lcd基本知识简介及制造流程介绍

1目录一、液晶二、LCD的分类三、LCD的显示原理四、LCD的主要技术指标五、LCD制造流程2一.液晶1.1什么是液晶众所周知物质有的固态、液态和固态，但有些物质、它们在从固态转变成液态的过程中，不是直接从固态变为液态，而是给一种中间状态。处于中间状态的物质外观上看似浑浊的液体。但是它的光学性质和某此电学性质又和晶体相似。是各项异性，如有双折射特性等。如温度升高时，各种浑浊的物质随着温度的升高会变成澄清、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。各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。一般物质固态液态气态液晶物質固态液晶态液态氣态3结晶酯加热加热透明液体冷却冷却乳白色浑浊液体1888年奥地利植物学家F.Reinitzer在加热胆甾醇苯甲酸酯结晶试验时发现：1.2液晶的发现及命名德国物理学家O.Lehmann将其称为：FliessendeKrystalle(德语)英文为：LiquidCrystal中文即：液晶4晶体向列相液晶各向同性相51.3液晶分子的结构化学家的观点物理学家的观点•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)4CN61.4液晶的种类向列液晶：分子沿某一择优方向取向，分子重心无序分布胆甾相液晶：分子在空间形成连续的螺旋结构，在垂直于螺旋轴的平面内分子排列类似向列相层列相液晶：分子沿某一择优方向取向，分子重心有序分布•向列相&胆甾相向列型液晶层列型液晶胆甾型液晶81.5液晶的特性:光学异向性(Opticalanisotropy)介电异向性(Dielectricanisotropy)9光学异向性:光学异向性是常发生于晶体物质的特性，较具体的表现就是双折射(Birefringence)特性。双折射顾名思义也就是说光线在物质内部传播时有两种不同的折射率n。ne:(extraordinaryrefractiveindex)入射光与晶体光轴方向平行时的折射率。no:(ordinaryrefractiveindex)入射光与晶体光轴方向垂直时的折射率。。10双折射定义:△n=ne–noneno:positivebirefringent(大部份液晶属于这种类型)neno:negativebirefringent111.6介电异向性:右图中液晶分子主轴与电场平行及垂直时，产生两个不等的介电常数:ε⊥与ε//，如右图。定义:△ε≡ε//-ε⊥。△ε0的液晶当电场加入时，以右图的B态最稳定。△ε0则以A态最稳定。A态B态12△ε0△ε0介电异向性应用示例:13二.液晶显示器（LiquidCrystalDisplay）液晶具有固定的偶极矩，介电各向异性。所以施加电场可使液晶分子轴发生移动，于是液晶分子的排列发生改变。从而改变其光学性质来达到其显示的效果。这是液晶做为显示器的基本原理142.1LCD的优点信息显示技术随着信息社会化的发展显得越来越重要，液晶显示器与其它显示器相比其有很多优点。平面型显示、体积小、重量轻、便于携带；功耗低、驱动电压低；寿命长，一般在5万小时以上；不含有害射线，对人体无害；被动显示，不易被强光冲刷；易于驱动，可用大规模集成电路直接驱动；结构简单，没有复杂的机械部分；造价成本低。152.2LCD的缺点与限制性随着液晶显示器的广泛应用，人们也可以发现其有些缺点：由于它是被动元件，本身不发光，在暗处需借助其它的光源才具有可视性；有视角之限；响应速度（30ms-120ms）与其他元件相比尚嫌差些；有操作温度的限制162.3LCD的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。17LCD的分类LCD按显示方式可分为半透射反射全透显示器182.4LCD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19LCD的显示模式a.正性显示（Positive）b.负性显示（Negative）202.5各种LCD的优缺点及应用对比类别TNHTNSTNFSTN优点1.价格便宜1.视角范围比TN宽1.视角范围宽1.具有STN的所有优点2.应用范围广2.较容易生产2.显示模式多样化3.容易生产3.价格较便宜3.实用范围广2.底色较好4.黑白显示效果最好4.可实现多路驱动,显示信息量大缺点1.视角范围较窄1.对比度差1.对制程较大1.具有STN缺点2.显示模式单一2.显示效果一般2.对原材料要求高，成本高2.成本比STN更高（偏光片）3.只适用于低路数驱动,高驱动对比度差3.不适合制造高驱动LCD,对比度差.3.对制程工艺、设备要求高,良率低适用范围计算器/电子表/电话机/游戏机等较低档的家用电子产品一般仪器/仪表较高档的仪器/仪表/汉显机/记事本等同STN21三﹑LCD显示原理3.1LCD基本构造2223从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化铟-氧化锡（简称ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去。24a.偏光片有一固定光轴,它的作用只允许偏振方向与其偏光轴相同的光通过,其余的光被吸收,即自然光通过偏光片后,只剩下振动方向与偏光轴相同的光,即线性偏光.b.偏光片使线性偏振光在通过液晶盒时,其偏振方向沿着液晶分子扭转90˚c.当上下两个偏光片的偏光轴互相平行时,光线通过,d.当上下两个偏光片的偏光轴互相垂直时,光线不能通过.偏光片25偏光片基本原理图:26偏光片的基本结构保護膜TAC膜PVA膜TAC膜压敏膠離型膜一般透过型偏光片273.3LCD显示原理图(如下图)28a.此图表示在互相垂直的偏光片之间设置TN排列液晶盒的光电的反应.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).29在TN型液晶显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°（参见下图），这就是扭曲向列型液晶显示器名称的由来。30TN型LCD光电效应示意图31四LCD的主要技术指标4.1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324.2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。4.3视角范围LCD的对比度跟视角（即人眼观察角度）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视角分类•3点•6点•9点•12点•其他344.4响应速度LCD经常显示不断变化的图象。人眼的反应时间大约为100毫秒。故显示图象的变化以外加信号电压变化的响应不应低于这个速度，描述液晶显示器动态特性的响应时间，通常用三个常数等表示延迟时间，上升时间（Tr）和下降时间（Tf）transmissionNon-selectedStateSelectedStateNon-selectedState90%10%10080604020Ontime(Ton)Risetime(Tr)Offtime(Toff)FallTime(Tf)T(mS)354.5功耗功耗是LCD工作所消耗的能量，一般在微瓦/平方厘米量级，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。364.6温度特性我们知道液晶材料只在一定的温度范围内呈现液晶态，即使在液晶态温度范围之内，温度的变化也会影响液晶材料的物性参数。如粘度，介电常数和弹性常数等。从而造成底色，对比度，响应速度等的变化。37Q&A38ITO玻璃投入玻璃清洗与干燥涂光刻胶预烘曝光脱膜蚀刻坚膜显影TOP涂布UV烘烤TOP固化清洗涂取向剂清洗PI固化摩擦定向预烘烤清洗干燥喷衬垫料五﹑LCD工艺流程印密封框对位贴合压烤固化前制程5.1LCD产品制作工艺流程图印导电点39后制程切割裂片X方向）灌注液晶封口固化再定向清洗印油墨固化油墨贴偏光片消泡外观检察上针脚/热压纸包装入库喷码打粒（Y方向）光台检测电测FQC/QA405.2LCD制作工艺流程简介从LCD工艺流程图可知,LCD全部制作过程大体分为40多道工序,其中实际TN制程有20多道工序,STN有30多道工序,有些工序是特殊制程,只当客户有特殊要求才实施.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415.2.1ITO图形蚀刻(光刻)本阶段在导电玻璃上蚀刻出显示所需要的ITO电极图形.(1)ITO导电玻璃投入（预清洗）根据产品要求,准备好适合清洗所需规格的ITO玻璃（厚度，面电阻，基板类型），玻璃的正面都朝同一方向放置，即让所有待清洗玻璃的识别角朝同一方向放置。同一方向作业。玻璃尺寸：14X16英寸厚度：1.1mm，0.7mm,0.55mm,0.4mm(2)玻璃清洗与干燥将符合生产规格的ITO玻璃用化学，物理的方法将ITO玻璃表面的杂质﹑油污洗凈,然后把水除去并干燥,保证下道工序的加工质量.化学方法：清洗剂，碱物理方法：毛刷，超声波，高压冲洗,高压空气等42(3)涂光刻胶涂胶是光刻的首道工序，它是在ITO玻璃ITO面上均匀涂一层光刻胶，涂胶的效果好坏直接影响光刻的质量，它主要控制的内容为：光刻胶的配制，涂层厚度及均匀性，涂层表面状态等。涂胶玻璃后如图ITO膜光刻胶玻璃基板在ITO玻璃上涂光刻胶43(4)前烘前烘的目的是促使胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥以增强胶膜与ITO玻璃表面的粘附性和胶膜的耐磨性。曝光时，掩模版与光刻胶即使接触也不会损伤光刻胶膜和沾污掩模膜，同时