液晶屏-触摸屏

显示屏及触摸屏简介产品工程部黄学强2014-4-25一、显示屏•目前市面上手机使用显示屏主要有以下两种：•1.LCD——液晶显示屏•2.AM-OLED——主动矩阵有机发光二极管显示屏•目前绝大部分手机使用的是LCD，AM-OLED属于新技术，因产能低，良率低，生产厂商少及成本高等问题而并未被广泛使用LCD工作原理简介•1.什么是液晶•在公元1888年，一位奥地利的植物学家，菲德烈．莱尼泽（FriedrichReinitzer）发现了一种特殊的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物，在为这种化合物做加热实验时，意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间，有点类似肥皂水的胶状溶液，但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独特的状态，后来便把它命名为「LiquidCrystal」，就是液态结晶物质的意思。公元1968年，在美国RCA公司（收音机与电视的发明公司）的沙诺夫研发中心，工程师们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原理，RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尔后，液晶显示技术被广泛的用在一般的电子产品中，举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器（因为有辐射计量的考虑）或是数字相机上面的屏幕等等。LCD显示原理•工作原理概述：•LCD是藉由电场加于液晶，改变其双折射现像，并配合偏光片来决定光的路径。以显示出明暗对比，并利用彩色滤光片来呈现出色彩。液晶显示屏的构造(1).偏光片的使用：使用偏光片，可决定光的行进路线。(2).Rubbing的定向：使用配向膜使液晶分子呈现规则的排列(3).液晶的定向：可使液晶分子呈现规则的排列后，达到扭转的功能；不同型态的LCD有不同的扭转角。(4).加入电场后的液晶：当所加的电场强度高于液晶的临限电压时，改变原有的扭转排列状态。(5).液晶与偏光片的效应组合：●未加电压：当光线通过上层偏光片，以一特定的方向进入LCD后，藉由液晶的扭转将光路径旋转至特定之角度，而得以穿透下层偏光片的透过轴向。●施加电压：原有液晶分子排列的状态经过施加电压后，已失去了旋转光路径的功能，因此光线无法透过正交的偏光片。(6)彩色滤光片：因液晶层只能控制透光的强弱，并不能控制颜色，这样只能显示出来黑白画面。在液晶像素点前分别加红绿蓝滤光片，即可控制单种颜色的强弱，红绿蓝三种颜色再合并成一个完整的像素。分别控制各子像素点的颜色，即可使一个完整像素组合出各种各样的色彩ClcTFTSubstrateColorFilterSubstrateRGBClcClcRBG•LCD的照明方式•因液晶面板只能控制透过光线的强弱，自身并不能发光，因此必须使用外部光源照射才能看见其显示的内容•LCD有三种显示方式：反射型，全透型和半透型。•(1)反射型LCD的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。•(2)全透型LCD的底偏光片是全透偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。•(3)半透型LCD是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。•背光模组•背光模组用来在背部给液晶面板提供均匀、高亮度的平面光源。•主要指标：辉度、色度、均齐度、视角等。•常用的发光元件有:白色发光二极管(W-LED)、红绿蓝发光二极管(RGB-LED)，冷阴极荧光管(CCFL)等•手机显示屏一般使用白色发光二极管作光源•因发光元件的批次差异及使用造成的老化，易造成显示屏间显示色温的差异，如偏黄，偏红，偏蓝，偏绿背光模组的结构光源反光片扩散片光线均匀垂直整齐透出•背光模组各部分作用：•光源：提供高亮度白色光•导光板：使从侧面照入的光线反射为面板平面方向照出•反光片：将从导光板背面射出光线重新反射进来，提高光线利用率，提高亮度及均匀度.•扩散片：将导光板射出的杂乱无章方向的光垂直于面板方向射出，并使光线均匀分布在出光方向，液晶显示器的可视角度当你拿传统的CRT显示器来与液晶显示器比较时，你会发现液晶显示器有个重大的缺点:当你从某个角度观看液晶屏时，你将发现显示器的亮度急剧的损失(变暗)及变色。较旧型的平面显示器通常只有90度的视角，也就是左/右两边各45度。如果只有一位观看者的话，这个问题就影响不大。而只要超过一位以上的观看者，如你想要展示某个画面给客人看或是多人一起玩游戏机，你大概只能一直听他们抱怨显示器的品质有多糟糕。•当背光源之入射光通过偏振片、液晶及配向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。这个效应在某些场合有用，但在大部份的应用上是我们不想要的。•制造商们已经花了很多时间来试图改善液晶显示器的视角特性，有数种广视角技术被提出：IPS(InPlaneSwitching)、MVA(Multi-domainVerticalAlignment)、TN+FILM。这些技术都能把液晶显示器的视角增加到160度，甚至更多，就如同CRT屏幕的视角特性一样。•目前大部分电脑显示器使用为TN屏，可视角度不够理想•为取得良好显示效果，我司手机所用液晶屏均为IPS屏IPS屏与TN屏的区别TN(TwistedNematic,扭转向列)驱动方式：电极分布在上下两层玻璃上，静态时屏内液晶分子由上至下水平扭曲分布；1.不通电时，观察者看到的为液晶分子短轴，透光；2.通电后液晶分子竖直起来，观察者看到的为液晶分子长轴，变为不透光；3.当驱动电压较小时，分子呈倾斜状态，观察者在平面内各角度观察到的分子形状不一样，造成在各方向所见明暗不一，颜色失真。IPS(InPlaneSwitching,平面切换)驱动方式：1.驱动电极分布在同一水平面上2.不通电时液晶分子同一方向排列分布，光线不扭转，不透光3.通电后液晶分子在水平面内旋转，扭转角越大，透光越多4.观察者任何时候都只能看到液晶分子的短轴，因此在各个角度上观看的画面都不会有太大差别•目前而言，IPS在各个方位都有着最好的可视角度，而不象其他模式那样只是在上下左右四个角度上视角特别突出。•但应用IPS技术的液晶显示器在左上和右下角45度会出现灰阶逆转现象，这可以通过光学补偿膜改善。•针对IPS模式在斜45°方向的灰阶逆转现象，除了可以采用光学薄膜来补偿，还可以依照MVA的特性来对IPS“优化”。如图，把IPS原来直条形的电极改成像MVA模式那样的曲折电极“人形电极”，这种改进后的IPS吸取了IPS和MVA的优点，可以称之为“双畴IPS”，也就是新一代的Super-IPS。显示屏接口输入显示信号控制信号及提供电源面板驱动IC手机液晶屏实物液晶屏不良分析•A).点缺陷•显示画面中，该亮未亮或该暗未暗之dot，且为整颗dotNG，其dot数小于3点，判定为点缺陷。点缺陷可能因素有•a.彩色滤光器上的刮擦伤痕•b.黑色矩阵(B/M)上的刮擦伤痕•c.液晶屏内部异物残留•d．蚀刻残留蚀刻残留导致的点缺陷•B).点不良(CF针孔、Spacer聚集、PI点不良)•显示画面中发生该亮未亮或该暗未暗之不完整dotNG，以PEAK左右摆动观察，仍显示相同颜色，判定为点不良。•C)毛屑异物•a.上偏光片异物画面显示过程发现点状不良，经左右摆动检查可出现颜色变化者判定为毛屑异物。上偏光片异物判定示意图•b下偏光片异物画面显示过程发现点状不良，经左右摆动检查可发现颜色变化者判定为毛屑异物。下偏光片异物判定示意图D.功能性不良无画面异常（黑屏）•a.有画面无背光•线路OKLED灯本体不良（LED灯联接型式一般为串联）•线路开路FPC上线路开路，LED灯焊点开裂，LED等线路蚀刻开路，金手指损伤。如下图：背光线路蚀刻开路导致无背光LED灯焊点开脱导致的无背光金手指断裂导致的无背光LED焊点腐蚀导致无背光b.无背光无画面•可能原因有IC裂，FPC本压偏位短路，FPC本压异物或ICbonding异物短路。如下图FPC本压偏位c.有背光无画面•可能因素为IC输入端ITO大电流烧伤，倍压电路异常（器件开路/短路，线路开路），ICbonding异物，IC裂，FPC本压不良（离子破裂不均），下图为倍压电路上的元件开路（焊点开裂）IC输入端ITO烧毁导致有背光无画面IC输入端异物金手指开裂D.花屏•Bonding区腐蚀导致的少多线花屏•元件开路导致的花屏Bonding异物导致少线Bonding异物导致的ITO烧断少线•异物导致ITO短路导致的少线二、触摸屏•手机上所用触屏主要有电容式触摸屏和电阻式触摸屏•电阻式触屏特点：•表面为软PET片，强度低，易刮伤；•操作时需施加压力，可用任意物体按压操作，操作灵敏度及手感较差。•目前智能手机上已基本不使用。•电容式触屏：•表面为钢化玻璃，强度高，不易刮伤；•操作时无需施加压力，但仅对导电物体操作起反应，使用时需用指腹操作。•灵敏度高，操作手感好。•目前绝大多数智能手机均使用电容式触屏。电容式触摸屏的分类1.表面电容式触摸屏采用单层ITO和一个金属边框，当手指触摸屏表面时，就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和到触摸点的距离成正比，我们可以由此推算出触摸点的位置。缺点：使用中会漂移，需进行校准。2.感应电容式触摸屏在一个或多个ITO涂层上蚀刻出不同的ITO模块，这些ITO模块形成多个水平或垂直的电极。与表面式电容屏相比，可以穿透较厚的覆盖层，且不需要校准。包括自感应式和互感应式两种。手机所用电容触屏为感应电容式触屏平行板电容的原理两个带电的导体相互靠近会形成电容平行板电容的定义电容C：正比于相对面积A，正比与两导体间介质的介电常量K反比于两导体间的相对距离d平行板电容器K=8.85×10-12F/m自电容式触摸屏的原理•Cp－寄生电容•手指触摸时寄生电容增加：CP’=CP//Cfinger•检测寄生电容的变化量，确定手指触摸的位置•CM－耦合电容•手指触摸时耦合电容减少•检测耦合电容的变化量，确定手指触摸的位置互电容式触摸屏的原理ITO简介ITO：一种N型氧化物半导体---氧化铟锡。ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜。通常有两个性能指标：电阻率和透光率。在氧化物导电膜中以掺Sn的In2O3(ITO)膜的透光率最高和导电性能最好，而且容易在酸液中蚀刻处细微的图形。ITO的透光率和阻值分别由In2O3和Sn2O3的比例来控制。通常Sn2O3:In2O3=1:9。ITOFILM与ITO玻璃的对比ITOFILM：1.基材为一层在表面进行过硬化处理的PET膜，即在PET表面涂一层聚丙烯酸酯类的硬化层，也就是俗称的压加力涂层或加硬层。使PET膜表面硬度达到2H以上，更耐磨，耐划伤。这种压加力特性为热变形温度=78℃,热软化温度=105℃.2.由于PET表面涂覆的加压力层的热变形温度为78℃,故镀ITO膜的温度要严格控制在80℃以下。3.在镀ITO膜完成后，要对ITOFILM进行加热处理，俗称“ITOFILM老化”，使PET膜外形尺寸稳定下来。ITOFILM与ITO玻璃的对比ITO玻璃：1.基材为一种浮法玻璃，是以硅酸盐为材料，经1300度高温炉熔融成液体，流经锡水表面成型的平板玻璃。2.由于ITO膜的透光率会随着镀膜温度的升高而增加，同时阻值也会减小，当镀膜温度在380℃附近时，光线的透过率最高，且阻值也比较小，而平板玻璃的融化温度在千度以上，故可以选用380℃最优镀膜条件对玻璃进行ITO镀膜。3.玻璃尺寸较PET膜尺寸稳定。ITO图案形状•图中所示为电容触屏上电容的形状分布的情况；•具有N行M列；•触屏越大则行列数越多；•各行各列使用银浆线引出接至触控驱动IC以检测操作情况图案形状菱形条形三角形三角形自感应式电容屏的结构•1.玻璃做ITO载体的结构•