LCD通識介紹教材For New Comers2003/1/3Ver.12021/6/161課程大綱壹、LCD概念及面板結構簡介1.LCD概念-32.TFT_LCD結構-9貳、TFT-LCD製造流程簡介1.TFT-LCD製程概述-182.Cell的組織結構-25參、靜電防護規範1.靜電原理-292.靜電安全-372021/6/1621.LCD概念壹、LCD概念及面板結構簡介LCD產業結構圖2021/6/163LCD 產品製程 2021/6/1641-1.何謂液晶固體液體加熱冷卻 液晶是處於結晶與液體的中間狀態，同時具有光學異方性結晶所持有的複折射性 ，其分子與原子像液體一樣是零散分布，卻又像結晶一樣，往某一定方向對齊。液晶加熱冷卻2021/6/1651-2 液晶的型態層列性Smectic向列性Nematic膽固醇性Cholesteric此分類是基於偏光顯微鏡對液晶狀態的光學特性的觀察。 層列性：為棒狀的分子成層狀構造，各分子成垂直或具一傾斜角度。向列性：亦為棒狀的分子作平行排列，其分子軸方向保持平行。膽固醇性：具有層狀構造及分子於層內平行排列，具有旋光性。2021/6/166 1-3如何使液晶作動?TFT-LCD工作原理LCD顯示器的顯像原理，是運用兩個電極夾住一層液晶材料，基本上是於兩片皆有偏光板與ITO導電膜做電極的玻璃基板間，然後靠電極間電場的驅動，引起液晶分子扭轉向列的電場效應，以控制光源的透射或遮斷功能。並驅動紅(R)、綠(G)、藍(B)三個格點構成一個畫素，由於上層玻璃具有彩色濾光片，進而透過彩色濾光片顯示彩色影像，而下層玻璃則有利用半導體製程做成的畫素(Pixel)，利用上下ITO導電玻璃間電位的差異可使液晶分子的排列方向產生不同程度的改變，進而使入射光線偏極化的方向與強度也發生不同程度的改變，造成輸出的光線得以有明亮與灰階的變化。2021/6/1671-4.為何需控制pixel區內液晶的角度呢？因為我們要利用液晶的旋光性來控制光線通過TFT-LCD面板的強弱。-PolarizerLiquid CrystalTFT面板LCD面板LightITO電極下偏光片上偏光片圖：光線的極性方向也就是電磁波中電場的震盪方向會隨著液晶的旋轉而跟著轉動1.當液晶站立起來時（和面板方向呈現90度）時，光線是不受液晶導引的。2.液晶站立的角度越垂直，越多的光不會被液晶導引，不同角度的液晶，其站立角度會導引不同數量的光線。以上面的例子來看，液晶站立角度越大，則可以穿透的光線越弱。（上、下偏光片排列的方向會決定穿透光的強弱，因此建議：只要了解液晶站立的角度會導光的強弱即可）不受導引的光線會被上偏光片所吸收掉。2021/6/1682.TFT-LCD結構TFT-LCD產品基本構成元件基本構造背光板(BackLight)下偏光板(DownPolarizer)薄膜基板(TFTSubstrate)液晶(LiquidCrystal)彩色濾光片(ColorFilter)上偏光板(UpPolarizer)2021/6/169下偏光片薄膜(TFT)基板液晶電晶體彩色濾光片上偏光片線路TFT-LCD構造剖面圖2021/6/1610TFT_LCD面板主要可以拆解成三部分：一、LCD面板：二、TFT面板：三、背光板模組：我們一般在市面上看到的TFT_LCD，若拆開看其橫截面結構，如下圖：2021/6/1611LCD面板TFT面板若忽略背光板模組，而仔細觀察LCD面板和TFT面板組裝後的橫截面，則如下圖所示：2021/6/1612在上圖的TFT面板，我們可以看到TFTdevice的結構。整個TFT-LCD的中Array段的工作就是將TFTdevice製作在玻璃基板上，稱之為TFT面板。夾在TFT面板和LCD面板中間的東西就是液晶(L/C)。若是我們將LCD面板和TFT面板拆掉，單純只觀察TFT面板。.從TFT面板的正上方看下去，我們可以看到數百萬個排界整齊的小元件（TFTdevice）以及控制液晶的ITO區域，其TFTdevice排列簡圖如下：GatelineSignallineTFTdeviceITOArray Matrix2021/6/1613TFT面板就是由數百萬個TFTdevice以及ITO區域排列如一個matrix所構成，而所謂的Array就是指數百萬個排列整齊的TFTdevice區域，此區域就是所謂的面板顯示區。device的功能就好像是一個Switch（開關器），其簡圖如下：GatelineSignallineTFTdeviceITO像上圖的小區域我們稱呼為一個sub-pixel。TFTdevice是一個開關器，其功能就是控制電子流到ITO區域的數量，當ITO區域流進去的電子數量達到我們想要的數值後，再將TFTdevice關掉，此時就將電子整個關在（Keep）ITO區域。控制流到ITO區域的電荷量就可以決定了電場大小了。2021/6/1614液晶會受到上下兩塊板子之間的電場大小所控制而變動不同的垂直角度，電場愈大液晶改變的角度也愈大。如果我們將一塊透明導電板（LCD面板，或稱呼為彩色濾光片），以一定的間距和TFT面板上下平行排列（此間距一般是5m，而一般年輕人頭髮的直徑是120m150m左右），並且將LCD面板接地或是輸入固定的電壓，則在LCD面板和TFT面板之間就有電壓差(或是有電場)的存在。當TFT面板上數百萬個pixel都充入不同電壓（或是電荷量），我們就可以得到數百萬個pixel區域內液晶站立角度。2021/6/1615 PolarizerC/FGlassTFTGlassPolarizerLiquidcrystalBacklightBMGateLineTFTDataLine至於LCD面板一般稱呼為ColorFilter(CF)-彩色濾光片或是BlackMatrix（BM），我們之所以可以看到彩色的圖形文字就是用到彩色濾光片上的3原色Red,Green,Blue混合而成的。PixelElectrode2021/6/1616ColorFilter上三種顏色的排列會和TFT面板上的ITO電極互相成一對一的對應（如圖示），控制TFT面板上每個pixel的光線穿透的亮度就是控制這三種顏色的強弱，光線的強弱就可以混合成七彩的顏色。)TFT GlassData LinePixel ElectrodeGate Line300 mC/F Glass)Common ElectrodeColorfilter2021/6/1617TFT(Array)Thin-Film TransistorLC(Cell)Liquid CrystalLCM(Module)Array:電晶體(矩形陣列)TFT基板生成TransistoronGlassCell:面板生成(Panel)GlasssealingLCinsertingGlassCuttingModule:產品模組組裝JI:Driver,PCB,SiliconMA:BLUassembly,Aging1.TFT-LCD製程概述貳、貳、TFT-LCD 製造流程簡介製造流程簡介2021/6/1618BOX5 5道光罩道光罩道光罩道光罩薄膜薄膜黃光黃光蝕刻蝕刻素玻璃TFT基板ARRAY簡易製程2021/6/1619液晶注入TFT基板(TFTSubstrate)彩色濾光片(ColorFilter)CELL簡易製程2021/6/1620模組廠生產流程Laser cutCOG or TABFPC/PCBLOTSiliconeAssemblyAgingF/IPacking:JI:MA2021/6/1621Assembly2021/6/1622Aging以長時間高溫做燒機測試,篩除不良或不穩定的產品2021/6/1623FinalInspection應用各式檢驗畫面,檢出不良現象對無功能缺失者進行產品評等1.依照”產品不良判定表”判定產品等級.2.屬於畫面品質的等級差異.一般可分為點缺陷、線缺陷、漏光、黑白點、顏色不均、紋路.2021/6/16242.Cell的組織結構為了能對 Cell 有一個初步的認識，將從剖面圖來介紹 LCD 的結構以及相關的材料。2021/6/16252.1各部件材料之功能：（1）偏光板：最主要作為光柵，僅讓單一方向的光可通過。（2）彩色濾光片與Array基板：一上一下以形成電場，讓液晶在此電場下排列.（3）配向膜：配向膜具有方向性能讓液晶在配向膜上規則排列.（4）框膠：就像房子的牆壁，用來阻絕液晶與外界接觸.（5）間隙球：就像房子的柱子，用來支撐上下兩片基板，以得到均勻的Gap.（6）液晶：在不同電場下控制液晶的排列，用以得到不同穿透率的光量，藉（7）封口膠：將預留的液晶注入口封止的材料，以達到完全隔絕的效果.（8）銀膠or銀點：將Array基板的電荷藉由此導電物質傳導到上片的彩色此達到顯示原理.濾光片，以形成上下電場.2021/6/16263.LCD製造流程圖玻璃基板玻璃基板B/M形成R.G.B光阻塗布成膜前洗淨成膜曝光光阻塗布曝光顯影蝕刻去光阻S1O2膜塗布ITO導電膜形成檢查顯影蝕刻去光阻S1O2膜塗布檢查C/F基板製造工程TFTArray基板製造工程定向處理定向處理後洗淨定向處理後洗淨定向處理PI膜印刷C/F基板PI前洗淨PI膜印刷Array基板PI前洗淨框膠材塗布間隔物散布組合切割/裂片液晶注入封止封止後洗淨偏光板貼合檢查Cell工程清洗終檢成品OLBCell.PCB組裝裝箱組裝檢查LCM工程2021/6/1627名詞解釋英文專有名詞中文說明LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶顯示器.Glass,substrateorglasssubstrate玻璃基版.TFT(ThinFilmTransistor)薄膜電晶體.Panel面板.Array排列,指在玻璃基板上做TFT的製程LCD-ArrayCell液晶填充製程.分為LCD-FEOL（Cell前段）LCD-BEOL（Cell後段含CellTester）Module模組,指後段組裝製程LCMRGB(Red,Green,Blue)指紅、綠、藍三原色BLU(BackLightUnit)背光模組F/I(FinalInspection)最終檢驗VisualInspection外觀檢驗DisplayInspection畫像檢驗2021/6/1628ESD靜電破壞(ElectrostaticDamage)靜電放電(ElectrostaticDischarge)原理在正常狀態下物質呈中性,而在日常活動中,會使物質失去電子或得到電子,此即產生-靜電（失去電子即帶正靜電,得到電子帶負靜電）當物質產生靜電後,會隨時放電,若放到電子元件上將導致元件破壞,無法正常運作,此即稱靜電破壞或靜電放電。參、靜電防護規範1.靜 電 原 理2021/6/1629工作環境中靜電大小2021/6/1630摩擦生電序列表上下位置距離越遠，帶電量越多。二種材料互相摩擦，表上方之材料通常帶正電，表下方之材料則是帶負電。2021/6/1631 靜電如何破壞靜電如何破壞IC :IC :當物質產生靜電後,隨時會放電,若放到電子元件上,如IC,則會將元件破壞使其不能工作,此即為靜電破壞或靜電放電電壓相關能量相關高壓電跨過氧化層氧化層崩潰造成短路接面崩潰電壓跨過接面引起大電流溫度超過矽的本質時將形成目電阻造成電流再次加大產生局部熱集中造成矽,鋁的溶解,形成破壞2021/6/1632決定靜電大小的主要因素物質的種類異物 , 不純物的混入導電率高,靜電將減少表面狀態接觸面積面積大-發生量大壓力大-發生量大分離速度速度快-發生量大濕度濕度低-發生量大2021/6/1633特性要因圖ESD異常人員因素未穿戴靜電環方法因素材料因素機台因素環境因素未穿戴靜電手套離子風扇未打開Panel靜電防護電路設計不佳濕度過低破損造成靜電防護失效離子風扇擺設過遠治具未採用靜電防護材料操作時造成面板與治具摩擦離子風扇失效操作時碰觸端子區取放panel時造成panel與他物碰撞而放電2021/6/1634防止靜電破壞方法 :1.電子元件設計上,加上靜電保護電路2.在工作環境上盡量減少靜電發生機會,下圖為標準作業環境3.在運送過程上使用防靜電及海綿等等人體用靜電環250K-1M250K-1M250K-1M靜電防護地毯大地靜電防護桌墊靜電防護盒離子風扇機殼接地濕度機2021/6/1635離子風作用原理帶電體IonizerIon電流HV2021/6/16362.靜電安全 使用靜電能在短時間內洩漏而不帶電之作業地面或牆壁 可能的話散佈帶電防止劑或灑水可降低靜電危害 穿用靜電鞋及穿用防止帶電之作業服裝 金屬網或板遮蔽帶電物體 , 或改為自動化使人不需接近 如人員與帶電物需接觸則用金屬網或導電手套或帽子先除電 使用除電器先除電或使用防靜電墊予除電 用金屬容器分裝可燃液體時一定要接地 易燃氣體輸送管線要接上接地線 增加濕度也可防止靜電危害2021/6/1637 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！