液晶显示的制造工艺流程.doc

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：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12801024，则它实际拥有38401024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510-6m)。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 (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。STN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180270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(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: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TFT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aSi(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25602048的LCD产品。因此，有些人认为，aSi 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aSiTFT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 LCD240T，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。国际技术水平和现状: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) TN+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（In-Plane Switching）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。 IPS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 Vertical 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。TFT的技术特点: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99.999985%），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）大面积九十年代初第一代大面积玻璃基板（300mm400mm）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680mm880mm），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（12801024）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-族半导体薄膜。 （6）应用领域广泛以TFT技术为基础的液晶