平板显示技术论坛 第五代TFT-LCD生产线的工艺设备和材料

资源类型:pdf 资源大小:1.38MB 文档分类:工业技术 上传者:黄乾

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文档信息

【作者】 郑圣德 

【关键词】TFT-LCD 彩色滤光片 TAB-IC/OLB 

【出版日期】2005-03-30

【摘要】TFT-LCD是当前平板显示器(FPD)的主流显示器。从整个产业链上对第五代TFT-LCD生产线的工艺、设备、材料及发展趋势作一概要的介绍,为大家初步了解第五代TFT-LCD生产线提供参考。

【刊名】电子工艺技术

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1 导入第五代生产线的必要性及背景作为当前技术最成熟、生产规模最大的平板显示技术,TFT-LCD在视角、分辨率、色饱和度、亮度上都已经接近或超过CRT显示器。它本身具有的轻、薄、节能和寿命长等优点使其广泛应用于笔记本电脑、桌面显示器、液晶电视机等领域,前程十分看好。近年来这一新兴行业呈现出价格连年下降和需求大幅上扬的趋势,大大加快了市场的普及速度。在激烈的国际竞争中,韩国、台湾和日本为了降低成本,抢占战略制高点,纷纷竞相导入第五代或更高的生产线。中国的北京、上海及广东也正在规划或已建设第五代TFT-LCD生产基地。下面以生产 38cm液晶显示器为例,来看导入第五代生产线的必要性。从表 1可以看出,随着生产线的升级换代和玻璃基板的大型化,经过基本相同的工艺流程,其能够切割的面板数大大增加,从而在降低成本和提高竞争力上起很大作用。表 1 玻璃基板尺寸和切割面板数玻璃基板尺寸S/mm2 切割面板数第一代 300×400 1第二代 400×500 2第三代 550×650 4第四代 730×920 6第五代 1 100×1 300 152 工艺流程和所需设备第五代生产线的工艺流程从整体上可分为下述五个部分。它首先需要大尺寸的一对无碱玻璃基板,然后将这一对基板分别制成薄膜晶体管 (TFT)基板和彩色滤光片 (CF)基板后滴注液晶对位压合形成液晶屏,再加上驱动部分和背光源等组成实用的TFT-LCD液晶显示器。目前,第五代生产线已经发展到很高的水平,一列式自动化生产设备正向着组合式自动加工设备方向发展,并广泛地使用了机械手。2. 1 玻璃基板制作流程目前第五代的玻璃基板尺寸大部分采用 1 100mm×1 300mm厚度为 0. 6mm或 0. 7mm,材质采用熔点高达 650°左右的硼硅无碱玻璃。技术指标以 0. 7mm厚的玻璃基板为例,平整度为 0. 7mm容许误差 0. 07mm,要求无划伤和气泡,化学稳定性好。制程主要有浮法和垂直引下拉制法。量产的玻片由于面积大,有的采用浮法。浮法的制作方法为,将溶解的玻璃原材料流送到大型锡炉,在熔化的锡平面上形成极薄的玻璃,然后逐渐加压冷却成形。(现在市场供应TFT-LCD平板玻璃的一共 4家。分别是康宁的 1737和EAGLE2000型、日本电气硝子的OA10和OA21型、旭硝子的AN100型、NH的NA35型。第五代用玻璃主要由康宁和旭硝子提供。)工艺流程如图 1所示,所需设备如图 2所示。图 1 工艺流程2. 2 CF玻璃基板的制作流程彩色滤光片(CF)是实现彩色显示的关键部件。背光源发出的白光经过液晶像素的调制,通过CF后射出不同强度的三基色光,从而混合生成出各种图 2 所需设备千变万化的生动颜色来。它的制程是先镶嵌黑色矩阵(BM),然后分别制作红(R)、绿 (G)、蓝 (B)三基色点阵,接下去在R、G、B点阵上涂覆保护膜,并制作作为共通电极的ITO层。目前,第五代生产线已经达到仅需四次光刻的工艺水平。彩色 (RGB)的排列方式有RGB条状排列、RGB矩阵排列和RGB三角形排列。条状排列的特点是像素节距小,适合电脑显示器用。矩阵排列可以比较容易地得到色调自然的图像。三角形排列的开口率较大,常用于中小型液晶电视。工艺流程如图 3所示,所需设备如图 4所示。图 3 工艺流程图 4 所需设备2. 3 TFT玻璃基板的制作流程这是在玻璃基板上制作像素 (晶体管电路 )过程。是大面积成膜技术 (例:溅射、CVD)和光刻技术相结合的产物。目前的第五代生产线一般要分 4次至 6次光刻才能形成薄膜晶体管电路所需要的绝缘膜、半导体膜(非晶硅)、像素电极(ITO)等。它在工艺上类似于集成电路的制程。成膜厚度约在 50μm~300μm,线宽可至 1μm。TFT的制作主要依据该显示器的产品规格指标进行,其中的屏幕尺寸、像素数、驱动方式、开口率对TFT的制作尤为重要。要考虑TFT的基本结构、膜层材料、间距 /线宽、电极排布、光刻套准等基本要素。为了提高响应速度,减少布线电阻,目前,从单侧驱动扫描线时, 15英寸XGA基本采用钼钨合金,20英寸SXGA采用铝合金,比 20英寸更大尺寸更高分辨率时采用铜材料。但如果设计为两侧驱动扫描线时,则可以放宽对布线电阻率的要求。工艺流程如图 5所示,所需设备如图 6所示。图 5 工艺流程图 6 所需设备2. 4 液晶显示屏的制作流程这是形成液晶显示器件的过程。它首先需在CF玻璃基板和TFT玻璃基板这一对基板上分别涂覆定向膜,经固化后用摩擦布进行定向处理,然后在CF基板上用点胶划线的方式制作封框并预滴液晶,再将散布了衬垫料的TFT基板对位叠加压合在CF基板上做成间隙厚度为五微米左右液晶盒。最后是将封框胶紫外线固化,切割 /裂片及二面贴偏光板。液晶显示器制作过程中要注意下列两个问题。2. 4. 1 显示模式显示模式是指通过对基板内面的定向处理,使液晶屏内的液晶指向矢在排列上发生不同的结构变形。TFT-LCD的显示模式长期以来采用扭曲角为90度的扭曲排列 (TN)模式。近年来,随着宽视角的进展,平面控制 (IPS)模式、垂直取向 (VA)模式、光学自补偿弯曲(OCB)模式得到了广泛的采用。TN模式的特点是良品率高、工艺成熟、成本较低。它可通过位相差板改善视角特性,适用于电脑显示器。IPS模式、VA模式、COB模式都属于宽视角技术,在响应速度、开口率、良品率、性价比方面各有特点。其中的IPS模式,特别VA模式,适用于液晶电视,但成本较高。2. 4. 2 关键原材料关键原材料有取向膜、液晶和偏光板三种。取向膜材料(PI)目前完全由日本独占,主要厂商有日产化学和JSR等 5家。日产化学和JSR都有适用各种显示模式的取向膜材料。其中IPS模式用的材料以日产化学为主,VA模式用的材料以JSR为主。液晶材料现在基本上由日本chi-so和德国meruku生产供应市场。此外还有夏普为液晶电视开发的最新液晶ASV。液晶材料的选择标准主要有二个。一个是低压驱动,要求在 3至 5伏的范围内,最好和芯片驱动的电压相同。另一个是减低粘度,提高响应速度,以适合液晶电视的需要。另外,目前的第五代生产线采用的液晶预滴 (ODF)技术也要求液晶粘度能比较低。偏光板的主要生产厂商共有 6家。日本 4家韩台各 1家。其中日东电工在大尺寸 (桌面显示器和液晶电视)中比较强,住友化学在中小尺寸 (车载、手机)方面有优势。偏光板主要有透过型和反射 /半透过型二种。表面一般经过防眩(AG)或减反射(AR)处理。工艺流程如图 7所示,所需设备如图 8所示。2. 5 液晶显示模块的制作流程液晶显示模块是指将液晶显示屏、连接件、集成电路、驱动电路和印制电路板、背光源、结构件装配在一起的组件,目的是将液晶显示屏和驱动电路的电场信号连接起来形成实用的TFT-LCD模块。目前,大型液晶模块生产线采用了高精度自动加工设备,同时配有自动化在线检测设备。在大规模生产中采用的是TAB-IC/OLB贴装系统和PCB/OLB贴装系统。加工速度最快可达 20s一张。然后再加装背光源和外框。图 7 工艺流程图 8 所需设备TAB-IC/OLB和PCB/OLB贴装工艺是将带IC的TAB元件通过各向异性导电带 (ACF)分头贴装在液晶显示屏的引脚和PCB电路板的引脚上,它比较适合大尺寸液晶显示屏和驱动电路的连接。TFT-LCD的连接方法虽然还有将驱动芯片直接贴装到显示玻屏边缘的引脚上的安装方法(COG)。但第五代生产线很少采用。目前,第五代TFT-LCD大多数采用工艺成熟的TAB连接方式。TAB元件的生产厂家有新藤电子工业、住友金属矿山、三井金属矿业等。ACF的生产厂家有索尼凯米高和日立化成。背光源(电脑显示器、桌面显示器、液晶电视 )基本上采用的CCFL光源。工艺流程如图 9所示,所需设备如图 10所示。3 主要原材料及简要说明主要原材料及简要说明见表 2。图 9 工艺流程图 10 所需设备表 2 主要原材料及简要说明玻璃基板制作TFT-LCD液晶屏的平整度高的一对无碱玻片彩色滤光片带有红、绿、蓝三基色颜料和BM、ITO的树脂膜定向层使液晶按一定方向和角度排列的有机薄膜,材料主要为聚酰亚胺(PI)液晶用十几种有机材料合成的向列相液晶。响应速度快很重要衬垫料确保液晶层间隙为一定厚度 (约 5μm)的材料。如二氧化碳和树脂球封框胶将TFT基板和CF基板对位胶粘并保持间隙便于滴注液晶的单组份环氧胶封口胶滴注液晶后防止外渗和水分进入液晶屏的紫外线固化胶 (如采用ODF技术,则不用封口胶)背光源又叫侧光源。主要用亮度高,寿命长的冷阴极管。直径很细, 2mm~5mm反射板将侧光源朝向液晶屏以外的光反射回液晶屏以提高光效的材料偏光板产生和检测偏振光的片状光学功能材料。仅让特定方向的偏振光通过棱镜片在聚脂膜上制作几何形状以提高亮度的材料导光板将侧光源的光均匀地导向液晶显示屏的树脂板。使用高分子材料PMMA等TAB带状元件自动邦定。可用ACF将TAB元件与LCD和PCB板连接起来的安装方式4 第五代生产线TFT-LCD的大致生产成本构成  第五代生产线TFT-LCD的大致生产成本构成(百分比)见表 3。表 3 第五代生产线TFT-LCD的大致生产成本构成玻璃基板(2片) 5 %彩色滤光片 11 %偏光板(2片) 6 %液晶材料 2 %驱动芯片 9 %背光源 8 %其他原材料 10 %设备折旧及维修 15 %人工费 12 %其他所需费用 17 %5 技术动向和发展趋势随着TFT-LCD由笔记本电脑、桌面显示器向重量轻、耐久性强等方面发展。第五代生产线的投产使大尺寸液晶显示器成为可能。114cm已登场。像素正由 43cm的×GA级(1 024mm×768mm)向 43cm的S×GA级 (1 400mm×1 050mm)方向发展。视角由于偏光片等的不断改善达到了 170°。新近开发的液晶材料提高了响应速度和对比度。安装方式的不断进步使它的重量和体积进一步减少,寿命已达 50 000h以上。低温多晶硅的TFT-LCD也在继续完善过程中。非晶硅的TFT-LCD第五代生产线作为目前已成熟的平面显示技术,将在促使生产成本下降和市场需求上扬中起到很大作用。可以预期,我国的上海、北京正在建成的第五代TFT-LCD生产基地,将很快带动一系列相关产业的发展,从而产生很大的产业效应。平板显示技术论坛 第五代TFT-LCD生产线的工艺设备和材料@郑圣德$上海华嘉光电技术有限公司!上海201821TFT-LCD;;彩色滤光片;;TAB-IC/OLBTFT-LCD是当前平板显示器(FPD)的主流显示器。从整个产业链上对第五代TFT-LCD生产线的工艺、设备、材料及发展趋势作一概要的介绍,为大家初步了解第五代TFT-LCD生产线提供参考。

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