液晶显示的制造工艺流程

液晶显示的制造工艺流程液晶显示的制造工艺流程 班级 11115D36 姓名 李家兴 摘要 液晶显示的制造工业流程可分为前段工位 ITO 玻璃的投入 grading 玻璃清洗与干燥 CLEANING 涂光刻胶 PR COAT 前烘烤 PREBREAK 曝光 DEVELOP 显影 MAIN CURE 蚀刻 ETCHING 去 膜 STRIP CLEAN 图检 INSP 清洗干燥 CLEAN TOP 涂布 TOP COAT 烘烤 UV CURE 固化 MAIN CURE 清洗 CLEAN 涂取向剂 PI PRINT 固化 MAIN CURE 清洗 CLEAN 丝网印刷 SEAL SHORT PRINTING 烘烤 CUPING FURNACE 喷衬垫料 SPACER SPRAY 对 位压合 ASSEMBLY 固化 SEAL MAIN CURING 后段工位 切割 SCRIBING Y 轴裂片 BREAK OFF 灌注液晶 LC INJECTION 封口 END SEALING X 轴裂片 BREAK OFF 磨边 次清洗 CLEAN 再 定向 HEATING 光台目检 VISUAL INSP 电测图形检验 ELECTRICAL 二次清洗 CLEAN 特殊制程 POLYGON 背印 BACK PRINTING 干 墨 CURE 贴片 POLARIZER ASSEMBLY 热压 CLEAVER 成检外观 检判 FQC 上引线 BIT PIN 终检 FINAL INSP 包装 PACKING 入库 IN STOCK 前言 前言 在学习这门可的时候我只知道液晶是一种我们平常的见到的显示屏 从来 没考虑过这种东西的制造和历史 现在我知道了液晶是一种高分子材料 因为 其特殊的物理 化学 光学特性 20 世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示 技术上 人们熟悉的物质状态 又称相 为气 液 固 较为生疏的是电浆和 液晶 液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生 它们可以流动 又拥有结晶 的光学性质 液晶的定义 现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶 相 在较低温度为正常结晶之物质 而液晶的组成物质是一种有机化合物 也 就是以碳为中心所构成的化合物 同时具有两种物质的液晶 是以分子间力量 组合的 它们的特殊光学性质 又对电磁场敏感 极有实用价值 液晶显示器大致可分为 TN LCD STN LCD TFT LCD TN LCD TN LCD TN 全称为 Twisted Nematic Twisted Nematic 翻译成中文就是 扭曲排列 的意思 TN 面板价格便宜 响应速度快 由于 TN 面板生产成本相对低廉 因此 TN 技术的液晶面板目前被广泛运用于中 低端液晶显示器之中 早期的 TN 面板 由于技术原因最高只能显示 26 万色 后来通过对 TN 面板的改良 首先 通过 抖动 技术可以使其获得超过 1600 万种色彩的表现能力 其次 采用了 补偿膜的方法 使得 TN 面板的可视角度大幅度提高 目前市场上的 TN 面板均 为此类改良型面板 可视角度都可以达到 160 在显示的响应速度上 TN 面板由于输出灰阶级数较少 液晶分子偏转速度 快 因此很容易将响应速度提高 通常 8ms 以下响应速度的液晶显示器 大 多都是采用了 TN 面板 另外 TN 属于软屏 用手指轻划屏幕的话 会有类似 水纹的现象 故此采用 TN 面板的液晶显示器在使用时需要更为细心的保护 避 免笔或其他尖锐的物体接触屏幕 以免造成损坏 在厚度不到 1 厘米的 TN LCD 液晶显示屏 面板中 通常是由两片大玻璃 基板 内夹着彩色滤光片 配向膜等制成的夹板 外面再包裹着两片偏光板 它们可决定光通量的最大值与颜色的产生 彩色滤光片是由红 绿 蓝三种 颜色构成的滤片 有规律地制作在一块大玻璃基板上 每一个像素是由三 种颜色的单元 或称为子像素 所组成 假如有一块面板的分辨率为 1280 1024 则它实际拥有 3840 1024 个晶体管及子像素 每个子像素 的左上角 灰色矩形 为不透光的薄膜晶体管 彩色滤光片能产生RGB 三原 色 每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽 上下夹层中填充了多层液 晶分子 液晶空间不到 5 10 6m 在同一层内 液晶分子的位置虽不规则 但长轴取向都是平行于偏光板的 另一方面 在不同层之间 液晶分子的长 轴沿偏光板平行平面连续扭转 90 度 其中 邻接偏光板的两层液晶分子长 轴的取向 与所邻接的偏光板的偏振光方向一致 在接近上部夹层的液晶分 子按照上部沟槽的方向来排列 而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向 排列 最后再封装成一个液晶盒 并与驱动IC 控制 IC 与印刷电路板相 连接 在正常情况下光线从上向下照射时 通常只有一个角度的光线能够穿透下 来 通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中 再通过液晶分子扭转排列的通路从 下偏光板穿出 形成一个完整的光线穿透途径 而液晶显示器的夹层贴附了两 块偏光板 这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同 当液 晶层施加某一电压时 由于受到外界电压的影响 液晶会改变它的初始状态 不再按照正常的方式排列 而变成竖立的状态 因此经过液晶的光会被第二层 偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态 结果在显示屏上出现黑色 当液晶 层不施任何电压时 液晶是在它的初始状态 会把入射光的方向扭转 90 度 因 此让背光源的入射光能够通过整个结构 结果在显示屏上出现白色 为了达到 在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩 多个冷阴极灯管必须被使 用来当作显示器的背光源 STN LCD STN LCD STN LCD Super Twist Netamic LCD 超级扭曲液晶显示器 其中大屏幕 高驱动路数的彩色 STN LCD 主要供工业控制机显示之用 而小屏幕 64 路以 下低驱动路数的黑白 STN LCD 主要供手机 话亭电话机 商务通 股票机 卫 星定位仪等等之用 STNSTN 技术原理 技术原理 STN 型的显示原理与 TN 相类似 不同的是 TN 扭转式向列场效应的液晶分 子是将入射光旋转 90 度 而 STN 超扭转式向列场效应是将入射光旋转 180 270 度 要在这里说明的是 单纯的 TN 液晶显示器本身只有明暗两种情形 或称 黑白 并没有办法做到色彩的变化 但如果在传统单色 STN 液晶显示器加上一 彩色滤光片 color filter 并将单色显示矩阵之任一像素 pixel 分成三 个子像素 sub pixel 分别通过彩色滤光片显示红 绿 蓝三原色 再经由 三原色比例之调和 也可以显示出全彩模式的色彩 另外 TN 型的液晶显示器 如果显示屏幕做的越大 其屏幕对比度就会显得较差 不过藉由 STN 的改良技 术 则可以弥补对比度不足的情况 它的好处是功耗小 具有省电的最大优势 TFT LCD TFT LCD TFT Thin Film Transistor LCD 即薄膜场效应晶体管 LCD 是有源矩阵类 型液晶显示器 AM LCD 中的一种 液晶平板显示器 特别 TFT LCD 是目前唯 一在亮度 对比度 功耗 寿命 体积和重量等综合性能上全面赶上和超过 CRT 的显示器件 它的性能优良 大规模生产特性好 自动化程度高 原材料 成本低廉 发展空间广阔 将迅速成为新世纪的主流产品 是 21 世纪全球经济 增长的一个亮点 和 TN 技术不同的是 TFT 的显示采用 背透式 照射方式 假想的光源 路径不是像 TN 液晶那样从上至下 而是从下向上 这样的作法是在液晶的背部 设置特殊光管 光源照射时通过下偏光板向上透出 由于上下夹层的电极改成 FET 电极和共通电极 在 FET 电极导通时 液晶分子的表现也会发生改变 可 以通过遮光和透光来达到显示的目的 响应时间大大提高到 80ms 左右 因其具 有比 TN LCD 更高的对比度和更丰富的色彩 荧屏更新频率也更快 故 TFT 俗称 真彩 相对于 DSTN 而言 TFT LCD 的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关 器件 由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制 因而每个节点都相对独立 并可以进行连续控制 这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度 同时也 可以精确控制显示灰度 这就是 TFT 色彩较 DSTN 更为逼真的原因 应用应用 目前 绝大部分 笔记本电脑厂商的产品都采用 TFT LCD 早期的 TFT LCD 主要用于笔记本电脑的制造 尽管在当时TFT 相对于 DSTN 具有极大的 优势 但是由于技术上的原因 TFT LCD 在响应时间 亮度及可视角度上与 传统的 CRT 显示器还有很大的差距 加上极低的成品率导致其高昂的价格 使得桌面型的 TFT LCD 成为遥不可及的尤物 不过 随着技术的不断发展 良品率不断提高 加上一些新技术的出现 使得 TFT LCD 在响应时间 对比度 亮度 可视角度方面有了很大的进步 拉近了与传统 CRT 显示器的差距 如今 大多数主流LCD 显示器的响应时 间都提高到 16ms 以下 这些都为 LCD 走向主流铺平了道路 主流的主流的 TFTTFT 面板面板 LCD 的应用市场应该说是潜力巨大 但就液晶面板生产能力而言 全世界的 LCD 主要集中在中国台湾 韩国和日本三个主要生产基地 亚洲是LCD 面板研发及 生产制造的中心 而台 日 韩三大产地的发展情况各有不同 目前主流的 TFT 面板有 a Si 非晶硅薄膜晶体管 TFT 技术和 LTPS TFT 低温多晶硅 TFT 技术 在 a Si 方面 三个生产基地的技术各有千秋 日本厂商曾经研制出分 辨率高达 2560 2048 的 LCD 产品 因此 有些人认为 a Si TFT 技术完 全可满足高分辨率的产品需要 但是 由于技术的不成熟 它还不能满足高 速视频影像或动画等的需要 LTPS TFT 相对可以节约成本 这对于 TFT LCD 的推广有着重要意义 目前 日本厂商已经有量产 12 1 英寸 LTPS TFT LCD 的能力 而中国 台湾已开发完成 LTPS 组件制造技术与 LTPS SXGA 面板技术 韩国在这方面缺少专门的设计人员和研发专家 但像三星等主要 企业已经推出了 LTPS 产品 显示出韩国厂商的实力 不过 目前LTPS 技 术尚不成熟 产品集中在小屏幕 而且良品率低 成本优势尚无从谈起 与 LTPS 相比 a Si 无疑是目前 TFT LCD 的主流 日该公司的 a SiTFT 投资策略上几乎都以第三代 LCD 产品为主 通过制造技术及良品 率的改善来提高产量 降低成本 日本一直走高端路线 其技术无疑是最先 进的 由于研发力量有限 台湾的 a Si TFT 技术主要来自日本厂商的转让 但由于台湾企业一般属于 劳动密集型 技术含量价低 以生产低端产品为主 韩国在 a Si 方面有着强大的研发实力 比如三星公司就量产了全球第一台 24 寸 a Si TFT LCD 240T 它的响应时间小于 25ms 可以满足一般应用需 要 而可视角度达到了 160 度 使得 LCD 在传统弱项上不输给 CRT 三星 240T 标志着大屏幕 TFT LCD 技术走向成熟 也向世人展示了韩国厂商的实 力不容置疑 国国际际技技术术水水平平和和现现状状 TFT LCD 技术已经成熟 长期困扰液晶平板显示器的三大难题 视角 色饱和度 亮度已经获得解决 采用多区域垂直排列模式 MVA 模式 和 面内切换模式 IPS 模式 使液晶平板显示的水平视角都达到了170 度 MVA 模式还使响应时间缩短到 20ms a a TN FieldTN Field 从技术角度来看 TN Field 解决方案是最简单的一种 TFT 显示器制 造商将过去用于老式 LCD 显示器的扭曲向列 TN Twisted Nematic 技术 同 TFT 技术相结合 从而有了 TN Field 技术 这项技术主要就是通过显示 屏覆盖一层特殊的薄膜 来扩大可视角度 可以把可视角度从 90 度扩大 到大约 140 度 如图 6 所示 TN Field 同标准 TFT 显示器一样都是通过排 列液晶分子来实现对图象的控制 它在上表面覆盖一层薄膜来增大可视角度 不过 TFT 显示器相对弱的对比度和缓慢的反应时间这些缺点仍然没有改 变 所以 TN FIELD 这种方式并不是做好的解决方案 除了它的造价最便宜 之外没有任何可取之处 b IPS b IPS In PlaneIn Plane SwitchingSwitching IPS 就是 In Plane Switching 的简称 意思就是平板开关 又称为 Super TFT 最早由 Hitachi 日立 开发 现在 NEC 和 Nokia 也使用此项技 术制成显示器 这项技术同扭曲向列显示器 TN Film 的不同就在于液晶 分子相对于基本排列方式不同 当加上 电压之后液晶分子与基板平行排列 IPSIPS 技术和传统的液晶显示器的对比技术和传统的液晶显示器的对比 采用这项技术的显示器的可视角度达到了170 度 已经同阴极射线管 的可视角度相当了 不过这项技术也有缺点 为了能让液晶分子平行排列 电极不能象扭曲向列显示器 TN Film 一样 在两层基板上都有 只能放 在低层的基板上 这样导致的直接结果就是显示器的亮度和对比度明显的 下降 为了提高亮度和对比度 只有增强背光光源的亮度 这样一来 反应 时间和对比度相对于普通 TFT 显示器而言更难提高了 所以这项技术似乎也 不是最好的解决方案 c MVA Multi Domain c MVA Multi Domain VerticalVertical Alignment Alignment MVA 多区域垂直排列技术 是由日本 富士通 Fujitsu 公司开发的 单从技术的角度看 它兼顾了可视角度和反应时间两个方面 找到了一个折 中的解决方法 MVA 技术使得可视角达到了 160 度 虽然不如 IPS 能达 到的 170 度的可视角度 不过它 仍然是好的 因为这项技术能够提供更好 的对比度和更短的反应时间 MVA 中的 M 代指 multi domains 多区域的意思 图 8 所示 那些紫色的突起 protrusion 构成了所谓的区域 富士通目前生产的 MAV 显示器中一般就有这样 4 个区域 VA 是 vertical alignment 的简称 意为垂直排列 不过单从字面 上看会产生一些误解 因为液晶分子并不是如图所示的 突起 protrusion 完全垂直 请看图 8 所示黑色示意图 当电压生成一个电场 时 液晶分子如图相互平行排列 这样背光光源就能穿过 而且能将光线向 各个方向发散 从而扩大了可视角度 另外 MVA 还提供了比 IPS 和 TN Film 技术都快的反应时间 这对于取 得良好的视频回收和残视觉效果都是非常重要的 MVA 液晶显示器的对比度 也有所提高 不过同样也会随着可视度的变换而变化 在采用光学补偿弯曲技术 OCB 的基础上发展起来的场序列全彩色 FSFC LCD 技术不仅取消了占成本三分之一的彩色滤光膜 CF 还可使 分辨率提高 3 倍 透过率提高 5 倍 同时简化了 工艺 降低了成本 彩膜 技术和背光源技术的发展使 TFT LCD 的彩色再现能力达到甚至超过了 CRT 作为商品显示器 TFT LCD 的主要技术指标综合性能在各类显示器件中 是最优秀的 特别是 TFT LCD 产品的大规模生产技术的完善 多品种 多系 列的产品发展空间 应用范围无所不至 最近韩国三星电子已经生产出了 38 英寸单一基板的 TFT LCD 液晶电视和 40 英寸 TFT LCD 显示器 以其优 良的性能向公认的应为 PDP 霸占的大尺寸彩电市场进军 LCD 是所有显示器中耗电最低的产品 以13 3 英寸 XGA TFT LCD 为例 其功耗 1998 年为 4 4 瓦 1999 年为 3 3 瓦 到 2001 年将小于 2 5 瓦 特 别是反射型 TFT LCD 的研制成功 由于取消了背光源 其功耗比透射式 TFT LCD 低了一个数量级 同时由于几改进 低温激光退火多晶硅 P Si 技术成熟 以至最近发展起来的单晶硅技术使得TFT LCD 的响应速度 更快 电路集成化水平更高 锁相环技术的应用 一种功能更新 更全的周 边电路的采用 系统集成 System on glass 技术的发展 使得 TFT LCD 更轻 更薄 13 3 英寸 TFT LCD 其厚度在 1998 年为 7 2mm 1999 年为 5 5mm 2001 年降到 5mm 以下 其重量 1998 年为 580 克 1999 年为 450 克 到 2001 年降到 400 克以下 TFT LCD 的大生产技术也已成熟 已实现 全自动生产 其第五代生产线在 2002 年将进入实用生产阶段 生产成本将 不断下降 TFT LCD 在技术上的成熟与进步以及其特有的性能优势确定了 TFT LCD 最终取代 CRT 的格局 T TF FT T 的的技技术术特特点点 TFT 技术是二十世纪九十年代发展起来的 采用新材料和新工艺的大规 模半导体全集成电路制造技术 是液晶 LC 无机和有机薄膜电致发光 EL 和 OEL 平板显示器的基础 TFT 是在玻璃或塑料基板等非单晶片上 当然也可以在晶片上 通过溅射 化学沉积工艺形成制造电路必需的各种 膜 通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路 LSIC 采用非单晶基板 可以大幅度地降低成本 是传统大规模集成电路向大面积 多功能 低成本 方向的延伸 在大面积玻璃或塑料基板上制造控制像元 LC 或 OLED 开关 性能的 TFT 比在硅片上制造大规模 IC 的技术难度更大 对生产环境的要求 净化度为 100 级 对原材料纯度的要求 电子特气的纯度为99 对 生产设备和生产技术的要求都超过半导体大规模集成 是现代大生产的顶尖 技术 其主要特点有 1 1 大面积 大面积 九十年代初第一代大面积玻璃基板 300mm 400mm TFT LCD 生产线投 产 到 2000 年上半年玻璃基板的面积已经扩大到了680mm 880mm 而预 计在 09 年启动的日本 SHARP 在大阪投资的 10 代线玻璃基板尺寸达到了 2880mmX3080mm 该尺寸玻璃面板可裁切 15 片 42 寸的液晶电视 2 高集成度 高集成度 用于液晶投影的 1 3 英寸 TFT 芯片的分辨率为 XGA 含有百万个象素 分辨率为 SXGA 1280 1024 的 16 1 英寸的 TFT 阵列非晶体硅的膜厚只有 50nm 以及 TAB ON GLASS 和 SYSTEM ON GLASS 技术 其 IC 的集成度 对 设备和供应技术的要求 技术难度都超过传统的LSI 3 功能强大 功能强大 TFT 最早作为矩阵选址电路改善了液晶的光阀特性 对于高分辨率显示 器 通过 0 6V 范围的电压调节 其典型值 0 2 到 4V 实现了对象元的精 确控制 从而使 LCD 实现高质量的高分辨率显示成为可能 TFT LCD 是 人类历史上第一种在显示质量上超过CRT 的平板显示器 现在人们开始把 驱动 IC 集成到玻璃基板上 整个 TFT 的功能将更强大 这是传统的大规模 半导体集成电路所无法比拟的 4 低成本 低成本 玻璃基板和塑料基板从根本上解决了大规模半导体集成电路的成本问题 为大规模半导体集成电路的应用开拓了广阔的应用空间 5 工艺灵活 工艺灵活 除了采用溅射 CVD 化学气相沉积 MCVD 分子化学气相沉积 等 传统工艺成膜以外 激光退火技术也开始应用 既可以制作非晶膜 多晶膜 也可以制造单晶膜 不仅可以制作硅膜 也可以制作其他的 族和