液晶显示器基本理论与生产管理技术

1、液晶显示器基本理论与生产管理技术（显示技术有限公司员工培训教材 ）目录编写人一. 液晶显示器基本理论师少恒二. 扭曲向列型液晶显示器（TN LCD）生产技术师少恒三. 前工序（玻璃输入至热压成盒）废品成因及对策 师少恒四. 中后工序（切割至包装入库）废品成因及对策师少恒五. 液晶显示器产品的品质控制 师少恒六. 液晶显示器生产条件（设备、动力与环境 ）的要求与维护 师少恒七. 液晶显示器的生产图纸绘制 师少恒八. 公司质量管理体系（IS09002） 师少恒一.液晶显示器基本理论1.1液晶显示器（LCD用液晶1.1.1 什么是液晶最早报告发现液晶的是奥地利植物学家F.Re in itzer ，他

2、在研究胆甾醇酯类化合,观察到胆甾醇苯甲酸酯在加热到 145.5 C时，晶体熔化了，但得到的不 是透明的各向同性液体，而是一种浑浊粘稠的液体，具有流动性，同时又象晶体 那样表现出各向异性的特征。继续加热，温度升到178。5 C时，这种浑浊粘稠的液体变得透明了，各向异性的特征也消失。另外，在加热和冷却过程中还观察 到有颜色的变化，液态的胆甾醇苯甲酸酯冷却时，最初呈现浅绿色，随着温度的 降低，依次呈现深绿包、深藏青色、黄绿色、黄色、橙红色和鲜红色，凝固后成 为无色固体。1888年，他把所观察到的现象和自已的观点写成论文发表在化学 杂志上。因此,国际上把发现液晶的时间定为1888年。1988年在北京召

3、开了庆 祝液晶发现100周年国际会议。我们把这种既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性特征的物质状态， 称为液态晶体或简称液晶.液晶可分为二大类：溶致液晶和热致液晶.前者要加入 一定的溶剂，例如水，才呈现液晶性，后者要在一定的温度范围内，才呈现液晶 性.在人体内就存在溶致液晶，生物医学工作者对它感兴趣。作为显示应用的主 要的热致液晶。显示用的液晶都是一些有机化合物，其分子为棒状，象“香烟"一样.分子的 长度约为直径的48倍，分子量一般在200500范围内。棒状分子的基本结构如 图1 1所示。图中X为连接两个苯环的基团，位于分子的中心，称为中央基团； 丫、W位于分子的两端，称为末端基

4、团，其特点是具有极性或容易变成极性基团. 例如，西佛碱（schiffbase ）类液晶的中央基团X为-CH=N-（苯叉基）,酯基（ester ） 类液晶的X为-C02-（酯基），氧化偶氮基（azoxy）类液晶的X为-N=N-（氧化偶 氮基），联苯（biphenyl ）0类液晶和苯基环已烷（PCH类液晶没有中央基团.常用的末端基团有CH3（ CH2 n （正烷基），CH3（CH2 No-（烷氧基）-CN （氰基）一N02（硝基），一F、一CF3-0CF3 0CHF2（含氟基团）等。液晶的各种物理、化学性质完全是这些基团所 决定的，因而，可通过改变分子中某个基团的种类改善液晶的某种性质。图1 1液

5、晶分子的基本结构1.1.2 液晶的结构类型液晶化合物分子中由于含有极性基团，分子间互相吸引并按照一定的规律 有序的排列，这也是液晶为什么具有晶体各向异性牲的原因。按液晶分子排列不 同，可将液晶分成以下三种类型：近晶型（或称近晶相）棒状分子按分子的长轴方向互相平行或接近平行分层排列（图1-2A）.分子只能在层内转动或滑动，不能在层间移动。分子 运动受到的约束较大，因而粘度较大。 向列型（或称向列相）棒状分子按分子的长轴方向互相平行或接近平行交错排列（图1 2B）.分子除了可以转动，来回滑动外，还可以上下滑动。 显然，与近晶型比，向列型液晶的粘度较低，流动性较好。它是目前显示应用的 主要类型。 胆

6、甾型（或称胆甾相）胆型液晶分子也作层状排列，但与近晶型液晶的层状排列不同，层内分子的排列方式与向列型液晶类似，但分子的长轴与层的平面平行，而且层与层间分子取向不同，相互偏转B 一定角度（图1 2C），旋 转360的层间距离称为胆甾型液晶的螺距。图1-2液晶的结构类型胆甾型液晶有一个有趣的特性，这就是在白光照射下，它的反向光波长与液 晶分子的螺距有关：入=PN式中入一一反射光波长,P -胆型液晶分子的螺距， N液晶的折射率.由于螺距对外界因素，如电压、压力、温度等的影响非常敏 感，这些因素稍有变化就会引起螺距的变化当螺距改变时，反射光的波长也随 之变化,从而显示的颜色也发生变化，这就是本文开始所

7、述Fo Re in itzer在加热 和冷却过程中，观察到液态胆甾醇苯甲酸酯颜色变化的原因。利用胆型液晶的这种特性，做成薄膜温度计，根据所显示的不同颜色确定被测物体的温度变化。通常向列型液晶随温度变化遵从如下规律：Tsn Tc固态近晶型-向列型各向同性液体温度低 高Tsn是从近晶型转变为向列型的相变点温度；Tc是从液晶态转变为各向同 性液体的温度，此时液体从浑浊不透明状态变为清澈透明，故Tc称为清亮点。（Tsn，Tc）作为显示应用，当然希望材料的液晶态温度范围宽且具有阀值电压低、 响应快、高的多路传输能力等特性，但一般单质液晶无法满足这些要求显示器实际使用的液晶材料都是多种单质液晶的混合系。1

8、971年开发的第一个扭曲向列型液晶显示器（TNHLCD产品，所用液晶材料就是由分子结构几乎相同的二 种西佛碱类单质液晶组成，而今天用于彩色电视机的薄膜晶体管有源矩阵液晶显 示器（TFT-LCD）和用于计算机终端的超扭曲向列型液晶显示器（ STN-LCD的最 新液晶材料通常由20种以上的单质成分组成，其大部分单质成分都是最近几年 新开发的。在选择显示器的液晶材料时，应保证：显示器储存温度下限Tsn显示器储存温度上限 Tc1.2扭曲向列型液晶显示器（TN-LCD）1。2.1液晶的电光效应由于液晶分子中含有极性基团，使分了具有极性。如果分子加偏极矩方向 与分子长轴平等，这种液晶称为正性液晶如果偶极矩

9、方向与分子长轴垂直，这种 液晶称为负性液晶，在电场作用下，由于偶极矩要按电场的方向取向， 会使分子 的原有排列方式受到破坏，从而使液晶的光学性能发生变化，如原来是透光的变 成不透光，或相反。我们把这种因外加电场作用导致液晶光学性能发生变化的现 象称为液晶的“光电效应”。迄今，已发现液晶的多种电光效应，如负性液晶的动 态散射效应（DS）、电控双折射效应（ECB），正性液晶的扭曲效应（TN）、超扭曲效 应（STN等目前，在显示上应用最广泛的是向列型液晶的扭曲效应和超扭曲效 应。1.2。2扭曲效应这种效应是1971年开发的。在两块具有氧化铟锡（ITO ）透明电极的玻璃 基板上，涂复称为取向层的聚合物

10、薄膜，如聚酰亚胺（PI）。然而，用绒布沿一定方向摩擦，使在取向层表面形成方向一致的微细沟槽在保证两块玻璃基板上取向层沟槽方向正交条件下，密封成一个盒，盒间隙一般控制在几个微米，如 7um.盒留有一个小口灌液晶作，一般用抽真空注的办法灌入正性向列型液晶。然 后，用堵口胶把口密封，在液晶盒的玻璃基板外表面上粘贴上线偏振片，使起偏振片的透光轴与该玻片上取向层摩擦方向一致或垂直。起偏振片与检偏振片的透 光轴相互正交或平行。与取向层表面接触的液晶分子由于物理作用将沿沟槽排列，在无电场作用时由于上下取向层沟槽方向正交，使液晶分子排列从上到下扭曲90 ,当有电场作用时，由于是正性液晶，电场力使液晶分子沿电场

11、方向排列。显然，只有当电 场足够强时（大于阀值场强），电场力克服液晶分子间的相互作用力（弹性形变力） 首先是中心层面的分子沿电场取向（垂直上下基板排列），随着电场增强，从中心层逐步扩展到上下基板，最后，除取向层接触面上的液晶分子仍沿沟槽排列外， 所有分子都与基垂直排列这样，在断（OFF态（无电场作用），当入射光通过起 偏振片变为线偏振光，再通过液晶层时，由于液晶的旋光性使线偏振光也随液晶 分子旋转90。如果检偏振片的透光轴与起偏振片的透光轴平行粘贴，就无光输 出呈暗态。在能（ON态（有电场作用），由于液晶分子垂直基板排列，偏振光通 过液层时方向不改变。因而可通过检偏振片的透光轴正交粘贴，则可实

12、现白底写、 黑字的显示。这种在电场作用下，使液晶分子从原来平行基板扭曲排列（扭转 90 ）的方式转变为垂直基板排列的方式，从而改变其光学性能的现象称为扭曲 效应。图13 TN-LCD的结构和工作原理利用向列型液晶的扭曲效应制作的液晶显示器（TN-LCD ）其电光特性如图1-4所示。纵坐标T表示透光率,横坐标Vrms表示加在TN-LCD上的电压方均根 值（即有效值）白底写黑字的工作模式称为常白型或正显示，黑底写白字的工 作模式称为常黑型或负显示。常白型的 V90和常黑型的V10,通常称为液晶的阈 值电压（Vth ）。常白型的V10和常黑型的V90,通常称为液晶的饱和电压（Vsat） 在液晶材料手

13、册中，在 V10和V90的下标处，常常可以看到如下形式的数字：V10,0, 25,V90, 0, 25第一组下标“ 10”，“90”代表所对应的透光率（10唏口 90%）;第二组下标“ 0" 表示沿显示屏法线方向观测（正视）结果，因此，“45”就表示偏离显示屏法线 45角方向观测结果；第三组下标“ 25”表示是在25 C温度下测试结果。这是因 为液晶的阈值电压、饱和电压与视角方向和环境温度密切相关。一般，液晶的阈值电压和饱和电压，随视角偏离法线方向而减小，随环境温度增加而降低。图1 4 TN-LCD的电压特性1.2。3液晶显示器的驱动方法1.2.3 。 1静态驱动图1-5给出一个3位

14、半的数字表显示例子.在两块玻璃基板上分别做出ITO 膜的公共（COM电极图形和段（SEG电极图形。公共电极只有一个引线端，而每 个段电极有各自的引线端，共 23个。在显示段电极上加与公共电极相位相差 180°的矩形脉冲电压，而在非显示段电极上加与公共电极同相位的矩形脉冲， 此时显示段象素上加有峰一峰值为 2V的矩形脉冲，而非显示段象素上总是加的 零电压，如图1-6所示。这种静态驱动方式，不存在串扰问题，具有最大的对比 度电路上采用异或门可实现这种驱动（图 1-7）图1-5 3位半数字表电极图形图1-6 静态驱动的COM口 SEG言号图1-7使用异或门电路实现静态驱动1.2.3 。2动

15、态驱动静态驱动由于每个段必须有单独的引线，当显示内容多时，引线数将多到难以实现。为了解决这个困难，可采取矩阵形式的动态驱动方法。仍以3位半手 表显示为例，我们将COMfe极分成4个行电极,SEG电极分成6个列电极,构成4 x6矩阵，采用时间分割驱动方式，即按顺序给各个行电极施加扫描电压，给列电极同时施加信号电压，可完成同样的显示功能，如图18所示。此时，弓I线数目从静态驱动的24条减少为10条。图1-8以4行X 6列矩阵方式驱动的3位半手表显示对动态驱动，要考虑串扰问题，即被选象素上加的电压也会对非选象素有影 响，使对比度降低.如图1-9所示，行电极X1上加电压V0,列电极Y1接地（0V）,

16、其它电极未加电压。此时，象素 P11上加电压V0,若V0VTH P11亮。与此同 时，在P12-P22-P21串联回路上也加有电压 V0,若V0足够高，使P12、P22、 P21上的分压也大于VTH时，这些非选象素也会亮，这种现象称为串扰。显然， 串扰会降低显示对比度.图1 9串扰说明为了解决串扰问题，呆采用1/3偏压法，即扫描电极加电压 V,非扫描电极则加 电压V/3,被选象素的信号电极加电压0,非选象素的信号电极加电压2V/3 （图1-10）。这样，被选象素上加的电压为V,其他半选和非选象素上加的电压绝对值均为V/3，是被选象素电压的1/3，帮称为1/3偏压法.图1-10 1/3 偏压法由

17、于液晶显示是基于液晶分子排列状态的改变，因而是一种分子过程，其 响应速度比原子过程、电子过程自然要慢得多。因此 ，液晶光学性能（透光率T） 不是随所加电压波形瞬时值发生变化，而是随所加电压的方均根值变化。这样， 对于一个N行矩阵,采取1/3偏压法和一次一行寻址方式,可写出（ON态）和非选N-1 V 2N+8 V（OFFS）象素上的方均根电压比值关系：(1 1)VON = - V2+（± -）N 13 N 3voffN=2V 2 N-1 V 2 V(V- ) +(± -)=3133VON电压比=VOFF(1 2)(1 3)1/3偏压法是否对任何行数的矩阵都最适宜？下面推导最佳

18、偏压比的表示式把上述关系式中偏压比改成1/6，可得VON =N-1 V 2b2+N-1 VV2+ ( ±):=16 N 6.(11 2V 2 N-1 V 2 (bVOFF= (V)+(± -)2)2+N-1 V4)(1 5)VON N+8电压比=-=/（1 6）VOFF N求极值d /db=O,可算出最大电压比（对应最大对比度）要求的最佳偏压比b= N_+1（ 17）对应的最大电压比max=（/N+l）/（N+1）（1 8）从式（1 7）看出，1/3偏压比只有对4行矩阵，才是最佳选择。在设计制作LCD时，根据用户要求的工作电压 V,占空比1/N和偏压比1/B,代入 （1-4

19、）和（1-5）分别可算出VON VOFF在选择显示器的液晶时，应尽量使 VOFF < VTH 45 （保证45°斜视还不会出“鬼影”）和VON接近VSAT,0 （保证正视对 比度足够）。另外，从（1 8）看出，随着扫描行数增加，电压比趋近于1,具体计算结果 如表1-1所示。表1 1电压比max随扫描行数N的变化N248163264128ma2。411。731。451.291.201。131。09这就是说，简单矩阵型TN- LCD存在显示对比度随扫描行数增加而降低的 缺点。但扫描行数增加是提高显示器分辨率和增大显示信息容量所要求的，想法克服这个局限是十分重要的。解决这个问题有多种

20、方案：多重矩阵；高扭曲 和超扭曲向列型液晶显示（HTN LCDT和STN-LCD）;（3）有源矩阵液晶显示 （AM-LCD）;铁电和反铁电液晶显示等。还应指出的是，为了避免液晶产生电化学反应，降低显示器寿命，必须采 用交流工作电压，严格限制工作电压的直流分量，一般应小于50MV1.3高扭曲和超扭曲向列型液晶显示器（HTN-LCD和 STN-LCD）从扭曲效应的电光特性知道，如果能想法使电光特性曲线的陡度增大，对同 样的电压差 V,可产生更大的透光率变化 V （图1 11）.因而，在维持同样对 比度要求时，允许的扫描行数可增大图1-11提高电光特性曲线的陡度,对同样的电压差厶V,可产生更大的透光

21、率变化， T2计算机模拟指出,将扭曲角从90°增加，直至270°,可使电光特性曲线的 陡度单调增加。图1-12给出了一组对不同扭曲角计算得到的液晶层中央平面处 液晶分子倾角与电压的关系曲线。 可以看出，曲线的陡峭程度随扭曲角的增加而 增大，直到某一临界扭曲角巾"270°,曲线中央部分的斜率达到无限大.图1-12中间层液晶分子倾角与归一化电压的关系一般，扭曲角在(90°, 180°)之间称为高扭曲,在(180°, 270° )之 间称为超扭曲。高扭曲向列型液晶显示器(HTN LCD,除液晶材料外，可采用 TN- LC

22、D相同的材料和设备、工艺条件完成，因而，成本增加很少，而性能优于 TN-LCD,显示也接近黑白显示，对1/81/32占空比最适合。超扭曲向列型液晶 显示器(STN-LCD由于底色与液晶盒夺取关系密切， 甚至对TN玻璃的表面波纺 这种不平整度都有敏感反应，因此，它对材料、设备和工艺条件都提出了苛刻的 要求，成本比TN-LCD有较大增加，同时，显示存在底色问题，为了得到黑白和 彩色显示，还必须加补偿膜。因而主要用于1/32 1/240占空比的场合.STN-LCD的工作模型可用图1-13说明.图1-13 STN-LCD的工作模型1.4液晶显示器的理论计算八十年代，H丄.Ong和Lien用Jones矩

23、阵法推导出的结果。然后，根据 此结果结合我们自已开展的研究工作进行了有意义的讨论。1。4.1 A。 Lien的计算结果假设玻璃基板平行X-Y平面，液晶分子指向矢和偏振片取向关系如图1 14所示。图1 14液晶分子指向矢和偏振片取向关系 对垂直入射光，通过LCD后透光率T可表示为T= 1/Xsin(X )sin(+ 巾 en巾 enit ) +cos(x )cos ( + 巾 en-巾 enit )2 2 2 2-巾 en巾 enit )(1 9)其中=1+u 2 dA n e+u /x sin (x )cos (1+wsin)none, no - ne为沿LC分子长轴方向的折射率，no为垂直L

24、C分子长轴方向的折 射率s-预倾角d-盒间隙，即液晶层厚度若预倾角s很小时，n e- - - 一no= n e no=An ( n液晶的双折射)L 1+wsi nsu= nd由1+u2=x2u= X _2-1代入上式得 nd=/-1(1 io)1。4.2讨论1。的情况(最小透光率)此时,要求式(1 9)右边两部分分别等于0由 u2/x2sin2 (x )cos2(-巾 ent-巾 exit ) =O 得 (1 9)sin 2(x ) =0 或 cos2 ( 巾 ent-巾 exit)=O由 sin 2(x )=0 则 x =k k 整数代入式(1-10 )得 nd=-(- -) 2-1(1-1

25、0)对TN- LCD= /2,代入式(1-11)可得k12 nd(l3/2)(15/2 )对人的视觉响应峰值波长=0。55um而言， nd=( 3/2 )=0。48=0.5(um); nd= ( 15/2)=1.07=1(um),即通常所说的第1极小与第2极小设计再由1/xsin (x )sin( + 巾 ent 巾 exit)+cos(x )cos ( + 巾 ent 巾 exit)=O, 代入 sin (x )=0， cos(x )=1,可得cos( + 巾 ent 巾 exit)=O，贝U+ 巾 en-巾 exit= /2+ k k 整数将巾exit=巾exit+ -(2k+1/2)(1

26、 12)对 =/2情况，代入式(1-12)可得巾exit=巾ent-k ,即要求偏振片平行配置P1 / P2。2另外，假设 cos(巾ent 巾exit ) =0(只要求(1 11)和(1-12)成立，此 假设成立与否,T都为0,我们假设它成立)，可得-巾 ent 巾 exit= /2+k k 整数对P1 / P2配置，巾ent=巾exit，代入上式得巾ent=( /2)(2k+1)/4(1-13)k0± 1巾ent0/2即偏振片相对摩擦方向可以是平行(巾ent=0)，也可以是垂直(巾ent= /2)配置.归纳：对扭曲角=/2的TN-LCD青况,透光率T=O,S要求 nd的设计应满足

27、第一 极小( nd=0.5um)或第二极小( nd=1um)原则，两偏振片透光轴平行配置，而偏 振片透光轴与摩擦方向(起偏振片透光轴与该基板上摩擦方向)可以是平行，也 可以是垂直配置.1。的情况(最大透光率)此时,要求式(1-9)右边两部分满足如下关系1/xsin(x)sin ( + 巾 ent-巾 exit ) +cos (x )cos ( + 巾 ent-巾 exit ) =0u 2/x 2sin2 (x )cos2( 巾 ent-巾 exit)=1或1/xsin(x ) sin( + 巾 ent-巾 exit ) +cos(x )cos( + 巾 ent 巾 exit)=12 2 2 2

28、u /x sin (x )cos (-巾 ent-巾 exit)=0对前一组方程,因 sin 2 (x ) cos2 (-巾 ent-巾 exit ) = x 2/u 2= (1+u2)/u /1不能成立，不予考虑下面讨论后一组方程，由方程组的第二式，可得sin2(x ) =0，cos (x ) =1代入方程组的第一式，得cos( + 巾 ent-巾 exit)=1则 +巾ent 巾exit=2k k 整数巾 exit= + 巾 ent 2k对TN-LCD= 12情况，巾exit=( 12 ) +巾ent 2k，即要求偏振片垂直配置例：180 ° STN-LCDd/p=0.8 /2

29、=0.4P=d/0。4=6.8um/0.4=17umC=1/(HTPX P) =1/ (11 X 17) =0.53% 即掺杂0.53 %的S 811。1。6有源矩阵液晶显示器(TN LCD对矩阵型TN-LCD如果能设法使象素单元上加的选通电压作用时间不只 限于被扫描的瞬间，而在1帧时间内都持续起作用(具有存储效应)，就能从原理 上消除扫描行数增加与对比度降低的矛盾。有源矩阵液晶显示正是基于这种思路 开发成功的.1.6。1 AM LCD的分类有源矩阵液晶显示器(AM-LCD的方案有多种,如图1 16所示。二端和三 端器件在源矩阵尽管各自有多种方案，但其基本原理都是一样的图1 16 AM LCD

30、的分类1.6.2 二端器件 AM LCD二端器件AM-LCD勺结构及等效电路如图1-17所示。它与简单矩阵TN LCD 不同之处仅在每个单元回路中引入了一个二端器件，要求二端器件有反向对称的非线性伏安特性，且其等效电窜CD比液晶单元的等效电容CLC小很多.当扫描电 压和信号电压同时作用在象素单元时，由于开始瞬间二端器件处于断态 (OFF ,器件的等效电阻RD和液晶单元的等效电阻 RLC都很大，而CDvCLC电压主要降 在CD上.当此电压大于二端器件的阈值 UTH时，二端器件进入通态(ON)，RD迅 速减小，大的通态电流ION对CLC充电，一旦CLD上充电电压的URM值大于液晶 的阈值电压VTH

31、时，该液晶单元显示.当扫描电压移到下一行时，原来单元上的作 用电压消失,二端器件又恢复到断态,RD很大，接近断路,这样，CLC上充的信号 电荷只能通过RLC缓慢放电.如果设计得当，可使此放电过程在此后一帧时间内 还维持CLC上的URM>VTH因而该液晶单元不光在扫描瞬间而且在以后一帧时 间内都显示，从而消除了前述简单矩阵 TN-LCD扫描行数增加与对比度降低的矛图1-17二端器件AM-LCD勺结构与等效电路目前，已商品化的二端器件是金属 _绝缘体_金属(MIM)结构，主要有 TA-TA2O5-CR或ITO)和ITO-SINM CR两种类型.MIM二端器件的伏安特性遵从 FRENKEL-P

32、OO 方程：匸kUexp (,B u )(1 23)其中k和B是与绝缘体的性能和厚度有关的常数。厚度30 60nmTa2o5MIM的制作工艺比较简单，Ta膜,厚度200 300nm,Ta膜光刻成图形。然后， 在重量比为0。001%0。1%的柠檬酸溶液中进行阳极氧化，生成 Ta2o5膜，厚 度控制在3060nm再淀积CR膜并光刻，形成MIM的上金属层，最后，淀积ITO 膜并光刻，形成象素电极(三次光刻工艺)如图1-18(A )所示。如果不淀积 CR 膜而在阳极氧化生成Ta2o5膜后,反应直流溅射ITO膜并光刻,ITO膜既作MIM的 上金属层又作象素电极，如图1 18 ( B)所示，就成为二次光刻

33、工艺。图1-18 (A)二次光刻工艺的MIM(B)二次光刻工艺的MIM1.5。3三端器件AM-LCD三端器件AM- LCD的结构和等效电路如图1-19所示，三端器件(MOSg效 应管或薄膜晶体管TFT)的栅极G接扫描电压,漏极D接信号电压，源极S接ITO 象素电极当扫描脉冲加到G上时，使D-S导通,器件导通电阻RON艮小，产生大 的ON态电流ION对CLC充电，很快充到信号电压。一旦 CLC上充电电压URM值 大于液晶的阈值电压VTH时，该象素单元即显示。当扫描电压移到下行时，原来 单元上栅电压消失，D-S不导通,器件断态电阻ROFF艮大，CLC上充的电压只能 通过RLC缓慢放电.如果设计得当

34、，可维持在此后一帧时间内 CLC上的RRMSVTH 使该象素单元在一帧时间内显示，消除了扫描行数增加与对比度降低的矛盾。图1-19 三端器件AM-LCD勺结构及等效电路三端器件比二端器年性能更理想，因而其性能也更好。现在，彩色A SITFTLCD非晶硅薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器)的显示图象质量可做到与彩色CRT媲美。最早开发的三端器件是硒化镉（CDSE薄膜晶体管,七十年代就研究用于 LCD.CDSEE够在玻璃基板上低温成膜，迁移率高，驱动电路与矩阵板可一体化。 但由于材料较难控制，性能的稳定性、重复性和可靠性难解决，使CDS TFT当时未能获得实际应用。同时，也由于那时哇器件工艺的日趋成熟，

35、研究举就转 向了单晶硅MOSFE和非晶硅薄膜晶体管（A-SITFT）。单晶硅MOSFE作为开关元 件能得到极高的导通电流和断态电流比；迁移率很高，不仅可把驱动电路与矩国板一体化，而且还可以把其他电路一体化（例如，香港科技大学多年来就一直在从事这方面的研究工作），但单晶硅技术大面积化和做成透射式 LCD有困难,因而 目前作为主流技术是A SI和POL SI TFT有源矩阵。A-SI TFT是目前研究最多、技术最成熟、生产投资规模最大的三端器件 有源矩阵。A-SI TFT有多种结构类型，最典型的结构是反交错结构,其最简化的 制作工艺如图1-20所示,只使用三个光刻掩模板（MASK）首先，在玻璃基板

36、上连 续淀 积ITO膜（厚20-50nm）和CR膜（厚50-100nm）,光刻图形（湿法刻蚀）， 然后，连续淀积栅绝缘膜SINX（厚约400nm 、本征A-SI （厚50-100nm）和N+A SI层，光刻图形（干法），再淀积A1膜，光刻形成源、漏电极，最后，以源、 漏电极作为掩膜,自对准刻蚀象素电极上的CR膜和TFT源漏之间的N+A-SI膜。图1 20反交错结构简化制作工艺日本三洋电机公司一切的用3个MASI制作顶栅交错结构 TFT（图1-21 ）也已进入实用化。栅极、栅绝缘膜、A SI和栅汇线用一个MASK遮光层和补助电容用一个MASK象素电极用一个MASK图顶栅交错结构非晶硅的迁移率低（

37、典型值0.5-1 o 0CM2/V- S）,可把驱动电路与有源矩阵同时集成在基板上,这是它的最大优点。近年来 POLYSI TFT LCD，特别是低温POL卩SI TFT技术的研究工作比较活跃，产品已实际用于摄像机的寻象器 和大屏幕投影电视。1.5.4 AM LCD的技术特点从上述介绍看出，AM-LCD工艺是在玻璃基板上大面积成膜技术 （溅射、CVD电子束蒸镀、电阻加热蒸镀等）与类似制造LSI的微米级光刻技术的结合。 它与IC技术不同处在于基板是非晶的玻片，不是单晶的SI片（单晶硅MOSFET方案除外）；微细加工精度虽不象IC要求亚微米级这样高，而只要23um但基 板尺寸不是IC的7.512。

38、7CM（直径）,而是对角线几十甚至上百 CM虽然图形可 能没有IC复杂，但要求全板性能一致。因而，导致一个新的技术观念诞生一-巨微电子学（GIANTMICROELECTRONICS共技术困难性就表现在“巨”与“微” 的矛盾上，因为要在面积上解决有源矩阵的无缺陷制作，技术上非常困难。这使得AM-LCD的制造成品率低和成本高为了提高成品率，降低成本，要求花巨资 用于全自动化设备投资和超高洁净度环境投资 （工作室洁净度10级,机器内洁净 度1级）;不断增大玻璃基板尺寸，提高生产效率从1992年第一代TFT- LCD 生产线投产以来，差不多每2年就升级换代一次，基板尺寸一代比一代大，生产 效率一代比一

39、代高，产品成品率一代比一代高。因而使生产成本大幅度下降，成 为大面积高档液晶显示器的主流产品。 个人收集整理，勿做商业用途本文为互联网收集，请勿用作商 业用途二、扭曲向列型液晶显示（TN-LCD生产技术2.1扭曲向列型液晶显示器（TN-LCD）的结构和显示原理：扭曲向列型液晶显示器的结构如图 2-1所示，它由上下两片ITO玻璃经 密封胶连接成盒，并注满液晶而成，主要构件包括ITO玻璃、液晶和偏光片等。其显示原理是：由于在制盒过程中，对 ITO玻璃表面的PI层，作了特殊的 定向处理，相互成90，在基板表面液晶层的分子沿着定向处理的方向排列，这 样上下两层PI附近的液晶分子的定向方向互相垂直，使中

40、间层的分子逐渐扭曲， 形成了扭曲角为90的螺旋结构.当n。 时，（n=ne-no,d为液晶层的厚度） 经过偏振片的线偏振光的偏振方向会顺着液晶分子的扭曲方向旋转90。但当液晶层的两端施加一定电压后，液晶分子由于其极性的特性而顺着电场方向排列， 扭曲结构消失，旋光作用也消失。禾用液晶盒内液晶薄层的这种特性，我们可以设计出白底黑字和黑底白字的两种液晶显示器 对于白底黑字的显示器，我们将 上下偏振片正交贴置，未加电场情况下，通过液晶层的线偏振光如图2-2所示, 可以通过另一面的偏振片呈透明状态。 当加电场时，通过液晶层的线偏振光刚好 垂直在另一面偏振片的偏振方向， 光就无法通过，呈黑态，这样我们就可

41、以利用 两种不同的光学状态达到显示的目的。2。2扭曲向列型液晶显示器（TN-LCD的生产流程TN-LCD生产根据其工艺特性可分为前工序和中后工序。前工序包括光刻工序、定向制盒工序。前工序对环境的净化度、温湿度要求相当高，是LCD生产的心脏部分，中后工序主要包括切割、灌晶、检验、贴片等工序，相对来讲，除灌晶 外，其它工序对环境的净化度，温湿度就没有特别要求。下面我们详细来看一下 TN-LCD生产流程图（图2-3 ）。2.3扭曲向列型液晶显示器（-TN-LCD的生产TN LCD生产过程比较复杂，工序流程多，各工序技术特点各异，同时第微毫环境净化度、温湿度要求高，尤其对原材料的性能要求苛刻。因而LC

42、D生产可以说是一门技术含量较高，生产难度较大的综合技术.在这里我想着重介 绍一下光刻及定向制盒工序的生产技术。2。3.1光刻技术：光刻是液晶显示器制造的关键工序之一，光刻的目的就是根据显示要求，通 过涂胶曝光、显影、腐蚀、脱膜工序，得到我们需要的图形。目前，显示屏的图 形越来越复杂，粘密度越来越高，所以粘密光刻技术在LCD生产中显得尤为重要。 根据光刻的原理.影响光刻的主要因素是：1光刻胶膜的厚度、均匀性；2光密度 比较均匀的平行紫外光以及合理的曝光量；3合理的显影、腐蚀条件。2。光刻胶膜的厚度、均匀性为提高图形的分辨率，我闪希望得到比较薄的光刻胶膜，这样光的散射和平 行射较轻，光刻的细小图形

43、清晰、边缘整齐。但为了经受住较长时间的腐蚀，太薄的光刻胶膜无法腐蚀，我们应该选择合适的胶膜厚度。根据生产的实际情况， 各个厂家可以选择0.8um1.5un均匀性土 155的光刻胶膜为宜，实际生产中，为 了达到上面的要求，要注意控制好以下几点：1选择性能稳定的机器和胶辊，其 中胶辊的各个参数，如材料种类硬度、沟槽的具体形状尺寸、非常重要。2使用与胶辊相对应的光刻胶的浓度，胶的浓度直接影响胶层的厚度，通常用的胶有60CR 30CR 20CP等几种规格各家工厂可根据自已具体的胶辊开头来选择胶的 浓度。2。 3.1 。2曝光技术目前产品的光刻粘度越来越高 ,为了保证光刻质量 , 首先要选择光密度分布

44、均匀，光平行度良好的曝光机 ; 其次要特别注意掩膜版与涂胶面的距离 ,这个距离 越小，光的衍射作用就越小，曝光的效率越好，一般以 0。2MM右为宜；最后要 选择合适的曝光量，各个工厂可以根据胶的厚度及胶的性能来确定。2。 3.1。 3显影及腐蚀的工艺技术显影液一般可以选择NAOH/KO溶液，浓度为0.5%1%左右,各个工帮应视 具体的工艺条件而定。而腐蚀液也有很多种。目前较常用的有HCL-HNO3FECL3-HCL我公司是用FECL3-HCL条例，该腐蚀液缓冲性能良好、工艺范围较 宽，可操作性强。2.3。2定各成盒技术2。 3.2。 1 定向膜技术 :定向膜的工艺原理为： 在刻蚀好图形的玻璃上

45、均匀地印上一层聚酰胺酸膜， 经高温缩水反应后变成聚酰亚胺 ； 然后膜层经绒布高速旋转摩擦后，产生使液晶 分子按摩擦方向平行排列的细线沟槽，定向膜技术的关键是控制好 PI 膜层厚度 及均匀性 , 选择好摩擦强度， 即 1 选择性能稳定的 PI 印刷机器和转印效果良好的 凸版，PI膜的厚度及均匀性,一般要示PI膜的厚度控制在500A800A，均匀 性要求 15%；2摩擦强度,影响摩擦强度的因素为：滚筒直径、转速、平台速度及 绒毛下压距，具体可以用下面公式来计算：S=L P=N 1+2 rn/V P其中N为摩擦次数，r为滚筒半径，U为平台走速，P为下压距。我们推着的摩擦条件：P=0.3-0。5MM,

46、 r=600800 转/min v=3-4m/min.2。 3.2。 2制盒技术 制盒工艺主要是用环氧树酯作为密封胶得到密封性能良好、盒厚均匀性良 好的空盒，其中包含丝印技术，隔子（spacer）分数和热压固化技术.丝印技术:利用丝网图形部分网孔可透过浆料， 而非图形部分网孔不透浆料 的基本原理进行印刷。由于LCD生产中，丝印的承印物是摩擦后的玻璃，表面沟槽 非常娇弱 , 所以对丝印工艺有特殊的要求。在实际生产中，要特别注意控制好以 下几个工艺参数 : 网板的张力与网距， 胶刮的材质、 角度及下压距 , 丝印压力， 浆 料的粘度。隔子（ spacer） 分数技术： spacer 的分布均匀性是

47、影响盒厚的关键因素， 从实际生产看，通常采用湿喷和干喷二种方法。湿喷设备简单，操作方便 , 所以 被TN- LCD厂家广泛使用。湿喷要注意以下两点:1选择合理的分散体系,使spacer 在分散液中一定要分散均匀 , 不能结块、聚集； 2 选择合理的喷头，调节 好实际工作时喷头高度、气压等各项工艺参数，保证喷粉的密度和均匀性 .热压固化技术 : 选择能使温度变化而压力恒定的压板或气囊工装完成。 在这 个工艺过程中，特别要注意压力、固化温度、固化时间等工艺参数 .2。3.3 LCD中后工序包括了玻璃切割、灌晶、测试、贴片等技术，由于相 对较简单，我想在这里就不一一编述。三、前工序废品成因及对策3。

48、1。前工序废品类型前工序废品大致可分为以下几种类型 :（1.1 ）外划伤；（1.2）短路；（1.3）缺划；（1。4）ITO 针孔;（1.5） ITO毛刺；（1。6）PI戈M伤；（1.7）摩擦差/错；（1。8）手指印；（1.9） 黑白点; （1.10）银点缺陷； （1.11） 贴合不正;（1。 12）盒厚不匀;（1。 13）内污3.2. 外划伤废品成因及对策： 从前清洗至热压都可能产生外划伤废品，主要发生在玻璃插篮操作和玻璃传送过程中：3.2。1 拿玻璃插篮时，由于玻璃边缘之间容易产生碰撞，且玻璃周边比较 尖锐，若玻璃间发生磨擦作用， 就可能产生外划伤废品。 因此在插篮时必须轻插 轻放，加强规范

49、操作自觉性，提高插篮技术。3.2。2 玻璃在清洗预烘时，若机器设备不稳定发生玻璃堵塞，使玻璃相互 间碰撞、摩擦产生外划伤，甚至破损。另外，若杂物、玻璃碎屑末清理干净或设 备维修后留下尖锐硬物，未及时除去，也会引起外划伤 . 因此，在堵玻璃后设备 维修完毕，必须经确认后才可开机，并要定期检查设备运行情况。3.2。3 在曝光推位、显影对位、 PI 印刷推位、丝印推位的操作中，也易 产生外划伤。操作中若玻璃碎屑落到工作平台上，未及时除去 ,推位或对位时玻 璃与工作平台产生磨擦，由于玻璃碎屑夹在玻璃与工作平台之间 , 而导致玻璃外 划伤.为此，在操作时，玻璃要轻拿轻放， 周期性清理干净工作平台 ,提高

50、员工推 位、对位操作技术水平 .3。2。 4 热压段也是较易产生外划的工段，当玻璃预压完后，把玻璃放到 工装上, 若玻璃摆放位置不准 ,需挪动，玻璃与平台产生较大磨擦时， 也会引起外 划伤。因此，在操作时，玻璃要轻拿轻放，尽量减少玻璃挪动。3。3. 短路废品成因及对策3.3。1 若灰尘落到电极菲林基板上曝光时 , 灰尘挡住紫外光，使灰尘下的 光刻胶膜没有被紫外光照射 , 因为是正性胶，显影时该处胶膜残留经酸刻后就可 能形成短路 .为此,必须加强员工净化意识， 提高曝光房净化度， 并定期擦干净菲 林, 操作时动作要轻。3.3。2 在丝印银点时 , 如果银点网漏网，银点落到电极图形之间把电极图 形

51、连接在一起引起短路 .贴合前导电物质落在玻璃上也会产生短路废品 . 为了杜 绝或减少短路的产生，在上网前必须认真、仔细检查是否有漏网现象 . 若有，应 及时做好补网工作 .3。3.3 正确的显影、酸刻时间是通过试验确定的，如果显影、酸刻时间控 制不严,显影、酸刻时间过短，使光刻胶膜及ITO 层该去掉的未能去掉，从而使电极图形互相连接构成短路 . 因此通过试验确定显影、酸刻时间后，必须要严格 控制, 这是减少短路的基本有力保证 .另外, 要严格仔细检查显影图形，是否存在 该去掉的胶膜残留和该保留的胶膜去掉了，以便及时修补 , 减少短路、缺划等缺 陷和玻璃的损耗 .3。4. 缺划废品成因及对策3。

52、 4。 1 玻璃涂胶后若胶膜面上有针孔、灰尘等沾污染，曝光时又正好处 于电极图形上，则显影后胶膜处的针孔、灰尘等沾污物、脱落，将导致电极图形 断线或图形不完整，从而产生缺划等废品。因此涂胶后必须严格按作业指导书、 检验标准仔细进行自检、质检。3.4。2 在曝光操作时，若电极菲林图形的药膜受损伤使图形不完整, 经曝光、显影、酸刻后就无法获得完整的图形 , 从而产生缺划等废品。为了减少或避 免缺划废品 , 擦菲林时，动作必须要轻，以免电极菲林受损伤。3。4.3如3。3节所述，若显影、酸刻时间过长，使胶膜和ITO层该保留的 去掉了，将产生缺划废品。3。5IT0针孔废品成因及对策3.5。1 如 4.1

53、 节所述,或玻璃涂胶后胶膜上存在针孔、灰尘等污染 , 有可能 产生 IT0 针孔所致的图形不完整缺陷 .3.5。2电极菲林图形上，如果有针孔，如 4。2节所述,也可能产生ITO针 孔所致的图形不完整缺陷 .为此，必须做到：第一，要对菲林加强自检和质检； 第二，检验不合格则补修或报废；第三 , 擦菲林时动作要轻。3。 6.ITO 毛刺废品成因及对策 曝光时当灰尘落到电极菲林图形边缘上又刚好与电极图形相连，由于灰尘 挡住紫外光，显影时该处光刻胶膜残留，酸刻后形成ITO毛刺。所以，第一，要提高曝光房净化度 ;第二，擦菲林时动作要轻； 第三: 菲林用完毕后及时做好保护 措施。3.7. PI 划伤废品成

54、因及对策：3。 7.1 玻璃在 PI 印刷预烘与边框、银点预烘过程中 , 若 PI 层被硬物碰伤 或划伤在插篮时由于操作不当产生玻璃相互碰撞，都可能产生 PI 划伤。因此， 应定期检查预烘炉内是否有玻璃碎屑等硬物存在，并加强员工培训 , 提高插篮技 术水平，务必做到轻插轻放。3.7。 2摩擦后清洗的玻璃经预烘机预烘 ,在预烘传送过程中，如果上压轮位置偏位，压到玻璃 PI 层上，将产生 PI 划伤。为此 , 在操作时，必须定期检查机 器运行情况 , 尤其是留边较窄的玻璃应更加十分注意 ; 设备维修或调机后， 必须经 确认方可开机，开机后并进行自检。3.8. 摩擦差/ 错废品成因及对策在更换摩擦绒

55、布后 , 摩擦的首片玻璃如果没有作定向检查或在摩擦 过程中机器设备不稳定， 摩擦滚筒有跳动； 在设备维修后没有对机器设备进行检 查确认，作偏光片定向检查 , 都可能出现摩擦差废品。在摩擦前没有认真仔细检 查确认产品的摩擦角度， 没有按定型资料进行操作 , 工作粗心大意， 精神不集中， 都可能会产生摩擦错废品 . 为此在操作中 , 第一、必须要精神集中； 第二、更换绒 布时，必须作偏光片定向检查 ; 第三、机器设备维修后经确认无误，作定向检查 正常方可开机生产；第四、产品摩擦角度必须仔细确认后才可进行摩擦 ; 第五、 生产过程中必须定期进行强光灯沟槽检查。9手指印废品成因及对策9.1 在摩擦时、

56、摩擦后清洗预烘或丝印喷粉、贴合过程中，如果手拿玻璃 时操作不规范， 手指触到工作区 PI 层上, 就会产生手指印废品。 因此，必须加强 员工操作规范化培训，提高员工操作技术水平。10边框缺陷废品成因及对策 丝印边框时，如果边框网的网孔有堵网塞或损伤 , 都会造成边框缺陷废品， 如断框、框细、框肥等 . 边框废品跟丝印房的净化环境、温湿度、丝印网质量及 操作等有很大的关系。 所以，首先要提高和保证丝印房净化度， 坚决与有损净化 的行为作斗争 ; 边框网上网前要认真检查漏网及网板质量情况；其次操作时要定 期清理工作平台；最后认真作好边框自检工作，遇有漏网及时补救。3.11 黑白点废品成因及对策产生黑白点废品原因与压缩空气、 DI 水、工艺环境等有着密切的关系。在 酸刻后脱膜时，如果脱膜液浓度偏低、脱膜时间短、脱膜液温度低 , 使部分胶膜 未完全脱掉，而留下微粒残胶在ITO玻璃上;或使用的压缩空气不干净含有油污 锈粉等杂质 , 或 DI 水纯度不够，含有杂质 , 用它们清洁玻璃时，玻璃表面上就会 受沾污；工艺环境湿度偏低 ,摩擦产生静电难以放 ,可能使 PI 受静电损伤 ,以上三 种情况都会产生黑白点废品。为了减少此类废品的产生, 要定期对压缩空气、 DI水进行检查 , 严格按作业指导书进行操作， 加强车间净化度， 提高员工净化意识， 按工艺环境要求严格控制温湿度