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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 4 CN 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 液晶材料必须密闭 避光保存 禁止直接受UV照射 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 驱动电路不能有直流电流 PI成膜后注意防止吸湿 控制灌晶段的湿度 防止液晶和灌注液晶用的海绵条吸湿 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 电阻率 粘滯性 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 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 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 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 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 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 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 2019 12 20 28 可编辑 2019 12 20 29 可编辑 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 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 PAPI 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 摩擦方向决定视角方向 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 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 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 金属管脚连接可靠性强 适用环境广 管脚与PCB板装配好后不能长时间受力 容易引起断路 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 因此在正常情况下 管脚卡口会产生一个向内的0 1 0 35Kg的弹力 使得管脚卡口的接触点与玻璃电极紧密接触 管脚整体持续向一侧倾斜 或者受到向下或向上的力 都会使管脚卡口松动 有背光的结构 背光的宽度尺寸必须小于LCD窄玻璃的宽度尺寸0 2MM以上 背光不能与管脚接触 LCD装配时 尽量保证管脚与PCB板和LCD之间处于垂直状态 正确状态 不正常状态 管脚向内倾斜 结构设计时 没有考虑LCD是否受力 导致不合理而产生缺划不良的几个实例 结构设计时 没有考虑LCD是否受力 导致不合理而产生缺划不良的几个实例 此款背光对应的LCD的窄玻璃尺寸为54 00MM 而背光实际宽度尺寸最小为54 40MM 不合理 背光边缘与管脚接触 一是在潮湿的状态下很容易产生短路 二 如果是双排管脚 则会向外挤压管 脚 使管脚松动 产生缺划不良 结构设计时 没有考虑LCD是否受力 导致不合理而产生缺划不良的几个实例 54 40MM 七 LCD使用过程中应注意的事项 目前电表液晶都是多路驱动 属于动态驱动的方式 直接驱动液晶分子的交流电压的频率一般要求在32 100Hz之间 具体依据LC