LCD生产流程

LCD生产流程

作者：41233X01 蔡晓烨

一、摘要

LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。一般地，TFT-LCD由上基板组件、下基板组件、液晶、驱动电路单元、背光灯模组和其他附件组成，其中：下基板组件主要包括下玻璃基板和TFT阵列，而上基板组件由上玻璃基板、偏振板及覆于上玻璃基板的膜结构，液晶填充于上、下基板形成的空隙内。LCD的制造工艺有以下几部分：在TFT 基板上形成TFT阵列；在彩色滤光片基板上形成彩色滤光图案及ITO导电层；用两块基板形成液晶盒；安装外围电路、组装背光源等的模块组装。

二、目录

1、前言

2、LCD流程介绍

（1）LCD显示基本结构和原理

（2）工艺流程简介

3、LCD的主要制造工序

1、前言

一般地，TFT-LCD由上基板组件、下基板组件、液晶、驱动电路单元、背光灯模组和其他附件组成，其中：下基板组件主要包括下玻璃基板和TFT阵列，而上基板组件由上玻璃基板、偏振板及覆于上玻璃基板的膜结构，液晶填充于上、下基板形成的空隙内。在下玻璃基板的内侧面上，布满了一系列与显示器像素点对应的导电玻璃微板、TFT半导体开关器件以及连接半导体开关器件的纵横线，它们均由光刻、刻蚀等微电子制造工艺形成。

在上玻璃基板的内侧面上，敷有一层透明的导电玻璃板，一般为氧化铟锡（Indium Tin Oxide, 简称ITO）材料制成，它作为公共电极与下基板上的众多导电微板形成一系列电场。若LCD 为彩色，则在公共导电板与玻璃基板之间布满了三基色（红、绿、蓝）滤光单元和黑点，其中黑点的作用是阻止光线从像素点之间的缝隙泄露，它由不透光材料制成，由于呈矩阵状分布，故称黑点矩阵（Black matrix）。

2、LCD流程介绍

工艺流程简述

前段工位：ITO玻璃的投入—玻璃清洗与干燥—涂光刻胶—前烘烤—曝光显影—蚀刻—去膜—图检—清洗干燥—TOP涂布—烘烤—固化—清洗—涂取向剂—固化—清洗—丝网印刷—烘烤—喷衬垫料—对位压合—固化

后段工位：切割—Y轴裂片—灌注液晶—封口—X 轴裂片—磨边一次清洗—再定向—光台目检—电测图形检验—二次清洗—特殊制程—背印—干墨—贴片—热压—成检外观检判—上引线—终检—包装—入库

一、LCD显示基本结构和原理：

一般TN型液晶显示器结构如图所示。

1、偏光片：偏光片有一个固定的偏光轴。偏光片的作用是只允许振动方向与其偏光轴方向相同的光通过，而振动方向与偏光轴垂直的光将被其吸收。这样，当自然光通过液晶盒的入射偏光片（称为起偏器）后，只剩下振动方向与起偏器偏光轴相同的光，即成为线性偏振光。

2、ITO 玻璃：在平整的玻璃基板上镀了一层氧化铟锡层。

3、液晶：具有类似晶体的各向异性的液态物质。

4、取向层：液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层有机物聚酰亚胺取向薄层，这个取向层经用毛绒布定向摩擦，在薄层上会形成数纳米宽的细沟槽，从而会使长棒型的液晶分子沿沟槽平行排列。而上下两片玻璃的取向层是相互垂直的。故在液晶层中间的液晶分子是逐渐扭曲的。

扭曲向列相液晶显示的工作原理

如下图：

排列盒 无外加电压（）

排列盒

有外加电压（）

上图表示了在正交偏光片之间设置TN 排列液晶盒时的电光效应，在这种情况下，自然

光经过偏光片（检偏）后出射垂直振动方向的偏振光，经过90度扭曲时，偏振方向亦顺着

液晶旋转了90度。故无外加电压时光能透过，图5-2-2（a），而在施加一定电压时，由于液晶分子发生了偏转，分子长轴方向与电场方向一致,光的旋光性消失，光被遮断，图5-2-2（b）。如果把电极制作成图形，即实现了显示。

但如果在平行偏光片之间设置TN排列液晶盒，则光的透过与遮断关系就恰好与上述情形相反。这种TN效应已成为目前正在广泛普及的TN型液晶显示元件的工作原理并获得实际应用，可以用于实现白色背景上黑色图案或者黑色背景上白色图案的显示。

二、工艺流程简介：

液晶显示器主要由ITO导电玻璃、液晶、偏光片、封接材料（边框胶）、导电胶、取向层、衬垫料等组成。液晶显示器制造工艺流程就是这些材料的加工和组合过程。

液晶显示器制造全部过程大体分为40多道工序，其中实际TN-LCD制程有20多道工序。实际STN-LCD制程有30多道工序。有些工序是特殊制程，只当客户有特殊要求才实施。这些工序又可分为ITO图形刻蚀（光刻）、取向排列、空盒制作、液晶灌注和成品检测与包装五个阶段。下面按顺序具体介绍液晶显示器的制造过程。

1、ITO图形刻蚀（光刻）：

本阶段是在导电玻璃上刻蚀出显示所需要的ITO电极图形。在流程图上它包括的工艺步骤是①~②。

①ITO玻璃投入（GRADING）

根据产品要求，选择合适的ITO玻璃装入传递篮具中，它要求ITO玻璃的规格型号符合产品要求。装篮要切记ITO层面一定朝上插入篮具中，如图1所示。

ITO膜

玻璃基板

图1 ITO玻璃结构图

②玻璃清洗与干燥（CLEANING）

工序的第一步是将符合后产规格的ITO玻璃用清洗剂、去离子水（DI水）等清洗干净，并用物理或化学的方法将ITO玻璃表面的杂质、油污洗净，然后把水除去并干燥，保证下道工序的加工质量。

③涂光刻胶（PR COA T）

在洁净的ITO玻璃的导电层表面上均匀涂上一层光刻胶。涂过胶的玻璃要在一定温度下做预烘处理，如图2所示。

光刻胶

ITO膜

玻璃基板

图2 ITO玻璃上涂光刻胶

④前烘（PREBAKE）

在一定的温度下将涂有光刻胶的玻璃烘一段时间，以使光刻胶中溶剂挥发，增加与玻璃表面的粘附性。

⑤曝光（EXPOSURE）

有紫外光通过预先制作好的电极图形掩模版照射光刻胶表面，使被照部分的光刻胶层发生反应。在涂有光刻胶的玻璃上覆盖光刻掩模版，在紫外光灯下对光刻胶进行选择曝光，如图3所示。

图3 曝光示意图

光刻胶⑥显影（DEVELOP ）

用显影液处理玻璃表面，将经过光照分解的光刻胶层（正性胶）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一定温度的坚膜处理，如图4所示。

玻璃基板

ITO膜

光刻胶图4显影效果图

⑦坚膜（MAIN CURE ）

将玻璃再经一次高温处理，使光刻胶膜更加坚固。

⑧刻蚀（ETCHING ）

用适当的酸刻液将无光刻胶覆盖的ITO 膜腐蚀掉，这样就得到了所需要的ITO 电极图形，如图5所示。

图5刻蚀效果图

光刻胶

ITO膜玻璃基板

⑨去膜（STRIP CLEAN ）剥离

用高浓度（NaOH ）作脱膜液，将玻璃上剩余的光刻胶剥离掉，使ITO 玻璃上形成与光刻掩模版图形完全一致的ITO 图形，如图6所示。

玻璃基板

ITO膜

图6剥离效果图

⑩清洗干燥（CLEAN ）

用高纯水冲洗玻璃上剩余的碱液、残留光刻胶和其他杂质。 2、取向排列

本阶段过程是在刻蚀后的ITO 玻璃表面涂敷取向层，并用特定的方法对取向层进行处理，以使液晶分子能在取向层表面沿特定方向取向，这是液晶显示器生产的特有技术。

①涂取向剂（PI PRINT ）

用一定的方法，将有机高分子取向材料涂在玻璃表面。即采用选择涂覆的方法，在ITO 玻璃上的适当位置涂一层均匀的取向层。同时对取向层做固化处理，如图7所示。

玻璃基板

ITO膜

取向层

图7涂取向层

②固化（MAIN CURE ）

通过高温处理使取向层固化。

③取向摩擦（RUBBING ）

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沿着这个方向排列。根据产品要求，在玻璃的取向层上按一定方向摩擦，使成盒后的液晶分子沿取向层的摩擦方向排列。 3、空盒制作

本分阶段是将两片导电玻璃对叠，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关键技术之一。

①丝印边框及银点（SEAL/SHORT PRINTING ）

将封接材料（封框胶）用丝网印刷的方法分别对上板和下板玻璃印上边框胶和导电胶。

②喷衬垫料（SPACER SPRAY ）

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，制盒时就靠这些衬垫料保证一定的盒厚。

③对位压合（ASSEMBL Y ）

按对位标记上、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。 ④固化（SEAL MAIN CURING ）

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，以使盒厚保持均匀。

4、液晶灌注

本阶段是把液晶灌入到制好的空盒内，并将注入口封堵，这样液晶盒就基本制成了。

①切割（1st SCRIBING ）与裂片（BREAK OFF ）

通常一对ITO 玻璃可以制作多个液晶盒，为了把液晶注入口露出来，必须把玻璃适当切割成条（或粒），如图8所示。

图8整盒切裂成条

②灌注液晶（LC INJECTION ）

一般用专门的液晶灌注机，在真空的状态下将液晶注入液晶盒内。

③封口（END SEALING ）

用封口材料（如封口树脂）将灌完液晶的液晶盒注处口封堵起来，如图9所示。

图9封口示意图

④分粒（2nd SCRIBING）

如果是成条灌注的，则将其分成单个的液晶盒。

⑤清洗（CLEAN）

用洗洁剂清洗液晶盒外部粘附的液晶及其他污物。

⑥再配向（HEATING）

用适当加温一段时间的办法使液晶分子按摩擦方向整齐排布。

5、成品检测及包装

①光台检验（VISUAL INSP）

目视检测，将不合格品剔出。在光台下检查液晶盒外观质量，外观正品交下道工序。

②电测图形检验（ELECTRICAL INSP）

加电状态下检查液晶屏的显示图形（参考产品外观图）。

③贴偏光片（POLARIZER ASSEMBL Y）

在液晶盒两面贴上产品所规定的上、下偏光片，这样一个完整的液晶显示器就制成了。

④消泡（CLEA VER）

用特殊的工具将液晶盒上贴的偏光片磙压一下，以消除偏光片与玻璃之间的气泡。

⑤外观检验（FQC）

对液晶盒进行外观检查，并对一些情况做处置。

⑥上引线（BIT PIN）

对用户有上引线要求的产品安装适当的金属电极引线，如图10所示。

⑦终验（FINAL INSP）

按出厂检验标准，对待出厂产品进行检验把关。

⑧包装（PACKING）

根据产品要求选择合适包装盒对产品进行包装，即可出厂销售。

⑨入库（IN STOCK）

检验合格的产品包装好入成品库。

3、LCD的主要制造工序：

1.ARRAY(阵列)工序：

主要是制造TFT基板及彩色滤光片(CF基板)。

流程：玻璃清洗-->成膜-->清洗-->光刻胶涂布-->曝光-->刻蚀-->光刻胶剥离-->清洗-->测试

2. CELL(面板成型)工序：

将前工序ARRAY制成的TFT玻璃基板与CF玻璃基板经过配向处理、对位贴合后灌入液晶。

流程：TFT&CF玻璃基板清洗-->配向膜形成-->清洗-->框胶-->间隔散布-->液晶灌注-->对位压合-->切割裂片-->偏光板贴付-->点灯检查

3 .MODULE(模组构装)工序：

将CELL工序加工完成的面板与TAB、PCB、背光(BackLight)模组、外框等多种周边零部件进行组装。

流程：ACF贴片-->IC接合-->涂塑-->背光板框架组装-->环境测试-->检查测试

看完FLASH或许大家对液晶的基本构造还不是很理解，那么就仔细看下图，笔者在下文中给大家解释液晶的基本原理。

液晶面板的组成结构

从上图可以看出液晶面板各部分分离后更像一个多层三明治，了解这些部件的作用前我们先了解一下液晶的基本成像原理。事实上液晶材质本身是不发光的，从上图我们可以看出夹在彩色滤光片(CF基板)和TFT玻璃间的液晶主要是起到类似相机快门的作用，通过施加电压的变化来改变液晶分子的偏转角度进而控制从背光源传送过来的光线通透。再通过彩色滤光片形成拥有色泽和明暗层次感的画面。

液晶面板的基本结构：

前框：前框是金属或塑胶材质的外框，用来保护LCD的边缘并防止静电放电冲击和加固LCD结构。

水平偏光片：偏光片是一种只允许某偏振方向的光线才能通过的光学片板，能将自然光转换成直线偏光的光学元件。其作用机制是将直角的入射光线经过水平偏光片后使水平方向的光线通过，另一部分垂直方向的光线则被吸收，或利用反射和散射等作用使其屏蔽。在制作LCD的过程中，必须上下各用一片，并且成交错方向置入，主要用途是在有电场与无电场时使光源产生位相差而呈现敏感的状态，用以显示字幕或图案。

彩色滤光片：彩色的LCD需要用到彩色滤光片，经由控制IC的信号处理，使得从背光源发射的强光经由彩色滤光片进而产生彩色的画面。彩色滤光片制作在玻璃基板之上，将红，绿，蓝三原色的有机光阻材料制作在每一个像素之内。

液晶：液态晶体是种特殊物质，除了具有一般固体晶体的变折射特性外，同时又具有液体的流动性，液态分子的排列方向可以通过电场或磁场来控制。

TFT玻璃：TFT玻璃面板拥有数百万个TFT DECICE和控制液晶区域的ITO（透明导电金属）排列成一个矩阵组成的，因此被称为阵列，FLASH的第一部分就是描述的这一部分的制造过程。

垂直偏光片：偏光片是一种只允许某方向的光线才能通过的光学片板，能将自然光转换成直线偏光的光学元件。

驱动IC与印刷电路板：该部分主要功能输出需要的电压至像素，以控制液晶分子的扭转程度。

扩散片：扩散片的作用是将背光模组射出的光源扩散，并使其亮度均一。

扩散板：和扩散片的功能类似，为液晶显示器提供一个均匀的面光源。

胶框：主要是用来固定整个背光模组，放置不当碰撞脏污等对背光板模组功能的损害及影响。

背光源：因为液晶材质本身不发光，所以必须依靠额外光源来达到显示的功能，光源一般位于液晶显示器面板后方，故称为背光源。

背板：将背光源，液晶显示器，电路等固定在外框结构架上的设备，它用于LCD的最终组装。

主控制板：LCD的驱动控制电路板，将影像输入的讯号转为LCD的显示讯号。

背光模组点灯器：背光模组点灯器是将有电源供应器的直流电压讯号转为高频高压脉冲交流电，并持续点亮背光模组中的冷阴极灯管。