LCD基础知识及制造工艺流程介绍

LCD基础知识及制造工艺流程介绍钜鼎（扬州）光电显示科技有限公司目录1.液晶2.LCD分类3.LCD结构4.LCD显示原理5.LCD主要技术指标6.LCD生产制造工艺流程7.LCD使用过程中应注意的事项一.液晶1.1液晶：有一类特殊物质，当其从固态转变成液态的过程中，不是直接从固态变为液态，而是出现一种中间状态，外观上看似浑浊的液体。但是它的光学性质及某些电学性质又和晶体相似。是各相异性，具有双折射特性等。当温度升高时，随着温度的升高这类物质会变成澄清、同性的液体。反过来这类物质从液体转变成固体时，也要经过中间状态。这种能在一定的温度范围内兼有液体和晶体，二者特性的物质叫做液晶（LiquidCrystal）也叫做液晶相、中间相或中介相等，又称为物质的第四态。1.2相结构：向列相、近晶相、胆甾相向列相近晶相胆甾相1.3液晶分子的结构化学结构式物理外观•形状各向异性,长度4倍宽度上述分子(5CB)是~2nm×0.5nm•分子长轴有一定刚性•分子末端含有极性或可极化的基团CH3-(CH2)4CN1.4液晶使用时应注意事项从液晶的分子结构可以看出，某些液晶分子属于非对称性的双极性分子结构，这类型的液晶很容易发生裂解。而实际应用中使用的都是由几十种液晶单体按一定比例混合而成的混合液晶，其中就存在一部分双极性的液晶分子单体。①.液晶材料必须密闭,避光保存，禁止直接受UV照射;②.LCD避免长时间阳光照射，即使在液晶中添加了稳定剂，也不建议长时间放置在阳光下使用;③.驱动电路不能有直流电流；④.PI成膜后注意防止吸湿；⑤.控制灌晶段的湿度，防止液晶和灌注液晶用的海绵条吸湿；⑥.防止液晶制具受其它化学材料污染；1.5液晶性能的主要评价特性参数：&弹性参数(K11K22K33)&介电常数(△ε)&电阻率（）&粘滯性(η)&折射率(△n)&清亮点二.LCD分类2.1按显示方式分类正性显示（白底黑字）负性显示（黑底白字）反射型半透型透射型光源光源反射光反射光透射光透射光背光背光反射偏光片半透偏光片透射偏光片适用于自然采光，在黑暗收件下不可见适用于既有背光，又采用自然光的类型。底色亮完全采用背光，底色较暗2.2按采光方式2.3按显示内容分类1.笔段方式用细长的笔段显示8字等2.点阵方式（显示文字）以行列交叉显示单元表示文字。3.点阵方式（显示图形）以行列交叉单元显示图形。2.4按技术类别分类根据液晶分子扭曲程度，LCD可分为下列几类：•TN：扭曲向列型（Twistnematic）液晶显示器。•HTN：高扭曲向列型（HighTwistnematic）液晶显示器。•STN：超扭曲向列型（SuperTwistnematic）液晶显示器。•FSTN：补偿膜超扭曲向列型(FilmSuperTwist)液晶显示器.•TFT：薄膜晶体管（Thin-filmtransistor）液晶显示器。2.5LCD主要产品特征类型扭曲角显示模式TNTwist90°Positive:白底黑字Negative:黑底白字HTNTwist100°-180°Positive:白底黑字Negative:黑底白字STNTwist180°-270°Positive:黄绿底黑字(Y-Gmode)灰底蓝紫字(Graymode)Negative:蓝底白字(Bluemode)FSTNTwist180°-270°Positive:白底黑字Negative:黑底白字3.1液晶显示器的基本结构三.LCD的结构3.2TN，HTN，STN液晶显示器的材料结构（3大主材）3.3LCD的主要材料--ITO玻璃3.4LCD的主要材料--偏光片保護膜TAC膜PVA膜TAC膜压敏膠離型膜一般透过型偏光片的结构3.4.1偏光片基本原理图五.LCD主要材料3.4.2LCD的耐久度PVA膜中的碘及碘化物都极易水解，偏光片所使用的压敏胶在高温高湿条件下也容易劣化，因此在偏光片的耐久性技术指标中最重要的就是耐高温和耐湿热指标。耐久度分四类：普通、中耐久、中高耐久、高耐久。普通：干温70°C×500HR，湿热40℃、90%RH、500H中耐久：干温85°C×500HR，湿热60℃、90%RH、500H中高耐久：干温90°C×500HR，湿热70℃、90%RH、500H高耐久：干温90°C×500HR，湿热80℃、90%RH、500H四.LCD显示原理图亮态暗态a.此图为正显TN液晶显示器的光电反应图示.b.在液晶盒未加电场时,前偏光片的偏振光顺着液晶分子的扭曲结构扭曲90˚,变成和后片偏光片的光轴一致,顺利到达后偏片,显示为透明状态,处于非显示态(非选择态).C.在液晶盒中加电场时,驱动电路将驱动的信号电压加到需要显示的有关电极时,该部分液晶分子扭曲结构消失,失去了旋光能力,从前偏光片射出的偏振光的偏振方向未经改变就到达后偏光片,由于前偏光片的偏振方向与后偏光片的偏振方向垂直,偏振光无法透过后偏光片,这样,该显示电极部分就变得不透明,显现黑色,处于显示态(选择态).五.LCD的主要技术指标5.1电光响应特性：液晶显示器的相对透光率随着外加信号电压变化而变化，就是电光响应特性，这是最重要的特性之一。透光率100%80%50%Vsat(饱和电压)(阀值电压)驱动电压VopVth正常工作电压范围非选通字划选通字划5.2对比度液晶显示器的对比是显示状态和非显示状态相对透光率的比值，当对比度≥5时，图象清晰。5.3视角范围LCD的对比度跟视角有关。对比度随观察角度变化的特性称之为视角特性。视角特性指标。一般取定一个对比度的最小可接受值，来考察对比度大于这个值的视角范围，这个范围称为视角锥。θ观测位置YX=0°=0°=180°=90°=270°6点钟方向12点方向3点钟方向9点钟方向法法线方向常用视角方向：–6点钟–12点钟5.3.1TN的视角范围以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约20°，下约90°•1/2duty：上约10°，下约60°•1/4duty：上约5°，下约40°•1/8duty：上约0°，下约20°•1/16duty：上约0°，下约10°重点：视角范围由显示模式（技术类别）和驱动路数决定；技术类别越高，盒厚越小，视角越广；驱动路数（COM数）越大，视角越窄。以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约25°，下约90°•1/2duty：上约15°，下约70°•1/4duty：上约15°，下约45°•1/8duty：上约10°，下约30°•1/16duty：上约0°，下约15°5.3.2HTN的视角范围5.3.3.STN正显的视角范围以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约30°，下约90°•1/2duty：上约30°，下约90°•1/4duty：上约30°，下约90°•1/8duty：上约30°，下约90°•1/16duty：上约30°，下约90°•1/32duty：上约20°，下约70°•1/64duty：上约10°，下约50°•1/128duty：上约10°，下约30°5.3.4STN负显的视角范围以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约20°，下约50°•1/2duty：上约20°，下约50°•1/4duty：上约20°，下约50°•1/8duty：上约20°，下约50°•1/16duty：上约20°，下约40°•1/32duty：上约20°，下约40°•1/64duty：上约10°，下约40°•1/128duty：上约10°，下约30°温度越低响应速度越慢TN型、HTN型产品的响应速度（25℃时）Tr：150～200毫秒Tf：200～250毫秒STN型产品的响应速度（25℃时）Tr：200～300毫秒Tf：250～350毫秒5.4LCD的响应速度HTN（宽温液晶)25℃时响应速度约0.2～0.5秒0℃时响应速度约0.2～1秒-20℃时响应速度约0.5～3秒-30℃时响应速度约5～10秒STN（宽温液晶)25℃时响应速度约0.3～0.7秒0℃时响应速度约1～2.5秒-20℃时响应速度约5～10秒-30℃时响应速度约15～50秒TN（宽温液晶)25℃时响应速度约0.2～0.5秒0℃时响应速度约0.5～1秒-20℃时响应速度约1～3秒-30℃时响应速度约5～10秒5.5功耗功耗是LCD工作所消耗的能量，按电流计一般在微安级，功耗低是LCD最大的优点之一。LCD功耗的大小取决于显示面积，驱动电压及频率、液晶的电阻率、介电常数和盒厚等。其中液晶的正电阻率很容易随液晶被污染而急剧下降。故液晶的妥善保存至关重要。六.LCD生产制造工艺流程6.1LCD制作工艺流程简介从LCD生产过程控制图可知,LCD全部制作过程大体分为40多道工序,这些工序又可分为ITO图形蚀刻(图形段)﹑定向排列（PI及摩擦）﹑空盒制作﹑切割与灌液晶和成品检测与包装五个阶段6.2形成ITO图案过程ITO膜光刻胶玻璃掩膜板清洗涂胶曝光显影/坚膜刻蚀脱膜ITO膜光刻胶玻璃掩膜板清洗涂胶曝光显影/坚膜刻蚀脱膜6.3PI涂布、摩擦与成盒的过程PI、TOP印刷摩擦SEAL、TR印刷喷粉贴合热压APR版6.3.1PI、TOP印刷工艺TOP/PI印刷原理图：在LCD制造工序中，这是一道最关键的工序之一TOP工序：工艺流程图中的TOP涂布工艺是特殊流程,一般的TN及STN产品,不要求经过这些步骤.TOP涂布工艺是在光刻工艺之后,再做一次SiO2的涂布,以便把蚀刻区与非蚀刻区之间的沟槽填平并把电极覆盖住,这既可以起到绝缘层的作用,又能有效地消除非显示状态下的电极底影,还有助于防止静电及改善视角特性.所以,一些高档次的STN产品要求有TOP涂布工艺制程.PI工序：在基板的表面上涂覆一层取向层，再通过高温固化处理使取向层固化，为以后在取向层上摩出沟槽做好准备。涂取向层一般生产中低档LCD的定向材料都是用PA,即聚酰亚胺酸，它是通过二酐与二胺在低温聚合反应合成的，其在高温下脱水固化后（化学上层是一种环化反应），即成为聚酰亚胺（PI），聚酰亚胺有很好的化学稳定性，优良的机械性能、高绝缘性、耐高温、高介电常数、耐辐射和不可燃。其分子式为：PAPIITO膜玻璃基板取向层6.3.2摩擦工艺RUBBING的工作原理流品方向定向摩擦前后对比（微观）摩擦方向，扭曲方向与视角方向之间的关系备注①摩擦方向决定视角方向；②视角范围与摩擦方向没有关系。6.3.3空盒制作本阶段包括工艺流程图中把两片导电玻璃对迭,利用封边材料贴合起来并固化,制成间隙为特定厚度的玻璃盒.制盒技术是制造LCD的最关键技术之一.(1)丝印边框SEAL及银点TRSEAL作用：贴合上下两张基板,防止液晶外漏或被污染。TR作用：上下电极导通(2)喷衬垫料在下玻璃均匀分布支撑材料.将一定尺寸（一般为几个微米）的衬垫料均匀分散在玻璃表面,制盒时就靠这些衬垫料保证一定的盒厚.6.3.4贴合、热压印刷机喷粉机喷粉成盒后图示6.4中工序生产流程切割本阶段包括把液晶灌入到制好的空盒内,并将灌晶口封堵,这样液晶盒就基本制成了.(1)切割与裂片通常一对ITO玻璃可以制作多个液晶盒,为了把LCD灌晶口露出来,必须把玻璃适当切割，并裂成条状或粒状。灌晶调盒点胶固化打粒(2)灌注液晶一般用专门的液晶灌注机在将液晶盒内形成真空，然后利用压差及液晶盒毛细作用将液晶注满LCD盒。灌晶调盒点胶固化打粒前面提到LCD的功耗电流与液晶紧紧相关，液晶受污染（受潮吸湿或者有其它活性杂质），这些污染物之中的带电离子很容易使液晶中的某些活性单体液晶产生裂解，使液晶的电阻率降低，功耗电流增大。所以液晶的存放、灌注液晶所使用制具对环境温湿度和洁净度要求都较高。6.5后工序制程6.5.1装管脚金属管脚连接1.可靠性强，适用环境广；2.管脚与PCB板装配好后不能长时间受力，容易引起断路。90±1°6.5.2装管脚产品在显示模块结构设计时应注意事项从上图可以看出，管脚的卡口尺寸小于玻璃的厚度，因此在正常情况