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1、,LCD液晶技术基础,LCD原理 LCD面板的分类 TFT-LCD的基本制造流程 背光源技术,目录,LCD原理,1.LCD 发展简史,1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔(F.Reinitzer)发现液晶材料胆甾 醇苯甲酸酯。 1889年德国结晶光学创始人莱曼(O.Lehmann)提出了液晶(Liquid Crystal：LC)的定义 二十世纪二十年代，德国Heidelberg大学的Ludwig Gattermann和Halle大学的Daniel Vorlander先后合成了300多种液晶，并指出液晶分子是棒状的分子。 1927年，V.Freedericksz 和 V.Zolinao发现向列相液
2、晶在电场（或磁场）作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。,1971年，瑞士Hoffman la Roche的Schadt等人首次公开现在最为普遍的工作模式的TN(Twisted Nematic)模式。 1972年S.Kobayashi等人研制成了无缺陷TNLCD屏；P.Brody提出了有源矩阵(Active Matrix:AM)的概念A.G.Fischer和T.Uchida等人突出了R.G.B滤色片的混色方案。 1987年STN液晶显示期间开始量产。,LCD原理,2.LCD相关性能指标,M列,三个亚象素（对应R、G、B三原色）对应
3、一个象素,N行,(1)分辨率,分辨率=M*N,LCD原理,2.LCD相关性能指标,(2)灰度和色数,1 2 3 4 5 6 7 8,透过率(),100,50,灰度级,阈值电压,0,1,2,3,4,施加电压（V）,LCD原理,2.LCD相关性能指标,(3)亮度： 亮度的定义是指显示器在白色画面之下明亮的程度，单位200cd/ (4)对比度： 对比度的d定义就是屏幕的纯白色亮度和纯黑色亮度的比值 (5)响应速度： 响应速度是指像素由亮转暗并由暗转亮所需的时间，单位是毫秒。反应速度分为两个部份：Rising（上升）和Falling（下降）；而表示时以两者之和为准。,LCD原理,2.LCD相关性能指标
4、,(6)可视角度： 可视角度就是指刚好可以看到对比度为10以上的画面的时候视线与垂直屏幕的平面的夹角。,LCD原理,2.LCD相关性能指标,(7)开口率：,单元开口率=透光面积/像素面积,LCD原理,3.TFT-LCD基本结构及原理,1.偏振片 2.玻璃基板 3.公共电极 4.取向层 5.封框胶 6.液晶 7.隔垫物 8.保护层 9.ITO像素电极 10.栅绝缘层 11.存贮电容底电极 12.TFT漏电极 13.TFT柵电极 14.有机半导体有源层 15.TFT源电极及引线 16.各向异性导电胶（ACF）17.TCP 18.驱动IC 19.印刷电路板（PCB）20.控制IC 21.黑矩阵（BM
5、）22. 彩膜（CF）,1,2,3,4,5,6,4,8,9,13,10,2,12,18,11,7,19,1,20,14,15,16,17,21,22,LCD原理,3.TFT-LCD基本结构及原理,剖面图,LCD原理,3.TFT-LCD基本结构及原理,模块驱动结构图,LCD原理,3.TFT-LCD基本结构及原理,LCD原理,3.TFT-LCD基本结构及原理,TFT(Thin Film Transistor)的作用： (1)确认栅极是否有电压； (2)TFT打开； (3)确认源极是否有数据信号电压； (4)液晶分子偏转； (5)屏幕显示内容改变。,LCD原理,1. TN/STN,LCD面板的分类,
6、TN: Twisted Nematic(扭曲向列型)面板 STN: Super Twisted Nematic(超扭曲向列型）面板 优点：响应时间快，成本低廉。 缺点：色彩相对稍差（需通过内部电路IC达到16.7M色），可视角度较小。,2. MVA/PVA/S-PVA,LCD面板的分类,MVA: Multi-domain Vertical Alignment, 多象限垂直配向技术。利用突出 物使液晶静止时并非传统的直立式，而是偏向某一个角度静止;当施加电压让液晶分子改变成水平以让背光通过则更为快速，这样便可以大幅度缩短显示时间，也因为突出物改变液晶分子配向，让视野角度更为宽广。 该面板技术由富
7、士通主导，特点：普通方块式像素点、黑色度好、色彩表现一般，响应时间快（20ms以内），可视角度大（170度以上），成本较低。,2. MVA/PVA/S-PVA,LCD面板的分类,PVA/S-PVA: PVA采用透明的ITO层代替MVA中的凸起物，制造工艺与TN模式相容性较好。透明电极可以获得更好的开口率，最大限度减少背光源的浪费让显示效能大幅提升可以获得优于MVA的亮度输出和对比度。 该面板技术由三星主导，特点：色域大、色彩还原出色、半像素分级设计，可视角度可达170度，响应时间被控制在20毫秒以内(采用Overdrive加速达到8ms GTG)，而对比度可轻易超过700:1的高水准。,3.A
8、SV,LCD面板的分类,ASV: Advance Super View 是SHARP公司的一种提高图像质量的技术。面板采用CPA技术（Continuous Pinwheel Alignment )，各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列，由于像素电极上的电场是连续变化的，所以这种广视角模式被称为“连续焰火状排列”模式,4.IPS,LCD面板的分类,由日本日立于2001年推出。液晶分子平面切换的方式来改善视角，利用空间厚度、摩擦强度并有效利用横向电场驱动的改变让液晶分子做最大的平面旋转角度来增加视角 IPS面板的特点是响应时间快、色彩鲜艳、鱼鳞状像素、可视角度大。但颜色有些偏蓝且黑色表现不好。
9、这是由于液晶分子水平排列，电压的两级只能置于玻璃基板内，造成了面板的开口率较低，反映在画面上就是亮度不足，对比度较难提高，但是响应时间相对较高。 目前基于IPS技术的面板主要有LG - Philips和日立、松下的IPS-面板。,TFT-LCD的基本制造流程,Array Fabrication,Array Pattern Inspection,Array Repair,Array Test,Cell Assembly,Array Repair,Cell Inspection,Cell Repair,Module Assembly,Module Inspection,Module Repair,
10、在玻璃基板上形成TFT电路、像素电极以及必要的引线和各种标记,形成液晶盒，组建完整的光学系统,组装驱动电路和背光源，形成独立的，标准外部接口的模块,流程总述：,TFT-LCD的基本制造流程,ARRAY TFT-LCD的制作工艺主要分为Array、Cell和Module3个工艺流程。其中Array工艺主要负责为Cell工艺提供阵列基板。 Array就是从一张玻璃基板开始，不断经过成膜、曝光和刻蚀三个工序的循环，最终在玻璃基板上做出我们所需要的TFT阵列的图形来。,TFT-LCD的基本制造流程,ARRAY流程图,TFT-LCD的基本制造流程,CELL流程图,TFT-LCD的基本制造流程,MODUL
11、E流程图,TFT-LCD的基本制造流程,MODULE结构,CCFL光源，又叫冷阴极荧光灯管。液晶电视上采用的CCFL光源，从其发光原理上看，利用电极激发封闭灯管中的各种气体产生以紫外线，用紫外线激发灯管壁上的荧光粉而实现发光。 在液晶面板使用的CCFL背光源的初期阶段，光学特性并不是非常理想，表现在光谱上，就是决定电视最终成像质量的RGB三原色色度不纯，而表现在最终画面上，就是色彩不够鲜艳，暗淡、失真；色域范围小，只有NTSC等比70%左右。 但近几年，改进型CCFL光源的出现，从本质上说就是提高背光源的发光质量，使之发出的光线中RGB成分更加接近标准的色彩，从而提升画面的色彩效果和色域范围。
12、要实现这一目标，主要手段是通过在普通CCFL光源中添加新的物质，或者使用发光性能能高的荧光粉。 而且目前CCFL的色彩饱和度也已经可以达到NTSC 90甚至92%，与一般CRT电视的色彩饱和度已经相差无几。,背光源技术,CCFL背光源,目前LED是被用作液晶面板的背光源，而非面板本身是LED发光。采用LED为液晶的背光源，最主要目的是提升画质，特别是色彩饱和度上，LED背光技术的显示屏可以取得足够宽的色域，弥补液晶显示设备显示色彩上足的缺陷，使之能达到甚至超过Adobe RGB和NTSC色彩标准要求，可以达到NTSC ratio 100%以上。 同时因为LED的平面光源特性，使LED背光还能实
13、现CCFL无法比及的分区域的色彩和色度调节功能，从而实现更加精确的色彩还原性，以适应平面出版和图形设计工作的需要，画面的动态调整可以使得在显示不同画面时，亮度与对比可以动态修正，以达到更好的画质。 另外，采用LED背光源可以使显示器进一步轻薄化。,LED背光源,背光源技术,LED背光源按照光源技术分，分为：RGB三色LED和白光LED。 目前使用的多是白光LED，或由RGB三色合成白光LED。真正能使LCD电视利用R、G、B三色LED混色技术，可能要等到另一个技术发展成熟，即不用彩膜（Color Filterless）、利用场序（Field Sequential Color）的技术，实现彩色化
14、。该技术不需要使用彩色滤光片所用的光刻胶来滤光，出光量大，所需要的LED个数少，因此减少了耗电，也就降低了成本。然而无彩膜的场序技术则要求液晶响应速度足够快。一般来说，液晶响应速度要快到1ms，才能在R、G、B三色转换下，达到3ms的视觉残留，有效消除LCD动画残影的问题。目前1ms级的液晶面板成本非常高昂，只在小尺寸专业产品上使用。 按照背光源入射位置划分：LED背光模块依光源入射位置分为直下式与侧入式两大类。 笔记本电脑面板使用侧入光，只需要一条光源，亮度既不用太高，也不需要用到功率芯片。但是，LCD电视及大尺寸显示器却需要用到直下光源，LED的分布好像洒芝麻一样均匀分布。目前，一些常见的大尺寸产品上使用的是侧入光LED光源，实际效果较CCFL无明显改善。,LED背光源,背光源技术,对于大尺寸LCD显示来说，目前，使用白光LED背光(含RGB合成白光)较新的CCFL无明显改善，如果是基于RGB无彩膜(Color Filter Less) 技术的成本和规模大幅改进，相应产品的表现会有较大提高。最新的10代线，也还是基于CCFL背光的生产线。,背光源技术,CCFL VS. LED,
