这个你见过吗？独家详解液晶面板制造

tayuzheng

曾经爆发过的面板门事件，足以解释用户对于液晶显示器所采用液晶面板类型的重视，不仅如此，液晶显示器重要的技术提升，如LED背光，超广视角，都与面板有着直接的关系。而占一台液晶显示器80%成本的液晶面板，足以说明它才是整台显示器的核心部分，它的好坏，可以说直接决定了一台液晶显示器品质是否优秀。


如此来看，民用的液晶显示器的生产只是一个组装的过程，将液晶面板、主控电路、外壳等部分进行主装，基本上不会有太过于复杂的技术问题。难道这是说，液晶显示器其实是技术含量不好的产品吗？其实不然，液晶面板的生产制造过程非常繁复，至少需要300道流程工艺，全程需在无尘的环境、精密的技术工艺下进行。

液晶面板的大体结构其实并不是很复杂，笔者将其分为液晶板与背光系统两部分。



液晶面板的LED背光系统

背光系统包括背光板、背光源（CCFL或LED）、扩散板（用于将光线分布均匀）、扩散片等等。由于液晶不会发光，因此需要借助其他光源来照亮，背光系统的作用就在于此，但目前所用的CCFL灯管或LED背光，都不具备面光源的特性，因此需要导光板、扩散片之类的组件，使线状或点状光源的光均匀到整个面，目的是为了让液晶面板整个面上不同点的发光强度相同，但实际要做到理想状态非常困难，只能是尽量减少亮度的不均匀性，这对背光系统的设计与做工有很大的考验。



液晶板在未通电情况下呈半透明状态



可弯曲的柔性印刷板起到信号传输的作用，并且通过异向性导电胶与印刷电路板（蓝色PCB板的部分）压和，使两者连接想通

液晶板从外到里分别是水平偏光片、彩色滤光片、液晶、TFT玻璃、垂直偏光片，此外在液晶面板边上还有驱动IC与印刷电路板，主要用于控制液晶板内的液晶分子转动与显示信号的传输。液晶板很薄，不通电的情况下呈半透明状态，它的大体构造就像三明治，下层TFT玻璃与上层彩色滤光片中间夹着液晶。



微观液晶面板，会看到红绿蓝为一组三原色，一般一组或两组为一个像素
液晶具备固态晶体的光线折射性质，同时具备液体的流动特性，在电极的驱动下，可以按照主控想要的方式进行排列，控制光线透过的强弱，然后在彩色滤光片上，通过红、绿、蓝三基色进行每个像素的调色，最终得到完整画面影像。

按照功能的划分可以将液晶面板分为液晶板与背光系统部分，而要生产一块液晶面板，却需要经过“前段Array制程、中段Cell制程、后段模组组装”三个复杂的过程。今天我们将在此，为大家详细介绍液晶面板的生产制造流程。

● 前段Array制程:薄膜/黄光/蚀刻/剥膜(一)

  液晶面板制造的前段Array制程主要是“薄膜、黄光、蚀刻、剥膜”四大部分，如果仅仅是这样看，很多网友根本不解这四步的具体含义，以及为什么会这样做。



首先，液晶分子的运动与排列都需要电子来驱动，因此在液晶的载体——TFT玻璃上，必须有能够导电的部分，来控制液晶的运动，这里将会用ITO（Indium Tin Oxide，透明导电金属）来做这件事情。ITO是透明的，也成薄膜导电晶体，这样才不会阻挡背光。
液晶分子排列的不同以及快速的运动变化，才能保证每个像素精准显示相应的颜色，并且图像的变化精确快速，这就要求对液晶分子控制的精密。ITO薄膜需要做特殊的处理，就犹如在PCB板上印刷电路一般，在整个液晶板上画出导电线路。



首先，需要在TFT玻璃上沉积ITO薄膜层，这样整块TFT玻璃上就有了一层平滑均匀的ITO薄膜。然后用离子水，将ITO玻璃洗净，准备进入下一步骤。




接下来，要在沉积了ITO薄膜的玻璃上涂上光刻胶，在ITO玻璃上形成一层均匀的光阻层。然后烘烤一段时间，将光刻胶的溶剂部分挥发，增加光阻材料与ITO玻璃的粘合度。




用紫外光（UV）通过预先制作好的电极图形掩模版照射光刻胶表面，使被照光刻胶层发生反应，在涂有光刻胶的玻璃上覆盖光刻掩模版在紫外灯下对光刻胶进行选择性曝光。

● 前段Array制程:薄膜/黄光/蚀刻/剥膜(二)



我们以一个像素单位为例，如上图，这个像素中，浅色部分未曝光，而深色的是曝光部分。





接着，用显影剂将曝光部分的光刻胶清洗掉，这样就只剩下未曝光的光刻胶部分，然后用离子水将溶解的光刻胶冲走。



显影之后需要加热烘烤，让未曝光的光刻胶更加坚固的依附在ITO玻璃上



然后用适当的酸刻液将无光刻胶覆盖的ITO膜的蚀刻掉，只保留光刻胶下方的ITO膜。ITO玻璃为（In2O3 与SnO2）的导电玻璃，未被光刻胶覆盖的ITO膜易与酸发生反应，而被光刻胶覆盖的ITO膜可以保留下来，得到相应的拉线电极。

● 前段Array制程:薄膜/黄光/蚀刻/剥膜(三)



剥膜：用高浓度的碱液（NaOH 溶液）作脱膜液，将玻璃上余下的光刻胶剥离掉，从而使ITO玻璃形成与光刻掩模版完全一致的ITO图形。



用有机溶液冲洗玻璃基本标签，将反应后的光刻胶带走，让玻璃保持洁净状态。这样就完成了第一道薄膜导电晶体制程，一般至少需要5道相同的过程，在玻璃上形成复杂精密的电极图形。



用相同的方法在玻璃上拉出其他的ITO电极图形




形成复杂精密的电极图形，可以更好的控制液晶分子的运动




这样，前段Array制程就结束了。从整个过程不难看出，前面在TFT玻璃上沉积ITO薄膜、涂光刻胶、曝光、显影、蚀刻，最终是为了在TFT玻璃上形成前期设计好的ITO电极图形，以便于在玻璃上控制液晶分子的运动。整个生产过程的大致步骤并不复杂，但是技术上的细节和注意事项非常繁琐，这里我们就不多做介绍了，有兴趣的朋友可以自行查阅相关资料。

液晶板所用玻璃的制造工艺也是非常讲究。目前，全球最大的液晶面板用玻璃，主要由美国康宁、日本旭硝子等厂商提供，处于液晶面板生产制造的上游，这些厂商都掌握着玻璃生产工艺的技术专利。前几个月，由于地震造成康宁玻璃停炉事件，对液晶面板行业造成了一定的影响，可看出其在行业内的地位。

● 中段Cell制程:TFT玻璃与彩色滤光片贴合(一)

前面我们提到过，液晶板的结构就像三明治，下层TFT玻璃与上层彩色滤光片中间夹着液晶。在液晶面板制造的终端Cell制程，就是TFT玻璃与彩色滤光片的上下贴合，不过这不是简单的粘合，需要做很多细节上的技术工作。



下层TFT玻璃与上层彩色滤光片中间夹着液晶层



中段Cell制程首先分为TFT与CF（彩色滤光片）两部分



首先将经过前段Array制程的TFT玻璃用离子水洗净
从上图中大家可以看到玻璃上分为相同大小的6块，也就是说这块玻璃做出的液晶板，最后要切割成6块，而每一块的大小则是最终尺寸。在玻璃投片的时候，每块玻璃要切什么规格什么尺寸就已经提前设计好了。




在配向膜为溶液状态时屠宰TFT玻璃基本上表面
然后将有机高分子配向材料涂布在玻璃的表面，即采用选择涂覆的方法，在ITO 玻璃上的适当位置涂一层均匀的配向层，同时对配向层做固化处理。




配向摩擦：用绒布类材料以特定的方向摩擦取向层表面，以使液晶分子将来能够沿着配向层的摩擦方向排列，保证液晶分子排列的一致性。配向摩擦之后，会有一些绒布线等污染物，需要通过特殊的清洁流程将污染物冲洗掉。



TFT玻璃基板清洗完毕之后，进行密封胶涂布，其目的是为了让TFT玻璃基板能与彩色滤光片粘合固定，同时也能防止液晶外流。

● 中段Cell制程:TFT玻璃与彩色滤光片贴合(二)

  TFT玻璃基板的终端Cell制程基本已经完成，下面就该进行彩色滤光片的Cell制程。




与TFT玻璃基板配向相同，彩色滤光片也需要涂配向膜



然后在已经固定在滤光片表面的配向膜上进行配向



在彩色滤光片表面喷洒垫料，让TFT玻璃基板与彩色滤光片之间有一定的间隔距离



接下来，再次进入TFT玻璃基板的制程



在TFT玻璃基板上已经涂好的密封胶框内注入液晶



最后，在彩色滤光片的玻璃的粘合方向上的边框涂上导电胶，以保证外部电子能够流通进入液晶层，然后，根据TFT玻璃基板、彩色滤光片上的粘合标记，将两块玻璃粘合，通过高温将粘合材料固化，使上下玻璃贴合稳定。



彩色滤光片是液晶面板非常重要的零组件，制造彩色滤光片的厂商与玻璃基板厂商一样，处于液晶面板厂商的上游，其供应过剩或不足，能够直接影响液晶面板的生产进度，间接影响终端市场。

● 中段Cell制程:TFT玻璃与彩色滤光片贴合(三)



贴合完毕的液晶板就可以根据之前设计好的切割尺寸进行切割，得到最终尺寸



通过上图，可以看到，切割完的每块液晶板都留有两个边框，是做什么用的呢？在后面的模组制程中，大家可以找到答案



最后，在每块液晶基板的两面都贴上的偏光片，其中朝外方向贴的是水平偏光片，朝内方向贴的是垂直偏光片。



偏光片是一种只允许某方向的光线才能通过的光学片板，能将自然光转换成直线偏光的光学元件。其作用机制是将直交的入射光线经过垂直偏光片后，使垂直方向光线通过，另一份水平方向光线则被吸收，或利用反射和散射等作用使其遮蔽。

    制作液晶面板时，必须上下各用一片，且呈交错方向，在有电场与无电场时，使光线产生位相差而呈现明暗的状态，用于显示字幕或图案。



    至此，中段Cell制程就全部完成。下面，就可以进入液晶面板制造的最后一个流程：后段模组组装。

● 后段模组组装:驱动IC/印刷电路板压合

后段Module制程主要是液晶基板的驱动IC压合与印刷电路板的整合，这一部分可以将从主控电路接受到的显示信号传输到驱动IC上，驱动液晶分子转动，显示图像。此外，背光部分在此环节会与液晶基板整合，完整的液晶面板就完成了。



首先在两个边框上压合异向性导电胶，这样可以让外部电子进入到液晶基板层，是电子传输的桥梁




压合在液晶基板上的驱动IC

接下来是驱动IC的压合。驱动IC的主要功能是输出需要的电压至每个像素，控制液晶分子的扭转程度。而驱动IC分为两种，位于X轴的源极驱动IC负责资料的输入，特性为高频并具备影像功能；位于Y轴的闸极驱动IC负责液晶分子的扭转程度与快慢，其直接影响着液晶显示器的响应时间。不过目前已经有很多液晶面板只有X轴方向有驱动IC，也许是将Y轴驱动IC功能做了整合简化。



柔性电路板的压合，可以传输数据信号，充当外部印刷电路与液晶板电子传输的桥梁。其可以弯曲，因此成为柔性或软性电路板



在柔性电路板的另一端贴上异向性导电胶，并且印刷电路板贴合



柔性电路板与印刷电路板实物（图片拍自三星2693HM）
液晶基板的制造过程还有很多细节以及注意事项，例如离子水清洗、烘干、吹干、风干、超声波清洗、曝光、显影等等等等，都有非常严格的技术细节与要求，这样才能生产出质量合格的眼睛面板，感兴趣的朋友可以通过搜索引擎自行查阅相关的技术资料。

● 让液晶面板发光:不可忽略的背光系统

液晶（Liquid Crystal，简称LC）是一种液态晶体，具备固态晶体的透光与折射性质，同时还具有液体的流动性质，正因为它的这种特性才会被应用到显示领域。

不过液晶并不会自主发光，因此采用液晶作为显示介质的显示设备，需要另外搭配背光系统。



首先需要一块背板，作为发光源的载体。液晶显示设备常用的发光源是CCFL冷阴极背光灯管，不过目前已经开始向LED背光转变，但无论是两者中哪一个，都需要一块背板作为载体。



三星26吋宽屏2693HM的CCFL背光灯管

CCFL背光已经伴随液晶走过一段岁月，其品质相比LED背光，有不少缺陷，不过现在已经逐步进化为灯管节省50%，加强液晶板的透光率，来达到节能的目的。


  


三星XL2370的侧置白光LED背光在未发光（左）与发光（右）状态下
而LED在照明领域的快速发展，成本有了大幅度的降低。液晶面板也开始大范围采用LED作为背光源，目前为了控制成本，LED背光都采用侧置而非布置于背板上的方式，这样可以减少LED晶粒采用的数量。



侧置LED背光系统的扩散板（导光板）上有无数的点状印刷
但无论是CCFL背光还是LED背光各种放置方式，背光的光源性质都不可能是面光源，而是线光源或者点光源，因此就需要其他组件将光线均匀到整个面上，这任务由扩散板和扩散片来完成。



透明的扩散板上，点状印刷可以遮挡一部分光线，侧置的LED背光将光线从扩散板侧面打入，光线在扩散板内来回反射折射，将光线均匀分散到整个面，点状印刷遮挡住部分光线，将光线如筛子般，均匀的筛出。



扩散板上方的扩散片有助于将光线均匀在整个面上
在扩散板上方，还会有3～4片扩散片，不断的将光线均匀到整个面上，提升光线的均匀度，这直接关系到液晶面板的显示效果。专业的液晶显示器为了更好的控制屏幕的亮度均匀性，在面板采购，后期的背光控制电路方面，会下很大的功夫，以保证面板的品质。



背光系统还包括背光模组点灯器，位于背板的后方，在CCFL背光时代，大家经常可以看到如上图的长条状点灯器，每一个线圈负责一组灯管。



而采用侧置白光LED作为背光源的点灯器就要简单很多，上图最左方那一小块电路板就是LED背光的点灯器。

背光系统大致的结构就是如此，由于笔者没有见过R.G.B LED背光的液晶显示器背光模组长啥样，这里也就无从告知，以后见到了，再与大家分享。

● 后段模组组装:液晶基板与背光整合

液晶基板驱动IC/印刷电路板压合完成，背光系统也完毕，最后只需整合就可以完成液晶面板的制造。



将已经做好的背光模组与液晶基板上下整合



由于液晶基板与背光系统没有用粘合的方式固定，需要用金属或者胶框加在外层，起到固定液晶基板与背光系统的作用。



进行高温老化测试



装箱出厂，就可以供应给液晶显示器制造商了




液晶面板制造流程示意图

后段Module制程是在LCM（LCDModule）工厂完成，这一部分基本不涉及液晶面板制造的核心技术，主要就是一些组装的工作，因此一些台系面板厂如奇美，韩系面板厂如三星，都在中国大陆地区设置有LCM工厂，进行液晶面板后段模组的组装，这样可以方便大陆地区各大显示器代工厂与液晶电视厂商采购，可以在整个制造环节中降低人力与运输成本。

不过涉及核心技术的液晶面板前中段制程，无论是台系还是韩系，暂时都无意在大陆地区设厂的意思，因此中国大陆想要拥有自己的液晶面板产业，任重道远。

● 国内液晶面板产业发展任重道远

液晶面板产业，并不是拥有了几座面板厂，就了事，需要资金、技术、产业配套，能支持液晶面板厂运营的同时，能够吸引上下游厂商加入到整条产业链中，将产业带活，带强，持续发展。



面板产线代数越高，能生产的单块玻璃基板尺寸就越大，以更低的成本切割大尺寸液晶面板

首先是资金，液晶面板产业是砸钱的行业，就拿最小可以承担液晶电视面板生产任务的6代线来说，前后投资需要上百亿元人民币，更不用说8代线、10代线以及11代线，从这个层面来看，大陆地区的面板厂已经是在“玩别人剩下的”，更不用说次世代显示技术OLED相关的投资布局。



其次是技术，中国大陆地区没有自主研发的液晶面板制造相关工艺技术，当然“抄袭修改后重新冠名”的除外。之前，大陆地区曾经有购买韩系面板厂但没有获得技术专利的例子，最后还得重新花钱去购买技术，这又需要钱。



最后是产业配套，即使自己有面板厂，面板做出来，下游厂商不买账，与上游零组件厂商合作不到位，在市场竞争中，管理、营销、宣传、产品方面没有优势，被韩系、台系打得鼻脬脸肿，然后跑去向家长告状，用行政干预市场，达到短期的目的，最后还是年年亏损，无人收摊，无奈只有纳税人买单。

国内三大面板厂的合并事宜也是闹得沸沸扬扬，产业低谷时，想着抱团共渡难关，还没抱在一块的时候，产业景气了，又把伤痛忘得一干二净。缺乏长期持续发展眼光，不得不让人对国内液晶面板产业的发展担忧。

近期彩虹6代线，以及合肥液晶产业的建设火热进行中，希望前期国内面板业者的辛酸经历能给后来者一些警示，用长远的目光，负有责任的发展好国内的液晶面板产业。■

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worldendbird

好长啊
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