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LCD材料介绍

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-28 09:37
tags:

-

2021年2月28日发(作者:等一下英语)


通华液晶有限公司样本开发部



材料培训教材< /p>




















































1



材料性能介绍


导电玻璃




1.


导电玻璃


导电玻璃,是在普通玻璃的一个表面镀有透明导电膜的玻璃。



最常用的导电玻璃是氧化铟锡玻璃,通常简称为


ITO


玻璃。





根据用 途,衬底玻璃的不同,


ITO


玻璃可分为两种结构,如图所示:



ITO




玻璃衬底



ITO




SiO


2



玻璃衬底






玻璃材料为钠钙玻璃,


这种玻璃衬底 与


ITO


层之间要求有一层二氧化硅



SiO2



阻挡层,

< br>其作用是阻挡玻璃中的钠离子的渗透,


以防止对器件性能产生影响。




璃衬底用无钠硼硅玻璃,


ITO


层结构就可以不必存在


SiO


2


层。



2.


导电玻璃参数



2.1.


透光率





在可见光范围内的透光率在


80%


以上。


ITO


玻璃的透光率影响因素


:





玻璃材料、


ITO


厚度、折射率



2.2.


面电阻





ITO


膜 导电性能采用的指标是方块电阻,用


R



表示。


R



ITO


的体电阻率及


ITO


膜厚有 关。




如下图是电流平行经过


ITO


膜层的情形。图中,


d


为膜厚;


I


为电流;


L


1


为膜层


在电流方向上的长度;


L


2


为膜层在垂直电流方向的长度。




L


1



L


2




I




d






1






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2


当电流流过上图所示的方形导电膜层时,该层的电阻为:





L


1



式中,


p


为导电膜的体电阻率。对于给定的膜厚层,

< br>p



d


可以认为是不变的定


R=


ρ


dL


2



xxx


值,当


L


1


=L


2


时 ,即为正方形的膜层,无论方块大小如何,其电阻均为定值


p/d



这就是方块电阻的定义,即




R




=


ρ



d




式中,


R



单位为:


(


Ω


/



)




方块电阻通常用四探针测试仪来测定。




2.3.


平整度




平整度是指玻璃表面在一定范围内的起伏程度。



平整度可用


h/L


表示


,


为在长度


L


的范围内

< br>,


表面最高点与最低点的差值为


h.

如图所示:



玻璃表面




h


ITO


玻璃基板平整度直接影响着液晶显示器的质量,



< p>
STN


液晶显示器的


影响更大。

< br>




LCD


的底色


L


LCD


的电压



一般


TN LCD


用玻璃要求平整度小 于


0.5um/20mm



STN L CD


用玻璃要求平整度小于


0.05um/20mm

< p>


2.4


机械性能、化学抗蚀与抗热性能






导电玻璃整体要有足够的机械强度,易于生产。


ITO


膜能抗强碱



,易被酸腐蚀。




温度升高,面电阻增大。




LCD


相关的不良品:








对比度不均(


uneven contrast




底色( 彩虹)


(homogeneity/rainbow)


化字


(blooming)


崩、裂


( chip glass)


公司现有的导电薄膜种类:






2






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3


ITO


玻璃


PET


导电膜


液晶材料




1.


液晶的基本概念




液晶



为一种新的物理相态。



1888


年由奥地利科学家

< br>Friedrich Reinitzer


发现的。




加热到晶体熔化时,



变化成了乳白色混浊液体,



继续加热 乳白色液体则变


成完全透明的液体,


降温过程中此现象也同样出 现。


用偏光显微镜观察乳白色液


体与一般的液体不同,


呈现光学各向异性,


即物体内分子有一定程度的有序排列,


这与传统的固体,液体概念不同,被定义为液晶。



1.2.3.


液晶的技术参数





相变温度




T


sn/


T


ni




体积电阻率



ρ


(


Ω


.CM)


粘度


(CP.S)


双折射率差



Δ


N





域值电压


Vth


手性剂


C (dopant)



陡度(


STEEPNESS



Vst/Vth


介电系数





Δε




弹性系数


K11


铺展系数


/ K22


扭曲系数


/K33


弯曲系数


螺距


P PITCH HTP


值:液晶垂直扭曲力

< p>
温度依赖性、视角依赖性





HTP



P ITCH



DOPANT


的关系:


HTP*P*C=1




液晶的Δ


N



Vth


具有加和性吗?



:


有,与配比基本呈线形关系


!


1 .2.4


特性的用途:








相变温度


T


:要保证在要求的温度范围内整个体系都是向列相,不能


有晶析现象出现,也不能有其它 相态出现,如近晶相等;





介电系数Δε:调节Δε的大小,以满足用户对阈值电压的要求;





光学各向异性Δ

< br>n


:调节Δ


n


的大小以满足用户 不同盒厚的要求;





螺距


P


:确定盒厚与手性剂添加量的重要参数




1.2.5


液晶使用注意事项







3






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4


⑴紫外光的影响




破坏


C-C


键,



使高分子


C


链断裂,



影响上述的各项性能;


⑵温度的影响




液晶对温度的敏感



小于对紫外光的敏感,



在使用过程中 要尽量减少液晶受


热时间,要避免加热到更高的温度,如不要高过清亮点


35


度。


⑶环境的影响





少量导电物质足够使电阻率下降, 因液晶电阻率是在


10


11


——


10


12


Ω


/cm< /p>


2




⑷容器的影响



普通玻璃瓶材料是钠玻璃,



玻璃容器存放液晶电阻率会下降。



最好用硬质玻璃,



一种高硅硼的玻璃 。


液晶保存最好的条件









密封、避光、干燥、室温。



与液晶的有关


LCD


不良品:



电压漂移



消耗电流大



反应速度慢



视角不宽



底色



液晶分布不良


1.3.


偏光片



1.3.1


特点简介




允许一个方向振动的光通过





其它方向的光全部或部分被吸收


?



在垂直光传播路径上振动的光,称为线偏振光。




?



其振动的方向即为偏振方向,



就是我们知道的



偏光轴


1.3.2.


结构







保护膜



TAC


片基



PV


A


偏光膜



TAC


片基



压敏胶层



隔离膜




Transmitive





隔离膜



压敏胶层



TAC


片基



PV


A


偏光膜





4






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TAC


片基



反光膜



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Translflective/ Reflective






FSTN polarizer



1.3.2.


偏光片的两大派系:





碘系


(Iodine type)




高透光率



高偏光效率


染料系


(Dye type)




高可靠性


可以列出公司使用偏光片的名称




偏光片的四种类型:






全透型



半反射型



全反射型



位相差补偿型


还有吗?





:



,


例如


:3M



HR


片(激光全息片)

< p>
1.3.3


偏光片的主要技术指标



颜色





普通偏光片为灰色,细分为中灰和蓝灰两种,




现在有红色、洋红色、蓝色、黄色、紫色、蓝紫色等



偏光片。


偏光度





偏光片的偏光度也称为偏光片的偏光效率,其定义为




T



-I< /p>




P=(












)


1/2



T



+I


⊥< /p>



式中


T




I



分别是自然 光经偏光片后,振动方向沿偏光片偏光轴和垂直偏




5






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光轴方向的透射光光强。



透光率





透光率一般分单体透光率、平行透光率和直交透光率。


色相




色相指偏光片颜色所对应的色坐标值(


L*a*b

< p>
表色系统)



有效厚度





有效厚度指偏光板的总厚度,包括 基片厚度、胶厚度和保护膜厚度。


特殊性能偏光片,如防闪烁


( anti-glare)


、防紫外光


(anti-UV)


、高耐久偏


光片等还有其特殊的性能指标。




与偏光片有关的


LCD


性能:



底色、对比度



透光率


/


放射率、可靠性




思考与练习


:


综合三种材料性能,



影响


LCD< /p>


哪些性能?



2.


感光胶(光刻胶)




光刻胶又称感光胶,一般由感光剂


(


光致抗蚀剂


)


、增感剂和溶剂组成。感光


剂是一种特别敏 感的高分子化合物,


当它受到适当波长光照射时,


能吸收一定的


波长的光能量,


使之发生交联、


聚合或 分解等光化学反应,


使光刻胶改变其性能。



2.1.


光化学与感光材料




(1)


光对感旋旋光性物质的作用< /p>


当光作用于感旋旋光性材料时,反应的分子吸收了光能量而引起的化学反应


有氧化,还原分解、加成、聚合、二聚化等。但是,光的能量是视其波长而有所


不同,


所以光的照射并不一定都能使分子产生这些反应。


其理由 是,


波长短的紫


外光的光能量大于波长长的可见光线,


由此可见,


要使其产生化学反应,


短波长


的光是有利的。


光致抗蚀剂所用的感光材料,


除了特殊的例子之外,


只对紫外光


产生化学感光作用。


因此,


晒版用的光源以采用可射出足量紫外光的炭精灯、



银灯、荧光灯、氙气灯等为宜。


(2)


光和分子




研究由于感光 而产生的感光材料的变化作用,就必须弄清楚当原子和分子遇




6






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光时,


因吸收其能量所引起的状态 变化。


分子具有三种能量,


即转动能、


振动能、


电子能。


分子一旦吸收了光的能量,

< br>振动能转动能虽然增大,


但以电子激发能量


的增大为最大 。


这是因为电子是从基态的低能级的轨道跃迁至高能级的轨道,



以电子所获得的能量足以使原子或分子的键断裂,


从而可以理 解因吸收了光子而


产生分角反应原情形。


由于电子跃迁,


使得分子的能量状态从基态转变为激发状


态,


进而又转变为基态。


原子与分子都因吸收了光而产生电子跃迁的,


但这里仅


就分子的情形来考虑。


现在假设成为感光剂的化合物 分子,


吸收了从紫外光到要


见光范围里的某一波长范围的光,< /p>


便引起电子跃迁而受到激发。


这时,


由于 分子


孙结构


(


电子对配位结合


)


的不同而对不同波长光的吸收是有选择性的。


因此,



据测定紫外光和可见光的吸收不谱,

< br>便可以估量该化合物的分子结构,


以及借助


光吸收而产生 的分子结构的变化。


(3)


光解作用




化合物分子吸收了光能量分解时,分解生成物有时是稳定的化 合物,有时是


不稳定的化合物,还有时是离子或游离基的情形。在利用化合物感光剂的场 合,


光解作用是非常重要的。


这是因为由光解作用而产生的游离 基,


能继续引起交联


反应和聚合反应,


从而使分子变成巨大的或形成网状结构,


呈现了供作感光材料


所 需的特性。


(4)


光光联




由于光能导致分子分解,或者键的一部分发生开键时,生成的 游离基等活化


分子互相键合,


或者将其它的分子变成游离基后,


使之产生键合反应的例子不少。


如果其键合为高分子的架桥情形 ,称之为光交联反应。在感旋旋光性树脂方面,


借助光的作用制作制蚀图像时,


虽然利用光解反应和光聚反应,


但光交联反应物


别有效。


其理由是,


因交联而导致高分子链变成网状结构,


它对溶有剂的溶解度


变化是明显的,例如,即使光能量不足和交联率 不高,依然可获得优质的图像。



(5)


光聚作用


早就知道光活化单体遇光便聚合,虽已研究利用光聚作用作为形成图像的手


段,


全因得不到好的像质,


所以在使用方面没有成功。

< br>最近用单体和预聚合物


(



某种 聚合程度的聚合物


)


进行光聚,虽然成功地制成了光致抗蚀剂和 感光凸像的


有实用价值的图像,但这些都不是纯粹的光聚作用,而是同时使其进行光交联 ,




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8


希望以此来改善图像质量。


(6)


光敏作用




使感旋旋光性物质由于光能量的作用而发生的变化,比该物质分子原先的情


况具有更为敏感的作用,称为光敏作用。它分为化学光敏作用和光学光敏作用。


化学光敏作用是指在感旋旋光性物质原有的感光波长范围内不发生变化,


只是感


光度有了提高而已;


光学光敏作用是指在其原有的感光波长范围以外,


感光度延


伸到了新的波长。



许多材料都可以用作照相复制的基本材料,只是灵敏度不同而已。然而,大


多数材料的灵敏度都不高,


包括目前已大量应用的复制影像材料在内。


例如,



些工作所需的印制品或蓝图,


是用晒蓝图的方法或用重氮法生产出来的。


晒蓝图


法是 利用铁盐曝光后氧化状态的变化,


重氮法测利用重氮盐受光以后的分解。



这两种方法中,


一个光量子绝不会影响化合物一个以 上的分子,


而且单一种光量


子往往是不够的,因此,只有使用强 光的时候,这些材料才能满意地工作。在近


代的电子工业中,


在 照相成像方面使用了许多种灵敏度低的材料。


在所有工艺中,


人 们熟知的利用银卤化合物作乳剂的照相工艺灵敏度最高。


银卤化合物乳剂是由

< p>
银卤化物晶粒构成的,


这些晶粒散布在光刻胶层当中,

在光的作用下释出的少量


银原子构成一个核心,在显影时其它的银原子就在其周围聚 集,直至达到


10


9



的数量。


银卤化物的基本的光化学反应过程,


是电子由 卤化物离子转换成银离子:



Ag


+< /p>


+Br



hv Ag

< p>
0


+Br


0


< p>
由于吸收了一个光量子,电子便从卤化物离子中释出,在晶体中徘徊,直到


最后在某一位置上被陷。在此位置中,它可能和银离子结合,形成银原子。为另


一光量子 释出的另一电子,


也可能在这同一位置陷入,


形成另一银原子。


正是这


些银群的形成才使显影剂能对晶体施加作用,

< p>
使更多的银离子还原,


构成不透明


地区包含的一个 银微粒,这个不透明地区就是所谓的影像。


2.2.


光刻胶的分类



光刻胶是光刻工艺的主要材料,光刻胶种类很多,目前国内外的光刻胶品种


已达


40


多种。根据光刻胶曝光前后溶解度特性的变化,可将光刻胶分为 正性胶


和负性胶两大类。如下图:





8






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9



入射光



掩模板



负性胶



TIO




玻璃基板



入射光



掩模板



负性胶



TIO




玻璃基板











负性胶



TIO




玻璃基板




负性胶



TIO




玻璃基板



(1)


负性胶



这种胶在曝光前对某些有机溶剂


(


丙酮、丁酮、环已酮等


)


是可溶性的,曝光


后发生光聚合反应,< /p>


不溶于有机溶剂。


当用它进行光刻时,


在 衬底表面将得到与


光刻胶掩模版遮光图案完合相反的图形,


故称 之为负性胶。


目胶,


它主要由聚肉


桂酸 脂类、聚脂类和聚烃类


(


环化橡胶


)< /p>


等组成。


(2)


正性胶

< br>



这种胶在曝光前对某此溶剂是不可溶的,而曝光后却 变成了可溶的。使用这


种胶光刻时,


能得到与光刻掩模版遮光图 案相同的图形,


故称为正性胶。


正性胶


目胶主要由邻迭氮醌型化合物


(


感旋旋光性

)



苯骈三氮唑


(


增感剂


)


和已二醇单已


醚酸丁 脂


(


溶剂


)


组 成。




2.3.

< br>主要技术指标


光刻胶性能的好坏对光刻质量影响很大,习惯上常用感光度、分辨率 、抗蚀


性、


粘附能力和针孔密度等指标来衡量其优劣。


下面对几个指标作一些简单介绍。



(1)


感光度



感光度是一个表征光刻胶对光敏感的性能指标。感光度不同,表示它对光的


敏感程度不 同,


即光化学反应所需的曝光量不一样。


感光度


S


要用曝光时使光刻


胶发生光化学反应所需的最小曝光 量


H


的倒数来表示。




S =


h


H



式中,


h


为比例常数,曝光量


H


的单位一般用 勒


[


克斯


]



(1x..s)


表示。由于


曝光量


H


的数值等于照射光的强度


I


与曝光时间


t


的乘积,


故感 光度


S


呆以进一


步表示为:

< p>



S =


h


I.t




9






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10



对于某固定光强的曝光机,光 刻胶的感光度越高,则曝光时间越短;反之,


如光刻胶胶的感光度降低,则曝光时间需相 应加长。


(2)


分辨率




分辨率是表征光刻胶的光刻精度的标志之一。它不仅与光刻胶 本身有交,还


与光刻工艺条件和操作因素有关。


分辨率有两咱表 示法:


第玫中是以每毫米最多


可容纳的线条数来表示,


若可分辨的线宽为


W/2(


线与线之间空白的宽 度为


W/2)



则分辨率为

< p>
1/W(


条线


/


毫米


)


。例如


,



W=0.5um,


则分辨率为


2000


条线


/


毫米


.



二种表示分辨率方法为,分辨率


=(L< /p>


1


-L


0


)/2


,其中


L


0


为 掩模版图形


(


即光刻底版


)

< p>
的尺寸,


L


1


为光刻


(


即曝光显影腐蚀


)



ITO


层上图形的尺寸。


目前大多 采用的是


第一种表示法。


(3)


抗蚀性




生产上要求光刻胶对酸、碱化学腐 蚀液具有良好的抗蚀能力,即能经受得住


较长时间的酸碱腐蚀液的浸蚀。


实际上,


光刻胶只是在针孔密度小、


粘附性能良


好的情况下,才可能有较好的抗蚀能力。


(4)


粘附能力




粘附能力表示光刻胶与 衬底之间的牢固程度,它直接影响光刻后的精度。光


刻胶的粘附力不仅与光刻胶的本身性 质有关,


而且与衬底的性质及其表面情况有


密切关系,平整、致 密、清洁、干燥的衬底表面有利于光刻胶的粘附。此外,光


刻胶的配比前烘条件和显影液 配方等因素也都会影响光刻胶的粘附性。


(5)


稳定性




生产上要求光刻胶具有一定的稳定性,


即要求光刻胶在常温和光


(


主要是紫外



)


习蔽的情况下,光刻胶下应发生暗反应 。要求光刻胶杂质含量少,显影后无


残渣。



(6)


针孔密度


单位面积的光刻胶膜上针孔数目称为光刻胶膜的针孔,经腐蚀之后将在


ITO


层相应位置上形成针孔,


它将直接影响光刻质量,

所以要求光刻胶膜的针孔密度


尽可能低。



(7)


粘度和固态含有率


< p>
光刻胶的粘度和固态含有率是影响覆胶膜厚度的主要因素。光刻胶越浓,它




10






21



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