液晶显示基本知识

第第页液晶显示基本知识液晶显示器设计

绪论以液晶为代表的平板显示器和半导体集成电路是信息产业的两块基石，而液晶涉及的范围更广，带动的基础产业更多，进展潜力更大，具有无限商机。高效率的制作质量优良，式样新奇，价格廉价，广受市场欢迎的平板显示器产品，是企业核心竞争力的集中表达。液晶显示器产业是一个应有尽有的巨大系统，既需要实力雄厚的跨国公司，更要求有大量的中小型企业作为后盾。没有坚实的基础，没有长期的讨论，开发及产业化阅历的积累要想在高手如林的平板显示器行业中占有一席之地是很不简单的。作为一个参加者，要想在产业化大潮中跟上步伐，参加竞争，并有所作为，绝非易事，首先需要对液晶显示器的原理，设计，制程，性能改进与提高有比较透彻的了解。其中最核心的是“TFT-LCD产品的制作”,掌控了这方面的知识和本事，可以“以不变应万变”。

课程体系与主要内容液晶显示器根据驱动方式可分为：1、无源矩阵液晶显示器(单纯矩阵或DSTN(dualscantwistednematic)双扫描交织液晶显示)在两块玻璃基板内表面的透亮电极上施加电压，使两电极的交叉部位(像素)着色而进行显示，依电极结构可分为字段型和点矩阵型。字段型多用于显示数字，文字等固定的图形，点矩阵可通过组合而任意显示。这两种既可以采纳静态驱动，也可以采纳动态(多路)驱动方式。

2、有源矩阵液晶显示器在封入液晶材料的其中一个玻璃基板上阵列布置薄膜三极管或二极管等元件，由其掌握每一个像素，构成有源矩阵，适用于多像素动态驱动。

从这两个方面本课程的内容体系就分为两条线：一条主线和一条副线1、副线：无源液晶显示屏的设计(以由字段和点阵构成的屏为例),内容包括：液晶显示器基本知识；外观设计；显示内容设计；逻辑走线设计；掩模版设计(副线)2、主线：有源矩阵液晶显示屏设计(以TFT为例),内容包括：液晶显示基本知识；TFT操作原理；参数设计与图形绘制；CF的制程与设计3、设计对象：两块玻璃之间(cell盒)

预期结果通过本课程的学习，要求大家不仅要熟识液晶显示器件的原理，工艺流程，基本概念，更要掌控设计的基本思路与考量，基于相关软件，能够独立完成ARRAY基板，CF基板，CELL盒的设计。

参考书籍1、田民波，叶锋《TFT液晶显示原理与技术》科学出版社2、田民波，叶锋《TFT-LCD面板设计与构装技术》科学出版社3、戴亚翔，《TFT-LCD》面板的驱动与设计》清华高校出版社4、电子行业职业技能鉴定指导中心组编《液晶显示器件制造技术》人民

邮电出版社

第一章液晶显示基本知识1、液晶显示器件的基本结构与主要部件2、LCD制造工艺3、液晶光阀及其掌握4、液晶电容5、TFT-LCD操作原理及架构6、名词说明

第一节液晶显示器件的基本结构与主要部件1、基本结构液晶显示器是一个由上下两片玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-框胶(一般为环氧树脂)密封，盒的两个外侧贴有偏光片。上下玻璃片内侧，镀有由透亮的氧化铟-氧化锡(简称ITO)导电薄膜形成的电极图形，上下电极交叠处(像素)可以产生电场，掌握液晶分子的状态，形成显示。对于无源矩阵显示，上下电极是具有肯定图形的，而对于有源矩阵显示，下电极是由和TFT的一个端子相连的近似长方形的ITO电极形成阵列组成，而上电极一般是对应整个显示区域的连续ITO作为公共电极。因此，对于无源矩阵，ITO薄膜不仅要以本身在上下基板的外形来掌握显示图形，而且，它还要作为与外部连接的导线，来传送信号。而对于有源矩阵，下基板的ITO只存在于像素区域，和外部信号的连接依靠TFT,而在上板，在CF的表面掩盖一层ITO,信号是通过接触孔和下板接通从而获得信号的。总之，无论哪种显示器件，其上下基板的ITO交叠区域构成一个一个像素。

无源矩阵基本结构

无源矩阵上下基板ITO图形

TFTSealant元件框膠AnisotropicConductorFilm異向性導電膠TapeAutomaticBonding

Glasssubstrate玻璃基板

Polarizerfilm上偏光板

BlackMatri*遮光區ColorFilter濾光器Commonelectrode共通電極

ACFTimingControlIC(ASIC)PrintedCircuitBoard印刷電路板

Alignmentfilm配向模Liquidcrystal液晶CapacitorDisplay儲存電容electrode畫素電極Polarizer下偏光板Edgelight燈管罩Reflector反光板

DriverIC驅動IC

Lightdiffuser擴散片

Spacer間隔劑

Waveguideplate分光片

Prismsheet

有源矩阵基本结构

ColumnDriverRowDriversColorFilterSubstrateCscCscCsc

TFTSubstrate

有源矩阵上下基板电极图形

2、主要部件与材料(参考教材第八章P201-270)液晶显示器由于类型，用途不同，其结构不可能完全相同，但是其基本结构却大同小异。构成一个LCD器件的主要部件和材料有：ITO玻璃基板液晶材料取向膜材料光学薄膜彩色滤光片背光源

(1)玻璃基板(参考教材P201-P217)在液晶显示器中，由于要在玻璃基板上形成布线，TFT阵列，彩色滤光片等，因此玻璃基板是组成LCD面板最重要的材料之一。TN和STN以及简约矩阵用的玻璃基板一般运用含碱成分的碱石灰玻璃和低碱硼硅酸玻璃，而TFT的玻璃基板一般用玻璃组分中不含碱的无碱硼硅酸玻璃，这是

由于碱组分会影响TFT的特性。玻璃基板的制造工艺大致分为两个方面：一是制造玻璃原板的熔化，成形工艺，二是加工为玻璃基板尺寸的工艺。形成玻璃的方法有熔化下拉法，槽下拉法，浮法等。成形玻璃根据用途进行切割，边缘处理清洗检查再进行包装。玻璃基板的特性主要有：需要具有耐热性耐化学腐蚀性，具有肯定的密度和机械特性，这是由玻璃组成来决断的；热缩性，内部，表面缺陷以及平整度，板厚及其匀称性取决于玻璃基板的熔化成形退火等制造过程。其尺寸精度，边缘精加工精度，表面缺陷，光亮度，干净度取决于玻璃基板的切割，边缘精加工，研磨，洗净等二次加工的质量。

(2)液晶材料(P264-270)液晶相化合物具有棒状分子或板状分子外形，依据分子排列状态分为向列相，近晶相和胆甾相。液晶材料依显示方式不同而运用不同的材料。1、TN用液晶材料：TN用液晶材料需要介电常数各向异性为正的液晶化合物(Np)其主要成分是在分子结构末端有氰基(CN)的化合物，如席夫碱类，酯类，联苯类，苯基环己烷类，吡啶类，二噁烷类和乙烷类。2、简约矩阵用液晶材料：简约矩阵为实现高清楚度需要大大改进陡峭特性，因此STN用液晶物理性质与TN用是不一样的，STN用需要K33/K11值大的材料。如酯类，PCH以及链烯基类。3、TFT用液晶材料：TFT用液晶材料基本上都是含氟化合物的组成物，由于这类材料电压保持率高。

(3)取向膜材料将液晶物质填充于两个电极间，为得到一样的排列而用取向膜。已经提出来的取向方法有斜蒸镀法，高分子拉伸法，摩擦法等。最常用的取向剂有聚乙烯醇(PVA),聚酰亚胺(PI),由于PI热稳定性好，摩擦处理所产生的功能在此后的工序中仍能保留，且其耐热性良好。从而成为主流材料。TN方式的液晶元件要求有1-2度的预倾角，只用PI就可以了。而STN需要有大于5度的预倾角，所以要在聚酰亚胺中用长链烃基或氟原子，依据其引入的量来控制预倾角。对于TFT最重要的是电压保持率要高，而且要克服由于电极电场引起的显示不匀称的问题，所以要求其预倾角要大，一般通过对聚酰亚胺引入最正确的长链烃基来解决。

(4)光学薄膜(参考教材P217-229)这里主要介绍一下偏振片。一般状况下，偏振片是将碘或有机染料等二色性染料染色或吸附于母材薄膜(如PVA),并将其高度拉伸，取向以产生汲取二色性的作用。液晶用偏振片要求其偏振度高。透射率大。

保護膜

TAC膜PVA膜TAC膜感壓膠離型膜

(5)彩色滤光片(P144-162)以TFT中运用的彩色滤光片为代表来介绍。在TFT中，彩色滤

光片基板是作为液晶面板的前面板，与TFT基本相对置而叠合。因此，需要搞好定位，使彩色滤光片的各单元与TFT基板各像素相对应，进行有序排列。彩色滤光片由如下四种构件组成：遮光用黑底，一般是溅射法形成的单层金属铬膜。因其反射率小且与玻璃结合力优异。彩色显示用的红绿蓝色层，一般通过染料法，颜料分散法，印刷法，电解沉积法或喷墨法来形成。爱护色层透亮膜，驱动液晶用的透亮导电膜。

(6)背光源(P233-256)