这篇液晶屏的写作难度，大概和我们去年挑战《耳机，是怎么把电流变成声音的？》属于同一个级别——写到生理不适想呕吐。 - = 虽然听起来有点难，但是大家放心，已经给我们哭着改过 N 遍，真的尽力了...

首先我们来做一道有年代感的物理题，「常用的 CRT （阴极射线管 Cathode Ray Tube）显示器，是利用电子枪发射电子，去轰击屏幕的荧光层，从而显示出图像来的。」那么，请问电流的方向是什么？


答案是：屏幕到电子枪的方向。因为电子的方向与电流方向相反。看个过去的 CRT 显示器多费劲儿就好了，我们这篇不会展开讲...


唔，这道题真不是要考大家初中物理知识，只是想告诉年轻的小可爱们，我小时候用的显示器，这前世今生的变化是如何的巨大！顺便说明知识它就算进了脑子，还会用进废退的...这真是初中物理题...

在我上初中的时候，家用的电视、电脑显示器都有这种厚重的屁股墩，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，逐渐成了市面上最靓丽的仔，被广泛应用于各种电子设备，大大的缩小了屏幕的体积，使得笔记本、pad、手机成为日常更可携带（同时也使得工作无限侵占生活…叹气）。
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，液晶屏包括要有背光源、偏振片，最重要的是两片平行的玻璃基板中放置液晶，下基板上再设置 TFT 薄膜晶体管（你理解成排布有许多电路就行啦），上基板设置 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，那等到屏幕背光源的光线穿过时，来~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啦！

液晶是个啥？

请出我们的主角——液晶，这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，这就产生透光度的差别啦~智力卓绝的人类，有没有！


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，就给显示成啥图像了。


原理都讲完啦，别头疼！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！一般我们国内的液晶屏制造厂，都是直接买的液晶原料，可我既然找到了视频...总不能浪费了。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啦，什么 IPS、PSVA 、VA-TFT 等液晶材料种类。至于中文名...不是我们在炫技啥的，是学的时候就真的不知道叫啥，记得都是英文的...


话说，液晶制造的过程，有那么一股 breaking bad 的味道，有没有想起老白和小粉...

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。咳咳，鸠摩智的火焰刀可能有很多话要说...


话说，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 就要跳脚大骂...

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。和这个很像的过程，我们在《可以扭来扭曲的柔性电路板》中有详细介绍，所以这一段就节奏比较快的讲了...


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。漏过液晶屏的人表示心塞...


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。


dangdangdang~实际过程如下图，你要的液晶面板就这样完成啦。


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。


再再最后，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，over~ 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。

等等！小江还有话说

我总觉得自己是被命运选中的一代，才能在短短的二十多年看到这么多巨大的变化，然后我爹妈说他们才是...

来源：有趣的制造

文中 Gif 截取自YouTube 博主 How To Asia 的《認識TFT-LCD的製造過程》、Media VR Lab 的《Color Filter Array of the LCD display》、之無奇不有世界 的《科學動畫-液晶LCD螢幕是如何製作的》、CCTV 走近科学官方频道 的《《走近科学》物从何处来 · 液晶：液晶显示器里到底有没有液体？20181010 | CCTV走近科学官方频道》以及 97 版电视剧《天龙八部》-鸠摩智殴打慕容复