毕业设计论文TFTLCD显示技术.docx

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毕业设计论文TFTLCD显示技术

摘要

知识经济的到来代表着人类逐步进入信息化社会。

数字技术、多媒体技术的迅速发展以及家庭与个个人电子信息系统的逐步推广，人们对信息的显示需求的要求越来越迫切、广泛，其要求也越来越高。

以往电视机与电脑显示器采用的CRT（阴极射线管）均有体积大、重量重、荧屏尺寸大小受限等缺点，替代CRT开发新一代的显示技术变得尤其必要与先觉性。

其中，平板显示（FPD）技术自20世纪90年代开始迅速发展并逐步走向成熟。

由于平板显示具有清晰度高、图像色彩好、省电、轻薄、便于携带等优点，已被广泛应用于上述信息产品中，具有广阔的市场前景。

在FPD是市场中，薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）凭着其低压、低功耗、显示信息量大、易于彩色化、寿命长、无辐射等优异特性占据整个平板显示技术的主导地位。

液晶显示器广泛应用于计算机和消费电子中，横跨1英寸到100英寸的市场，液晶显示器的市场规模巨大，已占平板显示市场的90%，因此，我国显示器产业将重点发展TFT-LCD领域。

本文首先介绍了TFT-LCD显示技术的发展概况，以及其的结构特点来整体认识TFT-LCD。

然后详细介绍了TFT-LCD制造的工艺过程，包括前段制程Array玻璃基板的制作、中段制程Cell玻璃基板的对盒及液晶的灌注、后段制程模块组装三大步骤并对其原理进行了阐述。

最后通过对市场的需求及发展现状的分析对其应用做了研究。

关键词TFT-LCD的发展概况；结构特点；工艺过程；原理；市场应用

第1章绪论

什么是TFT-LCD？

TFT-LCD即thin-filmtransistorliquid-crystaldisplay的缩写，意即薄膜电晶体液晶显示器。

简单地说，TFT-LCD面板可视为两片玻璃基板中间夹着一层液晶，上层的玻璃基板是与彩色滤光片（ColorFilter）、而下层的玻璃则有电晶体镶嵌于上。

当电流通过电晶体产生电场变化，造成液晶分子偏转，借以改变光线的偏极性，再利用偏光片决定画素（Pixel）的明暗状态。

此外，上层玻璃因与彩色滤光片贴合，形成每个画素（Pixel）各包含红蓝绿三颜色，这些发出红蓝绿色彩的画素便构成了面板上的影像画面。

液晶显示器，特别是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。

1.1TFT-LCD的发展概况

TFT-LCD是结合了半导体技术和液晶光学技术而创造出的新型显示技术。

液晶最早被发现与1888年，但直到1971年TN型LCD推出后，LCD产业才真正进入发展期。

随着半导体技术的发展和有源矩阵概念的提出，TFT-LCD技术开始逐步成型，并与20世纪90年代初期在日本开始产业化。

TFT-LCD液晶显示器广泛应用于电视机、笔记本电脑、显示器、手机显示屏等各个方面。

TFT-LCD具有电压低、功耗小、重量轻、厚度薄、适于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特性，在平面显示技术中占据了主导地位。

目前，TFT-LCD正在凭借其环保、无辐射和节能方面的优势加速替代传统CRT显示器，已经成为市场规模最大的显示器件。

近几年，随着大屏幕平板电视的迅速发展，大尺寸产品成为TFT-LCD产业发展的最大增长点。

LCD技术的发展已历经两代，第一代技术以小型化、轻量化和薄型化为主，主要应用对象是笔记本电脑，第二代则以高亮度、高色再现性和宽视角的大尺寸产品为代表，主要应用领域是电视机和监视器。

目前的发展阶段介于第二代和第三代之间，其技术的开发重点是：

突破LCD自身的各种局限性，提高其作为多媒体电视显示器的动画显示性能，并大力简化制造工艺以确保其在价格上具有竞争力。

1.2产品市场驱动技术发展的趋势

TFT-LCD属于市场驱动技术型产业。

TFT-LCD技术与产品已成为平板现实的主流，在2005年就已经超过500亿美元，雄踞各类显示技术的榜首，预期在未来几年还将保持快速增长的势头，各大厂商都纷纷投入大量人力、物力和财力对工艺技术、产品技术进行技术研究，技术的发展趋势。

1.2.1大尺寸的市场需求是驱动技术发展的主力

由于LCD由PC液晶显示器和笔记计算机（NB）向应用液晶电视发展，过去TFT-LCD主要用于Monitor、NB、PDA和手机显示器，随着TFT-LCD技术的飞速发展，TFT-LCD正向高端LCD-TV方向发展，LCD-TV对TFT-LCD在高分辨率、响应速度、色纯、高度、对比度、视角等指标方面都提出更高的技术要求，需要在TFT-LCD基本结构和基本机理以及工艺制造和驱动技术方面寻求突破。

由此可见，大尺寸将是液晶的主要发展方向。

由于液晶自身是不发光的，依赖电场作用下对透过率的调制来实现图像的显示，而背光源一直处于工作状态，同主动发光器件相比，更难于降低暗态的亮度，所以提高对比度是LCD-TV非常艰巨的任务，需要综合考虑多方面的因素，包括像素设计、TFT结构设计与工艺的改进、液晶材料、彩色滤光膜、偏振片等等。

近年来在对比度方面已取得了明显的进展，LG飞利浦、友达光电和奇美光电通过改进背光控制技术，实现了高于5000:

1的动态对比度，夏普公司的一款37英寸样机对比度高达百万比一，虽然在实际应用中看不到百万比一的对比度有什么意义，但这一结果说明了LCD在对比度方面有很大的改进空间，可以和主动发光显示器件相竞争。

LCD技术在大尺寸液晶电视领域迅速发展的同时，应用于移动通讯的小尺寸显示器件也在不断进步，特别是为满足3G移动通讯的要求，分辨率不断提高，2.4英寸的QVGA产品已经进入市场。

1.2.2低产品成本策略是依靠新技术提升高良率

TFT-LCD技术的进步和成本的降低，有赖于相关材料技术的支持，如TFT部分使用的金属配线材料，液晶屏部分使用的液晶、彩色滤光膜、偏振片，模组部分使用的背光源和控制驱动芯片等，近年来在技术方面都有相当的进步，并将继续成为降低成本、改善显示性能的关键。

TFT-LCD生产工艺技术方面，如何在越来越大尺寸的玻璃上实现高良率，对于原来的制程技术带来很大挑战。

光刻胶的均匀涂敷、高精度曝光、均匀的成膜、蚀刻控制、TFT性能检测、缩短和保证液晶注入、成盒问题的检测技术等成为TFT-LCD需要及时解决的问题。

为了提高产品的性能和降低成本而进行的众多技术开发，如新的液晶注入技术、COA技术、有机TFT技术、低温多晶硅技术、SOG技术都是未来TFT的技术研发的方向。

1.2.3响应时间趋短的需求促使LCD全面超越CRT

更大尺寸的显示屏与更快的响应时间一直是LCD显示器的两大发展趋势。

通常情况下，LCD显示器的响应时间达到5毫秒，拖影现象就完全不被人的肉眼所察觉，因此5毫秒被认为是LCD显示器响应时间的终极速度。

尤其是OCB（OpticallyCompensatedBend,光学补偿弯曲排列）和FSC（fild-sequential-color,场序彩色显示）技术，OCB模式所独有的优越响应速度特性，结合FSC技术能够大幅降低TFT-LCD的制造成本，同时获得优越的色特性、视角特性、响应特性、亮度和对比度特性，制造出性能近乎完美的液晶电视。

在点距分辨率、亮度、对比度、可视角度直至响应时间等技术指标趋于成熟和稳定之后，显示色彩技术成为LCD显示器的下一个技术特点，尽管LCD色彩显示技术上已经有了很大改善，但依然落后于传统的CRT显示器呈现的显示效果。

为了迎合用户不断提高的色彩需求，主流LCD生产厂利用PD（PixelDithering像素抖动）算法和FRC（FrameRateContro帧速率控制）技术，大力改善6bit面的色彩显示技术。

1.3TFT-LCD的特点

随着九十年代初TFT技术的成熟，彩色液晶平板显示器迅速发展，不到10年的时间，TFT-LCD迅速成长为主流显示器，这与它具有的优点是分不开的。

主要特点是：

（1）使用特性好：

低压应用，低驱动电压，固体化使用安全性和可靠性提高；平板化，又轻薄，节省了大量原材料和使用空间；低功耗，它的功耗约为CRT显示器的十分之一，反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右，节省了大量的能源；TFT-LCD产品还有规格型号、尺寸系列化，品种多样，使用方便灵活、维修、更新、升级容易，使用寿命长等许多特点。

显示范围覆盖了从1英寸至40英寸范围内的所有显示器的应用范围以及投影大平面，是全尺寸显示终端；显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高对比度，高响应速度的各种规格型号的视频显示器；显示方式有直视型，投影型，透视式，也有反射式。

（2）环保特性好：

无辐射、无闪烁，对使用者的健康无损害。

特别是TFT-LCD电子书刊的出现，将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代，引发人类学习、传播和记栽文明方式的革命。

（3）适用范围宽，从-20℃到+50℃的温度范围内都可以正常使用，经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃。

既可作为移动终端显示，台式终端显示，又可以作大屏幕投影电视，是性能优良的全尺寸视频显示终端。

（4）制造技术的自动化程度高，大规模工业化生产特性好。

TFT-LCD产业技术成熟，大规模生产的成品率达到90%以上。

（5）TFT-LCD易于集成化和更新换代，是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合，继续发展潜力很大。

目前有非晶、多晶和单晶硅TFT-LCD，将来会有其它材料的TFT，既有玻璃基板的又有塑料基板。

第2章TFT-LCD制程原理

TFT-LCD的三段主要的制程：

前段Array——前段的Array制程与半导体制程相似，但不同的是将薄膜电晶体制作于玻璃上，而非矽晶圆上。

中段Cell——中段的Cell，是以前段Array的玻璃为基板，与彩色滤光片的玻璃基板结合，并在两片玻璃基板间灌入液晶（LC）。

后段ModuleAssembly（模组组装）——后段模组组装制程是将Cell制程后的玻璃与其他如背光板、电路、外框等多种零组件组装的生产作业。

TFT-LCD必须在精密的无尘室内，经过300道以上的制程生产出来。

无尘室的洁净度，最高等级可达「10」，即是在无尘室环境内，每立方尺只有10颗粉尘。

如见图2-1

图2-1TFT-LCD的基本制造流程

2.1Array工艺

Array工程工艺在玻璃基板上制造出TFT电路。

主要工程包括：

镀膜（ThinFilm）、光刻（Photo）、刻蚀（Etch）。

如下图2-2示：

一．首先，液晶分子的运动与排列都需要电子来驱动，因此在液晶的载体——TFT玻璃上，必须有能够导电的部分，来控制液晶的运动，这里将会用ITO（IndiumTinOxide,透明导电金属）来做这件事情。

ITO是透明的，也成薄膜导电晶体，这样才不会阻挡光。

镀膜又分为Sputter（利用物理溅射的原理沉积金属膜层，如Mo、Al）和PECVD（利用化学气相沉积的方法沉积导体或非金属膜层，如a-Si）。

液晶分子排列的不同以及快速的运动变化，才能保证每个像素精准显示相应的颜色，并且图像的变化精确快速，这就要求对液晶分子控制的精密。

。

首先，需要在TFT玻璃板上沉积ITO薄膜层，这样整块TFT玻璃上就有了一层平滑均匀的ITO薄膜。

然后用离子水，将ITO玻璃洗净，准备进入下一步骤。

图2-2成膜\Pattern详细工程图

首先在下一步之前要进行清洗。

清洗是为了除掉玻璃表面的杂质和油污，通过化学药剂与有机溶剂与玻璃表面的杂质发生化学反应，然后用有机溶剂溶解杂质。

除此之外还附加有以加热、超声、抽真空等物理措施。

最后用高纯度的水和去离子水冲洗干净。

清洗的方法有用有机溶剂清洗，有用碱性溶液加超声波清洗，还有用中性清洗剂清洗时，首先用甲苯清洗，然后用丙酮清洗残余油脂和甲苯，再用乙醇溶解