Update: 30.03.2007 Haberzettl
Abstandshalter (Spacer) im LCD
1. Einleitung
2. Spacer - Arten
3. Wie werden Spacer eingesetzt?
4. Wie wird kontrolliert?
5. Kleberahmen
6. Kontaktpunkt/-balken
7. UV - Folienkontaktierung
8. Flächenspacer
9. aktueller Stand (?)
Inhalt :
Quellenhinweis:
Alle Bilder von LCD-Ausschnitten, Messungen und Statistiken
wurden bei Optrex Europe GmbH gemacht; Ausnahmen sind
gekennzeichnet.
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Schichtdickenvariation über 200 nm
=> Optischer Defekt ab Δd ≥ 50 nm
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Wolkigkeit
Einfluss von externem Layout
Einfluss von Fremdkörper
Fehlerbilder durch „falsche“ Spacer
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Wo werden Spacer eingesetzt:
• - Substratzwischenraum LCD ( Flächen-Spacer )
• - Kleberahmen LCD
• - Kontaktkleber ( ACR* )
• - DSTN - Verheiratungskleber
• - UV Kleber zur Folienkontaktierung
• - Bestandteil von Materialien ( z.B. ACF**-Band)
• - Trennung von Glassubstraten
* Anisotropic Conductive Resign ** AC Foil
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Größenvergleich Spacer vs Fußball
Spacer Faktor Fußball
5µm Durchmesser x 40.000 20 cm Durchmesser
Spacerdichte 10.000/cm²: Alle 4 m ein Fußball
Nutzen : 300 mm x 400 mm 12 km x 16 km groß
Glasdicke: 2 x 1mm 2 x 40 m
Optische Defekte
bei 50nm bei 2 mm Schichthöhen-Schwankung
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POLARIZER
FRONT - GLAS POLARISATIONSFOLIE
TRANSFER
KLEBE - MATERIAL
RÜCK - GLAS
SPACER
OVERCOAT
Flüssigkristall
=> Die Größenverhältnisse in den üblichen
Schemazeichnungen sind unrealistisch.
Eigentlich gilt die folgende Skizze:
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2. Spacer - Arten • Form : Kugeln ( microspheres /-pearls/ beads )
Stäbchen ( microrods ) Säulen ( column spacer )
• Material : Glas, Quarz Kunststoff ( Acryl, Fotoresist etc )
Metall (Gold, Silber, Nickel )
• Extras : Härte, Farbe, Oberflächenbeschichtung, elektrische Leitfähigkeit
• Durchmesser : 2µm bis 30µm ( je nach Technologie)
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• 3. Anwendungsverfahren
• Sprühprozeß : Flächen-Spacer
• Siebdruck : Flächen-Spacer (TiSi), SF,TP, DSTN
• Dispensor : UV Kleber mit Gold-Kugeln
• Bonder : ACF Bonder
• Photolithographie: Column spacer
• Ink Jet Printer : beads & column spacer
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4. Kontrolle durch
• Sprüh-Box : manuelles Zählen am Mikroskop und
Bildverarbeitung
• Siebdruck : Interferenzen, Zählen am Mikroskop,
indirekte Kontrolle durch elektrische Prüfung (Gold-
Spacer)
• Dispensor : dito
• UV Kleber : dito ( inkl. Verpressung )
Sämtliche Kontrollen sind nur sehr kleine Stichproben!
Kontrollierte Fläche : produzierter Fläche = 0,5 ppm
1: 2.000.000
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5. Kleberahmen
• Spezifikation : • - Material : Glas-Spacer
• - Form : Kugel ( microspheres ( pearl ))
» Stäbchen ( MTN : microrods ( glass fibres ) )
• - Durchmesser : ~ 10% dicker als Target-Schichtdicke
• - Extra : In Ausnahmefällen wird Dummy - ITO
» mit Gold-Spacern kurz geschlossen.
• „Feinabstimmung“ abhängig von ITO-Layout & Dicke, LCD - Größe, usw.
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6 Kontaktkleber ( ACR ) TP
• Spezifikation : • Material : Gold-Spacer ( Plastik +Ni+Au )
• Form : Kugeln ( micropearl )
• Durchmesser : ~ 10% dicker als Target-Schichtdicke
- Dicke des ITO
Bemerkung: Für „lange TP Balken“ gibt es noch
Glas-Spacer zur Unterstützung der Schichtdicke, die dünner als die Gold-Spacer sein müssen.
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Innere Zelle
Kleberahmen
Kontaktkleber
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• TP Transfer Point ( Bar )
Gold - Spacer
Glas - Spacer
Plastik -
Spacer (KBS)
( Durchlicht )
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• TP Transfer Point ( Bar )
Gold - Spacer
Glas - Spacer
Plastik -
Spacer (KBS)
( Auflicht )
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7. Externe Kontaktierung
• UV – Kleber, angereichert mit Gold-Spacer :
• - Material : Gold - Spacer ( Plastik+Ni+Au )
• - Form : Kugeln ( micropearls )
• - Diameter : 6.0 µm für Glattglas - LCDs
– Kleinerer Durchmesser für feinere Bahnabstände!
• - Härte : versch. Spezifikationen erhältlich
• ACF – Prozeß zur Treiber-Kontaktierung:
• Material : Plastik - Spacer ( Plastik+Ni+Au ) Die Gold-Spacer werden von einem zerbrechlichen Kunststoff-Mantel umhüllt, der zwischen den Treiber-Beinen isoliert, aber unter dem Bein durch Druck zerbricht und teilweise aufschmilzt. .
• Form : Kugeln ( micropearls )
• Diameter : d ≤ 6.0 µm
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500µm
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8. Flächen - Spacer
• Die Schichtdicke d wird festgelegt von der Entwicklung festgelegt (elektro-optische Charakteristik, Schaltzeit) und beeinflußt von
- Spacer - Durchmesser ( von 2µm bis 30µm )
- Spacer - Material ( z.B. Härte )
- Spacer – Dichte ( Menge / Fläche; z.B. 10.000/cm² )
- Pressdruck beim Verschließen
Zu stark gepresst: Neigung zu Kälteblasen
Zu schwach gepresst: Neigung zu Wolkigkeit
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8. Flächen - Spacer
• Extras :
• - schwarze Spacer *) *) Spezialprodukt mit klebender Oberfläche auf OC bei Raumtemperatur, um die Spacer – Wanderung während des Zusammenlegens zu reduzieren.
Schwarze Spacer sind nicht wirklich „schwarz“ !
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8. Flächen - Spacer
Versuchsreihe zur Auswahl des besten Materials
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8. Flächen - Spacer
y = -0,0509x + 5,041
y = -0,0566x + 4,6372
y = -0,0539x + 5,0482
y = -0,0479x + 4,832
4,200
4,300
4,400
4,500
4,600
4,700
4,800
4,900
5,000
5,100
0 1 2 3 4 5 6
KBS 5.0µm
BAP 4.6µm
BAP 4.8µm
BAP 5.0µm
Linear (KBS 5.0µm)
Linear (BAP 4.6µm)
Linear (BAP 5.0µm)
Linear (BAP 4.8µm)
#2085 : Cell gap versus cell gap correction pressing ( with different spacer types & diameter )
gap [ in µm ]
Press data [ in N/cm²]
Beispiel :
Auswahl der Spacer
für 4,8µm STN
Optimaler Pressdruck
beim Verschließen
liegt z.B. zwischen
3N/cm² - 4N/cm².
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8. Flächen - Spacer Kontrollmessungen Kontrast und Ansteuerspannung
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8. EXTRAs für Flächen - Spacer
( transmissive -> black )
-1. Ziel : Kontrast-Verbesserung durch schwarze Spacer
mit zusätzlicher Orientierungsbeschichtung
Noch ein Vorteil wurde beobachtet :
( 2.Ziel : )
- Reduzierung von Aufladungseffekten im LCD am Spacer
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Helle Spacer Schwarze Spacer
Sichtbarer Unterschied am Licht - Mikroskop
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Low pre-tilt
High pre-tilt
bright halo dark
High pre-tilt
bright core &
halo
© SEKISUI Corp. Japan
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表面処理なしの場合
(水平配向)
表面処理ありの場合
(垂直配向)
正常に配向した液晶分子
光抜け
スペーサ
表面処理なしの場合
(水平配向)
表面処理ありの場合
(垂直配向)
正常に配向した液晶分子
光抜け
スペーサ
正常に配向した液晶分子
糸状ドメイン
スペーサ スペーサ
配向異常正常に配向した液晶分子
糸状ドメイン
スペーサ スペーサ
配向異常
Vorteil :
Geringere
Lichtdurchlässigkeit
Nachteil :
Neigung zu
Liniendomänen
(unerwünschte) „Williams – Domänen“
© SEKISUI Corp. Japan
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Nachteil :
Liniendomänen
zwischen den
Spacern
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Harter Druck
Simulation
durch Klopfen
Muster 1
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Harter Druck
Beispiel:
Muster 2
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1. Durchmesser
2. Verteilung
3. Spezifische Dichte ( Material inkl. Verarbeitung )
4. Härte
5. Kompressionsstärke
6. Spezifischer Widerstand (1•10-3 Ω/cm – 10+15Ω/cm)
7. Zersetzungstemperatur
8. Adhäsion
9. Wärmestabilität
=> SPACER SPEZIFIKATION
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1. Recycling von Spacern
2. Materialreduzierung durch Prozessänderung
3. Gedruckte Spacer ( wie Photoresist, s. TFT )
4. Spezial - Spacer für vertikale Ausrichtung
9. Sonstiges Aspekte
© LG photoresist
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9. gedruckte Spacer
Durchmesser : 10μm
Höhe : 4μm
Durchmesser : 20μm
Höhe : 4μm
( Beispiel von HITACHI )