眾所周知，液晶面板是液晶顯示器的心臟，占據(jù)了整個(gè)產(chǎn)品八成以上的成本，其質(zhì)量會(huì)直接影響到顯示器的色彩、亮度、對(duì)比度、可視角度等等功能參數(shù)和顯示效果。但是，液晶面板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是什么樣的呢?這里我們來(lái)做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。如下圖所示，兩塊玻璃基板中間主要是液晶（LC）、彩色濾光片（Color filter），墊襯物（PS）、配向膜（PI）、ITO等。

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液晶（LC）

1.液晶的定義

液晶是一種高分子材料，因?yàn)槠涮厥獾奈锢?、化學(xué)、光學(xué)特性，20世紀(jì)中葉開(kāi)始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的顯示技術(shù)上。液晶是物質(zhì)的第四個(gè)形態(tài)，介于固態(tài)和液態(tài) 之間， 既有固態(tài)的各向異性， 又有液態(tài)的流動(dòng)性；液晶的種類極多，目前應(yīng)用于顯示的主要是向列相液晶，分子形狀為棒狀，其產(chǎn)品優(yōu)劣直接影響著液晶顯示整機(jī)的性能：包括響應(yīng)時(shí)間、視角、亮度、分辨率、使用溫度等關(guān)鍵指標(biāo)。

2.液晶主要性能參數(shù)

a.清亮點(diǎn)Tni、凝固點(diǎn)Tcn:

清亮點(diǎn):液晶材料由液晶態(tài)變?yōu)楦飨蛲砸簯B(tài)的過(guò)程中，呈透明時(shí)的溫度

凝固點(diǎn):液晶材料由晶體態(tài)變?yōu)橐壕B(tài)的相變溫度

這也決定液晶的工作溫度范圍：

高溫工作溫度:

TN低于清亮點(diǎn)10°C

STN低于清亮點(diǎn)25~30°C

低溫工作溫度:必須高于凝固點(diǎn)20°C以上

液晶的存儲(chǔ)溫度：

高溫存儲(chǔ)溫度:不超過(guò)清亮點(diǎn)

低溫存儲(chǔ)溫度:參照液晶規(guī)格書(shū)中低溫存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)

不低于最低低溫存儲(chǔ)測(cè)試溫度

b.介電各向異性

ε∥或ε⊥分別代表與外加 電場(chǎng)E的方向 平行或垂直于液晶長(zhǎng)軸方向時(shí)的介電常數(shù)；△ ε越大產(chǎn)生 的偶極矩越 大，決定了液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和強(qiáng)度。

c.雙折射

△n 可以改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)，進(jìn)而對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，以顯示文字或圖像

d.彈性常數(shù)

液晶彈性常數(shù)是描述液晶分子彈性形變的物理量，包有展曲彈性常數(shù)K11、扭曲彈性常數(shù)K22、彎曲彈性常數(shù)K33.

一般：K33 (彎曲)>K11 （展曲）>K22 （扭曲）

彈性常數(shù)主要影響：

（1）液晶響應(yīng)時(shí)間

（2）驅(qū)動(dòng)電壓:K越小則所需的驅(qū)動(dòng)電壓越小。

（3）Fliker

（4）液晶有序度、對(duì)比度等

e.粘度

粘度本質(zhì)：流體內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性。假設(shè)平行于流動(dòng)方向?qū)⒘黧w分成不同流動(dòng)速度的各層，則在任何相鄰兩層的接觸面上就有與面平行而與流動(dòng)方向相反的阻力。溫度上升，粘度降低；溫度下降，粘度增加。

根據(jù)液晶排列方式和電極位置的不同，液晶顯示面板可以分為 IPS、VA、TN 三類。

一、TN顯示模式

扭曲向列型（TN）顯示模式的概念來(lái)自兩部分：一是在顯示屏內(nèi)注入向列型液晶，二是在顯示屏內(nèi)形成一個(gè)90度的扭曲配向結(jié)構(gòu)。這個(gè)扭曲配向結(jié)構(gòu)會(huì)使向列型液晶在外在電壓的作用下，把射入的直線偏光扭轉(zhuǎn)后輸出。TN顯示模式的這種獨(dú)特現(xiàn)象稱為旋光特性。

TN顯示模式在無(wú)外加電壓的情況下，背光透射而過(guò)，呈現(xiàn)白色，俗稱“常白模式”。如果在液晶上下兩側(cè)施加縱向電壓，液晶層中大部分液晶都垂直分布。穿過(guò)TFT側(cè)偏光板的直線偏光無(wú)偏轉(zhuǎn)地通過(guò)液晶層，平行于CF側(cè)偏光板的偏光軸。直線偏光被吸收，無(wú)光線射出，故呈現(xiàn)黑色狀態(tài)。

二、IPS顯示模式

面內(nèi)轉(zhuǎn)換（In Plane Switching,IPS）顯示模式的特點(diǎn)是Homogenize配向的液晶分子在平行于玻璃基板的面內(nèi)，在梳形電極間施加電壓后，使液晶分子在面內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，引起雙折射來(lái)控制光的透過(guò)量。對(duì)于IPS顯示模式的TFT LCD液晶顯示屏，背光透過(guò)后的亮度基本不會(huì)隨著觀察視角的變化而變化，所以IPS液晶顯示屏天生具備寬視角的顯示模式。不過(guò)，IPS顯示模式的電極設(shè)計(jì)在同一側(cè)，電極間的距離不能太近。這樣的結(jié)構(gòu)一方面會(huì)降低像素的開(kāi)口率，另一方面需要IPS液晶顯示屏具有較大的驅(qū)動(dòng)電壓。

三、VA顯示模式

垂直配向（Vertical Alignment，VA）顯示模式的特點(diǎn)是液晶分子垂直玻璃基板取向排列。VA顯示模式采用的TFT側(cè)偏光板和CF側(cè)偏光板的偏光軸是正交配置的。VA顯示模式具有最佳的黑色狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)最佳的對(duì)比度。VA液晶顯示屏天生具備高對(duì)比度的顯示模式。不過(guò)，要使VA液晶顯示屏獲得較好的視角特性，需要通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同傾斜方向的光學(xué)補(bǔ)償。

我們?nèi)粘９ぷ髦羞€會(huì)碰到LTPS，IGZO顯示模式的液晶屏，不過(guò)這兩個(gè)不是通過(guò)優(yōu)化液晶的偏轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)優(yōu)化薄膜晶體管（TFT）中的溝道材料，從而提高顯示面板分辨率，可視角度等，也就是我們常說(shuō)的多晶硅向 a-si的轉(zhuǎn)變。

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配向膜（PI）

配向膜：

在已蒸上透明導(dǎo)電膜（ITO）的玻璃基版上，用PI涂液和轉(zhuǎn)輪（roller），在ITO膜上印出一條一條平行的溝槽，到時(shí)候液晶可依此溝槽的方向橫躺于溝槽內(nèi)，達(dá)到使液晶呈同一方向排列之目的。此具有一條一條方向的膜，即為配向膜。

TN模式下的液晶分子預(yù)傾角約為4度，IPS模式下預(yù)傾角約為2度。PI膜厚約為500～1000mm，過(guò)薄可能會(huì)出現(xiàn)漏印情況，并且不能經(jīng)受摩擦，PI膜遭破壞后不能控制液晶分子取向，會(huì)導(dǎo)致顯示不均，對(duì)比度下降；PI膜本身有顏色，膜過(guò)厚會(huì)導(dǎo)致透過(guò)率下降和色偏。

配向方式主要有：傳統(tǒng)摩擦配向（Rubbing） 光配向;

其中rubbing配向中若摩擦強(qiáng)度不一致會(huì)使各處PI配向膜具備的配向能力不同，影響液晶分子的預(yù)傾角，最終導(dǎo)致顯示不均勻。光配向是利用紫外光光敏聚合物單體材料光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的各向異性, 使液晶分子定向排列，即用UV光代替了rubbing工藝中摩擦的作用。但相比于rubbing工藝，光配向工藝中在完成UV光配向后要二次烘干，以去除UV照射中斷裂的側(cè)鏈。

常用材料：

配向材料適合之特性：良好的光穿透性；必須為離子化存在或部分離子化的；擁有共價(jià)或部分共價(jià)的鏈結(jié)；非晶形以及良好的晶格結(jié)構(gòu)。

主要無(wú)機(jī)材料有：DLC、SiC、SiO2、glass、Si3N4、Al2O3、CeO2、ZnTiO2等。

主要有機(jī)材料有：PI、PVCN、PMMA等。

PI配向主要適用于TN模式，TN模式垂直配向，因此需要提前設(shè)置預(yù)傾角。而光配向主要適用于IPS模式，IPS模式水平配向，對(duì)預(yù)傾角沒(méi)有太大的要求。

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彩色濾光片（Color filter）

彩色濾光片(Color Filter)簡(jiǎn)稱CF，是液晶屏實(shí)現(xiàn)彩色化的核心材料。其原理是在玻璃基板上通過(guò)顏料分散等工藝涂布BM、R/G/B、及O/C，是通過(guò)的白光過(guò)濾成紅、綠、藍(lán)三種基本色素點(diǎn)陣來(lái)實(shí)現(xiàn)彩色顯示。

彩色濾光片顯示原理：

Color Filter的R、G、B三基色按一定圖案排列，并與TFT基板上的TFT子像素一一對(duì)應(yīng)，背光源發(fā)出的白光、經(jīng)濾光膜后變成相應(yīng)的R、G、B色光。通過(guò)TFT陣列課題調(diào)節(jié)加在各個(gè)子像素的電壓值，從而改變各色光的透射強(qiáng)度，不同強(qiáng)度的RGB色光混合在一起，就實(shí)現(xiàn)了彩色顯示。

Color Filter制造過(guò)程中的主要核心技術(shù)包括AlNd 鍍膜技術(shù)、多種光學(xué)膜技術(shù)、材料成膜技術(shù)、清洗技術(shù)等。

配合LCD液晶面板的需求，CF生產(chǎn)技術(shù)未來(lái)主要向以下方向發(fā)展：

①高亮度。高亮度需要在CF上制作間隙粒子(Photo Spacer)和配合開(kāi)發(fā)高透過(guò)率的彩色光刻膠來(lái)實(shí)現(xiàn)。

②高對(duì)比度。高對(duì)比度需要配合開(kāi)發(fā)高光學(xué)濃度(OD值)的樹(shù)脂BM膠和制作更細(xì)線條的黑色矩陣(BM)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

③高色彩飽和度。高色彩飽和度需要配合開(kāi)發(fā)高色彩飽和度(NTSC)的彩色光刻膠。

④高分辨率。高分辨率需要制作更細(xì)線條的紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)三種子像素來(lái)實(shí)現(xiàn)。

⑤更輕、更薄。對(duì)彩色濾光片所使用的玻璃基板的厚度要求越來(lái)越薄，厚度要達(dá)到0.5mm以下。

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墊襯物（PS）

PS：TFT基板和CF基板之間的墊襯物，用于支撐整個(gè)液晶板的盒厚。PS有主柱和輔柱之分：主柱是TFT-LCD正常工作環(huán)境下一直起作用的柱子；輔柱是在顯示屏意外受到外界壓力時(shí)，通過(guò)頂住TFT基板增加PS柱子整體的支撐強(qiáng)度，避免顯示屏在外力作用下受損。

PS設(shè)計(jì)中的基本概念:

PS密度:即PS上底的接觸面積占整個(gè)AA區(qū)面積的比例。

PS膜厚:指PS膜層的直接厚度。

PS高度:指PS上底與透射區(qū)Blue色阻膜面的垂直距離；直接決定盒厚的中心值。

PS段差:指主輔PS之間的高度差。

PS壓縮率:指PS的壓縮量與PS自然高度（即膜厚）的比值。

PS設(shè)計(jì)時(shí)，斷差越大，面壓能力越差、bubble越好；壓縮率過(guò)小，容易產(chǎn)生mura、Black mura越好。因此，PS的設(shè)計(jì)是進(jìn)行最優(yōu)權(quán)衡的過(guò)程，需要綜合考量所有要求后產(chǎn)出最優(yōu)的PS密度及高度搭配。

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框膠

框膠的主要作用是對(duì)液晶盒內(nèi)的液晶進(jìn)行密封和對(duì)來(lái)自背光源的光進(jìn)行“密封”。

對(duì)液晶密封，防止液晶泄漏出來(lái)，是通過(guò)在周邊涂布一圈邊框膠（Sealant）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。邊框膠還起到把彩膜基板和陣列基板黏合在一起的作用；同時(shí)，邊框膠內(nèi)分布的硅球粒子或塑料球粒子起到支撐和維持液晶盒周邊盒厚的作用。對(duì)于 TN 模式或 VA 模式的大尺寸液晶顯示器，邊框膠內(nèi)還含有連通上下玻璃基板導(dǎo)電電極的金球；如果是小尺寸，有時(shí)通過(guò)在液晶盒邊角點(diǎn)銀膠來(lái)實(shí)現(xiàn)連通。

對(duì)來(lái)自背光源的光進(jìn)行的密封，防止在非顯示區(qū)有光泄露出來(lái)，是通過(guò)彩膜玻璃基板上的黑矩陣（Black Matrix，BM）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在彩膜玻璃基板上的密封區(qū)域，都覆蓋著一層黑矩陣層，起到遮光的作用。

陣列基板與彩膜基板在真空環(huán)境下高精確度對(duì)盒后，需要馬上對(duì)邊框膠進(jìn)行紫外固化，防止液晶與其接觸上，造成液晶污染或泄漏。紫外線的照射方向可以通過(guò)彩膜玻璃基板向下照射，也可以通過(guò)陣列玻璃基板向下照射。為了實(shí)現(xiàn)邊框膠與紫外線的充分接觸，因此需要讓邊框膠露出一定的區(qū)域。

如果是從彩膜基板側(cè)照射，則BM邊緣與邊框膠邊緣需要保留一定的間距，如圖3.9（a）所示。這個(gè)間距考慮要素是邊框膠的涂布公差、擴(kuò)散公差和冗余值。

如果是從陣列基板側(cè)照射，需要確保陣列基板上的金屬圖形區(qū)有一定比例的通光面積（典型值大于40%），并且不能有寬的線條和圖形，否則其下面的邊框膠不能充分固化，如圖3.9（b）所示。

紫外線的照射方向，影響到密封區(qū)BM的寬度。相比，從彩膜基板側(cè)照射，密封區(qū)的尺寸需要更大。對(duì)于窄邊框的產(chǎn)品規(guī)格，一般都是從陣列基板側(cè)照射。但是陣列圖形需要確保足夠的通光面積，對(duì)陣列圖形的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，即可能線寬更窄或該線條的面積更小，造成該線路的電阻增加，增加了該線上驅(qū)動(dòng)信號(hào)的負(fù)載。

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ITO

ITO導(dǎo)電玻璃是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎(chǔ)上，利用濺射、蒸發(fā)等多種方法鍍上一層氧化銦錫（俗稱ITO）膜加工制作成的。液晶顯示器專用ITO導(dǎo)電玻璃，還會(huì)在鍍ITO層之前，鍍上一層二氧化硅阻擋層，以阻止基片玻璃上的鈉離子向盒內(nèi)液晶里擴(kuò)散。

ITO導(dǎo)電膜,可以導(dǎo)電和透光,是“透明導(dǎo)電膜”的一種.在玻璃基板上鍍ITO導(dǎo)電膜后，好比如果玻璃用于“窗戶”,ITO膜通電后可以減少“窗戶”的霧氣；如果玻璃用于液晶顯示器的配件,ITO膜蝕刻成為電路,它作為公共電極與下基板上的眾多導(dǎo)電微板形成一系列電場(chǎng)。通電后可以控制液晶的偏轉(zhuǎn)（程度）,我們就可以看到從液晶后面透過(guò)來(lái)的光,這些光就組成了圖像；由于液晶分子必須夾在兩電極之間，才便于控制其的偏轉(zhuǎn)，所以在液晶面板的兩面：TF面和CF面都要鍍ITO。

審核編輯：劉清