LCD工艺知识

LCD工艺知识编制:罗万林LCD的结构（侧面图）LCD的结构（侧面图）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。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。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。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。LCD显示原理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。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: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。前清洗技术要求：玻璃干净,明亮,无水渍,无污物。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。涂胶•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。曝光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。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。显影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。检验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。检验固化(坚膜)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）。蚀刻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。蚀刻蚀刻时，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。脱膜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。PI前清洗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。涂定向层(PI)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。固化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。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。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。摩擦摩擦是在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。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。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。丝印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。喷粉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。贴合热压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。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。打粒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。灌液晶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。封口在灌注完液晶后，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。封口后清洗封口完后，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。目测目测，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