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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)

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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(ISO9002）…………………………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.Reinitzer，他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4~8倍，分子量一般在200~500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；Y、Y＇位于分子的两端,称为末端基团,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）—NO2（硝基)，—F、—CF3、-OCF3、—OCHF2（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：
⑴ 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。
⑵ 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。
⑶ 胆甾型（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——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，这就是本文开始所述F。Reinitzer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。1971年开发的第一个扭曲向列型液晶显示器（TN—LCD）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< Tc
1.2 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1—3 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%和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—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和SEG信号

图1-7 使用异或门电路实现静态驱动
1.2.3。2 动态驱动
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COM电极分成4个行电极,SEG电极分成6个列电极,构成4×6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1—8所示。此时，引线数目从静态驱动的24条减少为10条。

图1-8 以4行×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），其它电极未加电压。此时，象素P11上加电压V0，若V0〉VTH，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（OFF态)象素上的方均根电压比值关系:
1 N-1 V 2 N+8 V
VON = -—［V2+å（±-）］ = --·- （1—1）
N 1 3 N 3

1 2V 2 N-1 V 2 V
VOFF= —［（V- — ）+å（±-）] = - （1—2）
N 3 1 3 3

VON N+8
电压比a= —— = —- （1—3）
VOFF N
1/3偏压法是否对任何行数的矩阵都最适宜？下面推导最佳偏压比的表示式。
把上述关系式中偏压比改成1/6，可得
1 N-1 V 2 b2+N-1 V
VON = -—[V2+å(±—）］ = ——-- · - (1—4）
N 1 6 N 6

1 2V 2 N-1 V 2 (b—2)2+N-1 V
VOFF= —[（V— — ）+å（±-）] = ·— (1—5）
N b 1 b N b

VON N+8
电压比a= -— = -- （1—6）
VOFF N
求极值da/db=0,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 （1—7）
对应的最大电压比
amax=( N+1）/（ 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)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amax随扫描行数N的变化
N
2
4
8
16
32
64
128
ama
2。41
1。73
1。45
1.29
1.20
1。13
1。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方案：⑴多重矩阵；⑵高扭曲和超扭曲向列型液晶显示(HTN—LCDT和STN-LCD);⑶有源矩阵液晶显示(AM-LCD)；⑷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50MV。
1.3 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△V，可产生更大的透光率变化，△T1》△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ф≈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—LCD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1/8～1/32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.L.Ong和A.Lien用Jones矩阵法推导出的结果。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(Xq)sin(q+фen—фenit）+cos(xq)cos（q+фen-фenit）]2
+u2/x2sin2（xq)cos2(q-фen—фenit） (1—9)
其中x= 1+u2
pd△ ne
u=—-（-——--—-—— ）—n0
lq 1+wsin2qs

ne
w=（-—）2
n0

ne，n0——--- ne为沿LC分子长轴方向的折射率，n0为垂直LC分子长轴方向的折射率
qs-—--预倾角
d---—盒间隙，即液晶层厚度
若预倾角qs很小时，
ne
-—--—-——---- —n0= ne—n0=△n（△n—液晶的双折射）
lq 1+wsin2qs

p
u=——△nd
lq
由1+u2=x2 u= x2-1 代入上式得
lq
△nd=—-— x2-1 (1—10）
p
1。4.2讨论
1。4.2.1 T=0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（xq)cos2(q-фent-фexit）=0 得 (1—9)
sin2(xq）=0或cos2（q—фent-фexit)=0
由sin2(xq)=0则xq=kp k—整数
代入式(1-10）得
lq kp
△nd=—-— （-—-）2-1 （1-10）
p q
对TN—LCD q=p/2,代入式（1-11)可得
k
1
2
△nd
( 3/2)l
（ 15/2）l
对人的视觉响应峰值波长l=0。55um而言， △nd=( 3/2）l=0。48=0.5(um)；
△ nd=（ 15/2)l=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（xq)sin(q+фent—фexit)+cos(xq)cos（q+фent—фexit)=0,代入sin（xq)=0， cos(xq)=1,可得
cos(q+фent—фexit)=0，则 q+фen-фexit=p/2+ kp k—整数
将фexit=фexit+q-(2k+1/2）p (1—12）
对 q=p/2 情况，代入式(1-12)可得фexit=фent-kp,即要求偏振片平行配置
P1∥P2。
另外，假设cos2(q—фent—фexit）=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
q-фent—фexit=p/2+kp k—整数
对P1∥P2配置, фent=фexit，代入上式得
фent=(q/2）—[(2k+1）/4]p (1-13)
k
0
±1
фent
0
p/2
即偏振片相对摩擦方向可以是平行（фent=0)，也可以是垂直（фent=p/2)配置.
归纳:对扭曲角q=p/2的TN-LCD情况,透光率T=0,S 要求△nd的设计应满足第一极小（△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。4.2.2 T=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(xq)sin（q+фent-фexit）+cos（xq)cos（q+фent-фexit）=0
u2/x2sin2（xq)cos2(q—фent-фexit)=1
或
1/xsin(xq）sin(q+фent-фexit）+cos(xq)cos(q+фent—фexit)=1
u2/x2sin2(xq)cos2（q-фent-фexit)=0
对前一组方程,因sin2（xq）cos2（q-фent-фexit）= x2/u2=［(1+u2)/u2]/〉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(xq）=0， cos（xq）=1 代入方程组的第一式，得
cos(q+фent-фexit)=1
则 q+фent—фexit=2kp k—整数
фexit=q+фent— 2kp
对TN—LCD， q=p/2情况，фexit=(p/2）+фent—2kp，即要求偏振片垂直配置
例: 180°STN—LCD
d/p=0.8p/2p=0.4
P=d/0。4=6.8um/0.4=17um
C=1/(HTP×P）==1/（11×17）=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的分类
1.6.2二端器件AM—LCD
二端器件AM-LCD的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CD<CLC，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URMS值大于液晶的阈值电压VTH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URMS≥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盾.

图1-17 二端器件AM-LCD的结构与等效电路
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-POOLE方程:
I=kUexp（β u ） (1—23）
其中k和β是与绝缘体的性能和厚度有关的常数。厚度30—60nmTa2o5。
MIM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30—60nm，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，就成为二次光刻工艺。

图1-18（A）二次光刻工艺的MIM
（B）二次光刻工艺的MIM
1.5。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（MOS场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很小,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URMS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很大，CLC上充的电压只能通过RLC缓慢放电.如果设计得当，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的结构及等效电路
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—SITFT—LCD(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.CDSE能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CDSE—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，研究举就转向了单晶硅MOSFET和非晶硅薄膜晶体管（A-SITFT）。单晶硅MOSFET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囝板一体化，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POLY—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MASK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（典型值0.5-1。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POLY—SI TFT—LCD，特别是低温POLY—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2~3um，但基板尺寸不是IC的7.5~12。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—-巨微电子学（GIANT MICROELECTRONICS)，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，使中间层的分子逐渐扭曲，形成了扭曲角为90°的螺旋结构.当Dn。d>>l时，（Dn=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。利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LCD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。3.1.1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0.8um~1.5un均匀性±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60CP、30CP、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左右为宜;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/KOH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-HNO3、FECL3-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500A°～800A°，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