液晶屏显示工艺流程论文

液晶显示器制造工艺流程论文

液晶显示工艺流程

摘要：液晶显示的工艺流程可以简述为：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——一次清洗（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：通过液晶显示器选修课的学习，我我们学到了很多原来不知到的东

西，所以在这里我对这次学习做了一个详细的总结。

正文：我们很早就知道物质有固态、液态、气态三种型态。液体分子

质心的排列虽然不具有任何规律性，但是如果这些分子是长形的(或扁形的)，它们的分子指向就可能有规律性。于是我们就可将液态又细分为许多型态。分子方向没有规律性的液体我们直接称为液体，而分子具有方向性的液体则称之为“液态晶体”，又简称“液晶”。

液晶显示器大致可分为TN-LCD;STN-LCD;TFT-LCD。

TN-LCD:

TN全称为Twisted Nematic(扭曲向列型)面板，低廉的生产成本使TN成为了应用最广泛的入门级液晶面板，在目前市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用。

TN是最常见的，就是一般显示器用的，色彩这种只能说够家用了，价格便宜，市场占有率极高

目前我们看到的TN面板多是改良型的TN+film，film即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，目前改良的TN面板的可视角度都达到160°，当然这是厂商在对比度为10∶1的情况下测得的极限值，实际上在对比度下降到100:1时图像已经出现失真甚至偏色。

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1280×1024，则它实际拥有3840×1024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5×10-6m)。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（Super Twisted Nematic）是用电场改变原为180度以上扭曲的液晶分子的排列从而改变旋光状态，外加电场通过逐行扫描的方式改变电场，在电场反复改变电压的过程中，每一点的恢复过程较慢，因而产生余辉。它的好处是功耗小，具有省电的最大优势。彩色STN的显示原理是在传统单色STN液晶显示器上加一彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，就可显示出彩色画面。和TFT不同STN属于无源Passive型LCD，一般最高能显示65536种色彩。

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180~270度。 要在这里说明的是，单纯的TN液晶显示器

2

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。

TFT-LCD:

TFT-LCD液晶显示器的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同，只不过将TN-LCD上夹层的电极改为FET晶体管，而下夹层改为共通电极。

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）。

TFT-LCD液晶显示器的工作原理与TN-LCD却有许多不同之处。TFT-LCD液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。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，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。

TFT-LCD工作原理： TFT就是“Thin Film Transistor”的简称，一般代指薄膜液晶显示器，而实际上指的是薄膜晶体管（矩阵）——可以“主动的”对屏幕上的各个独立的象素进行控制，这也就是所谓的主动矩阵TFT（active matrix TFT）的来历。那么图象究竟是怎么产生的呢？基本原理很简单：显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素组成，只要控制各个象素显示相应的颜色就能达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术，为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就需要在每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗”打开时光线可以透过来，而“百叶窗”关上后光线就无法透过来。当然，在技术上实际上实现起来就不像刚才说的那么简单。LCD（Liquid Crystal Display）就是利用了液晶的特性（当加热时为液态，冷却时就结晶为固态），一般液晶有三种形态：

3

类似粘土的层列（Smectic）液晶 类似细火柴棒的丝状（Nematic）液晶 类似胆固醇状的（Cholestic）液晶

液晶显示器使用的是丝状，当外界环境变化它的分子结构也会变化，从而具有不同的物理特性——就能够达到让光线通过或者阻挡光线的目的——也就是刚才比方的百叶窗。

大家知道三原色，所以构成显示屏上的每个象素需上面介绍的三个类似的基本组件来构成，分别控制红、绿、蓝三种颜色。

制造工艺流程：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）

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。

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：（如下图）

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一定的温度的坚膜处理。（如图：）

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，如图所示：

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）

4

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。

2． 特殊制程：（TOP 膜的涂布到固化后清洗）

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。

3． 取向涂布（涂取向剂到清洗完成）〈BR〉〈/STRONG〉〈BR〉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。

4．空盒制作：（丝网印刷到固化）〈BR〉〈/STRONG〉〈BR〉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*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）。

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）——

5

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）

彩色TFT-LCD制造工艺流程主要包含4个子流程：TFT加工工艺（TFT process）、彩色滤光器加工工艺（Color filter process）、单元装配工艺（Cell process）和模块装配工艺（Module process）

彩色TFT-LCD加工工艺流程

TFT加工工艺的作用是在下玻璃基板上形成TFT和电极阵列。针对TFT和电极层状结构，通常采用五掩膜工艺，即利用5块掩膜，通过5道相同的图形转移工艺，完成如TFT层状结构的加工。

图形转移积工艺由淀积、光刻、刻蚀、清洗、检测等工序构成，其具体流程如下 开始-玻璃基板检验-薄膜淀积-清洗-覆光刻胶- 曝光-显影-刻蚀-去除光刻胶-检验-结束 其中刻蚀方法有干刻蚀法和湿刻蚀法两种。上述各种工序的加工原理与集成电路制造工艺中使用的相应工序的加工方法原理类似，但是，由于液晶显示器中的玻璃基板面积较大，TFT加工工艺中采用的加工方法的工艺参数和设备参数有其特殊性。

滤光板加工工艺

(a)玻璃基板 (b) 阻光器加工 (c) 滤光器加工 (d) 滤光器加工 (e) 滤光器加工 (f) ITO淀积

滤光板加工工艺的作用是在基板上加工出薄膜结构，其流程如下： 开始-阻光器加工-滤光器加工-保护清洗-检测-ITO淀积-检测-结束

在滤光基片上设置的一系列由不透光材料制成的并以矩阵形状分布的黑点，它们通过相应的图形转移工艺（也称为阻光器加工工艺）加工出，并安排于滤光器加工工艺的开始阶段，所述图形转移工艺依次包含如下工序：溅射淀积、清洗、光刻胶涂覆、曝光、显影、湿法刻蚀和去除光刻胶，各工序基本原理分别为

(a) 溅射淀积 (b) 清洗 (c) 光刻胶涂覆 (d) 曝光 (e)显影 (f) 湿法刻蚀 (g) 去除光刻胶

光器图形转移工艺

阻光器加工完毕后，进入滤光器加工阶段，三种滤光器（红、绿、蓝）分别通过3道图形转移工艺完成加工，由于三种滤光器直接由不同颜色的光刻胶制成，该图形转移工艺与前述图形转移工艺有所不同，它不包含刻蚀和除光刻胶的工序。其具体流程为：彩色光刻胶涂覆-曝光-显影-检验。阻光器加工结束后，经过清洗和检测工序后，进入ITO淀积工艺，最后在滤光器层上敷上一层导电玻璃氧化铟锡（Indium Tin Oxide, 简称ITO），形成滤光板的公共电极。 (a)彩色光刻胶涂覆 (b)曝光 (c)显影 (d)检验

彩色滤光器图形转移工艺

液晶显示器的典型制造工艺

液晶显示器的制造工艺与集成电路的制造工艺基本相似，不同的是液晶显示器中的TFT层状结构制作于玻璃基板上，而不是硅片上，此外，TFT加工工艺所要求的温度范围是300~500oC，而集成电路制作工艺要求的温度范围是1000 oC。

淀积工艺

6

应用于液晶显示器制造工艺的淀积（Deposition）方法主要有两种：一种是离子增强型化学气相淀积法，另一种是溅射淀积法。离子增强型化学气相淀积的基本原理是：将玻璃基板至于真空腔室中，并且加热至一定的温度，随后通入混合气体，同时RF电压施加于腔室电极上，混合气体转变为离子状态，于是在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。溅射淀积法的基板原理是：在真空室中，利用荷能粒子轰击靶，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面淀积出与靶相同材料的薄膜。一般地，为不改变靶材的化学性质，荷能粒子为氦离子和氩离子。溅射淀积法有直流溅射法、射频溅射法等多种。

光刻工艺

光刻工艺（Photolithography process）是将掩膜上的图形转移至玻璃基板上的过程。由于LCD板上的刻线品质取决于光刻工艺，因此它是LCD加工过程中最重要的工艺之一。光刻工艺对环境中的粉尘颗粒很敏感，因此它必须置于高度洁净的室内完成。

刻蚀工艺

刻蚀工艺分为湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺，湿法刻蚀工艺用液体化学试剂以化学方式去除基板表面的材料，其优点是用时短、成本低、操作简单。干法刻蚀工艺是用等离子体进行薄膜线条腐蚀的一种工艺，按照反应机理可分为等离子刻蚀、反应离子刻蚀、磁增强反应离子刻蚀和高密度等离子刻蚀等类型，按结构形式又可分为筒型、平行平板型。干法刻蚀工艺的优点是横向腐蚀小，控制精度高，大面积刻蚀均匀性好，利用ICP技术还可以刻蚀垂直度和光洁度都非常好的镜面，因此，干法腐蚀在制作微米及深亚微米，纳米级的几何图形加工方面,有很明显的优势。

总结：通过这次总结我相信液晶显示技术会越来越好，制造工艺也会越来

越完善。

7

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8bsg.html