lcd基本知识及制造流程简介.ppt

1 目录 一 液晶二 LCD的优缺点介绍三 LCD的显示原理四 LCD制造流程 2 一 液晶 1 1什么是液晶众所周知物质有的固态 液态和气态 但有些物质 它们在从固态转变成液态的过程中 不是直接从固态变为液态 而是给一种中间状态 处于中间状态的物质外观上看似浑浊的液体 但是它的光学性质和某此电学性质又和晶体相似 是各项异性 如有双折射特性等 如温度升高时 各种浑浊的物质随着温度的升高会变成澄清 同性的液体 反过来这类物质从液体转变成固体时 也要经过中间状态 各种能在一定的温度范围内兼有液体和晶体 二者特性的物质叫做液晶 LiquidCrystal 也叫做液晶相 中间相或中介相等 又称为物质的第四态 一般物质固态液态气态液晶物質固态液晶态液态氣态 3 1888年奥地利植物学家F Reinitzer在加热胆甾醇苯甲酸酯结晶试验时发现 1 2液晶的发现及命名 德国物理学家O Lehmann将其称为 FliessendeKrystalle 德语 英文为 LiquidCrystal中文即 液晶 4 1 3液晶分子的结构 化学家的观点 物理学家的观点 形状各向异性 长度 4倍宽度 上述分子 5CB 是 2nm 0 5nm 分子长轴有一定刚性 分子末端含有极性或可极化的基团 CH3 CH2 4 CN 5 二 LCD优缺点及原理介绍 信息显示技术随着信息社会化的发展显得越来越重要 液晶显示器与其它显示器相比其有很多优点 平面型显示 体积小 重量轻 便于携带 功耗低 驱动电压低 寿命长 一般在5万小时以上 不含有害射线 对人体无害 被动显示 不易被强光冲刷 易于驱动 可用大规模集成电路直接驱动 结构简单 没有复杂的机械部分 造价成本低 2 1LCD的优点 6 2 2LCD的缺点与限制性 随着液晶显示器的广泛应用 人们也可以发现其有些缺点 由于它是被动元件 本身不发光 在暗处需借助其它的光源才具有可视性 有视角之限 响应速度 30ms 120ms 与其他元件相比尚嫌差些 7 三 LCD显示原理 3 1LCD基本构造 从图中可以看出 液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒 盒内充有液晶 四周用密封材料 胶框 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 即通常所说的盒厚 一般为几个微米 人的准确性直径为几十微米 上下玻璃片内侧 对应显示图形部分 镀有透明的氧化铟 氧化锡 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 8 THEEND 9 ITO玻璃投入 玻璃清洗与干燥 涂光刻胶 预烘 曝光 脱膜 蚀刻 坚膜 显影 TOP涂布 UV烘烤 TOP固化 清洗 涂取向剂 清洗 PI固化 摩擦定向 预烘烤 清洗干燥 喷衬垫料 四 LCD工艺流程 印密封框 对位贴合 压烤固化 前制程 4 1LCD产品制作工艺流程图 印导电点 10 后制程 切割 裂片X方向 灌注液晶 封口 固化 再定向 清洗 印油墨 固化油墨 贴偏光片 消泡 外观检察 上针脚 热压纸 包装 入库 喷码 打粒 Y方向 光台检测 电测 FQC QA 11 4 2LCD制作工艺流程简介 从LCD工艺流程图可知 LCD全部制作过程大体分为40多道工序 其中实际TN制程有20多道工序 STN有30多道工序 有些工序是特殊制程 只当客户有特殊要求才实施 这些工序又可分为ITO图形蚀刻 图形段 定向排列 PI及摩擦 空盒制作 切割与灌液晶和成品检测与包装五个阶段 12 4 2 1ITO图形蚀刻 光刻 本阶段在导电玻璃上蚀刻出显示所需要的ITO电极图形 1 ITO导电玻璃投入 预清洗 根据产品要求 准备好适合清洗所需规格的ITO玻璃 厚度 面电阻 基板类型 玻璃的正面都朝同一方向放置 即让所有待清洗玻璃的识别角朝同一方向放置 同一方向作业 玻璃尺寸 14X16英寸厚度 1 1mm 0 7mm 0 55mm 0 4mm 2 玻璃清洗与干燥将符合生产规格的ITO玻璃用化学 物理的方法将ITO玻璃表面的杂质 油污洗凈 然后把水除去并干燥 保证下道工序的加工质量 化学方法 清洗剂 碱物理方法 毛刷 超声波 高压冲洗 高压空气等 13 3 涂光刻胶涂胶是光刻的首道工序 它是在ITO玻璃ITO面上均匀涂一层光刻胶 涂胶的效果好坏直接影响光刻的质量 它主要控制的内容为 光刻胶的配制 涂层厚度及均匀性 涂层表面状态等 涂胶玻璃后如图 ITO膜 光刻胶 玻璃基板 在ITO玻璃上涂光刻胶 4 前烘前烘的目的是促使胶膜内溶剂充分挥发 使胶膜干燥以增强胶膜与ITO玻璃表面的粘附性和胶膜的耐磨性 曝光时 掩模版与光刻胶即使接触也不会损伤光刻胶膜和沾污掩模膜 同时有光刻胶干净 在曝光时 光刻胶才能充分地和光发生反应 工艺控制 温度 时间 拉速 14 5 曝光用紫外光通过预先制作好的菲林照射到光刻胶表面 选择性照射 使被紫外光照射部分的光刻胶层发生反应 在紫外光灯下对光刻胶进行选择性曝光 如下图所示 UV光 光刻胶 ITO膜 玻璃基板 曝光示意图 注意 涂感光胶至曝光区域为黄灯区曝光光积量 UV光强均匀性 间隙 异物 位置等 15 6 显影用显影液处理玻璃表面 将经过光照分解的光刻胶层 正性胶 除去 保留未曝光部分的光刻胶层 用使受UV光照射部分的光刻溶于显影液中 显影后的玻玻要经过一定温度的坚膜处理 如下图所示 7 坚膜由于显影时光刻胶膜发生软化 膨胀 影响胶膜的抗蚀能力 因此显影后必须用适当温度烘焙玻璃以除水分 增强胶膜与玻璃的粘附性 这个过程称坚膜 坚膜有用烤箱和红外线两种 坚膜的条件 一是温度 另一是时间 拉速 一般情况下坚膜条件高于前烘条件 8 蚀刻 用一定配比的酸把玻璃上未受到光刻胶保护的ITO膜去掉 而将有光刻胶保护的ITO留下来 最终形成所需的图案 如图所示 选用的刻蚀液一般要能把ITO刻掉 同时又不会损伤玻璃表面的光刻胶 一般选用一定比例的HCl HNO3 或FeCl3 水的混合液 蚀刻的温度和时间对蚀刻的效果影响很大 9 脱膜用高浓度碱液作脱膜液 将玻璃上剩余的光刻胶剥离掉 使ITO玻璃上形成与菲林图形完全一致的ITO图形 如下图所示 一般同时使用毛刷擦洗加强脱膜效果 再用DI水将胶屑清洗干净并干燥 17 图形段小结 一般以上几个工艺过程称为光刻过程 其在LCD制造中起着关键性的作用 光刻质量的好坏直接影响到器件的性能 成品率和可靠性 光刻质量的基本要求如下 刻蚀的图形完整 尺寸准确 边缘整齐 线陡直 图形内无多余ITO图案 针孔 毛刺等 刻蚀干净 刻蚀后玻璃表面清洁 没有刻蚀不良 没有残留的胶质 油渍等 图形定位准确 各类标记完整 18 10 TOP涂布工艺流程图中的TOP涂布工艺是特殊流程 一般的TN及STN产品 不要求经过这些步骤 TOP涂布工艺是在光刻工艺之后 再做一次SiO2的涂布 以便把蚀刻区与非蚀刻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 所以 一些高档次的STN产品要求有TOP涂布工艺制程 19 5 2 2定向排列 本阶段是将蚀刻后的ITO玻璃表面涂定向层 并用特定的方法对定向层进行处理 以使液晶分子能在定向层表面沿特定方向扭曲 这是LCD生产的特有工艺 1 涂定向剂用一定的方法 将有机高分子定向材料涂在玻璃表面 即在ITO玻璃上的适当位置涂一层均匀的定向层 同时对定向层做固化处理 如下图所示 20 ITO膜 玻璃基板 取向层 涂取向层 一般生产中低档LCD的定向材料都是用PA 即聚酰亚胺酸 它是通过二酐与二胺在低温聚合反应全成的 其在高温下脱水固化后 化学上层是一种环化反应 即成为聚酰亚胺 PI 聚酰亚胺有很好的化学稳定性 优良的机械性能 高绝缘性 耐高温 高介电常数 耐辐射和不可燃 其分子式为 PAPI 21 取向膜 PI 移印原理 APR版 22 2 固化通过高温处理使定向层固化 3 定向摩擦用绒布类材料以特定的方向摩擦定向层表面 以使液晶分子将来能沿着定向层的摩擦方向排列 4 清洗定向摩擦后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 23 定向摩擦示意图 磨擦定向主要控制的参数有三个 滚筒的转速 平台移动的速度V 以及纤维布被压缩的程度L 磨痕宽度 分析上常定义 Nd r M VNd为磨擦密度 其中M磨擦的次数 r是滚筒的半径 24 定向摩擦前后对比 微观 25 摩擦方向 扭曲方向与视角之间的关系 26 4 2 3空盒制作 本阶段包括工艺流程图中把两片导电玻璃对迭 利用封边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LCD的最关键技术之一 1 丝印边框及银点将封边材料用丝网印刷的方法分别对上板和下板玻璃印上边框胶 环氧树脂 和导电胶 2 喷衬垫料在下玻璃均匀分布支撑材料 将一定尺寸 一般为几个微米 的衬垫料均匀分散在玻璃表面 制盒时就靠这些衬垫料保证一定的盒厚 27 3 对位压合按对位标记将上 下玻璃对位粘合 将对应的两片玻璃面用封边材料粘合起来 4 框胶固化在高温下使封边材料固化 固化时一定在上 下玻璃上加上一定的压力 以使盒厚保持均匀 28 29 组合段小结 制盒就是把框点两片图案玻璃重叠 利用封接材料贴合起来并固化 其中在制造过程中以下几点需注意 1 印框点位置 2 框线及银点的大小及膨胀率 3 预烤时间及温度 4 喷粉的密度及均匀性 以平方毫米单位的粒数计 5 组合对位 6 固化温度及时间和降温的速度 7 贴合时对两片玻璃的压力适中 以防止盒内衬垫料碎化而破坏定向层 8 贴合好的液晶盒因没有固化 粘接不牢 因需轻拿轻放 以免造成上 下片移动 30 4 2 4液晶灌注本阶段包括把液晶灌入到制好的空盒内 并将灌晶口封堵 这样液晶盒就基本制成了 1 切割与裂片通常一对ITO玻璃可以制作多个液晶盒 为了把LCD灌晶口露出来 必须把玻璃适当切割成条状或粒状 31 2 灌注液晶一般用专门的液晶灌注机在将液晶盒内形成真空 然后利用压差及液晶盒毛细作用将液晶注满LCD盒 32 3 封口及UV固化用封口材料 如封口树脂 将灌完液晶盒开口堵起来 将灌好LC液晶盒封口表面液晶擦拭干净 点上一定量的UV封口胶 然后用紫外线照射使胶本身发生化学反应和交联 聚合作用 形成牢固的封口 防止屏内液晶向外面漏 也阻止外界污染物侵入屏内液晶中 封口后玻璃如图 33 清洁液晶盒外部 包括缝隙 粘附的液晶及其它污物 1 清洗剂2 超声波3 加热 4 打粒 5 液晶清洗 34 6 再定向用适当温度加温一段时间的办法使液晶分子按摩擦方向整齐排布 同时干燥清洗后的LCD 温度时间 35 4 2 5成品检测及包装 这一阶段是LCD生产的最后一个阶段 包括成品检测 贴偏光片和包装等 36 1 光台检验 在偏光光台下目视检验LCD半成品的外观 底色等 把不合格品挑出 彩虹内污内刮定向不良等等 37 电测是在加电状态下检查液晶屏的显示图形 电性和功能性缺陷及其他外观缺陷 1 短路2 缺划3 大电流4 显示凸点 多划5 显示白点 针孔 等等 2 电测 38 3 贴偏光片 在液晶盒两面贴上产品所规定的上 下偏光片 这样一个完整的LCD就基本制成了 1 上下偏光片型号及贴片方式2 偏光片的切片角度3 偏光片的尺寸4 位置及外观缺陷 39 4 消泡用消泡炉热力和气压压力作用下 消除偏光片与璃璃之间的气泡 5 外观检验对液晶盒进行外观检查 并对一些情况做处置 6 上针脚或热压纸对用户有上针脚或热压纸的产品时 安装适当的金属电