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LCD工艺知识编制:罗万林1LCD的结构（侧面图）ITO电极导电ITO图案定向层(PI)2ITO导电层定向层(PI)ITO导电层定向层(PI)LCD的结构（侧面图）3LCD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。4LCD显示原理定向定向层（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。5LCD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。非ITO部分6LCD显示原理液晶(liquid crystals)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。7LCD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。8ITO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:ITO导电玻璃ITO导电层ITO导电层ITO导电层SIO2阻挡层厚度：200500埃ITO导电层厚度：2502000埃SIO2绝缘层厚度：5001000埃9ITO导电玻璃电阻较高(60-120欧)ITO导电层ITO导电层电阻较低(30-80欧)基板平整度高按类型分为:TN和STN玻璃基板按厚度分:0.40.550.71.1mm10LCD工艺流程图PI前清洗切割(划片）磨边/磨角注：此流程不包括特殊工艺，如“BLACK MASK”、“VA”等等。11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。12前清洗技术要求：玻璃干净,明亮,无水渍,无污物。13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。14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。15曝 光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。16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。17显 影显影液(碱液)段显影影 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。18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。19检 验20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）。21蚀 刻蚀刻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。22蚀 刻蚀刻刻时，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。23脱 膜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。24PI前清洗清洗清洗 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。25涂定向层(PI)定向层(PI)ITO图案涂PI胶后的玻璃 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：13度的低预倾角TN型PI和49度的高预倾角STN型PI。26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400600埃左右，STN-LCD推荐在8001000埃左右。27涂黑膜（BLANK MASK）边框胶(环氧树脂)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。涂PIPI固化涂PI28旋涂黑膜（BLANK MASK）“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。蚀刻后的ITO玻璃PI前清洗PI前清洗涂PI29摩 擦涂PI后玻璃 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。30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12点9点3点6点（A）（B）（C）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。31丝 印银点(导通点)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。32丝 印边框胶(环氧树脂)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。33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。34贴 合A面玻璃标记B面玻璃标记35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。36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。37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。38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。39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。40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。41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、切割不良、破裂、封口不良、水纹、条纹 等。42电测COM线SEG线 电测，也就是检验产品的电性能。如：缺画、同面短路、上下短路、显示不均、鬼影、字朦、图缺、白点、PI点、大电流、视角错误。43磨 边 一般产品在使用的装配过程中，大致分为三种连接方式，一是导电胶条、二是斑马纸连接、三是管脚连接。而选择第二、三种连接方式，就必须要进行磨边工序，否则会严重影响装配的质量。磨边，就是将产品的电脚部分在砂轮上磨出光滑的圆脚，用于方便装脚和压斑马纸产品。所以也只有装脚和压斑马纸的产品才需要磨边。44磨 角 磨角和磨边很类似，磨角是按客户要求，将不需要的部份在砂轮上将其磨掉。45外丝印 外丝印和内丝印的原理一样，主要是将配制好的油墨，倒入预先做好图案的丝网上，再用一定硬度的刮板将框胶或油墨挤压到承印物上。46贴 片 在第四页我们曾介绍到偏光片的作用，这里我们是介绍贴偏光片的过程。先撕掉偏光片的保护膜，再将其与产品对齐，紧接着用滚轮快速滚过去，这样，偏光片就贴附在产品上了，一个完整的产品需要贴上、下两个偏光片。47偏光片与产品类型的关系 在这里，我们对偏光片与产品类型的关系作一个介绍，我们的产品大体分为正显和负显，正显又包括：正显全透、反射、半透、高半透，负显产品一般都是全透的，包括：负显蓝膜、黑膜等。所有产品的面片都是透射片，全透产品，是指上、下偏光片都是透射片，反射产品，是指面片是透射片，底片是反射片，半透产品，是指面片是透射片，底片是半透片，以此类推；刚才说到负显产品都是全透的，是因为它上、下的偏光片都是透射片。48LCD的两种显示模式正显(白底黑字)负显(黑底白字)实际上正显和负显的区别就在于显示器上、下偏光片的旋转角度不同而矣。但负显产品的检验要求却要高很多，一个是因为底色不易控制，另外稍有一点缺陷，都会在点亮后显示出来，比如:实际只有0.15mm的黑点,在点亮后,看起来会是0.2mm,而正显却不会这样。49上管脚UV胶水 在装管脚时，必须先在电脚上点上导电碳浆，然后将准备好的管脚通过夹具装配在电脚上，然后再在两面点上UV固化胶，再通过紫外线固化炉固化，这样管脚就牢固在玻璃上了，最后再将多余长度的管脚部分切掉。注：碳浆在这里起到良好的导通作用。50包装入库按照客户之要求包装成品，然后入库。51VA工艺VA工艺是最近两年才推出的一类新产品，与黑膜（BLACKMASK）产品类似，与之相比优点在于它具有高对比度，快速响应，缺点在于成本较高，生产工艺控制也较高。VA产品将逐渐代替BLACKMASK产品，也将在家电，汽车，工业控制方面得到更广的应用。VABLACKMASK52VA显示原理VA类产品与普通类型的LCD原理是相反的，在断电情况下，液晶分子是垂直排列的，所以偏光轴垂直时光线不能透过，只能看到黑色；在通电情况下，液晶发生扭转，光线随之旋转，形成同一偏光轴，光线便通过了，所以看到白色的显示图形了。53VA产品工艺现在知道VA类产品的工作原理，不难看出，关键因素还是材料和工艺的不同。在材料方面主要由PI 定向剂、液晶偏光片三种材料比较特殊，在工艺方面，就是盒厚较小，基本在3微米左右，盒厚较小，增大了灌液晶的难度，一是不易灌满，二是灌晶速度慢。另外盒厚较小，导致空气中的稍大一点的粒子进入盒内，容易引起产品短路或内部污染等。因此不难看出VA类产品单价偏高的原因。54C-TP产品工艺C-TP 类LCD也是最近才新开发的产品，自流入市场后受到广大客户的喜欢和推荐。C-TP类产品的特点是：将电容触膜屏内置于LCD盒内，表面看只是一个LCD，其实还具有触膜屏功能。此内产品的优点在于体积缩小，使用方便，更重要还是为广大用户节省了成本。缺点在于太复杂的产品不宜实现。特点：工作电压：2.7VCC5.5V感应厚度(绝缘介质):010mm,触膜与感应盘间尽量不要留缝隙。有效触膜反应时间：小于200ms。工作温度：-40 TO+8555C-TP产品工作原理将电容式感应触膜部份的感应盘功能部份通过液晶显示屏（LCD）内部的相应ITO来替换掉，用做感应的ITO控制引线直接做在LCD内并引出，当手指靠近触摸屏感应盘时，会引起感应盘电容的变化，控制芯片通过检测感应盘上电容的变化来判断使用者对触膜屏的操作并输出相应的BCD码来指示触膜屏的动作。56LCD不良品 由于LCD的制造工艺比较复杂，所以出现的不良品种类也比较多，以下作一些简单的介绍。57585960616263646566676869707172737475767778798081结束其实在液晶显示器的制造过程中还会出现其它不良品，在此我没有作更详细的说明。以上只是我个人这几年来对LCD 知识的一些积累，希望与各位多多交流，把中国的LCD行业推向一个更高峰。在此感谢大家的支持！作者:罗万林深圳市万昊达科技有限公司82