LCD基础知识

LCD基础知识

1． LCD的名称及应用

LCD是Liquid Crystal Display 的缩写，中文意思是液晶显示器。目前我国是TN型，STN型LCD的生产大国。LCD广泛应用于电子、通讯、家电等行业的终端产品，具有广阔的发展前景。

2．液晶

物质存在的相有固态、液态、气态的三态，液晶是固态与液态之间的中间态的一类物质的总称，它既具有液体的流动性，又具有固体（晶体）的有序性和各向异性的特点，所以叫做“液态晶体”，简称为“液晶”。

液晶分子是长棒状分子，沿分子的长轴方向和垂直于长轴方向具有各异的光学、电学等物理特性，即液晶的本质属性是具有各向异性。

我们最常用到的液晶的各向异性特性是光学各向异性，简写为Δn。光学各向异性（Δn）是液晶长轴方向的折射率（n e）与垂直于长轴方向的折射率（n o）的差值，即Δn= n e – n o。Δn是最主要的用途是可以与产品盒厚来共同确定产品的基本的底色。

液晶只是在一定的温度范围内才会呈现为液晶态的，当温度低到一定的温度时，液晶会凝固为晶体，此温度称为结晶温度（Ts），当温度高于某一温度时，液晶会完全变为液态，此温度称为清亮点（Tc），即液晶态的温度范围只存在于Ts-Tc之间。

3．液晶显示器的分类

扭曲向列型的液晶显示器大致上可以分为以下几类：

TN（Twisted Nematic），扭曲向列型：显示原理是利用液晶对偏振光的扭曲作用。判断的基本依据是液晶的扭曲角度是90°。

HTN（High Twisted Nematic），高扭曲向列型：显示原理同上，不过扭曲角度不是90°，而是大于90°，所以叫做高扭曲向列。通常的扭曲角度取100-120°，我司所用的扭角度一般是110°。HTN通常是TN产品无法满足对比度及视角范围要求时采用。

STN（Super Twisted Nematic），超扭曲向列型：显示原理同上，扭曲角度比HTN更大，通常是180-270°，所以叫估超扭曲向列型。我司的所用的扭曲角度一般是240°。STN通常是对比度，视角范围要求高时采用。除了对比度及视角范围的要求外，TN，HTN，STN分别对应于不同的驱动条件，驱动路数足够高时，TN，HTN无法满足对比度的要求，只有采用STN了。

FSTN（Film STN），补偿膜STN：属于STN的一个分支。由于STN的扭曲角度大，液晶分子长、短轴方向光的传播存在延迟现象，从而使STN带有颜色，对比度下降，如果贴上具有延迟补偿作用的偏光片，可以消除STN的颜色，达到接近黑白显示的效果，可提高对比度。在我司，FSTN一般是指单面补偿膜偏光

片（上偏光片）的STN，如果是双面补偿膜的STN，则称为DFSTN（Double Film STN）。

4．液晶显示器的常用材料

4.1 ITO玻璃

ITO是氧化铟和氧化锡（Indium Tin Oxide）的简称，中文简称为氧化铟锡。

ITO玻璃的分类按是否抛光可以分为抛光玻璃（我司称为STN）和非抛光玻璃（我司称为TN）,抛光玻璃表面平整度高，适用于底色要求较高的STN产品，但成本高，非抛光玻璃表面平整度低，适用于底色不敏感的TN，HTN及较低要求的STN。按玻璃厚度可以分为1.1，0.7，0.55，0.4，0.3mm等厚度。按基板厂家可以分为国产基板和进口基板，其中0.7及以下的玻璃基本上都是进口基板，1.1的就必须区分为国产基板及进口基板。按ITO的方块电阻可以分为100欧/□，80欧/□，50欧/□，30欧/□，20欧/□，15欧/□，10欧/□等，电阻越低，价格越高。按玻璃尺寸可以分为很多种，我司生产线采用的都是14×16英吋。

ITO玻璃的主要技术指标：方块电阻，透过率，表面波纹度（平整度）等。

4.2 液晶

除以上介绍的有关内容外，实用的液晶是一类物类的总称，而不只是一种物质，产业上用的液晶通常是十几种至数十种液晶的混合物，通常称为一“瓶”液晶或一“支”液晶。实用液晶还必须含有适量的手性剂，手性剂的种类决定了液晶分子的扭曲方向，而手性剂的浓度则决定了液晶层的扭曲力度。我司的液晶扭曲方向是采用的顺时针扭曲方向，可形象的用左手弯曲的方向表示，为左旋扭曲。

液晶的主要技术指标：温度范围（结晶温度Ts，清亮点Tc），光学各向异性（Δn），阈值电压（V th），饱和电压（V sat），陡度（V90/V10）等。

液晶的温度范围直接决定了液晶显示器能在什么样的温度范围内工作和储存。在产品的盒厚已定的情况下，光学各向异性则决定了产品的底色。阈值电压和饱和电压决定了液晶显示器的电压。陡度越小的液晶制成的液晶显示器具有更好的对比度。

TN/HTN/STN由于对显示的要求不一样，所需要的液晶也有明显的区别。

4.3 偏光片

光是电磁波的一种，自然光在各个振动方向都完全相同的均匀的光。偏光片的作用是只透过某一个方向的光，而其它方向振动的光被全部阻挡或部分阻挡。透过偏光片的光只在一个垂直光传播路径的方向上振动，这种光被称为线偏振光，其振动方向称为偏振方向，对于偏光片来说，这个方向称为偏光轴。

偏光片的分类：按透光方式分可以分为全透片、半透片、反射片、补偿膜偏光片；全透片按颜色可分为：普通灰色片、紫色片、彩色片（红色、蓝色等）；半透片按透过率又可分为：普通半透片、高透过半透片、高反射半透片等。

偏光片的主要技术指标：透过率，偏光度，色相，有效厚度等。

5. 显示方式

LCD 有三种显示方式：反射型，透射型和半透型，这三种显示方式的外在区别是底偏光片的透过率不同。

反射型LCD 的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。透射型LCD 的底偏光片是透射偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。半透型LCD 是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD 。

反射模式 半透模式 透射模式

LCD 显示方式还分正性显示（Positive ）和负性显示（Negative ），这二种显示方式的区别是面、低偏光片的排布角度不一样，如面片的角度相同，底片转动约90°即可实现正、负显的转换。正性显示LCD 呈现白底黑字，在反射和半透型LCD 中显示最佳。负性LCD 呈现黑底白字，一般用于透射型或半透型LCD ，加上背光源，字体清晰，易于阅读。

正显模式（白底黑字）

POSITIVE TYPE 负显模式（黑底白字）

NEGATIVE TYPE

此外，STN 有几种特有的显示方式：黄绿模、灰模、蓝模。黄绿模（Y-G M ）：STN 的面偏光片是普通片时的正性显示模式，底色呈现为黄绿色，故名。灰模（Grey M ）：STN 的面偏光片是紫色片时的正性显示模式，底色呈现为紫灰色，故名。蓝模（Blue M ）：STN 的面偏光片是普通片时的负性显示模式，底色呈现为深蓝黑色，故名。

6. LCD 的视角

视角，或者叫视角方向（View Direction ），简单地说就是显示图案能看得清楚的角度。它是由PI 层的摩擦方向和液晶的扭曲方向决定的，不能通过旋转偏光片改变。如果摩擦方向相同，而液晶的扭曲方向不同，视角也不同。

视角以时针的钟点来命名，如6:00视角，12:00视角等等。6:00视角就是指在6点时针的平面方向到法线方向这个区域LCD 显示效果理想；12:00视角是指12点时针的平面到法线方向区域显示理想。

LCD 的视角设计是由LCD 显示屏在仪器上的位置来确定。例如计算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD 做成6:00视角最好。有些仪器上的LCD 屏装在低于人眼视线以下，一般做成12:00视角。汽车上的时钟一般装在驾驶员的右下边，做成9:00或12:00的视角最佳。

LCD

视角

示意图

7.LC D 的连接方式

LCD 与线路板（PCB ）的连接方式有以下几种：

导电橡胶条（俗称“斑马条”）连接

导电纸连接（俗称“斑马纸”）连接

针脚（PIN ）连接

TAB 连接

COG 产品的连接方式一般是FPC （柔性线路板）

8．液晶显示器的制造工艺流程

备注：以上流程式图只是我司LCD 生产工序的主要的部分的简要流程，并不能完全表述所有产品的完整流程。

9液晶显示器的生产工艺原理

PR前清洗：将来料ITO玻璃上的粉尘、油污等用清洗剂、超声波、去离子水清洗干净，并经过红外烘干，紫外线清洁，达到ITO表面清洁效果满足涂光刻胶的要求。

涂光刻胶及光刻胶预烘：在ITO面上涂上光刻胶，并烘干，为下一工序的曝光提供条件。

曝光：用紫外线穿透掩膜板（铬板或菲林）上的非图形区域，使非图形区域的光刻胶发生光化学反应，反应的生成物易溶于碱液中，而掩膜板上的图形部分遮住了紫外线到达光刻胶膜上，此部分不易溶于碱液中。

显影：利用碱液将已曝光并发生了光化学反应的部分光刻胶溶解。

坚膜：显影后保留下来的覆盖着图案部分的光刻胶经过一定的温度烘烤后得到老化，在下一工序蚀刻时具备抗击侧蚀的能力。

蚀刻：用酸液将显影后曝露出来的ITO层腐蚀掉，得到需要的电极图形。

去膜：用高浓度的碱液将覆盖着图形部分的光刻胶溶解掉，所需的图形最终形成。

PI前清洗：提高图形玻璃的表面净洁度，增加TOP及PI的附着力，减少不良的发生。

TOP 印刷：用移印机将TOP液印在盒内表面。一般多用于低电阻玻璃。

PI印刷：将PI液印在盒内表面或TOP的外面。

TOP/PI预烘：在一定的温度下，将稀释剂挥了掉，使膜层表面均匀。

TOP/PI固化：在一定的高温下，使TOP/PI发生物理的和化学的反应，形成稳定的、坚固的TOP层及已经环化的PI膜层，PI膜层是液晶定向排列的场所。

摩擦：用绒布在PI表面沿一定的方向的摩擦，改变此摩擦方向的PI表面结构，可使液晶分子的长轴方向沿摩擦方向排列。

摩擦后清洗：用DI水清洗去摩擦时产生的纤维、PI碎屑、或灰尘等，减少PI

表面的污染，提高成品率。

丝印边框胶/导电胶：用丝网印刷的方法将边框胶丝印在面玻璃上，并在底玻璃上丝印导电胶，并预烘干，以挥发掉胶内的稀释剂。

喷粉：在底玻璃面是喷上盒内粉，此粉是形成液晶盒的关键材料。

贴合及校正：将面玻璃及底玻璃按投计的方向贴合，并校正，防止偏位。

热压：在一定的压力及温度下，使边框胶及导电胶中的环氧树脂发生化学反应，达到粘固面底玻璃的目的。至此，液晶盒已形成。

切割：用一定角度的刀轮在一定的压力下按设计的位置将其切入玻璃表面，形成切割线。裂片时向切割相反的方向用力即可将玻璃断条断粒。

注液晶：利用真空的原理，将空盒抽成真空，然后将液入口浸入液晶中，利用毛细管作用及真空的吸附作用，使液晶注入盒内。

整平及封口：利用在液晶盒上加压的作用，使鼓胀的液晶盒中多余的注晶挤出，使盒的高度一致，从而使底色一致。点上UV胶，稍减压力，使V胶渗入封口内，用紫外线固化UV胶，液晶盒完全密封。

清洗：用溶剂将液晶盒的夹缝内及表面的液晶等污染物清洗干净。

再定向烘烤：在一定的温度下，使液晶盒子内的液晶与PI的表面状态达到一种稳定的配合状态，从而使液晶的电压、电流等电光性能趋于稳定的工艺方法。

磨边/角：在砂轮磨盘上根据图纸要求进行磨边或磨角。

电测/目测：按照相对应标准对LCD进行显示性能及外观检测。

切片/贴片：根据指定要求将偏光片切成偏光片之尺寸、角度,并按品质标准之要求贴在玻璃上。

全检：按照相对应标准对已贴好片的LCD进行外观检查。

包装：按照规格书之要求进行产品包装。