眾所周知，液晶面板是液晶顯示器的心臟，占據了整個產品八成以上的成本，其質量會直接影響到顯示器的色彩、亮度、對比度、可視角度等等功能參數和顯示效果。但是，液晶面板的內部結構又是什么樣的呢?這里我們來做一個簡單介紹。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，因為其特殊的物理、化學、光學特性，20世紀中葉開始被廣泛應用在輕薄型的顯示技術上。液晶是物質的第四個形態，介于固態和液態 之間， 既有固態的各向異性， 又有液態的流動性；液晶的種類極多，目前應用于顯示的主要是向列相液晶，分子形狀為棒狀，其產品優劣直接影響著液晶顯示整機的性能：包括響應時間、視角、亮度、分辨率、使用溫度等關鍵指標。

2.液晶主要性能參數

a.清亮點Tni、凝固點Tcn:

清亮點:液晶材料由液晶態變為各向同性液態的過程中，呈透明時的溫度

凝固點:液晶材料由晶體態變為液晶態的相變溫度

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10°C

STN低于清亮點25~30°C

低溫工作溫度:必須高于凝固點20°C以上

液晶的存儲溫度：

高溫存儲溫度:不超過清亮點

低溫存儲溫度:參照液晶規格書中低溫存儲測試數據

不低于最低低溫存儲測試溫度

b.介電各向異性

ε∥或ε⊥分別代表與外加 電場E的方向 平行或垂直于液晶長軸方向時的介電常數；△ ε越大產生 的偶極矩越 大，決定了液晶分子的轉動方向和強度。

c.雙折射

△n 可以改變入射光的偏振狀態，進而對光強進行調制，以顯示文字或圖像

d.彈性常數

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

一般：K33 (彎曲)>K11 （展曲）>K22 （扭曲）

彈性常數主要影響：

（1）液晶響應時間

（2）驅動電壓:K越小則所需的驅動電壓越小。

（3）Fliker

（4）液晶有序度、對比度等

e.粘度

粘度本質：流體內部阻礙其相對流動的一種特性。假設平行于流動方向將流體分成不同流動速度的各層，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）顯示模式的概念來自兩部分：一是在顯示屏內注入向列型液晶，二是在顯示屏內形成一個90度的扭曲配向結構。這個扭曲配向結構會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后輸出。TN顯示模式的這種獨特現象稱為旋光特性。

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

二、IPS顯示模式

面內轉換（In Plane Switching,IPS）顯示模式的特點是Homogenize配向的液晶分子在平行于玻璃基板的面內，在梳形電極間施加電壓后，使液晶分子在面內發生轉動，引起雙折射來控制光的透過量。對于IPS顯示模式的TFT LCD液晶顯示屏，背光透過后的亮度基本不會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，IPS顯示模式的電極設計在同一側，電極間的距離不能太近。這樣的結構一方面會降低像素的開口率，另一方面需要IPS液晶顯示屏具有較大的驅動電壓。

三、VA顯示模式

垂直配向（Vertical Alignment，VA）顯示模式的特點是液晶分子垂直玻璃基板取向排列。VA顯示模式采用的TFT側偏光板和CF側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，可以實現最佳的對比度。VA液晶顯示屏天生具備高對比度的顯示模式。不過，要使VA液晶顯示屏獲得較好的視角特性，需要通過設計來實現不同傾斜方向的光學補償。

我們日常工作中還會碰到LTPS，IGZO顯示模式的液晶屏，不過這兩個不是通過優化液晶的偏轉方式實現的，而是通過優化薄膜晶體管（TFT）中的溝道材料，從而提高顯示面板分辨率，可視角度等，也就是我們常說的多晶硅向 a-si的轉變。

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配向膜（PI）

配向膜：

在已蒸上透明導電膜（ITO）的玻璃基版上，用PI涂液和轉輪（roller），在ITO膜上印出一條一條平行的溝槽，到時候液晶可依此溝槽的方向橫躺于溝槽內，達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傾角約為4度，IPS模式下預傾角約為2度。PI膜厚約為500～1000mm，過薄可能會出現漏印情況，并且不能經受摩擦，PI膜遭破壞后不能控制液晶分子取向，會導致顯示不均，對比度下降；PI膜本身有顏色，膜過厚會導致透過率下降和色偏。

配向方式主要有：傳統摩擦配向（Rubbing） 光配向;

其中rubbing配向中若摩擦強度不一致會使各處PI配向膜具備的配向能力不同，影響液晶分子的預傾角，最終導致顯示不均勻。光配向是利用紫外光光敏聚合物單體材料光化學反應產生的各向異性, 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；擁有共價或部分共價的鏈結；非晶形以及良好的晶格結構。

主要無機材料有：DLC、SiC、SiO2、glass、Si3N4、Al2O3、CeO2、ZnTiO2等。

主要有機材料有：PI、PVCN、PMMA等。

PI配向主要適用于TN模式，TN模式垂直配向，因此需要提前設置預傾角。而光配向主要適用于IPS模式，IPS模式水平配向，對預傾角沒有太大的要求。

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彩色濾光片（Color filter）

彩色濾光片(Color Filter)簡稱CF，是液晶屏實現彩色化的核心材料。其原理是在玻璃基板上通過顏料分散等工藝涂布BM、R/G/B、及O/C，是通過的白光過濾成紅、綠、藍三種基本色素點陣來實現彩色顯示。

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子像素一一對應，背光源發出的白光、經濾光膜后變成相應的R、G、B色光。通過TFT陣列課題調節加在各個子像素的電壓值，從而改變各色光的透射強度，不同強度的RGB色光混合在一起，就實現了彩色顯示。

Color Filter制造過程中的主要核心技術包括AlNd 鍍膜技術、多種光學膜技術、材料成膜技術、清洗技術等。

配合LCD液晶面板的需求，CF生產技術未來主要向以下方向發展：

①高亮度。高亮度需要在CF上制作間隙粒子(Photo Spacer)和配合開發高透過率的彩色光刻膠來實現。

②高對比度。高對比度需要配合開發高光學濃度(OD值)的樹脂BM膠和制作更細線條的黑色矩陣(BM)來實現。

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

④高分辨率。高分辨率需要制作更細線條的紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)三種子像素來實現。

⑤更輕、更薄。對彩色濾光片所使用的玻璃基板的厚度要求越來越薄，厚度要達到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，通過頂住TFT基板增加PS柱子整體的支撐強度，避免顯示屏在外力作用下受損。

PS設計中的基本概念:

PS密度:即PS上底的接觸面積占整個AA區面積的比例。

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設計時，斷差越大，面壓能力越差、bubble越好；壓縮率過小，容易產生mura、Black mura越好。因此，PS的設計是進行最優權衡的過程，需要綜合考量所有要求后產出最優的PS密度及高度搭配。

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框膠

框膠的主要作用是對液晶盒內的液晶進行密封和對來自背光源的光進行“密封”。

對液晶密封，防止液晶泄漏出來，是通過在周邊涂布一圈邊框膠（Sealant）來實現的。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，邊框膠內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。對于 TN 模式或 VA 模式的大尺寸液晶顯示器，邊框膠內還含有連通上下玻璃基板導電電極的金球；如果是小尺寸，有時通過在液晶盒邊角點銀膠來實現連通。

對來自背光源的光進行的密封，防止在非顯示區有光泄露出來，是通過彩膜玻璃基板上的黑矩陣（Black Matrix，BM）來實現的，即在彩膜玻璃基板上的密封區域，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境下高精確度對盒后，需要馬上對邊框膠進行紫外固化，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彩膜玻璃基板向下照射，也可以通過陣列玻璃基板向下照射。為了實現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域。

如果是從彩膜基板側照射，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。這個間距考慮要素是邊框膠的涂布公差、擴散公差和冗余值。

如果是從陣列基板側照射，需要確保陣列基板上的金屬圖形區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BM的寬度。相比，從彩膜基板側照射，密封區的尺寸需要更大。對于窄邊框的產品規格，一般都是從陣列基板側照射。但是陣列圖形需要確保足夠的通光面積，對陣列圖形的設計提出了更高的要求，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，增加了該線上驅動信號的負載。

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ITO

ITO導電玻璃是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎上，利用濺射、蒸發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導電玻璃，還會在鍍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液晶里擴散。

ITO導電膜,可以導電和透光,是“透明導電膜”的一種.在玻璃基板上鍍ITO導電膜后，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電微板形成一系列電場。通電后可以控制液晶的偏轉（程度）,我們就可以看到從液晶后面透過來的光,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，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