TFTLCD薄膜晶体管的工作原理及生产工艺详解
TFTLCD薄膜晶体管的工作原理及生产工艺详解
TFTLCD（薄膜晶体管液晶显示器）是目前主流的显示设备之一，广泛应用于笔记本电脑、台式机和中高端彩屏手机等产品中。其具有高响应度、高亮度、高对比度等优点，显示效果接近CRT显示器。本文将详细介绍TFTLCD的工作原理及其生产工艺流程。
TFTLCD的工作原理
薄膜晶体管（Thin Film Transistor，简称TFT）是一种器件。TFT式显示屏是各类笔记本电脑和台式机上的主流显示设备，该类显示屏上的每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，因此TFT式显示屏也是一类有源矩阵液晶显示设备。是最好的LCD彩色显示器之一，TFT式显示器具有高响应度、高亮度、高对比度等优点，其显示效果接近CRT显示器。
同时，TFT式屏幕也普遍应用于中高端彩屏手机中，分65536 色、16 万色，1600万色三种，其显示效果非常出色。
TFT是指液晶显示器上的每一液晶像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息，TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）是多数液晶显示器的一种。
工艺流程
Ⅰ、阵列（Array）工艺
该工艺是在玻璃基板上制作除数百万个薄膜晶体管，晶体管在TFT-LCD工作时起电路开关作用，它们按顺序把图像信号传输至对应像素，薄膜晶体管阵列由多层不同材料和形状的薄膜晶体管层叠而成，
包括4-5次薄膜电机和光刻成型过程。
首先使用清洗剂和超纯水清洗玻璃基板，去除表面的异物，然后是成膜工序，需要在玻璃基板上形成金属、半导体或绝缘体的薄膜，在干净的玻璃表面，通过溅射淀积（Sputter）形成金属薄膜（在真空环境中用电场加速惰性元素离子轰击金属，金属原子被电机出来溅射到基板上形成薄膜），
接下来的光刻过程，把薄膜加工成一定形状，在已形成金属薄膜上面均匀涂敷一层光刻胶，紫外线透过掩模版照射基板上的光刻胶，进行曝光，光刻胶曝光部分被显影溶液溶解，留下部分图案呈现所需形状，把基板放入对应腐蚀液或者腐蚀气体中，没有光刻胶覆盖的薄膜就会被腐蚀掉，最后用化学剥离液去除残余的光刻胶，留下了所需形状的金属薄膜，完成一次光刻。
下一步，通过化学气相淀积（PECVD）形成绝缘体或半导体薄膜（即通过特定气体在等离子状态下反应，生成物附着在基板表面形成绝缘体或半导体薄膜），然后进行光刻，将绝缘体或半导体薄膜加工成所需形状。
以上薄膜淀积和光刻过程反复进行4~5次，各层不同材料和形状的薄膜在玻璃基板上层叠构成薄膜晶体管阵列和互联线，实现TFT基板制作。制作完成后还要进行品质检测（电学、光学检测），然后进入下一道工序。
Ⅱ、彩膜（CF）工艺
彩膜工艺就是在玻璃基板上制作出与像素对应的红绿蓝滤光层的过程，彩膜工艺的主体部分与阵列工艺类似，首先用清洗剂和超纯水清洗玻璃基板，去除污染物，在玻璃表面涂敷黑色感光树脂材料（一层），曝光（透过掩模版曝光）、显影（显影形成黑色网格及黑矩阵（BM）），形成的黑矩阵与像素的位置相对应。
用于遮蔽像素交界部分，因液晶分子排列紊乱等原因造成的漏光，黑矩阵形成后，涂覆一层感光的红色有机感光层，曝光、显影，形成与像素对应的红色滤光层，
重复上述过程，制作出绿、蓝滤光层，填充于黑矩阵的对应网格内，
有时为保证滤光层特性的稳定，会在红绿蓝滤光层上整体覆盖一层有机保护层（over coater）即覆盖涂层，在红绿蓝滤光层上整体淀积一层透明导电薄膜（ITO），作为全部像素电压信号的公共电极。
最后在彩膜的最上层，需要按照类似黑矩阵的制作工艺流程，形成一定分布的透明柱状沉淀物（涂敷一层透明感光树脂材料，经过曝光、显影等流程，形成衬垫物（PS）），用于彩膜和阵列基板成盒后保持一定的和后，以填充液晶，这样就制作完成了彩膜基板。
Ⅲ、成盒（Cell）工艺
成盒工艺就是将阵列基板和彩膜基板精确对合，形成液晶盒的过程。
首先也是使用清洗剂和超纯水，清洗阵列（TFT）基板和彩膜（CF）基板，去除表面污染物，分别在两个基板上涂敷一种有机材料，形成取向膜层（PI），用包裹了化纤或纯棉绒布的滚轮沿特定方向高速旋转分别摩擦TFT基板和CF基板取向层表面，这一过程称为取向层涂敷和摩擦取向处理。
去向处理后，在阵列基板或彩膜基板上，（一般是CF基板）显示屏显示区域内滴注（ODF）适量的液晶分子，
在另一块基板上对应显示（一般为TFT基板）边界区域上涂封边框胶（Sealant），
然后在真空环境中将TFT、CF基板精确的压合在一起，在封框胶封闭的显示区域内，液晶均匀扩散充满显示区域，同时在紫外线照射和加热条件下，封框胶固化形成液晶盒，
在一定条件下液晶盒内的液晶层与取向层界面的液晶棒状分子会沿摩擦方向排列后，在分子间作用力的影响下，液晶层内分子也会趋向规则排列。
对大尺寸玻璃基板（为了减少制作成本，在一块大玻璃基板上，有多个显示屏液晶块），会使用切割工艺将它们分割，再打磨玻璃边缘消除切割中产生的微小裂痕
为保证显示屏相关特性合格，要加入电学信号对成盒后的面板进行检测，检测合格检测工艺完成。
Ⅳ、模组（Module）工艺
模组工艺分为三步，
① 将液晶盒贴敷偏光片，构成光学功能完备的液晶屏；
由于液晶层控制透光的原理是通过控制偏振光的方向，由此需要在液晶盒的表面贴附偏光片，使进出液晶盒的光为特定偏振光。贴附时将将液晶盒上下基板表面使用清洗液和超纯水清洗并干燥，去除成盒工艺及搬运过程中产生的污染，然后在基板两面贴附偏光片，
② 将液晶屏引线外连，并配以外围电路构成标准的电路接口；
液晶屏外连引线密度高，需要通过各项异性导电胶工艺进行焊接，各向异性导电胶（ACF）具有压合后只有垂直方向导电，横向绝缘的特性，因此只要把带焊接驱动集成电路电极，通过各向异性导电胶与液晶屏上的电级对准压合并加温固化及完成焊接，同样驱动集成电路的另一侧电极，与外围电路PCB板上的电极，也可以通过相同方式焊接。
③ 将液晶屏和背光源组装并用机械加固，由此构成TFTLCD组件及模组
最后是组装工艺，即将连接完驱动集成电路、外围电路、PCB焊接的显示屏与背光源组装在一起，并用外边框等固定进行机械加固，背光源组装后，一方面为液晶屏提供光源，另一方面还对液晶屏进行了有效的加固。最后将液晶屏在50-60度的残酷环境下将液晶屏加上正常信号工作一段时间，剔除不可靠产品，确保产品品质，至此TFT-LCD屏制作完成。
以下是完成后剖面图