液晶屏触摸屏

1、显示器及触摸屏介绍产品工程部 黄学强-4-251/72一、显示器当前市面上手机使用显示器主要有以下两种：1.LCD液晶显示器2.AM-OLED主动矩阵有机发光二极管显示器当前绝大部分手机使用是LCD，AM-OLED属于新技术，因产能低，良率低，生产厂商少及成本高等问题而并未被广泛使用2/72LCD工作原理介绍1.什么是液晶在公元1888年，一位奥地利植物学家，菲德烈莱尼泽（Friedrich Reinitzer）发觉了一个特殊物质。他从植物中提炼出一个称为螺旋性甲苯酸盐化合物，在为这种化合物做加热试验时，意外发觉此种化合物含有两个不一样温度熔点。而它状态介于我们普通所熟知液态与固态物质之间，有

2、点类似肥皂水胶状溶液，但它在某一温度范围内却含有液体和结晶双方性质物质，也因为其独特状态，以后便把它命名为Liquid Crystal，就是液态结晶物质意思。3/72 公元1968年，在美国RCA企业（收音机与电视创造企业）沙诺夫研发中心，工程师们发觉液晶分子会受到电压影响，改变其分子排列状态，而且能够让射入光线产生偏转现象。利用此一原理，RCA企业创造了世界第一台使用液晶显示屏幕。尔后，液晶显示技术被广泛用在普通电子产品中，举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用仪器（因为有辐射计量考虑）或是数字相机上面屏幕等等。4/72LCD显示原理工作原理概述：LCD是藉由电场加于液晶，改变其双折射现像

3、，并配合偏光片来决定光路径。以显示出明暗对比，并利用彩色滤光片来展现出众彩。5/72液晶显示器结构6/72 (1). 偏光片使用 ：使用偏光片，可决定光行进路线。7/72 (2).Rubbing定向：使用配向膜使液晶分子展现规则排列 (3). 液晶定向：可使液晶分子展现规则排列后，到达扭转功 能；不一样型态LCD有不一样扭转角。8/72(4). 加入电场后液晶：当所加电场强度高于液晶临限电压时， 改变原有扭转排列状态。9/72 (5). 液晶与偏光片效应组合： 未加电压：当光线经过上层偏光片，以一特定方向进入LCD后，藉 由液晶扭转将光路径旋转至特定之角度，而得以穿透下层偏光片透过轴向。 施加

4、电压：原有液晶分子排列状态经过施加电压后，已失去了旋转 光路径功效，所以光线无法透过正交偏光片。10/72(6)彩色滤光片：因液晶层只能控制透光强弱，并不能控制颜色，这么只能显示出来黑白画面。在液晶像素点前分别加红绿蓝滤光片，即可控制单种颜色强弱，红绿蓝三种颜色再合并成一个完整像素。分别控制各子像素点颜色，即可使一个完整像素组合出各种各样色彩ClcTFT SubstrateColor Filter SubstrateRGBClcClcRBG11/72LCD照明方式因液晶面板只能控制透过光线强弱，本身并不能发光，所以必须使用外部光源照射才能看见其显示内容LCD有三种显示方式：反射型，全透型和半透

5、型。(1)反射型LCD底偏光片后面加了一块反射板，它普通在户外和光线良好办公室使用。(2)全透型LCD底偏光片是全透偏光片，它需要连续使用背光源，普通在光线差环境使用。(3)半透型LCD是处于以上二者之间，底偏光片能部分反光，普通也带背光源，光线好时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。12/72背光模组背光模组用来在背部给液晶面板提供均匀、高亮度平面光源。主要指标： 辉度、色度、均齐度、视角等。惯用发光元件有:白色发光二极管(W-LED)、红绿蓝发光二极管(RGB-LED)，冷阴极荧光管(CCFL)等手机显示器普通使用白色发光二极管作光源因发光元件批次差异及使用造成老化，易造成

6、显示器间显示色温差异，如偏黄，偏红，偏蓝，偏绿13/72背光模组结构光源反光片扩散片光线均匀垂直整齐透出14/72背光模组各部分作用：光源：提供高亮度白色光导光板：使从侧面照入光线反射为面板平面方向照出反光片：将从导光板后面射出光线重新反射进来，提升光线利用率，提升亮度及均匀度.扩散片：将导光板射出杂乱无章方向光垂直于面板方向射出，并使光线均匀分布在出光方向，15/72液晶显示器可视角度当你拿传统CRT显示器来与液晶显示器比较时，你会发觉液晶显示器有个重大缺点: 当你从某个角度观看液晶屏时，你将发觉显示器亮度急剧损失(变暗)及变色。较旧型平面显示器通常只有90度视角，也就是左/右两边各45度。

7、假如只有一位观看者话，这个问题就影响不大。而只要超出一位以上观看者，如你想要展示某个画面给客人看或是多人一起玩游戏机，你大约只能一直听他们埋怨显示器品质有多糟糕。16/72当背光源之入射光经过偏振片、液晶及配向膜后，输出光便具备了特定方向特征，也就是说，大多数从屏幕射出光具备了垂直方向。假如从一个非常斜角度观看一个全白画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。这个效应在一些场所有用，但在大部份应用上是我们不想要。制造商们已经花了很多时间来试图改进液晶显示器视角特征，有数种广视角技术被提出：IPS(In Plane Switching)、MVA(Multi-domain Vertical Align

8、ment)、TN+FILM。这些技术都能把液晶显示器视角增加到160度，甚至更多，就如同CRT屏幕视角特征一样。当前大部分电脑显示器使用为TN屏，可视角度不够理想为取得良好显示效果，本公司手机所用液晶屏均为IPS屏17/72IPS屏与TN屏区分TN(Twisted Nematic,扭转向列)驱动方式：电极分布在上下两层玻璃上，静态时屏内液晶分子由上至下水平扭曲分布；1.不通电时，观察者看到为液晶分子短轴，透光；2.通电后液晶分子竖直起来，观察者看到为液晶分子长轴，变为不透光；3.当驱动电压较小时，分子呈倾斜状态，观察者在平面内各角度观察到分子形状不一样，造成在各方向所见明暗不一，颜色失真。18

9、/72IPS(In Plane Switching,平面切换)驱动方式：1.驱动电极分布在同一水平面上2.不通电时液晶分子同一方向排列分布，光线不扭转，不透光3.通电后液晶分子在水平面内旋转，扭转角越大，透光越多4.观察者任何时候都只能看到液晶分子短轴，所以在各个角度上观看画面都不会有太大差异19/72当前而言，IPS在各个方位都有着最好可视角度，而不象其它模式那样只是在上下左右四个角度上视角尤其突出。但应用IPS技术液晶显示器在左上和右下角45度会出现灰阶逆转现象，这能够经过光学赔偿膜改进。针对IPS模式在斜45方向灰阶逆转现象，除了能够采取光学薄膜来赔偿，还能够依照MVA特征来对IPS“优

10、化”。如图，把IPS原来直条形电极改成像MVA模式那样波折电极“人形电极”，这种改进后IPS吸收了IPS和MVA优点，能够称之为“双畴IPS”，也就是新一代Super-IPS。20/72显示器接口输入显示信号控制信号及提供电源面板驱动IC手机液晶屏实物21/72液晶屏不良分析A).点缺点显示画面中，该亮未亮或该暗未暗之dot，且为整颗dot NG，其dot数小于 3 点，判定为点缺点。22/72点缺点可能原因有a. 彩色滤光器上刮擦伤痕b.黑色矩阵(B/M)上刮擦伤痕c.液晶屏内部异物残留d蚀刻残留23/72蚀刻残留造成点缺点24/72B).点不良(CF针孔、Spacer聚集、PI点不良)显示

11、画面中发生该亮未亮或该暗未暗之不完整dot NG，以PEAK 左右摆动观察，仍显示相同颜色，判定为点不良。25/72C)毛屑异物a.上偏光片异物画面显示过程发觉点状不良，经左右摆动检验可出现颜色改变者判定为毛屑异物。上偏光片异物 判定示意图26/72b下偏光片异物画面显示过程发觉点状不良，经左右摆动检验可发觉颜色改变者判定为毛屑异物。下偏光片异物 判定示意图27/72D.功效性不良28/72无画面异常（黑屏）a.有画面无背光线路OKLED灯本体不良（LED灯联接型式普通为串联）线路开路FPC上线路开路，LED灯焊点开裂，LED等线路蚀刻开路，金手指损伤。以下列图：29/72背光线路蚀刻开路造成

12、无背光30/72LED灯焊点开脱造成无背光31/72金手指断裂造成无背光32/72LED焊点腐蚀造成无背光33/72b.无背光无画面可能原因有IC裂，FPC本压偏位短路，FPC本压异物或IC bonding异物短路。以下列图34/72FPC本压偏位35/72c.有背光无画面可能原因为IC输入端ITO大电流烧伤，倍压电路异常（器件开路/短路，线路开路），IC bonding异物，IC裂，FPC本压不良（离子破裂不均），下列图为倍压电路上元件开路（焊点开裂）36/72 IC输入端 ITO 烧毁造成有背光无画面37/7238/72 IC输入端异物39/72 金手指开裂40/72D.花屏Bonding

13、区腐蚀造成少多线花屏41/72元件开路造成花屏42/72Bonding异物造成少线 43/72Bonding异物造成ITO烧断少线 44/72异物造成ITO短路造成少线45/72二、触摸屏手机上所用触屏主要有电容式触摸屏和电阻式触摸屏电阻式触屏特点：表面为软PET片，强度低，易刮伤；操作时需施加压力，可用任意物体按压操作，操作灵敏度及手感较差。当前智能手机上已基本不使用。电容式触屏：表面为钢化玻璃，强度高，不易刮伤；操作时无需施加压力，但仅对导电物体操作起反应，使用时需用指腹操作。灵敏度高，操作手感好。当前绝大多数智能手机均使用电容式触屏。46/72电容式触摸屏分类1.表面电容式触摸屏 采取单

14、层ITO和一个金属边框，当手指触摸屏表面时，就会有一定量电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕四角补充进来，各方向补充电荷量和到触摸点距离成正比，我们能够由此推算出触摸点位置。 缺点：使用中会漂移，需进行校准。2.感应电容式触摸屏 在一个或多个ITO涂层上蚀刻出不一样ITO模块，这些ITO模块形成多个水平或垂直电极。与表面式电容屏相比，能够穿透较厚覆盖层，且不需要校准。包含自感应式和互感应式两种。 手机所用电容触屏为感应电容式触屏47/72 平行板电容原理 两个带电导体相互靠近会形成电容平行板电容定义 电容C： 正比于相对面积A，正比与两导体间介质介电常量K 反比于两导体间相对距离d

15、平行板电容器K=8.8510-12F/m48/72自电容式触摸屏原理 Cp寄生电容 手指触摸时寄生电容增加：CP=CP/Cfinger 检测寄生电容改变量，确定手指触摸位置49/72 CM耦合电容 手指触摸时耦合电容降低 检测耦合电容改变量，确定手指触摸位置互电容式触摸屏原理50/72ITO介绍ITO：一个N型氧化物半导体-氧化铟锡。ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜。通常有两个性能指标：电阻率和透光率。 在氧化物导电膜中以掺SnIn2O3(ITO)膜透光率最高和导电性能最好，而且轻易在酸液中蚀刻处细微图形。ITO透光率和阻值分别由In2O3和Sn2O3百分比来控制。通常Sn2O3:In2

16、O3=1:9。51/72ITO FILM与ITO 玻璃对比ITO FILM：基材为一层在表面进行过硬化处理PET膜，即在PET表面涂一层聚丙烯酸酯类硬化层，也就是俗称压加力涂层或加硬层。使PET膜表面硬度到达2H以上，更耐磨，耐划伤。这种压加力特征为热变形温度=78 ,热软化温度=105 .因为PET表面涂覆加压力层热变形温度为78 ,故镀ITO膜温度要严格控制在80 以下。在镀ITO膜完成后，要对ITO FILM进行加热处理，俗称“ITO FILM老化”，使PET膜外形尺寸稳定下来。52/72ITO FILM与ITO 玻璃对比ITO玻璃：基材为一个浮法玻璃，是以硅酸盐为材料，经1300度高温

17、炉熔融成液体，流经锡水表面成型平板玻璃。因为ITO膜透光率会伴随镀膜温度升高而增加，同时阻值也会减小，当镀膜温度在380 附近时，光线透过率最高，且阻值也比较小，而平板玻璃融化温度在千度以上，故能够选取380 最优镀膜条件对玻璃进行ITO镀膜。玻璃尺寸较PET膜尺寸稳定。53/72ITO图案形状图中所表示为电容触屏上电容形状分布情况；含有N行M列；触屏越大则行列数越多；各行各列使用银浆线引出接至触控驱动IC以检测操作情况54/72其它ITO图案形状菱形条形三角形三角形55/72自感应式电容屏结构1.玻璃做ITO载体结构A.双层一块玻璃两面都铺有ITO，因为自电容抗干扰能力弱,必须再加一层屏蔽层

18、,造成成本加高，但实现工艺比单层轻易。把一层ITO做到LENS上面，另一块玻璃做ITO层和屏蔽层。B.单层搭桥只需要一片ITO玻璃一面搭桥做ITO层另一面做屏蔽层，主要用于小尺寸屏。工艺少，成本、良率好控制。56/72玻璃做ITO载体结构单层结构优点：制程简单，结组成熟。57/72FILM做ITO载体结构三层两层ITO层。 一层屏蔽层工艺步骤多，良率不好控制。FILM只能承载单层ITO58/72互感应式电容触摸屏结构玻璃做为ITO载体结构双层一块玻璃两面都铺有ITO，不需要屏蔽层。不过，玻璃造价高。用大屏做性价比不高。59/72互感应式电容触摸屏结构FILM做ITO载体结构双层两层ITO层。无

19、需屏蔽层大尺寸都倾向于film。成本低。60/72双层结构示意图金属金属面ITO非金属面ITO61/72架桥结构示意图ITO绝缘材料金属62/72后段流程介绍ICSensorACF贴合FPC贴合功效测试63/72ACF贴合原理导电球FPC金手指触摸屏电极 FPC金手指和触摸屏电极经过ACF连接导通。ACF中导电球在X和Y方向排布存在间隙，故不导电，只在Z方向热压后导通。ACF64/72In-Cell、On-Cell 及 OGS/Tol 全贴合屏幕技术 1、屏幕结构 从屏幕结构上看，我们能够把屏幕大致分成 3 个部分，从上到下分别是保护玻璃，触摸屏、显示器。而这三部分是需要进行贴合，普通来说需要

20、两次贴合，在保护玻璃与触摸屏之间进行一次贴合，而另一次贴合则是在显示器与触摸屏之间。按贴合方式分能够分为全贴合和框贴两种。 65/72 2、框贴 所谓框贴又称为口字胶贴合，即简单以双面胶将触摸屏与显示器四边固定，这也是当前大部分显示器所采取贴合方式，其优点在于工艺简单且成本低廉，但因为显示器与触摸屏间存在着空气层，在光线折射后造成显示效果大打折扣成为框贴最大缺憾。3、全贴合 全贴合即是以水胶或光学胶将显示器与触摸屏以无缝隙方式完全黏贴在一起。相较于框贴来说，能够提供愈加好显示效果。当前市场上常见全贴合屏幕主要是以原有触控屏厂商为主导 OGS 方案，以及由面板厂商主导 On Cell 和 In Cell 技术方案。全贴合优点：全贴合技术