液晶面板和液晶模組的基本制程
http://www.hxud.cn 2012-12-06 10:20 中企顧問網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：中企顧問網(wǎng)發(fā)布的《2012-2016年中國液晶模塊市場分析與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》指出：在整個(gè)液晶模組制造的過程中，模組段工藝屬于勞動(dòng)密集的部分。這一步驟的定制性比較強(qiáng)，包括背光模組等零組件的加工需要與客戶協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、共同研發(fā)，甚至出現(xiàn)了In-House的合作生產(chǎn)方式（零組件廠商進(jìn)駐面板廠，就地完成生產(chǎn)組裝，以便免除運(yùn)輸?shù)瘸杀静⑻岣呱a(chǎn)率）。此外，模組段制程還需要多道檢驗(yàn)檢測工序，這些工序需要大量的人力和時(shí)間投入。
傳統(tǒng)的CRT的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)相對簡單，關(guān)鍵零組件是顯象管。因此，對于具備一定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的國家和地區(qū)，要想建立一套完整的垂直產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)相對容易。而LCD產(chǎn)品是數(shù)百種半導(dǎo)體材料、膜材料、化工材料的復(fù)雜組合，整個(gè)制程跨越半導(dǎo)體、光學(xué)膜制造、生產(chǎn)線組裝、模具成型技術(shù)，因此形成一套完整的橫向、總想產(chǎn)業(yè)鏈配套體系存在極大難度。
目前在全球范圍內(nèi)，僅有日本形成了一套包括基板、光學(xué)膜、LCD設(shè)備、化工材料在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。中企顧問網(wǎng)預(yù)計(jì)，在短期內(nèi)，其他地區(qū)很難形成完整的LCD產(chǎn)業(yè)鏈。依據(jù)生產(chǎn)設(shè)備、管線設(shè)備特征和無塵室等級來區(qū)分，典型的液晶模組（LCDModule）的基本制程分為三段：陣列制程（Array）、成盒制程（Cell）、模組制程（Module）。其中陣列是使用鍍膜、曝光、顯影、刻蝕等技術(shù)在玻璃基板上形成電晶體單元（即TFT晶體管）；成盒段主要是形成液晶切割裂片，并注入液晶材料；模組段則是將切割完成的面板加裝驅(qū)動(dòng)IC、PWB、背光模組BLM等。
1、陣列段制程（Array）的主要工序
陣列段工藝與半導(dǎo)體有諸多相通之處，從原理、制程再到設(shè)備都比較一致。陣列段制程的各道工序都要依托ITO導(dǎo)電玻璃展開。ITO玻璃是一層鍍有氧化銦錫導(dǎo)電層的玻璃基板（ITO導(dǎo)電玻璃），具備良好的光學(xué)和電學(xué)特性，可以為晶體TFT提供導(dǎo)電通路。ITO導(dǎo)電層上則是通過鍍膜、顯影、曝光、刻蝕的工序形成的TFT晶體的紋路。這一層TFT紋路的薄膜晶體層是構(gòu)成像素的物理基礎(chǔ)。
（1）清洗環(huán)節(jié)是液晶面板陣列制程的開始。該環(huán)節(jié)的主要目的是去除玻璃基板表面的雜質(zhì)。得到一片表面平滑、沒有任何雜質(zhì)的玻璃。在制作之前先將玻璃進(jìn)行清洗和脫水烘干。
（2）真空鍍膜，形成導(dǎo)電玻璃。這一工序的目的是在清洗過的玻璃基片上鍍上一層均勻的導(dǎo)電薄膜層（ITO氧化銦錫層）。在真空環(huán)境中，讓金屬上面的化學(xué)氣體產(chǎn)生等離子，從而使金屬原子自動(dòng)附上玻璃。一層導(dǎo)電性良好的ITO涂層至此形成。
（3）鍍上非導(dǎo)電層和半導(dǎo)體層。在真空室內(nèi)先將玻璃板不斷升溫（也證實(shí)這一環(huán)節(jié)衍生出了低溫加工工藝），再使用直流高壓噴灑器噴灑特殊氣體。電子與氣體產(chǎn)生等離子并附上ITO玻璃，通過化學(xué)反應(yīng)形成非導(dǎo)電層和半導(dǎo)體層。
（4）在薄膜上制作微型電晶體。在要進(jìn)入黃光室噴上感光極強(qiáng)的光阻液（PhotoResistance，PR）以后套上光罩。使用藍(lán)紫光（UV光）進(jìn)行曝光，然后利用光刻蝕原理，進(jìn)入顯影區(qū)噴殺顯影液（酸性KOH）。去除照光后的光阻后，被曝光的顯影液至此定型。
（5）光阻層定型后，可以用蝕刻（Teching）進(jìn)行濕式刻蝕，使得ITO層薄膜暴露于外；也有的工廠使用干法刻蝕工藝（等離子方式進(jìn)行蝕刻）。然后去掉刻蝕工序中的光阻液PR（剝膜工序），導(dǎo)電玻璃基板上即形成了TFT的微型電晶體圖形。
（6）依照上述流程重復(fù)數(shù)次（多為4-7次），即可形成足夠數(shù)量和密度的薄膜電晶體，需要重復(fù)清洗、鍍膜、光阻、曝光、顯影、蝕刻、去掉光阻等過程，至此，陣列段工序完成，TFT陣列成型。
2、成盒段制程（Cell）的重要工序
經(jīng)過陣列段數(shù)次重復(fù)，針對玻璃基板的加工基本完成。成盒段的主要目的是形成液晶空盒，并且向其中灌入液晶材料。
（1）成盒段的第一步是清洗（預(yù)洗凈），目的是除去Array段后的基片上殘留的有機(jī)污染物以及>5μm的污染粒子。主要是利用界面活性劑、毛刷、超聲共振原理、IR、UV等，將附著在基片上的油污、有機(jī)物和其他污染物清除。
（2）PI（配向膜）涂布。此步驟的目的是令PI液體（聚酰亞胺，Polyimide）在已經(jīng)洗凈的基片上形成一層0.05μm-0.12μm的、均勻的PI膜。配向膜是可溶性的聚合物，其物理化學(xué)特性可以使得液晶分子依照一定的規(guī)律排布。
（3）定向摩擦的目的是在剛剛布涂的PI層上制造定向的凹槽，使得液晶分子依照順序整齊、一致的排列。主要原理是使用帶絨布的滾輪在玻璃基板上沿一定角度進(jìn)行摩擦。
（4）框膠印刷和散布間隔劑，目的是預(yù)制彩色濾光片CF和ITO層之間貼合時(shí)所需的封邊用框膠。此步驟中，主要是利用網(wǎng)版印刷的方式，將下一步所需的框膠預(yù)先印刷到CF基片上。間隔劑則被均勻的散布在對面的基板上，以便使得上下基板之間形成一段空隙，便于形成液晶空盒。最后通過高溫烘烤（150℃，90min），從而確保框膠完全固化。
（5）切割裂片，將上述工序后的玻璃基板，按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割/裂片。主要原理是先用鉆石刀在玻璃基片上劃出裂痕，再用裂片棒進(jìn)行分割裂片。
（6）液晶滴注制程，主要是將面板空盒置入真空環(huán)境，注入口浸泡入液晶后，通過沖入氮?dú)舛纬蓧毫Σ睿妹?xì)現(xiàn)象是液晶材料進(jìn)入面板空盒。這一步的生產(chǎn)率相對較低，傳統(tǒng)LCD的液晶注入方式，是在上下玻璃對組之後以毛細(xì)原理將液晶慢慢吸入，這種灌液晶方法的缺點(diǎn)是非常耗時(shí)且浪費(fèi)液晶，需至少三天方能完成；在2010年前后，液晶滴入製程(OneDropFilling，ODF)技術(shù)（包含了框膠及點(diǎn)膠設(shè)備、液晶滴入設(shè)備、面板真空壓合設(shè)備、UV(紫外光)框膠熟化設(shè)備、自動(dòng)化載出、載入以及清洗等次系統(tǒng)設(shè)備），在第五代及其次世代的面板製造中，已經(jīng)取代了過去以液晶注入方式所進(jìn)行的面板顯示器的製造方法。
3、模組段制程（LCM）的重要工序
中企顧問網(wǎng)發(fā)布的《2012-2016年中國液晶模塊市場分析與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》指出：在整個(gè)液晶模組制造的過程中，模組段工藝屬于勞動(dòng)密集的部分。這一步驟的定制性比較強(qiáng)，包括背光模組等零組件的加工需要與客戶協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、共同研發(fā)，甚至出現(xiàn)了In-House的合作生產(chǎn)方式（零組件廠商進(jìn)駐面板廠，就地完成生產(chǎn)組裝，以便免除運(yùn)輸?shù)瘸杀静⑻岣呱a(chǎn)率）。此外，模組段制程還需要多道檢驗(yàn)檢測工序，這些工序需要大量的人力和時(shí)間投入。這一段的工序具體包括：
（1）清洗以后，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)IC的裝配。使用TCP（傳統(tǒng)方法，最終模組產(chǎn)品較厚）或COG（ChiponGlass，裝配后的產(chǎn)品更加輕薄）裝配方式。
（2）壓合工序（Bonding）。先在玻璃上貼上異方性導(dǎo)電膠（ACF），再將IC置于其上，然后進(jìn)行定性的預(yù)熱壓。位置確定完畢進(jìn)行定位本壓。當(dāng)ACG的導(dǎo)電粒子被適當(dāng)?shù)膲浩疲瓦B通面板和玻璃基板的電路。
（3）進(jìn)行偏光片貼合。此工序中，偏光片（Polarizer）將被貼附在成型面板Cell的上下表面。偏光片的原理是吸收軸角度搭配，配合液晶電場效應(yīng)，是對比明顯，顯像清楚。
（4）FPC壓合和UV膠涂布后，加裝背光模組BLM。這一步驟主要是將背光模組的撓性電路板FPC與TFT的FPC進(jìn)行錫溶焊接，使得背光模組接通電源。
（5）TAB綁定和PWB綁定。主要是精確對準(zhǔn)Cell并貼附ACF，然后沖壓出TAB，對準(zhǔn)后臨時(shí)綁定TAB。最后，在恒溫恒壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)TAB的永久綁定，并安裝驅(qū)動(dòng)IC來驅(qū)動(dòng)陣列中的TFT。PWB綁定需要先涂布樹脂，隔離潮濕氣體，然后在恒溫恒壓環(huán)境下完成PWB的連接。
（6）老化。將模組送入機(jī)臺(tái)，在環(huán)境加速條件下（60攝氏度，5HR）工作，從而在高溫條件下穩(wěn)定液晶分子的排列方向，并濾除潛在的電路不良。
目前在全球范圍內(nèi)，僅有日本形成了一套包括基板、光學(xué)膜、LCD設(shè)備、化工材料在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。中企顧問網(wǎng)預(yù)計(jì)，在短期內(nèi)，其他地區(qū)很難形成完整的LCD產(chǎn)業(yè)鏈。依據(jù)生產(chǎn)設(shè)備、管線設(shè)備特征和無塵室等級來區(qū)分，典型的液晶模組（LCDModule）的基本制程分為三段：陣列制程（Array）、成盒制程（Cell）、模組制程（Module）。其中陣列是使用鍍膜、曝光、顯影、刻蝕等技術(shù)在玻璃基板上形成電晶體單元（即TFT晶體管）；成盒段主要是形成液晶切割裂片，并注入液晶材料；模組段則是將切割完成的面板加裝驅(qū)動(dòng)IC、PWB、背光模組BLM等。
1、陣列段制程（Array）的主要工序
陣列段工藝與半導(dǎo)體有諸多相通之處，從原理、制程再到設(shè)備都比較一致。陣列段制程的各道工序都要依托ITO導(dǎo)電玻璃展開。ITO玻璃是一層鍍有氧化銦錫導(dǎo)電層的玻璃基板（ITO導(dǎo)電玻璃），具備良好的光學(xué)和電學(xué)特性，可以為晶體TFT提供導(dǎo)電通路。ITO導(dǎo)電層上則是通過鍍膜、顯影、曝光、刻蝕的工序形成的TFT晶體的紋路。這一層TFT紋路的薄膜晶體層是構(gòu)成像素的物理基礎(chǔ)。
（1）清洗環(huán)節(jié)是液晶面板陣列制程的開始。該環(huán)節(jié)的主要目的是去除玻璃基板表面的雜質(zhì)。得到一片表面平滑、沒有任何雜質(zhì)的玻璃。在制作之前先將玻璃進(jìn)行清洗和脫水烘干。
（2）真空鍍膜，形成導(dǎo)電玻璃。這一工序的目的是在清洗過的玻璃基片上鍍上一層均勻的導(dǎo)電薄膜層（ITO氧化銦錫層）。在真空環(huán)境中，讓金屬上面的化學(xué)氣體產(chǎn)生等離子，從而使金屬原子自動(dòng)附上玻璃。一層導(dǎo)電性良好的ITO涂層至此形成。
（3）鍍上非導(dǎo)電層和半導(dǎo)體層。在真空室內(nèi)先將玻璃板不斷升溫（也證實(shí)這一環(huán)節(jié)衍生出了低溫加工工藝），再使用直流高壓噴灑器噴灑特殊氣體。電子與氣體產(chǎn)生等離子并附上ITO玻璃，通過化學(xué)反應(yīng)形成非導(dǎo)電層和半導(dǎo)體層。
（4）在薄膜上制作微型電晶體。在要進(jìn)入黃光室噴上感光極強(qiáng)的光阻液（PhotoResistance，PR）以后套上光罩。使用藍(lán)紫光（UV光）進(jìn)行曝光，然后利用光刻蝕原理，進(jìn)入顯影區(qū)噴殺顯影液（酸性KOH）。去除照光后的光阻后，被曝光的顯影液至此定型。
（5）光阻層定型后，可以用蝕刻（Teching）進(jìn)行濕式刻蝕，使得ITO層薄膜暴露于外；也有的工廠使用干法刻蝕工藝（等離子方式進(jìn)行蝕刻）。然后去掉刻蝕工序中的光阻液PR（剝膜工序），導(dǎo)電玻璃基板上即形成了TFT的微型電晶體圖形。
（6）依照上述流程重復(fù)數(shù)次（多為4-7次），即可形成足夠數(shù)量和密度的薄膜電晶體，需要重復(fù)清洗、鍍膜、光阻、曝光、顯影、蝕刻、去掉光阻等過程，至此，陣列段工序完成，TFT陣列成型。
2、成盒段制程（Cell）的重要工序
經(jīng)過陣列段數(shù)次重復(fù)，針對玻璃基板的加工基本完成。成盒段的主要目的是形成液晶空盒，并且向其中灌入液晶材料。
（1）成盒段的第一步是清洗（預(yù)洗凈），目的是除去Array段后的基片上殘留的有機(jī)污染物以及>5μm的污染粒子。主要是利用界面活性劑、毛刷、超聲共振原理、IR、UV等，將附著在基片上的油污、有機(jī)物和其他污染物清除。
（2）PI（配向膜）涂布。此步驟的目的是令PI液體（聚酰亞胺，Polyimide）在已經(jīng)洗凈的基片上形成一層0.05μm-0.12μm的、均勻的PI膜。配向膜是可溶性的聚合物，其物理化學(xué)特性可以使得液晶分子依照一定的規(guī)律排布。
（3）定向摩擦的目的是在剛剛布涂的PI層上制造定向的凹槽，使得液晶分子依照順序整齊、一致的排列。主要原理是使用帶絨布的滾輪在玻璃基板上沿一定角度進(jìn)行摩擦。
（4）框膠印刷和散布間隔劑，目的是預(yù)制彩色濾光片CF和ITO層之間貼合時(shí)所需的封邊用框膠。此步驟中，主要是利用網(wǎng)版印刷的方式，將下一步所需的框膠預(yù)先印刷到CF基片上。間隔劑則被均勻的散布在對面的基板上，以便使得上下基板之間形成一段空隙，便于形成液晶空盒。最后通過高溫烘烤（150℃，90min），從而確保框膠完全固化。
（5）切割裂片，將上述工序后的玻璃基板，按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割/裂片。主要原理是先用鉆石刀在玻璃基片上劃出裂痕，再用裂片棒進(jìn)行分割裂片。
（6）液晶滴注制程，主要是將面板空盒置入真空環(huán)境，注入口浸泡入液晶后，通過沖入氮?dú)舛纬蓧毫Σ睿妹?xì)現(xiàn)象是液晶材料進(jìn)入面板空盒。這一步的生產(chǎn)率相對較低，傳統(tǒng)LCD的液晶注入方式，是在上下玻璃對組之後以毛細(xì)原理將液晶慢慢吸入，這種灌液晶方法的缺點(diǎn)是非常耗時(shí)且浪費(fèi)液晶，需至少三天方能完成；在2010年前后，液晶滴入製程(OneDropFilling，ODF)技術(shù)（包含了框膠及點(diǎn)膠設(shè)備、液晶滴入設(shè)備、面板真空壓合設(shè)備、UV(紫外光)框膠熟化設(shè)備、自動(dòng)化載出、載入以及清洗等次系統(tǒng)設(shè)備），在第五代及其次世代的面板製造中，已經(jīng)取代了過去以液晶注入方式所進(jìn)行的面板顯示器的製造方法。
3、模組段制程（LCM）的重要工序
中企顧問網(wǎng)發(fā)布的《2012-2016年中國液晶模塊市場分析與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》指出：在整個(gè)液晶模組制造的過程中，模組段工藝屬于勞動(dòng)密集的部分。這一步驟的定制性比較強(qiáng)，包括背光模組等零組件的加工需要與客戶協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、共同研發(fā)，甚至出現(xiàn)了In-House的合作生產(chǎn)方式（零組件廠商進(jìn)駐面板廠，就地完成生產(chǎn)組裝，以便免除運(yùn)輸?shù)瘸杀静⑻岣呱a(chǎn)率）。此外，模組段制程還需要多道檢驗(yàn)檢測工序，這些工序需要大量的人力和時(shí)間投入。這一段的工序具體包括：
（1）清洗以后，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)IC的裝配。使用TCP（傳統(tǒng)方法，最終模組產(chǎn)品較厚）或COG（ChiponGlass，裝配后的產(chǎn)品更加輕薄）裝配方式。
（2）壓合工序（Bonding）。先在玻璃上貼上異方性導(dǎo)電膠（ACF），再將IC置于其上，然后進(jìn)行定性的預(yù)熱壓。位置確定完畢進(jìn)行定位本壓。當(dāng)ACG的導(dǎo)電粒子被適當(dāng)?shù)膲浩疲瓦B通面板和玻璃基板的電路。
（3）進(jìn)行偏光片貼合。此工序中，偏光片（Polarizer）將被貼附在成型面板Cell的上下表面。偏光片的原理是吸收軸角度搭配，配合液晶電場效應(yīng)，是對比明顯，顯像清楚。
（4）FPC壓合和UV膠涂布后，加裝背光模組BLM。這一步驟主要是將背光模組的撓性電路板FPC與TFT的FPC進(jìn)行錫溶焊接，使得背光模組接通電源。
（5）TAB綁定和PWB綁定。主要是精確對準(zhǔn)Cell并貼附ACF，然后沖壓出TAB，對準(zhǔn)后臨時(shí)綁定TAB。最后，在恒溫恒壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)TAB的永久綁定，并安裝驅(qū)動(dòng)IC來驅(qū)動(dòng)陣列中的TFT。PWB綁定需要先涂布樹脂，隔離潮濕氣體，然后在恒溫恒壓環(huán)境下完成PWB的連接。
（6）老化。將模組送入機(jī)臺(tái)，在環(huán)境加速條件下（60攝氏度，5HR）工作，從而在高溫條件下穩(wěn)定液晶分子的排列方向，并濾除潛在的電路不良。
