壹般來說,TFT-LCD由上基板組件、下基板組件、液晶、驅動電路單元、背光模組和其他附件組成,其中下基板組件主要包括下玻璃基板和TFT陣列,上基板組件由上玻璃基板、偏振片和覆蓋上玻璃基板的膜結構組成,液晶填充在上、下基板形成的間隙中。圖1.1顯示了彩色TFT-LCD的典型結構,圖1.2進壹步顯示了背光模組和驅動電路單元的結構。
在下玻璃基板的內側,有壹系列導電玻璃微板、TFT半導體開關器件和連接對應於顯示器像素的半導體開關器件的縱橫線,它們都是通過光刻、刻蝕等微電子制造工藝形成的,每個像素的TFT半導體器件的截面結構如圖1.3所示。
在上玻璃基板的內側,鍍有壹層透明導電玻璃板,通常由氧化銦錫(ITO)制成,它與下基板上的許多導電微板形成壹系列電場,作為公共電極。如圖1.4所示。如果LCD是彩色的,則在公共導電板和玻璃基板之間有三原色(紅、綠和藍)濾光器單元和黑點。黑點的作用是防止光從像素點之間的間隙泄漏。它由不透明的材料制成,因為呈矩陣狀分布,所以被稱為黑矩陣。
2液晶顯示器制造工藝流程
彩色TFT-LCD的制造工藝主要包括四個子工藝:TFT工藝、彩色濾光片工藝、單元工藝和模塊工藝[1] [2]。各流程子流程之間的關系如圖2.1所示。
圖2.1彩色TFT-LCD工藝流程
2.1TFT工藝(TFT工藝)
TFT加工工藝的作用是在下玻璃基板上形成TFT和電極陣列。對於圖1.3所示的TFT和電極的分層結構,通常采用五道掩膜工藝,即使用五道掩膜,通過五道相同的圖形轉移工藝完成對圖1.3所示的TFT分層結構的加工[2],每道圖形轉移工藝的加工結果如圖2.2所示。
(No.65438號+0圖形轉移流程(b)2號圖形轉移流程(c)3號圖形轉移流程
(d)第四圖案轉印過程(e)第五圖案轉印過程
圖2.2每個圖案轉移過程的處理結果
圖形轉移沈積工藝由沈積、光刻、刻蝕、清洗、檢測等過程組成,其具體流程如下[1]:
塗了光刻膠?打掃衛生?薄膜沈積?玻璃基板的檢查?開始
結束?檢查?去除光刻膠?蝕刻?發展?曝光;揭露
其中,有兩種蝕刻方法:幹法蝕刻和濕法蝕刻。上述工藝的處理原理類似於集成電路制造工藝中使用的相應工藝的處理原理。但是,由於液晶顯示器中玻璃基板的面積較大,TFT加工過程中所采用的加工方法的工藝參數和設備參數有其特殊性。
2.2濾板的加工工藝
(a)玻璃基板(b)擋光板處理(c)濾光器處理
(d)過濾處理(e)過濾處理(f) ITO沈積。
圖2.3過濾器組件的形成過程
濾板加工工藝的作用是在基板上加工出如圖1.4所示的薄膜結構,其流程如下:
結束?測試?ITO沈積?測試?保護性清洗?過濾處理?阻光處理?開始
以上主要工序或流程的加工效果如圖2.3所示。
在濾光片基板上排列壹系列由不透明材料制成的、呈矩陣狀分布的黑點,並通過相應的圖案轉移工藝(也稱為光刻膠處理工藝)進行處理,在濾光片處理工藝開始時排列。圖形轉移過程依次包括以下幾個過程:濺射沈積、清洗、塗光刻膠、曝光、顯影、濕法刻蝕和去除光刻膠,每個過程的基本原理分別如圖2.4(a)-(g)所示。
(a)濺射沈積(b)清洗(c)光致抗蝕劑塗層(d)曝光。
(e)顯影(f)濕法蝕刻(g)去除光刻膠。
圖2.4光柵圖案轉移過程
檢驗時,各工序的原理示意圖如圖2.5所示。?發展?曝光?擋光片加工後進入濾光片加工階段,三種濾光片(紅、綠、藍)分別經過三種圖案轉移工藝加工。由於三個濾光片直接由不同顏色的光刻膠制成,所以這次的圖案轉移工藝與之前的圖案轉移工藝不同,它不包括蝕刻和去除光刻膠的工藝。具體工藝包括以下步驟:塗覆彩色光刻膠
擋光板處理後,經過清洗和測試後進入ITO沈積工序,最後在濾光層上鍍壹層導電玻璃氧化銦錫(ITO),形成濾光板的公共電極。
(a)彩色光刻膠塗層(b)曝光(c)顯影(d)檢驗。
圖2.5彩色濾光片圖案轉移過程
3液晶顯示器的典型制造工藝
液晶顯示器的制造工藝與集成電路基本相似,不同的是液晶顯示器中的TFT層狀結構是制作在玻璃基板上,而不是矽片上。另外,TFT制造工藝要求的溫度範圍是300~500oC,而集成電路制造工藝要求的溫度範圍是1000 oC。
3.1沈積過程
液晶顯示器制造過程中使用的沈積方法主要有兩種:壹種是離子增強化學氣相沈積,另壹種是濺射沈積。離子增強化學氣相沈積的基本原理是將玻璃基片置於真空室中,加熱到壹定溫度,然後通入混合氣體,在該室的電極上施加射頻電壓,混合氣體轉變為離子態,從而在基片上形成金屬或化合物的固體薄膜或塗層。濺射沈積法的基底原理是:在真空室中,用帶電粒子轟擊靶材,使其原子獲得足夠的能量濺射出來進入氣相,然後在工件表面沈積壹層與靶材相同材料的薄膜。壹般為了不改變靶材的化學性質,帶電粒子是氦離子和氬離子。濺射沈積方法有很多種,如DC濺射法和射頻濺射法。
3.2光刻工藝
光刻工藝是將掩模上的圖案轉移到玻璃基板上的工藝。由於液晶面板上劃線的質量取決於光刻工藝,所以光刻工藝是液晶顯示器加工中最重要的工藝之壹。光刻對環境中的塵埃粒子非常敏感,因此必須在高度潔凈的室內進行。
3.3蝕刻過程
蝕刻工藝分為濕法蝕刻工藝和幹法蝕刻工藝。濕法刻蝕工藝利用液體化學試劑化學去除襯底表面的材料,具有時間短、成本低、操作簡單的優點。幹法刻蝕工藝是用等離子體刻蝕薄膜線條的工藝。按反應機理可分為等離子刻蝕、反應離子刻蝕、磁增強反應離子刻蝕和高密度等離子刻蝕,按結構形式可分為圓筒型和平行板型。幹法刻蝕工藝的優點是側向腐蝕小,控制精度高,大面積刻蝕均勻性好。垂直度和平滑度極佳的鏡面也可以用ICP技術刻蝕。因此,幹法刻蝕在制作微米、深亞微米、納米尺度的幾何圖形方面具有明顯的優勢。
4液晶顯示器制造技術的發展趨勢
4.1TFT-LCD的發展趨勢
因為玻璃底板的尺寸對生產線能加工的LCD最大尺寸和加工難度起著決定性的作用,所以LCD行業根據生產線能加工的玻璃底板最大尺寸來劃分生產線屬於哪壹代。比如5代線最高階段的底板尺寸為1200X1300mm,最多可以切割6塊27寸寬屏液晶電視基板。6代線底板尺寸為1500X1800mm,32寸基板可切割8片,37寸基板可切割6片。7代線底板尺寸為1800X2100mm,42寸基板可切割8片,46寸基板可切割6片。圖4.1為1 ~ 7代玻璃底板尺寸定義。目前全球範圍已經進入6、7代產品的生產階段。據預測,未來兩年,5代之前的產能增量將逐漸減少,而最近兩年,6代和7代的產能將加速增長。目前各大設備廠商也推出了能與6代以上生產線配套的設備,如尼康應用於6、7、8代生產線的光刻機FX-63S、FX-71S、FX-81S等步進投影平板顯示器。