電子新知（1）：液晶面板工藝制造流程詳解 - 全文

　　曾經(jīng)爆發(fā)過的面板門事件，足以解釋用戶對于液晶顯示器所采用液晶面板類型的重視，不僅如此，液晶顯示器重要的技術提升，如LED背光，超廣視角，都與面板有著直接的關系。而占一臺液晶顯示器80%成本的液晶面板，足以說明它才是整臺顯示器的核心部分，它的好壞，可以說直接決定了一臺液晶顯示器品質是否優(yōu)秀。

　　如此來看，民用的液晶顯示器的生產(chǎn)只是一個組裝的過程，將液晶面板、主控電路、外殼等部分進行主裝，基本上不會有太過于復雜的技術問題。難道這是說，液晶顯示器其實是技術含量不好的產(chǎn)品嗎？其實不然，液晶面板的生產(chǎn)制造過程非常繁復，至少需要300道流程工藝，全程需在無塵的環(huán)境、精密的技術工藝下進行。

　　液晶面板的大體結構其實并不是很復雜，筆者將其分為液晶板與背光系統(tǒng)兩部分。

　　液晶面板的LED背光系統(tǒng)

　　背光系統(tǒng)包括背光板、背光源（CCFL或LED）、擴散板（用于將光線分布均勻）、擴散片等等。由于液晶不會發(fā)光，因此需要借助其他光源來照亮，背光系統(tǒng)的作用就在于此，但目前所用的CCFL燈管或LED背光，都不具備面光源的特性，因此需要導光板、擴散片之類的組件，使線狀或點狀光源的光均勻到整個面，目的是為了讓液晶面板整個面上不同點的發(fā)光強度相同，但實際要做到理想狀態(tài)非常困難，只能是盡量減少亮度的不均勻性，這對背光系統(tǒng)的設計與做工有很大的考驗。

　　液晶板在未通電情況下呈半透明狀態(tài)

　　可彎曲的柔性印刷板起到信號傳輸?shù)淖饔?，并且通過異向性導電膠與印刷電路板（藍色PCB板的部分）壓和，使兩者連接想通

　　液晶板從外到里分別是水平偏光片、彩色濾光片、液晶、TFT玻璃、垂直偏光片，此外在液晶面板邊上還有驅動IC與印刷電路板，主要用于控制液晶板內的液晶分子轉動與顯示信號的傳輸。液晶板很薄，不通電的情況下呈半透明狀態(tài)，它的大體構造就像三明治，下層TFT玻璃與上層彩色濾光片中間夾著液晶。

　　微觀液晶面板，會看到紅綠藍為一組三原色，一般一組或兩組為一個像素

　　液晶具備固態(tài)晶體的光線折射性質，同時具備液體的流動特性，在電極的驅動下，可以按照主控想要的方式進行排列，控制光線透過的強弱，然后在彩色濾光片上，通過紅、綠、藍三基色進行每個像素的調色，最終得到完整畫面影像。

　　按照功能的劃分可以將液晶面板分為液晶板與背光系統(tǒng)部分，而要生產(chǎn)一塊液晶面板，卻需要經(jīng)過“前段Array制程、中段Cell制程、后段模組組裝”三個復雜的過程。今天我們將在此，為大家詳細介紹液晶面板的生產(chǎn)制造流程。

　　★ 文中大部分圖片截自友達官網(wǎng)以及網(wǎng)絡收集

　　前段Array制程：薄膜/黃光/蝕刻/剝膜（一）

　　液晶面板制造的前段Array制程主要是“薄膜、黃光、蝕刻、剝膜”四大部分，如果僅僅是這樣看，很多網(wǎng)友根本不解這四步的具體含義，以及為什么會這樣做。

　　首先，液晶分子的運動與排列都需要電子來驅動，因此在液晶的載體——TFT玻璃上，必須有能夠導電的部分，來控制液晶的運動，這里將會用ITO（Indium Tin Oxide，透明導電金屬）來做這件事情。ITO是透明的，也成薄膜導電晶體，這樣才不會阻擋背光。

　　液晶分子排列的不同以及快速的運動變化，才能保證每個像素精準顯示相應的顏色，并且圖像的變化精確快速，這就要求對液晶分子控制的精密。ITO薄膜需要做特殊的處理，就猶如在PCB板上印刷電路一般，在整個液晶板上畫出導電線路。

　　首先，需要在TFT玻璃上沉積ITO薄膜層，這樣整塊TFT玻璃上就有了一層平滑均勻的ITO薄膜。然后用離子水，將ITO玻璃洗凈，準備進入下一步驟。　　

　　接下來，要在沉積了ITO薄膜的玻璃上涂上光刻膠，在ITO玻璃上形成一層均勻的光阻層。然后烘烤一段時間，將光刻膠的溶劑部分揮發(fā)，增加光阻材料與ITO玻璃的粘合度。

　　用紫外光（UV）通過預先制作好的電極圖形掩模版照射光刻膠表面，使被照光刻膠層發(fā)生反應，在涂有光刻膠的玻璃上覆蓋光刻掩模版在紫外燈下對光刻膠進行選擇性曝光。

　　前段Array制程：薄膜/黃光/蝕刻/剝膜（二）

　　我們以一個像素單位為例，如上圖，這個像素中，淺色部分未曝光，而深色的是曝光部分。

　　接著，用顯影劑將曝光部分的光刻膠清洗掉，這樣就只剩下未曝光的光刻膠部分，然后用去離子水將溶解的光刻膠沖走。

　　顯影之后需要加熱烘烤，讓未曝光的光刻膠更加堅固的依附在ITO玻璃上

　　然后用適當?shù)乃峥桃簩o光刻膠覆蓋的ITO膜的蝕刻掉，只保留光刻膠下方的ITO膜。ITO玻璃為（In2O3 與SnO2）的導電玻璃，未被光刻膠覆蓋的ITO膜易與酸發(fā)生反應，而被光刻膠覆蓋的ITO膜可以保留下來，得到相應的拉線電極。

　　前段Array制程：薄膜/黃光/蝕刻/剝膜（三）

　　剝膜：用高濃度的堿液（NaOH 溶液）作脫膜液，將玻璃上余下的光刻膠剝離掉，從而使ITO玻璃形成與光刻掩模版完全一致的ITO圖形。

　　用有機溶液沖洗玻璃基本標簽，將反應后的光刻膠帶走，讓玻璃保持潔凈狀態(tài)。這樣就完成了第一道薄膜導電晶體制程，一般至少需要5道相同的過程，在玻璃上形成復雜精密的電極圖形。

　　用相同的方法在玻璃上拉出其他的ITO電極圖形

　　形成復雜精密的電極圖形，可以更好的控制液晶分子的運動

　　這樣，前段Array制程就結束了。從整個過程不難看出，前面在TFT玻璃上沉積ITO薄膜、涂光刻膠、曝光、顯影、蝕刻，最終是為了在TFT玻璃上形成前期設計好的ITO電極圖形，以便于在玻璃上控制液晶分子的運動。整個生產(chǎn)過程的大致步驟并不復雜，但是技術上的細節(jié)和注意事項非常繁瑣，這里我們就不多做介紹了，有興趣的朋友可以自行查閱相關資料。

　　液晶板所用玻璃的制造工藝也是非常講究。目前，全球最大的液晶面板用玻璃，主要由美國康寧、日本旭硝子等廠商提供，處于液晶面板生產(chǎn)制造的上游，這些廠商都掌握著玻璃生產(chǎn)工藝的技術專利。前幾個月，由于地震造成康寧玻璃停爐事件，對液晶面板行業(yè)造成了一定的影響，可看出其在行業(yè)內的地位。

　　中段Cell制程：TFT玻璃與彩色濾光片貼合Ⅰ

　　前面我們提到過，液晶板的結構就像三明治，下層TFT玻璃與上層彩色濾光片中間夾著液晶。在液晶面板制造的終端Cell制程，就是TFT玻璃與彩色濾光片的上下貼合，不過這不是簡單的粘合，需要做很多細節(jié)上的技術工作。

　　下層TFT玻璃與上層彩色濾光片中間夾著液晶層

　　中段Cell制程首先分為TFT與CF（彩色濾光片）兩部分

　　首先將經(jīng)過前段Array制程的TFT玻璃用去離子水洗凈

　　從上圖中大家可以看到玻璃上分為相同大小的6塊，也就是說這塊玻璃做出的液晶板，最后要切割成6塊，而每一塊的大小則是最終尺寸。在玻璃投片的時候，每塊玻璃要切什么規(guī)格什么尺寸就已經(jīng)提前設計好了。

　　在配向膜為溶液狀態(tài)時屠宰TFT玻璃基本上表面

　　然后將有機高分子配向材料涂布在玻璃的表面，即采用選擇涂覆的方法，在ITO 玻璃上的適當位置涂一層均勻的配向層，同時對配向層做固化處理。

　　配向摩擦：用絨布類材料以特定的方向摩擦取向層表面，以使液晶分子將來能夠沿著配向層的摩擦方向排列，保證液晶分子排列的一致性。配向摩擦之后，會有一些絨布線等污染物，需要通過特殊的清潔流程將污染物沖洗掉。

　　TFT玻璃基板清洗完畢之后，進行密封膠涂布，其目的是為了讓TFT玻璃基板能與彩色濾光片粘合固定，同時也能防止液晶外流。

　　中段Cell制程：TFT玻璃與彩色濾光片貼合Ⅱ

　　TFT玻璃基板的終端Cell制程基本已經(jīng)完成，下面就該進行彩色濾光片的Cell制程。

　　與TFT玻璃基板配向相同，彩色濾光片也需要涂配向膜

　　然后在已經(jīng)固定在濾光片表面的配向膜上進行配向

　　在彩色濾光片表面噴灑墊料，讓TFT玻璃基板與彩色濾光片之間有一定的間隔距離

　　接下來，再次進入TFT玻璃基板的制程

　　在TFT玻璃基板上已經(jīng)涂好的密封膠框內注入液晶

　　最后，在彩色濾光片的玻璃的粘合方向上的邊框涂上導電膠，以保證外部電子能夠流通進入液晶層，然后，根據(jù)TFT玻璃基板、彩色濾光片上的粘合標記，將兩塊玻璃粘合，通過高溫將粘合材料固化，使上下玻璃貼合穩(wěn)定。

　　彩色濾光片是液晶面板非常重要的零組件，制造彩色濾光片的廠商與玻璃基板廠商一樣，處于液晶面板廠商的上游，其供應過剩或不足，能夠直接影響液晶面板的生產(chǎn)進度，間接影響終端市場。

　　中段Cell制程：TFT玻璃與彩色濾光片貼合Ⅲ

　　貼合完畢的液晶板就可以根據(jù)之前設計好的切割尺寸進行切割，得到最終尺寸

　　通過上圖，可以看到，切割完的每塊液晶板都留有兩個邊框，是做什么用的呢？在后面的模組制程中，大家可以找到答案

　　最后，在每塊液晶基板的兩面都貼上的偏光片，其中朝外方向貼的是水平偏光片，朝內方向貼的是垂直偏光片。

　　偏光片是一種只允許某方向的光線才能通過的光學片板，能將自然光轉換成直線偏光的光學元件。其作用機制是將直交的入射光線經(jīng)過垂直偏光片后，使垂直方向光線通過，另一份水平方向光線則被吸收，或利用反射和散射等作用使其遮蔽。

　　制作液晶面板時，必須上下各用一片，且呈交錯方向，在有電場與無電場時，使光線產(chǎn)生位相差而呈現(xiàn)明暗的狀態(tài)，用于顯示字幕或圖案。

　　至此，中段Cell制程就全部完成。下面，就可以進入液晶面板制造的最后一個流程：后段模組組裝。

　　后段模組組裝：驅動IC/印刷電路板壓合

　　后段Module制程主要是液晶基板的驅動IC壓合與印刷電路板的整合，這一部分可以將從主控電路接受到的顯示信號傳輸?shù)津寗覫C上，驅動液晶分子轉動，顯示圖像。此外，背光部分在此環(huán)節(jié)會與液晶基板整合，完整的液晶面板就完成了。

　　首先在兩個邊框上壓合異向性導電膠，這樣可以讓外部電子進入到液晶基板層，是電子傳輸?shù)臉蛄?/p>

　　壓合在液晶基板上的驅動IC

　　接下來是驅動IC的壓合。驅動IC的主要功能是輸出需要的電壓至每個像素，控制液晶分子的扭轉程度。而驅動IC分為兩種，位于X軸的源極驅動IC負責資料的輸入，特性為高頻并具備影像功能；位于Y軸的閘極驅動IC負責液晶分子的扭轉程度與快慢，其直接影響著液晶顯示器的響應時間。不過目前已經(jīng)有很多液晶面板只有X軸方向有驅動IC，也許是將Y軸驅動IC功能做了整合簡化。

　　柔性電路板的壓合，可以傳輸數(shù)據(jù)信號，充當外部印刷電路與液晶板電子傳輸?shù)臉蛄?。其可以彎曲，因此成為柔性或軟性電路?/p>

　　在柔性電路板的另一端貼上異向性導電膠，并且印刷電路板貼合

　　柔性電路板與印刷電路板實物（圖片拍自三星2693HM）

　　液晶基板的制造過程還有很多細節(jié)以及注意事項，例如離子水清洗、烘干、吹干、風干、超聲波清洗、曝光、顯影等等等等，都有非常嚴格的技術細節(jié)與要求，這樣才能生產(chǎn)出質量合格的眼睛面板，感興趣的朋友可以通過搜索引擎自行查閱相關的技術資料。

　　讓液晶面板發(fā)光：不可忽略的背光系統(tǒng)

　　液晶（Liquid Crystal，簡稱LC）是一種液態(tài)晶體，具備固態(tài)晶體的透光與折射性質，同時還具有液體的流動性質，正因為它的這種特性才會被應用到顯示領域。

　　不過液晶并不會自主發(fā)光，因此采用液晶作為顯示介質的顯示設備，需要另外搭配背光系統(tǒng)。

　　首先需要一塊背板，作為發(fā)光源的載體。液晶顯示設備常用的發(fā)光源是CCFL冷陰極背光燈管，不過目前已經(jīng)開始向LED背光轉變，但無論是兩者中哪一個，都需要一塊背板作為載體。

　　三星26吋寬屏2693HM的CCFL背光燈管

　　CCFL背光已經(jīng)伴隨液晶走過一段歲月，其品質相比LED背光，有不少缺陷，不過現(xiàn)在已經(jīng)逐步進化為燈管節(jié)省50%，加強液晶板的透光率，來達到節(jié)能的目的。

　　三星XL2370的側置白光LED背光在未發(fā)光（左）與發(fā)光（右）狀態(tài)下

　　而LED在照明領域的快速發(fā)展，成本有了大幅度的降低。液晶面板也開始大范圍采用LED作為背光源，目前為了控制成本，LED背光都采用側置而非布置于背板上的方式，這樣可以減少LED晶粒采用的數(shù)量。

　　側置LED背光系統(tǒng)的擴散板（導光板）上有無數(shù)的點狀印刷

　　但無論是CCFL背光還是LED背光各種放置方式，背光的光源性質都不可能是面光源，而是線光源或者點光源，因此就需要其他組件將光線均勻到整個面上，這任務由擴散板和擴散片來完成。

　　透明的擴散板上，點狀印刷可以遮擋一部分光線，側置的LED背光將光線從擴散板側面打入，光線在擴散板內來回反射折射，將光線均勻分散到整個面，點狀印刷遮擋住部分光線，將光線如篩子般，均勻的篩出。

　　擴散板上方的擴散片有助于將光線均勻在整個面上

　　在擴散板上方，還會有3～4片擴散片，不斷的將光線均勻到整個面上，提升光線的均勻度，這直接關系到液晶面板的顯示效果。專業(yè)的液晶顯示器為了更好的控制屏幕的亮度均勻性，在面板采購，后期的背光控制電路方面，會下很大的功夫，以保證面板的品質。

　　背光系統(tǒng)還包括背光模組點燈器，位于背板的后方，在CCFL背光時代，大家經(jīng)?？梢钥吹饺缟蠄D的長條狀點燈器，每一個線圈負責一組燈管。

　　而采用側置白光LED作為背光源的點燈器就要簡單很多，上圖最左方那一小塊電路板就是LED背光的點燈器。

　　背光系統(tǒng)大致的結構就是如此，由于筆者沒有見過R.G.B LED背光的液晶顯示器背光模組長啥樣，這里也就無從告知，以后見到了，再與大家分享。

　　后段模組組裝：液晶基板與背光整合

　　液晶基板驅動IC/印刷電路板壓合完成，背光系統(tǒng)也完畢，最后只需整合就可以完成液晶面板的制造。

　　將已經(jīng)做好的背光模組與液晶基板上下整合

　　由于液晶基板與背光系統(tǒng)沒有用粘合的方式固定，需要用金屬或者膠框加在外層，起到固定液晶基板與背光系統(tǒng)的作用。

　　進行高溫老化測試

　　裝箱出廠，就可以供應給液晶顯示器制造商了

　　液晶面板制造流程示意圖

　　后段Module制程是在LCM（LCDModule）工廠完成，這一部分基本不涉及液晶面板制造的核心技術，主要就是一些組裝的工作，因此一些臺系面板廠如奇美，韓系面板廠如三星，都在中國大陸地區(qū)設置有LCM工廠，進行液晶面板后段模組的組裝，這樣可以方便大陸地區(qū)各大顯示器代工廠與液晶電視廠商采購，可以在整個制造環(huán)節(jié)中降低人力與運輸成本。

　　不過涉及核心技術的液晶面板前中段制程，無論是臺系還是韓系，暫時都無意在大陸地區(qū)設廠的意思，因此中國大陸想要擁有自己的液晶面板產(chǎn)業(yè)，任重道遠。

　　國內液晶面板產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠

　　液晶面板產(chǎn)業(yè)，并不是擁有了幾座面板廠，就了事，需要資金、技術、產(chǎn)業(yè)配套，能支持液晶面板廠運營的同時，能夠吸引上下游廠商加入到整條產(chǎn)業(yè)鏈中，將產(chǎn)業(yè)帶活，帶強，持續(xù)發(fā)展。

　　面板產(chǎn)線代數(shù)越高，能生產(chǎn)的單塊玻璃基板尺寸就越大，以更低的成本切割大尺寸液晶面板

　　首先是資金，液晶面板產(chǎn)業(yè)是砸錢的行業(yè)，就拿最小可以承擔液晶電視面板生產(chǎn)任務的6代線來說，前后投資需要上百億元人民幣，同時還要涉及到資產(chǎn)負債率、高銀行利息以及后期增資的問題。更不用說8代線、10代線以及11代線，從這個層面來看，大陸地區(qū)的面板廠已經(jīng)是在“玩別人剩下的”，更不用說次世代顯示技術OLED相關的投資布局。

　　其次是技術，中國大陸地區(qū)沒有自主研發(fā)的液晶面板制造相關工藝技術，當然“抄襲修改后重新冠名”的除外。之前，大陸地區(qū)曾經(jīng)有購買韓系面板廠但沒有獲得技術專利的例子，最后還得重新花錢去購買技術，這又需要錢。

　　最后是產(chǎn)業(yè)配套，即使自己有面板廠，面板做出來，下游廠商不買賬，與上游零組件廠商合作不到位，在市場競爭中，管理、營銷、宣傳、產(chǎn)品方面沒有優(yōu)勢，被韓系、臺系打得鼻脬臉腫，然后跑去向家長告狀，用行政干預市場，達到短期的目的，最后還是年年虧損，無人收攤，無奈只有納稅人買單。如何建立以液晶面板產(chǎn)業(yè)為中心，上下游廠商配套齊全的產(chǎn)業(yè)鏈才是行業(yè)健康發(fā)展的根本。

　　國內三大面板廠的合并事宜也是鬧得沸沸揚揚，產(chǎn)業(yè)低谷時，想著抱團共渡難關，還沒抱在一塊的時候，產(chǎn)業(yè)景氣了，又把傷痛忘得一干二凈。缺乏長期持續(xù)發(fā)展眼光，不得不讓人對國內液晶面板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展擔憂。

　　近期彩虹6代線，以及合肥液晶產(chǎn)業(yè)的建設火熱進行中，希望前期國內面板業(yè)者的辛酸經(jīng)歷能給后來者一些警示，用長遠的目光，負有責任的發(fā)展好國內的液晶面板產(chǎn)業(yè)。