液晶显示器培训教材

1 液晶显示器培训教材

目 录

一、液晶及液晶显示器简介

二、洁净房介绍及净房管理

三、液晶显示器生产工艺流程及原理简介

四、液晶显示器主要原材料简介

第一章、液晶及液晶显示器简介

1、什么是液晶

众所周知，物质有三态：固态、液态和气态。这三种状态也可称为固相、液相、气相。在自然界中大多的物质随温度的变化而呈现固态、液态和气态。象水、盐以及由元素周期表中每一种元素组成的物质。其组成单元，如水分子或硅原子等，基本上象一个个小球。随着温度的降低或温度的升高，组成单元的排列由后来的无序排列转变成整整齐齐的的有序排列。即从液相转为气相或固相。在晶体中，组成单元的有序排列，表示每个组成单元都处在一定的位置，不易流动而且有规律的排列，只要人们知道它的排列规则，就可以从一个组成单元出发，按照规律找到另一单元，即严格的空间有序。

除了我们知道的固态、液态和固态，有些物质、它们在从固态转变成液态的过程中，不是直接从固态变为液态，而是给一种中间状态。处于中间状态的物质外观上看似浑浊的液体。但是它的光学性质和某此电学性质又和晶体相似。是各项异性，如有双折射特性等。如温度升高时，各种浑浊的物质随着温度的升高会变成澄清、同性的液体。反过来这类物质从液体转变成固体时，也要经过中间状态。各种能在一定的温度范围内兼有液体和晶体，二者特性的物质叫做液晶（Liquid Crystal） 也叫做液晶相、中间相或中介相等，又称为物质的第四态。

2、液晶的由来

液晶最早是奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）于1888年发现的。它在测定某些物质的溶点时，发现某些物 2 质（脂甾醇的苯甲酸脂和酯酸脂）溶化后会经过一个不透明呈白色浑浊液体状态并发出多彩而美丽的光泽，只要继续加热才会变成清亮的液体。1889年，德国物理学家莱曼（O.Lehmann）用由他设计，在当时作为最新式的附有加热装置的偏光显微镜对这些脂类化合物进行观察。他发现这类白色浑浊物质外观上虽然象液体。但呈各向异性晶体特有的双折射性。于是莱曼将它命名为“液态晶体”。这就是液晶的由来。

3、液晶的种类：

随着科学的发展，人们认识的提高，发现液晶物质基本上都是有机化合物。现有的有机化合物中每200种中就有一种呈液晶相。从成分和出现液晶相物理条件来看，液晶可分为热致液晶和溶致液晶两大类。在某些有机物加热溶解，由于加热破坏结晶晶格而形成液晶称为热致液晶，就是前面几个说的由于加热有些物质出现液晶相。同样把某些有机物质放在一定的溶剂中，由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶称之为溶质液晶。它是由于溶液浓度的变化而呈现的液晶相。最常见的有肥皂水等。目前用于显示材料基本上都属于热致液晶。至今，已发现的液晶已有两万多种。

在众多的液晶中，被研究最多的在显示技术中，应用最广液的是由简单的杆形有机分子组成的单元液晶，各类分子通常具有如图（1）所示的结构：该分子的刚性的核心是由两个苯环以及中间的一个官能团构成的，在核心的两头比较柔软的烷基或其它比较柔软的有机分子链.如图(1)中一个熔链中有一个环氧树脂结构,使分子变为手性分子。

根据液晶分子的不同排列方式，可分为三大类：即向列液晶、胆甾相液晶和层列相液晶三大类。

3.1向列液晶：

向列液晶的分子种类的重心混乱无序，使它象普通液体一样可以流动，但分子杆的指向矢大体一致，如图（2）

3.2胆甾相液晶：

在胆甾相液晶中，分子的重心排列是无序的，但分子的指向矢在一 个平面内大致指向一个方向。在垂直于这个平面上的方向上。分子的指向矢会旋转形成螺旋结构，如图（3）：

3.3层列相液晶：

在层列相液晶中，分子形成一层一层的结构。分子层的厚度大约是一个分子的长度。分子垂直于分子层平面排列，分子的重心在分子层中是无序的，形成一层层的二维流体。如图（4）

综上所述，液晶大致可分为以上三大类，各种类型的液晶因其有着不同的结构，其各物性也有所不同，由于热致液晶各项异性的液晶物质的特殊稳定的温度范围在室温以上。只有这类液晶才能做为显示器材料。由以上可知液晶分子的排列并不象晶体结构那样牢固，所以容易受到电场，磁场、温度应力以及吸附杂质等外部影响。因而容易使 其各项光学特性发生变化。液晶的这种作用力微弱的分子排列正是液晶有今日之广阔市场的关键条件。

4．液晶显示器

液晶具有固定的偶极矩，所以施加电场可使 液晶分子轴发生移动，于是液晶分子的排列发生改变。从而改变其光学性质来达到其显示的效果。这是液晶做为显示器的基本原理。

5何谓液晶显示器：

利用液晶的各项电光效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等分界条件的变化在一定条件下转换成为可视信号制成的显示器，就是液晶显示器。液晶显示器的英文为Liquid Crystal Display通常用LCD来代表液晶显示器，液晶最早在1968年5月美国RCA公司用于显示器的制造，到目前广泛的应用于钟表、计算器、仪表仪器、笔记本电脑、移动电话、寻呼机、电子宠物、袖珍彩电、大型平板显示器、投影电视等家用、工业用和军事用显示领域。

6液晶显示器的优、缺点：

6.1信息显示技术随着信息社会化的发展显得越来越重要，液晶显示器与其他

显示器相比其有很多优点。

6.1.1平面型显示、体积小、重量轻、便于携带；

6.1.2功耗低、驱动电压低；

6.1.3寿命长，一般在5万小时以上；

6.1.4不含有害射线，对人体无害；

6.1.5被动显示，不易被强光冲刷；

6.1.6易于驱动，可用大规模集成电路直接驱动；

6.1.7结构简单，没有复杂的机械部分；

6.1.8造价成本低。

6.2随着液晶显示器的广泛应用，人们也可以发现其有些缺点：

6.2.1由于它是被动元件，本身不发光，在暗处需借助其它的光源才具有可视性； ○

图（1） 图(2) 图(3) 图(4) ∥ ○ 3 6.2.2有视角之限；

6.2.3应答速度（30ms-120ms）与其他元件相比尚嫌差些；

6.2.4寿命尚未能成为半永久性元件。

7．LCD分类

7.1 液晶显示器的种类很多，按显示方式可分为透射、反射和半透.。

7.1.1透射型LCD背面装有荧光灯，电致发光极等光源。因而在昏暗的环境光下也能使用。

7.1.2 反射型就是一种将铝箔光反射片贴在LCD背面玻璃基板的外面，使其反射LCD的入射光，用于显示。

7.1.3半透型LCD是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。

反射模式 半透模式 透射模式

Reflective Mode Transflective Mode Transmissive Mode

7.2利用光电效应制作的LCD大致分为以下几种TN-LCD 、HTN-LCD和STN-LCD

7.2.1 TN-LCD就是扭曲向列液晶显示器。我们都知道液晶分子基本平行于基板排列，但上下液晶分子取向呈扭曲排列、整体扭曲900，TN-LCD是人们发现最早，也是应用最广，数量最多，价格最便宜的显示器。TN-LCD的制造工艺已基本上成熟、目前最主要在新加坡、台湾、中国大陆等地区生产。现中国是TN-LCD最主要的生产基地。我们通常所见到的电子表，计算器、游戏机等LCD大都是TN-LCD.

7.2.2 STN-LCD是Super Twist Liquid Crystal Display的简称。即超扭曲向列型LCD. 它与TN-LCD的结构相似，不同的是它的扭曲角不是900，而是在180~270之间，虽然仅仅是扭曲角不，它的工作原理同TN-LCD完全不同。STN-LCD是目前LCD生产的中档产品。它是有比TN-LCD显示信息量大等特点，它主要用于多种仪器仪表、汉显机、记事本等。STN-LCD的制造工艺基本成熟。

7.2.3 HTN-LCD是Hight Twist Nematic Liquid Crystal Display的简称。即高扭曲向列型液晶显示器。HTN-LCD与TN-LCD和STN-LCD结构相似。只不过HTN-LCD的扭曲角在1000~1200之间，介于TN-LCD和STN-LCD之间。HTN-LCD目前数量并不多，其性能也介于TN-LCD和STN-LCD之间。

8、 LCD的结构、工作原理及主要技术指标

8.1 LCD的结构（如图⑤、如图⑥）。

①偏光片；②基板玻璃；③SIO2隔阻层；④ITO电极；⑤ PI膜；⑥框胶；⑦导电点；⑧液晶；⑨偏光片；⑩封口胶；11Spacer粉

图⑤ 图⑥

8.2 LCD的工作原理：

要了解LCD的工作原理，我们首先须了解光。这是一种电磁波。即电磁场以波动的形式传播的。人眼可见的光的波长范围大致在380纳米至780纳米之间。通常光是沿直线方式传播的，光波的振动方向垂直于光的传播方向。对自然光（如太阳光）来说在垂直光传播方向的各平面内，光波的振动方向随机均匀分布的。如果光波振动的方向是沿一个方向，这样的光线称为偏振光，这个振动方向称为偏振方向。偏振方向与光波的传播方向形成的平面称为振动面。

偏光片有一个固定的偏光轴。偏光片的作用是只允许振动方向与其偏光轴方向一致的光通过。而振动方向与偏光轴垂直的光将被其吸收。这样当自然光通过液晶盒的入射偏光片（称其偏器）后，只剩下振动方向与起偏器偏光轴相 ① ②

③

④ ⑤

⑨ ② ③ ④

⑥ ⑦

⑧ 11 ⑩ 4 同的光。即成为线性偏振光。偏振光经过液晶盒 后再经过偏光片（称为检偏器）射出。这样光是否通过检偏器多少，取决于线性偏振光经过液晶盒后的偏振状态。从而控制最后透过检偏器的光状态来实现显示的。如图4-2-1

图4-2-1

具体的说，TN型液晶盒内液液晶分子形成一种扭曲结构。在一定条件下入射光的偏振将顺着液晶分子的扭曲方向旋转。液晶分子长轴扭曲900导致900的旋光如图4-2-1，当对两块玻璃片上的电极施加一定大小的电压后，液晶分子就转变为垂直于上下玻璃片排列，扭曲结构消失，导致旋光作用消失，这种电光效应就称为扭曲电场效应。

对于白底黑字型的液晶显示器，上下偏振片是正交放置的。即偏光轴相互垂直，入射的自然光经起偏器后变成平面偏振光。在液晶盒未加电场时，偏振光将顺着分子的扭曲结构扭曲900，振动方向变成和检偏器的偏光轴一致，因此可以顺利通过检偏器，这时显示器呈透明状态，处于非显示状态，同时驱动电路将驱动信号电压加到需要显示的有关电极上时，该部分液晶分子扭曲结构消失。丧失了旋光能力。从起偏器出的偏振光未经改变就直达检偏器。由于其偏振方向与检偏器轴方向垂直。偏振光将无法透过检偏器，这样该通信号电压的部分电极将呈黑色，呈显示状态。

8.3 LCD的主技术指标：

8.3.1电光响应特性：

液晶显示器的相对透光率随着外加信号电压变化而变化，就是电光响应特性。

8.3.2对比度：

液晶显示器的对比是显示状态和非显示状态相对透光率的比值，当对比度≥5时，图象清晰。

8.3.3视角：

LCD的对比度跟视角（即人眼观察角度）有关。对比度随 观察角度变化的特性称之为视角特性。视角特性指标。一般取定一个对比度的最小可接受值，来考察对比度大于这个值的视角范围，这个范围称为视角锥。例如LCD的对比度=3的视角值时。其上视角为100，下视角为400，左右视角为300。视角即观察方向与显示器件法线的夹角。视角方向（最佳视角象限）：扭曲向列型液晶显示器有一个最佳视观方向，一般的前视角（正视角）都从这个方向的θ角来确定。如图：4-3-3