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LCD制程简介 一 LCD的概述二 LCD前制作过程三 LCD后制作流程图本组组员 张洪强陈宇宋佩珂赵亮张锐主讲 张洪强 一 LCD的概述1 液晶的状态1888年奥地利植物学家莱尼茨尔 F Reinitzer 在加热苯酸脂晶体时发现 当温度升到145 5 时晶体融化成为乳白色粘稠的液体 再继续加热到178 5 时乳白色粘稠的液体变成完全透明的液体 后经德国卡尔斯吕爱大学教授莱曼 O Lemann 研究 这种乳白色粘稠的液体具有光学各向异性 因此建议称之为液体晶体 LiquidCrystal 2 液晶的种类二十世纪二十年代 德国Heideberg大学的L Gattermann和Halle大学的D Vorlander先后合成了300多种液晶 并指出液晶分子是棒状的分子 在此基础上 法国的G Friedel及F Grand jean等对液晶的结构及光学性能作了详细的研究 并于1922年完成了液晶分类的工作 将液晶划分为 近晶相 向列相和胆甾相 1 1近晶相液晶近晶相液晶是由棒状或条状的分子组成 分子排列成层 层内分子长轴相互平行 其方向可以垂直于层面 或与层面成倾斜排列 因分子排列整齐 其规整性接近晶体 具有二维有序性 分子质心位置在层内无序 可以自由平移 从而有流动性 但粘滞系数很大 分子可以前后 左右滑动 但不能在上下层之间移动 因为它的高度有序性 近晶相经常出现在较低温度范围内 其分子结构如下图 1 2向列相液晶向列相液晶的棒状分子也仍然保持着与分子轴方向平行的排列状态 但没有近晶相液晶中那种层状结构 向列相中分子的重心混乱无序 但分子 杆 的指向矢大体一致 此外 与近晶相液晶相比 向列相液晶的粘度小 富于流动性 产生这种流动性的原因 主要是由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动 事实上不少向列相液晶的粘滞系数只是水的粘滞系的数倍 向列相液晶分子的排列和运动比较自由 对外界作用相当敏感 因而应用广泛 其分子结构如下图 1 3胆甾相液晶胆甾醇经脂化或卤素取代后 呈液晶相 称为胆甾相液晶 这类液晶分子呈扁平形状 排列成层 层内分子相互平行 不同层的分子长轴方向稍有变化 沿层的法线方向排列成螺旋结构 胆甾相实际上是向列相的一种畸变状态 因为胆甾相层内的分子长轴彼此也是平行取向 仅仅是从这一层到另一层时的均一择一优取向旋转一个固定角度 层层迭起来 就形成螺旋排列的结构 其分子结构如下图 2 液晶显示器的种类液晶显示器的种类很多 但相当普通而且广泛应用的是利用液晶的电光效应而实现显示的 所谓电光效应实际上就是指在电的作用下 液晶分子的初始排列改变为其它的排列形式 从而使液晶盒的光学性质发生变化 也就是说电通过液晶对光进行了调制 利用电光效应制作的常用的液晶显示器大致有以下几种 TNLCD STN LCD HTN LCD FSTN LCD TFT LC等 TN LCDTwistNematicLiquidCtystalDisply的简称 即扭曲向列相液晶显示 这种显示模式的特点是液晶分子基本平行于基板排列 但上下液晶分子取向呈扭曲排列 整体扭曲角为90 STN LCD是SuperTwistNematicLiquidCtystalDisply的简称 即超扭曲向列相液晶显示 它与TN LCD的结构相似 不同的是其扭曲角不是90 而是在180 270 之间 其工作原理也与TN LCD完全不同 HTN LCD是HighTwistNematicLiquidCtystalDisply的简称 即高扭曲向列相液晶显示 HTN LCD与TN LCD和STN LCD的结构相似 只不过HTN LCD的扭曲角在100 120 之间 其性能也介于TN LCD和STN LCD之间 FSTN LCD是FilmSuperTwistNematicLiquidCtystalDisply的简称 这里Film是指补偿膜或延迟膜 所以FSTN LCD称为补偿膜超扭曲向列相液晶显示 通过一层特殊处理的补偿膜 能够克服STN LCD的缺点 即克服STN LCD有背景色成为黑白显示 所以有人称FSTN LCD为黑白模式的STN LCD TFT LCD ThinFilmTransistorLiquidCtystalDisply 即薄膜晶体管的有源矩阵液晶显示 它是目前LCD市场中最高挡次的产品 附 TN型 HTN型 STN型LCD之比较 液晶层过渡电极ITO电极 PI定向层偏光片玻璃ITO电极框胶玻璃偏光片反射板 3 STN LCD液晶显示器的结构液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒 盒内充有正性液晶 四周用密封材料 一般为环氧树脂 密封 盒的两个外侧贴有偏光片 液晶盒中上下玻璃片之间的间隔 即通常说的盒厚 一般为几个微米 人的头发直径为几十微米 上下玻璃片内侧 对应显示图形部分 镀有透明的氧化铟锡 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 STN LCD的显示原理 在两片玻璃基板上装有配向膜 所以液晶会沿着沟槽配向 具有偶极矩的液晶棒状分子在外加电场的作用下其排列发生变化 使得通过液晶显示器件的光被调制 从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果 液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制 不同的显示像素按照控制信号的 指挥 便可以在显示屏上组成不同的字符 数字及图形 因此建立显示所需的电场以及控制显示像素的组合就成为液晶显示驱动器和液晶显示控制器的功能 一 LCD工艺流程简述 前段工艺 ITO玻璃的投入 grading 玻璃清洗与干燥 CLEANING 涂光刻胶 PRCOAT 前烘烤 PREBREAK 曝光 DEVELOP 显影 MAINCURE 蚀刻 ETCHING 去膜 STRIPCLEAN 图检 INSP 清洗干燥 CLEAN TOP涂布 TOPCOAT 烘烤 UVCURE 固化 MAINCURE 清洗 CLEAN 涂取向剂 PIPRINT 固化 MAINCURE 清洗 CLEAN 丝网印刷 SEAL SHORTPRINTING 烘烤 CUPINGFURNACE 喷衬垫料 SPACERSPRAY 对位压合 ASSEMBLY 固化 SEALMAINCURING 1 ITO图形的蚀刻A ITO玻璃的投入 根据产品的要求 选择合适的ITO玻璃装入传递篮具中 要求ITO玻璃的规格型号符合产品要求 切记ITO层面一定要向上插入篮具中 B 玻璃的清洗与干燥 将用清洗剂以及去离子水 DI水 等洗净ITO玻璃 并用物理或者化学的方法将ITO表面的杂质和油污洗净 然后把水除去并干燥 保证下道工艺的加工质量 C 涂光刻胶 在ITO玻璃的导电层面上均匀涂上一层光刻胶 涂过光刻胶的玻璃要在一定的温度下作预处理 如下图 D 前烘 在一定的温度下将涂有光刻胶的玻璃烘烤一段时间 以使光刻胶中的溶剂挥发 增加与玻璃表面的粘附性 光刻胶ITO膜玻璃基板 E 曝光 用紫外光 UV 通过预先制作好的电极图形掩模版照射光刻胶表面 使被照光刻胶层发生反应 在涂有光刻胶的玻璃上覆盖光刻掩模版在紫外灯下对光刻胶进行选择性曝光 如图所示 F 显影 用显影液处理玻璃表面 将经过光照分解的光刻胶层除去 保留未曝光部分的光刻胶层 用化学方法使受UV光照射部分的光刻胶溶于显影液中 显影后的玻璃要经过一定的温度的坚膜处理 如图 G 坚膜 将玻璃再经过一次高温处理 使光刻胶更加坚固 H 刻蚀 用适当的酸刻液将无光刻胶覆盖的ITO膜蚀掉 这样就得到了所需要的ITO电极图形 如图所示 注 ITO玻璃为 In2O3与SnO2 的导电玻璃 此易与酸发生反应 而用于蚀刻掉多余的ITO 从而得到相应的拉线电极 I 去膜 用高浓度的碱液 NaOH溶液 作脱膜液 将玻璃上余下的光刻胶剥离掉 从而使ITO玻璃上形成与光刻掩模版完全一致的ITO图形 即按客户要求进行显示的部分拉线蚀刻完成 如图 J 清洗干燥 用高纯水冲洗余下的碱液和残留的光刻胶以及其它的杂质 2 特殊制程 TOP膜的涂布到固化后清洗 一般的TN与STN产品不要求此步骤 TOP膜的涂布工艺是在光刻工艺之后再做一次SiO2的涂布 以此把刻蚀区与非刻蚀区之间的沟槽填平并把电极覆盖住 这既可以起到绝缘层的作用 又能有效地消除非显示状态下的电极底影 还有助于改善视角特性等等 因此大部分的高档次产品要求有TOP涂布 3 取向涂布 涂取向剂到清洗完成 此步工艺为在蚀刻完成的ITO玻璃表面涂覆取向层 并用特定的方法对限向层进行处理 以使液晶分子能够在取向层表面沿特定的方向取向 排列 此步骤是液晶显示器生产的特有技术 A 涂取向剂 将有机高分子取向材料涂布在玻璃的表面 即采用选择涂覆的方法 在ITO玻璃上的适当位置涂一层均匀的取向层 同时对取向层做固化处理 一般在显示区 B 固化 通过高温处理使取向层固化 C 取向摩擦 用绒布类材料以特定的方向摩擦取向层表面 以使液晶分子将来能够沿着取向层的摩擦方向排列 如TN型号摩擦取向 45度D 清洗 取向摩擦后的玻璃上会留下绒布线等污染物 需要采取特殊的清洗步骤来消除污染物 4 空盒制作 丝网印刷到固化 此步工艺是把两片导电玻璃对叠 利用封接材料贴合起来并固化 制成间隙为特定厚度的玻璃盒 制盒技术是制造液晶显示器的最为关键的技术之一 必须严格控制液晶盒的间距 A 丝印边框及银点 将封接材料 封框胶 用丝网印刷的方法分别对上板印上边框胶和和下板玻璃印是导电胶 B 喷衬垫料 在下玻璃上均匀分布支撑材料 将一定尺寸的衬垫料 一般为几个微米 均匀分散在玻璃表面 制盒时就靠这些材料保证玻璃之间的间距即盒厚 C 对位压合 按对位标记上与下玻璃对位粘合 将对应的两片玻璃面对面用封接材料粘合起来 D 固化 在高温下使封接材料固化 固化时一般在上下玻璃上加上一定的压力 以使液晶盒间距 厚度保持均匀 三 后段工艺 切割 SCRIBING Y轴裂片 BREAKOFF 灌注液晶 LCINJECTION 封口 ENDSEALING X轴裂片 BREAKOFF 磨边 一次清洗 CLEAN 再定向 HEATING 光台目检 VISUALINSP 电测图形检验 ELECTRICAL 二次清洗 CLEAN 特殊制程 POLYGON 背印 BACKPRINTING 干墨 CURE 贴片 POLARIZERASSEMBLY 热压 CLEAVER 成检外观检判 FQC 上引线 BITPIN 终检 FINALINSP 包装 PACKING 入库 INSTOCK 三 LCD后制造说明3 1LCD后制造流程图 3 2切割原理将大对玻璃固定在切割机工作台上 切割是通过刀轮沿玻璃上的切割标记在一定的压力下划动 在玻璃上形成一条深度和宽度一致的切口的过程 刀轮运动的轨迹称为切割线 切割过程如图所示 切割标记 框胶 3 3裂片原理大裂片是用裂片机完成 其裂片的原理是在有切割刀痕玻璃的背面旋加一定的压力使玻璃发生微小的形变 玻璃沿切割线裂开 如图所示 3 4液注原理液注是将Stick以封口朝下方向放置 让海绵条吸取液晶将机台抽真空后 使封口与海绵条紧密接触后泄压 这样由于二者气压存在差异就会使液晶填满整个CELL 如图所示 3 5压合原理压合是将注入液晶的CELL以封口朝外的方式放置 并对其加压 擦拭多余之液晶 然后点上UV胶 并泄压使胶渗入液注口内1 3 2 3 以UV灯照射使封口胶硬化 这样就将液晶封闭在液晶盒内 如图所示 3 6再定向原理利用液晶的分子特性 将注入液晶的产品放入烤箱中 以一定的温度加热 依各种液晶的晶相温度而定 让盒内的液晶达到澄清点后降温 以使液晶分子能在CELL中依预定方向重新排列 3 7目检原理目检是利用偏光片来进行的 根据配置的不同 两块平行的偏光片可以组成透光区和不透光区 透光区 明区 是由偏光轴相互平行的两片偏光片组成的 不透光区 暗区 是由偏光轴相互正交的两片偏光片形成的 其工作原理就是将液晶盒放在两偏光片之间 旋转偏光片角度在明区或暗区中来检查液晶盒中的白点或黑点或颜色的差异 如图所示 3 8 电测原理电测是在加电的情况下通过电测场检测液晶屏的显示图形 观察是否有测试电路是否断路 短路 显示不均 或者表面不均匀 或者表面是否有白点 等等 3 9磨边原理磨边是用磨边机对产品的外观作适当处理 主要方面为后制造生产的需要 同时可减少制程中玻璃的磕碰而产生的碎片 如图所示 3 11贴片制程贴片制程是用人力或机器设备