Abstandshalter (Spacer) im LCD Inhalt : 1. Einleitung 2 ... · Update: 30.03.2007 Haberzettl Abstandshalter (Spacer) im LCD Wolkigkeit Einfluss von externem Layout Einfluss von Fremdkörper

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.





Schichtdickenvariation über 200 nm

=> Optischer Defekt ab Δd ≥ 50 nm



Wolkigkeit

Einfluss von externem Layout

Einfluss von Fremdkörper

Fehlerbilder durch „falsche“ Spacer



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



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



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:







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)



• 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



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



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.



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.



Innere Zelle

Kleberahmen

Kontaktkleber



• TP Transfer Point ( Bar )

Gold - Spacer

Glas - Spacer

Plastik -

Spacer (KBS)

( Durchlicht )



• TP Transfer Point ( Bar )

Gold - Spacer

Glas - Spacer

Plastik -

Spacer (KBS)

( Auflicht )



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



500µm



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




• 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“ !




Versuchsreihe zur Auswahl des besten Materials




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.



8. Flächen - Spacer Kontrollmessungen Kontrast und Ansteuerspannung



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



Helle Spacer Schwarze Spacer

Sichtbarer Unterschied am Licht - Mikroskop



Low pre-tilt

High pre-tilt

bright halo dark

High pre-tilt

bright core &

halo

© SEKISUI Corp. Japan



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

ｽﾍﾟｰｻ

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）


光抜け

ｽﾍﾟｰｻ


糸状ドメイン

ｽﾍﾟｰｻｽﾍﾟｰｻ

配向異常正常に配向した液晶分子

糸状ドメイン

ｽﾍﾟｰｻｽﾍﾟｰｻ

配向異常

Vorteil :

Geringere

Lichtdurchlässigkeit

Nachteil :

Neigung zu

Liniendomänen

(unerwünschte) „Williams – Domänen“

© SEKISUI Corp. Japan



Nachteil :

Liniendomänen

zwischen den

Spacern



Harter Druck

Simulation

durch Klopfen

Muster 1



Harter Druck

Beispiel:

Muster 2





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



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



9. gedruckte Spacer

Durchmesser : 10μm

Höhe : 4μm

Durchmesser : 20μm

Höhe : 4μm

( Beispiel von HITACHI )

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