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1、LCD 和 PDP的显示技术与工艺介绍1. LCD 液晶显示器1.1 LCD 的各种显示方式及其工作原理液晶分子在其某种排列状态下，通过施加电场， 将向着其他排列方向状态变化，液晶盒的光学性质 （如旋光性、 双折射率、 二色性、 光散射性等） 也随着改变。 这种通过光学方法，产生光变换的现象，称为液晶的电气光学效应（electro-optic effect） 。正是基于液晶的各种电气光学效应，LCD 显示才得以实现。以下列出液晶的各种电气光学效应：下面将针对基于上述液晶各种电气光学效应的显示方式及原理加以介绍：扭曲向列型（TN）- 旋光性在透明电极基板间充入1-10 m 厚的向列型液晶，构成三
2、明治结构，使液晶分子的长轴在基板间发生90 度连续的扭曲，制成向列排列的液晶盒。该液晶盒扭曲的螺距与可见波长相比要大得多，因此，垂直于电极基板入射的直线偏光的的偏光方向，在通过液晶的过程中，随液晶分子的扭曲发生90 度旋光。 这种 TN 排列液晶盒具有使平行偏振片间的光遮断，而使垂直偏振片间的光透过的功能。其次，当对这种TN 排列液晶盒施加电压时，从某一阈值电压 Vth起，液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜。而且，当施加电压约为Vth的 2 倍时，大部分分子发生长轴与电场方向平行的再排列，90 度旋光性消失。在这种状态下，与没有施加电压的情况正好相反，使平行偏振片间的光透过，而使垂直偏振片间的光
3、遮断。目前广泛普及的LCD 的一种就是基于这种TN 方式（偏振片平行或垂直设置），在白的背景下可以显示黑，而在黑的背景下可以显示白。超扭曲向列型（SBE/STN） -光干涉SBE/STN 型 LCD 是在 2 片偏振片间充入超扭曲向列液晶（扭曲角为180360）盒构成三明治结构， 是入射光直线偏光轴相对于入射光侧电极基板面的液晶分子长轴方位依次发生小的偏移，利用由液晶双折射性而产生的光干涉现象而进行的显示。与 TN 相比， STN 的扭曲角加大，而且显示原理也不尽相同：在TN 液晶盒中，上偏光片的偏光轴与上基片表面液晶分子长轴平行，下偏光片的偏光轴与下基片表面液晶分子长轴平行，即前后偏光轴互成
4、90；在 STN 液晶盒中，上下偏光片与上下基片表面液晶分子长轴电流效应型电场效应型热效应型反铁电型（ AFLC ）铁电型（ FLC）层列型胆甾型动态散射型（ DS）介电各向异性型扭曲向列型（ TN）双稳态性型单稳态性型高分子分散型（ PD）双折射控制型（ECB）宾-主型（ CH）超扭曲向列双折射型（SBE/STN）相变型（ PC）都互不平行，而是成一个角度。另外，TN 液晶盒是利用液晶分子的旋光性工作的；STN 是由于自然光经过上偏振片成线偏振光，入射的线偏振光和液晶分子成一定角度，是入射光被分解寻常光和非常光，通过液晶盒后的两束光产生光程差，在通过下偏振片时发生干涉。薄膜场效应晶体管型（T
5、FT-LCD ）TFT-LCD 技术是微电子技术和LCD 技术巧妙结合的高新技术。它采用了“主动式矩阵”的方式来驱动液晶。方法是利用薄膜技术所做成的电晶体电极，利用扫描的方法“主动地”控制任意一个显示点的亮与暗。光源照射时先通过下偏振片向上透出，借助液晶分子传导光线。电极导通时，液晶分子就像TN 型液晶的显示排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。从这个角度看，与TN 型液晶显示原理类似。不同的是，由于场效应晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，已经透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到场效应晶体管电极下一次再加电改变其排列方式为止；而 TN 型液晶分子一旦没有加以电场，立刻
6、就返回原来的状态。高分子分散型（PD）- 光散射高分子分散型由向列液晶和高分子构成，并利用复合体的光散射效应进行显示。根据复合体的构造， PD 型 LCD 可以分为向列型毛团准直相（NCAP ）型和聚合物网络（PN）型两大类：NCAP 型是液晶以微小颗粒的形式分散在高分子基体中构成的。其工作原理是：不施加电压时，液晶分子沿胶囊壁面排布，且从光的入射方向看，液晶分子随即排列。在这种排列方式中，取液晶的折射率与高分子的折射率不同的组合，使得LCD 的外观由于入射光的散射而呈现暗白色。当施加电压时， 液晶分子按电场方向排列，若假定液晶的正常折射率与高分子的折射率相等，则入射光不发生散射，从而 LCD
7、 呈透明的外观。 PN 型是在液晶的连续相中高分子以三维网络状或微小粒滴状分散而形成的。其工作原理是：不施加电压时，液晶分子沿高分子三维网络结构的界面排列，从整体看为随即排列。这种排列会对入射光产生散射，从而使得外观呈现暗白色。而当施加电压时，液晶分子按电场方向，即与光的入射方向呈相同方向排列，由于对入射光不发生散射，从而使得外观呈现透明色。高分子分散型显示方式基于散射效应，不需要偏振片， 所以它可以实现大视角显示，显示界面更为明亮。 而且，由于它采用高分子与液晶的复合体，可比较容易地实现大面积显示。其他类型的显示方式由于过时或应用受限制在这不作介绍。如动态散射性型 （DS）LCD显示器是一种
8、已近过时，被淘汰的显示器件；宾主效应型（GH）型 LCD 显示器由于对比度不高且工作电压偏高一直未能得到广泛使用，等等。1.2LCD 的制造工艺LCD 制造工艺流程简图如下：I 光刻涂胶根据产品要求，选择合适的ITO 玻璃装入传递篮具中，ITO 层面朝上。采用化学或物理方法（如氢氧化钠、乙醇、丙酮等溶液）将ITO 基板上的杂质、油污洗净，经紫外线照射以对其表面进行活化处理，然后直接涂光刻胶。涂胶方法一般采用辊涂，即通过胶辊将光刻胶均匀地涂在玻璃上。前烘烘干光刻胶以增强胶膜与ITO 表面的粘附性和胶膜的耐磨性。一般由两种方法：一种是用恒温干燥箱烘干，另一种是用红外炉烘干。后者烘干效果相对好些且时
9、间较短。曝光在涂好光刻胶的玻璃表面覆盖掩模板，通过紫外光进行选择性照射，是光刻胶发生发生化学反应，改变了这部分胶膜在显影液中的溶解度。注意点：掩模板上机前要严格检验，确保无缺陷；曝光定位要准确等。显影将曝光后的玻璃放入显影槽中，显影液（一定浓度的碱液）通过摇摆的喷头喷洒在玻璃的光刻胶面上，过一定时间显出图形后，玻璃在通过水洗，将显影液冲掉，然后用适当的温度烘干玻璃以出去水分以达到坚膜的目的。显影时必须控制好时间和温度。刻蚀用一定比例的酸液把玻璃上为受光刻胶保护的ITO 膜腐蚀掉， 而将有光刻胶保护的 ITO 膜保存下来，最终形成ITO 图形。选用的腐蚀液必须能够腐蚀掉ITO 胶有不能损伤玻璃表
10、面和光刻胶，一般选用一定比例的HCL 、HNO3 和水的混合液。光刻PI 定向丝印制盒切割灌封检验测试贴片成品检验包装入库ITO 玻璃装篮清洗涂光刻胶曝光显影刻蚀剥离切割裂片灌注封口裂粒清洗涂PI 取向膜取向摩擦清洗（印表面装饰线）贴偏振片( 上引线 )合格品入库出厂检验丝网印刷散布Spacer垫片对位压合固化清洗光台检验电测图形检验合格品包装去胶和清洗用去胶液（一定浓度的碱液，其浓度高于显影液）把刻蚀后玻璃上剩余的光刻胶去掉。然后，用高纯水冲洗玻璃上残留的碱液和惨胶。II.取向涂取向膜用高纯水、超声波或高效的有机溶剂处理等方法清洗经过光刻工序后的ITO 玻璃。然后涂覆PI 取向膜，涂覆方法一
11、般有浸涂、旋转涂覆和选择性涂覆。接着预烘涂膜使膜面平坦，再高温固化使膜内分子发生聚合反应。定向摩擦用绒布在涂有取向膜的玻璃上按一定方向摩擦，成盒并灌注液晶后，液晶分子在玻璃表面上会按摩擦的方向进行排列。（ 至于为什么在取向层上按一定方向摩擦，液晶分子就会沿此方向排列，至今没有一个合理和准确的解释）III丝印成盒丝网印刷利用丝网印刷的图文部分网孔可透过油墨，非图文部分网孔不透过油墨的基本原理进行印刷，印刷时在丝网版承印区布满油墨，用刮板对网上的油墨向下施加一定压力，同时向丝网印版另一端平行移动，油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上。刮板刮过整个承印物后抬起，同时丝网印版也抬起，将油
12、墨轻轻挂回出示位置。这样就通过丝网印刷分别在上、下玻璃基板印上了封框胶和导电胶。制盒在上、下玻璃基板均匀分布一层微小玻璃或塑料颗粒等支撑材料以保证基板间的间隙，然后严格按对位标记将玻璃基板对位粘合成盒，再通过热固化方法将封框胶固化。IV. 切割封灌成盒的整个玻璃上有许多个液晶盒，为把灌注口露出必须把整个玻璃适当切割裂开。一般先把整盒玻璃切裂成条，进行液晶灌注封口后再裂成单片产品。切割裂片用切割刀轮沿着整盒玻璃上的切割标记在一定压力下划动形成一道切割线，然后用裂片机沿着切割线将整盒玻璃裂开成条。灌封将配置好的液晶经过真空脱气处理，然后将灌注条和液晶放入真空室中，利用毛细和气压差作用将液晶注满液晶
13、盒。再利用热胀冷缩原理使封口胶堵住灌注口形成完整的密封液晶盒，最后切粒形成单片产品。V检验测试光台检测在暗场 （或亮场） 下对液晶盒进行观测以检查产品的质量，从中挑出内污、指印、漏气、彩虹、定向错、封口污染等废品。电测对液晶显示器加上驱动电压信号来观察实际的显示状态和显示质量是否合格的过程。所检验的产品为光台检测工序流入的合格品。VI贴片切割偏振片将新进厂的整张偏振片切割成规定角度、尺寸的单粒。偏振片的长边方向是其光轴，偏振片的角度是光轴所在的角度。手动贴片按加工图纸的位置要求将已裁成粒的偏振平贴到液晶屏上。VII. LCD 金属管脚的连接和加工成品的液晶显示器，电极图案基本上被封闭在盒内，只
14、有电极引脚露出来。显示器的连接就是将液晶显示器的电极引脚与驱动电路的电极相连，是驱动电压、信号能加到液晶屏上。VIII 包装与检验LCD 屏加工制作工序完成后，为便于储存和运输，显示屏应装在用泡沫塑料制成的 盒子里。特殊产品根据需要对包装提出具体要求。在交给客户前，为确保LCD 成品质量，还需按照国家标准或客户协定标准进行外观质量和显示质量等检验。2 等离子体显示器2.1 PDP 的工作原理所谓等离子显示板（plasma display panel, PDP）即利用气体放电发光进行显示的平面显示板，可以看成是由大量小型日光灯并排构成的。在PDP 中，有数百万个微小荧光灯，即放电胞。真空放电胞中
15、封入的放电气体一般采用Ne 和 Xe 或 He 和 Xe 组成的混合惰性气体。对放电胞施加电压，放电胞中发生气体放电，产生等离子体， 等离子产生的紫外线照射胞内壁上涂覆的荧光体，产生可见光。下面以充有Ne-Xe 混合气体的表面放电型AC 型 PDP 为例，来说明PDP 的发光机理，见下图。气体放电过程。由于受到外部电压或引火单元激发，电子从阴极表面发射出来，在电场的加速下与中性Ne 原子发生碰撞， 发生如下电离反应：e+Ne = Ne+2e .在此碰撞后，电子在向阳极加速并达到一定动能（ 21.6eV 以上） 时会进一步离化中性Ne 离子导致气体内部的自由电子增殖（雪崩效应）。这种电离雪崩过程
16、中会大量产生以下的碰撞反应：e+Ne = Ne+2e（电子碰撞电离）e+Ne = Nem+e（压稳激发）e+Xe = Xe+2e（电子碰撞电离）Nem为 Ne 的压稳激发态，由于Nem寿命较长（ 1-10ms）且其能量（ 16.62eV）大于 Xe 的电离能（ 12.127eV）,故 Nem离化 Xe 的概率非常高， 即 Nem+Xe=Ne+Xe+e (Pennig 电离反应 ) 这种过程对PDP 非常重要， 因为该离化是加在通常的Ne 的离化之上的， 这降低了放电起始电压，因此也降低了显示器的工作电压。与此同时，被加速后的电子也会与Xe+发生碰撞，碰撞复合后，激发态Xe*原子的外围电子由较高能级跃迁到较低能级，产生碰撞跃迁：e+Xe+Xe*（2p5或 2p6）+hv 由于 Xe*不稳定，极易产生逐级跃迁：Xe*（2p5或 2p6） Xe* （1s4）+hv（828nm） ；Xe* （1s4） Xe（基态） +hv（ 147nm）式中， 1s4
