西安邮电大学
系部名称学生姓名专业名称班 级实习时间 专业课程设计报告书
2013年6月3日至2013年6月14日
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： ： ： ： ：液晶制作实验报告
【一】 实验目的
1. 掌握液晶盒的制作工艺。 2. 更进一步了解液晶的原理及结构。
3. 了解液晶盒制作中相关设备的使用，了解摩擦，清洗等工艺对液晶盒制作的影响。
【二】 实验原理
液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是电浆和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。 同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。
液晶的电光效应是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现象。一些有机化合物和高分子聚合物，在一定温度或浓度的溶液中，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，这就是液晶。液晶光电效应受温度条件控制的液晶称为热致液晶；溶致液晶则受控于浓度条件。显示用液晶一般是低分子热致液晶。根据液晶会变色的特点，人们利用它来指示温度、报警毒气等。例如，液晶能随着温度的变化，使颜色从红变绿、蓝。这样可以指示出某个实验中的温度。液晶遇上氯化氢、氢氰酸之类的有毒气体，也会变色。在化工厂，人们把液晶片挂在墙上，一旦有微量毒气逸出，液晶变色了，就提醒人们赶紧去检查、补漏。
液晶种类很多，通常按液晶分子的中心桥键和环的特征进行分类。目前已合成了1万多种液晶材料，其中常用的液晶显示材料有上千种，主要有联苯液晶、苯基环己烷液晶及酯类液晶等。液晶显示材料具有明显的优点：驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、生产过程自动化、成本低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器，便于携带等物理特性。当通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻
隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液
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晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。液晶是一种介于晶体状态和液态状态之间的中间物质。它兼有液体和晶体的某些特点，表现出一些独特的性质。 主要分类; 近晶相（smectic）
例如：对氧化偶氮苯甲醚：CH3OC6H4(NO)=NC6H4OCH3 向列相（nematic）
例如：油酸铵CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COONH4 胆甾相（cholesteric）
例如：苯甲酸胆甾酶酯：C6H5COOC27H45 近晶相：
近晶型结构是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类。这类液晶中，棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子的长轴方向的强有力的相互作用，互相平等排列成层状结构，分子的长轴垂直于层片平面。在层内，分子排列保持着大量二给固体有序性，但是这些层片又不是严格刚性的，分子可以在本层内活动，但不能来往于各层之间，结果这类柔性的二维分子薄片之间可以相互滑动，而垂直于层片方向的流动刚要困难。因些，近晶型液晶一般在各个方向都是非常粘滞的。 向列相：
向列相是最简单的液晶相，此类液晶的棒状分子之间只是互相平等排列。但它们的重心排列是无序的，在外力作用下发生流动，很容易沿流动方向取向，并且互相穿越。因此，此类型液晶具有相当大的流动性。向列相液晶又分为单轴向列相液晶和双轴向列相液晶。 胆甾相：
在这类液晶中，长形分子是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平等排列成层状，但是他们
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的长轴是在层片平面上的，层内分子与向列型相似，而相邻两层间，分子长轴的
取向，由于伸出层片平面外的光学活性基团的作用，依次规则地扭转一定角度，层层累加而形成螺旋面结构。
使用方法:
液晶在使用前要充分搅拌后才能灌注使用，添加固体手性剂的液晶，要加热到摄氏六十度，再快速冷却到室温并充分搅拌。而且在使用过程中不能静置时间过长。特别是低阀值电压液晶，由于低阈值电压液晶具有这些不同的特性，因此在使用这些液晶时应该注意以下方面：
液晶在使用前应充分搅拌，调配好的液晶应立即投入生产使用，尽量缩短静置存放时间，避免层析现象产生。
调配好的液晶要加盖遮光存入，并且尽量在一个班次（八小时）内使用完，用不完的液晶需要回收搅拌后重测电压再用。一般随着时间延长，驱动电压会增加。
液晶从原厂瓶取用后，原厂瓶要及时封盖遮光保存，减少敞开暴露在空气中的时间一般暴露在空气中的时间过长，会增大液晶的漏电流。
灌低阈值电压的液晶显示片空盒最好是从PI固烤到灌液晶工序间，流存生产时间在二十四小时之内的空盒，灌液作业时一般使用比较低的灌注速度。
低阈值电压液晶在封口时一定要加盖合适的遮光罩，并且在整个灌液晶期间除了封口胶固化期间外，要尽量远离紫外线源。否则会在靠近紫外线的地方出现错向和阀值电压增大的现象。
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【三】实验步骤简述
实验室流程图
具体操作工艺流程
实验中所用的玻璃基板使用大小尺寸为3×3cm，厚度约为1.1 mm，表面镀有导电层(ITO)，其液晶盒的厚度约是5-10μm，在两片玻璃中间的縫隙约为几个微米(μm)。
1 玻璃切割 以玻璃刀将ITO玻璃基板切割成为尺寸约3cm3cm数块，并整齐摆放在盘中。
注意事项： 1. 操作时要戴手套，绝对不能用手碰玻璃封口。 2. 要轻拿轻放。 2 玻璃清洗 。
流程： 测导电层→甲苯→丙酮→乙醇→去离子水→甩干→烘干
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在盘子中放上无尘纸，进行电导层测试，导电面向上，所有操作都是针对导电面进行的。 如下是超声波清洗玻璃基板的步骤。
步骤一：以氮气吹去表面灰尘与杂质。 步骤二：去离子水静泡3 分钟。
步骤三：丙酮震洗3 分钟→去离子水清洗→氮气吹。 步骤四：甲醇震洗3 分钟→去离子水清洗→氮气吹。 步骤五：去离子水震洗3 分钟→氮气吹。 步骤六：放入烤箱中以100°C 预烤30 分钟。 注意事项：
1. 有机溶剂必须放在阴凉的地方，不要靠近明火，因为它们的闪点都很低。 2. 有机溶剂易于挥发，有一定毒性，尽可能不要接触皮肤或吸入体内。 3. 若不慎着火，不能用水而应该用灭火器进行灭火。 4. 废弃丙酮须集中回收。
5. 为防止在玻璃上留下水纹，玻璃自溶液中取出时，应小心缓慢取出，若无法避免水纹，可在切割玻璃时，可将长边加长，生成水纹的部份可避免影响到液晶样品的制作。
3 配向膜涂布
等玻璃干了以后，用氮气和拭镜纸将玻璃处理干净，尤其是有ITO的那面。再放入自旋涂布机内，滴上约五至六滴PI于玻璃，调整转速，抽真空，启动机器，使PI均匀散布于玻璃上。
第一转：以1000rpm 转15 秒 第二转：以2500rpm 转25 秒
烘烤
将玻璃烤干，不同显示器的制程有不同的烘烤温度，将其余的残余杂质去掉，并且让配向膜能夠硬化，可以采用分步骤：软烤5分钟60℃，硬烤60分钟200℃。烤完后，可看到一层淡淡的色泽。
在滴配向液时是须要有技巧的，我们以滴管先滴一点在基板的中心与四周，再把四周多余的配向液吸走，让中心留有一点配向液，而四周只是先沾过而已，然后在分別以第一转、第二转不同的高低转速旋转，达到旋转涂布均匀的效果。经过我们多次的观察发现，若是配向膜比较均匀时，经过加热硬化后玻璃基板上的配向膜应该是呈现同一颜色，并且沒有任何的斑点，若是在一般的光学显微镜下观察也可看到配向膜分子均匀的散布在玻璃基板上。
注意事项：
1.取向剂要保存在低温下，一般在-20°，常温下易变质
2.配液应先从低温下拿出，放在常温下进行配置，要在真空下进行
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3.在真空下进行操作，不能有灰尘，湿度不能太大
4 定向磨擦
摩擦配向
可以采用长纤维绒布同向摩擦PI膜（不能反向），形成液晶取向膜。
用双面胶将玻璃粘贴在转台上，以500转/每分钟进行摩擦，上下两个面的摩擦方向要垂直。 注意事项：
摩擦深度要适度，预倾角
取向效果检验 在2片摩擦好的玻璃间滴入液晶后，贴合后玻璃中间有液晶的地方为黑色 摩擦方向和摩擦轮的转到方向要一致。 5 间隙子(spacer)配置
干式散布spacer 是将spacer 放入一小空箱中，然后以氮气或者其他惰性气体混合spacer喷出于空箱中，让spacer 在空箱中飘浮，等spacer 慢慢掉落在玻璃基板上。
注意要轻拿轻放！灌注的一边不要放间隙子，便于灌注液晶。 6 封装
间隙子(spacer)配置后，接着就要组装压合玻璃基板，在组装时要考虑两片玻璃基板磨擦的方向，两片基板组装起来磨擦方向有几种不一样，如同方向（0°）垂直（90°、270°）和平行方向（180°），组装不同方也有不同的区分，如90°是TN 型，180°到270°是STN 型。
用框口胶将液晶盒2边进行封口，在100°温度下固化30分钟。 7 灌注液晶：
先抽真空，同时适当对液晶槽进行加温，以便液晶的注入，同时要把注入孔与吸满液晶的海绵对齐，再注入惰性气体进行加压。
灌注前清理封口
空盒插槽→置入真空室→抽真空→灌液晶→充气→滞留→处理封口多余液晶 8 封口
点封口胶→紫外光照射（通常小于15秒）→刮胶→清洗。 9 元件光电检测
封口测试：灌注完LC 后，用UV 胶把缺口封起来，等UV 胶固化后即完成制作液晶盒。检查液晶分布厚度是否均匀：我们利用偏光片原理，垂直光穿透，水平光隔离，所以把偏光片放在液晶盒二侧旋转。
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【四】设计中遇到的问题及解决方法
1. 在第一个步骤，切割玻璃时由于实验室的切割刀比较少。导致我们最后一组切割玻璃，
在切割玻璃时，总是容易把玻璃切碎得不到想要的玻璃。最后我们向别人学习了经验，在我和搭档的共同努力下，终于切好了玻璃。
2. 第二个步骤清洗玻璃比较简单，所以没有出现很大的问题。
3. 在配向膜涂布时，刚开始由于没有经验，所以涂出来的就不太均匀。后来在多次的尝试
和跟同学的交流讨论下，再给我们的玻璃涂布时，还涂的比较均匀。 4. 之后的步骤老师讲得比较清楚，我们也做得比较顺利没有遇到什么问题。
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西安邮电大学光电子技术系专业课程设计过程考核成绩表
学生姓名 承担任务实验室（单位） 实施时间 指导教师姓名 学习态度（10分） 班级/学号 所在部门 2013年6月3日 — 2013年6月14日 职务或职称 □ 认真 □ 一般 □ 不认真 学习纪律（10分） □ 全勤 □ 偶尔缺勤□ 经常缺勤 实践能力（20分） □ 强 □ 一般 □ 较差 指导教师评价 结构设计（15分） □ 好 □ 中 □ 差 程序设计（15分） □ 好 □ 中 □ 差 报告质量（30分） □ 高 □ 中 □ 低 总分（百分制） 该生专业课程设计总体评定为： □优秀 □良好 □中等 □及格 □不及格 总体评价 指导教师： 年 月 日
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