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1、数字显示LCD屏方案设计书数字显示LCD屏设计摘要本文回顾显示技术的发展史，简要介绍液晶显示技术的发展及其特点，并根据所 学液晶显示理论基础知识用 AutoCAD软件设计一款TN型数字显示LCD屏，并设计 出数字显示 LCD 屏的外观图及相关菲林版 , 同时给出了对应的真值表。最后介绍生产 此液晶屏所用的透明导电玻璃、偏光片等材料以及 ITO 玻璃的清洗与干燥、光刻、 取向排列、空盒制作等生产工艺。关键词： LCD ，数字显示，菲林版，生产工艺The Design of LCD Screen with a FigureABSTRACTIn this paper, it review the h

2、istory of the development of the display technology. The development and characteristics of the liquid crystal display technology were introduced.According to the basic theory knowledge of liquid crystal display we have learned using the software of AutoCAD to design a TN digital LCD display screen,

3、 and design a digital display LCD screen appearance map and Filinpanel, also gives the corresponding true value table. Finally, It introduced what material and technology must be used in the production of the LCD screen something like transparent conductive glass, polarizer, cleaning and drying of I

4、TO glass, lithography, alignment and empty box production process.KEY WORDS : LCD, Digital display,Filinpanel , Production technique摘要 I ABSTRACTI 1 显示技术概论 11.1显示技术的发展 21.2液晶显示器的发展特点 31.3液晶显示器的结构及显示原理 61.4设计内容意义及简介 82数字显示LCD屏设计92.1外观图的设计 92.2COM SEG层电极逻辑走线112.3COM SEG层电极图案132.4单粒显示器版图的设计 142.5菲林版的设计

5、 163 液晶显示器生产工艺和材料 203.1清洗与干燥工艺 223.2光刻工艺 233.3取向排列工艺 243.4制盒 253.5灌注液晶及封口工艺 263.6贴偏光片 273.7其他工艺 283.8透明导电玻璃 283.9偏振片 293.10取向材料 303.11封框胶 303.12衬垫料 30 总结 31 致谢 31 参考文献 321 显示技术概论当今社会各种信息的获取、存储、传递、处理、输出变得越来越频繁，越来越重 要。信息包括各种电信号和非电信号；各种物理量和非物理量。信息显示设备作为人 机联系和信息展示窗口已起着极其重要的作用。在当前迅速发展的计算机技术、网 络技术、通信技术、高清

6、电视技术等信息环境下 , 人们无论是在办公室还是在个人家 庭生活中几乎都离不开显示器。可以说，没有显示器就没有如今的信息化社会。信息 显示技术产业，已经成为电子信息产业的一大支柱。显示技术就是用电子学手段将各种信息以文字、符号、图形、图像的形式附注人 眼是视觉技术 .人的感觉器官中接受信息最多的就是视觉器官（眼睛）。在日常生活中，人们需 要越来越多的利用丰富的视觉信息。研究表明：人的各种感觉器官从外界获取信息中 视觉占 60%，听觉占 20%，触觉占 15%，味觉占 3%，嗅觉占 2%。可见，近 2/3 的信息 通过视觉器官获得的。因此，也就促进了显示技术的不断研究和创新。显示技术的任务是根据

7、人的生理和心理特点采用适当的方法改变光的强弱、光的 波长（即颜色）和光的其他特征，组成不同形式的视觉信息。视觉信息的表现形式一 般为字符，图形和图像，而图像显示为显示技术中最为重要的形式。显示技术具有技术新、应用广、发展快等特点。显示技术传输与处理信息具有准确，实时，直观，信息量大的特点。人的五官是 感知外部世界的传感器，视觉感知了 60%的信息。图像包含了极大的信息量：二维或 三维空间的信息，包括明暗、色彩、以及他们与时间的关系等。因此，信息以图像的 形式表现和传递，无疑比其他形式，如语言，文字更为有效和迅速。也极大的从时间 和空间上延伸和拓展了人类的视觉能力。显示技术有很强的综合性与应用性

8、。电子显示技术作为人机联系和信息展示的窗 口已广泛的应用于军事、航空航天、工业、农业、交通、通信、教育、娱乐、医疗等 领域。人们最熟悉的广播电视就是电子显示技术最重要的应用之一。电视进入千家万 户，已成为人们生活不可或缺的一部分，给人们带来了无尽的欢笑。显示技术的应用 涉及了多学科的技术和知识，如微电子技术，计算机技术，半导体材料科学、真空放 电技术以及色度学、光度学、人眼视觉心理学等。毫无疑问，显示技术已经取得的成 就和将要取得的成就都离不开相关科学的发展。显示技术发展快。电子显示技术的发展有较长的历史，从第一只阴极射线示波器 发明至今已经经历了 100 多年，这期间不仅电子显示器件层出不穷

9、，而且从原理上完 全不同于CRT勺新型显示器件也在相继出现。许多都已实用化，如液晶显示器，等离子显示器，有机电致发光二极管显示、场致发射显示等。显示技术的广泛应用又促进 了他自身的发展。这种发展将对人类的社会生活的各个方面产生更深刻的影响。正因 为如此世界各国都竞相投资开发研究，力争在竞争中走在前列。1.1显示技术的发展作为成像器件，阴极射线管是最早的，应用最为广泛的一种电子显示技术。阴极 射线管是德国物理学家布劳恩(K.F.Braun)发明的，1897年被用于一台示波器中首 次与世人见面，用于测量并显示快速变化的电信号。这只采用气体放电产生电子束并 激发荧光质发光的电子显示器件，成功实现了电

10、信号向光输出的转换，成为电子技术 发展的起点。在追溯显示技术发展史的时候，我们不能忽视光电效应的发现，如果没有光电效 应就不能实现光能向电能之间的转换，就不能把可见的光信号变成电信号进行远距离 传输。1817 年瑞典科学家贝尔兹列斯发现了光的照射可以改变硒的电阻， 1873 年英 国科学家史密斯用实验证实了硒的光电转化作用，预示着将光变成电信号并发射出去 的可能性。1893年埃德蒙贝克勒尔提出了被人们成为“用电的方法看东西”的光 电原理，从而在显示活动图像的漫长道路上跨出了重要的一步。1931 年英国研究成功的静电聚焦高真空型阴极射线管，取代了充气放电的布劳 恩管，而 1933 年由被称为“电

11、视之父”的俄裔美国科学家佐利金发明的光电摄像管 和显像管打开了电视系统有机械扫描电视进入电子扫描电视时代的大门，从此进入了 电子扫描黑白电视的时代。1950年美国无线电公司(RCA)研制出第一只彩色显像 管，标志着图像显示进入了彩色阶段。 1953年美国联邦通信委员会(FCC)通过了NTSC制(National Television Systems Committee)模拟信号彩色广播电视标准，并于 1954年 1 月正式开播，这标志着人类正式开始了模拟信号彩色广播阶段。新型平板显示器件在进入 60 年代后相继出现，他们在原理上完全不同于传统的 阴极射线管显示器。1968年RCA研究工作者麦尔

12、(G Heilmeier)发明的液晶显示 板， 1969 年日本学者伊次顺章研究的电致发光板， 1964 年美国伊利诺斯大学研究的 交流等离子显示板等，他们在体积，功耗，全固态，低电压驱动以及与集成电路匹配 等方面与CRT相比，有明显的长处因而备受关注各发达国家竞相研究。这一时间还出 现了 LED发光二极管显示。20 世界 60 年代初期，微型计算机的出现和大规模集成电路的技术的发展，使显 示设备的处理部件得到重大改进，显示软件也得到重大发展。因此，以电子束管为基 础的图形、图像彩色显示设备的应用进入一个新的发展时期。 1996 年美国高级电视 系统委员会(ATSC)正式制定了美国数字信号彩色

13、广播电视国家标准，标志着当今 世界广播电视进入数字化时代。在 20 世纪，图像显示器件中，阴极射线管( CRT )占据了绝对统治地位，如电 视机显示器等都是CRT。但在21世纪开始的10年等离子显示器，液晶显示器等平 板显示其迅速发展，特别是液晶显示器以其大幅度改善质量，持续下降的价格，低辐 射量等优势在中小屏幕显示中几乎取代了传统的 CRT 显示器。而等离子显示器仅在 大屏幕显示中占有一席之地。显示技术的发展经历了黑白显示，彩色显示、数字显示等这几个阶段，不同的显 示时代解决了不同的问题，每一个时代都有自己的特征。在彩色时代，有黑白变为彩 色，展现了绚丽多彩的世界。在数字时代，有标准清晰度变

14、为数字高清，从模拟信号 源提升为数字信号源。从中小尺寸屏幕到中大屏幕。等等。总之，更多的产品形式， 更高的产品质量，更全面的产品性能将是未来显示技术发展的必然趋势 1 。1.2液晶显示器的发展特点1888年，奥地利植物学家FReinitzer合成了一种奇怪的有机化合物,他有两个熔 点。把他的固态晶体加热到 145摄氏度时变熔化成液体，只不过是浑浊的，而一切纯 净物质熔化时确实透明的。如果继续加热到 175摄氏度，它似乎再次熔化，变成清澈 透明的液体。后来德国物理学家列曼把这种处于“中间地带”的浑浊液体叫做晶体， 也就是我们现在所称的液体。液晶被发现后，并不知道他的作用也不知道他的用途。随着电子

15、工业的快速发展， 1963年， RCA 公司的威列阿姆斯发现了用电刺激液 晶时，其透光方式会发生改变。 5年以后，同一公司的哈因鲁马亚小组发明了应用此 性质的显示装置，这就是液晶显示屏(LCD)的开端。当初，液晶作为显示屏的材料 是很不稳定的，因此，作为商业用品还存在很多问题。1973年，格雷教授(英国哈尔大学)发现了稳定的液晶材料(联苯系)。 1976年，由 SHARP 公司在世界上首次将其应用于计算机的显示屏中，此材料现在已成为 LCD材料的基础。液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水中或有机溶剂中才显示 出液晶状态，而后者则要在一定的温度范围内呈现出液晶状态。作为显示技术应用

16、的 液晶都是热致液晶。热致液晶可分为近晶相( Smectic Liquid Crystals)、向列相(Nematic Liquid Crystals)和胆甾相(Cholesteric Liquid Crystals)三种类型。近晶相(Smectic Liquid Crystals)液晶分子呈二维有序性，分子排列成层，层内 分子长轴相互平行，排列整齐，重心位于同一平面内，其方向可以垂直层面，或与层 面成倾斜排列，层的厚度等于分子的长度，各层之间的距离可以变动，分子只能在层 内前后、左右滑动，但不能在上下层之间移动。近晶相液晶的粘度与表面张力都比较 大，对外界电、磁、温度等的变化不敏感。向列相（

17、 Nematic Liquid Crystals ）液晶分子只有一维有序，分子长轴互相平行， 但不排列成层，它能上下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近 于平行，分子间短程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界 电、磁场、温度、应力都比较敏感，目前是显示器件的主要材料。胆甾相（Cholesteric Liquid Crystals）液晶是由胆甾醇衍生出来的，分子排列成 层，层内分子相互平行，分子长轴平行于层平面，不同层的分子长轴方向稍有变化， 相邻两层分子，其长轴彼此有一轻微的扭角（约为15角分），多层扭转成螺旋形， 旋转 3600 的层间距离称螺距，螺距大致

18、与可见光波长相当，胆甾相实际上是向列相 的一种畸变状态，一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾 相易受外力的影响，特别对温度敏感，温度能引起螺距改变，而它的反射光波长与螺 距有关，因此，胆甾相液晶随冷热而改变颜色。20世纪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）液晶显示器被研发出来，单液晶技术仍不成熟所以没有普及。20世纪90年代，日本掌握了 STN-LCD及TFT-LCD生产技术，LCD工业开始 高速发展。日本厂商夏普（SHAPR）被称作液晶之父。2011年以后，LCD技术开始走向成熟发展之路，但仍然生存在 CRT的阴影

19、之 下，在2005年以前，LCD 一直在CRT的阴影下发展生存。经过2003年LCD的大幅降价，LCD价格与CRT显示器价格进一步接近了，尤 其是大尺寸LCD的售价和同尺寸的CRT显示器的售价相比有了一点价格优势，LCD 开始被人们所关注液晶显示器的优势被人们逐渐发现出来也发挥出来， 2004年开始LCD就开始逐渐取代CRT显示器成为显示设备的主流产品。液晶显示材料主要用于电子表和各种显示板，他的显示原理是利用液晶的电光效 应（液晶的电光效应是指他的干涉，散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现 象）把信号转换成字符、图像等可见信号。液晶在正常情况下，其分子排列很有序显 得清澈透明，一旦加上

20、直流电场以后分子的排列就会被打乱，一部分液晶会变得不透 明颜色加深因而能显示数字和图像。一般情况下单一液晶材料，即单质液晶满足不了 实用显示器件的性能要求，显示器件实际使用的液晶材料都是多种单质液晶的混合 体。液晶显示器能有今天的发展和它一系列的优点是分不开的，与传统的 CRT 相比 主要有以下特点：（ 1 ）低压、微功耗 液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动集成电路上因而耗电量比传统 的显示器要小得多。而且 LCD 一般用 COMS 驱动故工作电压很低。（ 2）平板型结构 液晶显示器是通过显示屏上的电极控制液晶分子的状态来达到显示目的。即使屏 幕大他的体积也不会正比的增加而且在重量上

21、比传统的显示器轻得多。液晶显示器件 的基本结构是由 2 片玻璃基板制成的薄形盒，这种结构可以在有限的面积上容纳最大 量的显示内容，显示内容的利用率最高。（3）被动型显示且显示质量高 液晶显示器件本身不能发光，它靠调制外界光达到显示目的。因此无眩光，不刺 激人眼，不会引起眼睛疲劳。对于黑暗中不能观看的缺点，只要配上背光源，就可以 克服。（4）显示信息量大与CRT相比，液晶显示器件没有荫罩限制，因此像素点可以做得更小、更精细； 与等离子显示相比，液晶显示器件像素点处不需要像等离子显示那样，像素点间要留 有一定的隔离区。因此，液晶显示在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像 素，显示更多的信息。（

22、5）易于彩色化 液晶本身虽然一般是没有颜色的，但它实现彩色化很容易。一般使用较多的是滤 色法和干涉法。由于滤色法技术的成熟，使液晶的彩色化具有更精确、更鲜艳、更没 有彩色失真的彩色化效果。（6）长寿命 液晶材料是有机高分子合成材料。具有极高的纯度，而且其他材料也都是高纯物 质，在极净化的条件下制造而成。液晶的驱动电压很低，驱动电流更是微乎其微，因 此，这种器件的劣化几乎没有，寿命很长。从实际应用考查，一般使用中，除撞击、 破碎或配套件损坏外，液晶显示器件自身的寿命终结几乎没有（液晶背光源寿命有 限，我们一般所说的液晶显示器寿命主要即指背光源的寿命，但背光源模块是可更换 的）。（7） 精确还原图

23、像 液晶显示器采用的是直接数码寻址的显示方式，将视频信号经过 AD 转换后根据信号电平中的地址直接将视频信号一一对应并用屏幕上的液晶显示出来，因而不会出 现任何几何失真和线性失真。（8） 无辐射，无污染液晶显示器件在使用时不会像 CRT使用中产生软X射线及电磁波辐射。这种辐射 不仅污染环境还会产生信息泄露，而液晶显示不会产生这类问题，它对于人身安全和 信息保密都是十分理想的。金无足赤，人无完人，液晶显示器也有一些缺点，主要是：（1） 高质量液晶显示器的成本较高，但是目前呈现明显的下降趋势，（2） 显示视角小，对比度受视角影响较大，现在已找到多种解决方法，视角接 近CRT的水平，但仅限于档次较高

24、的彩色 LCD显示。（3）液晶的响应受环境影响，低温时响应速度较慢。 随着信息时代的进步，信息技术的发展，作为信息显示的液晶显示应用领域，也 在不断发展，液晶显示技术今后将向显示容量更大，像素密度更高的方向发展，例 如，LCOS微显示器的像素数可在0.7英寸的显示器上制作1280*1024以上的像素， 从而向大容量，高清晰度的应用领域，向一切便携式，个人化的产品领域渗透。液晶 显示器件越做越小，越做越精，显示容量却越来越大，从而使液晶显示器件更适合于 一切便携式个人化产品。例如，移动通讯、个人便携式电脑，个人数字外部设备等成 为液晶显示器件的应用市场。向更加节能，底色更亮、对比度更高，视角更宽

25、，色彩 更丰富的高品质方向发展。大屏幕高清晰度电视。这是显示行业中最高级的目标和最 大的市场，液晶显示从诞生之日起就瞄准了这一目标，现在长期技术成果的积累，技 术的进步，综合配套产品的改进使得液晶显示有可能想这一目标冲刺。1.3液晶显示器的结构及显示原理LCD （ Liquid Crystal Display ）即液晶显示器件的英文简写。液晶显示器是基于液 晶光电效应的显示器件，液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理性质，在通电时导 通，是液晶排列有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通 过。液晶显示器件按控制方式可分为被动矩阵式 LCD 及主动矩阵式 LCD 两种。 被动矩

26、阵式 LCD 在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢。由 于画面质量方面的问题，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器，但由于成 本低廉的因素，市场上仍有部分的显示器采用被动矩阵式 LCD。被动矩阵式 LCD又可分为 TN-LCD（Twisted Nematic-LCD ，扭曲向列 LCD）、STN-LCD（Super TN-LC D，超扭曲向列 LCD）和DSTN-LCD（Double layer STN-LCD，双层超扭曲向列 LC D）。目前应用比较广泛的主动矩阵式 LCD，也称TFT-LCD（Thin Film Transistor-LC D，薄膜晶体管LCD） o TFT

27、液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管，可使亮 度更明亮、色彩更丰富及更宽广的可视面积。液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密 封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。从上到下依次为 偏光片、前玻璃、前电极、定向层、液晶、定向层、背电极、背玻璃、偏光片。偏光 片有塑料膜材料制成，其表面涂一层光学压敏胶，可以贴在液晶盒的表面。液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微 M上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化铟 -氧化锡（简称ITO）导电薄膜， 即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去。液晶盒中玻

28、璃片内侧的整个显示区覆盖着一层取向层。定向层的作用是使液晶分 子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理；也可 以通过在玻璃表面以一定角度用真空蒸镀氧化硅薄膜来制备。液晶层过渡电极向层偏光片玻璃电极电极图 1-1 TN封摆框液晶显示器的工作原理 如图1-2所示液晶材料被封 装在上下两片透明电极之 间。当两电极无电压时，液上偏振片玻璃偏光片下偏振片（亮） （時）晶分子受到透明电极上的定向膜的作用按一定方向排列，由于上下电极之间定向方向扭转 90度，入射光通过偏振光滤光板进入液晶层，变成了直线偏振光。当入射光在液晶层中沿着扭转的方向进入 并扭转90度后通过下面偏振光滤光板

29、后变成亮态。当上下电极板之间加上电压以后，液晶层中液晶分子的定向方 向发生变化，变成 与电场平行的方向排列，这种情况下，入射到液晶层的直线偏振光的偏振方向不会发 生扭转，由于下部偏振光板的偏振方向与下部偏振光板的方向相互垂直，所以入射光 便不能通过下部的偏振光滤光板，此时液晶层不透光。因而，液晶层无电压时为亮 态，有电压时为暗态。对液晶分子进行定向控制的是定向膜，它是一种涂覆在两电极内侧的薄膜，是一 种高分子材料，紧接液晶层的液晶分子。由于液晶层具有弹性体的性质，上下定向膜 扭转90度，于是就形成了液晶分子定向扭转 90的构造。扭曲向列型显示器件（Twisted Nematic-LCD ）简称

30、TN型显示器件是人们发现 最早，也是应用范围最广，数量最多，价格最便宜的液晶显示器，主要用于电子 表、计算器、游戏机等等显示屏，下面简要介绍一下这类显示器件的工作原理。TN型显示器件的构造如图。向列型液晶夹在两片玻璃中间，在玻璃的表面上先透明导电薄腹/ III1111IIHIIH加电压镀有一层透明而导电的薄膜作为导电电极。这种薄膜主要是一种铟和锡的氧化物， 简称ITO，在有ITO的玻璃上镀上表面配向剂，使液晶顺着一个特定且平行于玻璃 表面的方向排列，图中左边玻璃是排成 上下两个方向，右边玻璃则使液晶排成 垂直于玻璃表面的方向。在此组件中， 液晶的自然状态可以从左到右 90的扭 曲，这也是被称为

31、扭曲型液晶显示器的 原因。利用电场可以使液晶旋转的原 理，在两电极上加上电压则会使液晶偏 振化方向转向与电场方向平行，这是因为液晶的折射率随着液晶的方向而改变，其结果是光通过图1-3TN型显示器盒以后其偏振方 向会发生改变，选择适当的液晶盒厚度使光的偏振化方向刚好改变 90度，这样光经过两个平行偏振片时就完全不能通过。若在两电极上外加足够大的电压使得液晶方 向转成与电场方向平行，光的偏振方向就不会改变，因此，光可以顺利通过第二个偏振片，于是就可以通过控制电压的开关达到控制亮 暗的目的，这样会形成透光时为白，不透光是为黑的效果，字符和图像就可以在屏 幕上显示了 2。偏掘片偏振光 偏振光（与原方向

32、垂直）-有光aa偏振片偏振光偏振光偏振片（与原方向平行）图1-4 TN型显示器的显示原理1.4设计内容意义及简介数字显示LCD屏的设计，我选择了大家每天的日常生活都在用的数字电子钟，本着简单、实用的设计目的为主方便大家的日常生活使用。数字电子中的显示内容即数字 88:88，另外还显示上午 AM , 和 PM数字电子钟在工艺上没有太多的要求，作为报时的一种工具唯一的硬性要求就是 要报时准确。当然耐用、抗震、抗压、使用寿命也很重要。由于液晶材料的物理特性 受温度的影响特别大，液晶在极冷的情况下会渐渐成为真正的晶体，而在过热情况下 又会成为各项同性物体或纯液体，这两种极限状态下液晶都不能作为显示材料。另 外，在较低温度下，液晶材料变得粘稠同样影响液晶的功能，一般在 0C或以下的温度时，由于液晶在于常温同样的电场影响下很难进行物理旋转，液晶的响应时间大大 增加，致使画面显示明