第 2 部分

1. 第2部分 工艺模块

2. 第3章 液晶显示器件工艺基础 • 3.1 液晶显示器件的主要材料 • 3.2 液晶显示器件的主要工艺 • 3.3 彩色滤色膜

3. 3.1.0 液晶显示器件的主要材料 • 主要原材料(指液晶显示器（LCD）生产出后，产品中所保留的原材料): • 三大主要材料(液晶、ITO玻璃、偏光片)+其他（PI液、SiO2、丝印胶（印框胶）、导电胶、UV定位胶、封口胶、玻璃纤维、Ni粉、Au粉、塑料垫片、金属引线腿等）。 • 辅助材料（产品生产过程中使用而最终产品中不存在的原材料）： • 光刻胶及其稀释剂、PI稀释剂、NMP、BC液、SiO2稀释剂、摩擦布、异丙醇、乙醇、丙酮、清洗剂、酸、碱等。

4. 3.1.1液晶材料1 对液晶材料的要求 不同液晶显示器件要求使用不同品种的液晶材料，但都必须满足： • （1）在使用和储存的温度环境下都表现为液晶相。 • （2）具有优良的化学稳定性、光化学稳定性及热稳定性，使用寿命长。 • （3）粘度低，具有优良的响应特性。 • （4）介电各向异性大，适于低电压工作。 • （5）双折射率大小适合于显示对比度的增加。 • （6）弹性模量均衡，适合于多路传输驱动。 • （7）分子排列有序度高。 • 单种液晶达不到上述全部要求 • 实际使用的液晶常常是多种成分液晶的组合

5. 3.1.1液晶材料2 热致液晶分子的结构与性质 • 混合液晶的物理、化学特性（如熔点（Tm）、清亮点（Tc）、Δn、Δε、Vth以及K33/K11等）都是混合液晶体系中所有组分物理、化学特性的综合体现。液晶的性质是由液晶分子的化学结构决定的。液晶分子的结构可以简单地表示为： • 其中：X、Y称为末端基团。常见的末端基团有R－（烷基）、RO－（烷氧基）、－CN（氰基）、－F、－CF3等。A称为连接基团。常见的连接基团有－CH2CH2－，－COO－，－C≡C－等。B、B′ 称为环体系。显示用液晶材料的环体系大多为六元环。Z、Z′ 称为侧向基团。常见的侧向基团有－F、－CN，－CH3等，显示用液晶材料中一般很少含有侧向基团。 • 液晶分子的各种物理、化学性质完全是由这些基团以及这些基团之间的相互作用决定的，因而改善液晶分子的性能，实际上就是改变液晶分子结构中某个基团的属性。

6. 3.1.1液晶材料3 液晶分子结构和液晶物理性质的关系（1）介电各向异性（Δε） • 液晶的介电各向异性Δε是决定液晶分子在电场中行为的主要参量，Meier于1975年推导出Δε的表达式为： • 其中，h、F为常数；N为mol/cm3；Δα为各向异性极化度；μ为永久偶极矩；S为有序参量；β为永久偶极矩和分子长轴之间的夹角。 • Δε大小、正负与Δα、β、μ、T和S均有关系。

7. 3.1.1液晶材料3 液晶分子结构和液晶物理性质的关系（2）导电各向异性 • 一般热致液晶均为非离子结构，它的导电率总是很低的，σ<10－11（Ω·cm）－1。液晶导电各向异性可以用σ∥/σ⊥来描述。 • 在向列相液晶中离子沿分子轴方向的运动比垂直于分子轴方向运动要容易得多，所以向列液晶总有σ∥/σ⊥>1。 • 在近晶液晶中，离子运动在分子层隙间比较容易，所以σ∥/σ⊥<1。 • 在液晶加热过程中经常用σ∥/σ⊥值来判断是否发生了相变。但是导电各向异性随温度的增加而迅速降低，至清亮点降为零。 • 由于液晶显示器件多工作于电场驱动方式，为了降低功率损耗，要求σ越小越好，对Δσ并不在意。

8. 3.1.1液晶材料3 液晶分子结构和液晶物理性质的关系（3）粘度与分子结构的关系 • 粘度大小直接决定着液晶显示器件的响应特性，是一个十分重要的物理参量。尽管存在着不同的粘度系数，然而对于向列液晶通常只用体积粘度描述，它与活化能（E）和温度的关系为： • 其中，k为常数。 • 从式可见当温度下降时，η急剧地变大。在相同温度下，具有低活化能的液晶材料粘度系数低，并且粘度随温度的变化也小。

9. 3.1.1液晶材料3 液晶分子结构和液晶物理性质的关系（4）双折射与分子结构的关系 • 对于工作于双折射干涉光模式的液晶显示器件，液晶双折射特性是关键参数。 • 向列相和近晶相液晶具有正的光学性质，胆甾相液晶具有负的光学性质。 • 折射率受到液晶分子结构的极化度、中心桥键和π电子体系的影响。

10. 3.1.1液晶材料3 液晶分子结构和液晶物理性质的关系（5）弹性系数与分子结构的关系 • 液晶有三个弹性系数：展曲弹性系数K11、扭曲弹性系数K22和弯曲弹性系数K33。 • 人们最关注K33/K11:比值越小，液晶的电光特性曲线越陡，多路驱动特性越好。 • 液晶结构对K33/K11比值的影响有如下几个方面： （a）液晶分子侧向引进其他基团，使液晶变宽，K11值增加，但K33变化不大，结果是K33/K11下降。总之，能增加液晶刚性的因素大都能使K33/K11下降。 （b）末端烷基链长增加，会使分子问滑动变得困难，于是K33/K11降低； （c）用环己烷、环辛烷、双环己烷代替液晶分子中的苯环，均导致K33/K11增加； （d）含有氰基（－CN）的液晶材料，K33/K11较小。 • K22经常比k11、k33小，许多液晶化合物的K22/K11总是在0.4～0.8范围内。而K33/K11虽然也有小到0.6～4.2，但也有大到25～30的。

11. 3.1.1液晶材料3 液晶分子结构和液晶物理性质的关系（6）有序参量S与液晶结构的关系 • 能增加液晶分子刚度和减少极化各向异性的因素，都能增加液晶的有序参量。

12. 3.1.1液晶材料3 液晶分子结构和液晶物理性质的关系（7）液晶材料的物理性质和显示技术之间的关系 • 液晶显示器件的参数不等于液晶材料的物理参数，但它们之间又是密切相关的。 • 往往是器件的一个参数与数个液晶材料参数有关，反之一个物理参数会影响到器件的多个参数。

13. 3.1.1液晶材料4 实用液晶材料简介

14. （1）TN显示用液晶材料 • 手表、计算器等所用TN器件的液晶材料可以用单体液晶来调制：清亮点在60℃左右；Δn约为0.15；粘度在40～45cP（20℃）左右。 • 宽温度范围TN显示用液晶材料需要用混合液晶来调制：由于这种类型的显示器件往往在室外使用（如汽车仪表显示），所以要求混合液晶具有高的清亮点（90～100℃）及低的粘度（20～30cP，（20℃））。 此外，为保证体系具有良好的低温性能，还需加入低温性能好的其他单体液晶。

15. （2）STN显示用液晶材料 • 下列几种类型的液晶化合物可用来调制STN显示用液晶。 • （a）含有两个或三个环的苯基环己烷类、乙烷类液晶； • （b）嘧啶类、炔类液晶； • （c）含氟链烯基类液晶。 • 由于STN显示对材料的性能要求过高，所以，在调制过程中往往要加入一些具有某一种特殊性能的单体液晶，以改善混合液晶体系的性能。 • 如：加入大Δn的液晶以提高混合液晶的Δn；加入大Δε的液晶以降低阈值电压等。

16. （3）AM显示用液晶材料 • AM显示除了要求液晶材料具有超低粘度外，还要求液晶材料具有高电阻率、高电荷保持率，以及适当的介电各向异性。目前已经合成了许多含氟或多氟液晶材料，基本上满足了AM显示的要求。这些材料的结构式可以表示为 • 其中，Y为F、OCF3、CF3等；X为F、H；l、m、n分别为0、1、2；Z1、Z2、Z3为单键、－CH2CH2等。

17. 5 液晶使用过程（1）液晶的配制 • （a）在精度为0.001的电子天平上准确称取液晶及手性材料的重量，放置于一洁净的玻璃瓶中混合。 • （b）将混合好的液晶置于加热器上边加热边搅拌直至清亮点后停止加热，继续搅拌10－30分钟，视总量而定。 • （c）贴标签，注明液晶型号、配比、配制者及配制时间等，交灌注使用。

18. 5 液晶使用过程（2）液晶灌注原理和灌注过程 • 液晶灌注的原理: 将液晶经真空脱气处理，利用毛细作用和气压差的作用将液晶注入液晶盒。

19. 5 液晶使用过程 • （a）密闭、避光保存。 • （b）液晶配制时，应将所使用容器及工具用丙酮清洗干净。 • （c）因液晶种类较多，配制好的液晶，液晶型号、配比、配制时间及配制人等应标记清楚； • （d）液晶灌注剩余的液晶放在洁净柜中。

20. 3.1.2透明导电玻璃1应用 所谓导电玻璃，是在普通玻璃的一个表面镀有透明导电膜的玻璃。这种玻璃除了用于液晶显示器外，还用于其他平板器件的制造。透明导电薄膜的应用主要方面： • （a）电子照相、静电复印； • （b）显示电极材料； • （c）防静电、防电磁屏蔽； • （d）面发热体； • （e）热反射； • （f）光记录、磁记录； • （g）终端没备。 液晶显示器之所以能显示特定的图形，就是利用导电玻璃上的透明导电膜，经过刻蚀制成特定形状的电极。 上下两片导电玻璃制成液晶盒后，在这些电极上加适当电压信号，使液晶的特性改变，就可显示出与电极形状相对应的图形。

21. 3.1.2透明导电玻璃2结构 • 透明导电薄膜不仅导电性好，而且还像玻璃一样具有高的透明性。为减轻透明导电薄膜的重量，减小厚度并提高耐冲击性，以无旋光性的塑料为基板的透明导电薄膜也得到了研究开发。透明导电薄膜在由氧化钨、氧化钼等构成的电致变色显示（ECD）器件中也用作显示器电极。氧化锡薄膜是最早实用化的透明导电薄膜，氧化铟锡薄膜是综合性能最优异的透明导电薄膜，氧化锌薄膜是当前最具开发前景的透明导电薄膜材料。 • 目前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玻璃可分为三种结构。

22. 3.1.2透明导电玻璃3材料 • 一般的玻璃衬底材料为钠钙玻璃，这种玻璃衬底与ITO层之间要求有一层二氧化硅（SiO2）阻挡层，作用是阻挡玻璃中钠离子（Na+）的渗透，以防止对器件性能产生影响。SiO2层要求耐腐蚀，致密性好。如果玻璃衬底用无钠硼硅玻璃，对图3-3（a）中的ITO层结构就可以不必存在SiO2层。图3-3（c）所示的最外一层Si02是作为绝缘层，它对于某些高档产品的制造是必需的，要求其绝缘性能好。 • In2O3膜属于氧化物半导体透明导电薄膜。由于In2O3直接跃迁的吸收端位于330nm处，而间接吸收端位于473 nm处，所以，在可见光范围的短波长端产生弱的吸收。 • In2O3膜具有优于SnO2膜的透光性和导电性，利用光刻法易于对透明导电薄膜刻蚀图形。ITO薄膜中Sn含量的最佳值可以从实验中优化得到。

23. 3.1.2透明导电玻璃4规格 • 厚度：0.5～1.1mm • 面积：14in×14in（300mm×300mm或360mm×300mm） • SiO2阻挡层厚：200～500 Å（1 Å =10－10 m） • ITO层厚：250～2000 Å • SiO2绝缘层厚：500～1000 Å

24. 3.1.2透明导电玻璃5制作工艺 • 在玻璃衬底上制备透明导电薄膜的方法：喷雾法、涂覆法、浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、溅射法等。当前工业化最有效的方法是磁控溅射法。 • 阴极溅射法是真空镀膜最古老的工艺。溅射效应是在气体辉光放电现象中发现的，辉光放电管可以认为是最简单的溅射装置。一个最简单的溅射镀膜工作室它要有一对电极，其中一个用作镀膜材料的靶，处于负高压。被镀基片放在靶对面的另一电极――阳极上，一般使阳极接地。对于直流溅射，二电极之间的电压可高达数千伏。为了防止工作室内残余气体的污染，工作室应首先抽成高真空（10-4 Pa或更高指标），然后导入惰性气体（通常是采用氩气，必要时加入其他气体），其工作压强约在0.1～1Pa。当工作室中开始辉光放电时，放电气体中的正离子在电场中以很高的速度轰击阴极靶，而将动能传递给靶面上的原子或分子，使靶的中性原子溅射出来，它们穿过工作室空间而沉积到基片上。 • 为了提高溅射速率，应提高气体的离化效率，可以引入一个与电场正交的磁场，迫使电子沿螺旋形路径运动，这样大大增长了电子与气体分子碰撞的概率，从而大大提高溅射速率。这种方法称之为“磁控溅射法”或“高速低温溅射法”。某些材料，特别是绝缘材料很难用直流溅射法，因为打到靶材料上的正离子在绝缘材料上不断地积累，使表面电势升高，以致正离子不能继续轰击靶面而终止溅射；如果采用高频电场，就可以使溅射继续进行。这就是“高频溅射法”。 • 透明导电玻璃的制作方法一般为直流反应磁控溅射法。液晶及其他平板显示器用的ITO玻璃都是采用这种技术制造的，这种方法制得的导电膜层性能比较好。

25. 3.1.2透明导电玻璃6制作流程 大规模直流反应磁控溅射技术制造ITO玻璃的流程 （a）磨边：将玻璃片尖锐的边角打磨平滑，目的是减少在制造过程中玻璃磕碰而产生的碎片。 （b）抛光：用研磨料将玻璃表面磨平。抛光是使玻璃表面平整，保证产品品质。抛光工序对于制造超扭曲显示器用的ITO玻璃是不可缺少的。 （c）SiO2溅射：在玻璃衬底上用射频溅射法制备SiO2阻挡层。 （d）ITO溅射：整个流程中最重要的一步。

26. 直流反应磁控溅射的装置示意图 溅射靶材过去使用高纯铟锡合金，一般其比例为 合金熔点为173℃。现在直接采用氧化铟锡靶镀膜的工艺。由于制备技术复杂，ITO靶比铟锡合金靶昂贵。 溅射制备ITO膜的大致过程如下：在高真空的反应室中充人一定比例的O2和Ar的混合气体，在外加直流电流（400～700 V）的作用下产生辉光放电。被电离的Ar+在电场作用下高速轰击合金靶表面，使In和Sn以原子和离子形式溅射出来，沉积在SiO2层表面，同时被氧化，形成氧化铟锡膜。将衬底加热至150～300℃，经一定时间后，便形成了ITO导电玻璃。 ①阳极；②衬底；③方形环O2布气管道；④方形环Ar 布气管道；⑤屏蔽罩；⑥合金靶；⑦永久磁铁；⑧阴极

27. 3.1.2透明导电玻璃7主要技术指标 • （1）透光率好 • 导电玻璃必须是透明的，通常要求在可见光范围内的透光率在80％以上。ITO玻璃的透光率主要取决于玻璃材料、ITO厚度和折射率。 • 透光率的测试仪器为光度计。 • （2）方块电阻小 • 作为显示电极，导电膜层的导电性能要好，电阻率要小，ITO是一种氧化物半导体，为使其电阻率低，必须严格控制制备工艺和材料。目前ITO膜层的电阻率一般在5×10－4Ω·cm左右，最好的可达到5×10－5Ω·cm，已接近金属的电阻率。 • 同常考察ITO膜导电性能采用的指标是方块电阻，用R□（或Rs）表示。R□与ITO的体电阻率及ITO膜厚有关。

28. 图中，d为ITO膜厚；I为电流；L1为膜层在电流方向上的长度；L2为膜层在垂直电流方向的长度。图中，d为ITO膜厚；I为电流；L1为膜层在电流方向上的长度；L2为膜层在垂直电流方向的长度。 • 当电流流过图3-6所示的方形导电膜层时，该层的电阻为 • 式中，ρ为导电膜的体电阻率。对于给定的膜层，ρ和d可以认为是不变的定值，当L1=L2时，即为正方形的膜层，无论方块大小如何，其电阻均为定值ρ/d，这就是方块电阻的定义，即 • 其中，R□单位为：欧姆/□（Ω/□）。

29. 目前在高档超扭曲向列相液晶显示器中所用的ITO玻璃，其R□最好可达到10Ω/□左右，膜厚为1000～2000 Å。一般低档TN产品用的ITO玻璃R□为100～300Ω/□，膜厚为200～300 Å。 • 若已知ITO层的方块电阻，则当电流流过ITO电极时，只要知道沿电流方向，电极可以看成由若干个正方形的方块电极组成，电极的总电阻就等于方块电阻乘上方块个数。 • 在液晶显示器件制造过程中，原材料导电玻璃的电阻率是一个重要参数。因此在检验导电玻璃时，首先遇到的要求是测试电阻率。目前最常用的电阻率测量方法是直线四探针法。该方法原理和设备简单，数据处理方便，测量时是非破坏性的，因此为工厂和科研单位广泛使用。

30. 由于透明导电薄膜是兼备透光性和导电性的一类特殊导电薄膜，所以对其性能常用性能指数FTC来评价。FTC可表示为由于透明导电薄膜是兼备透光性和导电性的一类特殊导电薄膜，所以对其性能常用性能指数FTC来评价。FTC可表示为 • 其中，T是薄膜透光率，R□为薄膜方块电阻值。

31. （3）平整度好 • 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。如图所示。 • 图中，L为玻璃长度；h为玻璃表面最高点与最低点的差值。

32. ITO玻璃基板平整度参数 • （a）玻璃表面粗糙度； • （b）基板表面波纹度； • （c）基板翘曲度； • （d）基板平行度； • （e）ITO膜表面粗糙度； • （f）ITO玻璃基板平整度膜厚与膜厚均匀度。 ITO玻璃基板平整度直接影响着液晶显示器的质量，尤其对STN液晶显示器的影响更为严重。一般扭曲向列相液晶显示器用玻璃要求平整度小于0.5μm/20mm，超扭曲向列相液晶显示器用玻璃要求平整度小于0.05μm/20mm。

33. 检测玻璃基板平整度的方法 • （a）目测：将平晶与玻璃基板贴紧，通过目测干涉条纹来定性地检测玻璃表面。 • （b）接触检测：用探针接触玻璃表面，描绘出表面的轮廓，其精度依赖于位移量，不可能太高，而且探针会损坏表面。 • （c）非接触检测：一般采用电子显微镜和电容法等电子学方法以及微分干涉和差分干涉等光学方法，不必接触表面即可进行检测。

34. （4）机械性能与化学抗蚀性能 • 导电玻璃整体要有足够的机械强度。 • ITO膜对玻璃SiO2表面的粘附力要强，不易脱落、抗划伤能力强。ITO膜能抗强碱，但易被酸腐蚀。在液晶显示器制造过程中就是利用酸溶液将ITO膜刻蚀出特定的电极图形。 • 已有导电玻璃导电膜材料有很多种： 氧化铟类导电玻璃，目前产量最大，技术最成熟，应用最广。 另外:氧化锡类导电玻璃和氧化锌类导电玻璃等。 • 随着导电玻璃性能的不断提高，应用领域日益扩大，可以预见在以下各方面将会有进一步的发展： • （a）透光性和导电性能； • （b）机械强度和化学稳定性； • （c）种类多用化； • （d）用途和档次多样化； • （e）成本降低。

35. 偏光片（偏振片） • 偏光片：产生和检测偏振光的片状光学功能材料 • 偏光片（也叫偏振片）的特殊性质：只允许在某一个方向振动的光波通过，而其他方向振动的光将被全部或部分地被阻挡。 • 透过偏光片的光只在垂直光传播路径的方向上振动，这种光被称为线偏振光或平面偏振光。线偏振光（椭圆偏振光的一种特殊情形）振动方向称为偏振方向，对偏光片称为偏光轴。 （b）自然光经过偏光片时在虚线平面上振动的光被吸收或部分吸收 （c）从偏光片出来的线性偏振光 （a）自然光

36. 偏振光的电振动局限于某一特定的方向上，因而偏振光是有方向性的。同样，偏光片也是有方向性的。偏振光的电振动局限于某一特定的方向上，因而偏振光是有方向性的。同样，偏光片也是有方向性的。 • 偏光片有一个特定的方向指向——透射轴 • 与这个方向垂直的电振动被阻挡；而与这个方向平行一致的电振动则可以自由通过。这样自然光通过偏光片以后，就成了偏振光。 • 同样，当偏振光透过偏光片时，如果偏振光的振动方向与偏光片的透射方向平行一致，就几乎不受到阻挡，这时偏光片是透明的；如果偏振光的振动方向与偏光片的透射方向相垂直时，则几乎完全不能通过，偏光片就成了不透明的了。 偏光片可以起检测偏振光的作用。

37. 1 偏光片结构与分类 • LCD所用的偏光片具有很强的偏振功能，同时具有优良的外观特性和使用寿命；易加工、使用方便。 • 以前市场上提供的LCD用偏光片主要是多卤素偏光片和染料偏光片。这两种偏光片，在透射方向的机械强度较差，遇热、遇水就会发生收缩，导致偏振光功能下降，所以，不能作为实用的偏光片使用。 • 为弥补上述缺点，采用将其夹在乙酰纤维素薄膜等支撑片之间，并用粘接剂固定的结构。

38. 原偏光片的结构 • 当前国际上大量应用的偏光片是兰德发明的H型偏光片。这种偏光片是由高度取向的高聚物膜如聚乙烯醇（PVA）膜，吸附上具有二相色性的染料（如碘和一些特别的有机染料）而制成的。由于聚乙烯醇膜的亲水性，这种偏光膜在湿热的环境中会很快变形、收缩、松弛、衰退，而且强度很低，质脆易破，不便于使用和加工，因而又在这种偏光膜的两边都复合上一层强度高、光学上各向同性的、透光率高而又耐湿热的高聚物（如三醋酸纤维素脂，即TAC）片基，赋予偏光片良好的机械性能和耐气候性能，这样就组成了偏光片的基本结构，称为原偏光片，如图所示。 采用此种结构，偏光片的耐热、耐湿性能可得到大幅度的提高。

39. 选择片基材料时必须考虑以下事项 • （a）无双折射； • （b）透射率高，并与波长无关，没有阻碍光透射的异物或未溶解的树脂； • （c）表面平滑，具有高的清晰度； • （d）耐热、耐湿性好，具有一定的机械强度； • （e）因温度、湿度引起的收缩率小； • （f）欲改变LCD背景颜色，要补色时可用染料着色，并任意设定平行两偏光片的色调； • （g）掺入适当的物质，使吸收对液晶有害的紫外光。

40. 2 偏光片的制备 • 在不同速度旋转的辊子间，按一定的方向，先将PVA膜单向拉伸3～6倍，使聚乙烯醇分子键高度取向，并吸附上碘和二相色性染料。延伸后的PVA微胞按延伸方向排列，具有强的双折射。然后利用物理和化学的处理，使这种结构尽量固定下来，并且把薄膜烘干，就制成了具有选择性偏振光透过特性的偏振膜。然后用特定的粘合剂，在此偏振膜的两面都复合一层TAC片基。三层膜要结合牢固、紧密、平整的形成一个整体，把偏振膜好好地保护起来，形成一种不怕水，具有良好的物理机械性能和耐气候性能的复合体――原偏光片。

41. 透射型的偏光片基本结构 • 为适应在液晶显示器中使用的需要，要在原偏光片的一面附上一层压敏胶，并贴上压敏胶的隔离膜，这就是透射型的偏光片，如图3-11所示。撕去隔离膜，露出压敏胶，偏光片就可方便牢固的贴到液晶显示器的玻璃面上。

42. 反射型的偏光片基本结构 • 如果在偏光片的另一面复合上一层镀有金属反光层的反光膜，就构成了反射型的偏光片。反射型偏光片也需要压敏胶层，如图3-12所示。 在液晶显示器中，偏光片是成对使用的。例如，最普通的TN型液晶显示器中就使用透射型和反射型各一片组成的一对偏光片。

43. 3 偏光片的主要技术指标 • 偏光片性能直接影响液晶显示器的显示性能，如对比度、亮度等。偏光片的主要性能指标有以下几个。 • （1）颜色 • 普通偏光片为灰色，细分为中灰和蓝灰两种。随着彩色背景液晶显示器用彩色偏光片相继开发成功以后，现在已经有了红色、洋红色、蓝色、黄色、紫色、蓝紫色等多种颜色的偏光片。 • （2）偏光度 • 偏光片的偏光度也称为偏光片的偏振效率，其定义为： • 式中I∥和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光轴方向的透射光光强。 • 在理想情况下，垂直偏光轴方向振动的光完全被吸收，即I⊥=0，这时P＝1（百分数表示为100％）。目前最好的偏光片，偏振度可达99％以上。通常普通偏光片的偏光效率要求大于85％；彩色偏光片的偏光效率相对较低，一般在80％。

44. 3 偏光片的主要技术指标（续） • （3）透光率和透射光谱 • 透光率一般分单体透光率、平行透光率和直交透光率。 • 设入射的自然光强度为Iin，经偏光片透射出来的光强为Iout，理想情况下，垂直偏光轴方向振动的光完全被吸收，则透光率为，沿偏光轴方向振动的光完全通过，这种情况相当于光的一半通过，即T=50％，实际偏光片的透光率值都略低于50％。 • 为了实现理想的黑白显示，一般扭曲向列相（TN）液晶显示器用的偏光片要求在整个可见光范围内的透光率是均匀的，即要求透光光谱曲线要平直，否则出射的光会带有颜色，影响显示效果。 • （4）色相 • 色相指偏光片颜色所对应的色坐标值。 • （5）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。 • 以上为偏光片的主要性能指标。另外特殊性能偏光片还有其特殊的性能指标，如防闪烁、防紫外光、高耐久偏光片等。

45. 4 偏光片的使用 • 偏光片最大的用途是用于各类液晶显示器件（LCD）上。 • 在透明导电层上加上适当的电压，液晶物质对偏振光振动方向的旋转作用就会发生很大的改变。这种变化是不能被人眼所直接感受到的，只有放在两片偏光片中间，才会表现出来，才能被人眼观察到。因而偏光片是各类液晶显示器件不可缺少的主要组成部分。 • 在液晶显示器制造工艺中，根据液晶显示器的类型（如TN型、STN型、HTN型、FSTN型等）、显示模式（如正性、负性、反射式、透射式、半透半反式）及显示颜色（如黄、绿、灰、蓝、黑、白等）以及盒结构选取合适的上、下偏光片的型号及角度，用精密切片机按选定角度及尺寸切割偏光片，将切好的上、下偏光片按要求粘合在玻璃屏上。 • 偏光片的使用工序如图3-13所示。

46. 偏光片的使用注意事项 • （a）偏光片的储存条件为：温度20℃±15℃，湿度65％±20％RH，远离热冲击； • （b）偏光片的处置要小心，不能摩擦、弯曲、冲击而损伤偏光片； • （c）偏光片表面要干净，不能用手摸表面，除去保护膜后不要受到沾污。 此外，以下列出的一些偏光片的性能也直接影响液晶显示器件的性能： • （a）粘贴性能； • （b）反射性能； • （c）半透射性能； • （d）防止表面反射性能； • （e）表面耐磨性能； • （f）防带电功能； • （g）加热性能等。

47. 3.1.4取向材料 • 1 取向材料简介 • 液晶盒内直接与液晶接触的一薄层物质被称之为取向层，它的作用是使液晶分子按一定的方向和角度排列，这个取向层对于液晶显示器来说是必不可少的，而且直接影响显示性能的优劣。 • 液晶显示器所用的取向材料及取向处理方法有多种，如摩擦法、斜蒸SiO2方法等等。最常用的是在玻璃表面涂覆一层有机高分子薄膜，再用绒布类材料高速摩擦来实现取向。这种有机高分子薄膜最常用的材料就是聚酰亚胺，简称PI。

48. （1）聚酰亚胺简介 • PI膜有很好的化学稳定性、优良的机械性能、高绝缘性、耐高温、高介电强度、耐辐射和不可燃。聚亚胺优异的性能是由其结构决定的。它通过二酐与二胺在低温下聚合反应合成，生成聚酰胺酸，简称PA。在高温下脱水固化后（化学上是一种环化反应），即成为聚酰亚胺。作为取向层的聚酰亚胺膜，是用浸泡、旋涂或印刷的方法，将PA溶液涂覆在玻璃表面，经高温固化后制得。要得到性能优良的PI膜，固化反应必须进行完全。 • （2）聚酰亚胺的工作原理 • 我们通常使用的是聚酰亚胺酸（PA），它是一种高纯度、透明均一的黄褐色液体。在一定条件下水固化成稳定的聚酰亚胺（PI）。 • PI取向膜材料的特点是：在其前单体的聚酰胺酸具有良好的可溶性，作涂敷材料容易调解浓度和粘度；通过固化形成不溶的稳定的聚酰亚胺膜。所以，为充分运用这些特点，应在适当固化条件下彻底聚酰胺化后使用。 • 以摩擦的方式使PI膜表面磨出沟槽，使液晶分子定向排列，以达到显示要求。 • （3）聚酰亚胺的分类 • 根据液晶液晶屏的用途不同，可分为TN产品用、STN产品用及有源矩阵显示器用的各种PI，主要区别在于预倾角的不同。

49. 2 聚酰亚胺的特性 • PA在光照、高温下会起反应，造成性能变坏，故必须在低温、避光条件下保存。平时应放在4℃下的环境中，长期保存宜放在﹣18℃左右的冰箱中。 • PA暴露在空气中易吸潮，造成性能变坏，故使用时必须保持干燥的环境。PA固化生成PI的固化温度和时间是一个重要的指标参数，目前常用的PA材料的固化温度为250～300℃左右，现已开发出低温PI，可在200℃以下固化。 • 显示器中的PI膜是作为液晶分子的取向层。要得到均匀稳定的液晶分子排列，除控制制造工艺外，PI材料也必须严格挑选。液晶分子在取向层上排列时有一个预倾角，即表面分子长轴方向与取向层表面所形成的夹角，该角主要取决于PI材料的特性，另外与取向处理的工艺也有关。 • PI膜的其他一些典型性能如下： • 密度为1.4g/cm3； • 折射率为1.5～1.8； • 线膨胀系数为2×10－5m/℃； • 介电强度为300V/μm（60 Hz）； • 介电常数约为3.5（1 kHz）； • 体积电阻率约为1018 Ω·cm。

50. 3 主要技术参数 • （1）固态含量 • 固态含量指不挥发成分含量，即液体中聚酰胺酸的含量，一般购进的PI为聚酰胺酸及其稀释剂的混合物，通常固态含量为7％～10％，在使用中根据所需PI膜厚度调整至所需含量。 • （2）粘度 • 聚酰胺酸溶液为一粘稠的液体，其粘度既和聚酰胺酸的分子量有关，又和聚酰胺酸的含量有关。当分子量越大，含量越多时，其粘度也越大。 • （3）含水量 • 聚酰胺酸溶液在常温下贮放时其粘度会逐渐降低。这是因为体系内含有少量水分使聚合物发生水解而导致分子量降低。 • （4）金属离子含量 • 液晶显示器对金属杂质，尤其是Na+，K+的污染非常敏感，所以应严格控制PI材料中金属离子的含量。 • （5）预倾角 • 预倾角是指表面分子长轴方向与取向层表面所形成的夹角，主要取决于PI材料的特性另外也与工艺有关。