液晶顯示器絲網印刷工藝和注意問題

文 齊成

液晶顯示器絲網印刷工藝和注意問題

文 齊成

顯示器是人與電子信息交流的窗口，通過顯示器，人們可獲得各種圖像、信息，可以進行信息交流，參與社會和文化活動，享受多方位的生活樂趣。由于液晶顯示器是目前來說最省電、最輕便、最適合個人應用的顯示器，因此它已廣泛應用于電腦、電視、計算器、手機以及各種電器、儀表的顯示屏，老式的顯示器被逐漸淘汰。但是，生產制作液晶顯示器不僅要有優良的材料，還要求精湛的制作工藝和生產技術。所以，要保證產品質量，就要熟悉液晶顯示器的特點，掌握制作要領。

液晶顯示器的主要特點

科學研究發現，物質除在氣態、液態和固態之外，有些物質表面上呈液態卻有固態晶體的特點，這就是液晶，它是在一定的溫度范圍內有機物質所呈現的一種中間狀態。液晶既具有液體的流動性和表面張力，又能呈現出晶體的某些光學性質，這主要是鑒于液晶分子排列的特殊取向和特定規律的分子運動。在溫度上，當溫度超過液晶相溫度的上限，液晶就會變成普通的透明液體而失去光學性質；當溫度低于液晶相溫度的下限時，液晶又會變成普通晶體，失去流動性。當液晶受到光線（自然光或人工白光）照射，或某波長的色光因折射現象加強了反射，就會隨著溫度的升高由長波長的顏色（紅色）向短波長的顏色（青色）轉變。此外，美國無線電公司于1964年發現液晶還具有賓主效應、動態散射效應和相移存儲效應等多種電光效應。

2．動態散射效應：就是指透明的液晶由于電場的作用，引起分子排列混亂。

3．相移存儲效應：是指光能通過一對夾有液晶、相互正交的偏振鏡。液晶的成色機理是由于液晶對特定波長的光有選擇性的反射而形成的。液晶顯示器就是利用液晶在外加光源照射下受控激勵，供視覺感受信息的顯示器件，它具有低功耗、平（薄）板顯示等優點。目前在顯示器領域得到廣泛的應用。

液晶是由有機分子組成的，根據液晶分子的排列，液晶的類型可分為向列型（所有分子相互平行排列）、膽甾型（分子相互平行排列，連續多層，各層依所選方向依次回轉）和層列型（分子以同一方向按層次排列）。而不同的類型有不同的實際應用范圍。向列型液晶在電子工業中多作為顯示材料，例如，以扭曲向列場效應為基礎的液晶顯示器件在電子表和計算器中應用廣泛，在這種器件中，偏振光能在液晶里旋轉。如果給液晶加上電場，則扭曲結構就會失效，阻止光線通過。由于扭曲向列液晶不但響應慢（0.1秒），而且門限的斜率小，限制矩陣選址的行數，故多用于單字符顯示。而膽甾型液晶多用于溫度指示。

目前生產液晶顯示器的面板主要有扭曲型（TN型）和超扭曲型（STN型）兩種。這兩種面板的顯示原理基本相同，不同的是TN扭轉式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉90°，而STN超扭轉式向列場效應是將入射光旋轉180～270°（見圖1）。TN型液晶顯示器技術層次相對較低，故生產的面板成本也低，價格便宜，廣泛應用于中、低端液晶顯示器中的入門級液晶面板。早期的這種面板只能顯示26萬種色彩，僅能呈現出黑白單色及做一些簡單文字、數字的顯示，后來通過抖動技術等改良使其可以獲得超過1600萬種色彩的表現能力。在解決TN面板存在的可視角度偏小的問題上，在原TN型面板上增加了補償膜，從而使TN面板可視角度提高到160°。

在顯示的響應速度方面，由于TN面板輸出灰階級數較少，液晶分子偏轉速度快，因此很容易將響應速度提高。例如，一般在8毫秒響應速度以下的液晶顯示器，大多都是采用TN面板。早期的TN面板存在不少缺陷，后來經過技術革新，生產出改良的TN面板，其缺陷就基本上消除了。因此，如今市場上應用的TN面板均為改良型面板。但要注意，TN是一種軟屏，用手指輕劃屏幕時就會有類似水紋的現象，所以采用TN面板的液晶顯示器在使用時需要更為細心的保護，避免筆或其他尖銳的物體接觸屏幕，造成損壞。

STN型是除了將入射光旋轉180～270°外，還利用逐行掃描的方式改變電場。STN型的主要優點是功耗小、省電。STN型液晶顯示器生產工藝也比較簡單，成品率較高，它主要是面向對比強烈與畫面轉換反應時間較快的商品，因此多應用于信息處理設備。由于STN型在電場反復改變電壓的過程中，每一點的恢復過程都比較慢，因此會產生余輝。需要說明的是，單純的TN液晶顯示器本身只有明暗（即黑白）兩種情形，無法做到色彩的變化。另外，TN型的液晶顯示器屏幕做得越大，其屏幕對比度就會顯得較差，不過利用STN的改良技術，可以彌補對比度不足的問題。彩色STN的顯示原理是在傳統單色STN液晶顯示器上加一彩色濾光片，并將單色顯示矩陣中的每一像素分成3個子像素，分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色，再經由三原色比例調和，就顯示出全彩模式的色彩。

此外，也有研究表明，勞動有時是釋放壓力，維護學生心理健康的有效方式。當人感覺到壓力很大時，進行清理勞動、洗滌勞動，可以舒緩身心，釋放壓力，達到放松的目的。

液晶顯示器的結構和工作原理

以STN型液晶顯示器為例，液晶顯示器主要是采用無源矩陣結構，在兩塊玻璃基板的內側配置有行電極（掃描線）和列電極（數據線）兩種電極，中間封入液晶，掃描線和數據線的交點就是STN液晶器像素點（見圖2）。

在液晶顯示器中，有一塊透明的導電玻璃基板，它是在普通玻璃（平板玻璃有兩個側面）的一個表面上鍍上一層導電膜的玻璃。導電玻璃基板是液晶顯示器最基本的材料。在液晶顯示器中，對導電玻璃基板的要求是：像普通玻璃一樣晶亮透明、平整光滑，具有優良的導電性能。目前，最常用的導電玻璃是氧化銦錫玻璃（簡稱為ITO玻璃，而一般玻璃為鈉鈣玻璃），在這種玻璃與導電膜ITO層之間通常有一層SiO2阻擋層用以阻擋玻璃中鈉離子的滲入，避免其對液晶材料的影響。如果是制造高檔的液晶顯示屏，就要求導電玻璃有極好的絕緣性，因此常在最外層添加一層SiO2（見圖3）。

此外，對導電玻璃還要求其耐熱性好、尺寸變化小、表面平滑且無氣泡、耐腐蝕等。從液晶顯示的原理可知，液晶顯示屏加電后，會顯示出字符、圖形等，為了形成顯示矩陣或顯示字符圖案，要對ITO透明導電層進行光刻（一般可采用接觸式正圖曝光進行光刻）。光刻是依據外觀圖形、用戶對顯示圖形和引出電極的連線規定進行的，即設計出液晶顯示器上、下片玻璃上的ITO圖形。在TN和STN型液晶顯示器件制造工藝中，取向排列工藝是一個關鍵性工藝。TN型要求兩片玻璃內表面處液晶分子的排列方向互成90°，STN型要求兩玻璃片內表面處液晶分子排列方向互成180～270°。取向排列的方法是直接用棉布等材料對在涂覆了一層聚酰胺樹脂的玻璃基片表面進行摩擦，這樣就可獲得良好的取向效果。涂覆聚酰胺樹脂薄膜可用凸版印刷法（它可把取向膜只印在指定范圍內，而不印在液晶盒的邊框處和銀點處），在300～350℃下固化成膜。

絲網印刷液晶顯示器的工藝流程和應注意的問題

液晶顯示器的主體是液晶盒，通常所說的絲網印刷液晶顯示器主要就是指對網印液晶盒。液晶盒的制作就是取出兩片經過各種涂層處理的導電玻璃，先將兩片玻璃進行對疊，對疊時在兩片玻璃中間保持特定均勻厚度的間隙。液晶盒制作對液晶顯示器生產關系重大，也是最關鍵的技術之一。這種導電玻璃通常分為兩組，一組印封框膠，絲網版上的圖文要涂覆上封框膠；另一組網印導電點膠，絲網版上的圖文便是公共電極的轉印點。生產工藝流程大體如下：

在絲網印刷液晶盒中的工藝過程中，主要應注意以下幾個技術要點。

網版制作技術要點

用于網印液晶盒的網版主要有印框印版和印點印版兩種。其制版工藝大體相同，流程為：制作輸出膠片→絲網繃網→粘貼感光膜→曝光曬片→水沖洗→烘干→封網→檢查并修版→上網印機印刷。膠片的制作方法與光刻工藝中掩模版的制作方法基本一樣。在整個網版設計和制作時主要應注意如下幾點：

1．在框版封口（為灌注液晶準備的）時，要特別注意保證其方向始終一致，否則將無法進行下一工序的灌注操作。

2．要根據顯示屏的面積大小、可視區與切割線的間距，以及盒與盒之間間隙等諸多因素綜合考慮設定封框邊線的寬度。

3．設計制作的網版尺寸，要注意保證其大于APR版（取向膜凸版轉印版）的尺寸，以免絲網印刷封框膠時使其壓到取向層上。這在網版設計時就要考慮到。

4．合理設計制作網印邊框或印點及周邊輔助線，保證其不影響后續的切割工序。

制作網版時材料的選擇和操作要點

由于液晶顯示盒網版印刷的承印物是玻璃基片，因此要注意根據玻璃網版印刷的一般要求，選擇合適的網版印刷材料。

1．絲網：一般情況下可選用絲網目數為250～400目的尼龍網和不銹鋼網。總的來說，在絲網目數相同的情況下，應盡量選用開孔大的絲網。

2．網框：網框選用的材料和質量對絲網印刷的影響很大。根據實踐經驗，通常選用鋁材和鋼鐵材料的網框比較好，因為鋁材輕、穩、耐用，但成本較高；鋼鐵材料，網框具有堅固、耐用、定型好等優點；鐵的材料也存在易生銹、重量大、搬運費力等缺點。至于木質框，由于其不堅固耐用，且易變形，因此，對于印刷精度要求較高的液晶盒來說，使用木質網框是不適宜的。

3．繃網：通常可采用機械繃網，繃網角度：一般印框網版用45°角繃網，因為這樣才能保證印出的封框膠膠邊筆直；而印點網版則采用90°角繃網，這樣會節省絲網。繃網張力：要保證印刷質量，繃網張力大小的控制非常必要。大小適宜的張力是印刷質量的保證，如果張力太大絲網會變脆容易裂開、破損；而張力太小則絲網太松弛就容易發生變形，這樣就會使印出的圖形產生失真現象。根據生產經驗，一般來說絲網張力控制在8～15N/cm比較理想。另要注意，在繃網時，必須保證各點繃網的張力均勻，這樣才能使整片印刷的效果均勻一致。

4．顯影：顯影和曬版后對網版的沖洗一定要徹底，不得存在有網孔沒沖開或留有殘膠的現象，否則上機印刷時會出現圖形不全、不完整甚至丟失等故障，從而直接影響液晶盒的網印質量。

5．檢查和修版：網版制作完成后，一定要對制作的網版進行認真細致的全面檢查，看看圖形內是否有堵網、斷膠等現象，圖形外是否有漏膠、砂眼、針孔等制版中的疵病。如有，就要及時修補，修補達不到要求的要重新制版。

液晶顯示器的網印圖形雖然十分簡單，但由于器件對圖件印刷的質量要求非常嚴格，因此，必須在整個印刷中都加以注意。總之，在實際的液晶顯示器制造中，制液晶盒過程有著十分嚴格的技術要求。首先要求構成液晶屏的上、下兩片玻璃之間的間隙必須十分均勻，為保證盒的間隙，還需要在ITO玻璃上均勻地噴灑一層微小的玻璃或塑料顆粒，有的把控制液晶盒厚度的這些顆粒稱為襯墊。根據產品設計要求一般在5～9μm，要求粒徑一致性極高，在液晶盒內噴灑分散這些顆粒時，有時可能損傷取向膜，所以操作時要特別認真細心。

液晶盒上、下玻璃網印時封框膠和導電點膠的選用

1．封框膠。封框膠是一種膠粘劑，常用的是環氧樹脂。環氧樹脂是一種日常生活中經常使用的粘接劑，具有良好的粘接性和機械性能，環氧樹脂是一種對液晶材料無不良作用的高分子化合物，在液晶顯示器中，作為液晶盒的膠粘劑，它的作用是將兩片ITO玻璃粘合起來，并在兩片玻璃間保持一定的間隙。由于環氧樹脂的化學結構是大分子鏈上含有活潑的環氧基團，屬于線型大分子，所以通常呈膠狀流體，不會自身交聯固化，因此需要加入固化劑（如乙二胺、二亞乙基三胺、酸酐等）而形成網絡狀結構，達到粘接固化的目的。另外，為了增強環氧樹脂的粘接性和彈性，還要加入Al2O3、SiO2粉末作填料。根據實踐經驗，網印封框膠的固化溫度一般控制在150℃左右，固化時間大約為1小時。

2．導電點膠。為了使液晶盒上、下兩片玻璃上電極的導通，在液晶盒網印中還要使用一種稱為導電點膠（又稱銀點膠）的膠粘劑。導電點膠是在環氧樹脂中加入了銀粉和固化劑使其達到固化和導電的目的。因為環氧樹脂本身不導電，摻入重量比大于50%的銀粉，調成導電點膠。導電點膠一般分為A組和B組，A組為環氧樹脂和銀粉，B組為固化劑和銀粉。使用前將A、B兩組分以一定比例混合。為保證玻璃上電極的導電性能，要注意選用合格的銀粉。

網印設備選擇和操作技術

網印設備主要有印刷設備和烘干設備。印刷設備主要是指網印機。在絲網印刷液晶顯示器中，采用最多的是平臺式半自動絲網印刷機。這種絲網印刷機要手動定位，其方法是先把玻璃放在平臺上，再將玻璃的定位邊靠緊平臺上的定位銷，為確定承印物待印位置，可粗調網印平臺的橫向或縱向旋鈕。先試印一片檢查印位是否準確，然后根據偏差的情況再精細調整旋扭，接著試印，再調整，直到調準印位，然后鎖緊旋鈕，即可開機批量印刷。這種網印機對位比較麻煩，要多次試印，花費時間，影響工作效率。因此，有條件的最好選用全自動絲網印刷機，從而保證入料、定位、印刷、出料全部自動化。但這種液晶全自動網印機過去主要依靠進口，價格昂貴。