UV光源下，待數分鐘UV膠硬化後拿掉固定夾，完成空cell製作。

（2）將空cell置於鐵槽上，以滴管適量吸取液晶滴於空cell上空隙中間位置，直至液晶因毛細現象及重力影響均勻分佈於整個cell。

（3）將此已灌入液晶之cell上下緣以塗上UV膠，並立即置於UV光源下，待數分鐘UV膠硬化後即完成水平配向液晶樣品之製作。

（4）使用鍍好垂直配向膜ITO玻璃基板，重複以上步驟完成垂直液晶排列樣品之製作。

（五）水平、垂直配向液晶樣品於聚光干涉儀下圖樣觀察：

（1）架設聚光干涉儀，光路如下圖1所示。

（2）分別將水平、垂直配向液晶樣品置於聚光干涉儀下觀察並以數位相機記錄所觀察到兩種配向下之圖樣。

四、課後討論：

實驗二TN面板之製作及量測

一、目的：

學習水平配向及TN液晶樣品於電壓控制下穿透度與響應時間之量測，藉以瞭解液晶轉向之物理與光電特性變化。

二、使用儀器設備及材料：

儀器設備：

自動電壓量測系統（數位電表、示波器、任意函數產生器、GPIB介面卡、PC、光偵測器）、偏振片、氦氖雷射、光衰減片（NDF）、反射鏡、光圈、偏光顯微鏡、配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、微量天平、旋轉塗佈機。

使用材料：

同實驗一。

三、實驗步驟：

（一）TN液晶面板的製作：

（1）首先將ITO玻璃清洗乾淨，接下來使用PVA完成水平配向膜製

作（相關程序同實驗一）。

（2）Rubbing完成後，製作液晶盒時上、下兩片基板（導電面鍍有PVA膜的一面）Rubbing的方向須正交垂直。

　　（3）分別使用5μm及15μm的spacer，並將E7灌至液晶盒子內，封好後即完成TN的製作。

（二）架設穿透度-電壓量測系統（如圖2），並學習使用量測軟體。

（三）利用LC3D軟體模擬量測結果。

四、課後討論：

圖2自動電壓量測系統方塊圖

實驗三PSCT面板之製作及量測

一、目的：

1.學習normal-mode聚合物穩定膽固醇相液晶結構（polymer-stabilizedcholesterictexture,PSCT）樣品之製作。

2.學習PSCT樣品於電壓控制下穿透度與響應時間之量測，藉以瞭解液晶於聚合物枝條網絡結構中轉向之原理與光電特性。

二、使用儀器設備及材料：

儀器設備:

電壓量測系統（數位電表、示波器、任意函數產生器、GPIB介面控制卡、PC、光偵測器、電壓放大器）、偏振片、氦氖紅光雷射、光衰減片（NDF）、反射鏡、光圈、UV光源、偏光顯微鏡、配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、藥品振盪器、微量天平、旋轉塗佈機。

使用材料:

液晶E7、前聚合物（單體,RM257）、CB15、光起始劑（BME）。

三、實驗步驟：

（一）PSCT樣品之製作：

（1）液晶混合材料的配製：

如下表所示利用微量電子秤，精密量取不同比例之E7、RM257、CB15與BME，倒入小樣品瓶中，以錫箔紙密封（以防材料吸光變質），並固定於迴旋振盪器上振盪約一日，使均勻混合溶解。

91.5wt%E7

97.3wt%

PSCT混合溶液8.5wt%CB15

2.7wt%91wt%RM257

9wt%BME

（2）利用實驗一的方法製作無表面處理之15μm空cell並灌入PSCT混合溶液，製成PSCT面板。

（3）將PSCT面板置於UV光燈下約100公分處且同時加一適當電壓（~50V，1KHz之方波），經照射60分鐘直至液晶與聚合物相分離後硬化形成normal-modePSCT樣品。

（二）PSCT樣品之特性量測：

PSCT樣品之光電特性量測方法與實驗二之方法相同，但須於函數產生器後多加上一個電壓放大器，且不再需要偏振鏡與檢偏鏡;其量測步驟請參考實驗二。

四、課後討論：

實驗四SSCT面板之製作及量測

一、目的：

（1）學習surface-stabilizedcholesterictexture,SSCT樣品之製作。

（2）學習兩種模式之SSCT樣品於電壓控制下穿透度與響應時間之量測，藉以瞭解液晶於聚合物轉向之原理與光電特性。

二、使用儀器設備及材料：

儀器設備:

電壓量測系統（數位電表、示波器、任意函數產生器、GPIB介面控制卡、PC、光偵測器、電壓放大器）、偏振片、氦氖雷射、光衰減片（NDF）、反射鏡、光圈、UV光源、偏光顯微鏡、配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、藥品振盪器、微量天平、旋轉塗佈機。

使用材料:

液晶E7、chiraldopant（CB15）。

三、實驗步驟：

（一）SSCT樣品之製作：

（1）液晶混合材料的配製：

利用微量電子秤，精密量取比例為63%:

37%之E7與CB15，倒入小樣品瓶中備用。

（2）SSCT面板的製作:

製作SSCT樣品，需事先作垂直配向處理。

並依照實驗一之步驟可得到SSCT之面板。

（二）SSCT樣品之特性量測

（1）光電特性量測（T-Vcurve及responsetime）：

SSCT樣品之光電特性量測方法與實驗三之方法相同，其量測步驟請參考實驗三；唯外加之電壓為脈衝方波。

（2）光譜特性量測：

1.架設光譜儀如圖（3）；注意光源、樣本架、光譜儀、偏光鏡須至於同一水平直線上。

2.使用軟體OOIBase32以及CCD光譜儀來量測光穿透量。

3.之後數據以軟體KGRAPH作圖，畫出穿透率或反射率的圖形。

四、課後討論：

圖（3）光譜特性量測系統

實驗五圖形顯示及4X4顯示面板之製作

一、目的：

（1）藉由SSCT與PSCT之特性，來製作簡單的液晶顯示器。

（2）學習如何蝕刻ITO表面，以取得所需之面板圖樣。

（3）學習液晶面板之操作原理。

二、使用儀器設備及材料：

儀器設備:

配向機、烤箱、ITO玻璃清潔設備、玻璃切割機、微量天平、旋轉塗佈機、王水、酒精、麥克筆、UV光源。

使用材料:

液晶E7、前聚合物（單體,RM257）、chiraldopant（CB15）、光起始劑（BME）。

三、實驗步驟：

（一）ITO之蝕刻程序：

（1）圖形顯示之蝕刻步驟：

1.將ITO玻璃切割成所需之大小，例如:

2cmx3cm。

2.以麥克筆在其中一塊ITO的導電面畫上自選圖案，圖案必須相互連結在一起，否則無法完全導電。

3.將畫好圖案之ITO玻璃放入王水之中，靜待約2分半~3分鐘即可取出，將取出之玻璃清洗乾淨，以酒精將表面留下的麥克筆痕跡擦拭乾淨，再用電表量測確定已經完成蝕刻動作。

4.觀看玻璃表面可發現的圖案。

（2）4X4顯示面板之蝕刻步驟：

1.切割約大小4cmx5cm之玻璃大小，在兩塊玻璃的導電面以麥克筆畫上等寬的5cm長條4條。

2.將ITO放入王水中，與

（1）之蝕刻相同的步驟，即可。

（二）圖形顯示及4X4顯示面板之製作：

（1）依據實驗一之步驟將玻璃清洗，4X4顯示面板在玻璃互相重疊的時後，需讓未被蝕刻的線條相互交叉。

（2）因為使用SSCT與PSCT故面板部分不需再做配向的處理，但須依據SSCT　與PSCT之製作過程來處理面板。

四、課後討論及成果展示