Дисплеји са течним кристалима (ЛЦД) су комерцијално доступни од 1970-их. Обично се користе у сатовима, калкулаторима, радијима и другим производима који захтевају индикаторе и три или четири алфанумеричка знака. Недавна побољшања материјала од течних кристала омогућавају производњу великих екрана. Док су ЛЦД-и само мали део индустрије полупроводника, њихов значај је порастао са њиховом употребом у равним екранима за преносиве рачунаре, веома лагане лаптоп рачунаре и наменске процесоре за обраду текста. Очекује се да ће важност ЛЦД-а наставити да расте како они на крају замене последњу вакуумску цев која се обично користи у електроници — катодну цев (ЦРТ) (О'Мара 1993).
Производња ЛЦД-а је веома специјализован процес. Резултати мониторинга индустријске хигијене указују на веома ниске нивое загађивача у ваздуху за различите изложености растварачу које су праћене (Ваде ет ал. 1981). Генерално, врсте и количине токсичних, корозивних и запаљивих чврстих, течних и гасовитих хемикалија и опасних физичких агенаса у употреби су ограничене у поређењу са другим типовима производње полупроводника.
Материјали са течним кристалима су штапићасти молекули за које су примери молекули цијанобифенила приказани на слици 1. Ови молекули поседују својство ротације смера пролаза поларизоване светлости. Иако су молекули провидни за видљиву светлост, контејнер са течним материјалом изгледа млечно или провидно уместо провидно. Ово се дешава зато што су дугачке осе молекула поравнате под насумичним угловима, тако да се светлост насумично расипа. Ћелија за дисплеј са течним кристалима је распоређена тако да молекули прате специфично поравнање. Ово поравнање се може променити помоћу спољашњег електричног поља, омогућавајући да се промени поларизација долазног светла.
Слика 1. Молекули основних течних кристала полимера
У производњи равних дисплеја, две стаклене подлоге се обрађују одвојено, а затим спајају. Предња подлога је обликована тако да креира низ филтера у боји. Задња стаклена подлога је обликована тако да формира танкослојне транзисторе и металне линије за међусобно повезивање. Ове две плоче се спајају у процесу монтаже и по потреби секу и раздвајају на појединачне дисплеје. Материјал течног кристала се убризгава у размак између две стаклене плоче. Дисплеји се прегледају и тестирају и на сваку стаклену плочу се наноси поларизаторски филм.
За производњу равних дисплеја потребни су бројни појединачни процеси. Они захтевају специјализовану опрему, материјале и процесе. Одређени кључни процеси су наведени у наставку.
Припрема стаклене подлоге
Стаклена подлога је битна и скупа компонента екрана. Веома строга контрола оптичких и механичких својстава материјала је потребна у свакој фази процеса, посебно када је укључено загревање.
Израда стакла
Два процеса се користе за израду веома танког стакла са врло прецизним димензијама и поновљивим механичким својствима. Процес фузије, који је развио Цорнинг, користи стаклену шипку за пуњење која се топи у клинастом кориту и тече горе и преко страна корита. Тече низ обе стране корита, растопљено стакло спаја се у један лист на дну корита и може се повући надоле као једноличан лист. Дебљина лима се контролише брзином спуштања стакла. Могу се добити ширине до скоро 1 м.
Други произвођачи стакла са одговарајућим димензијама за ЛЦД подлоге користе флоат метод производње. У овој методи, истопљено стакло се оставља да исцури на слој растопљеног калаја. Стакло се не раствара и не реагује са металним лимом, већ лебди на површини. Ово омогућава гравитацији да изглади површину и омогући да обе стране постану паралелне. (Види поглавље Стакло, керамика и сродни материјали.)
Доступне су различите величине подлоге до 450 × 550 мм и веће. Типична дебљина стакла за екране са равним екраном је 1.1 мм. Тање стакло се користи за неке мање дисплеје, као што су пејџери, телефони, игрице и тако даље.
Сечење, исецање и полирање
Стаклене подлоге се обрезују на величину након процеса фузије или плутања, обично на око 1 м са стране. Различите механичке операције прате процес формирања, у зависности од крајње примене материјала.
Пошто је стакло крхко и лако се кида или пуца на ивицама, они су обично закошени, закошени или на други начин третирани како би се смањило ломљење током руковања. Термичка напрезања на ивичним пукотинама се акумулирају током обраде подлоге и доводе до лома. Лом стакла је значајан проблем током производње. Поред могућности посекотина и посекотина запослених, то представља губитак приноса, а делови стакла могу остати у опреми, изазивајући контаминацију честицама или гребање других подлога.
Повећана величина подлоге доводи до повећаних потешкоћа за полирање стакла. Велике подлоге се монтирају на носаче помоћу воска или другог лепка и полирају употребом абразивног материјала. Овај процес полирања мора бити праћен темељним хемијским чишћењем како би се уклонио сав преостали восак или други органски остаци, као и метални загађивачи садржани у абразивном или медијуму за полирање.
Чишћење
Процеси чишћења се користе за голе стаклене подлоге и за подлоге прекривене органским филмовима, као што су филтери у боји, фолије за оријентацију полиимида и тако даље. Такође, подлоге са полупроводничким, изолационим и металним филмовима захтевају чишћење на одређеним местима у процесу производње. Као минимум, потребно је чишћење пре сваког корака маскирања у производњи филтера у боји или танкослојног транзистора.
Већина чишћења равних плоча користи комбинацију физичких и хемијских метода, уз селективну употребу сувих метода. Након хемијског јеткања или чишћења, подлоге се обично суше коришћењем изопропил алкохола. (Види табелу 1.)
Табела 1. Чишћење равних дисплеја
|
Физичко чишћење |
Хемијско чишћење |
Хемијско чишћење |
|
Чишћење четкицом |
Ултраљубичасти озон |
Органски растварач* |
|
Млазни спреј |
плазма (оксид) |
Неутрални детерџент |
|
Ултразвучни |
плазма (неоксидна) |
|
|
Мегасониц |
Ласер |
Чиста вода |
* Уобичајени органски растварачи који се користе у хемијском чишћењу укључују: ацетон, метанол, етанол, n-пропанол, изомери ксилена, трихлоретилен, тетрахлоретилен.
Формирање филтера у боји
Формирање филтера у боји на предњој стакленој подлози укључује неке од корака за завршну обраду и припрему стакла који су заједнички за предњу и задњу плочу, укључујући процесе кошења и преклапања. Операције као што су шарање, премазивање и очвршћавање се изводе више пута на подлози. Постоје многе тачке сличности са обрадом силицијумских плочица. Стакленим подлогама се обично рукује у системима шина за чишћење и премазивање.
Узорак филтера у боји
Различити материјали и методе примене се користе за креирање филтера у боји за различите типове екрана са равним екраном. Може се користити или боја или пигмент, а било који од њих се може депоновати и обликовати на неколико начина. У једном приступу, желатин се таложи и боји узастопним фотолитографским операцијама, користећи опрему за близину штампања и стандардне фоторезисте. У другом се користе пигменти дисперговани у фоторезисту. Друге методе за формирање филтера у боји укључују електродепозицију, нагризање и штампање.
ИТО Депоситион
Након формирања филтера у боји, последњи корак је таложење провидног материјала електроде распршивањем. Ово је индијум-калај оксид (ИТО), који је заправо мешавина оксида Ин2O3 и СнО2. Овај материјал је једини погодан за примену транспарентних проводника за ЛЦД. Танак ИТО филм је потребан на обе стране екрана. Типично, ИТО филмови се праве помоћу вакуумског испаравања и прскања.
Танке слојеве ИТО лако је нагризати влажним хемикалијама као што је хлороводонична киселина, али, како корак електрода постаје мањи, а карактеристике постају финије, може бити неопходно суво нагризање да би се спречило подрезивање линија услед прекомерног нагризања.
Формирање танкослојног транзистора
Формирање танкослојног транзистора је веома слично изради интегрисаног кола.
Таложење танког филма
Подлоге почињу процес производње кораком наношења танког филма. Танки филмови се таложе ЦВД или физичким таложењем паре (ПВД). ЦВД појачан плазмом, такође познат као сјајно пражњење, користи се за аморфни силицијум, силицијум нитрид и силицијум диоксид.
Узорак уређаја
Када се танки филм нанесе, наноси се фоторезист и снима се како би се омогућило нагризање танког филма до одговарајућих димензија. Низ танких филмова се депонује и угравира, као код израде интегрисаног кола.
Примена филма за оријентацију и трљање
И на горњој и на доњој подлози, наноси се танак полимерни филм за оријентацију молекула течних кристала на површини стакла. Овај оријентациони филм, можда дебљине 0.1 μм, може бити полиимид или други "тврди" полимерни материјал. Након таложења и печења, трља се тканином у одређеном правцу, остављајући једва уочљиве бразде на површини. Трљање се може обавити једнократном крпом на траку, напајаном са ваљка на једној страни, пролазећи испод ваљка који додирује подлогу, на ваљак са друге стране. Подлога се помера испод тканине у истом смеру као и тканина. Друге методе укључују покретну четку која се креће по подлози. Важан је дремеж материјала за трљање. Жлебови служе да помогну молекулима течних кристала да се поравнају на површини супстрата и да преузму одговарајући угао нагиба.
Оријентациони филм се може нанети центрифугирањем или штампањем. Метода штампања је ефикаснија у коришћењу материјала; 70 до 80% полиимида се преноси са штампарске ролне на површину подлоге.
Монтажа
Када је корак трљања подлоге завршен, почиње аутоматизована секвенца монтажне линије која се састоји од:
- наношење лепка (потребно за заптивање панела)
- примена одстојника
- локација и оптичко поравнање једне плоче у односу на другу
- излагање (топлота или УВ) да би се лепак очврснуо и спојиле две стаклене плоче.
Аутоматски транспорт и горње и доње плоче се одвија кроз линију. Једна плоча прима лепак, а друга плоча се уводи у станицу за апликатор одстојника.
Ињекција течних кристала
У случају када је на подлози конструисано више од једног дисплеја, дисплеји се сада раздвајају сечењем. У овом тренутку, материјал са течним кристалима се може унети у отвор између подлога, користећи рупу остављену у материјалу за заптивање. Ова улазна рупа се затим запечаћује и припрема за коначну инспекцију. Материјали са течним кристалима се често испоручују као двокомпонентни или трокомпонентни системи који се мешају приликом убризгавања. Системи за убризгавање обезбеђују мешање и прочишћавање ћелије како би се избегло заробљавање мехурића током процеса пуњења.
Инспекција и тестирање
Инспекција и функционална испитивања се врше након монтаже и убризгавања течних кристала. Већина дефеката је повезана са честицама (укључујући тачке и линијске дефекте) и проблемима са ћелијским празнинама.
Поларизер Аттацхмент
Последњи корак производње самог екрана са течним кристалима је примена поларизатора на спољашњу страну сваке стаклене плоче. Поларизаторски филмови су композитни филмови који садрже лепљиви слој осетљив на притисак потребан за причвршћивање поларизатора на стакло. Примењују их аутоматизоване машине које дозирају материјал из ролни или претходно исечених листова. Машине су варијанте машина за етикетирање развијене за друге индустрије. Поларизациони филм је причвршћен на обе стране екрана.
У неким случајевима, компензациони филм се наноси пре поларизатора. Компензациони филмови су полимерни филмови (нпр. поликарбонат и полиметил метакрилат) који се растежу у једном правцу. Ово истезање мења оптичка својства филма.
Завршени екран ће обично имати интегрисана кола драјвера монтирана на или близу једне од стаклених подлога, обично на страни танкослојног транзистора.
Хазардс
Ломљење стакла представља значајну опасност у производњи ЛЦД-а. Може доћи до посекотина и посекотина. Још једна брига је излагање хемикалијама које се користе за чишћење.