液晶显示器丝网印刷工艺和注意问题

文 齐成

液晶显示器丝网印刷工艺和注意问题

文 齐成

显示器是人与电子信息交流的窗口，通过显示器，人们可获得各种图像、信息，可以进行信息交流，参与社会和文化活动，享受多方位的生活乐趣。由于液晶显示器是目前来说最省电、最轻便、最适合个人应用的显示器，因此它已广泛应用于电脑、电视、计算器、手机以及各种电器、仪表的显示屏，老式的显示器被逐渐淘汰。但是，生产制作液晶显示器不仅要有优良的材料，还要求精湛的制作工艺和生产技术。所以，要保证产品质量，就要熟悉液晶显示器的特点，掌握制作要领。

液晶显示器的主要特点

科学研究发现，物质除在气态、液态和固态之外，有些物质表面上呈液态却有固态晶体的特点，这就是液晶，它是在一定的温度范围内有机物质所呈现的一种中间状态。液晶既具有液体的流动性和表面张力，又能呈现出晶体的某些光学性质，这主要是鉴于液晶分子排列的特殊取向和特定规律的分子运动。在温度上，当温度超过液晶相温度的上限，液晶就会变成普通的透明液体而失去光学性质；当温度低于液晶相温度的下限时，液晶又会变成普通晶体，失去流动性。当液晶受到光线（自然光或人工白光）照射，或某波长的色光因折射现象加强了反射，就会随着温度的升高由长波长的颜色（红色）向短波长的颜色（青色）转变。此外，美国无线电公司于1964年发现液晶还具有宾主效应、动态散射效应和相移存储效应等多种电光效应。

2．动态散射效应：就是指透明的液晶由于电场的作用，引起分子排列混乱。

3．相移存储效应：是指光能通过一对夹有液晶、相互正交的偏振镜。液晶的成色机理是由于液晶对特定波长的光有选择性的反射而形成的。液晶显示器就是利用液晶在外加光源照射下受控激励，供视觉感受信息的显示器件，它具有低功耗、平（薄）板显示等优点。目前在显示器领域得到广泛的应用。

液晶是由有机分子组成的，根据液晶分子的排列，液晶的类型可分为向列型（所有分子相互平行排列）、胆甾型（分子相互平行排列，连续多层，各层依所选方向依次回转）和层列型（分子以同一方向按层次排列）。而不同的类型有不同的实际应用范围。向列型液晶在电子工业中多作为显示材料，例如，以扭曲向列场效应为基础的液晶显示器件在电子表和计算器中应用广泛，在这种器件中，偏振光能在液晶里旋转。如果给液晶加上电场，则扭曲结构就会失效，阻止光线通过。由于扭曲向列液晶不但响应慢（0.1秒），而且门限的斜率小，限制矩阵选址的行数，故多用于单字符显示。而胆甾型液晶多用于温度指示。

目前生产液晶显示器的面板主要有扭曲型（TN型）和超扭曲型（STN型）两种。这两种面板的显示原理基本相同，不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90°，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180～270°（见图1）。TN型液晶显示器技术层次相对较低，故生产的面板成本也低，价格便宜，广泛应用于中、低端液晶显示器中的入门级液晶面板。早期的这种面板只能显示26万种色彩，仅能呈现出黑白单色及做一些简单文字、数字的显示，后来通过抖动技术等改良使其可以获得超过1600万种色彩的表现能力。在解决TN面板存在的可视角度偏小的问题上，在原TN型面板上增加了补偿膜，从而使TN面板可视角度提高到160°。

在显示的响应速度方面，由于TN面板输出灰阶级数较少，液晶分子偏转速度快，因此很容易将响应速度提高。例如，一般在8毫秒响应速度以下的液晶显示器，大多都是采用TN面板。早期的TN面板存在不少缺陷，后来经过技术革新，生产出改良的TN面板，其缺陷就基本上消除了。因此，如今市场上应用的TN面板均为改良型面板。但要注意，TN是一种软屏，用手指轻划屏幕时就会有类似水纹的现象，所以采用TN面板的液晶显示器在使用时需要更为细心的保护，避免笔或其他尖锐的物体接触屏幕，造成损坏。

STN型是除了将入射光旋转180～270°外，还利用逐行扫描的方式改变电场。STN型的主要优点是功耗小、省电。STN型液晶显示器生产工艺也比较简单，成品率较高，它主要是面向对比强烈与画面转换反应时间较快的商品，因此多应用于信息处理设备。由于STN型在电场反复改变电压的过程中，每一点的恢复过程都比较慢，因此会产生余辉。需要说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗（即黑白）两种情形，无法做到色彩的变化。另外，TN型的液晶显示器屏幕做得越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过利用STN的改良技术，可以弥补对比度不足的问题。彩色STN的显示原理是在传统单色STN液晶显示器上加一彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成3个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例调和，就显示出全彩模式的色彩。

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液晶显示器的结构和工作原理

以STN型液晶显示器为例，液晶显示器主要是采用无源矩阵结构，在两块玻璃基板的内侧配置有行电极（扫描线）和列电极（数据线）两种电极，中间封入液晶，扫描线和数据线的交点就是STN液晶器像素点（见图2）。

在液晶显示器中，有一块透明的导电玻璃基板，它是在普通玻璃（平板玻璃有两个侧面）的一个表面上镀上一层导电膜的玻璃。导电玻璃基板是液晶显示器最基本的材料。在液晶显示器中，对导电玻璃基板的要求是：像普通玻璃一样晶亮透明、平整光滑，具有优良的导电性能。目前，最常用的导电玻璃是氧化铟锡玻璃（简称为ITO玻璃，而一般玻璃为钠钙玻璃），在这种玻璃与导电膜ITO层之间通常有一层SiO2阻挡层用以阻挡玻璃中钠离子的渗入，避免其对液晶材料的影响。如果是制造高档的液晶显示屏，就要求导电玻璃有极好的绝缘性，因此常在最外层添加一层SiO2（见图3）。

此外，对导电玻璃还要求其耐热性好、尺寸变化小、表面平滑且无气泡、耐腐蚀等。从液晶显示的原理可知，液晶显示屏加电后，会显示出字符、图形等，为了形成显示矩阵或显示字符图案，要对ITO透明导电层进行光刻（一般可采用接触式正图曝光进行光刻）。光刻是依据外观图形、用户对显示图形和引出电极的连线规定进行的，即设计出液晶显示器上、下片玻璃上的ITO图形。在TN和STN型液晶显示器件制造工艺中，取向排列工艺是一个关键性工艺。TN型要求两片玻璃内表面处液晶分子的排列方向互成90°，STN型要求两玻璃片内表面处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对在涂覆了一层聚酰胺树脂的玻璃基片表面进行摩擦，这样就可获得良好的取向效果。涂覆聚酰胺树脂薄膜可用凸版印刷法（它可把取向膜只印在指定范围内，而不印在液晶盒的边框处和银点处），在300～350℃下固化成膜。

丝网印刷液晶显示器的工艺流程和应注意的问题

液晶显示器的主体是液晶盒，通常所说的丝网印刷液晶显示器主要就是指对网印液晶盒。液晶盒的制作就是取出两片经过各种涂层处理的导电玻璃，先将两片玻璃进行对叠，对叠时在两片玻璃中间保持特定均匀厚度的间隙。液晶盒制作对液晶显示器生产关系重大，也是最关键的技术之一。这种导电玻璃通常分为两组，一组印封框胶，丝网版上的图文要涂覆上封框胶；另一组网印导电点胶，丝网版上的图文便是公共电极的转印点。生产工艺流程大体如下：

在丝网印刷液晶盒中的工艺过程中，主要应注意以下几个技术要点。

网版制作技术要点

用于网印液晶盒的网版主要有印框印版和印点印版两种。其制版工艺大体相同，流程为：制作输出胶片→丝网绷网→粘贴感光膜→曝光晒片→水冲洗→烘干→封网→检查并修版→上网印机印刷。胶片的制作方法与光刻工艺中掩模版的制作方法基本一样。在整个网版设计和制作时主要应注意如下几点：

1．在框版封口（为灌注液晶准备的）时，要特别注意保证其方向始终一致，否则将无法进行下一工序的灌注操作。

2．要根据显示屏的面积大小、可视区与切割线的间距，以及盒与盒之间间隙等诸多因素综合考虑设定封框边线的宽度。

3．设计制作的网版尺寸，要注意保证其大于APR版（取向膜凸版转印版）的尺寸，以免丝网印刷封框胶时使其压到取向层上。这在网版设计时就要考虑到。

4．合理设计制作网印边框或印点及周边辅助线，保证其不影响后续的切割工序。

制作网版时材料的选择和操作要点

由于液晶显示盒网版印刷的承印物是玻璃基片，因此要注意根据玻璃网版印刷的一般要求，选择合适的网版印刷材料。

1．丝网：一般情况下可选用丝网目数为250～400目的尼龙网和不锈钢网。总的来说，在丝网目数相同的情况下，应尽量选用开孔大的丝网。

2．网框：网框选用的材料和质量对丝网印刷的影响很大。根据实践经验，通常选用铝材和钢铁材料的网框比较好，因为铝材轻、稳、耐用，但成本较高；钢铁材料，网框具有坚固、耐用、定型好等优点；铁的材料也存在易生锈、重量大、搬运费力等缺点。至于木质框，由于其不坚固耐用，且易变形，因此，对于印刷精度要求较高的液晶盒来说，使用木质网框是不适宜的。

3．绷网：通常可采用机械绷网，绷网角度：一般印框网版用45°角绷网，因为这样才能保证印出的封框胶胶边笔直；而印点网版则采用90°角绷网，这样会节省丝网。绷网张力：要保证印刷质量，绷网张力大小的控制非常必要。大小适宜的张力是印刷质量的保证，如果张力太大丝网会变脆容易裂开、破损；而张力太小则丝网太松弛就容易发生变形，这样就会使印出的图形产生失真现象。根据生产经验，一般来说丝网张力控制在8～15N/cm比较理想。另要注意，在绷网时，必须保证各点绷网的张力均匀，这样才能使整片印刷的效果均匀一致。

4．显影：显影和晒版后对网版的冲洗一定要彻底，不得存在有网孔没冲开或留有残胶的现象，否则上机印刷时会出现图形不全、不完整甚至丢失等故障，从而直接影响液晶盒的网印质量。

5．检查和修版：网版制作完成后，一定要对制作的网版进行认真细致的全面检查，看看图形内是否有堵网、断胶等现象，图形外是否有漏胶、砂眼、针孔等制版中的疵病。如有，就要及时修补，修补达不到要求的要重新制版。

液晶显示器的网印图形虽然十分简单，但由于器件对图件印刷的质量要求非常严格，因此，必须在整个印刷中都加以注意。总之，在实际的液晶显示器制造中，制液晶盒过程有着十分严格的技术要求。首先要求构成液晶屏的上、下两片玻璃之间的间隙必须十分均匀，为保证盒的间隙，还需要在ITO玻璃上均匀地喷洒一层微小的玻璃或塑料颗粒，有的把控制液晶盒厚度的这些颗粒称为衬垫。根据产品设计要求一般在5～9μm，要求粒径一致性极高，在液晶盒内喷洒分散这些颗粒时，有时可能损伤取向膜，所以操作时要特别认真细心。

液晶盒上、下玻璃网印时封框胶和导电点胶的选用

1．封框胶。封框胶是一种胶粘剂，常用的是环氧树脂。环氧树脂是一种日常生活中经常使用的粘接剂，具有良好的粘接性和机械性能，环氧树脂是一种对液晶材料无不良作用的高分子化合物，在液晶显示器中，作为液晶盒的胶粘剂，它的作用是将两片ITO玻璃粘合起来，并在两片玻璃间保持一定的间隙。由于环氧树脂的化学结构是大分子链上含有活泼的环氧基团，属于线型大分子，所以通常呈胶状流体，不会自身交联固化，因此需要加入固化剂（如乙二胺、二亚乙基三胺、酸酐等）而形成网络状结构，达到粘接固化的目的。另外，为了增强环氧树脂的粘接性和弹性，还要加入Al2O3、SiO2粉末作填料。根据实践经验，网印封框胶的固化温度一般控制在150℃左右，固化时间大约为1小时。

2．导电点胶。为了使液晶盒上、下两片玻璃上电极的导通，在液晶盒网印中还要使用一种称为导电点胶（又称银点胶）的胶粘剂。导电点胶是在环氧树脂中加入了银粉和固化剂使其达到固化和导电的目的。因为环氧树脂本身不导电，掺入重量比大于50%的银粉，调成导电点胶。导电点胶一般分为A组和B组，A组为环氧树脂和银粉，B组为固化剂和银粉。使用前将A、B两组分以一定比例混合。为保证玻璃上电极的导电性能，要注意选用合格的银粉。

网印设备选择和操作技术

网印设备主要有印刷设备和烘干设备。印刷设备主要是指网印机。在丝网印刷液晶显示器中，采用最多的是平台式半自动丝网印刷机。这种丝网印刷机要手动定位，其方法是先把玻璃放在平台上，再将玻璃的定位边靠紧平台上的定位销，为确定承印物待印位置，可粗调网印平台的横向或纵向旋钮。先试印一片检查印位是否准确，然后根据偏差的情况再精细调整旋扭，接着试印，再调整，直到调准印位，然后锁紧旋钮，即可开机批量印刷。这种网印机对位比较麻烦，要多次试印，花费时间，影响工作效率。因此，有条件的最好选用全自动丝网印刷机，从而保证入料、定位、印刷、出料全部自动化。但这种液晶全自动网印机过去主要依靠进口，价格昂贵。