LCD工艺材料的基本特性060323.ppt

1、1,课程名称 LCD 工艺材料基本特性 课时控制 2小时,2,编写人员 钟平洪 审核人员,3,课程安排,第一部分：LCD PANEL A线用的一些材料 基本特性第二部分：LCD PANEL B线用的一些材料基本特性第三部分：LCD PANEL C线用的一些材料基本特性第四部分：LCD PANEL 后工序用的一些材料基本特性,4,第一部分：LCD PANEL A线用的一些材料基本特性 1、ITO导电玻璃 随着FPD的发展和进步，ITO是LCD PANEL制程中非常重要的技 术项目，其薄膜的物理特性将深深地影响到最终产品显示镜的画 质和其价位。ITO薄膜的主要功能在于它不仅仅是极佳的电极材 料，而

2、广泛用于FPD，同时它也具有发热、热反射、电磁波防止 和静电防止等各种不同的用途。ITO通常是用ITO靶材通过溅镀法制作而成的。以n型半导体氧 化铟为主成分而掺杂锡所成的ITO的传导电子密度增加为1020-1021 个/cm3而比电阻值为10-4.cm，实际上一般的ITO膜中掺杂着5-10wt%的氧化锡。目前一般ITO的实用规格为TN型的LCD用：50、80、100、200而STN型的LCD用80、25、15、10，而 C-STN（彩色）LCD用10以下。实际上应视其用途种类而有 不同的规格值。ITO导电玻璃的电阻值分类、表面电阻值表示及 主要用途如下表所示。,5,6,一般ITO透明导电膜（折

3、射率约为1.9）的品质特性需求有低表面电阻（10/）、高的透过率（80-92%/550nm光波）、低比电阻值（1.510-4.cm）、耐热性、耐酸碱性、图案加工性（蚀刻特性和微影技术）、电化学稳定性、膜表面形状（晶粒形态、大小和粗度，粗度越小越好）、低成膜温度（200）、膜附着机械强度、膜厚极其硬度、膜的外观（异物、污点、缺陷和伤痕，缺陷大小）、大面积（300-450mm2）和低成本。我们用的玻璃主要是TN型玻璃、STN型玻璃。他们之间的区别在于玻璃基板是否有研磨抛光。目前这些ITO玻璃的供应商有韩国三星康宁公司、深圳伟光公司、深圳莱宝公司等。,7,2、CF材料基本特性 LCD由黑白显示转向彩

4、色显示而进入全彩色化时代的竞争局面，而其中的彩色滤光片（COLOR FILTER，简称CF）是彩色FPD中一项关键性的零部件，其成本约占整个PANEL的20-30%左右，CF的大型化、低价格化和高性能化（高品质画质、高解析度以及耐久性）成为CF制程一直被探讨的课题 CF是利用现有技术染色法、颜料分散法、印刷法、赶膜法和电著法等制程将红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色分别地涂布于玻璃基板上。CF不仅影响着LCD的色特性，而且也大副地左右着LCD的对比度、亮度、表面反射等显示性能。CF的主要构成有：遮蔽光用的遮光成（BM）、彩色显示用的RGB著色图案（R、G、B）、保护著色层的透明保护膜（O/C）

5、、驱动液晶的透明电极膜（ITO）。,8,ITO电极 保护膜（O/C）遮光层（BM）R G B R G 玻璃基板 附有遮光层的CF基本结构之一,9,R、G、B的厚度一般是1.1um左右，而R、G、B之间的间隔约为10um，O/C的厚度一般是1.8-2.8um，它是耐久性及平滑性好的压克力树脂（Acryl Resin）或环氧树脂（Epoxy Resin），ITO的膜厚一般是1800 RGB的色特性取决于彩色油墨的物性，而彩色油墨的色特性则受颜料成分的影响很大，其他用于是颜料分散的成分则影响不大；颜料化合物的混合应从色再现性和透过率来考虑且需满足：1、RGB膜的分光透过率的尖峰值应与RGB等色系数及

6、背光源的亮度线相吻合的；2、RGB的分光透过率尖峰的高度和宽度应决定；光谱透过率尖峰的位置取决于色相和光源的光谱值；色再现性即是CIE色度图中三原色区域的宽度（三角形的面积大小，而NTSC影像三原色的三角形面积以100%为基率），一般个人电脑用的为35-40%，而监视器用的为50-65%,10,CF的明亮度提升的方法之方法有薄膜化（低颜料浓度）和光谱透过波长区域的宽广化两种，而CF的彩度提升的方法有厚膜化（高颜料浓度）和光谱透过波长区域的狭窄化。一般TFT-LCD的MODULE所使用的背光灯，其频率会在短/中/长波长处出现3个明显的PEAK，根据这三个PEAK所对应之波长（此所谓特定波长）来订

7、定RGB三种颜色之透过率，举例说明：,11,CF高色纯度，以CIE1931（X，Y，Z）为参考的色度坐标，分别测出R、G、B的（x，y）色度值，根据NTSC、EBU所定义的RGB三颜色的（x，y）色度值由RGB三个（x，y）坐标点所构成的三角形面积越大，其所代表的是色纯度（或色饱和度）越高，一般是NTSCEBU=CRT TFT-LCD C-STN LCD，因为TFT或者C-STN的三角形面积最小，所以它们用的CF的色纯度仍需再提升。COLOR FILTER遮光层（BLACK MATRIX，简称BM）的材料特性 彩色滤光膜的遮光层是用作为光的遮蔽功能，以防止入射光的泄漏而影响其色泽性，也就是其目

8、的在于使对比度提高和防止色纯度降低，而于着色画像素间形成此一遮光层，而特性要求为高遮光性和高精密化，其功能的要点如下：1、将开口部（画像素）以外的部分的背光源的光予以遮蔽，并进而提高LCD的对比度。,12,2、防止遮光层临近RGB次画像素的混色以及防止色纯度的降低。3、防止因表示面背景光的投影效应而造成对比度的下降4、防止因光电流效应而影响薄膜电晶体信号传送动作的完整性。基于此些因素而要求彩色滤光膜的BM能朝向高的遮光率光学浓度值-OD3.0以上，其含义是入射光强度I0和透过光强度I比值的对数值的倒数，即OD=-log（I/I0）、低的反射率（除玻璃表面反射以外）和微细图案特性等方向考虑，而一

9、般遮光层（一般宽度约为10um，若是金属膜的话，则膜厚为1000-1500）所使用的材料是金属铬（反射率小，玻璃基板密着性优和高的OD薄膜）。CF ITO玻璃现用供应商有日本的光村公司、深圳莱宝公司、深圳伟光公司,13,3、光刻胶基本特性（感光剂、增感剂、溶剂）A.组成：普通的光刻胶一般是由载体线形酚醛树脂约25%、光敏剂约5%、溶剂70%、极少量添加剂组成的 B.分类 3.1正性胶 这种胶在曝光前对某些溶剂是不可溶的，而曝光后却变成了可溶的。使用这种胶光刻时，能得到与掩模版遮光图案相同的图形。如日本 CLAIAN公司的AZ-210K光刻胶和苏州瑞红公司的RZJ-390 3.2负性胶 这种胶在

10、曝光前对某些有机溶剂是可溶的，而曝光后发生光聚合反，不溶于有机溶剂。使用这种胶光刻时，能得到与掩模版遮光图案完全 相反的图形。如日本新日铁化公司（NSC）的V259-BKIS光刻胶，日本 丸红公司的J366光刻胶。3.3光刻胶性能的衡量指标,14,3.3.1 感光度：对于某固定光强的曝光机，光刻胶的感光度越高，则曝光时间越短。3.3.2 分辨率：分辨率是表征光刻精度的标志之一。它不仅与光刻 胶本身有关，还与光刻工艺条件和操作技术等因素有关。3.3.3 抗蚀性：生产上要求光刻胶对酸、碱化学腐蚀液具有良好的 抗蚀能力，即经受得住较长时间的酸、碱化学腐蚀液的浸蚀。实际上，光刻胶只是在针孔密度小、粘附

11、性能良好的情况下，才可能有较好的抗蚀能力。3.3.4 粘附能力：表示光刻胶与衬底之间粘附的牢固程度，它直接影 响光刻后的精度。3.3.5 针孔密度：单位面积的光刻胶膜上针孔数目称为光刻胶膜的针 孔密度。如果光刻胶膜上有针孔，经腐蚀之后将在ITO层相应 位置上形成针孔，它将直接影响光刻质量，所以，要求光刻胶 膜的针孔密度尽可能低。,15,第二部分：LCD PANEL B线工艺用的一些材料基本 特性 1、TOP材料基本特性 在涂覆定向膜之前，我们可能需要先涂覆一层无机硬膜。此涂层一般在生产显示质量要求高的或显示面积较大的STN-LCD时需要用到，一般情况下普通TN型LCD和小面积的STN-LCD可

12、以不用。它主要用来补救SiO2阻挡层因生产过程中可能受到的破坏所造成的影响，及防止组成盒的两片玻璃电极可能产生的短路现象。无机硬膜，英文称Inorganic Hard Coat；俗称 topcoat（即：外涂保护层），它固化后的涂层组分是SiO2（无色透明），也可以是SiO2和TiO2混合组成，但此种组成的涂层为带有浅黄白色的透明保护层。它除了起SiO2涂层的作用外，尚起着调整光折射率的作用，用来消除“底影”（当LCD显示时，非点通部分也能被肉眼看到，这种现象我们称它为“底影”）。有UV热固化型和非UV只热固化型的，目前我们一般是采用前者因为硬度高折射率也高，但后者不用UV的省电但折射率较低。

13、TOP材料的供应商主要有日本NISSAN公司和日本触媒公司（CCIC）。,16,2、聚酰亚胺（PI）材料基本特性 在各种液晶显示器件中一般都使用聚酰亚胺（英文简称PI）系取向膜，通常用聚酰胺酸（英文简称PA）的溶液，我们涂布的取向剂实际上是PA溶液（聚酰胺酸溶于有机溶剂NMP），然后通过加热固化形成不熔不溶的稳定的聚酰亚胺取向膜，用摩擦法控制液晶分子的取向方向。聚酰胺酸溶液在高温下或者溶液中大量含水的条件下会发生较大的变化，所以，使用上要特别注意不要长期开口放置。聚酰亚胺系材料的耐热稳定性好，具有优良的绝缘特性，透明性。取向特性：液晶分子的长轴沿摩擦确定的方向取向是作为水平取向处理剂最基本的取

14、向特性。在水平取向方面，若在无电场状态使液晶分子长轴与基板完全平行取向的话，则施加电压时发生称为倾斜畴的向错。这种现象是由于液晶分子立起时，分子左右任一方向转动的能量等效所致。因此，为防止此种现象，有必要在无电场状态使液晶分子的取向与基板面成一定角度（倾斜取向）。此倾斜角称为预倾角。,17,90TN型液晶显示元件主要使用预倾角1-2的全芳香族聚酰亚胺，增大扭曲角的STN型液晶显示元件为防止施加电压时发生畴，要求预倾角要高。稳定的取向特性尤为必要，一般都希望STN型液晶显示元件的预倾角，若是240扭曲液晶盒，最好在3-4之间；若是270扭曲液晶盒，最好在20以上。而实际，即使是7-8也都能满足必

15、要条件。关于摩擦取向的原理至今尚有争论，但有一点是肯定的，那就是当液晶分子沿摩擦方向排列时系统的能量最低；或者说取向层处的液晶分子趋向于沿能量极小的方向排列，这种能量称之为锚定能。目前TN PI的供应商主要有大陆的实力克公司、科利得公司、STN PI供应商有日本的CHISSO公司、NISSAN公司、JSR公司。,18,第三部分：LCD PANEL C线工艺用的一些材料基本特性1、边框密封胶（环氧胶）用来将组成液晶盒的两片玻璃固定、封接在一起，因此要求它具有：A、足够的机械强度和可靠性；B、不会有对液晶显示有影响的成分游离到液晶盒内；C不与LC产生任何化学反应等。目前较通用的封接胶材料为环氧树脂

16、系胶粘剂。我们使用的XN-5A、XN-21F是单组份环氧胶。环氧胶是稳定的线性聚合物，环氧胶有下列突出特性：1）粘接强度高；2）膨胀系数与收缩率较小；3）优良的耐化学药品性能；4）电气性能优良。环氧树脂在室温下粘度较大，调配和使用不便。所以常加入一定量的稀释剂来降低粘度，增加其流动性和渗透性，并可延长使用期。但用量较多时，对胶粘剂的性能会有影响 目前环氧胶供应商主要有日本的三井东压公司,19,2、玻璃粉硅球 玻璃衬垫一般是用无碱玻璃拉丝制成的。若含有碱性成分的话，碱性成分慢慢溶到液晶内，使液晶材料劣化。在拉丝过程中容易附着不纯物，这些不纯物有可能使液晶材料劣化，或者扰乱液晶分子的排列。玻璃衬垫

17、即使承受重量也几乎不发生变形，因此常用来做密封胶内的支撑衬垫，最适合用于控制密封材料的厚度，即边框的盒厚。玻璃粉的主要供应商有日本电气硝子公司（NEG），硅球的主要供应商有日本的积水化学公司（SEKISUI）和日本的触媒化学公司（CCIC）。,20,3、塑胶球（SPACER）为什么要用塑胶球？塑胶球材料：二乙烯基苯为主要材料的交联共聚物塑料衬垫具有接近液晶的热膨胀系数，在高温下液晶盒厚度膨胀时可防止衬垫的移动，以及在低温下可防止空洞产生；负载就改变尺寸，适宜作为液晶盒厚度微小控制的材料。不管衬垫的材质如何，物理、化学、光学性质的管理以及纯度的管理都是重要的。尤其粒子直径分布的管理非常重要。在弹

18、性衬垫的情况下，液晶盒厚度不是由单个衬垫的尺寸决定的。所以，理想的情况是尽可能地使粒子直径分布区域狭窄。供应商一般用CV值来评价直径分布情况。目前SPAECR供应商主要有日本的积水化学公司和日本早川公司、日本触媒化学公司。,21,4、导电材料 4.1.AU球：以SP球为基材，化学镀NI，然后用金取代一部分NI做成。具 有良好导电性，适合小pitch的电极使用。目前供应商有日本 化学公司和日本化学公司 4.2.银浆碳浆：组成：都是由导电填料、连结料、溶剂、添加剂所组合的复合 材料。银浆导电材料的主要供应商有日本藤仓化成公司，碳浆导 电材料的主要供应商有香港励进公司,22,第四部分：LCD PAN

19、EL后工序工艺用的一些材料基本特性1、液晶（分类：热致液晶和溶致液晶）1.1.热致液晶：在一定温度范围内才呈液晶态的物质。有向列相（nematic）；近晶相（smetic）；和胆甾相（cholesteric）1.2.溶致液晶：将某些物质溶于另一物质时形成的液晶态物质。如脂肪 酸钠肥皂溶成较浓的水溶液就形成了溶致态液晶 1.3.向列相液晶是目前用作显示用主要液晶类型 1.4.液晶在LCD中应用原理 液晶分子一般都是刚性棒状的，由于分子头尾所接分子团的不同 使液晶分子在长轴或短轴两个方向上具有不同的性质。液晶分子排列 不管是哪种形式，其自然状态总是长轴相互平行。正是因为这一特点，使液晶的折射率、介

20、电率、磁化率、电导率、粘滞系数等具有各向异性。这种各向异性又由于液晶本身的弹性常数很小而使其分子排列在外电 场、磁场、应力、热能等作用下极易发生变化。液晶在LCD方向的应用 原理正是从这一特性展开的。液晶的供应商主要有实力克（TN液晶）、日本的CHISSO公司、日本 的DIC公司、德国默克公司（MERCK）,23,液晶具有与单轴性结晶相同的光学折射率异方向性的双折射性，单轴性结晶具有n0（相当于n）和ne（相当于n）两种不同的主折射率，而且它又分别地代表着正常光和异常光的折射率，其折射率的异方向性即是所谓双折射性n=ne-n0 在向列型的和距列型中，n0，该液晶为正的光学性；在胆固醇型的液晶中

21、，n0，该液晶为负的光学性；在外加电场的情况下，液晶分子的排列发生所谓的Rreederricksz转移现象（某一液晶相的分子排列将转移成另一种液晶相的分子排列），并促使其光学性质发生变化，此一现象归因于液晶分子的长轴方向与平行的介电率（）H和垂直方向的介电率（）有不同的值所致，介电率异方向性的定义为=_，0的液晶为p型液晶，当外加电场大于某一值时，则液晶分子长轴将会与电场方向平行；0的液晶为n型液晶，当外加电场大于某一值时，则液晶分子长轴将会与电场方向垂直。,24,2、UV胶2.1.单体：丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯、环氧树脂2.2.UV胶的组成：硅酮、光引发剂2.3.UV胶的固化机理 P:光引发剂

22、 UV:紫外光线 R*:自由基 M:单体,P R*RM*RMM*聚合物,UV,25,2.4紫外线丙烯酸型：光引发剂在紫外线的照射下分离出自由基 自由基引 发丙烯酸单体进行聚合反应形成聚合物,2.5紫外线阳离子（环氧）型：光引发剂在紫外线的照射下分离出阳离子 阳离子引发环 氧链接形成聚合物2.6波长要求 深度固化 玻璃粘结 UVA 315 400 nm深的粘结层 表面固化 UVB UVC 230-315 nm表面脱粘目前UV封口胶主要的供应供应商有日本乐泰（LOCTITE）和日本积水化学公司、日本三键公司（THREE-BOND）。,26,3.液晶清洗剂（分类：溶剂型、半溶剂型、水基型）3.1 溶

23、剂型：我们公司现在用的是可燃型的溶剂，主要由有机烃 组成。优点是具有较强的清洗能力，可再生回收不排放废水 等。缺点是可燃性强，挥发高等。3.2 半溶剂型：主要由烷烃、环烷烃、乙二醇酯等有机溶剂加表 面活性剂复配而成。优点是对重质油、和难清除的污垢清洗 能力强，与大多数被清洗材料的相溶性好，蒸发损失少等。缺点是废液很难回收、重复使用，废液处理成本比较高，运 行的费用相对较高。3.3 水基型：主要是在水中加入表面活性剂、助表面活性剂和其 他助剂进行清洗，利用表面活性剂对油污的润湿、乳化和分 散作用，再加上助表面活性剂和其他助剂辅助作用，适用于 各种油污的清洗，对环境影响小，对人体危害小。缺点是对

24、盲孔清洗较难，清洗液不能回收等 目前主要有日本汉高公司（HENKEL）、日本横滨油酯公司、深 圳飞世尔科技公司（FISHER）。,27,4.偏振片 它是将自然光转换成直线偏光的元件 作用：将入射光分解成互相正交的两个偏振光分量，只让一个通 过，而另一个分量被吸收、反射或被散射使其遮蔽。偏光膜 可分为高分子型薄膜型偏光片的碘系聚乙烯醇（I-PVA）和二 色性有机染料系等两种量产化的产品。在LCD的光学特性中偏 光片的影响是很大的，LCD最具代表性的显示特性是亮度和对 比度，亮度相依于偏光膜的透过率，而对比度则是相对于偏 光膜的偏光度。目前偏光片的主要供应商有日本的日东电工（NITTO）、三立 子、台湾的力特公司,28,THANK YOU！,The end.,