TFTLCD制造工藝分析課件

1、SUSTTFT液晶顯示器制造工藝 第1頁，共69頁。2、IPS模式第2頁，共69頁。一、IPS模式的結構IPS是“In Plane Switching”（共面開關）的縮寫，IPS模式是又一種獲得廣泛應用的廣視角模式。IPS模式把這一對電極都制作在下基板上（上基板無電極），通過控制加在這一對電極之間的橫向電場來控制液晶分子的排列。所以IPS模式也稱為橫向電場模式。 第3頁，共69頁。In-plane switching ( IPS ) : l d,w早期的 Hitachi IPS0第4頁，共69頁。Hyundai and SamsungIPS VA with 0P A V = 0 , excel

2、lent dark state V 0 , near edges equivalent two-domain第5頁，共69頁。具有介電各向異性為負的向列相液晶分子在基板間均勻平行沿面排列；梳狀內(nèi)信號電極和公共電極用來產(chǎn)生橫向電場， 以改變液晶分子的光軸在平行于基板平面內(nèi)的方位角，控制透光率。第6頁，共69頁。第7頁，共69頁。兩偏振片正交設置，起偏器的偏振化方向與下基板表面處液晶分子指向矢平行；這種結構對在無電場時獲得純黑態(tài)有重要意義 。第8頁，共69頁。二、IPS模式的工作原理非選擇態(tài)，起偏器的偏光軸平行于液晶分子指向矢；當入射光經(jīng)起偏器得到的線性偏振光；偏振光射入基板處液晶層時其偏振狀態(tài)不

3、會發(fā)生變化。第9頁，共69頁。液晶分子均勻平行沿面排列，入射線偏光在經(jīng)過液晶層時也不會發(fā)生旋轉。上下偏振片的正交設置，使得該線偏光完全被檢偏器阻隔，這樣就可以得到幾乎接近純黑的暗態(tài)顯示。第10頁，共69頁。選擇態(tài)：在梳形內(nèi)數(shù)字電極和公共電極之間施加橫向電場作用；具有的液晶分子將轉向與該電場的方向排列；第11頁，共69頁。通電后產(chǎn)生扭曲角(分子指向矢與入射側偏振片偏光軸的夾角)，這樣一部分光就可以從檢偏器射出，得到亮態(tài)顯示；液晶分子在盒厚方向傾角始終為0，所以IPS模式中液晶分子表觀長度的視角相依性極小。 第12頁，共69頁。第13頁，共69頁。三、IPS模式特性分析IPS模式暗態(tài)時液晶分子沒有

4、擾動，入射光完全被檢偏器阻斷，與視角無關，因此，無論是垂直還是水平方向，80內(nèi)均沒有階調(diào)反轉現(xiàn)象；IPS模式的對比度可達500：1以上。第14頁，共69頁。第15頁，共69頁。IPS模式顯示的電壓保持率很高。其電壓保持率幾乎不隨液晶材料電阻率的變化而變化，只需采用價格較低的液晶材料，如氰基化合物等，就可以獲得和TN模式相當?shù)碾妷罕３致?；所用液晶材料設計的自由度也大，可全面提高顯示性能。 第16頁，共69頁。IPS模式視角特性的方位對稱性不佳，在某些方位角視角范圍不夠寬；為了解決這個問題，可將電極形狀設計成下圖所示的形狀：在一個像素范圍內(nèi)使梳形電極折成齒狀，形成液晶分子可左、右旋轉的兩個區(qū)域，因

5、而獲得分割取向，使視角特性得到補償這種改進型的IPS模式為Super-IPS模式。 第17頁，共69頁。第18頁，共69頁。 Super-IPS模式 的視角特性 第19頁，共69頁。IPS模式上下電極（材料一般為Cr或Al）都做在下基板上，使得開口率下降，相同條件下透射光強度下降，從而導致對比度下降（要獲得與TN模式相當?shù)膶Ρ榷染偷眉哟蟊彻庠吹牧炼龋?。?0頁，共69頁。Figure-on-plane ( FOP ) IPS mode (ERSO)Conventional IPS : metal electrode Aperture ratio of TNFOP IPS : ITO elect

6、rodes Aperture ratio 80% of TN第21頁，共69頁。第22頁，共69頁。Fringing Field Switching (FFS)Developed by Hyundai : ldAnother way to improve the aperture ratio : unlike the IPS mode , there is no dead zone prohibiting transmittance 第23頁，共69頁。Fringing Field Switching (FFS)No dead zone prohibiting transmittance第24

7、頁，共69頁。IPS模式下控制液晶分子排列狀態(tài)的電場是通過下基板上相應電極施加的；由于相鄰電極之間的距離比普通TN模式液晶盒的上下玻璃基板更大，這就導致在相同驅動電壓下兩電極之間的電場強度相對較弱（與普通TN模式相比），其結果就是響應速度變慢。若要提高響應速度，就必須加大驅動電壓，從而使功耗增大。第25頁，共69頁。3 MVA模式多疇垂直取向模式第26頁，共69頁。一、 VA模式VA模式在不加電壓時，液晶分子垂直于基板表面排列；使用負性液晶；第27頁，共69頁。非選擇態(tài)經(jīng)起偏器得到的線偏光就可以不受任何影響的穿過液晶層，到達檢偏器。上下偏振器正交設置，線偏光將完全被檢偏器阻擋得到的“純黑顯示”

8、狀態(tài)與視角無關。這種“純黑狀態(tài)”使得VA模式的對比度大大提高。第28頁，共69頁。選擇態(tài)在電極和公共電極之間施加電場作用；具有-的液晶分子將轉向與該電場垂直的方向排列；通電后產(chǎn)生液晶分子旋轉，一部分光從檢偏器射出，得到亮態(tài)顯示。第29頁，共69頁。第30頁，共69頁。與TN模式相比黑態(tài)更黑第31頁，共69頁?；叶鹊燃壐嗟?2頁，共69頁。與TN模式相比，由于VA模式去掉了液晶分子的扭曲結構，工作時液晶分子的排列狀態(tài)只在水平和垂直兩種狀態(tài)之間變換，所以VA模式的響應速度大大高于普通TN模式。閾值特性非常陡峭；可用于大容量直接矩陣顯示器。 第33頁，共69頁。VA模式的電光特性曲線在靠近閾值部分

9、基本沒有色分離。在垂直入射光情況下，可在屏法線方向獲得極好的黑白顯示。與普通TN模式一樣，在產(chǎn)生灰階圖像顯示時VA模式同樣存在著視角范圍窄及視角方位不對稱的缺陷。第34頁，共69頁。第35頁，共69頁。二、 MVA模式普通的單疇VA模式，為獲得中間灰階顯示，液晶分子需均勻傾斜排列，正是液晶分子的這種均勻傾斜排列使得液晶分子的表觀長度出現(xiàn)了視角相依性，從而導致了視角問題的出現(xiàn)。第36頁，共69頁。觀察角度不同,獲得的亮度不同第37頁，共69頁。為了解決這個問題，采用分割像素法。分割像素法的最主要特點是控制每個像素中的液晶分子沿多個方向傾斜排列，這樣液晶分子具有對稱取向，在光學上得到互補，從而解決

10、了液晶分子表觀長度的視角相依性。 第38頁，共69頁。雙疇垂直取向模式第39頁，共69頁。采用雙疇取向的液晶盒的視角特性圖 第40頁，共69頁。視角達到40也未出現(xiàn)階調(diào)反轉，其等對比度視角范圍為枕形結構，而且等對比度為10的上下視角范圍還比較窄。為進一步改善視角特性，以便在所有方向都獲得較好的對比、亮度和色飽和度，需引入了多疇取向技術。 第41頁，共69頁。 采用4分割像素法，即產(chǎn)生4疇，即可展寬上下、左右視角范圍，而且上下、左右具有幾乎相同的對稱視角范圍。 理論和實踐表明，即使把像素分割數(shù)增加到4分割以上，其視角特性已無多大改進，而且4分割之后已觀測不到階調(diào)反轉現(xiàn)象。 第42頁，共69頁。2

11、.多疇取向的實現(xiàn) 在普通TN模式中，利用單純的摩擦取向技術就可以使液晶分子獲得穩(wěn)定的單疇及雙疇取向。但隨著疇數(shù)增多，對取向精度要求越來越高，此時傳統(tǒng)的摩擦取向技術已經(jīng)無法適應批量生產(chǎn)的要求。為了改變這種現(xiàn)狀，富士通公司開發(fā)了一種不需要摩擦的特殊取向技術：在基板上設置一層脊狀小凸起。 第43頁，共69頁。自動成疇技術（ ADF技術）要點：不加電時，使大部分液晶分子垂面排列（小凸起處少數(shù)分子在坡面的作用下發(fā)生略微傾斜）；當施加電壓時，小凸起周圍將獲得傾斜電場，首先使得位于小凸起坡面上的液晶分子1和1按圖示的方向旋轉，受1和1旋轉的影響，處于小凸起周圍的液晶分子（下圖中的2、2，3、3和4、4）也朝

12、和1、1相同的方向旋轉，這樣液晶盒內(nèi)所有液晶分子就可以獲得穩(wěn)定的雙疇取向。我們將這種取向技術稱為ADF(Automatic Domain Formation：自動成疇)技術。第44頁，共69頁。第45頁，共69頁。第46頁，共69頁。只需要改變基板上小凸起的排列方式，就可以獲得我們所需要的任意液晶疇。這就是MVA模式液晶盒結構的主要特點。三、MVA模式原理及特性分析 1. MVA模式工作原理將多疇技術應用在VA模式中，就獲得了又一種廣視角模式MVA模式。 第47頁，共69頁。MVA模式的液晶盒結構如下圖所示 MVA-LCD結構第48頁，共69頁。MVA模式的工作原理：非選擇態(tài)，在取向膜的作用下

13、，絕大部分液晶分子垂面取向，上下偏光片正交設置，無場時為暗態(tài)。選擇態(tài)，上下小凸起間產(chǎn)生傾斜電場，使得液晶分子變成傾斜取向。由于液晶分子的雙折射效應，入射線偏光經(jīng)過傾斜取向的液晶層后變成橢圓偏振光，就會有光從檢偏器射出得到亮態(tài)顯示。隨著電場的加大，透射光強度也相應增大。第49頁，共69頁。當前MVA-LCD中采用的都是4分割像素法，每個像素被分成4個疇區(qū)。4分割像素法中小凸起的排列方式設計成上下基板小凸起均設置成間隔均勻的Z字形平行條狀，且上下小凸起交替排列。這樣在施加電壓時，液晶分子就可以獲得4個不同的取向狀態(tài)，亦即形成4個疇區(qū)?？梢宰C明，在這種排列方式下，當偏振片的吸收軸與液晶分子長軸成45

14、時，入射光的利用率最大。 第50頁，共69頁。小凸起排列方式設計 第51頁，共69頁。MVA廣視角技術(ii) 影響液晶分子配向的參數(shù)突出物高度(h) :高度, 透光率, LC 配向穩(wěn)定性突出物間距(s) :間距, 透光率突出物寬幅(w）突出物材料的誘電率(P)突出物材料的阻抗率(P)第52頁，共69頁。(a)突出物高度(h) :高度, 透光率, LC 配向穩(wěn)定性(b)突出物間距(s) :間距, 透光率第53頁，共69頁。第54頁，共69頁。第55頁，共69頁。Stanley MVA 模式每個電極均開孔第56頁，共69頁。IBM RFFMH第57頁，共69頁。Fujitsu MVAPhase1

15、第58頁，共69頁。Fujitsu MVA Phase1 第59頁，共69頁。 2.MVA模式的特點 a、寬視角，高對比，響應速度快多疇取向技術的引入使得MVA-LCD的視角特性得到很大改善，水平和垂直方向視角都可以達到80以上，而且高度對稱，即使在45方向也在50以上；MVA模式繼承了VA模式高對比、響應速度快的優(yōu)點，在水平和垂直方向當視角為80時其對比度還能達到30：1，甚至在90時對比度仍可保持在10：1以上。MVA-LCD的對比度已經(jīng)做到800：1，響應速度也在8ms左右。第60頁，共69頁。 VA-LCD和MVA-LCD視角特性對比 第61頁，共69頁。MVA-LCD中不存在階調(diào)反轉

16、現(xiàn)象。顯示色彩的視角相依性也大大降低，使得其色彩還原能力進一步向傳統(tǒng)CRT顯示器件靠近。 b、取向不需摩擦，良率高在普通TN-LCD中采用摩擦取向技術使液晶分子（在不加電狀態(tài)下）獲得某種特定取向（即形成“單疇”）。摩擦取向技術簡便，適合批量生產(chǎn)，一直被沿用，但它的靜電吸塵（摩擦過程中易引入雜質(zhì)）、表面損傷、大面積不均勻（很難將摩擦線的均勻度控制在可接受范圍內(nèi)）等問題，已經(jīng)不能適應高性能（高精細、廣視角）顯示器件的要求。 第62頁，共69頁。在MVA模式中，要求每個像素內(nèi)的液晶分子形成4個不同取向狀態(tài)（即形成“多疇”），此時傳統(tǒng)的摩擦取向技術就顯得無能為力了。MVA-LCD中采用的ADF技術很好

17、的達到了取向要求。ADF技術的應用使得MVA-LCD面板的制作過程中省去了摩擦工藝，縮短了制作流程；同時由于不存在摩擦工藝常引入的那些問題，從而提高了良率。 第63頁，共69頁。MVA和TN/IPS模式中的取向技術第64頁，共69頁。四、三種廣視角技術比較 三種廣視角技術的性能進行對比，如下圖 第65頁，共69頁。TN+Film方式是所有廣視角技術中最容易實現(xiàn)的方法，只需將一層特殊的補償膜（廣視角膜）加在面板表面就可以使水平視角從45改善到70及垂直視角從30改善到45，而且良率極高（幾乎與傳統(tǒng)TFT-TN相當）。不過，由于這種方式仍無法完全解決階調(diào)反轉問題，而且在響應速度和對比度兩方面仍然沒有改善，因此常用于低端小尺寸顯示器件。 第66頁，共69頁。IPS模式是由日立開發(fā)的，現(xiàn)在NEC及Nokia也在采用這項技術。這種模式的最大優(yōu)點是可將視角增加到85度，但是該模式的其它顯示性能還是無法改善：響應時間在30毫秒左右，甚至