LCD液晶顯示器論文

1、液晶顯示器的制造工藝流程11222P01劉亭摘要：液晶是一種高分子材料，因?yàn)槠涮厥獾奈锢怼⒒瘜W(xué)特性，20世紀(jì)中葉開(kāi)始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的顯示技術(shù)上，液晶顯示器具有很高的成像質(zhì)量，而且它還具有工作電壓低，功耗低，體積小等特點(diǎn)。其發(fā)展從大致TN型到STN型再到TFT型，下面我就從液晶發(fā)展過(guò)程，依次介紹TNHLCDSTNLCD和TFLLCD的結(jié)構(gòu)和原理，液晶顯示器所需的原材料以及液晶顯示器的制造工藝流程。關(guān)鍵詞：LCDTNLCDSTNLCDTFTLCD結(jié)構(gòu)與原理制造工藝流程2223LCD3334LCD44444目錄引言液晶顯示器LCD結(jié)構(gòu)與原理、1TNLCD、2STNLCD、3TFTLCD制造原材料

2、、1主要原材料、2其他原材料、3輔助原材料制造工藝流程、1光刻工藝、2取向工藝、3制盒、4灌晶與封盒、5檢測(cè)1、引言十九世紀(jì)末有一位奧地利的植物學(xué)家萊尼澤FriedrichReinitzer，從胡蘿卜中萃取出膽固醇及許多膽固醇的衍生物，德國(guó)物理學(xué)家萊曼O.Lehmann)使用親自設(shè)計(jì)的附有加熱裝置的偏光顯微鏡對(duì)這些脂類化合物進(jìn)行了觀察。他發(fā)現(xiàn)，這類白而渾濁的液體外觀上雖然屆于液體，但卻顯示出各向異性晶體特有的雙折射性。于是萊曼將其命名為“液態(tài)晶體”，這就是“液晶”名稱的由來(lái)。1963年，RCA公司的威利阿姆斯發(fā)現(xiàn)了用電刺激液晶時(shí)，其透光方式會(huì)改變。5年后，同一公司的哈伊盧馬以業(yè)小組，發(fā)明了應(yīng)用

3、此性質(zhì)的顯示裝置。這就是LCD液晶顯示屏LiquidCrystalDisplay的開(kāi)端。1973年，日本夏普成功發(fā)明第一臺(tái)液晶顯示電子計(jì)算器，這也是為何我們稱夏普為”液晶之父“的原因，標(biāo)志著液晶顯示技術(shù)正式進(jìn)入應(yīng)用階段。1983年天馬一期成立到現(xiàn)在，從當(dāng)初的簡(jiǎn)單的低端TN-LCD產(chǎn)品制造到現(xiàn)在的中小尺寸TFT產(chǎn)品的制造。歷盡26年天馬發(fā)展迅猛，成為了中小尺寸液晶顯示領(lǐng)域內(nèi)的佼佼者。液晶顯示器是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。LCD是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件。包括段顯示方式的字符段顯示器件；矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件；矩陣顯示方式的大屏幕液

4、晶投影電視液晶屏等。液晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時(shí)導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過(guò)；不通電時(shí)，排列則變得混亂，阻止光線通過(guò)。下面介紹三種液晶顯示器的工作原理。2.1 2、液晶顯示器LCD結(jié)構(gòu)與原理TNLCD將上下兩塊制作有透明電極的玻璃，通過(guò)四周的膠框封接后，形成一個(gè)幾微米厚的盒。在盒中注入TN型液晶材料。在通過(guò)特定工藝處理的盒中，TN型液晶的棒狀分子平行地排列于上下電極之間，靠上電極的分子平行紙面排列，用“一”表示；靠下電極的分子則垂直于紙面排列，用”表示。而上下電極之間的分子被逐步扭曲?！耙弧本€段長(zhǎng)度變化表示扭曲角度大小變化。1、偏光片：偏光片有一個(gè)固定的偏光

5、軸。偏光片的作用是只允許振動(dòng)方向與其偏光軸方向相同的光通過(guò)，而振動(dòng)方向與偏光軸垂直的光將被其吸收。這樣，當(dāng)自然光通過(guò)液晶盒的入射偏光片稱為起偏器后，只剩下振動(dòng)方向與起偏器偏光軸相同的光，即成為線性偏振光。2、ITO玻璃：在平整的玻璃基板上鍍了一層氧化錮錫層。3、液晶：具有類似晶體的各向異性的液態(tài)物質(zhì)。4、取向?qū)樱阂壕Ш兄胁Ａ瑑?nèi)側(cè)的整個(gè)顯示區(qū)覆蓋著一層有機(jī)物聚酰業(yè)胺取向薄層，這個(gè)取向?qū)咏?jīng)用毛絨布定向摩擦，在薄層上會(huì)形成數(shù)納米寬的細(xì)溝槽，從而會(huì)使長(zhǎng)棒型的液晶分子沿溝槽平行排列。而上下兩片玻璃的取向?qū)邮窍嗷ゴ怪钡?。故在液晶層中間的液晶分子是逐漸扭曲的。代站片入射光通過(guò)偏振方向與上電極面液晶分子排歹

6、0方向相同的上偏振片（起偏器）形成偏振光。此光通過(guò)液晶層時(shí)扭轉(zhuǎn)了900。到達(dá)下偏振片（檢偏器）時(shí)，偏振方向不變，偏振光通過(guò)下偏振片，并被下偏振片后方的反射板反射回來(lái)。盒呈透亮，因而我們可以看到反射板。當(dāng)上下電極之間加上一定電壓后，電極部位的液晶分子在電場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)變成與上下玻璃面垂直排歹0,這時(shí)的液晶層失去旋光性。偏振光通過(guò)液晶層沒(méi)有改變方向，與下偏振片偏振方向相差900,光被吸收，沒(méi)有光反射回來(lái)，也就看不到反射板。在電極部位出現(xiàn)黑色。由此可知，根據(jù)需要制做成不同的電極，就可以實(shí)現(xiàn)不同內(nèi)容的顯示。平時(shí)液晶顯示器呈透亮背景，電極部位加電壓后，顯示黑色字、符或圖形，這種顯示稱正顯示。如將圖中下偏振片

7、轉(zhuǎn)成與上偏振片的偏振方向一致裝配，則正好相反，平時(shí)背景呈黑色，加電壓后顯示字符部分呈透亮，這種顯示稱為負(fù)顯示。后者適用丁帶背光源的彩色顯示器件。無(wú)光通過(guò)（與原方向垂直）-有光通過(guò)偏振片偏振光偏振光偏振片與原方向平行）圖izTN型液晶顯示器之工作原理可見(jiàn)，液晶顯示器一個(gè)最突出的特點(diǎn)就是其本身不發(fā)光，用電來(lái)控制對(duì)環(huán)境照明的光在顯示部位的反射（或透射）方法而實(shí)現(xiàn)顯示。因此在所有的顯示器件中，它的功耗最小，每平方厘米在一微瓦以下，與低功耗的CMOSI路匹配最適丁各種便攜的袖珍型儀器儀表、微型電腦等作為終端顯示用。2.2 STNLCD為了改善TN液晶顯示器件電光響應(yīng)曲線不陡峭而造成的驅(qū)動(dòng)容量較低，人們陸

8、續(xù)開(kāi)發(fā)了系列超過(guò)900扭益的液晶顯示器件，把扭曲角度在180度。360度的液晶顯示器件稱為超扭曲向列相液晶顯示器件。目前，幾乎所有的點(diǎn)陣圖形和大部分點(diǎn)陣字符液晶顯示器件均采用STN模式，本模塊的液晶顯示器件也采用STN模式產(chǎn)品。STNTN顯示原理上略有不同，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上基本相同，只不過(guò)盒中液晶分子排列不是沿面90度扭曲排列，而是180度-360度扭曲排列。STN的另一個(gè)不同是上下偏振片的偏振方向不同。它的工作原理是入射STN的偏振光方向與液晶分子定向方向成一定角度，從而使入射偏振光被分解為兩束（正常光和異常光）0兩束光由丁液晶分子的變化產(chǎn)生很大的光程差，從而在通過(guò)檢偏振片時(shí)產(chǎn)生干預(yù)。這樣的電光過(guò)

9、程使STN的閾值特性變得很陡，從而實(shí)現(xiàn)大容量顯示。但因?yàn)檫@樣的工作原理，STN必然是有色模式，所以它的比照度會(huì)有所下降。顯示容量的增加，使STN可以實(shí)現(xiàn)彩色化。STN是液晶顯示器件的高技術(shù)產(chǎn)品，由于是光十預(yù)型的器件，其材料的選用、生產(chǎn)工藝的選擇均十分嚴(yán)格。因此STNM本要比TN的成本高得多。由于其大容量顯示的大量外引線，使其安裝工藝、方法等都與一般液晶顯示器件不同。目前STN液晶顯示器件都是以外表裝配（SMD兀藝或（載帶封裝）TCP、（卷帶自動(dòng)結(jié)合）TAB工藝將IC、阻容外圍元件與液晶顯示器件裝在一起的模塊形式出現(xiàn)在用戶面前。2.3 TFTLCDTFT是如何工作的TFT就是“ThinFilmT

10、ransistor”的簡(jiǎn)稱，一般代指薄膜液晶顯示器，而實(shí)際上指的是薄膜晶體管矩陣一一可以“主動(dòng)的”對(duì)屏幕上的各個(gè)獨(dú)立的象素進(jìn)行控制，這也就是所謂的主動(dòng)矩陣TFTactivematrixTFT的來(lái)歷。那么圖象究竟是怎么產(chǎn)生的呢？基本原理很簡(jiǎn)單：顯示屏由許多可以發(fā)出任意顏色的光線的象素組成，只要控制各個(gè)象素顯示相應(yīng)的顏色就能到達(dá)目的了。在TFTLCD中一般采用背光技術(shù)，為了能精確地控制每一個(gè)象素的顏色和亮度就需要在每一個(gè)象素之后安裝一個(gè)類似白葉窗的開(kāi)關(guān)，當(dāng)“白葉窗”打開(kāi)時(shí)光線可以透過(guò)來(lái)，而“白葉窗”關(guān)上后光線就無(wú)法透過(guò)來(lái)。當(dāng)然,在技術(shù)上實(shí)際上實(shí)現(xiàn)起來(lái)就不像剛剛說(shuō)的那么簡(jiǎn)單。LCDLiquidCry

11、stalDisplay就是利用了液晶的特性當(dāng)加熱時(shí)為液態(tài)，冷卻時(shí)就結(jié)晶為固態(tài)，一般液晶有三種形態(tài)：類似粘土的層歹0Smectic液晶類似細(xì)火柴棒的絲狀Nematic液晶類似膽固醇狀的Cholestic液晶液晶顯示器使用的是絲狀，當(dāng)外界環(huán)境變化它的分子結(jié)構(gòu)也會(huì)變化，從而具有不同的物理特性一一就能夠到達(dá)讓光線通過(guò)或者阻擋光線的目的一一也就是剛剛比方的白葉窗。下面我就圖2a、b來(lái)講解一下TFT的基本原理。一個(gè)成品TFT顯示屏，一股由一個(gè)夾層組成，組成這個(gè)夾層的每一層大致是偏光板、彩色濾光片組成，這兩層之間就是液晶層。偏光板、彩色濾光片決定了多少光可以通過(guò)以及生成何種顏色的光。這個(gè)夾層位于兩層玻璃基板

12、之間。在上層玻璃基板上有FED晶體管，而下層是共同電極，他們共同作用可以生成能精確控制的電場(chǎng)，電場(chǎng)決定了液晶的排列方式。大家知道三原色，所以構(gòu)成顯示屏上的每個(gè)象素需上面介紹的三個(gè)類似的基本組件來(lái)構(gòu)成，分別控制紅、綠、藍(lán)三種顏色。目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶顯示器TwistedNematicTFTLCD,下列圖就是解釋的此類TFT顯示器的工作原理。在上、下兩層上都有溝槽，其中上層的溝槽是縱向排列，而下層是橫向排列的。而下層是橫向排列的。當(dāng)不加電壓液晶處丁自然狀態(tài)，從發(fā)光圖2affl曲向列TFT顯示器工作原理圖示意圖層發(fā)散過(guò)來(lái)的光線通過(guò)夾層之后，會(huì)發(fā)生90度的扭曲，從而能在下層順利透過(guò)。

13、圖2b扭曲向列TFT顯示器工作示意圖當(dāng)兩層之間加上電壓之后，就會(huì)生成一個(gè)電場(chǎng)，這時(shí)液晶都會(huì)垂直排列，所以光線不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)一一結(jié)果就是光線無(wú)法通過(guò)下層。三、LCD®造原材料3.1主要原材料主要原材料：ITO玻璃液晶、偏光片、PI液、絲印膠印框膠、導(dǎo)電膠ITO封口膠、Ni粉、取向?qū)铀芰蠅|片等。通常所講的三大主要原材料為：液晶、玻璃及偏光片。3.2輔助材料輔助材料是指產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中使用而最終中不存在的原材料如：光刻膠及稀釋劑、NMPPI稀釋劑、BC液、SiO2、稀釋劑、摩擦布、異丙醇、乙醇、丙酮、活洗劑、酸、堿等。3.3其他材料前段的Array制程與半導(dǎo)體制程相似，但不同的是將薄膜晶體管制

14、作丁玻璃上，而非硅晶圓上。中段的Cell制程，是以前段Array的玻璃為基板，與彩色濾光片的玻璃基板結(jié)合，并在兩片玻璃基板間灌入液晶（LC）。后段模組組裝制程是將Cell制程后的玻璃與其他如背光板、電路、外框等多種零組件組裝的生產(chǎn)作業(yè)。四、LCD®造工藝流程LCD顯示基本結(jié)構(gòu)和原理：一般TN型液晶顯示器結(jié)構(gòu)如下圖一取向?qū)右壕臃饨涌蜻^(guò)渡電極電極玻璃偏光片偏光片-TC玻璃基板電極1、偏光片：偏光片有一個(gè)固定的偏光軸。偏光片的作用是只允許振動(dòng)方向與其偏光軸方向相同的光通過(guò)，而振動(dòng)方向與偏光軸垂直的光將被其吸收。這樣，當(dāng)自然光通過(guò)液晶盒的入射偏光片稱為起偏器后，只剩下振動(dòng)方向與起偏器偏光軸

15、相同的光，即成為線性偏振光。2、ITO玻璃：在平整的玻璃基板上鍍了一層氧化錮錫層。3、液晶：具有類似晶體的各向異性的液態(tài)物質(zhì)。4、取向?qū)樱阂壕Ш兄胁Ａ瑑?nèi)側(cè)的整個(gè)顯示區(qū)覆蓋著一層有機(jī)物聚酰業(yè)胺取向薄層，這個(gè)取向?qū)咏?jīng)用毛絨布定向摩擦，在薄層上會(huì)形成數(shù)納米寬的細(xì)溝槽，從而會(huì)使長(zhǎng)棒型的液晶分子沿溝槽平行排列。而上下兩片玻璃的取向?qū)邮窍嗷ゴ怪钡?。故在液晶層中間的液晶分子是逐漸扭曲的。工藝流程簡(jiǎn)介：刖工序中后工序液晶顯示器主要由ITO導(dǎo)電玻璃、液晶、偏光片、封接材料邊框膠、導(dǎo)電膠、取向?qū)?、襯墊料等組成。液晶顯示器制造工藝流程就是這些材料的加工和組合過(guò)程。液晶顯示器制造全部過(guò)程大體分為40多道工序，其中實(shí)

16、際TN-LCD®程有20多道工序。實(shí)際STN-LCC®程有30多道工序。有些工序是特殊制程，只當(dāng)客戶有特殊要求才實(shí)施。這些工序乂可分為ITO圖形刻蝕光刻、取向排列、空盒制作、液晶灌注和成品檢測(cè)與包裝五個(gè)階段。下面按順序具體介紹液晶顯示器的制造過(guò)程。1、ITO圖形刻蝕光刻：本階段是在導(dǎo)電玻璃上刻蝕出顯示所需要的ITO電極圖形。在流程圖上它包括的工藝步驟是。ITO玻璃投入GRADING根據(jù)產(chǎn)品要求，選擇合適的ITO玻璃裝入傳遞籃具中，它要求ITO玻璃的規(guī)格型號(hào)符合產(chǎn)品要求。裝籃要切記ITO層面一定朝上插入籃具中，如圖1所示。ITO膜玻璃基板圖1ITO玻璃結(jié)構(gòu)圖 玻璃活洗與干燥C

17、LEANING工序的第一步是將符合后產(chǎn)規(guī)格的ITO玻璃用活洗劑、去離子水DI水等活洗干凈，并用物理或化學(xué)的方法將ITO玻璃外表的雜質(zhì)、油污洗凈，然后把水除去并干燥，保證下道工序的加工質(zhì)量。 涂光刻膠PRCOAT在潔凈的ITO玻璃的導(dǎo)電層外表上均勻涂上一層光刻膠。涂過(guò)膠的玻璃要在一定溫度下做預(yù)烘處理，如圖2所示。圖2ITO玻璃上涂光刻膠光刻膠ITO膜玻璃基板 前烘PREBAKE在一定的溫度下將涂有光刻膠的玻璃烘一段時(shí)間，以使光刻膠中溶劑揮發(fā),增加與玻璃外表的粘附性。 曝光EXPOSURE有紫外光通過(guò)預(yù)先制作好的電極圖形掩模版照射光刻膠外表，使被照部分的光刻膠層發(fā)生反應(yīng)。在涂有光刻膠的玻璃上覆蓋光

18、刻掩模版，在紫外光燈下對(duì)光刻膠進(jìn)行選擇曝光，如圖3所示。光刻膠圖3曝光示意圖 顯影DEVELOP用顯影液處理玻璃外表，將經(jīng)過(guò)光照分解的光刻膠層正性膠除去，保留未曝光部分的光刻膠層。用化學(xué)方法使受UV光照射部分的光刻膠溶丁顯影液中。顯影后的玻璃要經(jīng)過(guò)一定溫度的堅(jiān)膜處理，如圖4所示。圖4顯影效果圖 堅(jiān)膜MAINCURE將玻璃再經(jīng)一次高溫處理，使光刻膠膜更加堅(jiān)固。 刻蝕ETCHING用適當(dāng)?shù)乃峥桃簩o(wú)光刻膠覆蓋的ITO膜腐蝕掉，這樣就得到了所需要的ITO電極圖形，如圖5所示。光刻膠-ITO膜玻璃基板圖5刻蝕效果圖 去膜STRIPCLEAN剝離用高濃度NaOH作脫膜液，將玻璃上剩余的光刻膠剝離掉，使I

19、TO玻璃上形成與光刻掩模版圖形完全一致的ITO圖形，如圖6所示。二二-二l1.門l.-了匕cm月ito膜玻璃基板圖6剝離效果圖 清洗干燥CLEAN用高純水沖洗玻璃上剩余的堿液、殘留光刻膠和其他雜質(zhì)。2、取向排列本階段過(guò)程是在刻蝕后的ITO玻璃外表涂敷取向?qū)?，并用特定的方法?duì)取向?qū)舆M(jìn)行處理，以使液晶分子能在取向?qū)油獗硌靥囟ǚ较蛉∠?，這是液晶顯示器生產(chǎn)的特有技術(shù)。 涂取向劑PIPRINT用一定的方法，將有機(jī)高分子取向材料涂在玻璃外表。即采用選擇涂覆的方法，在ITO玻璃上的適當(dāng)位置涂一層均勻的取向?qū)印Ｍ瑫r(shí)對(duì)取向?qū)幼龉袒幚?，如圖7所示。取向?qū)覫TO膜玻璃基板圖7涂取向?qū)?固化MAINCURE通過(guò)高溫

20、處理使取向?qū)庸袒?取向摩擦RUBBING用絨布類材料以特定的方向摩擦取向?qū)油獗?，以使液晶分子將?lái)能沿著這個(gè)方向排列。根據(jù)產(chǎn)品要求，在玻璃的取向?qū)由习匆欢ǚ较蚰Σ?，使成盒后的液晶分子沿取向?qū)拥哪Σ练较蚺帕小?、空盒制作本分階段是將兩片導(dǎo)電玻璃對(duì)疊，利用封接材料貼合起來(lái)并固化，制成問(wèn)隙為特定厚度的玻璃盒。制盒技術(shù)是制造液晶顯示器的最關(guān)鍵技術(shù)之一。 絲印邊框及銀點(diǎn)SEAL/SHORTPRINTING將封接材料封框膠用絲網(wǎng)印刷的方法分別對(duì)上板和下板玻璃印上邊框膠和導(dǎo)電膠。 噴襯墊料SPACERSPRAY在下玻璃上均勻分布支撐材料。將一定尺寸的襯墊料一般為幾個(gè)微米均勻分散在玻璃外表，制盒時(shí)就靠這些襯墊料保證一定的盒厚。 對(duì)位壓合ASSEMBLY按對(duì)位標(biāo)記上、下玻璃對(duì)位粘合，將對(duì)應(yīng)的兩片玻璃面對(duì)面用封接材料粘合起來(lái)。 固化SEALMAINCURING在高溫下使封接材料固化。固化時(shí)一般在上、下玻璃上加上一定的壓力，以使盒厚保持均勻。4、液晶灌注本階段是把液晶灌入到制好的空盒內(nèi)，并將注入口封堵，這樣液晶盒就基本制成了。切割1stSCRIBING與裂片BREAKOFF口口口口口口口口口口口曰口口口口口口口口口口口口>|LLLL