lcd基本知识简介及制造流程介绍PPT

1、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（Liquid Crystal） 也叫做液

2、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,3,1888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：Fliessende Krystalle(德语) 英文为：Liquid Crystal 中文即：液晶,4,晶体 向列相液晶 各向同性相,5,1.3 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 2 nm 0.5 nm,分子长轴有一定刚性,分子末端含有极性或可极化的基团,C

3、H3 - (CH2)4,C N,6,1.4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,8,1.5 液晶的特性:,光学异向性 (Optical anisotropy) 介电异向性 (Dielectric anisotropy),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

4、不同的折射率n。 ne : (extraordinary refractive index)入射光与晶体光轴方向平行时的折射率。 no : (ordinary refractive index)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 ne no : positive birefringent (大部份液晶属于这种类型) ne 0的液晶当电场加入时，以右图的B态最稳定。 0, 0,介电异向性应用示例:,13,二. 液晶显示器 （Liquid Crystal Display）,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

5、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,14,2.1 LCD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。,15,2.2 LCD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；

6、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,16,2.3 LCD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（Twist nematic）液晶显示器。 HTN：高扭曲向列型（High Twist nematic）液晶显 示器。 STN ：超扭曲向列型（Super Twist nematic）液晶显示器。 FSTN ：补偿膜超扭曲向列型(Film Super Twist)液晶显示器. TFT ： 薄膜晶体管（Thin-film transistor）液晶显示器。,17,LCD的分类,LCD 按显示方式可分为 半透射 反射 全

7、透 显示器,18,2.4 LCD主要产品特征,19,LCD的显示模式,a. 正性显示（Positive）,b. 负性显示（Negative）,20,2.5 各种LCD的优缺点及应用对比,21,三LCD 显示原理,3.1 LCD基本构造,22,23,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

8、外部电信号通过其加到液晶上去。,24,a. 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 当上下两个偏光片的偏光轴互相平行时,光线通过, 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,一般透过型偏光片,27,3.3 LCD显示原理图(如下图),28,a.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

9、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

10、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。,30,TN 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。,32,4.2 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

11、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。,视角分类,3点 6点 9点 12点 其他,34,4.4 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）,35,4.5 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

12、重要。,36,4.6 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。,37,Q & A,38,ITO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,5.1 LCD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

13、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/QA,40,5.2 LCD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,41,5.2.1 ITO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

14、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

15、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，同时只有光刻胶干净、在曝光时，光刻胶才能充分地和光发生反应。 工艺控制：温度，时间（拉速）,44,(5) 曝光 用紫外光通过预先制作好的菲林照射到光刻胶表面（选择性照射）,使被紫外光照射部分的光刻胶层发生反应. 在紫外光灯下对光刻胶进行选择性曝光,如下图所示.,UV光,光刻胶,ITO膜,玻璃基板,曝光示意图,注意：涂感光胶

16、至曝光区域为黄灯区 曝光光积量，UV光强均匀性，间隙，异物，位置等,45,(6) 显影 用显影液处理玻璃表面,将经过光照分解的光刻胶层(正性胶)除去,保留未曝光部分的光刻胶层,用使受UV光照射部分的光刻溶于显影液中.显影后的玻玻要经过一定温度的坚膜处理,如下图所示.,光刻胶,ITO膜,玻璃基板,显影效果图,46,(7) 坚膜 由于显影时光刻胶膜发生软化、膨胀、影响胶膜的抗蚀能力，因此显影后必须用适当温度烘焙玻璃以除水分，增强胶膜与玻璃的粘附性，这个过程称坚膜。 坚膜有用烤箱和红外线两种。坚膜的条件：一是温度，另一是时间（拉速），一般情况下坚膜条件高于前烘条件。,47,(8) 蚀刻 用一定配比的

17、酸把玻璃上未受到光刻胶保护的ITO膜去掉，而将有光刻胶保护的ITO留下来，最终形成所需的图案。如图所示，选用的刻蚀液一般要能把ITO刻掉，同时又不会损伤玻璃表面的光刻胶，一般选用一定比例的HCl、HNO3（或FeCl3）、水的混合液。蚀刻的温度和时间对蚀刻的效果影响很大。,光刻胶,ITO膜,玻璃基板,蚀刻效果图,48,(9) 脱膜 用高浓度碱液作脱膜液,将玻璃上剩余的光刻胶剥离掉,使ITO玻璃上形成与菲林图形完全一致的ITO图形,如下图所示. 一般同时使用毛刷擦洗加强脱膜效果。 再用DI水将胶屑清洗干净并干燥。,ITO膜,玻璃基板,去膜后效果图,49,图形段小结,一般以上几个工艺过程称为光刻过

18、程，其在LCD制造中起着关键性的作用，光刻质量的好坏直接影响到器件的性能、成品率和可靠性。光刻质量的基本要求如下： 刻蚀的图形完整，尺寸准确、边缘整齐、线陡直 图形内无多余ITO图案、针孔、毛刺等、刻蚀干净。 刻蚀后玻璃表面清洁，没有刻蚀不良，没有残留的胶质、油渍等。 图形定位准确，各类标记完整。,50,(10) TOP涂布 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,还有助于改善视角

19、特性等.所以,一些高档次的STN产品要求有TOP涂布工艺制程.,51,5.2.2 定向排列,本阶段是将蚀刻后的ITO玻璃表面涂定向层,并用特定的方法对定向层进行处理,以使液晶分子能在定向层表面沿特定方向扭曲,这是LCD生产的特有工艺. (1) 涂定向剂 用一定的方法,将有机高分子定向材料涂在玻璃表面.即在ITO玻璃上的适当位置涂一层均匀的定向层.同时对定向层做固化处理.如下图所示.,52,ITO膜,玻璃基板,取向层,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全成的，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

20、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：,PA PI,53,取向膜（PI ）移印原理,APR 版,54,(2) 固化 通过高温处理使定向层固化. (3)定向摩擦 用绒布类材料以特定的方向摩擦定向层表面,以使液晶分子将来能沿着定向层的摩擦方向排列. (4)清洗 定向摩擦后玻璃上会留下绒布线等污染物,需要采取特殊的清洗步骤来消除污染物.,55,定向摩擦示意图,磨擦定向主要控制的参数有三个：滚筒的转速，平台移动的速度V，以及纤维布被压缩的程度L(磨痕宽度）， 分析上常定义： N d *r*M / V Nd 为磨擦密度，其中M磨擦的次数，r是

21、滚筒的半径,56,定向摩擦前后对比（微观）,57,摩擦方向，扭曲方向与视角之间的关系,58,5.2.3 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) 丝印边框及银点 将封边材料用丝网印刷的方法分别对上板和下板玻璃印上边框胶(环氧树脂)和导电胶. (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.,59,(3) 对位压合 按对位标记将上下玻璃对位粘合,将对应的两片玻璃面用封边材料粘合起来. (4) 框胶

22、固化 在高温下使封边材料固化.固化时一定在上下玻璃上加上一定的压力,以使盒厚保持均匀.,60,61,环氧树脂和导电金球,框胶组成 金球的微观结构,62,组合段小结,制盒就是把框点两片图案玻璃重叠；利用封接材料贴合起来并固化。其中在制造过程中以下几点需注意： （1）印框点位置； （2）框线及银点的大小及膨胀率； （3）预烤时间及温度； （4）喷粉的密度及均匀性（以平方毫米单位的粒数计）； （5）组合对位； （6）固化温度及时间和降温的速度； （7）贴合时对两片玻璃的压力适中，以防止盒内衬垫料碎化而破坏定向层； （8）贴合好的液晶盒因没有固化，粘接不牢，因需轻拿轻放，以免造成上、下片移动；,63,

23、3.2.4 液晶灌注 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成条状或粒状.,64,(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.,65,(3) 封口及UV固化 用封口材料(如封口树脂)将灌完液晶盒开口堵起来.将灌好LC液晶盒封口表面液晶擦拭干净，点上一定量的UV封口胶，然后用紫外线照射使胶本身发生化学反应和交联、聚合作用，形成牢固的封口，防止屏内液晶向外面漏，也阻止外界污染物侵入屏内液晶中，封口后玻璃如图,66,清洁液晶盒外部（包括缝隙）粘附的液晶