串口屏的整个制造过程详细解释如下:

LCD的重要技术改进,如LED背光和广视角,与LCD直接相关。这些改进占LCD面板成本的80%,足以证明LCD面板是整个显示器的核心部分,LCD面板的质量可以直接决定LCD显示器的质量。

民用串口屏的生产仅属于组装过程。LCD面板、主控制电路、外壳等主要部件的组装,基本上不会遇到过于复杂的技术问题。

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这是否意味着LCD是低技术产品?事实上并非如此。LCD面板的生产制造过程极为复杂,至少需要300道工序。整个生产流程必须在无尘环境中进行,并采用精密技术。

LCD面板的整体结构并不复杂,目前LCD面板的结构可分为两部分:LCD面板和背光系统。

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LCD面板LED背光系统

LCD面板背光系统

这些包括背光板、背光光源(CCFL或LED)、扩散板(用于均匀分布光线)、扩散板等。

由于LCD本身不发光,因此需要使用另一种光源进行照明,背光系统的功能就是为此,目前主要使用CCFL灯或LED背光, 不具备表面光源的特性,因此需要通过导光板、扩散片等组件,将线性或点光源的光线均匀分布在整个表面,以确保整个LCD面板在不同区域的亮度一致。但实现这一理想状态非常困难,通常只能通过尽量减少亮度不均匀性来优化。背光系统对设计和工艺要求极高。

LCD面板在无电流透光状态下

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LCD面板由外至内依次为水平偏振片、颜色滤光片、LCD、TFT玻璃和垂直偏振片。

此外,LCD面板旁还有驱动IC和印刷电路板,主要用于控制LCD面板内液晶分子的旋转及显示信号的传输。LCD面板在无电流时薄而透明,大致呈三明治结构,由一层TFT玻璃、一层彩色滤光片和夹在中间的LCD层组成。

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微型LCD面板中,会看到红、绿、蓝三原色,通常以一组或两组构成一个像素

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LCD具有固体晶体的折射光线特性,同时具备流体流动特性。在电极驱动下,可按主控要求调整光线通过强度,再通过彩色滤光片,使每个像素的红、绿、蓝三色调色,最终形成全屏图像。

根据功能划分,LCD面板可分为LCD面板和背光系统。然而,要生产LCD面板,需要经过三个复杂的工艺流程,即前段阵列制造工艺、中段单元制造工艺和后段模块组装。今天我们将在此为您详细介绍LCD面板的制造工艺流程。

(I) 阵列前处理工艺:薄膜/黄光/蚀刻/剥离

LCD面板阵列的制造工艺主要由四个部分组成:薄膜、黄光、蚀刻和剥离薄膜。如果仅从字面理解,许多网友可能不明白这四个步骤的具体含义及操作原因。

首先,液晶分子的运动和排列需要电子驱动。因此,在作为液晶载体的TFT玻璃上,必须有导电部分来控制液晶分子的运动。在此,我们使用ITO(铟锡氧化物)来实现这一功能。ITO具有透明性,同时作为薄膜导电晶体,不会阻挡背光。

液晶分子的不同排列和快速运动变化,可以确保每个像素准确显示对应颜色,并使图像准确快速变化,这需要对液晶分子进行精确控制。ITO薄膜需要特殊处理,就像在PCB板上印刷电路一样,需要在整个LCD板上绘制导电电路。

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首先,需在TFT玻璃上沉积ITO薄膜层,确保整个TFT玻璃表面形成平滑均匀的ITO薄膜。随后,使用离子水对ITO玻璃进行清洗,使其清洁后进入下一工序。

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接下来,在沉积有ITO薄膜的玻璃上涂覆光刻胶,形成均匀的光刻胶层。经过一定时间的烘烤后,光刻胶的溶剂部分挥发,增强光刻胶材料与ITO玻璃的附着力。

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通过预制电极图案掩模,用紫外线(UV)照射光刻胶表面,使光刻胶层发生反应。通过覆盖在涂有光刻胶的玻璃上的掩模,使光刻胶在紫外线下选择性曝光。

(II) 先前阵列工艺:薄膜/黄光/蚀刻/剥离

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以一个像素单元为例,如上图所示,亮部为未曝光区域,暗部为曝光区域。

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曝光后的光刻胶部分用显影液洗去,仅留下未曝光部分,随后用去离子水洗去溶解的光刻胶。

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显影后,通过加热烘烤使未曝光的光刻胶与ITO玻璃粘附更牢固。

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随后使用适当的酸蚀刻溶液去除未被光刻胶覆盖的ITO薄膜,仅保留光刻胶下方的ITO薄膜。ITO玻璃是一种导电玻璃(InO和SnO)。未被光刻胶覆盖的ITO薄膜易与酸反应,而被光刻胶覆盖的ITO薄膜可被保留,从而获得对应的导电电极。

(III) 先前阵列工艺:薄膜/黄光/蚀刻/剥离

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剥离:使用高浓度碱性溶液(NaOH溶液)作为剥离溶液,剥离玻璃表面残留的光刻胶,使ITO玻璃形成与光刻掩模完全一致的ITO图案。

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用有机溶液冲洗玻璃基底,反应后去除光刻胶带,保持玻璃清洁。这完成了第一步薄膜导电晶体工艺,通常需要至少五个相同的工艺步骤才能在玻璃上形成复杂精巧的电极图案。

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采用相同方法提取玻璃上的其他ITO电极图案

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复杂精确的电极图案形成可更好地控制LCD分子的运动

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至此,前序阵列工艺完成。从整个工艺流程可看出,ITO薄膜在TFT玻璃上依次完成沉积、光刻胶涂布、曝光、显影、蚀刻,最终形成前期设计的ITO电极图案,从而控制液晶分子在玻璃表面的运动。整个生产工艺的总体步骤并不复杂,但技术细节和注意事项极为繁琐,此处不再赘述。感兴趣的朋友可自行查阅相关资料。

LCD面板所用的玻璃工艺也非常精湛。(串口屏制造工艺流程) 目前,全球最大的LCD面板玻璃主要由美国康宁、日本旭硝子等制造商生产,这些企业位于LCD面板生产的上游,已掌握玻璃生产核心技术专利。几个月前,地震导致康宁玻璃炉停产事件,对液晶面板行业造成了一定影响,可见其在行业中的地位。

(Ⅳ)中间单元工艺:TFT玻璃与彩色滤光片粘合

如前所述,液晶面板的结构类似于三明治,液晶层夹在下方TFT玻璃与上方彩色滤光片之间。LCD面板制造中的终端单元工艺涉及将TFT玻璃与上下色滤光片进行粘合,但这并非简单的粘合过程,需要大量技术细节。

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首先,经过前道阵列工艺的TFT玻璃用离子水冲洗

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如上图所示,玻璃被分割成6块相同尺寸的片材。换言之,由该玻璃制成的LCD最终会被切割成6块,每块的尺寸即为最终成品尺寸。在玻璃铸造阶段,每块玻璃的规格和尺寸已提前设计确定。

当定向膜处于溶液状态时,TFT玻璃的基本表面

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随后,在玻璃表面涂覆有机聚合物定向材料,即通过选择性涂覆方法在ITO玻璃的适当位置形成均匀的定向层。同时,定向层进行固化。

定向摩擦:使用法兰绒材料沿特定方向摩擦层表面,使液晶分子未来能沿定向层的摩擦方向排列,确保液晶分子排列的一致性。定向摩擦后,会残留法兰绒纤维等污染物,需通过特殊清洗工艺去除。

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清洁TFT玻璃基板后,涂覆密封剂涂层,使TFT玻璃基板与彩色滤光片粘合,并防止液晶外溢。

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(Ⅴ)中间单元工艺:TFT玻璃与彩色滤光片粘合

TFT玻璃基板的终端单元工艺已基本完成。接下来是彩色滤光片的单元工艺。

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与TFT玻璃基板定向类似,色滤片也需涂覆定向膜

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随后在已固定于滤片表面的定向膜上进行对准

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在色滤片表面喷涂垫层,使TFT玻璃基板与色滤片之间保持一定距离

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接下来再次进入TFT玻璃基板工艺

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将LCD注入已涂覆在TFT玻璃基板上的密封胶框架中

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最后,在色滤膜玻璃的粘合方向上,将导电胶涂布于框架上,确保外部电子能流入LCD层。随后,根据TFT玻璃基板与色滤膜上的粘合标记,将两片玻璃粘合在一起,并通过高温固化粘合材料,使上下玻璃实现静态贴合。

颜色滤光片是LCD面板的重要组成部分。颜色滤光片制造商,如同玻璃基板制造商,是LCD面板制造商的上游企业。其供过于求或供不应求会直接影响LCD面板的生产进度,并间接影响终端市场。

(Ⅵ)中间层工艺:TFT玻璃与颜色滤光片粘合

组装完成后,可根据预先设计的切割尺寸对LCD面板进行裁切,以获得最终尺寸

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如上图所示,每块LCD面板裁切后会留下两条边。这些边有何用途?答案将在后续模块工艺中揭晓

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最后,在每块LCD基板的两侧分别放置偏光片,其中水平偏光片朝外,垂直偏光片朝内。

偏振片是一种仅允许特定方向光线通过的光学板。它是将自然光转换为直线偏振光的光学元件。其工作原理是使垂直方向的光线通过垂直偏振片后以直线入射光通过,而其他水平方向的光线被吸收,或通过反射和散射等效应产生阴影。

在制造LCD面板时,上下各使用一个,且方向交替排列。当存在电场时,光会产生相位差并呈现明暗状态,用于显示字幕或图案。

现在,您可以进入LCD面板制造的最终阶段:后模块组装。

(Ⅶ)后模块组装:驱动IC/印刷电路板压合

后模块制造过程主要包括驱动IC与LCD基板及印刷电路板的集成压合。该部分可将主控制电路传来的显示信号传递至驱动IC,驱动LCD分子旋转以显示图像。此外,背光部分将在本阶段与LCD基板集成,从而完成整个LCD面板的制造。

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首先,在两侧边缘压合异质导电胶,使外部电子能够进入LCD基板层并作为电子传输的桥梁

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压合在LCD基板上的驱动IC

接下来是驱动IC压合。驱动IC的主要功能是向每个像素输出所需电压并控制LCD分子的扭转角度。驱动IC分为两类。位于X轴的源驱动IC负责数据输入,其特点是高频且具有图像功能。位于Y轴的栅极驱动IC负责控制液晶分子的扭曲程度和速度,直接影响液晶显示的响应时间。然而,目前已有许多液晶面板仅在X轴方向配备驱动IC,可能是因为Y轴驱动IC功能已被集成和简化。

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柔性电路板的压合可传输数据信号,并作为外部印刷电路与LCD之间的桥梁。它可弯曲,从而成为柔性或柔性电路板

柔性电路板的另一端涂有异质导电胶,并与印刷电路板粘合在一起

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柔性电路板与印刷电路板(图片来自三星2693HM)

LCD基板的制造过程仍存在诸多细节和需注意的事项,例如清洗、干燥、超声波清洗、曝光、显影等工序,均有非常严格的技术细节和要求,以确保生产出合格的面板。感兴趣的朋友可通过搜索引擎查阅相关技术资料。

(Ⅷ) 使LCD面板发光:不可忽视的背光系统

LCD(液晶显示器)是一种液晶显示器,具有固体晶体的光透射和折射特性,以及液体的流动特性。正是由于这一特性,它被应用于显示领域。

然而,LCD本身不发光,因此使用LCD作为显示介质的显示设备需要配备另一个背光系统。

首先需要一个背板作为光源的载体。LCD显示设备常见的光源是CCFL冷阴极背光,但已开始转向LED背光,但无论哪种都需要背板作为载体。

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三星26英寸宽屏2693HM CCFL背光管

CCFL背光与LCD长期配套使用。与LED背光相比,CCFL背光存在诸多缺陷。然而,其通过技术迭代已实现节省50%灯管并提升LCD面板透光率,从而达到节能目的。

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三星XL2370的侧白光LED背光处于非发光(左)和发光(右)状态

随着LED在照明领域的快速发展,成本大幅降低。LCD面板也开始大规模采用LED作为背光。目前,为控制成本,LED背光被放置在侧面而非背板上,从而减少LED颗粒数量。

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侧边LED背光系统中的扩散板(光导板)上布满了无数的点状印刷

然而,无论采用CCFL背光还是LED背光,其背光源的本质都不能是面光源,而是线光源或点光源。因此,需要其他组件将光线均匀分布到整个表面。这一任务由扩散板和扩散板完成。

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在透明扩散板上,点状印刷可阻挡部分光线。侧面LED背光驱动光线从扩散板侧面射入,光线在扩散板内反射和折射,最终均匀分布至整个表面。点状印刷阻挡部分光线,如同筛网般均匀筛选光线。

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位于扩散板上方的扩散板有助于将光线均匀分布到整个表面

在扩散板顶部会有3~4个扩散片,持续均匀地将光线分布到整个表面,提升光线均匀性,这直接影响LCD面板的显示效果。专业LCD为了更好地控制屏幕亮度均匀性,在面板采购及后续背光控制电路设计阶段,会付出巨大努力确保面板质量。

背光系统还包括背光模块层压机,位于背板后方。在CCFL背光时代,常能看到如上图所示的长条形层压机,每个线圈负责一组灯管。

然而,使用侧白LED作为背光更为简便。上图最左侧的小电路板即为LED背光。

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这是背光系统的基本结构。由于我从未见过RGB LED的背光模式,无法向您描述其具体形式。未来若见到相关实例,我会与您分享。

(Ⅸ) 后端模块组装:LCD基板与背光集成

LCD基板驱动IC/PCB压合完成后,背光系统也已完成,可通过集成制造LCD面板。

将背光模块与LCD基板集成

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由于LCD基板与背光系统未通过粘合固定,需在外部添加金属或橡胶框架以固定LCD基板与背光系统。

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进行高温老化测试

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T成品箱从工厂发货,可供应给LCD制造商

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LCD面板制造工艺流程图

模块阶段完成后,工艺在LCM(LCD模块)工厂完成,该部分核心基本不涉及LCD制造技术,主要为组装工作,因此部分机板工厂如奇美、韩国部门如三星面板工厂,均与大陆LCM工厂合作, 段莫集团在完成液晶屏装后,可方便与大陆地区各大型显示器制造商签订采购合同,从而降低整个制造和运输环节的人力成本。

然而,无论是台湾还是韩国,均无意在大陆设立工厂进行涉及核心技术的液晶面板前中段制造工艺。因此,中国要拥有自主的液晶面板产业仍任重道远。

 

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