液晶材料与技术(13)——LCD工艺技术讨论—制屏.ppt

液晶材料与技术 13 TFT LCD工艺技术 Array工程Cell工程Module工程CF工程 液晶材料与技术 液晶屏 盒 制作是指液晶屏的组装技术 cellassembletechnology 为使液晶分子的取向变化转化为可视图像 需要在设有取向层的阵列基板和彩色滤光片基板之间充入液晶材料 并在两块基板外侧配置偏光片 为了工业化规模地制作这种结果 一般将液晶屏的制程分为前工程和后工程 液晶材料与技术 Cell工艺流程 真空贴合 UV照射 封框胶本硬化 屏显示检查 切断 面取 洗净 屏洗净 偏光板贴付 自动除泡 基板洗净 干燥 取向印刷 取向烧成 摩擦取向 摩擦洗净 干燥 封框胶涂布 Ag涂布 液晶滴下 垫料散布 垫料固着 基板洗净 干燥 取向印刷 取向烧成 摩擦取向 摩擦洗净 干燥 前工程 后工程 液晶材料与技术 液晶屏 盒 前工程 1 取向膜涂布前的洗净工程2 取向膜形成工程 PI 3 取向处理工程 rubbingsystem 摩擦系统4 隔离子散布工程 spacerspraysystem 5 封接材料形成 框胶涂布 工程6 贴合工程 组装 封接 液晶材料与技术 PI工程 PI工程是为了使液晶分子沿特定的方向取向排列 在基板表面配置称之为取向膜的涂布工程 取向膜采用聚酰亚胺树脂 polyimideresin 材料 取向膜材料 PI 目前完全由日本独占 主要厂商有日产化学和JSR等5家 日产化学和JSR都有适用各种显示模式的取向膜材料 其中IPS模式用的材料以日产化学为主 VA模式用的材料以JSR为主 取向膜的厚度为10 100nm 膜厚在整个基板表面分布的均匀性极为重要 但同阵列基板上布线形成的精度相比 PI涂布精度要求低一个数量级 因此 取向膜形成一般采用印刷法 液晶材料与技术 取向膜的形成是利用溶于溶剂中的聚酰亚胺树脂溶剂 由印刷在基板表面涂布 经200 左右的温度下烧成 使溶剂成分蒸发 达到所希望的膜厚 印刷法的具体做法 首先将取向膜材料的溶液滴落在具有微小沟槽的展料辊上 利用称为流延刮刀的刀刃 将PI也展埋于展料辊的沟槽中 再将取向膜材料转移到预先形成的所希望图形的树脂凸版上 最后将取向膜转写在玻璃基板上 液晶材料与技术 CELL前工程 配向膜印刷 液晶材料与技术 PI液转写到基板之后 需要使溶剂挥发进行干燥 有热板等进行预烘烤 然后采用烧成炉进行热处理 烧成方式有远红外线加热和热风循环加热炉方式 最近 采用可进行顺序处理的单片式越来越普通 因此远红外加热方式用得越来越多 从生产线的生产节拍考虑 烧成工序所占的时间较长 更趋向于采用多段式烧成室 液晶材料与技术 CELL前工程 配向膜印刷 液晶材料与技术 取向处理工程 取向膜形成之后 还要在膜上形成按一定方向排列的沟槽 以便使液晶分子按一定方式取向排列 称为取向处理工程一般通过摩擦进行 因此又称为摩擦工程 用称为摩擦布的纤维织物对取向膜沿一定方向摩擦 以形成沟槽 研究表明 摩擦需要一个最小摩擦力fmin 小于此力 取向效果几乎不存在 摩擦后的取向层经过清洗和干燥后 即可用于制盒 摩擦方向及方位 预倾角 是影响制品性能的重要参数 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶显示屏制品的显示质量 与液晶分子的取向均一度等机械精度相关 而且随着玻璃基板的大型化 对装置自身刚性的要求越来越高 这种取向有机膜被布摩擦可能会产生静电 对组件造成损失 应采取措施加以解决 使用的摩擦布 会发生绒毛脱落等 为将其清除 必须洗净 已完成摩擦的玻璃基板表面 如果再发生不均匀的接触 该部分会发生取向缺陷 因此 对完成取向处理的玻璃基板必须格外小心对待 液晶材料与技术 摩擦后清洗 配向之后 会有大量的毛屑以及PI膜碎屑残留在PI膜上 因此必须使用洗净机来清洗 液晶材料与技术 配向膜干燥 配向膜的干燥时 温度均匀性必须格外注意 因此清洗之后必须使用基板干燥炉进行烘干及冷却 才能流到后制程 液晶材料与技术 摩擦取向技术是1911年由莫根 Maugin 发现的 这一发现对于液晶显示技术的发展起到了重要的作用 至今为止仍然是各类液晶显示器制造过程中使用最广泛的取向技术 所谓摩擦取向就是利用尼龙 纤维或棉绒等材料按一定方向摩擦液晶显示器的取向膜 使薄膜表面状况发生改变 对液晶分子产生均一的锚定作用 从而使液晶分子在液晶显示器的两片玻璃板之间的某一区域内 以一定的预倾角呈现均匀 一致的排列 取向效果的好坏对于液晶显示器的均一性 视角 色差 响应速度 阈值电压等基本性能都有重要影响 液晶材料与技术 摩擦取向技术存在一些问题 摩擦取向技术虽然是液晶显示器工业中最成熟 最可靠 应用最广泛的取向技术 但是无论在实践上还是在理论上摩擦取向技术都仍然存在一些问题 主要表现在以下几点 1 摩擦过程中容易产生静电 这会造成薄膜晶体管的击穿 由于摩擦过程产生绒毛尘埃 摩擦后必须增加清洗 干燥工序 降低了生产效率 另外还有少数绒毛即使通过清洗工序也很难彻底清除 影响LCD的显示效果 甚至出现次品 液晶材料与技术 2 随着液晶显示器生产线从第一代发展到第十代 随着所加工基板面积的增大 在整个基板范围内获得完全均一取向的难度也越来越大 3 现在的摩擦法只对平面表面起作用 对于形状不规则的基板 通过摩擦取向就很困难 4 摩擦取向技术虽然已经诞生了90多年 但究竟什么原因导致了取向还不清楚 液晶材料与技术 非摩擦法液晶分子取向技术UV2A技术 上图 玻璃基板涂上Sharp自行开发的特殊材料 作为配向膜 中图 当照射UV光时 配向膜的高分子自动导向成UV光照射的角度 下图 液晶分子预倾角度自动导向成配向膜高分子的方向 采用 UV2A 光配向技术的LCD面板的主要特色 1 对比高达5000 1 较传统面板高出60 以上 可以显示出极端深邃的黑色表现 2 开口率较传统面板高出20 光利用效率提升可以有效节省能源使用 3 反应速度为传统面板的2倍 高反应速度适合应用于立体电视 4 简化面板结构有助于提升生产效率 液晶材料与技术 液晶材料与技术 隔离子散布 在完成取向膜形成及取向处理之后 需要将两块玻璃基板在保持一定间隙的条件下对位贴合 为完成这种贴合 需要先在CF基板上散步隔离子 隔离子决定液晶屏的厚度 而此厚度是决定显示性能中的响应时间及对比度的重要参数 为了进一步提高液晶屏厚度的精度 越来越多的采用树脂柱代替球形隔离子 液晶材料与技术 隔离子基本上均为圆球形 和框胶内间隔剂最大的差异在于面内间隔剂为软质可压缩 可压缩率多在25 上下 不选用硬质间隔剂原因在于怕伤害配向膜 此外在后工程尚有加压制程来决定所需之CELLGAP 软质间隔剂可以提供后工程较大的GAP选择条件 液晶材料与技术 隔离子散布装置是在距基板的某一高度 向下散布塑料球 主要有隔离子供给部分 散布用的喷嘴 传送基板的输送部分 载物台以及散布室构成 为了使隔离子散布均匀 不发生球的凝聚 黏结 团化等 散布喷嘴需采用静电枪 除了附着在基板上的隔离子外 塑料球会成为污染超净工作机的灰尘 必须防止隔离子向外飞散 液晶材料与技术 利用氮气与spacer混合后 以高压气体为动力 将spacer均匀喷洒在基板上 其中为使spacer不聚集在一起 利用摩擦生电的原理 将spacer与管壁高速摩擦而带同性电 喷洒时 spacer因同性相斥的原理而彼此分散 达到均匀而不聚集的散布 液晶材料与技术 液晶材料与技术 为防止贴合的两块基板间隙中的液晶材料流出 并使两块基板黏结在一起 需要在基板周边构筑围墙 这种围墙材料就是封接材料 一般采用黏结剂热硬化型环氧树脂 为了将这种封接材料布置在基板周边 常用的方法有两种 丝网印刷法直接描画法 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 在封接材料形成之后 还要实现阵列基板和CF基板上公用电极的电气连接 一般是利用分配器描画方式将导电胶涂布在所需要的位置 液晶材料与技术 液晶材料与技术 贴合工程 贴合工程 panelassemblysystem 是将已经配置好隔离子和封接剂的两块基板进行组装贴合 完成封接的过程 为了保证两块基板的准确对位和间隙均匀 贴合封装极为关键 横纵方向的组装精度直接影响制品的开口率和对比度 必须尽力保证 贴合装置应具备调整功能和加压功能 为防止工程内 工程间输送式发生调整后的错动 应采用紫外线硬化型黏结剂进行预固定 液晶材料与技术 为使封接剂在加压的同时加热 一般是采用机械压头对多看贴合组件同时加压并在加热炉内进行处理 近年来 玻璃基板迅速向大型化发展 靠机械压头加压受到限制 因此正逐步采用一块一块地靠空气加压 并同时加热的单片贴合封接方式 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 cell后工程 切割工程液晶注入 密封工程洗净 倒角工程偏光片贴附工程检查工程 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶盒后工程 1 切割工程 scribing breakingsystem 2 液晶注入 密封工程 fillingsystem 3 洗净 倒角工程4 偏光片贴附工程 polarizerstickingsystem 5 检查工程 液晶材料与技术 从提高生产效率考虑 自阵列工程 CF工程 直到显示屏制造工程中的贴合工程 都是使标准化的整块大型玻璃基板在生产线上流动进行的 在此之后 需要从母玻璃基板尺寸切割为单个的显示屏尺寸 进入切割工程 液晶材料与技术 TFT阵列基板与CF基板之间的贴合 根据各基板的成品率不同而有多种组合方式 为了实现贴合 要将玻璃基板切断 划片 裂片工程 从安全性等方面考虑需要对玻璃基板的边缘进行处理 倒角工程 为了切断玻璃基板 要用烧结的金刚石刀片垂直的划出100um左右的沟槽 scribe 划片 将经过划片的玻璃基板两端固定 在沟槽的背面加弯曲力使其断裂 break 裂片 液晶材料与技术 Scribing Breaking 液晶材料与技术 CuttingProcess 液晶材料与技术 切割加工质量由划片条件 裂片条件决定 可根据端面的切割形状调整最佳切片 裂片条件 对划片来说 划片刀的选定 刀片的厚度 划片速度的设定等都很重要 对裂片来说 由于切割时会发生大量的玻璃碎渣 稍有沾污便对后续工序有极大地伤害 并成为显示缺陷的隐患 必须彻底清洗 从基板上清除干净 液晶材料与技术 传统玻璃制品的切割方式是使用金刚石砂轮和高硬度金属轮的机械加工方法 最大的缺点就是需要对加工后的边缘进行再处理 及其所带来的产量低下问题 在机械切割中 用砂轮或机械论在玻璃上进行刻划 产生沿着切割方向的切向张力 从而使玻璃沿着划痕裂开 这种方法所切割的边缘不平滑 有微小裂痕 材料上残存不对称边缘应力及残留碎屑等 液晶材料与技术 激光融化切割方法 玻璃的传统激光切割方法是使用高功率CO2激光 玻璃材料吸收激光束而被热能熔化完成切割 伴随玻璃材料的下沉和熔化 或由切割部分周围产生的热能造成的局部影响 CO2激光切割技术难以保证整齐 平滑的切割边缘 在许多应用场合中仍然需要打磨切割边缘 加工中的另外一个问题是切割区域附近可能因剩余的热应力出现裂缝 液晶材料与技术 液晶盒后工程 1 切割工程 scribing breakingsystem 2 液晶注入 密封工程 fillingsystem 3 洗净 倒角工程4 偏光片贴附工程 polarizerstickingsystem 5 检查工程 液晶材料与技术 液晶注入工程是在处于真空的注入室内 向两块玻璃基板之间注入液晶材料的工程 将没有注入液晶材料的空盒和液晶材料都放入真空室中 抽出室内的空气 达到所要求的真空度 将空盒的注入口向下压至液晶材料液面之下 再使真空室返回到大气压 由于空盒内为减压状态 液晶材料就会从注入口进入空盒内 实现液晶材料的注入 完成液晶材料的注入之后 采用紫外线硬化型密封剂填塞注入口 称为 密封 工程 液晶材料与技术 LCInjection 1 将容器抽真空将装有LC的容器上升与PANEL的注入端接触 此时LC通过毛细现象上升 过一段时间后充入洁净的空气或氮气破真空至常压 通过真空差压的原理 LC经过一段时间后充满PANEL 液晶材料与技术 LCInjection 2 液晶材料与技术 EndSeal 目的 将灌好LC的PANEL封口 液晶材料与技术 EndSealProcess 液晶材料与技术 密封工程重点 密封胶涂布量UV照射时间 液晶材料与技术 对于大型显示屏来说 注入时要将过量的液晶材料注入 而后再通过加压使过量的液晶材料吐出的同时加以密封 但是利用真空注入方式进行液晶材料的注入 既费时又费力 仅注入时间就要花费1天以上 实际上 这种真空注入液晶方式往往成为整个生产线的瓶颈 对于大型显示屏来说 矛盾更加突出 为此 目前推广采用被称为 滴下式注入法 onedropfilling ODF 的新的液晶注入方式 液晶材料与技术 这种方式是在两块基板贴合之前 在框架内侧定量滴下液晶材料 而后在真空中将两块玻璃基板定位贴合 框架密封选用紫外线固化型材料 这种方式不需要注入口 也不需要堵口密封及对液晶材料洗净等 制屏工程更加合理化 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶盒后工程 1 切割工程 scribing breakingsystem 2 液晶注入 密封工程 fillingsystem 3 洗净 倒角工程4 偏光片贴附工程 polarizerstickingsystem 5 检查工程 液晶材料与技术 在完成液晶材料注入 封接 密封之后 在屏四周往往附着多余的液晶材料 需要采用洗净工程清除这些液晶材料的污染 一般是用溶解液晶材料的洗涤剂 由超声波洗净对液晶屏进行洗净 液晶材料与技术 另外 液晶材料注入后 多数情况下液晶材料在显示屏内并非完全呈整齐的取向排列 需要加热使其再取向 在温度上升时 液晶材料发生从液晶相向液体相得相变 再取向发生在比此相变温度略高的温度下 另外 应要求为防止后面的模组部分布线的断线以及确保安全性等 还要对被切断的玻璃边缘及棱角部位进行倒角处理 使边缘角处变圆滑 液晶材料与技术 Beveling 目的 将切裂后的玻璃毛边用磨轮磨出倒角 并去除外围的短路棒 ShortingBar 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 液晶材料与技术 Removeliquidcrystal Seal LC Detergent Dissolve Cleaning 液晶材料与技术 液晶盒后工程 1 切割工程 scribing breakingsystem 2 液晶注入 密封工程 fillingsystem 3 洗净 倒角工程4 偏光片贴附工程 polarizerstickingsystem 5 检查工程 液晶材料与技术 对液晶分子施加电压 可使液晶分子的取向发生变化 但为了使电压信号转变为可观视的图像信号 必须在液晶屏的两侧贴附作为光学材料的偏光片 在贴附偏