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)

Version Ⅰ

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(nematic LC, 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2cm 3cm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(~70o C) 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(homogeneous alignment) 膜製作：

(1) 準備PVA (Polyvinyl Alcohol；顆粒狀) 及RO水混於容器中，製作PVA

溶液(~0.05wt%)；其中加熱皿至100o C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(~120o C) 約20分鐘，烤乾後移出。

(4) 最後，以摩擦配向機(Rubbing Machine) 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(homeotropic alignment) 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(~100o C) 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LC 3D 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P SCT 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-stabilized

cholesteric texture, 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。

91.5 wt% E7

97.3 wt%