液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代,人们发现给液晶充电会改变它的分子排列,继而造成光线的扭曲或折射,由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。 液晶显示器,简称LCD(Liquid Crystal Display)。世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初,被称之为TN-LCD(扭曲向列)液晶显示器。尽管是单色显示,它仍被推广到了电子表、计算器等领域。80年代,STN-LCD(超扭曲向列)液晶显示器出现,同时TFT-LCD(薄膜晶体管)液晶显示器技术被研发出来,但液晶技术仍未成熟,难以普及。80年代末90年代初,日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生产技术,LCD工业开始高速发展。 TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜场效应晶体管LCD,是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。 和TN技术不同的是,TFT的显示采用“背透式”照射方式——假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下,而是从下向上。这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管,光源照射时通过下偏光板向上透出。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现也会发生改变,可以通过遮光和透光来达到显示的目的,响应时间大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的对比度和更丰富的色彩,荧屏更新频率也更快,故TFT俗称“真彩”。 相对于DSTN而言,TFT-LCD的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制。因而每个节点都相对独立,并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度,同时也可以精确控制显示灰度,这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。 目前,绝大部分笔记本电脑厂商的产品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于笔记本电脑的制造。尽管在当时TFT相对于DSTN具有极大的优势,但是由于技术上的原因,TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距。加上极低的成品率导致其高昂的价格,使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物。 不过,随着技术的不断发展,良品率不断提高,加上一些新技术的出现,使得TFT-LCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步,拉近了与传统CRT显示器的差距。如今,大多数主流LCD显示器的响应时间都提高到50ms以下,这些都为LCD走向主流铺平了道路。 LCD的应用市场应该说是潜力巨大。但就液晶面板生产能力而言,全世界的LCD主要集中在中国台湾、韩国和日本三个主要生产基地。亚洲是LCD面板研发及生产制造的中心,而台、日、韩三大产地的发展情况各有不同。 目前主流的TFT面板有a-Si(非晶硅薄膜晶体管) TFT技术和LTPS TFT(低温复晶硅)TFT技术。 在a-Si方面,三个生产基地的技术各有千秋。日本厂商曾经研制出分辨率高达2560×2048的LCD产品。因此,有些人认为,a-Si TFT技术完全可满足高分辨率的产品需要,但是,由于技术的不成熟,它还不能满足高速视频影像或动画等的需要。LTPS TFT相对可以节约成本,这对于TFT LCD的推广有着重要意义。目前,日本厂商已经有量产12.1英寸LTPS TFT LCD的能力。而中国台湾已开发完成LTPS组件制造技术与LTPS SXGA面板技术。韩国在这方面缺少专门的设计人员和研发专家,但像三星等主要企业已经推出了LTPS产品,显示出韩国厂商的实力。不过,目前LTPS技术尚不成熟,产品集中在小屏幕,而且良品率低,成本优势尚无从谈起。 与LTPS相比,a-Si无疑是目前TFT LCD的主流。日本公司的a-Si TFT投资策略上几乎都以第三代LCD产品为主,通过制造技术及良品率的改善来提高产量,降低成本。日本一直走高端路线,其技术无疑是最先进的。由于研发力量有限,台湾的a-Si TFT技术主要来自日本厂商的转让,但由于台湾企业一般属于劳动密集型,技术含量价低,以生产低端产品为主。韩国在a-Si方面有着强大的研发实力,比如三星公司就量产了全球第一台24寸a-Si TFT LCD—240T,它的响应时间小于25ms,可以满足一般应用需要;而可视角度达到了160度,使得LCD在传统弱项上不输给CRT。三星240T标志着大屏幕TFT LCD技术走向成熟,也向世人展示了韩国厂商的实力不容置疑。 除了以上两种TFT技术之间的竞争,SED将会成为TFT LCD的强大敌人。然而,SED目前仍属于概念型产品,短时间内难以进入主流市场。 虽然目前LCD已经大幅降价,但是相对于CRT仍然价格较高。因此成本问题是大家关注的焦点。实际上,TFT的生产成本与CRT不相上下,但良品率极低造成了TFT面板成本居高不下的情况。TFT面板是由一块较大的基板切割而成。而LCD产品还要有大量的晶体管阵列来控制三原色,现在的制造技术很难保证在一大块基板上数千万甚至上亿的晶体管不出一个问题。如果有一个晶体管出现问题,那么那个晶体管对应的点的对应色彩就会出问题(只能显示某种固定色彩),那么这个点就是通常称的“坏点”。坏点出现的几率于位置是不固定的,所以一块基板很有可能会被浪费很多。目前一般LCD要求坏点在5个以下,而一些大厂把这个标准缩小到了3个,甚至为0,这就会使良品率降低。而一些小厂则将坏点数扩大,这样一来,成本自然大幅下降,而产品品质随之下降,这也是某些厂商为何可以大幅降低LCD售价的原因之一。 虽然目前有能力生产液晶显示器的厂家不少,但真正有制造TFT面板能力的厂家屈指可数。ACER作为IT业内知名企业,实力相当雄厚,虽没有自己生产TFT面板的能力,但与台湾达基关系密切,在技术配合上有一定优势。不过,限于台湾企业的技术实力,ACER LCD产品主要集中在中低端。PHILIPS作为世界知名的显示设备制造厂,其显示器销量在国内一直名列前茅,而且于韩国LG达成同盟,共同研发、制造TFT面板。同样由于技术原因,以及市场定位问题,PHILIPS目前的产品主要集中在中端,而且在零售市场PHILIPS动作一直不很明显。三星作为另一实力强劲的显示设备研发、制造厂商,在LCD方面投入了较大精力,致力于不断丰富产品线,目前三星产品涵盖了高中低端市场。 LCD技术仍处在不断发展、完善的阶段,三大产地的发展方向各有不同,它们之间既存在竞争,又有着合作。正是这些因素促使了LCD向前发展。
液晶的组成:
LCD使用的液晶,一般是指混和液晶,由多种液晶单体及手性剂混和而成。
液晶的特性:
TN液晶一般分子链较短,特性参数调整较困难,所以特性差别比较明显。STN液晶是通过STN显示数据模型,计算出所需的液晶分子长度,及其光学电学性能参数,然后化工合成多种分子链结构类似的具有不同极性分子基团的单体,互相调配成一个特性相似的系列液晶。不同系列的STN液晶往往具有完全不同的分子链,因此,不同系列的STN液晶除非制造商说明可以互相调配外,不能互相调配。
液晶分子中有带极性基团的和不带极性基团的,带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的阀值电压参数,不带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的折射率和清亮点。液晶中带极性基团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下会出现同性异构体层析现象。
为了增加机器本身的待机时间和增强液晶显示器的驱动能力,液晶厂商开发了能满足低电压和低频率条件下使用的低阀值电压液晶。它具有以下特性: 低阀值电压液晶中带极性基团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下出现同性异构体层析现象的时间更短。
更多的带极性基团的单体组份,也意味着液晶更容易结合水分子以及其它带极性的游离离子,从而降低了液晶的容抗电阻,从而引起漏电流和功耗的增大。 当极性液晶单体的分子链在紫外线激化后,极性分子基团容易互相缠绕形成中性分子团,变成非层列错向状态,因而造成阀值电压升高,对导向层的锚定作用不敏感,失去低电压驱动能力。
1、液晶的分类:
按显示类型分:TN型液晶、STN型液晶、HTN型液晶; 按清亮点分:普通型液晶、宽温型液晶; 按阀值电压分:低阀值电压液晶、普通液晶、高阀值电压液晶。
2、影响液晶性能的主要参数:
清亮点;折射率Δn;阀值电压;纯净度;粘滞常数K;介电常数ε;螺距ρ
3、液晶的工厂自适应测试方法及判定标准:
电阻率:A、测试方法:用高阻计测试待测液晶的电阻值。 B、判定标准:测试结果在产品要求范围之内(本厂标准≥8X107)。 光电性能:A、测试方法:试灌产品,并测试其光电性能。 B、判定标准:测试样品Von、Voff值与供应商参数相符,视角、对比度、底色符合生产产品要求。 清亮点:A、测试方法:把待测液晶加热,测量其达到清亮点时的温度。 B、判定标准:测量结果温度与供应商提供的清亮点温度一致。 耐紫外线性能:A、测试方法:把待测液晶试作产品,平放在封口UV机下,按封口工艺规定的UV强度和时间照射两次,测试其照射前后的光电性能变化。 B、判定标准:经UV照射后,Voff值上升在0.1V以内(低电压液晶在0.15V以内),电流值变化在2倍以内,对比度下降不明显为合格。 可靠性:A、测试方法:把待测液晶试作产品并测试其可靠性性能。 B、判定标准:经可靠性试验后光电性能变化在产品要求范围之内。
4、液晶的选用规则:
根据客户要求的底色,选择合适的Δn值范围的液晶类别,再根据客户IC电路的资料,选择合适的电压范围的液晶类别,满足上述条件下的液晶,按合理比例调配后使用,就可以达到客户要求。
5、液晶的使用方法:
液晶在使用前要充分搅拌后才能灌注使用,添加固体手性剂的液晶,要加热到摄氏六十度,再快速冷却到室温并充分搅拌。而且在使用过程中不能静置时间过长。特别是低阀值电压液晶,由于低阈值电压液晶具有这些不同的特性,因此在使用这些液晶时应该注意以下方面:
液晶在使用前应充分搅拌,调配好的液晶应立即投入生产使用,尽量缩短静置存放时间,避免层析现象产生。
调配好的液晶要加盖遮光存入,并且尽量在一个班次(八小时)内使用完,用不完的液晶需要回收搅拌后重测电压再用。一般随着时间延长,驱动电压会增加。 液晶从原厂瓶取用后,原厂瓶要及时封盖遮光保存,减少敞开暴露在空气中的时间一般暴露在空气中的时间过长,会增大液晶的漏电流。
灌低阈值电压的液晶显示片空盒最好是从PI固烤到灌液晶工序间,流存生产时间在二十四小时之内的空盒,灌液作业时一般使用比较低的灌注速度。
低阈值电压液晶在封口时一定要加盖合适的遮光罩,并且在整个灌液晶期间除了封口胶固化期间外,要尽量远离紫外线源。否则会在靠近紫外线的地方出现错向和阀值电压增大的现象。
液晶是有机高分子物质,很容易在各种溶剂中溶解或与其它化学品产生反应,液晶本身也是一种很好的溶剂,所以在使用和存放过程中要尽量远离其他化学品。
6、液晶的贮存及搬运方法:
液晶贮存时要密闭、防潮、遮光,在室温中贮存,不能在低温环境中贮存和使用,以免出现性能不可逆转的晶析现象。不能与其他化学品混放。 搬运时按化学品规定管制。 |