Producción de pantallas planas
Instalaciones para la industria de LCD
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En esta página, explicamos el principio de funcionamiento de las pantallas de cristal líquido (LCD) pasivas y activas, así como sus principales pasos de producción. Puede encontrar las descripciones de los equipos relacionados al seguir los enlaces en el texto. Junto con nuestros socios en Japón y Corea, podemos ofrecer equipos para casi todos los pasos de producción, incluso si estas máquinas no se detallan en nuestras páginas web.
Cristales líquidos
Los cristales líquidos son moléculas orgánicas que tienen propiedades cristalinas pero que son líquidas a temperaturas normales. Debido a que las fuerzas intermoleculares son débiles, las moléculas pueden orientarse mediante campos electromagnéticos débiles. Las moléculas de cristal líquido utilizadas en las LCD también tienen una anisotropía óptica (índices de refracción diferentes para diferentes ejes de la molécula) que se utiliza para crear imágenes visibles. Dependiendo de la orientación de las moléculas, el panel es transparente u oscuro.
Configuración típica de un panel LCD: 1 - polarizador, 2 - sustrato de vidrio, 3 - sellado, 4 - separador, 5 - ITO, 6 - capa dura, 7 - poliimida, 8 - TFT
LCDs pasivas
Una LCD de matriz pasiva está compuesta por varias capas. Las partes principales son dos placas de vidrio, conectadas por sellos. El polarizador se aplica a la placa de vidrio frontal para polarizar la luz entrante en una dirección única. La luz luego pasa a través de la lámina de vidrio frontal. Se utiliza una capa de óxido de estaño e indio (ITO) como electrodo. Se aplica una capa de pasivación, a veces llamada capa dura, basada en SiOx sobre el ITO para aislar eléctricamente la superficie. La poliimida se imprime sobre la capa de pasivación para alinear el fluido de cristal líquido. El fluido de cristal líquido es sensible a los campos eléctricos y cambia de orientación cuando se aplica un campo eléctrico. El cristal líquido también es ópticamente activo y rota la dirección de polarización de la luz entrante. El grosor de esta capa está determinado por espaciadores, que mantienen las dos placas de vidrio a una distancia fija. Cuando no hay potencial eléctrico desde la pieza frontal de vidrio hasta la pieza trasera de vidrio, la luz polarizada se rota 90° al pasar a través de la capa de cristal líquido. Cuando se aplica un potencial eléctrico desde una placa a la otra, la luz no se rota. Después de que la luz ha pasado a través del cristal líquido, pasa a través de otra capa de poliimida, otra capa dura, el electrodo ITO trasero y el vidrio trasero. Cuando llega al polarizador trasero, se transmite o se absorbe, dependiendo de si se ha rotado 90° o no.
Esta tecnología se utiliza ahora también para la fabricación de ventanas inteligentes.
LCDs de matriz activa
La tecnología de matriz activa dominante utiliza transistores de película delgada (TFT) de silicio amorfo o policristalino aplicados a la placa de vidrio LCD trasera. Mientras que los TFT de silicio amorfo son más fáciles de producir y, por lo tanto, se utilizan en la mayoría de las pantallas grandes hoy en día, los TFT de polisilicio muestran un mejor rendimiento, pero requieren una temperatura de deposición más alta. Se producen en hornos de tubo y, por lo tanto, solo se pueden fabricar pantallas pequeñas utilizando la tecnología de polisilicio.
LCDs en color
En las LCDs a color, se aplican filtros de color en el interior de la lámina frontal de vidrio. Se utilizan tres colores: rojo, azul, verde y una matriz negra.
Las placas de vidrio frontal y trasera se producen en líneas de producción diferentes. En la mayoría de los casos, se producen varios (4-6) displays en una placa de vidrio. La placa de vidrio trasera es el sustrato para la producción de TFT en el caso de los LCD de matriz activa. Sobre la capa ITO, los transistores se crean mediante una serie de pasos PECVD y sputter. Luego se aplican la capa dura, el poliimida y los espaciadores.
La placa de vidrio frontal lleva las capas de filtro de color, al igual que la placa de vidrio trasera, ITO, capa dura y poliimida, así como el sellado.
En la máquina de ensamblaje, las dos placas de vidrio se alinean, se combinan y se fijan juntas, utilizando puntos de polímero endurecido por UV. En la actualidad, este proceso se realiza en condiciones de vacío en el llamado Proceso ODF. Luego, los paneles en bruto se presionan y se calientan para curar los sellos y crear una estructura de panel estable. Luego, los paneles grandes se marcan y rompen a las dimensiones finales del display. Los bordes se rectifican. Ahora, los displays individualizados se llenan con líquido de cristal líquido y se cierra la abertura en el sellado. Se aplican polarizadores en ambos lados. El display está listo. Los siguientes pasos son el montaje electrónico y el embalaje.
Aquí puedes ver una línea de fabricación integrada de LCD de Joyo. 1 - Cargador, 2 - Limpiador húmedo, 3 - Recubridor de PI, 4 - Inspección, 5 - Frotamiento, 6 - Limpiador ultrasónico, 7 - Limpiador después del frotamiento, 8 - Rociador de espaciadores, 9 - Verificador de espaciadores, 10 - Dispensador de Ag, 11 - Dispensador de sellador, 12 - Horno de precurado, 13 - Máquina de ensamblaje, 14 - Horno de prensado en caliente, 15 - Verificador de alineación, 16 - Descargador
Además de las líneas de producción totalmente automáticas, muchas máquinas también están disponibles como máquinas individuales o integradas en conglomerados de producción más pequeños.
Producción de TFT en la parte trasera del vidrio
La formación de TFT consta de varios pasos de proceso al vacío, utilizando PECVD para la deposición de a-Si y la capa de aislamiento dieléctrico de la compuerta, y equipos de sputter para las líneas de metal de datos y exploración, así como para las capas de ITO. Un conjunto típico de pasos de proceso es: deposición de metal de compuerta (Ta, Al, MoTa), patrón, oxidación del ánodo Ta2O5, deposición de nitruro de silicio, patrón, deposición de a-Si para el electrodo, patrón, deposición de líneas de fuente y datos (Ti, Al), patrón, deposición de electrodo de píxel (ITO), patrón, pasivación, patrón. Algunas empresas utilizan un paso de depósito de polisilicio en lugar de la deposición de a-Si para displays de alto rendimiento. La deposición de polisilicio se realiza a baja presión en un horno tubular, similar al equipo utilizado en la industria de semiconductores.
Para estructurar las diversas capas, los pasos de patrón mencionados utilizan equipos litográficos comunes como recubridores de resistencia, estampadores y equipos de grabado en seco o húmedo. El grabado en seco puede proporcionar un control mucho mejor del ancho de línea, pero el grabado húmedo es el método más rápido y económico porque es un proceso por lotes.
Aplicación de filtro de color en la parte frontal del vidrio
El proceso de filtro de color de la placa de cobertura es extremadamente importante y puede ser un proceso muy costoso debido al alto costo de los materiales y al bajo rendimiento. Los filtros de color se pueden aplicar de varias maneras al vidrio frontal. El material de filtro de tinte o pigmento se puede depositar en el vidrio mediante centrifugación, que es una tecnología simple pero produce una cantidad bastante alta de material de desecho costoso. Se puede utilizar una tecnología de cuchilla de médico para depositar el material del filtro de color en el vidrio. Se crea mucho menos desperdicio. En ambos casos, debe seguir un proceso de curado después del proceso de deposición. La tercera posibilidad es aplicar láminas de filtro de color al vidrio frontal. Los filtros de color están recubiertos con una capa de protección.
Deposición de ITO
El óxido de estaño e indio (ITO) se deposita generalmente mediante tecnología de pulverización catódica.
Capa dura
La capa de pasivación compuesta por SiOx y SOG se imprime en el sustrato utilizando la tecnología de impresión flexográfica y luego se cura y se endurece en un horno.
Capas de poliimida (PI)
La capa de poliimida se imprime en los sustratos, utilizando la tecnología de impresión flexográfica. La poliimida requiere un proceso de curado utilizando gas inerte. Esto se puede hacer en hornos de convección limpios o en placas calientes. Se requieren buenas uniformidades de temperatura para crear propiedades homogéneas de poliimida.
Frotamiento
El frotamiento de la capa de poliimida es necesario para crear una alineación adecuada del cristal líquido hacia la superficie de la poliimida. El frotamiento se alinea en paralelo a la dirección de polarización.
Separador
Para crear una distancia uniforme entre ambas placas de vidrio, se crean espaciadores en un sustrato. Hoy en día, los espaciadores litográficos se utilizan en la mayoría de los casos. En el pasado, los espaciadores se rociaban en el sustrato. Estos consisten en pequeñas bolas de vidrio o plástico. Se pueden utilizar tres procesos principales: rociado en seco, que se utiliza para un alto rendimiento y la fabricación de displays grandes, rociado de espaciadores semiseco, que es el mejor método para displays medianos y pequeños y no tan alto rendimiento. El rociado húmedo de espaciadores no se utiliza muy a menudo, pero proporciona una uniformidad de espaciadores muy agradable y un bajo número de grupos de espaciadores.
Deposición y curado del sellador
Para fábricas grandes, la serigrafía es el mejor método para la deposición de selladores. Se puede combinar un alto rendimiento y un alto rendimiento con este método. Para un volumen de producción más pequeño y una mayor flexibilidad de diseño, la dispensación de selladores es la mejor manera. El material del sellador debe precurarse en un horno antes de que las placas de vidrio del sustrato se envíen a la máquina de ensamblaje. Después del ensamblaje de las celdas, el curado final del sellador se realiza en un horno de prensado en caliente. Los paneles se combinan en pilas de paneles, se prensan y se curan en un horno. Alternativamente, los paneles se pueden prensar y curar uno por uno.
Creación de contactos
Los contactos externos se producen mediante la impresión de contactos de pasta de Ag en el vidrio del sustrato, utilizando la tecnología de serigrafía. También es posible la dispensación de pasta de plata.
Ensamblaje de celdas
En la máquina de ensamblaje de celdas, ambas placas de vidrio se alinean y se combinan. La posición de las placas de vidrio entre sí se fija mediante puntos de polímero endurecidos por UV en la máquina de ensamblaje de celdas. El ensamblaje de celdas también se puede realizar en condiciones de vacío cuando sea necesario.
Horno de prensado en caliente
Como se describió anteriormente, el sellado debe curarse finalmente después del proceso de ensamblaje de celdas. Esto debe hacerse bajo presión para asegurarse de que el grosor del sellado esté correctamente relacionado con el diámetro del espaciador y el grosor calculado del cristal líquido se pueda alcanzar con tolerancias bajas. Los hornos de prensado en caliente están disponibles como una herramienta de proceso por lotes y como un horno de prensado de un solo panel. El horno por lotes requiere la recolección previa de paneles y la preparación de una pila más grande de paneles que se prensan todos juntos. La pila prensada de obleas se cura luego en un horno de convección limpio. El horno de prensado en caliente de un solo panel es más fácil de integrar en líneas automáticas y funciona de manera continua.
Llenado de fluido de cristal líquido.
El método de llenado de LCD es una aplicación al vacío y hoy en día ya no es necesario, ya que en el proceso ODF, el llenado ocurre durante el ensamblaje de celdas. Los displays de cristal líquido se colocan en una cámara de vacío montada sobre el fluido de cristal líquido. Luego, la cámara se bombea hacia abajo y el panel vacío se evacua. Los puertos de llenado se bajan al canal y la cámara se devuelve a la presión atmosférica. La presión atmosférica fuerza el fluido de cristal líquido hacia el display. Después de llenar los paneles, se cierra el agujero en el sellado en un paso de proceso separado.
Alternativamente, los cristales líquidos se pueden dispensar en la placa de vidrio inferior antes del ensamblaje de celdas. Esta tecnología se llama tecnología ODF y requiere una Máquina de Ensamblaje al Vacío.
Colocación de polarizadores.
Después de una limpieza adecuada de la superficie, los láminas de polarizador se adhieren en paralelo a la dirección del frotamiento de la capa de poliimida relacionada en el lado frontal y posterior del panel LCD. Este es el último paso de la fabricación principal de LCD.
Limpieza
Varios pasos de limpieza son necesarios durante el proceso de fabricación de LCD: limpieza inicial de la placa de vidrio, limpieza antes del rociado de espaciadores (después del frotamiento), limpieza antes de la fijación de los polarizadores, etc. La limpieza ultrasónica se utiliza con frecuencia para estas aplicaciones.
Inspección
Se requiere inspección de los resultados del proceso después de varias fases de producción. Sin embargo, la inspección final es la más importante. En muchos casos, esta inspección final se realiza manualmente. Sin embargo, también están disponibles máquinas de inspección automática ahora.
