液晶面板技术术语

newmaker    来源：日经BP社

欢迎访问e展厅 展厅 12 显示器件展厅 工业液晶显示器, 液晶屏, 液晶显示模块, LED显示屏, 触摸屏, ... 非晶硅TFT（amorphous silicon TFT） 目前，大多数正在量产的液晶面板使用的驱动元件均为非晶硅TFT。非晶硅TFT的开关特性优异，利用非晶硅TFT驱动的液晶面板用途广泛，小至手机和数码相机等小型显示屏，大至超过30英寸的大尺寸液晶电视。 非晶硅是指结晶构造为非晶质，即硅原子不具有金刚石构造、处于无序排列的状态。利用非晶硅构成TFT通道区域的就是非晶硅TFT。一般情况下，非晶硅TFT的载流子迁移率约为0.5cm2/Vs，阈值电压(Vth)约为2V。开关性能方面，导通电流为数μA，截止电流为10-2A以下。 TFT自身与半导体MOS FET一样，由栅极、源极和漏极3个端子构成。当栅极电压为约20V的导通状态时，电流由漏极流向源极。处于截止状态（OV或负电位）时不流经电流。根据栅极的构成顺序，又可分为顶栅(Top Gate)型（或正向交叉型、共面型）和底栅（Bottom Gate）型（反向交叉型）等，但工作原理和基本性能没有太大差别。 非晶硅的制造采用等离子CVD（Chemical Vapor Deposition）技术。可在350℃以下的较低温度下，在大尺寸玻璃基板上形成均匀性出色的薄膜。 低温多晶硅TFT（low temperature poly-silicon TFT） 利用在低温下多结晶化的硅形成的TFT就是低温多晶硅TFT。由于可提高载流子迁移率，电流驱动能力得到了提升，另外还可形成n通道TFT和p通道TFT，因此除了显示器功能之外，还可在玻璃基板上一体集成以CMOS电路为基础的周边驱动电路、SRAM电路以及D-A转换器等。配备音频处理电路和简单的微处理器的液晶面板也正在开发之中。 通过实现周边驱动电路的一体化，能够提高可靠性。这是因为可以大幅减少面板和驱动电路之间的电路连接数量的缘故。通过窄边框化、轻量化以及增强耐振性，低温多晶硅TFT有望用于便携式信息终端。另外,由于电流驱动能力较高，还有望实现更高清晰度以及开口率较高的像素。 低温多晶硅TFT的制造方法如下：首先在玻璃基板上利用等离子CVD形成非晶硅膜。然后，为提高TFT的性能（电压一电流特性），使非晶硅形成结晶。一般情况下，通过在450℃以下的基板温度下照射准分子激光来形成结晶。非晶硅膜因激光的能量瞬间融化凝固，因此会形成平均结晶粒径为0.3μm左右的多晶硅。 由于可在低温下形成多晶硅膜，因此能够利用非晶硅TFT量产线上的多种设备。载流子迁移率达到200cm2/Vs的低温多晶硅TFT已经应用于产品。作为研究结果，通过改进激光照射技术，载流子迁移率实现了超过500cm2/Vs的数值。 氧化物半导体TFT（oxide semiconductor TFT） 作为“新一代电子的基础材料”而备受全球显示器技术人员关注的就是氧化物半导体TFT。因为氧化物半导体TFT是驱动超高精细液晶面板、有机EL面板以及电子纸等新一代显示器的TFT材料最佳候选之一。预计最早将在2012～2013年开始实用化，将来或许还会成为具备“柔性”和“透明”等特点的电子元件的实现手段。 氧化物半导体是通常容易成为绝缘体的氧化物，但却具有半导体的性质。在众多物质当中，最受关注的是“透明非晶氧化物半导体（TAOS：Transparent Amorphous Oxide Semiconductors）”。非晶IGZO（In-Ga-Zn-O）就是一个代表性例子。除了三星和LG显示器等韩国企业外，日本的夏普、凸版印刷以及佳能等企业也在致力于TFT的应用开发。 TAOS类TFT的载流子迁移率高达10cm2/Vs以上，特性不均现象也较小。因此，可驱动像素为“4K×2K”（4000×2000像素级）、驱动频率为240Hz的新一代高清晰液晶显示器。当前的标准技术——非晶硅类TFT以及作为新一代技术而被大力开发的有机半导体TFT因载流子迁移率只有数cm2/Vs以下，很难应用到上述用途中。即使是在有机EL显示器领域，与开发案例较多的低温多晶硅类TFT相比，实现大屏幕化时还是TAOS类TFT具有优势这是因为AOS类TFT可以抑制有机EL面板中存在着的因TFT特性不均而导致的显示不均现象。TAOS薄膜可通过溅射法形成，制造成本也容易降低。 制造工艺温度可低至接近室温这一点也是TAOS类TFT的一大魅力。可利用耐热性较差的树脂基板，因此能够实现可弯曲的电子纸等柔性显示器。利用TAOS膜的透明特性，有望使电子元件实现透明化等。 进一步扩大氧化物半导体的用途时碰到的课题是如何实现p型半导体。如果能实现高质量的pn结，就有望应用于柔性透明的集成电路、LED以及太阳能电池等用途。 彩色滤光片（color filter） 现行的液晶面板大部分都是利用彩色滤光片实现彩色显示的。与经纱和纬纱为不同颜色的纺织品一样，通过排列很小的点和线，按照加法混色的原理来进行彩色显示。彩色滤光片大都是由R（红）、G（绿）、B（蓝）3色子像素构成1个像素，3种颜色混合后变成白色。从远处看，看到的是混合后的颜色，而像素扩大后，则可以看到很小的色点(网点)。此外，依次驱动RGB三色光源的场序方式也已经实现了实用化。 RGB子像素的排列方法包括“条状排列”、“对角形排列”以及“三角形排列”等。条状排列是指将RGB子像素按竖条状排列。该方法已经用于大尺寸彩色液晶面板，以及多用来显示线条、图形和文字的个人电脑显示器等高清晰显示器用途。对角形排列是指将RGB子像素的同一颜色按对角线方向斜向排列。如果第一列为RGBRGB，则第二列为BRGBRG。这种排列的特点是，可比条状排列获得更加自然的图像。三角形排列是指将RGB三色按三角形排列。各点按场域错开半个间距。纵、横、斜方向均有RGB，可获得自然的图像显示。该方式被用于取景器等。采用三角形排列的0.44英寸多晶硅TFT液晶面板等目前已经上市。 要想使液晶面板实现彩色显示，彩色滤光片是重要的部件之一。因为彩色滤光片决定了显示器的彩色显示质量和亮度。因此，分光透射率和色调等色彩显示性能非常重要。同时还要求具有耐热性、耐光性、耐药品性、尺寸稳定性和平滑性等多种特性，以及低成本。 在反射型液晶面板中，入射光两次通过彩色滤光片，因此透射率是非常重要的指标。而在半透过型液晶面板中，为了使利用外光反射时和利用背照灯的透射光反射时一样，即使在一个像素中也要改变滤光片的形状和膜厚。 彩色滤光片的构成如下：在透明的玻璃基板上，除RGB三原色外，还有遮光用黑色矩阵、保护膜以及通用透明电极（ITO）等。 彩色滤光片分染料类(染色、分散染料、印刷)和颜料类(颜料分散、电镀、印刷、转印、蒸镀)。以前曾使用色彩鲜艳的染料类彩色滤光片，不过最近多使用耐热性较高的颜料类彩色滤光片。此外，目前还在研究开发多层干涉膜方式的彩色滤光片等。 为降低成本，目前有两大做法。一是提高生产效率。通过在面板工厂内设置彩色滤光片生产线，以节省流通成本等。另一个是彻底改变彩色滤光片的制造方法。喷墨制造方式等开始越来越多地被采用。 单元工序/模块工序（cell process/module process） 液晶单元是利用上一道的TFT阵列工序在玻璃基板上形成TFT阵列后，将玻璃基板与用以进行彩色显示的彩色滤光片基板粘合，并在两者间封入液晶材料制成的。在制造液晶单元的单元工序中，首先在TFT阵列基板及彩色滤光片基板上涂布用来统一液晶分子方向的配向膜，并进行配向处理。然后再将这两块基板粘合起来，封入液晶材料。 这种液晶单元工序与阵列工序一样，对提高生效率有着强烈的期待。因此业界一直在推进降低成本的技术革新。其中对提高生产效率贡献最大的是液晶滴注及粘合技术。液晶滴注及粘合技术于2000年代前半期导入第五代以后的大尺寸基板生产线。利用此前的真空注入法向20英寸的液晶单元封入液晶材料时需要30小时，而导入该技术后只需1个半小时即可完成。目前已成为生产电视用大尺寸液晶面板时不可缺少的技术。 另外，液晶单元工序与TFT阵列工序一样，还是决定液晶面板显示性能的重要工序。近来，业界导入了旨在进一步提高显示质量的革新性配向技术。这就是可精密控制液晶分子方向的光配向技术。夏普于2009年下半年导入了该技术。该技术可省去现为电视用液晶面板主流的VA模式面板在控制液晶分子的配向时需要的缝隙及突起物，因此开口率及对比度得到提高，响应也变得更快。而且还可大幅减少生产工序。 液晶模块工序主要是在液晶单元显示区域的外侧配备液晶驱动用驱动IC和作为光源的背照灯组件。 驱动IC的封装主要有TAB（Tape Automated Bonding）、COG（Chip On Glass）、COF（Chip On Film）三种方式。TAB是在以聚酰亚胺树脂等柔性带材形成的布线基板上以键合连接方法配备驱动IC的TCP（Tape Carrier Package）方式。COG方式是在液晶面板的玻璃基板上直接封装驱动IC。COF方式在比柔性带材还要薄的柔性薄膜上直接配备驱动IC。在笔记本电脑等主要应用领域，直到1995年前后TAB方式一直为主流，而随着像素间距的缩小，1995年以后COG方式得到采用。另外，在2000年以后，除COG方式外COF方式也开始被使用。 背照灯的组装，已成为中国提高技术方面亟待解决的课题。液晶模块工厂大多设置在电视组装工厂附近，中国也在不断动工建设。不过，中国在液晶单元上配备背照灯的技术实力方面还比较薄弱，克服这一难题，是中国LED背照灯液晶电视产业获得长足发展的关键。 TFT阵列工序（TFT array process） 从制造的角度来看液晶面板的话，可分为TFT阵列工序、液晶单元工序、液晶模块工序三类。各工序使用专用制造装置及部件和材料。在这些液晶面板制造工序中，尤其是TFT阵列工序和液晶单元工序决定液晶面板显示性能的重要工序。其中，TFT阵列工序对面板制造成本的影响尤为突出。 TFT阵列是对液晶进行驱动的电路基板。TFT和显示像素电极被排列在玻璃基板上，用于驱动TFT的栅极布线、输送加载在像素上的电压信号的信号布线纵横交错。 TFT阵列工序与半导体的制造工序相似。与在硅晶圆上制造半导体电路一样，通过反复实施成膜、光刻及蚀刻工序，在玻璃基板上制造出TFT阵列。制造TFT阵列的各工序所使用的制造装置在原理上也与半导体制造装置相同。制造装置的性能会影响液晶面板的性能。同时，制造装置的生产效率（玻璃基板的处理能力以及工艺材料的使用量），以及制造装置的集合体即制造生产线的整体效率也会大大影响液晶面板的成本。 比如，业界为提高制造生产线的生产效率，多年来一直在努力削减掩模数。掩模数是指成膜工序、光刻工序及蚀刻工序的反复次数。掩模数的削减在液晶面板制造的技术革新中起到了突出的作用。19世纪80年代中期，松下电器产业首次投放市场的3英寸彩色液晶电视所使用的面板就是通过8张掩模的工序制造的。之后，各液晶面板厂商为了减少TFT阵列的工序数量，压缩投资金额，积极展开了减少掩模数的开发。目前已减少到了4张掩模，工序数量大为减少。 另外，一直在支撑着PC用及电视用液晶面板走向大屏幕化、值得一提的技术是玻璃基板的大尺寸化。19世纪90年代初TFT液晶面板开始量产时最初使用的是300mm×400mm左右的第一代基板，而目前已发展到了了2880mm×3130mm的第十代基板。液晶面板尺寸一直加大的话，一块玻璃基板能够获得的面板数量就会减少，使生产效率下降。为了对此进行弥补，就必须使玻璃基板实现大尺寸化。液晶用玻璃基板具有数倍于硅晶圆的面积。另外，玻璃基板面积的扩大速度要比硅晶圆面积的扩大速度快。玻璃基板尺寸的扩大不仅受到了产品发展趋势的影响，还受到了时代不断变化的影响。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/7/2010)