平板显示技术：第四章01 TFT液晶显示器的结构与制备

1、第四章第四章 TFTTFT液晶显示器的液晶显示器的 结构与制备结构与制备TFT-LCD的结构的结构薄膜晶体管薄膜晶体管TFTTFT-LCD的制备的制备TFT-LCD用其他配件用其他配件12华星光电34TFT-LCDTFT-LCD各世代面板尺寸各世代面板尺寸5各世代厂房的差别就在于玻璃基板的尺寸6厂商厂址玻璃基板尺寸(mm*mm)代数月产能(K)投产状况备注信利汕尾400X5002.550量产2007年Q4投产龙腾光电昆山1100X13005110量产2006年Q3投产深超光电深圳1200X13005.5100量产2009年Q1投产莱宝高科深圳400X5002.530量产2008年Q3投产天亿科

2、技成都1500X1800660待定2013年Q4投产中电熊猫南京1500X1800680量产2011年Q2投产深天马上海1100X1300592量产深天马托管730X9204.530量产2007年Q4投产成都730X9204.530量产2010年Q2投产武汉730X9204.530量产2012年Q4投产厦门1200X13005.530量产待定京东方成都730X9204.530量产2009年Q3投产北京1100X1300597量产2005年Q1投产合肥1500X1800690量产2010年Q4投产北京2200X25008.590量产2011年Q3投产华星光电深圳2200X25008.5100量产

3、2011年Q4投产三星苏州1870X22007.5100已开工待定LGD广州2160X24008120已开工待定友达光电昆山2160X2400890延期待定熊猫液晶南京3000X30001060-90待定待定74.1 薄膜晶体管液晶结构薄膜晶体管液晶结构有源矩阵液晶显示有源矩阵液晶显示AMLCD是在每个液晶像素上配置是在每个液晶像素上配置一个二端或三端的有源器件，这样每个像素的控制都一个二端或三端的有源器件，这样每个像素的控制都是相对独立的，从而去除了像素间的交叉效应，实现是相对独立的，从而去除了像素间的交叉效应，实现高质量图像显示。高质量图像显示。根据采用的有源器件的不同可分为三端的晶体管和

4、二根据采用的有源器件的不同可分为三端的晶体管和二端的非线性元件驱动两大类。端的非线性元件驱动两大类。利用晶体管的三端有源驱动方式包括使用单晶硅利用晶体管的三端有源驱动方式包括使用单晶硅MOS和薄膜场效应晶体管和薄膜场效应晶体管TFT。薄膜晶体管液晶显示器薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD多为多为TN型工作方式。型工作方式。玻璃基板与普通玻璃基板与普通LCD不同。在下基板上要光刻出行不同。在下基板上要光刻出行扫描线和列寻址线，构成一个矩阵，在其交点上制作扫描线和列寻址线，构成一个矩阵，在其交点上制作出出TFT有源器件和像素电极。有源器件和像素电极。8TFT-LCDTFT-LCD的的显示显示彩色彩

5、色滤滤光片光片上偏光片上偏光片下偏光片下偏光片光源光源TFTTFT基板基板液晶液晶910TFT-LCDTFT-LCD的基本的基本构成构成基本基本结构结构l背光板背光板(BACK LIGHT)l下偏光下偏光片片(DOWN POLARIZER)l薄膜基板薄膜基板(TFT SUBSTRATE)l液晶液晶(LIQUID CRYSTAL)l彩色彩色滤滤光片光片(COLOR FILTER )l上偏光上偏光片片(UP POLARIZER)11TFT-LCD液晶屏实物图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，使两者连接相

6、通12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13AMLCD的种类的种类TFT是有源矩阵液晶显示器件（是有源矩阵液晶显示器件（AMLCD）中的）中的一个非常重要半导体器件，依据其半导体层所使一个非常重要半导体器件，依据其半导体层所使用的材料不同，用的材料不同， AMLCD可分为：可分为：单晶硅单晶硅Si MOSFET、多晶硅、多晶硅p-Si、非晶硅、非晶硅a-Si以及非硅材料以及非硅材料类类TFT-AMLCD。单晶硅：能够利用成熟的集成电路工艺直接将显单晶硅：能够利用成熟的集成电路工艺直接将显示矩阵制作在单晶硅片上，易于实现高分辨率和示矩阵制作在单晶硅片上，易于实现高分

7、辨率和小型化的显示基板。不过大面积无缺陷的单晶硅小型化的显示基板。不过大面积无缺陷的单晶硅片制备困难，难于做成大尺寸的显示屏。片制备困难，难于做成大尺寸的显示屏。非硅类：非硅类：CdSe和和Te，材料的稳定性和均匀性差。，材料的稳定性和均匀性差。144.1.1 TFT4.1.1 TFT型液晶显示器型液晶显示器TFT器件的工作原理类似于器件的工作原理类似于MOSFET，TFT阵列工阵列工艺流程也类似于在硅片上制备艺流程也类似于在硅片上制备MOSFET的过程，只的过程，只不过衬底变为玻璃基板，器件结构采用了薄膜形式。不过衬底变为玻璃基板，器件结构采用了薄膜形式。在玻璃基片上沉积一层硅在玻璃基片上沉

8、积一层硅,通过印刷光刻等工序做成通过印刷光刻等工序做成晶体管阵列晶体管阵列,每个像素都设有一个半导体开关，其加每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。再把工工艺类似于大规模集成电路。再把TN液晶灌注在液晶灌注在两片玻璃之间两片玻璃之间.由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，每个节点都相对独立，并且可以进行连续控制每个节点都相对独立，并且可以进行连续控制，这这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真液晶的色彩更逼

9、真.把三种颜色分成独立的三个点，各自拥有不同的灰把三种颜色分成独立的三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后把临近的三个阶变化，然后把临近的三个RGB显示的点当作一个显示的点当作一个像素。像素。15TFT-LCD结构结构1617TFT AM LCD是在两块玻璃之间封入是在两块玻璃之间封入TN型液晶型液晶构成的。构成的。下基板下基板制备有作为像素开关的制备有作为像素开关的TFT器件、显示用的透明像素器件、显示用的透明像素电极、存储电容、控制电极、存储电容、控制TFT栅极的扫描线（行）、控制栅极的扫描线（行）、控制TFT源端的信号线（列）等。源端的信号线（列）等。上基板上基板制备彩色滤色膜和遮光用的黑

10、矩阵，并在其上制备透制备彩色滤色膜和遮光用的黑矩阵，并在其上制备透明的公共电极。明的公共电极。在两片玻璃基板的内侧制备在两片玻璃基板的内侧制备取向层取向层，使液晶分子定向排列。，使液晶分子定向排列。两片玻璃之间灌注液晶，并通过封框胶粘结，同时起到密封两片玻璃之间灌注液晶，并通过封框胶粘结，同时起到密封的作用。在基板上均匀散布一些衬垫（的作用。在基板上均匀散布一些衬垫（spacer），保证间隙），保证间隙的均匀性。的均匀性。为了将上基板的公共电极引到下基板以便和外围的集成电路为了将上基板的公共电极引到下基板以便和外围的集成电路相连，需在两片玻璃之间采用银点胶制备连接点（相连，需在两片玻璃之间采用

11、银点胶制备连接点（contact）。）。两片玻璃基板的外侧分别贴有两片玻璃基板的外侧分别贴有偏振片偏振片。此外，非晶硅此外，非晶硅TFT的栅线和信号线需要与外部的驱动集成电的栅线和信号线需要与外部的驱动集成电路和路和PCB电路板相连，下基板比上基板略大，其边缘制备有电路板相连，下基板比上基板略大，其边缘制备有压焊点。压焊点。18透透射射式式TFT LCDTFT LCD侧视图侧视图Printedcircuit boardPrismsheet偏光板TFT框胶TABDriver LSI扩散板Spacer间隙粒子分光片反射板側光偏光板像素电极存储电容液晶配向膜共通共通电极电极Overcoat保护膜保护

12、膜Color filterBlack matrix玻璃基板19204.1.2 TFT阵列面板TFT LCD是通过调整薄膜晶体管上的电压是通过调整薄膜晶体管上的电压,以控制液晶转向来以控制液晶转向来产生灰阶产生灰阶. 上下两层玻璃间上下两层玻璃间, 夾著液晶夾著液晶, 形成平板电容器，大小约为形成平板电容器，大小约为0.1pF。以一般以一般60Hz 的画面更新频率的画面更新频率, 需要保持约需要保持约16ms。但实际无法。但实际无法將电压保持这么久將电压保持这么久, 造成电压出现变化造成电压出现变化, 所显示的灰阶就会所显示的灰阶就会正正确确. 因此在面板设计上因此在面板设计上, 会再加一个储存

13、电容会再加一个储存电容CS (storage capacitor， 约为约为0.5pF), 以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的時候時候. 可以说，可以说，TFT 本身只是一个使用晶体管制作的开关。它主要本身只是一个使用晶体管制作的开关。它主要的工作是決定的工作是決定LCD gate driver 上的电压是不是要充到這个点上的电压是不是要充到這个点来，至于该点要充到多高的电压来，至于该点要充到多高的电压, 以便显示出怎樣的灰阶，都以便显示出怎樣的灰阶，都由外面的由外面的LCD source driver 来決定来決定.常用的常用的TFT是三端器

14、件。一般在玻璃基板上制作半导体层，在是三端器件。一般在玻璃基板上制作半导体层，在其两端有与之相连接的源极和漏极。并通过栅极绝缘膜，与其两端有与之相连接的源极和漏极。并通过栅极绝缘膜，与半导体相对置，设有栅极。利用施加于栅极的电压来控制源、半导体相对置，设有栅极。利用施加于栅极的电压来控制源、漏电极间的电流。漏电极间的电流。 21G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1 SnSource 线储存电容Gate 线液晶电容TFTArray面板面板说说明明comITOCLC22G1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2 Sn-1 SnArray Array 面板示意图面板示意图23TFT

15、显示像素单元由由TFT晶体管、存储电容、透明像素电极、扫描电极与晶体管、存储电容、透明像素电极、扫描电极与信号电极构成一个完整的像素单元。信号电极构成一个完整的像素单元。完全相同的像素单元重复排列构成有源矩阵液晶显示。完全相同的像素单元重复排列构成有源矩阵液晶显示。24（1 1）19341934年第一个年第一个TFTTFT的发明专利问世的发明专利问世-设想设想. .（2 2）TFTTFT的真正开始的真正开始-1962-1962年，由年，由WeimerWeimer第一次实现第一次实现. . 特点：器件采用顶栅结构，半导体活性层为特点：器件采用顶栅结构，半导体活性层为CdSCdS薄膜薄膜. .栅栅

16、介质层为介质层为SiOSiO, ,除栅介质层外都采用蒸镀技术除栅介质层外都采用蒸镀技术. . 器件参数：跨导器件参数：跨导g gm m=25 =25 mAmA/V,/V,载流子迁移率载流子迁移率150 cm150 cm2 2/vs,/vs,最大振荡频率为最大振荡频率为20 MHz.20 MHz.CdSeCdSe-迁移率达迁移率达200 cm200 cm2 2/vs/vsTFTTFT与与MOSFETMOSFET的发明同步，然而的发明同步，然而TFTTFT发展速度及应用远不及发展速度及应用远不及MOSFET?!MOSFET?!4.2 4.2 薄膜晶体管薄膜晶体管 TFTTFT4.2.1 TFT发展

17、历程发展历程25（3 3）19621962年，第一个年，第一个MOSFETMOSFET实实验室实现验室实现. .（4 4）19731973年，实现第一个年，实现第一个CdSeCdSeTFT-LCD(6TFT-LCD(6* *6)6)显示屏显示屏.-TFT.-TFT的的迁移率迁移率20 cm20 cm2 2/vs,I/vs,Ioffoff=100 =100 nAnA. .之之后几年下降到后几年下降到1 1 nAnA. .（5 5）19751975年，实现了基于非晶硅年，实现了基于非晶硅-TFT.-TFT.随后实现驱动随后实现驱动LCDLCD显示显示. .-迁移率迁移率1 cm1 cm2 2/vs

18、,/vs,但空气（但空气（H H2 2O,OO,O2 2) )中相对稳定中相对稳定. .（6 6）8080年代年代, ,基于基于CdSeCdSe, ,非晶硅非晶硅 TFTTFT研究继续推进研究继续推进. .另外，实现另外，实现了基于多晶硅了基于多晶硅TFTTFT，并通过工艺改进电子迁移率从，并通过工艺改进电子迁移率从5050提升至提升至400.400.-当时当时p-SiTFTp-SiTFT制备需要高温沉积或高温退火制备需要高温沉积或高温退火. .-a-Si TFT-a-Si TFT因低温、低成本，成为因低温、低成本，成为LCDLCD有源驱动的主流有源驱动的主流. .26（7 7）9090年代后

19、，继续改进年代后，继续改进a-a-Si,pSi,p-Si TFT-Si TFT的性能，特别关注低温的性能，特别关注低温多晶硅多晶硅TFTTFT制备技术制备技术.-.-非晶硅固相晶化技术非晶硅固相晶化技术. .有机有机TFTTFT、氧化物、氧化物TFTTFT亦成为研究热点亦成为研究热点.-.-有机有机TFTTFT具有柔性可弯曲、大面积等优势具有柔性可弯曲、大面积等优势. .TFTTFT发展过程中遭遇发展过程中遭遇的关键技术问题？的关键技术问题？低载流子低载流子迁移率迁移率稳定性和稳定性和可靠性可靠性低温高性能半低温高性能半导体薄膜技术导体薄膜技术低成本、大面低成本、大面积沉膜积沉膜挑战挑战：在玻

20、璃或塑料基底上生长出单晶半导体薄膜在玻璃或塑料基底上生长出单晶半导体薄膜！27TFT的种类的种类按采用按采用半导体材料半导体材料不同分为：不同分为：无机无机TFTTFT有机有机TFTTFT化合物化合物: :CdS-TFT,CdSe-TFTCdS-TFT,CdSe-TFT氧化物氧化物: :ZnOZnO-TFT-TFT硅基硅基: :非晶非晶Si-TFT,Si-TFT,多晶硅多晶硅-TFT-TFT基于小分子基于小分子TFTTFT基于高分子聚合物基于高分子聚合物TFTTFT无无/ /有机复合型有机复合型TFTTFT：采用无机纳米颗粒与聚合物共混：采用无机纳米颗粒与聚合物共混制备半导体活性层制备半导体活

21、性层28TFT的主要应用的主要应用1. LCD、OLED显示有源驱动的关键器件显示有源驱动的关键器件右图为简单的两管组成的模拟右图为简单的两管组成的模拟驱动方式，通过调制驱动管驱动方式，通过调制驱动管T2的栅极电流来控制流过的栅极电流来控制流过OLED的电流，从而达到调节的电流，从而达到调节发光亮度的目的。发光亮度的目的。T1管为寻管为寻址管。写信号时，扫描线处于址管。写信号时，扫描线处于低电位，低电位，T1导通态，数据信导通态，数据信号存到电容号存到电容C1上；显示时，上；显示时，扫描线处于高电位，扫描线处于高电位，T2受存受存储电容储电容C1上的电压控制，使上的电压控制，使OLED发光发光

22、.OTFT-OLED单元单元29TFT 阵列面板的微观形貌30柔性基底上制备的柔性基底上制备的超高频超高频RFCPU芯片芯片主要性能指标：主要性能指标：工艺指标：工艺指标：2. 基于基于TFT的数字逻辑集成电路的数字逻辑集成电路RF频率：频率：915 MHz编码调制方式：脉宽调制编码调制方式：脉宽调制数据速率：数据速率：70.18 kbits/sCPU时钟：时钟：1.12 MHzROM: 4 kB, RAM: 512 B0.8 m多晶硅多晶硅TFT工艺工艺晶体管数目：晶体管数目：144k芯片面积：芯片面积：10.5*8.9 mm231基于有机基于有机TFT的全打印的全打印7阶环形振荡器电路阶环

23、形振荡器电路323. 敏感元件，如：敏感元件，如： 气敏、光敏、气敏、光敏、PH值测定值测定N2O气体环境气体环境N2O Gas Sensors原理图原理图溶液溶液PH值测定原理图值测定原理图Phototransistor结构图结构图33TFT的常用器件结构的常用器件结构双栅双栅薄膜晶体管薄膜晶体管结构结构薄膜晶体管的器件结构薄膜晶体管的器件结构错列 反向错列 共面依据漏极依据漏极/源极源极与栅极处在同与栅极处在同一平面还是在一平面还是在相对的两侧相对的两侧344.2.2 TFT Array 工作原理TFT Array 用来控制每个液晶单元是否偏扭转用来控制每个液晶单元是否偏扭转(导通与否导通

24、与否)及及偏转的角度大小偏转的角度大小(导通电压导通电压決決定定). 对于显示屏来说，每个像素从结构上可以简化看作为像素电对于显示屏来说，每个像素从结构上可以简化看作为像素电极和共同电极之间夹一层液晶。导通时液晶分子排列状态发极和共同电极之间夹一层液晶。导通时液晶分子排列状态发生偏转，这样通过遮光和透光来达到显示的目的。生偏转，这样通过遮光和透光来达到显示的目的。同同時時TFT具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到电极下一次再加电改变其晶分子会一直保持这种状态，直到电极下一次再加电改变其排列方式。排列方式。要对要对

25、j行行i列的像素列的像素P（i,j）充电，就要把开关）充电，就要把开关T（i,j）导通，）导通，对信号线对信号线D（i）施加目标电压。当像素电极被充分充电后，）施加目标电压。当像素电极被充分充电后，即使开关断开，电容中的电荷也得到保存，电极间的液晶层即使开关断开，电容中的电荷也得到保存，电极间的液晶层分子继续有电压施加场作用。分子继续有电压施加场作用。数据（列）驱动器的作用是对信号线施加目标电压，而栅极数据（列）驱动器的作用是对信号线施加目标电压，而栅极（行）驱动器的作用是起开关的导通和断开。（行）驱动器的作用是起开关的导通和断开。 35TFT的工作原理：输入信号通过TFT元件对液晶电容进行充

26、放电加保持电容，使液晶电容上的信息保持到下次新画面保持电容TFT元件加入电压液晶0.5pF0.1pF36 Switch On Switch On时信号写入液晶电时信号写入液晶电容，此时，容，此时，TFTTFT组件成低阻抗组件成低阻抗(R(RONON) )，当，当OFFOFF时时TFTTFT组件成高阻组件成高阻抗抗(R(ROFFOFF) )，可防止信号线数据的，可防止信号线数据的泄漏。泄漏。一般一般R RONON与与R ROFFOFF电阻比至少电阻比至少约为约为10105 5以上。以上。 不论不论TFTTFT板的设计如何的变化板的设计如何的变化, , 其结构一定需具备其结构一定需具备TFT de

27、viceTFT device和控制液晶区域和控制液晶区域. . TFT device是一个开关器，其功能就是控制电子是一个开关器，其功能就是控制电子跑到跑到ITO区域的数量，当区域的数量，当ITO区域流进去的电子数量区域流进去的电子数量达到我们想要的数值后，再将达到我们想要的数值后，再将TFT device关掉，此时关掉，此时就将电子整个关就将电子整个关(Keep)在在ITO区域。区域。掃描線信號線RONROFF液晶保持电容GDS37TFT-LCD电路结构电路结构上玻璃板是一共用电极；下玻璃基板上要放置扫描线和上玻璃板是一共用电极；下玻璃基板上要放置扫描线和寻址线（行、列线），在交点上再制作上

28、寻址线（行、列线），在交点上再制作上TFT有源器件有源器件和像素电极。和像素电极。显示矩阵和驱动电路封装在一起形成一个液晶显示模块显示矩阵和驱动电路封装在一起形成一个液晶显示模块LCM。控制控制TFT栅极栅极的称为的称为扫描线扫描线，与该行上所有，与该行上所有TFT的栅极的栅极相连；相连；控制控制TFT源端源端的称为的称为信号线信号线，与该行上所有，与该行上所有TFT的源极的源极相连；相连；TFT的的漏端漏端与液晶与液晶像素单元像素单元的一端相连，液晶像素单元的一端相连，液晶像素单元的另一端接在一起形成公共电极。的另一端接在一起形成公共电极。液晶像素可等效成一个电容。通常在液晶像素可等效成一个

29、电容。通常在TFT的漏端接一的漏端接一存存储电容储电容，提高单元的存储能力。，提高单元的存储能力。38TFT单元的等效电路data line:数据线，进行资料的传输。 scan line :扫描线，控制TFT的开关。 控制TFT上的电晶体是on/off。 On时，资料可以传 输；off时，资料不能传输。扫描线信号线液晶存储电容GDS3940TFT ArrayTFT的作用：作为一个开关栅极控制开关的通断源极控制对液晶电容充电电压的大小DSGGDSDSG41 场效应晶体管是一种电压控制器件，场效应晶体管是一种电压控制器件，用输入电压控制用输入电压控制输出电流输出电流的半导体器件，仅由一种载流子参与

30、导电。从参的半导体器件，仅由一种载流子参与导电。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N N沟道器件沟道器件和空穴作为载流子的和空穴作为载流子的P P沟道器件。沟道器件。 MOSFET MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P P型型半导体上生成一层半导体上生成一层SiO2 SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的两个高掺杂的N N型区，从型区，从N N型区引出电极，分别是漏极型区引出电极，分别是漏极D D和源和源极极S S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀

31、一层金属作为栅极。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属作为栅极G G。P P型半导体称为衬底，用符号型半导体称为衬底，用符号B B表示。表示。MOSMOS晶体管工作原理晶体管工作原理42工作原理：与工作原理：与MOSFETMOSFET相似相似,TFT,TFT也是通过也是通过栅电压来调节沟栅电压来调节沟道电阻，从而实现对漏极电流的有效控制道电阻，从而实现对漏极电流的有效控制. .与与MOSFETMOSFET不同的是：不同的是：MOSFETMOSFET通常工作强反型状态通常工作强反型状态, ,而而TFTTFT根据半导体活性层种类不同根据半导体活性层种类不同, ,工作状态有两种模式：工作状态有两种模

32、式：对于对于a-Si TFTa-Si TFT、OTFTOTFT、氧化物、氧化物TFTTFT通常工作于积累状态通常工作于积累状态. . 对于对于p-Si TFTp-Si TFT工作于强反型状态工作于强反型状态. .工作于积累状态下原理示意图工作于积累状态下原理示意图TFT的工作原理的工作原理43TFTTFT的特性的特性44TFTTFT元件的元件的运作运作原理原理(1)V(1)VgsgsVVthth：信号读取信号读取DSGGDSCLCcomG GD DS SV VGSGS V VththV VSDSDDSGTFT元件在元件在栅极栅极 (G)給給予予适当电压适当电压(VGS阈值电压阈值电压Vth )

33、,使通道使通道(a-Si)感感应应出出电电子而使得子而使得源极源极 (S)漏极漏极(D)导导通。通。45S极极D极极电流电流GATE 极极正电压正电压玻璃基板Gate极D极即漏极S极即源极46(2)V(2)VgsgsVVth則則ON, 当当VGS100 cm 2/VsTFT 元件面積1約1/2耐衝撞強度180G 300G耐扭強度 約1,000次10,000次週邊接點數 4,000個接點107A-A-Si:HSi:H沉积沉积及掺杂及掺杂低温低温, ,玻璃玻璃塑料基底塑料基底低、有低、有光响应光响应p-Si p-Si TFTTFT100300105107硅膜沉积、硅膜沉积、晶化、掺杂晶化、掺杂高迁

34、移率高迁移率高温高温, ,有光响有光响应应小分小分子子TFTTFT0.110104106蒸镀蒸镀高于聚合高于聚合物物TFTTFT难大面积难大面积, ,有光响应有光响应聚合聚合物物TFTTFT0.011103105旋涂、打印旋涂、打印 低成本低成本, ,易易大面积大面积低低, ,不稳定不稳定, ,有光响应有光响应ZnOZnO TFTTFT1100105108溅射、溅射、ALDALD高高, ,可见可见光透明光透明难大面积难大面积, ,不不稳定稳定注注:表中数据仅为典型值表中数据仅为典型值.72p-Si TFT的电特性的电特性TFTTFT电特性测试装置电特性测试装置p-Sip-Si高掺杂高掺杂p-S

35、ip-Si73p-Si TFFp-Si TFF器件典型的输出和转移特性曲线器件典型的输出和转移特性曲线转移特性反映转移特性反映TFT的开关的开关特性特性,VG对对ID的控制能力的控制能力.输出特性反映输出特性反映TFT的饱和行为的饱和行为.特性参数：迁移率、开关电流比、关态电流、阈值电压、跨导特性参数：迁移率、开关电流比、关态电流、阈值电压、跨导74p-Si TFF的改性技术的改性技术（1）非晶硅薄膜晶化技术）非晶硅薄膜晶化技术-更低的温度、更大的晶粒更低的温度、更大的晶粒,进一步提高载流子迁移率进一步提高载流子迁移率.（3）采用高）采用高k栅介质栅介质-降低阈值电压和工作电压降低阈值电压和工

36、作电压.（2）除氢技术）除氢技术-改善稳定性改善稳定性.（4）基于玻璃或塑料基底的低温工艺技术）基于玻璃或塑料基底的低温工艺技术(350 oC).754.3 TFT-LCD的制造的制造TFT-LCDTFT-LCD的整个制程一般可分为三个阶段：的整个制程一般可分为三个阶段：TFTTFT阵列阵列基板基板形成阶段形成阶段, ,TFT-LCDTFT-LCD形成阶段及形成阶段及LCDLCD模块模块形成阶段形成阶段 TFT arrayTFT array之制作主要包括清洗之制作主要包括清洗, ,成膜成膜, ,而后黄光制而后黄光制板板, ,后再经蚀刻制程形成所要的图样后再经蚀刻制程形成所要的图样, ,然后依光

37、罩数然后依光罩数而作而作 循环制程。循环制程。在在TFT-LCDTFT-LCD玻璃完成所有制程后玻璃完成所有制程后, ,再配合上另一层具再配合上另一层具有红有红, ,绿绿, ,蓝彩色滤光膜的玻璃蓝彩色滤光膜的玻璃, ,先刷配向膜先刷配向膜, , 间隔物间隔物的涂布及上框胶之后再进行两片玻璃上下封组的涂布及上框胶之后再进行两片玻璃上下封组, ,切割切割裂片磨边导角裂片磨边导角, ,清洗清洗, ,再进行液晶注入及封口再进行液晶注入及封口, ,最后再最后再目检及电测目检及电测 。LCDLCD模块形成阶段包括芯片玻璃基板的连接模块形成阶段包括芯片玻璃基板的连接, ,可烧式可烧式印刷电路印刷电路, ,压

38、着压着, ,封胶封胶, ,机壳与背光源组装及检测机壳与背光源组装及检测. .76 生产流程7778Array Process（阵列制程）79CF Process （彩膜制程）80Cell Process（成盒制程）81Module Process（模组制程）82制造过程Array ProcessCell ProcessModule Process83 4.3.1 TFT Array 制制程程 清洗清洗 成成膜膜 黃光黃光蚀刻蚀刻 去光阻去光阻84 1. 1.阵列电路设计工程阵列电路设计工程 2. 2.光罩制作工程光罩制作工程 3.3.透明玻璃基板加工工程透明玻璃基板加工工程 4.4.洗净工程洗

39、净工程 5.5.硅薄膜形成工程硅薄膜形成工程 6.6.微影曝光工程微影曝光工程 7. 7.蚀刻工程蚀刻工程 8.8.栅极形成工程栅极形成工程 9.9.激光退火结晶化技术激光退火结晶化技术10.10.掺杂工程掺杂工程11.11.金属电极膜形成工程金属电极膜形成工程12.12.氢化工程氢化工程13.13.透明电极形成工程透明电极形成工程薄膜晶体管液晶显示薄膜晶体管液晶显示器器的标准化制造过程的标准化制造过程: :8586TFT结构及工艺结构及工艺87工艺实现88阵列工艺概述GlassfilmPRGlassGlassGlassfilm成膜涂胶曝光显影刻蚀Glass去胶镀下一层膜3PEP 源漏电极4P

40、EP 钝化及过孔玻璃1PEP 栅极2PEP 有源岛5PEP 像素电极制屏清洗89* *洗净工程技术洗净工程技术可分为可分为: :阵列工程前、液晶胞阵列工程前、液晶胞（cellcell）工程前、液晶胞工程后工程前、液晶胞工程后90* *洗净方式可分为洗净方式可分为: :化学式化学式以及以及物理式物理式91薄膜工艺：溅射与薄膜工艺：溅射与CVD92CVD溅射93光刻工艺光刻工艺栅线薄膜玻璃基板光刻胶涂胶曝光显影栅极紫外光掩膜版94涂胶：就是在基板上涂上一层光刻胶（树脂、感光剂、添加剂、溶剂）。涂胶的方式是旋转基板，用滴管从中间滴下光刻胶，并同时吹入N2，滴下的光刻胶从中间向四周散布涂敷整个基板的过

41、程。涂胶的方法主要有旋涂、刮涂加旋涂、和刮涂三种 。涂胶涂胶95曝光曝光刻蚀刻蚀显影显影去胶去胶96O/SO/S检查检查：是栅线形成之后的短路和断路检查，以便：是栅线形成之后的短路和断路检查，以便第一次光刻后的基板经淘汰和添补之后，形成一第一次光刻后的基板经淘汰和添补之后，形成一LOTLOT完好无缺的基板。完好无缺的基板。阵列终检阵列终检：是整个阵列的最后一道工序，对阵列的：是整个阵列的最后一道工序，对阵列的成品进行检查及修复的过程。成品进行检查及修复的过程。检查检查97 例：底栅背沟道刻蚀工艺流程，例：底栅背沟道刻蚀工艺流程，5次光刻形成次光刻形成TFT图形图形 Gate Metal Spu

42、tter DepositonGate Metal Patterning Using 1st MASKDeposition of nt a-Si/a-SVSiN x 3-Layer Using PECVD MethodPatterning of a-Si islands Using 2nd MASKPixel ITO Sputer DepositionPixel ITO Patterning Using 3rd MASK98以玻璃为基板。第一次光刻形成栅线原料为Cr。第二次光刻形成“硅岛”SiNx，a-Si，n+-a-Si层，第三次光刻形成ITO导电膜，第四次光刻形成源极漏极，材料为Cr，并进行

43、n+切断，基本形成TFT。最后第五次光刻形成SiNx保护膜。Data Bus Line and S/D Metal Sputtering Data Bus Line and S/D Patterning Using 4th MASKEtch-Back of n+a-Si Using S/D Layer as a MASKPassivation SiNx Deposition Using PECVDPassivation SiNx Etch Using RIE99100p-Si TFT制备中的关键工艺技术制备中的关键工艺技术1、LTPS TFT LCDs 技术水平技术水平2002年年2005年年

44、2009年年（320240）（640480）（刷新频率）（刷新频率）（1024768）（5060）（60120）1012002年年2005年年2009年年TEOS: 正硅酸乙酯正硅酸乙酯1022、 p-Si TFT制备中的掺杂及杂质激活制备中的掺杂及杂质激活掺杂工艺掺杂工艺离子注入离子注入汽相沉积（汽相沉积（CVD）杂质源杂质源: P+, As+, B+等等杂质源杂质源: POCl3,PH3, B2H6杂质激活方法杂质激活方法热退火热退火快速热退火快速热退火激光退火激光退火固相扩散固相扩散 （TFT制备中基本不采用制备中基本不采用）（TFT制备中基本不采用制备中基本不采用）（TFT制备中采用制

45、备中采用）（ TFT制备中采用制备中采用）103与与VLSI掺杂技术相比，掺杂技术相比，p-Si掺杂特点：掺杂特点：(a)、衬底的低热导率要求、衬底的低热导率要求“温和温和”的掺杂工艺以缓的掺杂工艺以缓解对光阻的热损伤；解对光阻的热损伤；(b)、注入能量适合于有掩蔽层（或掩蔽层）时薄膜、注入能量适合于有掩蔽层（或掩蔽层）时薄膜（100 nm)的掺杂；的掺杂；(c)、设备简单（低成本），且能对大面积基底实现、设备简单（低成本），且能对大面积基底实现高产率；高产率；(d)、掺杂工艺与低温杂质激活工艺兼容（通常、掺杂工艺与低温杂质激活工艺兼容（通常650 oC,对于对于塑料基底塑料基底200 oC）

46、.104TFT阵列的缺陷105TFT阵列工艺中常见缺陷阵列工艺中常见缺陷TFT特性不良特性不良ITO-自信号线短路ITO-次信号线短路ITO-栅线短路ITO-CS短路过剩电荷IOFFLow Vg在TFT阵列最终检查中，点缺陷有：ITO-自数据线短路、ITO-次数据线短路、ITO-CS短路、过剩电荷、ITO-栅线短路、IOFF、Low Vg，及其它的缺陷 。106107TFT阵列工艺中常见缺陷阵列工艺中常见缺陷刻蚀中的倒角刻蚀中的倒角（b）倒角现象2（b）倒角现象1（a）坡度角接触电极ITO钝化层SiNx绝缘层SiNx栅线电极刻蚀中出现倒角现象，就会出现跨断现象。如上面的接触电极ITO不能与下面

47、栅线电极接触上。 108静电击穿静电击穿静电击穿是指由于静电导致绝缘层与半导体层被击穿，栅极层与信号层直接相连而发生短路。比较容易发生在短路环或基板边缘 。静电击穿发生部位设备放电异常109TFT-LCD Cell 段製造程4.3.2 4.3.2 液晶单元的制程液晶单元的制程110液晶单元制程(1)111清洗112PI CoaTIng淡黃色淡黃色8001200APR: Asahi Photosensitive Resin113液晶单元制程(2)114Seal PrInTIng(1)115Seal PrInTIng(2)SCREEN MASKDISPENSER通常使用的两种方法：116vSpac

48、er Spray制程：将间隙粒子均匀地分布在基板上，以制程：将间隙粒子均匀地分布在基板上，以作为作为TFT与与CF间的支撑，使整个面板拥有均匀的间隙。间的支撑，使整个面板拥有均匀的间隙。v分湿法和干法。分湿法和干法。SPaCer SPray(1) 117Attachment118Alignment119Hot Pressurev一次可压一次可压20片片vCF和和TFT之间的距离之间的距离GAP: 4.85um120finished Cell121液晶单元制程3122Scribing & Breaking1231 1STST CUTTING CUTTING2 2NDND CUTTINGCUTTI

49、NGCutting Method124e.g. 第1代面板125e.g. 第3.5代面板126液晶的注入液晶的注入v 将容器抽真空将容器抽真空v 将装有将装有LC的容器上升与的容器上升与PANEL的注入端接触，此时的注入端接触，此时LC通过毛细现象上升。通过毛细现象上升。v 过一段时间后充入洁净的空气或氮气破真空至常压。过一段时间后充入洁净的空气或氮气破真空至常压。v 通过真空差压的原理，通过真空差压的原理，LC经过一段时间后充满经过一段时间后充满PANEL。127end Sealv目的：将灌好目的：将灌好LC的的PANEL封口。封口。128BevelIngv目的：将切裂后的玻璃毛边用磨轮磨出

50、倒角，并去除外围的短路棒（Shorting Bar）129Remove liquid crystalSealLCDetergent洗涤剂 DissolveCleanIng130PolarIzer aTTaChmenT偏光片貼附偏光片貼附v上下偏光片滤光角度差90度131PolarIzer aTTaCh ProCeSS132auTo Clavev加压，将Ploarizer Attach时产生的气泡挤出来。133Cell TeSTv目的：用电性能测试的方式检测做完的PANEL，看是否有缺陷。v方法：将Date Line的R线并连，G线并练，B线并练。134Full dot testoPen135Full dot testeleCTrIC deFeCT136TFT-LCD检测设备分类类别装置检查设备玻璃基板检查设备CF检查设备TFT图案检查设备数组测试设备配向膜检查设备巨观检查机点灯测试设备量测设备显微检查机膜质/膜厚测定阻抗测定精密坐标量床修整设备雷射修整机评价设备色彩、视角、应答速度环境、机械、外观1374.3.3 Module Assembly Processv后段模组组装制程是将后段模组组装制程是将CELL制程后的