LCD工艺知识PPT课件

1 LCD工艺知识 编制 罗万林 深圳市万昊达科技有限公司 2 LCD的结构 侧面图 3 上偏光片 下偏光片 玻璃基板 玻璃棒 塑料球 液晶 ITO导电层 导通点 边框胶 定向层 PI 玻璃基板 ITO导电层 定向层 PI LCD的结构 侧面图 4 LCD显示原理 我们在了解LCD的显示原理之前 要首对它的结构和材料特性有所认识 偏光片 也叫偏振片 它有一个很重要的特性 就是当它们的偏光轴相互平行时 光线不能通过 当它们的偏光轴相互垂直时 光线可以通过 偏光轴 偏光轴 偏光轴 偏光轴 光线 光线 光线被阻拦 光线通过 5 LCD显示原理 定向层 PI PI是一种高绝缘材料 在LCD中 主要是起到定向的作用 也就是在PI上摩擦出沟糟 让LCD中的液晶分子按照摩擦的方向排列 如果没有摩擦 液晶分子也就是杂乱无章的排列了 当然也就起不到显示的效果 PI 摩擦后沟糟 没有摩擦 摩擦后 液晶分子按同一方向整齐排列 没有摩擦 液晶分子杂乱无章排列 液晶分子 6 LCD显示原理 ITO导电玻璃 是一种导电的特殊性材料 在LCD中 主要是为了刻蚀成所需显示的图案 在两片ITO导电层之间 通电后 重叠部分形成电场 没有ITO导电层的部分不会形成电场 液晶在电场的作用下 发生转变 使光线可以直接通过 液晶分子 通电后形成电场 电场 非ITO部分 ITO ITO 断电时 7 LCD显示原理 液晶 liquidcrystals 是在某个温度范围内兼有液体和晶体特性的物质 液晶有电光效应 液晶的电光效应 是指液晶在外电场下的分子的排列状态发生变化 从而引起液晶盒的光学性质也随之变化的一种电的光调制现象 因为液晶具有介电各向异性和电导各向异性 因此外加电场能使液晶分子排列发生变化 进行光调制 同时由于双折射性 可以显示出旋光性 光干涉和光散射等特殊的光学性质 液晶的热光学效应 是指因温度的变化而导致液晶分子排列改变的一种光学效应 加热到清亮点以上呈各向同性液体 在急冷后液晶盒呈白浊态 渐冷后 液晶盒呈透明态 液晶的扭曲效应 液晶在液晶盒内平行排列 在排列方向上下玻璃之间成90度扭转 液晶也会相应发生90度旋转 当入射光进入时 光线也会随之发生90度旋转 这就是它的扭曲效应 8 LCD显示原理 上偏光片 下偏光片 定向层 液晶分子 光线 光线 偏光轴 偏光轴 光线通过 光线被拦截 上下玻璃基板摩擦呈90度 液晶在整齐排列的情况下 也呈90度旋转 光线也随之呈90度旋转 通电后 液晶分子发生转变 棒状分子呈竖状排列 光线直接通过 不发生旋转 偏光轴 偏光轴 9 ITO是一种氧化铟或氧化锡的导电金属层 和酸发生强烈反应 在强碱环境中易被腐蚀 常见的ITO玻璃分以下三种结构 ITO导电玻璃 SIO2阻挡层厚度 200 500埃 ITO导电层厚度 250 2000埃 SIO2绝缘层厚度 500 1000埃 10 ITO导电玻璃 按类型分为 TN和STN 玻璃基板按厚度分 0 4 0 55 0 7 1 1mm 11 LCD工艺流程图 来料检验 前清洗 涂胶 烘干 曝光 显影 坚膜 酸刻 脱膜 PI前清洗 涂定向层 固化 摩擦 丝印边框 丝印导通点 预烘 喷粉 贴合 热压 切割 划片 分粒 插篮 灌晶 整平 封口 固化 清洗 插篮 清洗 烘干 目测 电测 磨边 磨角 外丝印 烘干 贴片 检片 脱泡 上管脚 检验 包装入库 注 此流程不包括特殊工艺 如 BLACKMASK VA 等等 12 前清洗 2 加热控制 加热温度控制器 温度保持在40 45 3 清洗白玻璃 首先必须用测试笔判断正反面 正面朝上 原边靠右 1 将B C两槽各加清洗剂2 3杯 主要根据涂胶效果作适当微调 4 为使机器正常工作 必须周期性检查和保养 13 风刀 前清洗 超声波 超声波 下喷淋水管 技术要求 玻璃干净 明亮 无水渍 无污物 14 涂胶 涂胶是光刻的首道工序 是在ITO玻璃表面涂一层光刻胶 光刻胶应在低温下避光保存 在使用前要对其粘度进行测试 因为粘度过高 涂层抗蚀性虽然提高 但其分辩率下降 而胶粘度低时分辩率提高 抗蚀能力又较差 所以之前我们要加入一定量的稀释剂 在充分搅拌后静止一段时间测量其粘度 使之达到要求后才使用 15 涂胶 缺胶 光刻胶 脏点 ITO 玻璃基板 涂胶后 涂胶质量要求 1 胶与玻璃之间粘附良好 不能有胶脱落现象 2 涂层厚度均匀一致 不能有厚有薄 不然在显影和酸刻时会出现图形缺陷 3 涂层表面不能有条纹 针孔 脏点 突起等缺陷 一片玻璃胶层有效区表面不允许0 2mm的点超过3粒存在 脏点或针孔在玻璃3mm以外可放行 在涂胶后一定要烘干 使胶内溶剂充分挥发 使胶膜干燥 增加胶膜与ITO表面的粘附性和胶膜的耐磨性 光刻胶在干燥的情况下 才能充分的进行光化反应 在烘干过程中 如果温度过低或时间不足 胶膜内溶剂未充分挥发 曝光显影时 未受光的部分也被溶除形成浮胶状或使图案变形 烘的时间过长或温度过高 会导致胶膜翘曲硬化 在显影时会显不出图形或图形留有底膜 16 曝光 光刻胶 平台 涂胶后玻璃 图案菲林 紫外灯管 曝光后 光化反应后的光刻胶 曝光机 曝光就是在涂好光刻胶的玻璃表面覆盖菲林 掩模版 通过紫外光进行选择性照射 使受光照部分的光刻胶发生光化反应 改变了这部分胶膜在显影液 碱液 中的溶解度 在显影过程中 显影液与光化反应后的光刻胶发生反应 不与菲林挡住的光刻胶发生反应 从而得到与菲林相同的图案 17 曝光 曝光之前 1 要先准备好将要使用的菲林 检查菲林是否完好 有无划伤 脏点 药膜面有无做反 视角标识是否正确等 2 曝光机的紫外光灯打开预热 待电源稳定 3 将准备好的菲林装在曝光机架上 调好菲林与平台的相应位置 曝光过程 曝光过程中要控制好曝光时间和曝光机紫外光的光线强度 曝光时间过长或紫外光强度太高 图案很容易变细 图案走线显影后容易断开 曝光时间太短或紫外光强度不足 会使紫外光与光刻胶的光化反应不充分 显影后会留有底膜或造成短路 注意事项 1 曝光机开机时 要先开风扇 再点亮灯管 关机时 要先关灯管 待几分钟后再关风扇 2 贴菲林时 图案要居中 3 作业过程中要控制好曝光位置 以便后面工序加工 4 未曝光之前的涂胶玻璃不能被白日光灯照射 以免光刻胶失效 5 长时间没有用的涂胶玻璃不要用于生产 18 显影 上喷淋管 风刀 下喷淋管 显影液 碱液 段 纯水段 切液 显影就是将感光部分的光刻胶溶除掉 留下未感光部分的胶膜 从而显示出所需的图形 显影液一般采用浓度较低的碱液 氢氧化钠或氢氧化钾 显影时必须控制好显影液的温度 浓度和显影时间 显影温度过高 浓度较大 或时间过长 显影液容易从未曝光的光刻胶边缘浸入图形 使图形边缘变差 变细或光刻胶大片脱落 19 检验 显影过或曝光过足 显影线 图案整体变细 模糊不清 显影完之后的检验直接影响到成品的合格率 涂胶 曝光 显影都是光刻工序的重要环节 影响到产品的质量 图缺 白点 1 涂胶时出现脏点或针孔 2 所用菲林有针孔 短路 1 原菲林制作时有误 2 菲林或菲林基板较脏 3 生产过程中出现脏物 4 显影不足 5菲林扎伤 20 检验 曝光时菲林没调平 光刻胶较薄 显影后图案不清晰 合格品 21 固化 坚膜 显影后的玻璃 显影前的玻璃 固化的作用 是为了坚固光刻胶与玻璃的附着力 因为经过显影液浸泡后 光刻胶与玻璃之间的粘附力已下降 如果不经过固化就流到下一工序 产品的图案会残缺 断路 缺画 22 蚀刻 下喷淋管 上喷淋管 切液 风刀 酸刻液段 纯水段 蚀刻是将一定比例的酸液把玻璃上未受保护的ITO膜腐蚀掉 将有光刻胶保护的ITO图形保存下来 最终形成ITO图案 选用的酸液必须是能腐蚀掉ITO 但又不能损伤玻璃表面和光刻胶的 一般选用盐酸 硝酸和水的混合液 23 蚀刻 蚀刻前的玻璃 蚀刻后的玻璃 玻璃基板 ITO 光刻胶 光刻胶 ITO 玻璃基板 蚀刻时 酸液的浓度和酸刻时间的长短 对刻蚀效果影响很大 浓度过大或温度过高 ITO图形变细或走线刻断 酸液浓度过小 温度过低 造成ITO图案刻蚀不完整 图形之间相互连接 造成短路 当然ITO的厚度也会影响酸刻时间的长短 ITO电阻越小 ITO膜越厚 所需酸刻时间越长 24 脱膜 脱膜前的玻璃 脱膜后的玻璃 脱膜是将蚀刻后留在ITO玻璃表面上的光刻胶去除掉 脱膜液普遍采用碱液 氢氧化钠和水的混合液体 相对浓度比显影液高出许多 在脱膜过程中 要加以一定的温度才能取得较好的效果 25 PI前清洗 超声波 上喷淋水管 风刀 超声波 下喷淋水管 清洗是用一定量的清洗剂和DI水 高纯水 将玻璃表面的残胶 杂质 碱液冲洗 并加以毛刷进行刷洗掉 26 涂定向层 PI 涂胶轮 定向层 PI ITO图案 玻璃基板 涂PI胶后的玻璃 涂PI是为液晶分子的排列作准备 PI也就是我们所说的导向膜或定向层 LCD使用的PI导向膜固含成份在原液中是小分子化合物 它在高温下产生聚合反应 形成带很多支链的长链大分子固体聚合物聚酰胺 聚合物分子中支链与主链的夹角就是所谓的导向层预倾角 这些聚合物的支链基团与液晶分子间的作用力比较强 对液晶分子有锚定的作用 可以使液晶按预倾角方向排列 PI按预倾角的大小分为 1 3度的低预倾角TN型PI和4 9度的高预倾角STN型PI 27 固化 固化炉 PI导向膜原液的组份是聚酰亚胺和DMA NMP或BC溶剂 TN型液晶显示器的固化温度一般在250度左右 STN型液晶显示器要在300度左右 PI导向膜涂覆厚度 TN LCD推荐在400 600埃左右 STN LCD推荐在800 1000埃左右 28 涂黑膜 BLANKMASK 丝印黑膜是比较原始的黑膜制作工艺 成本相对较低 对工艺控制也不复杂 但与 旋涂黑膜 工艺相比 精度和效果就比不上了 用丝印的方法涂黑膜目前是一些小厂家比较常用的方法 其原理如图所示 是采用普通丝网挤压而形成 丝印黑膜工艺 是在PI固化后进行操作 涂完黑膜后再进行固化 之后再涂一层低温PI 再固化 之后的就是正常流程了 LCD是由两片玻璃组合而成 黑膜材料只涂在其中一面上 另一面则是正常流程制作的 至于涂在哪一面是没作具体要求的 旋涂黑膜 工艺的流程是不一样 下一页会作介绍 29 旋涂黑膜 BLANKMASK 旋涂黑膜 的工艺如图所示 先在一个会旋转的平台上放置好一面玻璃 在滴入适量的黑膜液材料 之后启动旋转平台 在旋转的作用下 黑膜液材料会均匀的涂附在玻璃上 涂好黑膜材料后 紧接着进行加热烘烤 然后进行显影 把不需要的部份去掉 去掉的部分是显示图案的部份 也就是说把显示的部份空出来 其它非显示区就是全黑的了 旋涂黑膜的工艺流程与丝印黑膜工艺流程的顺序是不一样的 旋涂黑膜工艺是在玻璃脱膜清洗 第25页 后进行的 也是只涂在一面玻璃就行了 30 摩擦 摩擦滚筒 涂PI后玻璃 摩擦机 工作平台 摩擦后 摩擦是在PI上按一定方向磨出沟槽 使液晶按磨出的方向一致性排列 普通TN产品摩擦角度为45度 HTN产品为110度 150度 STN产品为180度 270度 这里所说的角度 是指上下两片玻璃重叠后所形成的夹角 夹角越大 生产出来的产品视角越宽 视角 我们看显示图形的角度 在这里 摩擦平台的速度 滚筒的转速 滚筒压入量的大小 对产品摩擦效果的影响很大 所以在工艺上要好好控制 31 摩擦 没摩擦 液晶分子的排列情况 摩擦后液晶分子的排列情况 PI A B C LCD受视角的限止 在图 C 中 是一个表示视角方向的图 分3点 6点 9点 12点 这是和我们的时钟方式一样的 也就是说我们是根据时钟的方向来定视角的 如果我们产品的视角为6点钟 那么当LCD显示时 我们只有从6点钟这个方向才看得更清晰 从其它方向看就显得比较模糊 而CRT显示器就没有视角之分 这也是LCD显示器比较差的一方面 32 丝印 在丝印工序中 分两个步骤同时进行 一是印银点 导通点 二是印边框胶 环氧树脂 导通点的作用 使上下玻璃的电极相互连接 因为LCD的电角都在一片玻璃上 便于装机 所以要用方法使一片玻璃的导电图案通过导电物质引接到另一片玻璃上 边框胶的作用 主要是起封闭和支撑作用 使之形成一个玻璃盒子 用于液晶的注入 33 丝印 丝印边框平面图 丝印好的边框胶 丝印的原理比较简单 主要是将配制好的框胶 油墨 倒入预先做好的图案丝网上 再用一定硬度的刮板将框胶或油墨挤压到承印物上 34 喷粉 湿喷粉机 粉混合液 平台 喷头 塑料球 喷粉后的产品 喷粉工序所用材料主要是塑料球 它在液晶显示中起着支撑的作用 保持显示器间隙 盒厚 均一 如果LCD中没有塑料球作支撑 LCD的中间部分的盒厚 也就是两片玻璃之间的距离会比边缘的距离小很多 最终造成盒厚不一 底色差异较大 底色 是指在灌液晶后 通过上下偏光片观察到的颜色 35 贴合 印边框后玻璃 印银点后喷粉玻璃 贴合后的产品 将丝印好和喷粉好的两片玻璃按照对位标记组合在一起 玻璃的四周都设计有好几个对位标记 必须对整齐后才可贴合上去 对位标记和对位标准如下图 A面玻璃标记 B面玻璃标记 标准 合格 不合格 36 热压 热压工装 加热管 气囊 气管 热压炉 气压表 热压的目的是为了使边框胶完全固化 使上下两片玻璃粘接牢固 在热压过程中 要施加一定的压力和温度 37 切割 划片 切割是将一整对大玻璃 按照其排版分割成单粒的每个产品 当然经过刀轮切割后不会立即断裂成每个单粒 只是切割出一定深度的线痕 还要后续的打粒操作才能分开成每个单独体 切割设备基本有两种 一种是单刀机 单刀机调试简单 但批量运作较慢 另一种是多刀机 调试复杂 但批量生产效率高 切割的精度和操作控制 会直接影响到客户的装机 和生产厂家的良率 38 打粒 打粒后的产品 LCD 工作台 切割后刀痕 一整对大玻璃可以排列很多个单粒产品 之前的工序都是一整对大玻璃作业流程 而以下的所有工序就要单粒作业了 经过切割后 排列的单粒玻璃并不能分开 还需要用一定压力 通过工具分粒开来 39 灌液晶 液晶 真空室 液晶槽 灌晶机 出气口 进气口 灌液晶是个很重要的工序 其主要原理 是将空盒玻璃置放在一个封闭的容器内 然后将里面的空气抽出达到真空状 再将空盒玻璃与液晶槽里的液晶充分接触 最后打开进气开关 这样就通过气压将液晶灌注到空盒内 注 每个液晶屏都有一个开口 用于液晶注入 灌晶时 一般是开口朝下放置 40 封口 点胶管 在灌注完液晶后 必须要对其进行封口 也就是用UV胶 紫外线固化胶 将开口处封起来 否则会导致液晶外溢 和液晶污染等 封口完后 将其通过紫外线固化炉进固化 这样液晶就密封在里面了 41 封口后清洗 清洗糟 清洗液 超声波 超声波清洗机 封口完后 需要进行清洗操作 将玻璃表面和缝隙里面的残留液晶 油污等清洗掉 如果在这个环节清洗不彻底 将对产品有很大影响 42 目测 目测台 偏光片 LCD 灯管 偏光片 目测 也叫目检 也就是检查LCD的外观和颜色 底色 将外观废品挑除掉 如 黑点 内污 彩虹 底色不均 边框不良 裂片不良 切割不良 破裂 封口不良 水纹 条纹等 43 电测 电测机 电测板 显示图案 COM线 SEG线 导电胶条 电测 也就是检验产品的电性能 如 缺画 同面短路 上下短路 显示不均 鬼影 字朦 图缺 白点 PI点 大电流 视角错误 44 磨边 磨好后玻璃 磨边机 沙轮 一般产品在使用的装配过程中 大致分为三种连接方式 一是导电胶条 二是斑马纸连接 三是管脚连接 而选择第二 三种连接方式 就必须要进行磨边工序 否则会严重影响装配的质量 磨边 就是将产品的电脚部分在砂轮上磨出光滑的圆脚 用于方便装脚和压斑马纸产品 所以也只有装脚和压斑马纸的产品才需要磨边 45 磨角 磨边机 沙轮 轴承 磨好后玻璃 磨角和磨边很类似 磨角是按客户要求 将不需要的部份在砂轮上将其磨掉 46 外丝印 丝印机架 丝网 定位块 LCD 刮刀 油墨 外丝印和内丝印的原理一样 主要是将配制好的油墨 倒入预先做好图案的丝网上 再用一定硬度的刮板将框胶或油墨挤压到承印物上 47 贴片 在第四页我们曾介绍到偏光片的作用 这里我们是介绍贴偏光片的过程 先撕掉偏光片的保护膜 再将其与产品对齐 紧接着用滚轮快速滚过去 这样 偏光片就贴附在产品上了 一个完整的产品需要贴上 下两个偏光片 48 偏光片与产品类型的关系 在这里 我们对偏光片与产品类型的关系作一个介绍 我们的产品大体分为正显和负显 正显又包括 正显全透 反射 半透 高半透 负显产品一般都是全透的 包括 负显蓝膜 黑膜等 所有产品的面片都是透射片 全透产品 是指上 下偏光片都是透射片 反射产品 是指面片是透射片 底片是反射片 半透产品 是指面片是透射片 底片是半透片 以此类推 刚才说到负显产品都是全透的 是因为它上 下的偏光片都是透射片 49 LCD的两种显示模式 正显 白底黑字 负显 黑底白字 实际上正显和负显的区别就在于显示器上 下偏光片的旋转角度不同而矣 但负显产品的检验要求却要高很多 一个是因为底色不易控制 另外稍有一点缺陷 都会在点亮后显示出来 比如 实际只有0 15mm的黑点 在点亮后 看起来会是0 2mm 而正显却不会这样 50 上管脚 上好管脚后 LCD 在装管脚时 必须先在电脚上点上导电碳浆 然后将准备好的管脚通过夹具装配在电脚上 然后再在两面点上UV固化胶 再通过紫外线固化炉固化 这样管脚就牢固在玻璃上了 最后再将多余长度的管脚部分切掉 注 碳浆在这里起到良好的导通作用 51 包装入库 按照客户之要求包装成品 然后入库 52 VA工艺 VA工艺是最近两年才推出的一类新产品 与黑膜 BLACKMASK 产品类似 与之相比优点在于它具有高对比度 快速响应 缺点在于成本较高 生产工艺控制也较高 VA产品将逐渐代替BLACKMASK产品 也将在家电 汽车 工业控制方面得到更广的应用 VA BLACKMASK 53 VA显示原理 上偏光片 下偏光片 定向层 液晶分子 光线 光线 偏光轴 偏光轴 光线通过 光线被拦截 VA类产品与普通类型的LCD原理是相反的 在断电情况下 液晶分子是垂直排列的 所以偏光轴垂直时光线不能透过 只能看到黑色 在通电情况下 液晶发生扭转 光线随之旋转 形成同一偏光轴 光线便