液晶顯示基本知識

第第頁液晶顯示基本知識液晶顯示器設(shè)計(jì)

緒論以液晶為代表的平板顯示器和半導(dǎo)體集成電路是信息產(chǎn)業(yè)的兩塊基石，而液晶涉及的范圍更廣，帶動的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)更多，進(jìn)展?jié)摿Ω螅哂袩o限商機(jī)。高效率的制作質(zhì)量優(yōu)良，式樣新奇，價(jià)格廉價(jià)，廣受市場歡迎的平板顯示器產(chǎn)品，是企業(yè)核心競爭力的集中表達(dá)。液晶顯示器產(chǎn)業(yè)是一個(gè)應(yīng)有盡有的巨大系統(tǒng)，既需要實(shí)力雄厚的跨國公司，更要求有大量的中小型企業(yè)作為后盾。沒有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，沒有長期的討論，開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化閱歷的積累要想在高手如林的平板顯示器行業(yè)中占有一席之地是很不簡單的。作為一個(gè)參加者，要想在產(chǎn)業(yè)化大潮中跟上步伐，參加競爭，并有所作為，絕非易事，首先需要對液晶顯示器的原理，設(shè)計(jì)，制程，性能改進(jìn)與提高有比較透徹的了解。其中最核心的是“TFT-LCD產(chǎn)品的制作”,掌控了這方面的知識和本事，可以“以不變應(yīng)萬變”。

課程體系與主要內(nèi)容液晶顯示器根據(jù)驅(qū)動方式可分為：1、無源矩陣液晶顯示器(單純矩陣或DSTN(dualscantwistednematic)雙掃描交織液晶顯示)在兩塊玻璃基板內(nèi)表面的透亮電極上施加電壓，使兩電極的交叉部位(像素)著色而進(jìn)行顯示，依電極結(jié)構(gòu)可分為字段型和點(diǎn)矩陣型。字段型多用于顯示數(shù)字，文字等固定的圖形，點(diǎn)矩陣可通過組合而任意顯示。這兩種既可以采納靜態(tài)驅(qū)動，也可以采納動態(tài)(多路)驅(qū)動方式。

2、有源矩陣液晶顯示器在封入液晶材料的其中一個(gè)玻璃基板上陣列布置薄膜三極管或二極管等元件，由其掌握每一個(gè)像素，構(gòu)成有源矩陣，適用于多像素動態(tài)驅(qū)動。

從這兩個(gè)方面本課程的內(nèi)容體系就分為兩條線：一條主線和一條副線1、副線：無源液晶顯示屏的設(shè)計(jì)(以由字段和點(diǎn)陣構(gòu)成的屏為例),內(nèi)容包括：液晶顯示器基本知識；外觀設(shè)計(jì)；顯示內(nèi)容設(shè)計(jì)；邏輯走線設(shè)計(jì)；掩模版設(shè)計(jì)(副線)2、主線：有源矩陣液晶顯示屏設(shè)計(jì)(以TFT為例),內(nèi)容包括：液晶顯示基本知識；TFT操作原理；參數(shù)設(shè)計(jì)與圖形繪制；CF的制程與設(shè)計(jì)3、設(shè)計(jì)對象：兩塊玻璃之間(cell盒)

預(yù)期結(jié)果通過本課程的學(xué)習(xí)，要求大家不僅要熟識液晶顯示器件的原理，工藝流程，基本概念，更要掌控設(shè)計(jì)的基本思路與考量，基于相關(guān)軟件，能夠獨(dú)立完成ARRAY基板，CF基板，CELL盒的設(shè)計(jì)。

參考書籍1、田民波，葉鋒《TFT液晶顯示原理與技術(shù)》科學(xué)出版社2、田民波，葉鋒《TFT-LCD面板設(shè)計(jì)與構(gòu)裝技術(shù)》科學(xué)出版社3、戴亞翔，《TFT-LCD》面板的驅(qū)動與設(shè)計(jì)》清華高校出版社4、電子行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心組編《液晶顯示器件制造技術(shù)》人民

郵電出版社

第一章液晶顯示基本知識1、液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)與主要部件2、LCD制造工藝3、液晶光閥及其掌握4、液晶電容5、TFT-LCD操作原理及架構(gòu)6、名詞說明

第一節(jié)液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)與主要部件1、基本結(jié)構(gòu)液晶顯示器是一個(gè)由上下兩片玻璃制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料-框膠(一般為環(huán)氧樹脂)密封，盒的兩個(gè)外側(cè)貼有偏光片。上下玻璃片內(nèi)側(cè)，鍍有由透亮的氧化銦-氧化錫(簡稱ITO)導(dǎo)電薄膜形成的電極圖形，上下電極交疊處(像素)可以產(chǎn)生電場，掌握液晶分子的狀態(tài)，形成顯示。對于無源矩陣顯示，上下電極是具有肯定圖形的，而對于有源矩陣顯示，下電極是由和TFT的一個(gè)端子相連的近似長方形的ITO電極形成陣列組成，而上電極一般是對應(yīng)整個(gè)顯示區(qū)域的連續(xù)ITO作為公共電極。因此，對于無源矩陣，ITO薄膜不僅要以本身在上下基板的外形來掌握顯示圖形，而且，它還要作為與外部連接的導(dǎo)線，來傳送信號。而對于有源矩陣，下基板的ITO只存在于像素區(qū)域，和外部信號的連接依靠TFT,而在上板，在CF的表面掩蓋一層ITO,信號是通過接觸孔和下板接通從而獲得信號的。總之，無論哪種顯示器件，其上下基板的ITO交疊區(qū)域構(gòu)成一個(gè)一個(gè)像素。

無源矩陣基本結(jié)構(gòu)

無源矩陣上下基板ITO圖形

TFTSealant元件框膠AnisotropicConductorFilm異向性導(dǎo)電膠TapeAutomaticBonding

Glasssubstrate玻璃基板

Polarizerfilm上偏光板

BlackMatri*遮光區(qū)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(qū)動IC

Lightdiffuser擴(kuò)散片

Spacer間隔劑

Waveguideplate分光片

Prismsheet

有源矩陣基本結(jié)構(gòu)

ColumnDriverRowDriversColorFilterSubstrateCscCscCsc

TFTSubstrate

有源矩陣上下基板電極圖形

2、主要部件與材料(參考教材第八章P201-270)液晶顯示器由于類型，用途不同，其結(jié)構(gòu)不可能完全相同，但是其基本結(jié)構(gòu)卻大同小異。構(gòu)成一個(gè)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學(xué)薄膜彩色濾光片背光源

(1)玻璃基板(參考教材P201-P217)在液晶顯示器中，由于要在玻璃基板上形成布線，TFT陣列，彩色濾光片等，因此玻璃基板是組成LCD面板最重要的材料之一。TN和STN以及簡約矩陣用的玻璃基板一般運(yùn)用含堿成分的堿石灰玻璃和低堿硼硅酸玻璃，而TFT的玻璃基板一般用玻璃組分中不含堿的無堿硼硅酸玻璃，這是

由于堿組分會影響TFT的特性。玻璃基板的制造工藝大致分為兩個(gè)方面：一是制造玻璃原板的熔化，成形工藝，二是加工為玻璃基板尺寸的工藝。形成玻璃的方法有熔化下拉法，槽下拉法，浮法等。成形玻璃根據(jù)用途進(jìn)行切割，邊緣處理清洗檢查再進(jìn)行包裝。玻璃基板的特性主要有：需要具有耐熱性耐化學(xué)腐蝕性，具有肯定的密度和機(jī)械特性，這是由玻璃組成來決斷的；熱縮性，內(nèi)部，表面缺陷以及平整度，板厚及其勻稱性取決于玻璃基板的熔化成形退火等制造過程。其尺寸精度，邊緣精加工精度，表面缺陷，光亮度，干凈度取決于玻璃基板的切割，邊緣精加工，研磨，洗凈等二次加工的質(zhì)量。

(2)液晶材料(P264-270)液晶相化合物具有棒狀分子或板狀分子外形，依據(jù)分子排列狀態(tài)分為向列相，近晶相和膽甾相。液晶材料依顯示方式不同而運(yùn)用不同的材料。1、TN用液晶材料：TN用液晶材料需要介電常數(shù)各向異性為正的液晶化合物(Np)其主要成分是在分子結(jié)構(gòu)末端有氰基(CN)的化合物，如席夫堿類，酯類，聯(lián)苯類，苯基環(huán)己烷類，吡啶類，二噁烷類和乙烷類。2、簡約矩陣用液晶材料：簡約矩陣為實(shí)現(xiàn)高清楚度需要大大改進(jìn)陡峭特性，因此STN用液晶物理性質(zhì)與TN用是不一樣的，STN用需要K33/K11值大的材料。如酯類，PCH以及鏈烯基類。3、TFT用液晶材料：TFT用液晶材料基本上都是含氟化合物的組成物，由于這類材料電壓保持率高。

(3)取向膜材料將液晶物質(zhì)填充于兩個(gè)電極間，為得到一樣的排列而用取向膜。已經(jīng)提出來的取向方法有斜蒸鍍法，高分子拉伸法，摩擦法等。最常用的取向劑有聚乙烯醇(PVA),聚酰亞胺(PI),由于PI熱穩(wěn)定性好，摩擦處理所產(chǎn)生的功能在此后的工序中仍能保留，且其耐熱性良好。從而成為主流材料。TN方式的液晶元件要求有1-2度的預(yù)傾角，只用PI就可以了。而STN需要有大于5度的預(yù)傾角，所以要在聚酰亞胺中用長鏈烴基或氟原子，依據(jù)其引入的量來控制預(yù)傾角。對于TFT最重要的是電壓保持率要高，而且要克服由于電極電場引起的顯示不勻稱的問題，所以要求其預(yù)傾角要大，一般通過對聚酰亞胺引入最正確的長鏈烴基來解決。

(4)光學(xué)薄膜(參考教材P217-229)這里主要介紹一下偏振片。一般狀況下，偏振片是將碘或有機(jī)染料等二色性染料染色或吸附于母材薄膜(如PVA),并將其高度拉伸，取向以產(chǎn)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(hù)膜

TAC膜PVA膜TAC膜感壓膠離型膜

(5)彩色濾光片(P144-162)以TFT中運(yùn)用的彩色濾光片為代表來介紹。在TFT中，彩色濾

光片基板是作為液晶面板的前面板，與TFT基本相對置而疊合。因此，需要搞好定位，使彩色濾光片的各單元與TFT基板各像素相對應(yīng)，進(jìn)行有序排列。彩色濾光片由如下四種構(gòu)件組成：遮光用黑底，一般是濺射法形成的單層金屬鉻膜。因其反射率小且與玻璃結(jié)合力優(yōu)異。彩色顯示用的紅綠藍(lán)色層，一般通過染料法，顏料分散法，印刷法，電解沉積法或噴墨法來形成。愛護(hù)色層透亮膜，驅(qū)動液晶用的透亮導(dǎo)電膜。

(6)背光源(P233-256)