毕业设计（论文）身高体重测量仪LCD屏的设计

1、身高体重测量仪 lcd 屏的设计 摘摘 要要 本设计将身高体重测量仪 lcd 屏的尺寸大小确定为 4926 毫米。首先介绍了液晶 显示器技术的基本知识，它的发展史及其未来的发展趋势，然后设计了一款 tn 型身高 体重测量仪液晶显示屏，其可以给用户提供身高和体重的信息。利用 autocad2004 设 计了显示屏的外观图及相关菲林版。并依据相关原理及身高体重测量仪 lcd 屏的实际 使用要求和生产要求选取了液晶材料，偏振片，ito 玻璃，衬垫料等相关材料。 关键词：身高体重测量仪，液晶显示器，生产工艺 height weight measuring instrument lcd design a

2、bstract this design will height weight measuring instrument to determine the size of the lcd for 4926 mm. first introduced the basic knowledge of the liquid crystal display technology, its history and its future development trend, then designing a cell type tn height weight measuring instrument lcd

3、screen, its can offer users the height and weight of the information. using the screen autocad2004 design the appearance of the figure and related film version. and according to the relevant principles and height weight measuring instrument lcd screen the actual use of the requirements and productio

4、n requirements on the lcd materials, pianzhenpian, ito glass, gasket materials, and other relevant materials. keywords: height weight measuring instrument, lcd monitor, the production process 目 录 摘 要 .i 1 液晶概论 .1 11 液晶显示器的基本概论.1 1.1.1 lcd 基本知识.1 1.1.2 液晶显示器的发展.5 1. 2 液晶显示驱动原理 .7 1.2.1 静态驱动.7 1.2.2 动

5、态驱动 .7 2.lcd 屏的设计.8 2.1 外观图的设计 .8 2.1.1 液晶盒的设计 .8 2.1.2 “8”字的设计 .8 2.1.3 显示图案的设计 .9 2.1.4 seg、com 层走线设计.9 2.2 菲林版的设计 .12 2.2.1 光刻掩模版.14 2.2.2 取向涂覆版 .16 2.2.3 丝印版 .16 3. 液晶显示屏材料 .18 3.1 液晶材料的选取.18 3.2 ito 玻璃选取 .20 3.3 偏光片的要求 .21 3.5 取向材料 .23 3.6 封框胶与封口胶 .23 3.7 衬垫料.23 4.液晶显示器的工艺 .25 4.1 清洗与干燥工艺 .25 4

6、.2 光刻工艺.25 4.3 取向排列工艺.27 4.4 制盒.28 4.5 灌注液晶及封口工艺.29 4.6 其他工艺.30 总结 .31 致 谢 .32 1 1 液晶概论液晶概论 1 11 1 液晶显示器的基本概论液晶显示器的基本概论 1.1.11.1.1 lcdlcd 基本知识基本知识 lcd 液晶显示器是 liquid crystal display 的简称，lcd 的构造是在两片平行 的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电 与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 1） 液晶显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式lcd 及主动矩阵式

7、 lcd 两种。 a） 被动矩阵式 lcd 在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢 。由于面质量方面的问题，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器，但由于 成本低廉的因素，市场上仍有部分的显示器采用被动矩阵式lcd。被动矩阵式 lcd 又可分为 tn-lcd(twisted nematic-lcd，扭曲向列 lcd)、stn-lcd(super tn-lcd ，超扭曲向列 lcd)和 dstn-lcd(double layer stn-lcd，双层超扭曲向列 lcd)。 b） 目前应用比较广泛的主动矩阵式 lcd，也称 tft-lcd(thin film transistor-lc

8、d， 薄膜晶体管 lcd)。tft 液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管，可使亮 度更明亮、色彩更丰富及更宽广的可视面积。与 crt 显示器相比，lcd 显示器的 平面显示技术体现为较少的零件、占据较少的桌面及耗电量较小，但 crt 技术 较为稳定成熟。 2) lcd 显示器的工作原理 a) 被动矩阵式 lcd 工作原理 tn-lcd、stn-lcd 和 dstn-lcd 之间的显示原理基本相同，不同之处是液晶分子 的扭曲角度有些差别。下面以典型的 tn-lcd 为例，向大家介绍其结构及工作原理。 如图 1-1 所示： 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

9、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。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外部电信号通过其加到液晶上去。 图 1-1 tn 型液晶显示器的结 构图 图 1-3 tft-lcd 与 tn,stn-lcd 对 照 液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层取向层。定向层的作用是使液晶分 子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理；也可 以通过在玻璃表面以一定角度用真空蒸镀氧化硅薄膜来制备

10、。 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，如图 1-2 所示， 这便是扭曲向列型液晶显 示器名称的由来，也就是 tn-lcd 液晶显示器的工作 原理。 b） 主动矩阵式 lcd 工作原理 ：tft-lcd 液晶显示 器的结构与 tn-lcd 液晶显示器基本相同，只不过将 tn-lcd 上夹层的电极改为 fet 晶体管，而下夹层改为共通电 极。 如右

11、图 1-3 所示。 tft-lcd 液晶显示器的工作原理与 tn-lcd 却有许多不同之处。 tft-lcd 液晶显 示器的显像原理是采用 “背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上 透出，借助液晶分子来传导光线。 由于上下夹层的电极改成 fet 电极和共通电极，在 fet 电极导通时，液晶分子 的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是， 由于 fet 晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保 持这种状态，直到 fet 电极下一次再加电改变其排列方式为止。 3）液晶显示器的技术参数 a）可视面积 液晶显示器所标示的尺寸就是实际可以

12、使用的屏幕范围一致。例如，一个15. 1 英寸的液晶显示器约等于 17 英寸 crt 屏幕的可视范围。 b）可视角度 液晶显示器的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。举个例子，当背光源 的入射光通过偏光板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是 说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个全 白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。一般来说，上下角度要小于或等于 左右角度。如果可视角度为左右 80 度，表示在始于屏幕法线 80 度的位置时可以清 晰地看见屏幕图像。但是，由于人的视力范围不同，如果没有站在最佳的可视角度 内，所看到的颜色和亮度将会有误差

13、。现在有些厂商就开发出各种广视角技术，试 图改善液晶显示器的视角特性，如： ips(in plane switching)、mva(multidomai n vertical alignment)、tn+film。这些技术都能把液晶显示器的可视角度增加到 160 度，甚至更多。 c）点距 我们常问到液晶显示器的点距是多大，但是多数人并不知道这个数值是如何得 到的，现在让我们来了解一下它究竟是如何得到的。举例来说一般14 英寸 lcd 的 可视面积为 285.7mm214.3mm，它的最大分辨率为 1024768，那么点距就等于： 可视宽度/水平像素(或者可视高度/垂直像素)，即 285.7mm

14、/1024=0.279mm(或者是 214.3mm/768=0.279mm)。 d）色彩度 lcd 重要的当然是的色彩表现度。我们知道自然界的任何一种色彩都是由红、绿 、蓝三种基本色组成的。 lcd 面板上是由 1024768 个像素点组成显像的，每个独 立的像素色彩是由红、绿、蓝 (r、g、b)三种基本色来控制。大部分厂商生产出来 的液晶显示器，每个基本色 (r、g、b)达到 6 位，即 64 种表现度，那么每个独立的 像素就有 646464=262144 种色彩。也有不少厂商使用了所谓的 frc(frame rat e control)技术以仿真的方式来表现出全彩的画面，也就是每个基本色

15、(r、g、b) 图 1-4 lcd 产品的应 用 能达到 8 位，即 256 种表现度，那么每个独立的像素就有高达 256256256=167 77216 种色彩了。 e）对比值 对比值是定义最大亮度值 (全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。crt 显示器的 对比值通常高达 500:1，以致在 crt 显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的。但 对 lcd 来说就不是很容易了，由冷阴极射线管所构成的背光源是很难去做快速地开 关动作，因此背光源始终处于点亮的状态。为了要得到全黑画面，液晶模块必须完 全把由背光源而来的光完全阻挡，但在物理特性上，这些元件并无法完全达到这样 的要求，总是会有一些漏光发

16、生。一般来说，人眼可以接受的对比值约为 250:1 。 f）亮度值 液晶显示器的最大亮度，通常由冷阴极射线管 (背光源)来决定，亮度值一般都 在 200250 cd/m2 间。液晶显示器的亮度略低，会觉得屏幕发暗。虽然技术上可以 达到更高亮度，但是这并不代表亮度值越高越好，因为太高亮度的显示器有可能使 观看者眼睛受伤。 g）响应时间 响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，此值当然是越小越 好。如果响应时间太长了，就有可能使液晶显示器在显示动态图像时，有尾影拖曳 的感觉。一般的液晶显示器的响应时间在 2030ms 之间。 4）lcd 产品的应用 随着人类进入信息时代，平面显示技术在

17、人们的日常生活中被广泛的应用，而液 晶显示技术，已经逐渐占据平面显示的重要地位，随着互联网技术成熟，lcd 产品被广 泛的应用于个人便携信息终端、gps 以及可视电话、游戏机、笔记本电脑等产品中，成 为人们生活中必不可少的一部分。具体产品如图 1-4 所示。 1.1.2 液晶显示器的发展液晶显示器的发展 1) 液晶显示器的发展历程 1968 年，美国发明了液晶显示器件，随后 lcd 液晶显示器件就正式面世了。然而 从第一台 lcd 显示屏的诞生以来的 30 多年中，液晶显示技术得到了飞速的发展。七十 年代初，日本开始生产 tn-lcd(twisted nematic-lcd，扭曲向列 lcd)

18、，并推广应用。 八十年代初，tn-lcd 产品在计算器得到广泛应用。1984 年，欧美国家提出 tft- lcd(thin film transisto-lcd)和 stn-lcd(super tn-lcd，超扭曲向列 lcd)显示技术 之后，从八十年代末起，日本掌握了 stn-lcd 的大规模生产技术，使 lcd 产业获得飞 速发展。 1993 年，在日本掌握 tft-lcd 的生产技术后，液晶显示器开始朝两个方向发展： 一个是朝价格低、成本低的 stn-lcd 显示器方向发展，随后出现了 dstn-lcd（双层超 扭曲阵列）；而另一个却朝高质量的薄膜式电晶体 tft-lcd 发展。日本在

19、1997 年开发 了一批以 550679mm 为代表的大基板尺寸第三代 tft-lcd 生产线，并使 1998 年大尺 寸的 lcd 显示屏价格下降了一半。1996 年以后，韩国和中国台湾都投巨资建第三代的 tft-lcd 生产线，准备在 1999 年以后与日本竞争。 中国内地从八十年代初就开始引进了 tn-lcd 生产线，目前是世界上最大的 tn- lcd 生产国。据不完全统计，目前全国引进和建立 lcd 生产线 40 多条，有 lcd 配套厂 30 余家，其中不乏 tft-lcd 生产线。 从 1971 年开始，液晶作为一种显示媒体使用以来，随着液晶显示技术的不断成熟 ，使其应用日趋言广泛

20、，到目前为止，已涉及微型电视、数码照相机，数码摄像机以 及显示器等多个领域。在其经历了一段稳定、漫长的发展历程后，液晶产品已摒弃了 以前那种简陋的单色设备形象。目前，它已在平面显示领域占据了一个重要位置，而 且几乎是笔记本和掌上型电脑必备部分。tft-lcd 的研制早在 80 年代初就开始，但真 正大发展大约是 1995 年之后。 2）液晶显示器的优异特性: a) 显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮 度，恒定发光，而不象阴极射线管显示器（crt）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶 显示器画质高而且绝对不会闪烁，把眼睛疲劳降到最低。 b)没有电磁辐射 传统显示器的

21、显示材料是荧光粉，通过电子束撞击荧光粉而显 示，电子束在打到荧光粉上的一刹那间会产生强大的电磁辐射，尽管目前有许多显示 器产品在处理辐射问题上进行了比较有效的处理，尽可能地把辐射量降到最低，但要 彻底消除是困难的。相对来说，液晶显示器在防止辐射方面具有先天的优势，因为它 根本就不存在辐射。在电磁波的防范方面，液晶显示器也有自己独特的优势，它采用 了严格的密封技术将来自驱动电路的少量电磁波封闭在显示器中，而普通显示器为了 散发热量的需要，必须尽可能地让内部的电路与空气接触，这样内部电路产生的电磁 波也就大量地向外“泄漏”了。 c)可视面积大 对于相同尺寸的显示器来说，液晶显示器的可视面积要更大一

22、些 。液晶显示器的可视面积跟它的对角线尺寸相同。阴极射线管显示器显像管前面板四 周有一英寸左右的边框不能用于显示。 d)应用范围广 最初的液晶显示器由于无法显示细腻的字符，通常应用在电子表 、计算器上。随着液晶显示技术的不断发展和进步，字符显示开始细腻起来，同时也 支持基本的彩色显示，并逐步用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机上。 而随后出现的 dstn 和 tft 则被广泛制作成电脑中的液晶显示设备，dstn 液晶显示屏用 于早期的笔记本电脑；tft 则既应用在笔记本电脑上（现在大多数笔记本电脑都使用 t ft 显示屏） ，又用于主流台式显示器上。 e)画面效果好 与传统显示器相比，

23、液晶显示器一开始就使用纯平面的玻璃板， 其显示效果是平面直角的，让人有一种耳目一新的感觉。而且液晶显示器更容易在小 面积屏幕上实现高分辨率，例如，17 英寸的液晶显示器就能很好地实现 12801024 分 辨率，而通常 18 英寸 crt 彩显上使用 12801024 以上分辨率的画面效果是不能完全 令人满意的。 f)数字式接口 液晶显示器都是数字式的，不像阴极射线管彩显采用模拟接口。 也就是说，使用液晶显示器，显卡再也不需要像往常那样把数字信号转化成模拟信号 再行输出了。理论上，这会使色彩和定位都更加准确完美。 g)“身材”匀称小巧 传统的阴极射线管显示器，后面总是拖着一个笨重的射线 管。液

24、晶显示器突破了这一限制，给人一种全新的感觉。传统显示器是通过电子枪发 射电子束到屏幕，因而显像管的管颈不能做得很短，当屏幕增加时也必然增大整个显 示器的体积。而液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的， 即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的增加，而且在重量上比相同显示面积的传统 显示器要轻得多。 h)功率消耗小 传统的显示器内部由许多电路组成，这些电路驱动着阴极射线显 像管工作时，需要消耗很大的功率，而且随着体积的不断增大，其内部电路消耗的功 率肯定也会随之增大。相比而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 i c 上，因而耗电量比传统显示器也要小得多。 这些优异特

25、性决定了它在各类显示器件中的地位。仅仅 20 余年，液晶显示就改变 了几百年来的钟表记时行业，电子计算器几乎已成人人必备，智能化仪器、仪表使用 了液晶显示，使它可以成为便携式。膝上电脑、手提电脑、笔记本电脑、掌上电脑改 变了人类生活方式，甚至改变了战争形式。人们现在正在为使液晶显示走入电视而奋 斗。 1. 2 液晶显示驱动原理液晶显示驱动原理 1.2.1 静态驱动静态驱动 静态驱动就是指在像素的前后电极上施加电压信号时则呈显示状态，不施加电压信号则呈非显 示状态。在相对应的一对电极间连续外加电场或不外加电场。如图 2-1 所示。 在图形显示或者静态显示中，我们在每个像素上接一个电极，每个电极作

26、为一个控 制端，只需要控制这些端就可以控制液晶显示器件的工作。 1.2.2 动态驱动动态驱动 动态驱动也称为时间分割法，也称为多路驱动法。当液晶显示器件上显示像素众多 时，如点阵型液晶显示器件，为了节省庞大的硬件驱动电路，在液晶显示器件电极的 制作与排列上作了加工，实施了矩阵型的结构，即把水平一组显示像素的背电极都连 在一起引出，称之为行电极，把纵向一组显示像素的段电极都连接起来一起引出，称 之为列电极。在液晶显示器上每一个显示像素都由其所在的列与行的位置唯一确定。 液晶显示的动态驱动法是循环地给行电极施加选择脉冲，同时所有为显示数据的列电 极给出相应的选择或非选择的驱动脉冲，从而实现某行所有

27、显示像素的显示功能，这 种行扫描是逐行顺序进行的，循环周期很短，使得液晶显示屏上呈现出稳定的图象。 液晶显示的扫描驱动方式被称为动态驱动法。 图 1-5 lcd 静态驱动示意图 2.lcd 屏的设计屏的设计 2.1 外观图的设计外观图的设计 液晶显示器在制作时，首先要根据用户的要求设计并画出产品的结构图，根据结 构图再做出光刻掩摸版、取向涂覆版和丝网印刷版。 2.1.1 液晶盒的设计液晶盒的设计 利用 autocad2004 软件程序绘制出 lcd 外形框图（包括主视图，侧视图，并标 注寸） 。如图 2-1 图 2-1 外观图 2.1.2 “8”字的设计字的设计 依据设计出的屏的长、宽，设计合

28、理的 8 字的高度和宽度，一般的 8 字长宽比例 为 2：1 左右。设计 8 字时，要考虑它的美观性，符合人们的习惯。 2.1.3 显示图案的设计显示图案的设计 本设计的显示图案为身高体重测量仪显示屏，显示屏大小为 4918mm2 ，显示范 围为 0999。该屏主要应用于身高体重测量仪的显示，通过驱动电路设计，屏上会显 示当前的身高和体重。 身高体重测量仪显示屏的显示图案设计见图 2-2 图 2-2 显示图案 2.1.4 seg、com 层走线设计层走线设计 1) 作图时，要考虑到电极引线的合理分布。一定要遵循以下原则： a）同一面上不同的引出端电极的连线不能交叉，如果走线必须相交时，用过渡点

29、跨线 通过。 b)上下图形走线尽量避免交叉，如果难以避免时，交叉点最好选择在可视区之外；如 必须在可视区内交叉，则其面积必须小于 0.10.1mm2。 c)考虑到光刻机的精度，布线的宽度尽量走宽，不宜走又细又长的线。 d)走线要远离切割线，一般控制在距切割线 0.5mm 以上，因为距切割线太近，在切裂 时屏边缘若有崩边的话极易使电线断开，形成废品。 2) 对 com 层的电极而言，它共有第 1111214 四个电极引脚分别定义为： com1com2com3com4。其中 com1 控制个 8 字的 f，a，b 显示单元。com2 控制个 8 字的 d 显示单元。com3 控制个 8 字的 e，

30、g，f 显示单元。com4 控制 gm,kg 显示单元 （如图 2-3） 。除了 1111214 四个引脚外，其余 10 个引脚均为 seg 层的电极引脚， 分别定义为 s1-s10。其中 s1 控制第 1 个 8 字的 f,e 段。s2 控制第 1 个 8 字的 a,g,d 段。s3 控制第 1 个 8 字的 b,c 段。s4 控制第 2 个 8 字的 f,e 段。s5 控制第 2 个 8 字的 a,g,d 段。s6 控制第 2 个 8 字的 b,c 段。s7 控制第 3 个 8 字的 f,e 段。s8 控制第 3 个 8 字的 a,g,d 段。s9 控制第 3 个 8 字的 b,c 段。s

31、10 控制 gm,kg。 （如图 2-4） 。 图 2-3 com 层电极逻辑走线 图 2-4 seg 层电极逻辑走线 3) 上基板电极（com 电极）走线图 图 2-5 上基板电极（com 电极）走线 4) 下基板电极（seg 电极）走线图 图 2-6 下基板电极（seg 电极）走线图 5) 总体走线分布图： 图 2-7 总体走线图 2.2 菲林版的设计菲林版的设计 在光刻掩膜版设计时，首先要有外观图，这一点已具备。接着就是掩膜版的设计。 掩膜版设计是依据外观图和用户对显示图形与引出电极的连线规定来进行的，设计时 是先对一组单元进行设计，即设计出液晶显示器上下玻璃上的 ito 图形，一组单元

32、设 计完成后，再根据其外观尺寸大小进行排版制成生产用的掩膜版。 1) 设计方法及步骤： 基本制版程序如下图 2-8 所示： 版图设计一般有两种方法：一种是传统的方法，即“贴红膜 照相 拼版” ；另一 图 2-8 基本制版程序 图 2-9 上下玻璃压合对位 标志 图 2-10 掩模版上版 标记 图 2-11 丝网与玻璃对位 标记 图 2-12 切割对位 标志 图 2-13 光刻程度判别 标记 图 2-14 丝印标 记 种方法是用计算机绘图软件绘制底图，它是目前常用的方法，也是我们采用的方法。 根据这一底图，在不同的层面设计面（背）电极、边框、银点、凸版版图，并通过转 换软件将数据转换成光绘数据，

33、由光绘仪直接制成 1:1 单体菲林，在通过高精度拼版机 拼版成为生产用菲林。 一套光刻掩膜版包括两张版，我们习惯称之为上版、下版，即 up 版和 down 版， 除此之外，还有一些生产过程中必要的加工标记，主要包括上、下两张版重合时的对 位标记，如图 2-9 所示；光刻上版时的对位标记，如图 2-10 所示；pi 和丝印时的对位 标记，如图 2-11 所示；玻璃切割时的切割标记“+” ，如图 2-12 所示。这些标记是生产 工艺中必不可少的标记，如果在设计时有一种标记丢掉或错误生产就无法正常运行。 贴合对位标记分别在上下两张电极版图上，是生产时贴合对位的依据，也是检验贴合 质量的依据。圆点与圆

34、圈同心为标记贴合位置，圆点与圆圈相切时为贴合允许最大偏 离位置，圆点与圆圈内圈相交时的贴合偏离是不允许的。切割对位标记 0.1mm 宽的十 字缝为切割允许偏差范围，十字中心为标准切割位置。光刻标记如图 2-13 所示，既可 用来判别菲林的光刻程度也可用来判别玻璃的光刻程度。丝印标志，如图 2-14 所示。 2) 菲林版的排版方式 根据实际生产情况，菲林板或者铬板分为合版，分版，合分版三种排版方式。合 版方式是指上下两块菲林板上都既有上玻璃又有下玻璃，而且整块板上上下玻璃正好 成对组合。分版则是指上下两块菲林板上分别只有上玻璃和分别只有下玻璃12-16。合 分版则是指上下玻璃板都既有上玻璃又有下

35、玻璃，而且上下玻璃成奇数组合，即若上 板顺序为上玻璃下玻璃上玻璃，结束时仍为上玻璃，下板则为下玻璃上玻璃 下玻璃，结束时下玻璃，本设计采用合版方式。 3) 菲林版设计中的几点要求 a) 菲林排版原则 排版方向要有利于单元图形数量最大。排版时图形排列要中心对称，且与 pi 版和 丝网版能配套，上、下图形重合后留有对位余量。注意摩擦方向与上、下版压合方向 能满足用户的最佳视角的要求。 b) 走线的原则 同一面上不同的引出端电极的连线不能交叉，如果走线必须交叉时，用过渡点跨 线通过。上、下图形走线尽量避免交叉，如果难以避免时，交叉点最好选择在可视区 之外；若必须在可视区内较差，其交叉点的面积要控制在

36、 0.1mm*0.1mm 范围内。布线 的宽度尽量走宽，不宜走又细又长的线。走线要远离切割线，一般控制在距切割线 0.5mm 以上，因为距切割线太近，在切裂时屏边缘若有崩边的话极易使电线断开，形 成废品。对于点阵屏可视区里的空白处，用 ito 线段填充。 c) 菲林版设计：在单粒显示器版图设计完毕后，然后计算集成度。本设计中选用 的 ito 玻璃的型号：3603600.7 计算如下： 其中 =49mm；=26mm；=4mm；，其中 为单粒液晶盒大片玻璃长度，为小l l w p wl l w 片玻璃宽度，为上下玻璃台阶宽度。为所选用 ito 玻璃长度，为所选用 ito p wlw 玻璃宽度。=3

37、5,=30，集成度为 35。在这里选择了 7 行 5 列排布方式。 1 n 2 n 2.2.1 光刻掩模版光刻掩模版 绘制出上、下光刻掩模版分别如下图 2-15 和图 2-16 pl ww l l w n 2 1515 1 pl ww w l l n 2 1515 2 图 2-15 上光刻掩膜（maskd）版 图 2-16 下光刻掩膜（masku）版 图 2-17 取向涂覆（apr）版制作流程 2.2.2 取向涂覆版取向涂覆版 取向涂覆版通常称 之为 apr 版，它是用 于印刷取向剂工序，它的 制作过程如下图 3-19 所示： apr 版设计与光刻掩膜版要完全配套，不同点在于 apr 版因为是

38、用在辊筒涂覆， 所以，apr 版的长边方向不能完全是产品的实际尺寸，它要按一定比例收缩，其比例 与实际生产所使用的设备有关，apr 版如图 2-18 图 2-18apr 版 2.2.3 丝印版丝印版 丝印版用于丝网印刷工序，分为印框版 和印点版两种。丝网版的制作流程如下图 2- 19 所示： 1) seal 版的绘制 a) 封框胶版图的封口方向必须 一致，否则灌注工序无法进行。 b) 封框胶的线性宽度要根据的 面积大小、可视区与切割线的间距及盒间隙而定，一般设计在 0.250.35mm 之间。此 设计中封框胶线与上玻璃边相距 0.5mm，封框胶宽度为 0.25。 c) 框胶的尺寸要大于 apr

39、 版的尺寸，即设计时丝印胶不能压在取向层上，此设计 图 2-19 丝印版制作流程 中丝印胶与取向层边相距 0.3mm。 d) 框胶、丝印点的设计要与光刻版完全配套。 e) 丝网框、丝印点及周边辅助线不能影响切割。 二、dots 版的绘制 在电极与引出脚交叉处做出银点，以便在制成液晶盒后使面电极能顺利 3. 液晶显示屏材料液晶显示屏材料 根据屏的设计要求和实际工业生产要求，选取生产显示屏所用的相关耗材如下: 3.1 液晶材料的选取液晶材料的选取 1）液晶配制比例的算法 随着液晶显示器产业的不断发展和液晶器件的广泛应用,目前已开发了许多种液晶材料。 因为单用一种液晶材料很难完全满足器件要求的所有特

40、性,因此通常需要采用混合液晶 来调制其物理性能。 通过简单的四则运算可以准确确定液晶的配制比例。一般来说,液晶显示器生产厂 家所需的目标液晶都是采用标准液晶材料,按照同系列液晶“二瓶系统”或“四瓶系统” 来配制的。通常配制液晶的方法是,首先根据生产需要确定目标液晶的重量（w）,然后 确定各个标准液晶的配制比例（） ，并计算出各标准液晶的重量（） ，最后将称量 i m i w 好的每种混合在一起,即配制成目标液晶。用公式表示其配制过程为: i w w，w，但有时不一定采用标准液晶,而是采用已经配制好的某种或某几 i w i m i w 种目标液晶再来配制另一种新的目标液晶。在这种情况下, 关键的

41、工作是如何来准确确 定配制液晶的比例。如果配制比例出错,将导致整批产品报废。 配制原则：二瓶体系（适用于 tn 型液晶） ；四瓶体系（适用于 stn 型液晶） 。 2）二瓶体系 二瓶体系（two bottle system）适合于 tn 型产品所需液晶,一般都采用配制过程 较简单的“二瓶系统”来配制。用液晶和液晶配制目标液晶 x 的过程可表示为： 1 x 2 x （）x（） （3- 1 x 1 n 2 x 2 n 1） 其中为液晶的型号数字与目标液晶 x 的型号数字之差的绝对值；为液晶 1 n 1 x 2 n 2 x 的型号数字与目标液晶 x 的型号数字之差的绝对值。这里液晶型号的数字指的是纯

42、数字,如 液晶 mlc6404020 的数字为 6404020,液晶 adk9397c 的数字为 9397。液晶掺杂 部分,如液晶 rdp60868b010 的掺杂部分是 b010,不考虑在数字内。那么的配制比例 1 x 可按公式/（+）确定。的配制比例可按公式（+）确定。 1 m 2 n 1 n 2 n 2 x 2 m 1 n 1 n 2 n 举例来说,若用 x1 液晶：mlc6404020 和 x2 液晶：mlc6404090 来配制目标液晶： mlc6404080 则：6404-080-6404-02060 1 x 2 x 则：6404-090-6404-08010 2 x 2 n 那么

43、,mlc640402 的配制比例为： （+）10（60+10）1/7； 1 m 2 n 1 n 2 n mlc6404090 的配制比例为： （+）60（60+10）6/7。 2 m 1 n 1 n 2 n 有些液晶型号有两种表现形式,如 mlc6405100 相当于 mlc6627000；mlc6627 相当于 mlc6627100；teb420-000 相当于 teb420-000。在配制时要根据具体情况选 择适当的表现形式,这样确定差数（ni）就更直观了。 3）身高体重测量仪所用液晶 身高体重测量仪用液晶最大的特点是必须能在较宽的温度范围内工作。为此，这 类液晶不仅要有较宽的液晶相变温度

44、，即应-4070以上，而且在高低温工作时应 该稳定、可靠，其温度系数也应不太大。 由于这种类型的显示器往往在室外使用（如汽车仪表显示） ，所以要求混合液晶具 有高清凉点（90100）及低的粘度（2030cp,（20） ）5。 此设计中选用的是 tn 型的液晶，所以可选用“二瓶体系”遵照以上算法其过程可简 单如下： 选用的两个体系分别为：zli-2222-000 和：zli-2222-100 1 x 2 x 由实验证明：体系液晶的含量 x 与体系的呈线形关系，如图 3-1：n 在上图中横向调节液晶量可以使连续变化，且液晶的用量与呈线形变化关系。nn 在 90o扭曲的 tn 显示中，为了满足上面所

45、述条件即要求最佳化则可选=0. 65,ndndm 此处 d=6时，可以计算出=0.108，而当液晶含量 x 在 0100%之间变化时，在mnn 0.11240.1072 之间变化。这刚好相当于配置的目标液晶为 zli-2222-025。体系：zli- 1 x 图 3-1 x 与的关系n 图 3-2 ito 玻璃结构 2222-000,体系：zli-2222-100 的, 分别为： 2 x 1 n 2 n =025-000=25 1 n =100-025=75 2 n 所以，,分别为： 1 m 2 m =3/4 1 m 21 2 nn n 7525 75 =1/4 2 m 21 1 nn n 7

46、525 25 3.2 ito 玻璃选取玻璃选取 1) 透明导电玻璃参数 a) 结构与类型 液晶显示器的基本材料有透 明导电玻璃。所谓导电玻璃。就是 在普通玻璃的表面镀有透明导电膜 的玻璃。它不仅导电性好，而且还 具有高的透明性。目前常用的导电 玻璃是氧化铟锡玻璃，通常间称为 ito 玻璃。根据 用途，衬底玻璃的不同，ito 玻璃可分为三种结构： 一般的玻璃衬底材料为钠钙玻璃，这种玻璃衬底与 ito 层之间要求有一层二氧化硅 阻挡层，其作用是阻挡玻璃中钠离子的渗透，以防止对器件性能产生影响。sio2层要求 耐腐蚀，致密性好。如果，玻璃衬底用无钠硼硅玻璃，对图（a）中的 ito 层 结构就可以不必

47、存在 sio2层。图（c）最外层 sio2是作为绝缘层，它对于某些高档 产品的制造是必须的，要求其绝缘性好。 以上结构中 ito 膜起着关键的作用。它是在高真空的反应室中充入一定比例的 o2 和 ar 的混合气体，在外加直流电压（400700v）的作用下产生辉光放电。被电离的 ar+在电场作用下高速轰击合金靶表面，使 in 和 sn 以原子和离子形式溅射出来，沉积在 sio2层表面，同时被氧化，形成氧化铟锡膜。将衬底加热到 150300oc，经一定时间后， 便形成了 ito 导电玻璃。 通常考察 ito 玻璃性能主要有三个指标：方块电阻，光透过率和平整度。 a) 方块电阻 方阻是 ito 膜导

48、电性能好坏的指标之一，它是指单位面积的电阻，它用 r来表示， 定义如下： r= （3-2） d 式中, 为导电膜的电阻率,d 为膜厚。 由上式可以看出：对于电阻率一定的 ito 玻璃，导电膜越厚方阻越小，同时透光率 也越小；导电膜越薄方阻越大，同时透光率也越大。在液晶显示器件当中要求其方阻越 小越好；透光率越大越好，因此，厚度不能太大也不能太薄，必须在满足透光率最大和 方阻最小的条件下，取厚度 d 的最佳值。 b) 透过率的要求 导电玻璃必须是透明的，要求在可见光的范围内的透光率 80%以上。ito 玻璃的透 明率主要取决于玻璃材料，ito 厚度，折射率 。 透光率是透明材料十分重要的光学性能

49、指标。透光率与透光材料的光通量与入射的 光通量之比的百分数表示，通常是指标准“c”光源一束平行光垂直照射透明或半透明 材料，透过材料的光通量 t2与入射光通量 t1的之比的百分率。 （3-3）100 1 2 t t tt c) 表面平整度的要求 平整度是指表面在一定范围内的起伏程度。平整度可用 h/l 表示，意思为在长度 l 的范围内，表面最高点与最低点的差值 h。 ito 玻璃基板平整度直接影响着液晶显示器的质量。ito 玻璃基板平整度的参数包 括：（1）玻璃表面粗糙度；（2）基板表面波纹度；（3）基板翘曲度；（4）基板平行 度；（5）ito 膜表面粗糙度；（6） ito 玻璃基板平整度膜厚

50、与膜厚均匀度。 一般扭曲向列相液晶显示器用玻璃要求平整度小于 0.5m/20mm。 2) ito 玻璃材料选取 ito 玻璃选用深圳南亚公司产品，型号：nytn-001，膜厚 25050 埃，透过率 87（%） ，面电阻150（/）蚀刻时间30s。 3.3 偏光片的要求偏光片的要求 偏光片是一种产生和检测偏振光的片状光学功能材料，它在液晶显示器中占有非 常重要的地位。它在液晶显示器中的功能就是只允许在某一个方向振动的光通过而其 他方向振动的光将被全部或部分地被阻挡。因而，偏振光是有方向性的，同样偏振片 也是有方向性的，这个方向称之为透射轴，与这个方向垂直的电振动被阻挡，而与这 个方向平行一致的

51、点振动则可以通过。因而偏振片的作用就是检测偏振光。 lcd 所用的偏光片大都采用具有很强的 偏振功能，同时具有优良的外观特性和使用 命的偏光片。 1) 偏光片的分类及结构 上图是偏振片的基本结构，由表面保护 膜，支撑膜，偏光膜，粘合剂，和分割膜组 成。多卤素偏光片和染料偏振片在透射轴的 机械强度较差，因热或水而收缩，偏振功能下降。为解决这个问题，将其夹在两个支 撑膜之间并用粘接剂个固定。支撑膜可以用乙酰纤维素薄膜，聚脂素薄膜，聚碳酸脂 薄膜等。除了要求耐热和耐湿性能好之外，还要求支持膜无双折射性，透射率高且与 波长无关，清晰度高和因温度和湿度引起的收缩小。 偏光片的类型有透射型，反射型，半透半

52、反型，可以根据不同的液晶盒选择不同的 类型。 2) 偏光片的主要技术参数 液晶显示器的显示性能，如对比度，亮度，与偏光片性能有很大的关系。偏光片的 主要参数有： a) 颜色 普通偏光片为灰色，细分为中灰和蓝灰两种，目前随着产品档次的提高，品种的多 样化，彩色背景液晶显示器用偏光片相继开发出来，现在已经有了红色，洋红色，蓝色， 黄色，紫色，蓝紫色等多种颜色的偏光片。 b) 偏光度 偏光片的偏光度也称为偏光片的偏振效率，其定义为： p= （3-4） ii ii / / 上式中 i/,i 分别是自然光经偏光片后，振动沿光片偏光轴和垂直偏光轴方向的投射 光光强。在理想情况下垂直光轴方向振动的光完全被吸

53、收，即 i =0，这时，p=1（百分 数表示为 100%） 。目前最好的偏光片，偏振度可达 99%以上。通常普通偏光片的偏光效 率要求大于 85%；彩色偏光片的偏光效率相对较底，一般在 80%。 c ) 透光率和透射光谱 入射光的自然光强度为 iin ,经偏光片透射出来的光强为 iout，理想情况下，垂直偏光 轴方向振动的光被完全吸收，则透光率 t=，沿偏光轴方向振动的光完全透过， inout ii 这种情况相当于光的一半通过，即 t=50%，实际偏光片的透过率都低于 50%。为了实现 黑白显示，一般扭曲向列相液晶的偏光片在整个可见光范围内的透光率是均匀的，即要 求透光光谱曲线要平直，否则出射

54、的光会带有颜色，影响显示效果。 d）有效厚度 有效厚度指偏光版的总厚度，包括基片厚度，保护膜厚度和胶厚度。有效厚度 应 该选择合适以保证液晶盒的透光率最佳。 除了以上的性能指标外还有特殊性能偏光片，如防闪烁，防紫外，高耐久偏光片等 还有其特的性能指标。在选择偏光版时，必须全面考虑其各项参数。 3）偏光片材料选取 根据本次设计要求，选用了台湾供应商力特公司生产偏光片6。选用的偏光片规格如下： 上偏光片：ll-82-18（12）sthc-1 下偏光片:ll-82-18sthf（半透） 此型号具有高透过率的优点。 3.5 取向材料取向材料 液晶盒内直接与液晶接触的一薄层物质称之为取向层，它的作用是使

55、液晶分子按 一定的方向和角度排列，这个取向层对液晶显示器来说是必不可少的，而且直接影响 现实性能的优劣。这种有机高分子薄膜最常用的材料就是聚酰亚胺（简称 pi） 。 主要技术参数：（1）固态含量；（2）粘度；（3）含水量；（4）金属离子含量； （5）预倾角。 tn-lcd 用取向膜必须是液晶分子具有 12的预倾角，主要使用全芳香族聚 酰亚胺。 3.6 封框胶与封口胶封框胶与封口胶 液晶显示器是用一种胶粘剂将上下两 篇玻璃粘接起来，同时保持一定的间隙； 然后将灌入的液晶密封起来，使其不能泄 漏，同时防止外界污染物进入，这种胶粘 剂即封框胶。 液晶灌注后需采用封框胶封口，防止外界污染物及水分进入液

56、晶屏内部，这种封 框胶即封口胶。 主要技术参数：（1）粘度；（2）纯度；（3）固化后粘着强度；（4）标准硬化 条件。 根据要求，我们选用日本積水公司生产的 photolec a-720 系列，这种封胶的主 要成分是丙烯酸树脂，系紫外线硬化型树脂。有良好的耐热性、耐化学性。作为液晶 屏的封口材料被采用，即使是被液晶濡湿的玻璃上也能表现出良好的附着性，且硬化 物不污染液晶。 3.7 衬垫料衬垫料 在制造液晶显示器时，需要确保液晶层间隙为一定的厚度，这个厚度通常叫做盒 厚。盒厚一般为几个微米。为了制备这样小的盒厚，并且保证其均匀性，必须在封框 料中加入一些衬垫料，同时在显示区内也均匀散布一些衬垫料。

57、液晶层的厚度，就是 靠这些衬垫料将两片玻璃支撑起来所形成的间隙。 衬垫料有多种，可以分为树脂制的液晶盒内使用的球状衬垫料；玻璃纤维制的通 常用于封框胶里的棒状衬垫料；由二氧化硅制的用于周边封口部等处的球状衬垫料。 主要技术参数：粒径；标准偏差；硬度；纯度。 根据要求，我们同样选用日本積水公司的米可罗伯尔 sps 系列，材料以二乙烯基 苯为主成分的架桥重合体、有优良的耐热性、耐寒性、耐化学品性。 4.液晶显示器的工艺液晶显示器的工艺 液晶显示器制造是在洁净室环境下进行的，在工艺上大致可以分成清洗与干燥、 光刻、取向排列、制盒、切割、灌注液晶、目测、电测、贴片、上引线、包装等工序， 如图 4-1

58、所示。其中从清洗到灌注液晶这一生产线又称作前工序，从目测到包装入库 这一段生产线又称作后工序。 4.1 清洗与干燥工艺清洗与干燥工艺 在液晶显示器生产中，清洗是指清 除吸附在玻璃表面的各种杂质或油污工 艺。清洗方法是利用各种化学试剂和有 机溶剂与吸附在玻璃表面上杂质即油污 发生化学反应和溶解作用，或伴以超生、 加热、抽真空等物理措施，使杂质从玻 璃表面脱附（或者解吸） ，然后用大量 高纯度热、冷去离子水冲洗，从而获得 洁净的玻璃表面。 有机溶剂的去污原理：按照甲苯（去除玻璃表面的油污）丙酮（去除残余油污 及甲苯）乙醇（去除丙酮）去离子水的顺序进行清洗，就可以收到良好的效果。 干燥工艺原理：经过

59、清洗后的玻璃，表面沾有水或有机溶剂等清洗液，这将对后 工序造成不良影响。目前常用的方法有烘干法、甩干法、有机溶剂脱水法和风刀吹干 法等。 清洗与干燥流程如下图 4-2： 图 4-2 清洗与干燥流程 图 4-1 lcd 制造总工序 图 4-3 光刻工艺流程图 4.2 光刻工艺光刻工艺 经过上述清洗的基板就可以进入电极图案形成工序。刻蚀电极图案（光刻工艺） 的过程是涂胶前烘曝光显影坚膜腐蚀去胶。 1) 涂胶 涂胶前应保证玻璃表 面清洁，如搁置太久，应 重新清洗。涂胶方法常用 的有旋转涂胶和辊印涂胶。前者不 适用于大面积涂胶，但能得到更为 精密的图案和高的成品率。涂胶工 序应在 2025范围内，相对

60、湿度 低于 60%的环境下 进行。涂胶要求：粘附良 好，均匀，厚薄适当。若胶膜太薄， 易产生针孔，抗蚀能力差；胶膜太 厚，分辨率低。 2) 前烘 前烘的目的是使胶膜体内的溶剂充分挥发，增强胶膜 ito 膜的粘附性和胶膜的耐 磨性。前烘的最佳方法是将玻璃放在容器内，再用红外灯从底部加热。影响前烘质量 的主要因素是温度和时间。烘烤不足，将产生膜胶粘接。轻者使图案变成浮胶；重 者胶被掩膜粘起，使图案破缺。烘烤过将导致胶膜翘曲硬化，而且会降低图形部分光 刻胶的抗蚀能力。 3) 曝光 曝光有接触曝光方式和投影曝光方式两种，在图案精度为 10um 以上或基板面积小 于 300300mm2以及不需要重复曝光