LCD制作工艺设计.docx

1、LCD制作工艺设计LCD工艺流程简述一、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）【属于光科技术，详见XX百科】 图检（INSP）清洗干燥（CLEAN）TOP 涂布（TOP COAT） UV 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（CUPI

2、NG FURNACE） 喷衬垫料（SPACER SPRAY） 对位压合（ASSEMBLY） 固化（SEAL MAIN CURING） 讲解：1 ITO 图形的蚀刻：（ITO 玻璃的投入到图检完成） A ITO 玻璃的投入：根据产品的要求，选择合适的ITO 玻璃装入传递篮具中，要求ITO 玻璃的规格型号符合产品要求，切记ITO 层面一定要向上插入篮具中。 B 玻璃的清洗与干燥： 将用清洗剂以及去离子水（DI 水）等洗净ITO 玻璃，并用物理或者化学的方法将ITO 表面的杂质和油污洗净，然后把水除去并干燥，保证下道工艺的加工质量。 光刻技术（1.气相成底模 2.旋转烘胶3.软烘4.对准和曝光5.曝

3、光后烘焙（PEB）6.显影7.坚膜烘焙8.显影检查）C 涂光刻胶： 在ITO 玻璃的导电层面上均匀涂上一层光刻胶，涂过光刻胶的玻璃要在一定的温度下作预处理： D 前烘：在一定的温度下将涂有光刻胶的玻璃烘烤一段时间，以使光刻胶中的溶剂挥发，增加与玻璃表面的粘附性。 E 曝光：用紫外光（UV）通过预先制作好的电极图形掩模版照射光刻胶表面，使被照光刻胶层发生反应，在涂有光刻胶的玻璃上覆盖光刻掩模版在紫外灯下对光刻胶进行选择性曝光：（如图所示） F 显影：用显影液处理玻璃表面，将经过光照分解的光刻胶层除去，保留未曝光部分的光刻胶层，用化学方法使受UV 光照射部分的光刻胶溶于显影液中，显影后的玻璃要经过

4、一定的温度的坚膜处理 G 坚膜：将玻璃再经过一次高温处理，使光刻胶更加坚固。 H 刻蚀：用适当的酸刻液将无光刻胶覆盖的ITO 膜蚀掉，这样就得到了所需要的ITO 电极图形， 注：ITO 玻璃为（In2O3 与SnO2）的导电玻璃，此易与酸发生反应，而用于蚀刻掉多余的ITO，从而得到相应的拉线电极。 I 去膜：用高浓度的碱液（NaOH 溶液）作脱膜液，将玻璃上余下的光刻胶剥离掉，从而使ITO 玻璃上形成与光刻掩模版完全一致的ITO 图形。（即按客户要求进行显示的部分拉线蚀刻完成，如图） J 清洗干燥：用高纯水冲洗余下的碱液和残留的光刻胶以及其它的杂质。 二、特殊制程：（TOP 膜的涂布到固化后清

5、洗） 一般的TN 与STN 产品不要求此步骤，TOP 膜的涂布工艺是在光刻工艺之后再做一次SiO2 的涂布，以此把刻蚀区与非刻蚀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等，因此大部分的高档次产品要求有TOP 涂布。 三、取向涂布（涂取向剂到清洗完成） 此步工艺为在蚀刻完成的ITO 玻璃表面涂覆取向层，并用特定的方法对限向层进行处理，以使液晶分子能够在取向层表面沿特定的方向取向（排列），此步骤是液晶显示器生产的特有技术。 A 涂取向剂：将有机高分子取向材料涂布在玻璃的表面，即采用选择涂覆的方法，在ITO 玻璃上的适当位

6、置涂一层均匀的取向层，同时对取向层做固化处理。（一般在显示区） B 固化： 通过高温处理使取向层固化。 C 取向摩擦：用绒布类材料以特定的方向摩擦取向层表面，以使液晶分子将来能够沿着取向层的摩擦方向排列。如TN 型号摩擦取向：45 度 D 清洗： 取向摩擦后的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。 四、空盒制作：（丝网印刷到固化） 此步工艺是把两片导电玻璃对叠，利用封接材料贴合起来并固化，制成间隙为特定厚度的玻璃盒。制盒技术是制造液晶显示器的最为关键的技术之一。（必须严格控制液晶盒的间距） A 丝印边框及银点：将封接材料（封框胶）用丝网印刷的方法分别对上板印上边框胶和

7、和下板玻璃印是导电胶。 B 喷衬垫料： 在下玻璃上均匀分布支撑材料。将一定尺寸的衬垫料（一般为几个微米）均匀分散在玻璃表面，制盒时就靠这些材料保证玻璃之间的间距即盒厚。 C 对位压合： 按对位标记上与下玻璃对位粘合，将对应的两片玻璃面对面用封接材料粘合起来。 D 固化： 在高温下使封接材料固化。固化时一般在上下玻璃上加上一定的压力，以使液晶盒间距（厚度保持均匀）。五、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 一次清洗（CLEAN） 再定向（HEATING） 光台

8、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）液晶面板通俗流程液晶面板后段模块（LCM）: 面板的制程可划分为三个阶段，一是前段的半导体制程（array），也就是把晶体管的薄膜层做在玻璃基板上，中段则为灌液晶的组立制程（cell），即把彩色滤光片的玻璃与晶体管薄膜层的玻璃，组合

9、在一起，中间灌入液晶。再来就是后段，即为面板模块，也就是把cell的背后加上背光板、铁件与一些IC零件，成为所谓的面板模块。面板前段与中段都是高度自动化的制程，是台湾当局禁止赴大陆投资项目。至于后段的组装，则是用人力来组装。制造TFT-LCD主要有三个重要的流程：1.阵列制程2.组立制程3.模组制程最后就是我们看到的产品了. 1.阵列制程 1)一片表面光滑,没有任何杂质的玻璃,是制造TFT玻璃基板最主要的原料.在制作之前,需用特殊的冼净液,将玻璃洗得干干净净,然后脱水,甩干.2)要使玻璃基板镀上金属薄膜,需先将金属材料放在真空室内,让金属上面的特殊气体产生电浆后,金属上的原子就会被撞向玻璃,然

10、后就形成一层层的金属薄膜了. 3)镀完金属膜后，我们还要镀上一层不导电层与半导电层，在真空室内，先将玻璃板加温，然后由高压电的喷洒器喷洒特殊气体，让电子与气体产生电浆，经过化学反应后，玻璃上就形成了不导电层与半导体层。4)薄膜形成后，我们要在玻璃上制作电晶体的图案。首先，要进入黄光室喷上感光极强的光阻液，然后套上光罩照射蓝紫光进行曝光，最后送到显影区喷洒显影液，这样可以去除照光后的光阻，还可以让光阻层定型哦。5)光阻定型后，我们可用蚀刻进行湿式蚀刻，将没有用的薄膜露出，也可用电浆的化学反应进行干式蚀刻，蚀刻后再将留下的光阻以溜液去除，最后就产生电晶体所需要的电路图案了。6)要形成可用的薄膜电晶

11、体，需要重复清洗，镀膜，上光阻，曝光，显影，蚀刻，去光阻等过程，一般来说，要制造TFT-LCD，就要重复5到7次。2组立制程 1)完成薄膜电晶体玻璃基板后，我们就要进行液晶面板的组合了，液晶面板是由电晶体玻璃基板与彩色滤光片组合而成，首先，我们要先将玻璃洗干净，再进行下一个步骤。TFT-LCD的整个制造过程都必须在无尘室内，这样才不会有杂质在显示器里面。 2)彩色滤光片是以化学涂布的方式，在玻璃上形成红、绿、蓝的颜色，整齐排列后再覆盖一层会导电的薄膜即完成。3)在整个组合的过程中，首先我们要为布满电晶体的玻璃和彩色滤光片涂上一层化学薄膜，然后再进行配向的动作。4)在组合二片玻璃板之前，我们要先

12、平均布满类似球状的隙子固定间隔，以免液晶面板组合后，二片玻璃向内凹曲。通常液晶面板在组合时，会留下一个或二个缺口，以利后续灌入液晶，接着就以框胶及导电胶封在二片玻璃边缘，如此就完成玻璃的组合了。5)封完边框之后，就将液晶面板放到真空室，透过刚才预留的缺口把液晶面板的空气抽掉，然后籍助大气压力灌入液晶，再将缺口封闭，而液晶是一种介于固体和液体之间的化合物质，具有规则分子排列的特性。6)最后再贴上二片垂直方向的偏光片，整片液晶面板即算完成。3)在整个组合的过程中，首先我们要为布满电晶体的玻璃和彩色滤光片涂上一层化学薄膜，然后再进行配向的动作。4)在组合二片玻璃板之前，我们要先平均布满类似球状的隙子

13、固定间隔，以免液晶面板组合后，二片玻璃向内凹曲。通常液晶面板在组合时，会留下一个或二个缺口，以利后续灌入液晶，接着就以框胶及导电胶封在二片玻璃边缘，如此就完成玻璃的组合了。5)封完边框之后，就将液晶面板放到真空室，透过刚才预留的缺口把液晶面板的空气抽掉，然后籍助大气压力灌入液晶，再将缺口封闭，而液晶是一种介于固体和液体之间的化合物质，具有规则分子排列的特性。6)最后再贴上二片垂直方向的偏光片，整片液晶面板即算完成。3模组制程 1)偏光片贴附完成后，我们即开始在液晶面板的两侧搭载DRIVE IC，DRIVE IC是很重要的驱动零件，是用来控制液晶颜色，亮度开关的。2)然后再将DRIVE IC 的

14、入力端与电路板藉着焊锡焊接导通。这样讯号就可以顺利发出，然后控制面板上的影像了。3)液晶面板的光线就是从背光源发出来的，在组装背光源之前，我们会先检查组合完的液晶面板有无完善，然后再组装背光源，背光源就是液晶面板后的光线来源。4)最后，再将CELL与铁框以螺丝锁定。5)再来就进入了最后关键的测试过程，将组立完成的MODULE做老化测试，在通电及高温状态，筛选出品质不良的产品。6)品质最优的产品，就可以包装出货了。这样，液晶面板经过许多检验测试的程序，才能把最完美的产品交给客户，这样才算是真正的完成整个液晶显示器的制作过程。名词解释TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜场

15、效应晶体管LCD，是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。in-cell touch指的是将触控功能整合於LCD面板制程中LCD是液晶显示器的统称。其中分TN, STN, TFT,以及AMOLED。档次和现实效果：TNSTNTFTAMOLED, 现在普通的手机基本上用TFT了，像iphone和HTC等等高档的智能机都用AMOLED了坏点(dot defect) 所谓坏点，是指液晶显示器上无法控制的恒亮或恒暗的点。Mura是指显示器亮度不均匀造成各种痕迹的现象（mura本来是一个日本字）显示器的对比是这样定义的 在暗室之中，白色画面下的亮度除以黑色画面下的亮度，因此白色越亮、黑色越暗，

16、则对比值越高色饱和度 (color gamut) 色饱和度是指显示器色彩鲜艳的程度亮度 亮度是指显示器在白色画面之下明亮的程度，单位是cd/m2, 或是nit。 视角(一) 液晶显示器由于天生的物理特性，使得使用者从不同角度去看时画面品质会有所变化。 与正看时相比，斜看的时候，转到当画面品质已经变化到无法接受的临界角度时，称之 为该显示器之视角。视角的定义有三种 1. 对比 从斜的方向去看液晶显示器，与正看时相比，白色部分会变暗，黑色部分 会变亮，因此对比会下降，一般定义当对比下降到10的时候的角度为该显 示器的视角，也就是定义大于此视角的时候黑白已经不易分辨。一般面板厂商与监视器 厂商规格书

17、上对于视角的定义最常使用这一条。 2. 灰阶反转 理论上显示器从零灰阶(黑色)到二五五灰阶(白色)应该是灰阶数越高则越亮，但是液晶 显示器在某个大角度的时候有可能看到低灰阶反而比高灰阶还亮，也就是看到类似黑白 反转的现象，这种现象称之为灰阶反转。定义不会产生灰阶反转现象的最大角度为视角 ，也就是超过这个角度就有 可能看到灰阶反转，而灰阶反转是无法接受的影像品质。 这个定义和第一个定义的差别在于用对比定义只考虑零灰阶和二五五灰阶，而灰阶反转 是考虑所有的灰阶。 3. 色差 从不同角度去看液晶显示器，会发现颜色会随着角度而变化，比如说本来是白色画面变 得比较黄或比较蓝，或是颜色变得比较淡等等。随着

18、角度变大，当颜色的变化已经大到 无法接受的临界点时，定义该角度为视角。 成品TFT-LCD主要部件是LCM,LCM是由panel板和背光源(back light)组成。Panel板是整个液晶显示器的核心部分，它的制造工艺也是最复杂的。人们通常所说的亮点也就是在panel板的制造过程中发生的。背光源的好坏能直接影响显示效果，它通常也是影响液晶显示器的寿命的关键所在。2.1 液晶材料及其性能特点液晶是物质存在的一种特殊形态，它既不同于具有固定形状而在光学性质上具有各向异性的固态晶体（具有双折射等光学性能），又不同于没有固定形状在光学性质上具有各向同性的液体，而是一种在光学性质上具有各向异性（具有双

19、折射等光学特性）的粘稠液体。 人们认识到存在液晶这类特殊性能的物质已经有一百多年了，人们在研究中发现一些固态晶体在加热到一定温度后能转变成液晶，并把这类液晶称为致热性液晶，在显示技术和光电技术中应用的就是这类液晶。人们在研究中还发现在动植物体中某些固态物质溶解后具有液晶的特性，这些物质往往在生物体的新陈代谢或生命过程中起到重要作用，并把这类液晶称为溶质性液晶。从分子结构上可把液晶分为向列型、层列型和胆甾型三大类。在层列液晶中，棒状分子排列成层状结构，构成分子相互平行排列，与层面近似垂直。这种分子层间的结合较弱，层与层间易于相互滑动，因此，层列液晶显示出二维液体的性质。但与通常的液体相比，其粘度

20、要高得多。在向列液晶中，棒状分子都以相同的方式平行排列，每个分子在长轴方向可以比较自由的移动，不存在层状结构，因此，富于流动性，粘度较小。胆甾相液晶与层列液晶同样形成层状结构，分子长轴在层面内与向列液晶相似呈平行排列。但是相邻层面间分子长轴的取向方位多少有些差别，整个液晶形成螺旋结构。胆甾相液晶的各种光学性质，例如旋光性、选择性光散射、圆偏光二色性等都是基于这种螺旋结构。虽然人们早已发现液晶这种物体的存在，但在发现它之后的很长一段时间里对它的研究仍停留在实验室阶段。，而且未找到实际应用。但从二十世纪三十年代开始经过科学家们坚持不断的探索，对液晶材料的研制、有关理论的研究以及应用都取得了许多重要

21、的成果。平面显示上的应用就是其中重要的成果之一。平面显示上应用的液晶材料需要具有较高的双折射率、有较高的介电各向异性、较低的液态黏度等性能。从目前投入实用的液晶材料的化学结构看，主要有胆甾醇酯类、联苯芳烃类、二苯乙炔类、多炔类等。 2.2 Panel板的结构及其工作原理2.2.1扭曲向列（TN）液晶显示器扭曲向列（TN 是英文Twisted Nematic的字头缩写）液晶是带有90扭曲的向列液晶。扭曲向列液晶显示器是在上世纪七十年代出现的，它除了具备液晶显示所需的基本特点外，还具有对比度高、制作技术简单、成本低等特点。目前在便携式计算器、钟表、仪器仪表中大量使用的多是这种类型的液晶显示器。目前

22、国内液晶显示器厂家生产的也多是这类产品。 扭曲向列（TN）液晶显示器是由两块ITO玻璃板之间夹着扭曲向列（TN）液晶材料形成的，液晶的厚度一般为5m，其具体厚度与液晶材料的双折射率有关，在上下ITO玻璃基板上面涂一层取向层，利用液晶分子与取向层表面的相互作用力，利用液晶分子与表面摩擦定向方向平行排列并带有23的倾斜角如图1-3所示。上下基片摩擦定向方向成90，使液晶分子扭曲成90，同时液晶中掺入少量手性剂材料，起到决定液晶分子扭曲方向的作用。在上下玻璃基片的外侧贴有偏振片，偏振片的光轴与玻璃基片的摩擦方向一致，从而在液晶显示屏上得到常白的显示。当入射光偏振面随液晶分子转动90，使偏振光通过偏振

23、片，即得到亮态。当施加电压时正性液晶分子随电场方向排列，线偏振光偏振面不变，偏振光不能通过出射光一侧的偏振片得到暗态，所以液晶显示器就是一个电控制的光阀。但由于扭曲向列（TN）液晶显示器目前在参数最佳化的条件下，它实际上最大的扫描行数只能达到32，信息容量很小，而且由于它只能做成黑白、单色、低对比度（20：1）的液晶显示器，视角只有30，比较狭窄，面板尺寸最大只有三寸，所以在很大程度上限制了他的应用范围。目前只能用在电子表、计算器、简单的掌上游戏机上。没有倾斜角的话,液晶对电压随机移动的可能性高,因此向一个方向以任意的角度立起来. 2.2.2 薄膜晶体管（TFT）液晶显示器薄膜晶体管（TFT）

24、液晶显示器是在扭曲向列（TN）液晶显示器中引入薄膜晶体管开关而形成的有源矩阵显示，从而克服无源矩阵显示中交叉干扰、信息量少、写入速度慢等缺点，大大改善了显示品质，使它可应用到计算机高分辨率全色显示等领域。目前采用的薄膜晶体管（TFT）是建立在非晶硅薄膜晶体管（-Si TFTAM-LCD）结构基础上的。图1-4 TFT-LCD Panel板的结构在下层玻璃基板上建有TFT阵列，每个像素的ITO电极与TFT漏电极联结，栅极与扫描总线连结，原源电源与信号总线连结。施加扫描信号电压时，原源电极导通使信号电压施加到存储电容器上并充电，在帧频内存储电容器的信号电压施加到液晶像素上，使之处于选通态。再一次寻

25、址时，由信号电压大小来充电或放电。这样各像素之间被薄膜晶体管开关元件隔离，既防止了交叉干扰又保证了液晶响应速度满足于帧频速度，同时以存储信息大小来得到灰度级，目前灰度已可达到256级，可得到1670万种颜色，几乎可获得全色显示。从上世纪90年代形成产业以来，薄膜晶体管（TFT）液晶显示器的生产线已由第一代发展到了第六代，没换代一次基板玻璃的面积都大幅增加，而且产量不断提高、成本不断降低。如第七代薄膜晶体管（TFT）液晶显示器生产线的玻璃基板尺寸将达到1870*2200mm，目前可制成的液晶电视屏94cm(37inch),笔记本电脑屏幕的最大尺寸为38.1cm(15inch),监视器屏幕最大尺寸

26、达63.5cm(25inch)。薄膜晶体管（TFT）液晶显示器的另一种发展趋势是薄型化、轻量化、低功耗化。基于新型材料的开发、制造工艺技术的革新、设备精度和自动化程度的提高及软件技术的进步，使得薄膜晶体管（TFT）液晶显示器产品的更新换代的速度非常快。 2.3 背光源（Backlight）的结构及其原理2.3.1背光源的分类及灯管（Lamp）的构造Backlight (以下称为B/L)按Lamp(灯管)的排列方式分Direct Light Type和Side Light Type. Side Light Type需要起将自侧面的Lamp上出射的光向B/L正面出光作用的导光板,但Direct L

27、ight Type是自Lamp出射的光直接向B/L正面出光,因此不需要导光板。 图1-6 Direct Light Type和 Side Light Type TFT-LCD B/L光源使用的灯管是阴极荧光灯(Cathode Fluorescent Lamp),自外部供应一定的电压,在阴极上放出电子, 扫描荧光体而作出可视光线的光源。CFL的构造大体由玻璃板、电极、密封气体(Hg,Ar,Ne)、荧光体构成。CFL是将自密封的水银发生的紫外线扫描在玻璃管内壁涂的荧光体而发生可视光。为使少量的水银易启动，并为抑制阴极物质的蒸发，在玻璃管內密封氩. CFL的种类按放出电子的机构有CCFL (Cold

28、 Cathode Fluorescent Lamp)和 HCFL (Hot Cathode Fluorescent Lamp)两种。图1-7 CCFL的构造2.3.2 背光源的构造Lamp是自Inverter(反向交流器)接收高电压而发生可视光线的光源。主要使用CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp).还有HCFL(Hot Cathode FluorescentLamp)。Lamp housing反射自Lamp出光的光源, 入射到导光板上。使用黄铜、铝以及黄铜上附合Ag等材料的薄膜反射Light guide Panel (导光板)主要使用丙烯（PMMA)以Inje

29、ction Molding或Casting的方法而制作的，导光入射的光源，并且具有均匀分布光源的作用。Reflector主要是聚醚(PET)器材上为减少导光板入射的光源损失，具有反射功能。 Diffuser Down (扩散Sheet)主要是聚醚(PET)器材上以丙烯类树脂形成球形的形状，均匀扩散自导光板出光的光源，同时起集光的作用。 Bottom Prism主要是聚醚(PET)器材上以丙烯类树脂起规则地形成棱柱形状而集光的作用.辉度增加率为user表面的1.55倍。Top Prism具有与Bottom Prism同样的功能，以Bottom Prism表面的1.33倍增加辉度.Prism以相互

30、十字交叉布置，收集X轴和Y轴方向的光源。Diffuser Up (Protector Film)具有与Diffuser Down同样的构造，以保护Prism的作用为主要目的，亦称为保护膜。要使用透过性的Diffuser，由此，多少带来Top Prism集光的光源损失，但为减少Prism特性的不良而使用。图1-8 背光源(Backlight)的构造 第3章 TFT-LCD的制造工序3.1薄膜晶体管(TFT)制造工序 TFT的制造工序分坚膜、清洗、Photo、刻蚀、脱膜、检测六大工序。如图所示3.1.1坚膜工序坚膜工序是指将Gate电极、Data(Source/Drain)电极、像素电极、绝缘膜、

31、保护膜以及半导体膜, 以物理或化学方法,使其在Glass(玻璃)上形成膜的工序。Gate电极、Data(Source/Drain)电极、像素电极是金属物质(铝、铬、ITO、钼)，利用Sputtering（溅射）物理方法，再Target(主要是金属)和Glass之间的Plasma（离子区）, 将Target物质贴在Glass上。Plasma（离子区）是两个电极之间注入的不活性Gas上施加高电压, 从而离子化生成。离子化的不活性Gas在Target上冲击, 然后脱掉的Target物质移到Glass而形成膜 图2-2绝缘膜、保护膜、半导体膜是利用化学方式的PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)工序，即利用两个电极之间注入Gas之后施加高频率电源而生成的Plasma(等离子)，在Glass上生成膜的方式3.1.2 清洗工序 清洗工序是指将初期投入或工序中Glass或膜表面的污染、Particle事先除去，以免发生不良的工序。