Спейсеры
Материал спейсеров должен обладать диэлектрическими свойствами и быть химически инертным к ЖК. Такими материалами являются диоксид кремния, из которого изготавливают спейсеры шарообразной формы, а так же фоточувствительный полиимид марки durimid5510, используемый для получения спейсеров столбчатой формы методом фотолитографии.
Главная задача спейсеров в гибком ЖК модуляторе обеспечить однородность зазора между пластиковыми подложками. Но шарообразные спейсеры при изгибе перемещаются, что приводит к изменению величины зазора, и как следствие, нарушению ориентации ЖК. Такого не наблюдается при применении столбчатых спейсеров.
Основные операции технологического процесса формирования полиимидных ориентантов для дисплейных ячеек на основе жидких кристаллов
|
Стадия процесса |
Операции |
Рисунок |
|
1) Подготовительная |
Входной контроль Резка заготовок Химическая обработка |
Исходный материал: ПЭТФ
|
Объектом входного контроля являются гибкие подложки со слоем ITO. Контроль заключается в:
• измерении поверхностного сопротивления слоя;
• визуальном осмотре внешнего вида подложек.
• проверке прочности приклеивания слоя ITO к гибкой подложке.
• проверке толщины и однородности слоя ITO [Маг005].
Резка заключается в разметке листа материала и разделении его на подложки необходимого размера режущим инструментом [Маг006]. Поверхность ITO подготавливается с помощью химической обработки в хромовой смеси на основе серной кислоты с последующей промывкой в деионизованной воде, затем плазмохимической обработки в кислородосодержащей плазме.
|
2) Формирование ориентирующего слоя |
Центрифугирование Термоимидизация (ПАК) Сушка (SD-1) Натирание (ПИ) УФ облучение (SD-1) |
Ориентирующий слой ПЭТФ  |
Формирование ориентирующего слоя производится из растворов центрифугированием. Для получения полиимидного слоя этим методом применяются 1 – 12 % (вес.) растворы полиамидокислот в амидных растворителях (ДМФА) [Маг004], а для получения слоя фоточувствительного ориентанта на основе SD-1 применяются 0.1 – 5 % (вес.) растворы в ДМФА.
Оптимальное число оборотов в минуту выбирается с учетом, чтобы слой получился равномерным, и составляет 3000±200 для полиимидного слоя и 700±100 для слоя фоточувствительного ориентанта, время центрифугирования 10-20 с, количество раствора 1-2 капли на 1 см2площади подложки [Маг004].
После нанесения слоя ПАК необходимо проводить термоимидизацию. На основании результатов анализа [Маг022] процесс имидизации должен проводиться в двухступенчатом режиме нагревания (рис. 3). Обычный процесс термоимидизации на кремниевых подложках проходит в две стадии при температурах 453 и 573 К. На первой стадии удаляется основная масса растворителя (сушка до 453 К в течение 30 мин). Далее температура постепенно повышается до 573 К. При этой температуре протекает реакция имидизации – превращения ПАК в полиимид [Маг004]. Слой SD-1 не нужно термоимидизовать, достаточно сушки при 373 К в течение 30 мин.
Рис 1 – Температурно-временная характеристика при получении полиимидных ориентантов методом двухстадийной термоимидизации [Маг004].
При использовании подложек из ПЭС (температура стеклования 496 К) недопустимо проводить процесс формирования полиимидного ориентанта при температуре 573 К. Необходимо снизить температуру имидизации и увеличить время выдержки в термошкафу. Поэтому возникает необходимость исследовать влияние температуры имидизации и времени выдержки в термошкафу на термодинамические характеристики ориентантов.
От времени и температуры нагрева сильно зависит механическая прочность полиимидного слоя. Поэтому при термической имидизации возможны два крайних случая: перегрев полиимидного слоя или, наоборот, его недогрев. В первом случае происходит растрескивание ориентирующего слоя, что приводит к появлению дефектов ориентации молекул ЖК. Во втором случае при эксплуатации устройств отмечается постепенный рост токов потребления. Это связано с тем, что остатки ДМФА и низкомолекулярных продуктов имидизации вступают во взаимодействие с ЖК, растворяясь в них [Маг004].
Ориентирующий микрорельеф на полученном покрытии формируется механическим натиранием для ПИ слоев и облучением анизотропным УФ для слоев фоточувствительного ориентанта.
|
3) Формирование полиимидных столбчатых спейсеров |
Центрифугирование ПАК Термоимидизация Напыление V-Ni(мет. маска) Формирование фоторезистивного слоя Дубление фоторезистивного слоя Травление V-Ni(мет. маска) Травление ПИ Травление V-Ni(удаление мет. маски) |
ПИ столбчатые спейсеры ПЭТФ      |
При формировании ПИ столбчатых спейсеров слой будет не нанотолщинным, а микротолщинным: 2-4 мкм. Форма спейсеров выбрана Г-образной, чтобы они образовывали ячейки размерами около 100x100 мкм, что соответствует размеру домена ЖК.
Рис 2 – Полиимидные Г-образные спейсеры на поверхности ПЭТФ подложки.