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TFT液晶的制造技术不断革新

导读: TFT液晶的制造技术不断革新液晶显示器结合了长久以来的设计技术、流程技术和生产技术的经验。同时,TFT液晶面板的制造工程又一直在进行著生产性提高、成本降低和面板性能提高的技术革新。基板尺寸的大型化就是提高生产性的一个典型的例子,此外还有各方面的提高生产性能,及提高面板性能的革新技术被不断引进。

TFT液晶的制造技术不断革新液晶显示器结合了长久以来的设计技术、流程技术和生产技术的经验。同时,TFT液晶面板的制造工程又一直在进行著生产性提高、成本降低和面板性能提高的技术革新。基板尺寸的大型化就是提高生产性的一个典型的例子,此外还有各方面的提高生产性能,及提高面板性能的革新技术被不断引进。

TFT液晶面板的制造工程一般被分为3个部分。最初的工程被称为TFT Array制程,在玻璃基板上置入薄膜晶体管和驱动所需的电路。这个工程需要重复上光阻、微影、蚀刻,才能在玻璃基本上形成Array电路。这种微影、蚀刻重复的次数一般被称为“光罩数”。

第二个工程被称为液晶Cell制程。它是在另一块玻璃基板上做成RGB三原色层,而变成彩色滤光片,然后将彩色滤光片和完成Array制程的基板,贴合并且注入液晶的工程。

在这个工程中要进行让液晶配向的配向膜涂布,和配向处理。Cell制程是会影响到液晶面板显示质量的重要制程,至今为止,其中部分仍必须依*操作人员的经验和直觉。

第三阶段的制程被称为模块工程,在已经完成的Cell基板上组装驱动IC或背光光源模块等,让液面面板“发光”的相关零组件。在模块工程中,大型化、多样化的各种类液晶面板的高效率制造是最重要的要求。

液晶制造生产线的投资生产性

液晶面板制造中,最让人关心的就是如何提高生产效率并降低成本。建置一条液晶面板生产线的时候,大多是利用以下的公式来做初步投资金额与方向的判定,来控制设备的投资额、减少折旧费,以及提高制造设备的生产效能。

投资生产效能=面板生产量/投资金额=(母玻璃投入数量×每面可取块数×良品率)/Array设备+Cell设备+Modile设备+CIM、搬运设备+建筑+无尘室)

制造装置的生产性=面板每面可取片数/(设备价格×单一程品制造时间)

降低制程次数

TFTArray制程中,减少上光阻、微影、蚀刻重复的次数,也就越少光罩数,相对的整体的制程程数也会减少,能够缩短投资效率及总工程时间。几年前,制程光罩数还是68层,但是最近大多数面板生产商都开始采用了“5层光罩”的制造流程。

甚至有一部分业者已经引进了4层光罩的制程。减少光罩数的背后原因是出于降低成本的市场压力,期望以减少制程的繁琐性来减少生产线投资额。但是,如果只是单纯的减少光罩的情况下,将会出现良率降低的反效果。

因为要减少光罩制程的数量,在制程设计上就必须有一定的方式,不会因为容易受到制程变动、Particle或缺陷等的影响。所以,为了显现出减少光罩制程数的效果,生产设备就必须具备在大面积玻璃基板中,依然能保证生产质量的均一性,和制程变动较少、较稳定的设备,及追求Particle管理简易性的设备。另外,伴随画面的大型化和精细化,画素数及配线长度在不断增加,所以如何减少Particle更是一项课题。

Cell制程的技术革新历史

Cell制程中包括配向膜的处理、液晶注入等,决定了液晶面板显示质量的重要制程。为了让这个Cell制程的生产性能提高,产业界开发出各种各样的革新技术。

柱型隔板对显示性能的改善

Spacer ball的分布是用来正确地控制Cell间的Gap,需要具备很高的精确度。目前已开始渐渐开始采用柱型隔板来取代原先Spacer ball的使用。这个方法可以消除隔片产生的光散射,能有效改善对比度等显示质量。

滴落注入提高生产性

另外,为了提高液晶注入工程的生产性,从传统的真空注入方式,到滴落方式的改革也在进行当中。尤其是大型TV面板的制造工程中,液晶注入时间从十几小时到一整天以上,需要非常长的时间,生产效率也很低。为了缩短液晶注入的时间,液晶滴落方式成了必不可少的技术。

非接触配向对显示质量的改善

为了进一步提高液晶面板显示质量的革新技术就是将机械地摩擦有机配向膜(PI膜)的表面让其配向的传统方式,转变为使用无机膜,利用离子光束实现非接触配向的技术,这已经开始应用于医疗用途的高端面板中。

由flexography印刷发展到Offset印刷的尝试

由于配向膜印刷设备是作为配向膜制程中主要的设备,从1980年代后期,当初第一代生产线为了要能够达到大幅提高透光率,利用印刷法进行薄膜成膜,一直运用到今天开发G7,在没有增加膜厚的情况下,为了因应生产的大型化,配向膜的面积增加了68倍左右。

LCD生产线中应用的配向膜印刷设备是以“flexography印刷方式”为基础的。目前薄膜成膜,以转写方式来实现,但未来为了达到利用Gravure Offset印刷法进行Patten的转写为目的,预计在不久的将来,“Stripe型彩色滤光片印刷”及“细线图案转写印刷”都将可能实现。

所以配向膜印刷设备的技术为来将朝向,应用于大型玻璃基板的加工设备的设计应用与玻璃基板搬运系统的活用、利用转写技术发展于图案印刷、开发非接触Dot-Print(点描印刷)发展。

印刷技术的最大特长为:比起蚀刻等法来说材料损失较少,实用程序比较简单。所以利用各种印刷法的特长,挑战对精密印刷的研究是相当有意义的。在不久的将来,相信印刷技术将会被活用于TFT-LCD、STN-LCD的生产流程中,生产线可能会得到进一步合理化。

在此基础上,印刷技术被广泛应用于从TFT、PDP,到有机、无机EL等各种面板的生产流程中。当然,为此我们必须等待著面板制造商的开发努力与材料制造商的开发成果,但在考虑各种显示面板的更进一步普及时,印刷技术的活用是有效的技术手法。

ZnO:Al膜作为ITO代替材料

ITO的原料In是稀有金属,资源方面有问题。随著近年需求量的急速增大,人们常谈及对其能否稳定供应的不安。20022003年间,In金属的市价约在100美元/kg左右,随著矿山接连封闭,及需求量的激增,至2005年其市价已经超过1,000美元/kg。

在这样的背景下,人们开始关心如何节省使用In或免用In材料的相关技术。ITO薄模的制造方法分成喷热分解法、CDC(Chemical Vapor Deposition)法等化学成膜法,和电子光束蒸著法、溅射法等物理成膜法两大类。

其中,溅射法是能大面积均一地成膜,且能得到高性能膜的成膜法,因此在FPD生产线中被广泛采用。由此,在考虑节省In材料或无In时,为使现有的设备得到有效利用,利用溅射法成膜较受欢迎。

现在,ITO中被使用的最多的SnO2的量约为10wt.%。可以考虑利用增加SnO2,藉由SnO2含量不同的薄模的抵抗率、透过率及蚀刻速度的资料,来减少In材料使用的可能性,不过根据实验,能够节约的In2O3仅仅只有10wt.%。而考虑到以节省In材料的优势下,将SnO2含量增至44.5wt.%时,透过率及蚀刻速度等都会比现有的ITO明显不佳。实际上,似乎很难透过增加SnO2含量来降低使用In材料。

另一方面,ZnO系是廉价又资源丰富的材料,也没有毒性,根据实验显示阻抗值和ITO相同,被认为是代替ITO的有力候补材料。

ZnO系的透明导电性很久前就广为所知,还进行了低抵抗化所需添加物的研究。添加了Al后的ZnO膜(ZAO膜)得到了190μΩcm的低阻抗结果,显示了作为材料的可能性。

因此,若考虑到成品的特性,或许无法采用减少In材料来达到降低成本,不过, ZAO虽然阻抗率不及ITO,但穿透率却超过了ITO,同时也可以进行蚀刻,不过,期望能完全代替ITO可能还有困难,但是在透过设备设计或细节调整,应该有可以发挥的机会。

未来仍将继续制造生产线技术革新

走入多样化时代的液晶显示屏幕不仅要面对大型化的需求,且需要以各种形态的显示幕出现。在产品多样化的过程,长久以来以“面积”为基础的想法将很难维持。要高效率地生产多样化的产品,必须依靠一种新观念。

以大型面板为目标新建立的生产线中,应该是在现有基础上引进玻璃基板尺寸更大的生产线,但在多样化时代中还包括用于行动电话的显示屏幕,也就是说包含笔记本计算机屏幕那样的大尺寸一直到中小型面板,怎样在短时间内高效率地进行生产,必须灵活应用现有的生产线,所以引进革新技术也是非常有必要的。

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