液晶显示论文.doc
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1、目录毕 业 设 计 论 文 题 目 TFT-LCD概述 姓 名 班 级 专 业 电气自动化 指导教师 完成日期 17目录摘要1第1章 绪论11.1 TFT-LCD的发展概况11.2 产品市场驱动技术发展的趋势2 1.3 TFT-LCD的特点3第2章TFT-LCD制程原理 5 2.1 Array工艺5 2.2 CF工艺 8 2.3 Cell 工艺 9 2.3.1 PI工艺 9 2.3.2 Rubbing工艺11 2.3.3 Assy工艺12 2.3.4 Cutting工艺13 2.4 Module工艺 14第3章 TFT-LCD的应用17 3.1国内新一代TFT-LCD液晶屏的需求分析17 3.
2、1.1 需求巨大驱使我国发展新一代TFT-LCD17 3.1.2 810代线产品的市场适应性和投资收益性良好 18 3.1.3行业周期对国内建设8-10代线的影响 18 3.2国际水平和现状18 3.3 TFT- LCD应用的建议 20参考文献 22致谢 23摘要知识经济的到来代表着人类逐步进入信息化社会。数字技术、多媒体技术的迅速发展以及家庭与个个人电子信息系统的逐步推广,人们对信息的显示需求的要求越来越迫切、广泛,其要求也越来越高。以往电视机与电脑显示器采用的CRT(阴极射线管)均有体积大、重量重、荧屏尺寸大小受限等缺点,替代CRT开发新一代的显示技术变得尤其必要与先觉性。其中,平板显示(
3、FPD)技术自20世纪90年代开始迅速发展并逐步走向成熟。由于平板显示具有清晰度高、图像色彩好、省电、轻薄、便于携带等优点,已被广泛应用于上述信息产品中,具有广阔的市场前景。在FPD是市场中,薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)凭着其低压、低功耗、显示信息量大、易于彩色化、寿命长、无辐射等优异特性占据整个平板显示技术的主导地位。液晶显示器广泛应用于计算机和消费电子中,横跨1英寸到100英寸的市场,液晶显示器的市场规模巨大,已占平板显示市场的90%,因此,我国显示器产业将重点发展TFT-LCD领域。 本文首先介绍了TFT-LCD显示技术的发展概况,以及其的结构特点来整体认识TFT-LCD。然后
4、详细介绍了TFT-LCD制造的工艺过程,包括前段制程Array玻璃基板的制作、中段制程Cell玻璃基板的对盒及液晶的灌注、后段制程模块组装三大步骤并对其原理进行了阐述。最后通过对市场的需求及发展现状的分析对其应用做了研究。关键词 TFT-LCD的发展概况;结构特点;工艺过程;原理;市场应用第1章 绪论第1章 绪论什么是TFT-LCD?TFT-LCD即thin-film transistor liquid-crystal display的缩写,意即薄膜电晶体液晶显示器。简单地说,TFT-LCD面板可视为两片玻璃基板中间夹着一层液晶,上层的玻璃基板是与彩色滤光片(Color Filter)、而下层
5、的玻璃则有电晶体镶嵌于上。当电流通过电晶体产生电场变化,造成液晶分子偏转,借以改变光线的偏极性,再利用偏光片决定画素(Pixel)的明暗状态。此外,上层玻璃因与彩色滤光片贴合,形成每个画素(Pixel)各包含红蓝绿三颜色,这些发出红蓝绿色彩的画素便构成了面板上的影像画面。液晶显示器,特别是TFT-LCD,是目前唯一在亮度、对比度 、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过CRT的显示器件,它的性能优良、大规模生产特性好,自动化程度高,原材料成本低廉,发展空间广阔,将迅速成为新世纪的主流产品,是21世纪全球经济增长的一个亮点。 1.1 TFT-LCD的发展概况TFT-LCD是结合了半导体
6、技术和液晶光学技术而创造出的新型显示技术。液晶最早被发现与1888年,但直到1971年TN型LCD推出后,LCD产业才真正进入发展期。随着半导体技术的发展和有源矩阵概念的提出,TFT-LCD技术开始逐步成型,并与20世纪90年代初期在日本开始产业化。在TFT-LCD技术投入商业运营后,电脑市场成为支撑其产业兴起的主要动力,尤其是笔记本电脑(NB)的兴起,带动了TFT-LCD产业的投资热潮,也迫使TFT-LCD技术加快了发展步伐,TFT-LCD的生产线的更新换代速度日益加快。TFT-LCD液晶显示器广泛应用于电视机、笔记本电脑、显示器、手机显示屏等各个方面。TFT-LCD具有电压低、功耗小、重量
7、轻、厚度薄、适于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特性,在平面显示技术中占据了主导地位。目前,TFT-LCD正在凭借其环保、无辐射和节能方面的优势加速替代传统CRT显示器,已经成为市场规模最大的显示器件。近几年,随着大屏幕平板电视的迅速发展,大尺寸产品成为TFT-LCD产业发展的最大增长点。LCD技术的发展已历经两代,第一代技术以小型化、轻量化和薄型化为主,主要应用对象是笔记本电脑;第二代则以高亮度、高色再现性和宽视角的大尺寸产品为代表,主要应用领域是电视机和监视器。目前的发展阶段介于第二代和第三代之间,其技术的开发重点是:突破LCD自身的各种局限性,提高其作为多媒体电视显示器的动画
8、显示性能,并大力简化制造工艺以确保其在价格上具有竞争力。 1.2 产品市场驱动技术发展的趋势 TFT-LCD属于市场驱动技术型产业。TFT-LCD技术与产品已成为平板现实的主流,在2005年就已经超过500亿美元,雄踞各类显示技术的榜首,预期在未来几年还将保持快速增长的势头,各大厂商都纷纷投入大量人力、物力和财力对工艺技术、产品技术进行技术研究,技术的发展趋势表现为:1.2.1 大尺寸的市场需求是驱动技术发展的主力由于LCD由PC液晶显示器和笔记计算机(NB)向应用液晶电视发展,过去TFT-LCD主要用于Monitor、NB、PDA和手机显示器,随着TFT-LCD技术的飞速发展,TFT-LCD
9、正向高端LCD-TV方向发展,LCD-TV对TFT-LCD在高分辨率、响应速度、色纯、高度、对比度、视角等指标方面都提出更高的技术要求,需要在TFT-LCD基本结构和基本机理以及工艺制造和驱动技术方面寻求突破。由此可见,大尺寸将是液晶的主要发展方向。各厂商的液晶电视产品尺寸不断增大、产品性能不断提高,向高分辨率、快速响应、宽视角、更高画质、低功耗方面等方面发展,同时成本不断下降。由于液晶自身是不发光的,依赖电场作用下对透过率的调制来实现图像的显示,而背光源一直处于工作状态,同主动发光器件相比,更难于降低暗态的亮度,所以提高对比度是LCD-TV非常艰巨的任务,需要综合考虑多方面的因素,包括像素设
10、计、TFT结构设计与工艺的改进、液晶材料、彩色滤光膜、偏振片等等。近年来在对比度方面已取得了明显的进展,LG飞利浦、友达光电和奇美光电通过改进背光控制技术,实现了高于5000:1的动态对比度,夏普公司的一款37英寸样机对比度高达百万比一,虽然在实际应用中看不到百万比一的对比度有什么意义,但这一结果说明了LCD在对比度方面有很大的改进空间,可以和主动发光显示器件相竞争。LCD技术在大尺寸液晶电视领域迅速发展的同时,应用于移动通讯的小尺寸显示器件也在不断进步,特别是为满足3G移动通讯的要求,分辨率不断提高,2.4英寸的QVGA产品已经进入市场。1.2.2 低产品成本策略是依靠新技术提升高良率TFT
11、-LCD技术的进步和成本的降低,有赖于相关材料技术的支持,如TFT部分使用的金属配线材料,液晶屏部分使用的液晶、彩色滤光膜、偏振片,模组部分使用的背光源和控制驱动芯片等,近年来在技术方面都有相当的进步,并将继续成为降低成本、改善显示性能的关键。TFT-LCD生产工艺技术方面,如何在越来越大尺寸的玻璃上实现高良率,对于原来的制程技术带来很大挑战。光刻胶的均匀涂敷、高精度曝光、均匀的成膜、蚀刻控制、TFT性能检测、缩短和保证液晶注入、成盒问题的检测技术等成为TFT-LCD需要及时解决的问题。为了提高产品的性能和降低成本而进行的众多技术开发,如新的液晶注入技术、COA技术、有机TFT技术、低温多晶硅
12、技术、SOG技术都是未来TFT的技术研发的方向。1.2.3 响应时间趋短的需求促使LCD全面超越CRT更大尺寸的显示屏与更快的响应时间一直是LCD显示器的两大发展趋势。通常情况下,LCD显示器的响应时间达到5毫秒,拖影现象就完全不被人的肉眼所察觉,因此5毫秒被认为是LCD显示器响应时间的终极速度。从目前LCD显示器技术发展来看,8毫秒LCD产品在2005年实现普及,接下来将完成从8毫秒到5毫秒的转变,5毫秒LCD显示器产品的问世和普及是LCD显示器技术发展的里程碑。尤其是OCB(Optically Compensated Bend,光学补偿弯曲排列)和FSC(fild-sequential-c
13、olor,场序彩色显示)技术,OCB模式所独有的优越响应速度特性,结合FSC技术能够大幅降低TFT-LCD的制造成本,同时获得优越的色特性、视角特性、响应特性、亮度和对比度特性,制造出性能近乎完美的液晶电视。在点距分辨率、亮度、对比度、可视角度直至响应时间等技术指标趋于成熟和稳定之后,显示色彩技术成为LCD显示器的下一个技术特点,尽管LCD色彩显示技术上已经有了很大改善,但依然落后于传统的CRT显示器呈现的显示效果。为了迎合用户不断提高的色彩需求,主流LCD生产厂利用PD(Pixel Dithering 像素抖动)算法和FRC(Frame Rate Contro 帧速率控制)技术,大力改善6b
14、it面的色彩显示技术。1.2.4 a-SiTFT-LCD技术开拓市场空间的潜力很大近年来TFT-LCD在改善视角、响应速度、色饱和亮度等方面取得了重大进展。其显示性能已经接近CRT显示器,应用非常广泛,产品范围涵盖1英寸产品到65英寸的大尺寸产品;加之规模量产带来的成本降低,市场需求不断增长,目前TFT-LCD约占平板显示器市场份额的80%,主要采用非晶硅(a-Si)技术。预计在相当长的一段时间内,a-Si-LCD在平板显示器市场份额中所占的比例将维持在70%以上。相对于a-Si,多晶硅p-Si在性能上具有一定的优势,可以满足一些特殊的应用要求。因此,低温多晶硅技术(LTPS)受到了日本一些大
15、公司的重视。1.3 TFT-LCD的特点随着九十年代初TFT技术的成熟,彩色液晶平板显示器迅速发展,不到10年的时间,TFT-LCD迅速成长为主流显示器,这与它具有的优点是分不开的。主要特点是:(1)使用特性好:低压应用,低驱动电压,固体化使用安全性和可靠性提高;平板化,又轻薄,节省了大量原材料和使用空间;低功耗,它的功耗约为CRT显示器的十分之一,反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右,节省了大量的能源;TFT-LCD产品还有规格型号、尺寸系列化,品种多样,使用方便灵活、维修、更新、升级容易,使用寿命长等许多特点。显示范围覆盖了从1英寸至40英寸范围内的所有显示器的应用范围以及投影
16、大平面,是全尺寸显示终端;显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率,高彩色保真度,高亮度,高对比度,高响应速度的各种规格型号的视频显示器;显示方式有直视型,投影型,透视式,也有反射式。(2)环保特性好:无辐射、无闪烁,对使用者的健康无损害。特别是TFT-LCD电子书刊的出现,将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代,引发人类学习、传播和记栽文明方式的革命。(3)适用范围宽,从-20到+50的温度范围内都可以正常使用,经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80。既可作为移动终端显示,台式终端显示,又可以作大屏幕投影电视,是性能优良的全尺寸视频显示终端。(4)制造技术的自动化程度高,大规
17、模工业化生产特性好。TFT-LCD产业技术成熟,大规模生产的成品率达到90%以上。(5)TFT-LCD易于集成化和更新换代,是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合,继续发展潜力很大。目前有非晶、多晶和单晶硅TFT-LCD,将来会有其它材料的TFT,既有玻璃基板的又有塑料基板。第2章 TFT-LCD制程原理第2章TFT-LCD制程原理TFT-LCD的三段主要的制程:前段Array前段的Array 制程与半导体制程相似,但不同的是将薄膜电晶体制作于玻璃上,而非矽晶圆上。中段Cell中段的Cell ,是以前段Array的玻璃为基板,与彩色滤光片的玻璃基板结合,并在两片玻璃基板间灌入液晶(LC
18、)。后段Module Assembly (模组组装)后段模组组装制程是将Cell制程后的玻璃与其他如背光板、电路、外框等多种零组件组装的生产作业。TFT-LCD必须在精密的无尘室内,经过300道以上的制程生产出来。无尘室的洁净度,最高等级可达10 ,即是在无尘室环境内,每立方尺只有10颗粉尘。如见图2-0. 图2-0 TFT-LCD的基本制造流程2.1 Array工艺Array工程工艺在玻璃基板上制造出TFT电路。主要工程包括:镀膜(Thin Film)、光刻(Photo)、刻蚀(Etch)。如下图2-1示:一首先,液晶分子的运动与排列都需要电子来驱动,因此在液晶的载体TFT玻璃上,必须有能够
19、导电的部分,来控制液晶的运动,这里将会用ITO(Indium Tin Oxide,透明导电金属)来做这件事情。ITO是透明的,也成薄膜导电晶体,这样才不会阻挡光。镀膜又分为Sputter(利用物理溅射的原理沉积金属膜层,如Mo、Al)和PECVD(利用化学气相沉积的方法沉积导体或非金属膜层,如a-Si)。液晶分子排列的不同以及快速的运动变化,才能保证每个像素精准显示相应的颜色,并且图像的变化精确快速,这就要求对液晶分子控制的精密。ITO薄膜需要做特殊的处理,就犹如在PCB板上印刷电路一般,在整个液晶板上画出导电线路。首先,需要在TFT玻璃板上沉积ITO薄膜层,这样整块TFT玻璃上就有了一层平滑
20、均匀的ITO薄膜。然后用离子水,将ITO玻璃洗净,准备进入下一步骤。图2-1 成膜Pattern详细工程图首先在下一步之前要进行清洗。清洗是为了除掉玻璃表面的杂质和油污,通过化学药剂与有机溶剂与玻璃表面的杂质发生化学反应,然后用有机溶剂溶解杂质。除此之外还附加有以加热、超声、抽真空等物理措施。最后用高纯度的水和去离子水冲洗干净。清洗的方法有用有机溶剂清洗,有用碱性溶液加超声波清洗,还有用中性清洗剂清洗时,首先用甲苯清洗,然后用丙酮清洗残余油脂和甲苯,再用乙醇溶解玻璃表面的丙酮,最后用高纯度的水清洗玻璃就好了。清洗完后要对玻璃表面进行干燥,有烘干、甩干、有机溶剂脱水等方法。接下来要在沉积了ITO
21、薄膜的玻璃上涂上光刻胶,在ITO玻璃上形成一层均匀的光阻层。然后烘烤一段时间,将光刻胶的溶剂部分挥发,增加光阻材料与ITO玻璃的粘合度。用紫外光(UV)通过预先制作好的电极图形掩模板照射光刻胶表面,使被照射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板在紫外灯下对光刻胶进行选择性曝光。接着,用显影剂将曝光部分的光刻胶清洗掉,这样就只剩下未曝光的光刻胶部分,然后用离子水将溶解的光刻胶冲走。显影之后需要加热烘烤,让未曝光的光刻胶更加坚固的依附在ITO玻璃上。然后用适当的酸刻液将无光刻胶覆盖的ITO膜的蚀刻掉,只保留光刻胶下方的ITO膜。刻蚀又包括用反应气体干法刻蚀非金属或金属膜层的干刻(D
22、ry Eetch)和用化学药液和酸湿法刻蚀掉金属膜层的湿刻(Wet Etch)。ITO玻璃为导电玻璃,未被光刻胶覆盖的ITO膜易与酸发生反应,而被光刻胶覆盖的ITO膜可以保留下来,得到相应的拉线电极。剥膜:用高浓度的碱液(NaOH溶液)作脱模液,将玻璃上余下的光刻胶剥离掉,从而使ITO玻璃形成与光刻掩模板完全一致的ITO图形。用有机溶液冲洗玻璃基本标签,将反应后的光刻胶带走,让玻璃保持洁净状态。这样就完成了带一道薄膜导电晶体制程,一般至少需要5道相同的过程,在玻璃上形成复杂精密的电极图形。用相同的方法在玻璃上拉出其他的的ITO电极图形。形成复杂精密的电极图行,可以更好的控制液晶分子的运动。这样
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