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一文详解液晶原理及制作过程。
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来源：CastAI
编辑：melody
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在大部分人小时候，家用的电视、电脑显示器都有厚重的“屁股墩”，当然，中间也有过背投电视、等离子电视的阶段。不过一直笑到现在的就是液晶屏了，由于成本大大降低，被广泛应用于各种电子设备，大大地缩小了屏幕的体积，使得笔记本、pad、手机成为日常可携带的电子产品。
◤ 液晶屏构造
LCD 是 liquid crystal display 液晶显示屏的简称，现在主流的是 TFT-LCD （薄膜晶体管-液晶显示屏）技术。看下图的拆解，液晶屏要有背光源、偏振片，最重要的是两片平行的玻璃基板中放置液晶，下基板上再放置 TFT 薄膜晶体管，上基板放置 CF 彩色滤光片（有 RGB 的红绿蓝三色光阻）。
◤ 显色原理
因为 CF 彩色滤光片上印刷有 RGB 三种颜色的色块，等到屏幕背光源的光线穿过时，我们对照上图看个顺序：光线先是穿过透明的 TFT 薄膜晶体管基板，再透过液晶分子，然后再透过 CF 彩色滤光片，受各个色块下液晶分子的穿透率不同的影响，色块就会发出下图这样亮暗不同的红绿蓝三色，从而混合成显示所需要的颜色。
当然前提是，这一个个的色块要足够的小，小到积少成多能组成颜色丰富的图像，也就是我们说的像素点。
◤ 什么是液晶？
液晶是一种特殊的物质状态。所谓的物质状态，我们了解最多的有气态（水蒸气）、液态（水滴）、固态（冰块），另一个总有耳闻的就是等离子态（火）了。这次再来熟悉下液晶的这种物质态，它具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性。大多数液晶分子都是“棒状分子”，原本是方向各异的液晶，在不同电压的作用下呈现出不同的光特性，像磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，液晶分子会产生一定的方向性。
所以，我们只要对液晶分子的排列加以恰当的控制，就能操纵液晶分子允许有些光线通过，有些不给过，这就产生了透光度的差别。
◤ 偏光片妙用
再来看下液晶屏的两片偏光片，它们的方向是相互垂直的，一般来说是不能通过去光线的。但是！我们有液晶！下面左图中的液晶分子排列形成一个螺旋线，从而就旋转了光线，使其能通过第二层的偏光片，并出现在屏幕前方了。
上面这是微观的纯原理讲解。等到了我们肉眼可见的一大块液晶屏上，操作不同区域的通不通电，给光线过不过，最后宏观上一组合起来，就显示成图像了。
原理都讲完啦，接下来我们看有趣的制造。
◤ 制造液晶
首先来看看这个引起电子设备半个世纪来翻天覆地变化的液晶制造！
工人将化工原料倒入罐体，经过一系列的反应，最终会得到液体状的物质。
在瓶中加温旋转的就是液晶了，现在是正在进行提纯工作。
接着把液晶溶液送去净化，再倒出来进行晾置。
等液晶溶液慢慢结晶后，会形成白花花的晶体，不同的液晶会呈现出不同的状态，像是牛奶或冰凌。
最后捣碎成粉末，液晶屏用的液晶就是由许多这些单体混合而成的，有IPS、PSVA 、VA-TFT 等液晶材料种类。
◤ 制作步骤
光有“液晶”这主材料是不够的。除了通过光，还需要控制光的“亮度”与“色度"。大概分一下，LCD 的生产流水线流程分别是：先 ARRAY 阵列制造，再 CELL 面板制造，最后是 MODULE 模组组装。
◤ 光刻技术
在 ARRAY 阵列厂， TFT 薄膜晶体管基板中最为核心的部分就是「光刻工艺」了。所谓「光刻」就是以光为刀，对光敏保护层进行雕刻，这个光敏材料就是光刻胶。
日本现在虽然已经不是液晶王者了，但是被雕刻的载体「光刻胶」还牢牢把持在手中，所以一限制出口，韩国做液晶屏的三星和 LG 就要受到很大影响。
◤ 阵列制造
还记得我们一开始说过的TFT薄膜晶体管，可以把它当成是电路板的制作，小时候玩儿小霸王游戏机，电路板可能都拆开见过啦~
制作时，先是将刻有图案的”光罩“覆盖到光阻材料上，用紫外线去照射，那照到光的部分就会发生“光固化反应”，溶于「光阻显影液」中，也就得到了我们需要的图像。
当显影后再加热，就可以将未受光阻保护的薄膜层蚀刻，再剥膜，滴入去光阻液，这就能把被光阻保护着的那一部分保留下来，完成了一层薄膜晶体管的制造。
重复多次这样的沉积薄膜、光阻涂布、曝光、显影的步骤，就完成了 TFT 薄膜晶体管的光刻。
◤ 面板制作
先将基板清洗干净，首先在右边那个大圆筒上均匀的涂布配向液，然后转印到玻璃基板上，经过加热固化后，就形成了“配向膜”。接着用这个有凹槽的配向摩擦布，在配向膜上给滚出沟槽来，就使液晶在基板上规律排列了，形成了一定的预倾角。如果没有配向膜，液晶会在基板上散乱分布，我们就无法控制光的方向了。
对 CF 彩色滤光片，也要进行同样的配向。
要提到一个知识点，就是「框胶涂布」。目的在于让 TFT 与 CF 固着的更好，保证两者之间存在的间隙高度，同时还能防止液晶渗漏。
接着喷洒间隔物，目的是控制液晶层厚度与支撑两片基板中间的空间。
然后是在真空的环境下，滴入液晶，并将 TFT 和 CF 对位压合，制成液晶面板的母板。再使用紫外光照射以及加热的过程，就使框胶硬化了。最后再经过切割偏贴做成液晶面板。
来看一个实际制作的特写镜头！在 TFT 薄膜晶体管基板上完成点液晶的工作。毫无疑问的，这些工作也只能让机器操作，不会出现老爷爷老奶奶的手工了，极其精密地控制液晶滴下的量以及滴下的位置。
棕色的瓶子里装着的就是液晶，利用管子从中抽取，并一滴滴的去滴到基板上。
◤ 覆盖偏光片
现在要将偏光板，按照一定的方向，贴附到液晶面板的两面，先看个动画演示。
实际过程如下图，液晶面板就这样完成了。
◤ 模组组装
最后一个环节了！将液晶面板与背光等组件装成模组，再一起测试就可以出厂了。下图就是将 LCD 液晶成品面板（Cell）、异方向性导电胶（ACF）、驱动 IC、柔性线路板（FPC）和 PCB 电路板利用机台在一起压合。
接下来还要和背光板、灯源、铁框一起去组装出成品。
最后，就是老化测试和质检了，都没问题后打个贴了小心易碎的包装就可以了。模组的生产线相比面板和阵列的生产线自动化就没那么高了，但这种精度的加工也都是由机器自动化完成的，只有“检验”和“点胶水”是通过人工去完成的。
大家看到这篇文章里大多都是动画演示的动图，也是因为一个个制作环节极为精确，差不多都是封闭加工的。
