TFT 디스플레이 모듈의 구성 및 제조 공정 이해

Understanding the Composition and Manufacturing Process of TFT Display Modules
이 글은 TFT LCD 모듈의 전체 생산 공정을 포괄적으로 논의하는 것을 목표로 합니다. TFT 모듈은 액정 디스플레이 구성 요소(액정층 및 컬러 필터), 전자 커넥터(금속 리드, 플랫 케이블 등), 제어 및 구동 회로, 그리고 PCB(Printed Circuit Board)를 정교하게 결합한 통합 부품입니다. 이들 외에도 모듈에는 백라이트 시스템과 패널 프레임 및 후면 커버와 같은 보호 및 지지용 구조 부품이 포함됩니다. 우리는 처음부터 시작하여 각 중요한 단계와 구성 요소를 살펴보고, 이들이 어떻게 상호 작용하여 고해상도 및 고대비의 시각적 경험을 전달할 수 있는 복잡한 시스템으로 조립되는지를 밝혀낼 것입니다.

TFT LCD 디스플레이의 구조

TFT-LCD (박막 트랜지스터 액정 디스플레이) 기술의 우수한 성능을 인정받아, 이 기술은 평판 디스플레이 시장에서 중요한 역할을 하게 되었으며 점차 구식 CRT (음극선관) 디스플레이를 대체하고 있습니다. 오늘날 TFT-LCD는 TV, 컴퓨터 모니터, 노트북, 차량용 내비게이션 시스템, 게임기, PDA, 디지털 카메라, 캠코더, 스마트폰 등 다양한 제품에 널리 사용되고 있습니다.

TFT-LCD 기술은 1970년대 후반에 개척되었으며 그 이후로 상당한 발전을 이루었습니다. 초기에는 CdSe와 같은 화합물 반도체가 TFT 제조의 주된 재료였지만, 생산 과정에서 성분 비율 제어의 복잡성 때문에 실리콘 반도체가 특히 TFT-LCD 산업의 대규모 생산에서 더 널리 사용되고 있습니다.

현대의 LCD 모니터는 주로 유리 기판을 사용합니다. 공정 온도 제한으로 인해 TFT-LCD 제조에서는 비정질 실리콘(A-Si)과 저온 다결정 실리콘(LTPS)이 널리 채택되었습니다. 시장의 고품질 디스플레이 요구가 커지면서 LCD 표시 방식도 개선되었습니다. IPS(In-Plane Switching)와 MVA/PVA(Multi-Domain Vertical Alignment/Patterned Vertical Alignment)를 포함한 여러 표시 방식이 존재하지만, 여기서는 TFT-LCD 기술에서 널리 사용되는 TN(트위스티드 네마틱, Twisted Nematic) 모드에 주로 초점을 맞춥니다.
TFT-LCD 디스플레이 모듈은 일반적으로 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성됩니다:

  • 액정 패널 (패널): 디스플레이의 주요 부분으로, 이미지를 표시하는 역할을 합니다. 액정 패널은 두 장의 유리판 사이에 액정층이 끼워진 구조로 이루어져 있으며, 이를 액정 셀이라고 합니다.
  • 편광 필터: 이 부품들은 액정 셀의 양쪽에 위치하며 셀을 통과하는 빛을 처리하는 역할을 합니다.
  • 색상 필터: 일반적으로 밀봉된 액정 셀의 유리 기판 중 하나 위에 제작되며, 컬러 디스플레이에 사용됩니다.
  • 박막 트랜지스터 어레이 (TFT 어레이): 밀봉된 액정 셀의 다른 유리판에 배치되어 디스플레이 구동에서 적극적인 역할을 합니다.
  • 백라이트: TFT-LCD 디스플레이 모듈 뒤에 위치한 광원은 액정 셀을 통해 가시 이미지를 형성하는 데 필요한 빛을 제공합니다.
  • 외장 드라이브 회로: 이 회로들은 입력 이미지 신호를 관리하여 TFT 어레이와 백라이트를 적절하게 구동합니다.

이 부품들을 통합하면 완전한 TFT-LCD 디스플레이 모듈을 얻을 수 있습니다. 각 부품은 액정층을 통과하는 빛을 정밀하게 조절하여 우리가 보는 이미지를 만들어냅니다.

TFT LCD 디스플레이의 제조 공정

TFT 디스플레이의 제조 공정은 세밀하고 정밀한 단계들로 이루어져 있으며, 전 과정에 걸쳐 철저한 관리가 필요합니다. 이 공정은 컬러 필터(CF), TFT, 셀(Cell), 모듈(Module)의 네 가지 주요 단계로 구분됩니다.

초기에는 CF (컬러 필터) 공정이 디스플레이에 보이는 색을 구현하는 데 필수적인 컬러 필터 배열을 생성하는 역할을 합니다. 아래는 전체 제조 여정에 대한 개요로, 각 단계의 구체적인 절차를 자세히 설명합니다:
1단계: 배열 처리
배열 프로세스가 기반을 마련합니다. 다음을 포함합니다:
  • 필름 형성: 스퍼터링(SPT) 및 화학 기상 증착(CVD)과 같은 기술은 기판 위에 여러 층을 증착합니다.
  • 포토리소그래피: 포토레지스트를 도포·노광·현상하여 미세구조를 형성합니다.
  • 에칭: 습식 및 건식 식각 방법은 기판의 특정 영역을 제거하여 형태를 조형합니다.
  • 제거: 패터닝 후, 기판을 세정하기 위해 잔여 물질을 제거합니다.

보조 프로세스 단계:

세탁: 기판이 오염되지 않도록 보장합니다.

표시 및 노출: 기판 가장자리를 식별하고 준비합니다.

자동 광학 검사 (AOI): 결함 검사에 사용됩니다.

현미경 검사 및 육안 검사 (Mic/Mac): 세부 확인 중입니다.

필름 성능 테스트: 다음과 같은 도구를 사용합니다: 시트 저항 측정기, 프로필로미터, 반사율계/엘립소메트리, 푸리에 변환 적외선 분광법.

개방/단락 (O/S) 전기 테스트: 회로 연속성과 단락을 검사합니다.테스트 요소 그룹 (TEG) 전기 테스트: 요소의 전기적 성능을 검사합니다.

 배열 전기 테스트: 어레이의 전기적 기능을 보장합니다.

레이저 수리: 검사 결과에 따라 모든 결함을 수정합니다.

재작업 절차:
포토레지스트 재작업 (PR 재작업): 필요에 따라 포토리소그래피 단계를 조정하거나 반복합니다.
필름 재작업: 필요한 경우 필름 형성 공정을 변경하거나 개선합니다.
추가 단계는 세척, 마킹, 자동 광학 검사(AOI), 필름 성능 시험을 통해 기판의 순도와 무결성 확인 및 층 품질을 보장합니다.

2단계: CF 프로세스

다음은 색상 필터 공정으로, 색상 정확도와 디스플레이 품질에 필수적입니다:
  1. OC 레이어 컬러 필터 패턴을 보호하고 준비합니다.
  2. RGB 레이어 코팅, 노광 및 현상 순서를 통한 형성.
  3. BM (블랙 매트릭스) 레이어 명암 대비를 향상시키고 빛 누출을 제한합니다.
  4. PS (포토 스페이서) 레이어 기판 사이의 간격을 정밀하게 유지하여 이미지 품질에 필수적입니다.
  5. ITO 층 전기 전도 및 터치 기능을 위해 투명 전도성 필름을 추가합니다.

3단계: 세포 공정

셀 프로세스는 디스플레이를 준비하고 마무리하기 위한 일련의 단계를 포함합니다:
  • 폴리이미드 (PI) 정렬 및 배향: 액정 배향을 위한 PI(폴리이미드) 층의 도포 및 배향.
  • ODF (광학 디스플레이 필름) 시각 효과를 향상시킵니다.
  • 청소 및 프레임 실란트 도포: 액정 방울 삽입 준비 중.
  • 액정 주입: 디스플레이에 액정을 정밀하게 도포합니다.
  • TFT 및 CF 라미네이션: TFT 및 CF 구성 요소를 본딩하여 결합합니다.
  • UV 경화 및 열처리: 자외선 조사 및 열처리로 액정을 경화시키고 균일하게 분포시킵니다.
  • 절단, 전기 검사, & 모서리 다듬기: 기판 성형, 전기 검사 수행, 모서리 정리.
  • 편광 필터 장착 및 기포 제거: 편광 필름 부착 및 기포 제거, 필요 시 재작업 가능.

4단계: 모듈 처리

마지막으로, 모듈 프로세스는 구성 요소를 통합하고 테스트합니다:
  • 레이저 절단 및 전기 테스트: 정밀한 형상 및 전기적 무결성 보장.
  • COG (칩 온 글라스) 본딩, FPC (플렉서블 인쇄 회로) 본딩 & 테스트: 구동 회로 설치 및 테스트.
  • 조립 및 전기 테스트: 모든 디스플레이 모듈 부품을 결합하고 최종 전기 검사를 수행합니다.
  • 노화: 제품의 신뢰성을 보장하기 위한 장기 전원 공급.
  • 포장 & 배송`: 완제품을 배송 준비합니다.`

이 과정의 각 단계는 TFT 디스플레이의 성능과 신뢰성을 유지하기 위해 엄격한 품질 관리와 정밀한 공학을 요구합니다. 이 공정의 복잡성은 TFT 디스플레이 부품을 생산하는 데 필요한 기술적 전문성을 부각시키며, 이것이 바로 TFT 기술이 오늘날의 고해상도 디스플레이 시장의 중심에 있는 이유임을 분명히 보여줍니다.

배열 세그먼트 흐름

TFT 디스플레이 모듈의 어레이 세그먼트는 정교하게 구조화되어 있으며, 각각 특정 기능과 재료 구성으로 구분되는 다섯 개의 층으로 설명할 수 있습니다:
1.게이트 금속 (AlNd / MoN):
이 층은 MoN (몰리브덴 질화물)과 네오디뮴 (Nd) 3%가 포함된 알루미늄 (Al) 합금으로 구성되어 있으며, GATE라고 불립니다. 픽셀의 전기장을 제어하는 전극 역할을 합니다.
2.G I N (SiNx / a-Si / n+ a-Si):
  • G: SiNx (질화규소)로 만들어진 게이트 절연막은 게이트와 다른 층들 사이에 필요한 절연을 제공합니다.
  • I: 채널 층, a-Si (비정질 실리콘), 전자 스위칭이 일어나는 곳.
  • N: n+ a-Si 층은 고농도의 포스핀(PH3)으로 도핑되어 있습니다. 이 도핑은 계면에서의 전위 장벽을 감소시켜 오믹 접촉을 보장하며, 이는 신뢰할 수 있는 장치 동작에 매우 중요합니다.
3.S/D 금속 (Mo / Al / Mo):
이 레이어는 소스/드레인(S/D) 전극에 사용되는 MoN(질화몰리브덴)과 순수 알루미늄(Al) 층으로 구성됩니다. 이들 금속은 우수한 전기 전도성과 TFT의 민감한 전자 소자들과의 호환성 때문에 선택되었습니다.
4.패시베이션 (SiNx):
여기서는 실리콘 나이트라이드(SiNx) 패시베이션 층을 증착합니다. 이 보호층은 아래의 금속 부품을 잠재적 손상 및 오염으로부터 보호하여 TFT의 성능을 장기간에 걸쳐 유지하는 데 도움을 줍니다.
5.ITO (인듐-주석-산화물):
마지막으로 ITO (인듐-주석 산화물) 층이 도포됩니다. ITO는 픽셀 전극 역할을 하는 투명한 도전성 산화물입니다. 그 투명성과 전도성 특성은 디스플레이의 가시부에 이상적인 선택이 되어 빛이 통과하도록 하면서 필요한 전기적 연결도 제공합니다.
아래에서는 각 필름 층의 제조 공정을 소개합니다.

게이트 금속 (AlNd/MoN) 

게이트 및 스캐닝 라인의 형성에는 게이트층 형성을 위한 금속 스퍼터링, 게이트용 포토리소그래피, 그리고 습식 에칭 공정 등 특정 공정들이 포함됩니다. 이러한 기법들을 통해 스캐닝 라인과 게이트 전극, 즉 게이트 전극들이 최종적으로 유리 기판 위에 형성됩니다. 다음은 게이트층 제조 공정의 최적화된 설명입니다.아래는 완성 이미지와 생산 공정입니다:
1. 초기 자재 검사 (IQC): 이 단계에서는 들어오는 자재 및 부품에 대해 예비 검사가 수행되어 품질 기준을 충족하는지 확인합니다.
2. 전처리 세척 (유리 세척): 제조 공정이 시작되기 전에, 유리 기판은 먼지와 불순물을 제거하기 위해 철저히 세척됩니다.
3. 먼지 검사 (입자 검사): 청소 후, 기판의 청결도를 검사하여 입자 잔여물이 없는지 확인합니다.
4. 게이트 전 금속 세척 (사전 – 세척): 게이트 금속층 형성 직전에 박막 증착을 준비하기 위해 기판을 다시 세정합니다.
5. 게이트 금속 증착 (게이트 금속 스퍼터링): 게이트 금속층은 스퍼터링 기술로 기판 위에 증착됩니다.
6. 포토레지스트 도포 전 세척: 포토레지스트를 도포하기 전에 기판을 다시 세정합니다.
7. 예열 (DHP): 기판은 포토레지스트 도포 준비를 위해 핫플레이트로 예열됩니다.
8. 포토레지스트 도포 (레지스트 코팅): 기판 위에 포토레지스트 층이 도포됩니다.
9. 사전 경화 (SHP): 포토레지스트가 코팅된 기판은 사전 경화 처리를 거칩니다.
10. 단계적 노출: 감광액은 스테퍼 포토리소그래피로 단계별 패터닝 공정 중 빛에 노출됩니다.
11. 개발: 노출 후, 포토레지스트는 패턴을 드러내기 위해 현상 과정을 거칩니다.
12. 노광 후 베이킹 (HHP): 포토레지스트 필름은 레지스트를 베이킹하여 경화되며, 이 과정을 하드베이킹(hardbaking)이라고 합니다.
13. 개발 후 검사 (개발 검사): 기판은 현상 후 패턴이 정확하게 복제되었는지 확인하기 위해 검사됩니다.
14. 습식 식각: 불필요한 박막 물질은 회로 패턴을 만들기 위해 습식 화학적 식각을 통해 제거됩니다.
15. 레지스트 제거 (Resist Strip): 포토레지스트가 제거되어 기판 표면이 깨끗해집니다.
16. 스트립 후 검사 (스트립 검사): 스트립 후 기판의 품질과 청결도가 평가됩니다.
단계를 정리하면, Gate Metal (AlNd/MoN)을 제작할 때

G I N (SiNx / a-Si / n+ a-Si)

GIN 층(SiNx / a-Si / n+ a-Si), 게이트 절연층 및 아모르파스 실리콘 섬의 형성은 3층을 연속 증착하는 PECVD(플라즈마 강화 화학기상증착), 패터닝을 위한 섬 포토리소그래피, 아모르파스 실리콘 섬의 형상을 만드는 섬 드라이 식각과 같은 특정 공정을 포함합니다. 이러한 공정을 통해 TFT용 게이트 절연층과 아모르파스 실리콘 섬이 유리 기판 위에 형성됩니다. 이들 섬은 전자 스위칭이 일어나는 활성 영역으로 작동합니다. 아래에는 게이트 절연층과 아모르파스 실리콘 섬의 형성을 공정에 포함한 완성 이미지와 제작 공정이 나와 있습니다.
1. 아일랜드 화학 기상 증착 (ISCVD) - 비금속 재료는 화학 기상 증착법을 통해 기판의 지정된 영역에 증착되어 반도체 섬을 형성합니다.
2. 포토레지스트 코팅 전 세척 - 포토레지스트를 도포하기 전에 기판은 모든 오염 물질을 제거하기 위해 철저히 세척됩니다.
3. 핫 플레이트 프리베이킹 (DHP) - 기판은 포토레지스트 도포를 위해 핫플레이트로 예열되어 표면을 준비합니다.
4. 포토레지스트 코팅 - 기판 위에 균일한 포토레지스트 층이 도포됩니다.
5. 소프트 베이크 (SHP) - 코팅된 기판은 포토레지스트 층을 고형화하기 위해 예비 경화 공정을 거칩니다.
6. 스테퍼 노출 - 패턴은 스테퍼 리소그래피 기술을 사용하여 포토레지스트에 전사됩니다.
7. 개발 - 노출된 포토레지스트는 패턴을 드러내기 위해 현상된다.
8. 포토레지스트 후열처리 (HHP) - 포토레지스트는 패턴을 단단히 경화시키기 위해 추가로 베이킹되어 내구성을 보장합니다.
9. 개발 완료 후 검사 - 현상된 기판은 패턴의 정확성과 먼지 입자나 결함이 남아 있지 않은지 확인하기 위해 검사됩니다. 실리콘 섬에 문제가 생기지 않도록 드라이 에칭 공정으로 신속하게 진행하는 것이 중요합니다.
10. 섬 건식 식각 - 반도체 섬은 정밀한 구조를 만들기 위해 건식 식각 공정을 거칩니다.

 

S/D 메탈 (Mo \Al\Mo)

소스 및 드레인 전극(S/D), 데이터 전극, 채널의 형성에는 몰리브덴 나이트라이드(MoN) 및 순수 알루미늄(소스 및 드레인용)으로의 층적층, S/D 금속층 스퍼터링, S/D 포토리소그래피, S/D 습식 식각, 채널 건식 식각과 같은 특정 공정이 포함됩니다. 이러한 공정을 통해 TFT의 소스 및 드레인 전극, 채널 및 데이터 라인이 유리 기판 위에 형성됩니다. 이 단계에서 TFT의 구성이 완료됩니다. 결과 설계 및 공정은 다음과 같습니다:

  1. S/D(소스/드레인) 스퍼터링: 이는 소스/드레인 전극을 형성하는 중요한 단계입니다. 이 과정에서 기판에 중금속 이온을 스퍼터링하여 조밀한 금속 전극층이 형성됩니다.
  2. PR 코팅 전 세척": 포토레지스트를 도포하기 전에 기판을 청소하여 먼지와 잔여물을 제거해야 하며, 이를 통해 균일한 도포 결과를 얻을 수 있습니다."
  3. DHP (핫플레이트): 포토레지스트가 기판에 더 잘 부착되도록, 코팅 공정 전에 기판을 핫플레이트에서 예열합니다.
  4. 레지스트 코팅: 예열된 기판에 이후 패터닝에 사용되는 포토레지스트 층을 도포합니다.
  5. 사전 경화 (SHP): 感光액이 코팅된 기판은 감광액을 더 균일하고 강하게 만들기 위해 사전 경화됩니다.
  6. 스테퍼 노출: 이 단계에서는 노출되는 빛의 양을 제어하여 포토레지스트의 특정 영역을 경화시키고 원하는 패턴을 만듭니다.
  7. 개발 중: 노광된 포토레지스트를 처리하여 패턴을 드러냅니다.
  8. 포토레지스트 포스트 베이킹(HHP): 포토레지스트 패턴은 또 다른 가열 공정을 통해 추가로 경화되어 더욱 뚜렷해집니다. 이는 화학적 부식 및 마모에 대한 저항성을 향상시킬 수도 있습니다.
  9. 검사 진행 중": 개발 후에는 패턴의 정확성을 보장하고 문제를 신속히 발견하여 해결하기 위해 상세한 검사가 필요합니다."
  10. 습식 식각: 이는 부식성 액체를 사용하여 보호되지 않은 부위의 재료를 식각하여 회로 패턴을 형성하는 화학 반응 공정입니다.
  11. 채널 건식 식각: 소스와 드레인 사이에 채널이 형성됩니다. 이 과정에서 채널 영역의 실리콘은 건식 식각 기술을 사용하여 필요한 형태로 식각됩니다.
  12. 저항 스트립: 마지막으로 기판 표면을 세척하기 위해 기판 위의 포토레지스트를 제거합니다.

위의 과정을 거치면 TFT의 소스/드레인 전극, 데이터 전극 및 채널이 최종적으로 유리 기판 위에 형성됩니다.

 

패시베이션 (SiNx)

패시베이션 층(SiNx)의 형성, 흔히 보호 절연층이라고 불리는 것, 그리고 비아(via)의 형성에는 PECVD 박막 형성, 포토리소그래피, 비아 형성을 위한 드라이 에칭과 같은 특정 공정들이 포함됩니다. 이러한 절차들을 거친 후, TFT 채널용 보호 절연층과 도전성 비아가 최종적으로 유리 기판 위에 형성됩니다. 이 단계들이 완료된 후 얻어진 이미지와 공정은 다음과 같습니다:

1. 보호막 증착 (PA CVD) - TFT 구조를 보호하기 위한 보호층을 형성하는 공정입니다.

2. 코팅 전 세척 - 이곳은 포토레지스트 도포 전에 기판을 세척하는 곳입니다.

3. 핫플레이트 프리베이크 (DHP) - 이는 코팅 단계를 위해 핫플레이트를 사용해 기판을 예열하는 작업을 포함합니다.

4. 포토레지스트 코팅 - 이 단계에서는 기판 위에 포토레지스트 층이 도포됩니다.

5. 소프트 베이크 (SHP) - 포토레지스트가 코팅된 기판은 층을 고화시키기 위해 예비 경화 공정을 거칩니다.

6. 스테퍼 노출 - 여기서는 스테퍼 리소그래피 기술을 사용하여 포토레지스트를 노광하고 패턴을 형성합니다.

7. 개발 - 노출된 포토레지스트는 패턴을 드러내도록 처리됩니다.

8. 하드 베이크 (HHP) - 포토레지스트 패턴은 포스트 베이킹 처리로 경화됩니다.

9. 개발 후 검사 - 이 단계에서는 현상된 기판을 검사하여 패턴의 정확성을 확인합니다.

10. 습식 식각 - 원치 않는 박막 재료는 회로 패턴을 형성하기 위해 습식 화학적 식각 공정으로 제거됩니다.

11. 포토레지스트 제거 - 포토레지스트가 제거되고 기판 표면이 세척됩니다.

12. 접촉 구멍 식각 (CH 에칭) - 필요한 비아는 건식 식각 공정을 통해 형성됩니다.

다음은 활성 TFT 채널의 보호와 도전성 비아 형성으로 이어지는 TFT 응용을 위한 기판 준비에 포함된 상세한 단계들입니다.

 

투명 픽셀 전극 ITO(인듐-주석 산화물) 형성

 TFT 디스플레이에서 투명 픽셀 전극의 생성은 정교한 공정으로, 인듐-틴 산화물(ITO) 증착으로 시작됩니다. 이 정밀하게 설계된 단계들은 ITO 층을 스퍼터링하여 투명성을 확보하는 것부터 시작해, 정교한 패터닝을 위한 포토리소그래피, 그리고 픽셀 구조를 최종 확정하는 습식 에칭으로 이어집니다. 이 세심한 순서는 픽셀 전극의 형성으로 마무리되며, 유리 기판에 완벽하게 통합되어 어레이 공정의 중요한 완료를 표시합니다. 다음 워크플로우는 공정 완료 이후의 작업 정제와 순서를 자세히 설명합니다.

  1. 픽셀 층 증착 (ITO 스퍼터링) – 이후 픽셀 패터닝을 위해 ITO (인듐 주석 산화물)의 투명 전도성 박막을 형성합니다.
  2. 기판 세정 (레지스트 코팅 전 세척) – 포토레지스트 도포 전에 기판의 순도를 보장합니다.
  3. 기판 예열 (탈수용 핫플레이트, DHP) – 포토레지스트의 최적 접착을 위해 기판을 프리베이크 공정으로 준비합니다.
  4. 레지스트 도포(코팅) – 기판에 균일한 포토레지스트 층을 도포합니다.
  5. 소프트 베이크 (사전 경화 SHP) – 패터닝 전에 포토레지스트를 고화시키기 위해 예비 경화를 수행합니다.
  6. 정밀 노광 (스테퍼 노광) – 스테퍼 포토리소그래피를 사용하여 포토레지스트를 노광시켜 원하는 패턴을 형성합니다.
  7. 패턴 개발 (개발 중) – 노출된 포토레지스트를 현상하여 정교한 픽셀 패턴을 드러냅니다.
  8. 레지스트 경화 (노광 후 베이크, 하드 베이크 HHP) – 패턴화된 포토레지스트를 경화시켜 식각 저항을 향상시킵니다.
  9. 패턴 검사 (개발 후 검사) – 개발된 패턴의 정확성과 무결성을 검사합니다.
  10. 패턴 전사 (ITO 식각) – ITO층을 식각하여 패턴을 전사하고 픽셀 전극을 형성합니다.
  11. 레지스트 제거(스트립) – 포토레지스트를 제거하여 깨끗한 기판 표면을 남깁니다.
  12. 성능 향상 (어닐링) – 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시키기 위해 구성 요소를 어닐링합니다.
  13. 품질 관리 (TEG 테스트) – 생산 중 품질을 모니터링하기 위해 시험 요소에 대해 전기적 테스트를 수행합니다.

이 간소화된 공정은 최적의 전기적 성능을 갖춘 고품질 TFT 디스플레이의 기반을 마련합니다.

컬러 필터 (CF) 공정

컬러 필터(Color Filter, CF)는 TFT-LCD(박막 트랜지스터 액정 디스플레이) 패널의 필수 구성 요소로, 컬러 이미지를 생성하는 데 중요한 역할을 합니다. 컬러 필터는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 픽셀의 배열로 구성되어 있으며, 이 픽셀들이 결합되어 디스플레이에 다양한 색상을 표현합니다. 다음은 컬러 필터의 구조와 제조 공정에 대한 자세한 개요입니다:
구조:
컬러 필터는 일반적으로 여러 층으로 구성되며, 각 층은 고유한 기능을 수행합니다:
  1. 유리 기판: 기계적 지지를 제공하는 기본 베이스 레이어.
  2. 블랙 매트릭스 (BM): 광흡수 소재로 구성되어 각 픽셀을 구분하고 픽셀 간 빛 누출을 최소화하여 명암비를 향상시킵니다.
  3. 컬러 레진 레이어: 실제 빨간색, 녹색, 파란색 필터로서 이 레이어들은 픽셀 색상을 결정합니다. 염색된 투명 수지 소재로 제작되었습니다.
  4. 오버코트 레이어 (OC): 표면을 고르게 하고 필터를 물리적·화학적 손상으로부터 보호하기 위해 색상 수지 위에 덧입혀진 보호층.
  5. ITO (인듐 주석 산화물) 전극: 이 투명 전도성 층은 패널이 전극으로 작동하여 통과하는 빛을 제어합니다.

제조 공정:

컬러 필터를 제작하려면 반도체 제조와 유사한 포토리소그래피 기술을 포함하는 여러 정밀한 단계가 필요합니다:
  1. 기질 준비: 유리 기판의 청결은 매우 중요하므로, CF 품질을 저하할 수 있는 불순물을 제거하기 위해 철저한 세정 과정을 거칩니다.
  2. 블랙 매트릭스 포메이션: 세정된 기판에 포토레지스트 층을 도포한 후, 포토리소그래피를 이용해 BM 패턴의 윤곽을 형성합니다. 노광 후 현상되지 않은 영역을 드러내어 흑색 안료로 채운 다음 경화합니다.
  3. 컬러 레진 적용: BM 경계 내에서 빨강, 초록, 파랑 색상 수지를 순차적으로 도포하는 작업은 각 색상 층마다 별도의 포토리소그래피 공정을 통해 수행됩니다. 코팅 및 노광 후 포토레지스트가 없는 영역을 현상하여 수지로 채운 다음 경화합니다.
  4. 상도(오버코트) 레이어 적용: 레진 색상 위에 OC 층을 도포하여 이를 보호하고 이후 ITO 전극 증착을 위한 매끄러운 표면을 형성합니다.
  5. ITO 전극 증착: 투명 ITO 전극은 OC 층 위에 스퍼터로 증착된 다음 전극 구조를 형성하도록 패터닝됩니다.
  6. 검사 및 테스트: 생산 전 과정에 걸쳐 세심한 검사와 테스트로 CF 품질을 보장합니다. 색상 충실도, 균일성, 결함 수준과 같은 지표를 철저히 검사합니다.
  7. 연동: 품질 보증 후, 컬러 필터는 TFT 어레이 및 액정층과 같은 TFT-LCD 패널 구성 요소와 정밀하게 정렬되어 적층됩니다.

컬러 필터의 제조는 화학공학과 정밀 포토리소그래피 간의 섬세한 상호작용을 반영하며, 이는 TFT-LCD 화면에 나타나는 생동감 있는 색상 표현에 매우 중요합니다.

CELL 세그먼트 흐름

TFT 디스플레이의 'Cell' 공정에서의 생산 과정은 대략 네 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다: 정렬(Alignment), 박싱(Boxing), 절단(Cutting), 편광판 부착(Polarizer Attachment). 이들 단계의 목적과 주요 절차는 다음과 같이 간단히 요약됩니다:

정렬 과정

Alignment 공정의 목적은 TFT 및 CF 기판 양쪽에 투명한 PI(폴리이미드) 필름 층을 형성하는 것입니다. 이후의 마찰 공정을 통해 이 층은 액정 분자들이 마찰 방향으로 정렬되도록 영향을 줍니다. 기본 원리에 대한 보다 깊은 이해를 원하면 관련 문헌을 참고하시기 바랍니다. 따라서 이 단계는 주로 두 가지 주요 공정인 PI 인쇄와 러빙(Rubbing)을 포함합니다.

PI(폴리이미드)프린팅

폴리이미드(PI)는 주쇄와 곁사슬로 구성된 고성능 투명 유기 고분자 소재입니다. 도포 및 베이킹 후 CF 및 TFT 기판 표면에 강하게 부착됩니다. PI 코팅은 특수 그라비어 인쇄 공법을 사용합니다. 주요 그라비어 인쇄 공정 외에도 PI 인쇄에는 인쇄 전 기판 세정, 인쇄 후 예비 베이킹, 자동 광학 검사, 경화 및 필요 시 PI 재작업 공정 등 여러 보조 공정이 포함됩니다.

1. PI 사전 청소:이 단계에서는 인쇄하기 전에 기판을 철저히 세척하여 먼지, 유분 및 기타 오염물이 없도록 하여 다음 단계에 대비합니다.

2.PI 프린팅:여기서, PI (폴리이미드) 소재는 기판 위에 도포되며, 종이에 디자인을 인쇄하는 것과 유사하지만, '잉크'는 보호층을 형성하는 특수한 재료라는 점이 다릅니다.
3.사전 굽기:이것을 예비 베이킹 단계로 보시면 됩니다. 이 단계는 PI 층을 부분적으로 건조시켜 기판에 적절히 접착되도록 합니다.
4.PI 검사:이 시점에서 인쇄된 층들은 얼룩, 고르지 못한 부분 또는 결함이 있는지 면밀히 검사됩니다, 마치 칠해진 벽의 흠을 확인하는 것과 같습니다.
5.PI 재작업:검사 중에 문제가 식별되면 이 단계는 그러한 결함을 수정하는 것을 포함하며, 마치 스케치의 실수를 지우는 것과 같습니다.
6.PI 경화:마지막으로, PI층은 베이킹 공정을 통해 마치 진흙이 가마에서 굳어지듯 완전히 경화되어 강하고 내구성이 뛰어나게 됩니다.

    문지르기 과정
    마찰 공정은 세 가지 주요 단계인 초음파 세척(USC), 정렬 및 문지르기로 구성되며, 문지르기 후 추가적인 USC 세척 단계가 포함됩니다. 자세한 단계별 설명은 다음과 같습니다:
    1. 초음파 세척 (USC):
    이 단계는 초음파 세척기를 사용하여 기판의 먼지와 입자를 제거하는 것을 목적으로 합니다. 초음파 파동을 이용한 철저한 세척으로 다음 단계로 진행하기 전에 기판이 어떠한 오염물질도 없도록 보장합니다.
    2. 정렬:
    정렬 단계는 시각적 요구 사항을 충족하도록 기판의 방향을 조정합니다. 이 과정은 간단하며, 후속 처리를 위해 기판을 올바르게 위치시키는 데 중점을 둡니다.
    3. 문지르기:
    문지르는 단계에서는 벨벳 천을 사용하여 PI 층을 문지릅니다. 이 동작은 PI의 곁사슬을 한 방향으로 정렬시켜 분자 구조를 정돈함으로써 원하는 표면 특성을 얻도록 합니다.
    4. 문지른 후 초음파 세척(USC):
    문지른 후 기판에는 미세 입자나 잔여물이 남을 수 있습니다. 문지름 후 시행되는 USC 세정은 이러한 잔여물을 제거하여 기판 표면을 완벽하게 깨끗하게 합니다. 이 단계는 초음파를 이용해 문지르는 과정에서 붙은 입자나 잔여물을 탈락시키고 제거하므로 최종 제품의 품질 유지에 매우 중요합니다.

    ODF(One Drop Fill)캡슐화 공정

    TFT-LCD의 제조 공정에서, "셀 조립 공정"은 컬러 필터 (CF)와 TFT 유리 기판을 단단히 접합하고, 두 유리 기판 사이의 간극 (일반적으로 "셀"이라고 부름)을 액정으로 채우며, 셀 두께를 정밀하게 제어하는 중요한 단계이다. 전통적인 셀 조립 방법은 먼저 빈 셀을 만든 다음 액정을 주입하는 방식이다. 대조적으로, One Drop Fill (ODF) 기술은 처음에 TFT 또는 CF 유리 기판에 액정을 떨어뜨린 후, 진공 상태에서 두 기판을 접합하고, 자외선 (UV) 조사 및 열 경화 기술로 셀 조립을 완료하는 방식이다.

    ODF 셀 조립 공정은 주로 다음의 다섯 가지 주요 단계로 구성됩니다:

    1. 실란트 및 실버 페이스트 도포: UV 경화형 접착제는 실란트로 사용되며 CF 및 TFT 유리 기판의 가장자리를 따라 도포되어 두 기판이 단단히 결합되도록 하고 셀의 두께를 정의합니다. 동시에 은 페이스트를 도포하는 것은 CF와 TFT의 공통 전극을 연결하여 전기적 연결을 확보하기 위함입니다.
    2. 액정 코팅: 씰란트가 이미 도포된 TFT 기판 위에 액정 재료를 떨어뜨립니다. 액정 재료는 디스플레이 공정에서 중요한 역할을 합니다; 배열을 바꿔 통과하는 빛의 상태를 조절하여 픽셀의 색상과 밝기를 제어합니다.
    3. 진공 본딩: 실란트, 은 페이스트 및 액정이 도포된 CF 기판은 진공 환경에서 TFT 기판과 접합됩니다. 이 단계는 기포 생성을 방지하고 두 기판 사이에 빈틈 없는 밀착 결합을 보장합니다.
      4. 자외선 (UV) 경화: 액정 손상을 방지하기 위해 민감한 부위를 덮는 차광 필름을 사용한 후, 접합된 기판을 자외선에 노출시킵니다. 이 공정은 실란트와 은 페이스트가 빠르게 경화되어 강한 결합을 형성하도록 합니다.
      열경화: UV 경화가 완료된 후, 기판은 실란트의 접착력을 더욱 강화하기 위해 열처리 공정을 거칩니다. 이 단계는 특히 리드 아래처럼 UV 광이 완전히 도달하지 못하는 부위를 대상으로 하여 해당 부분이 확실히 경화되도록 보장합니다.

        또한, 이 네 가지 주요 공정 흐름 외에도 ODF 셀 조립에는 패드 재료 도포 전 세척, 패드 재료 재작업, 실란트 및 액정 도포 전 USC 건식 세척, 실란트 도포 후 자동 광학 검사 및 육안 검사, 그리고 실란트 경화 후 셀 두께 및 오프셋 검출 등 몇 가지 보조 공정이 포함됩니다. 이러한 단계들은 보조적이지만 전체 생산 공정의 엄격성 및 최종 제품의 품질을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
        절단, 모서리 가공 및 전기 측정 공정

        1.절단

        유리 기판의 고정된 크기와 제품 크기의 다양성으로 인해 하나의 유리 기판 위에 여러 제품 셀이 배열됩니다. 절단은 다이아몬드 휠을 유리 표면 위로 미끄러뜨리며 수행됩니다. 일반적으로 절단 후 디본딩 공정이 있지만, 절단 휠 기술의 발전으로 매우 깊은 절단 자국을 만들어 디본딩이 필요 없게 되는 기술이 등장했습니다.

        2.가장자리 마감

        유리를 개별 스크린으로 절단한 후 각 스크린의 가장자리에 많은 미세 균열이 생깁니다. 이후 취급 과정에서의 충돌로 인해 이러한 균열이 파손을 일으키지 않도록 모서리 처리가 필요합니다.

        3.전기 측정

        전기 측정은 생산 과정에서 여러 번 사용되는 보조 공정이지만, 이 경우 특히 중요합니다. 전기가 처음으로 인가되어 LCD의 표시 성능을 검사하는 단계이기 때문입니다. 검사 원리는 간단합니다: 개별 표시 픽셀에 전기를 인가하고 편광 필름을 통해 셀의 표시 성능을 관찰합니다. 일반적으로 어레이 테스트에 사용되는 짧은 바를 통전시킵니다. 전기 검사를 통해 기준에 미달하는 스크린은 이후 공정에서 자재 낭비를 막기 위해 제거됩니다.

        추가 보조 공정에는 절단 후 육안 검사 및 엣징 후 청소가 포함됩니다.

         

        TFT 디스플레이 모듈 조립 공정

        TFT 디스플레이 모듈 조립에 관여하는 주요 공정은 편광 필름 부착, COG 및 FPC 본딩, 조립, 그리고 다양한 보조 공정입니다. 아래는 각 공정에 대한 자세한 소개입니다:

         1.COG & FPC 본딩

        COG (Chip on Glass)와 FPC (Flexible Printed Circuit)는 회로를 연결하는 방식입니다. 전극이 다수여서 기존의 일대일 와이어 연결은 어렵습니다. 현재의 방법은 유리 위에 전극 배열을 형성하고, IC/FPC에 대응되는 전극 배열을 만들어 Anisotropic Conductive Film (ACF)을 사용해 IC/FPC의 각 전극과 유리 전극을 하나씩 연결하는 것입니다.
        2.편광 필름 부착
        LCD의 동작은 편광된 빛에 바탕을 두므로 편광 필름의 부착은 필수 공정입니다. 이 필름은 액정 셀을 통과하는 빛을 제어하여 영상을 생성합니다.
        3.조립
        조립은 백라이트, 스크린, 제어 회로 기판 및 터치스크린과 같은 기타 부품을 결합하여 완전한 디스플레이 모듈을 만듭니다. 이 작업은 일반적으로 숙련된 기술자들이 수작업으로 수행하며, 이들은 조립된 모듈의 품질을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

         주요 프로세스 외에도, 모듈 섹션에는 다음과 같은 여러 보조 프로세스가 포함됩니다:

        1.레이저 절단 및 절단 후 전기적 측정

        부품을 레이저로 정밀하게 절단한 후, 요구되는 사양을 충족하는지 확인하기 위해 전기적 기능을 테스트합니다.
        2.본딩 및 본딩 후 전기 측정
        전기 검사는 COG 및 FPC 본딩 공정 후에도 이러한 연결의 무결성을 확인하기 위해 수행됩니다.
        3.현미경 검사
        레이저 절단 및 접합 후, 결함이나 문제 여부를 확인하기 위해 현미경 검사(또는 FPC 접합의 경우 자동 광학 검사(AOI))를 수행합니다.
        4.박리 강도 시험
        IC 본딩 및 FPC 본딩 후 박리 강도 시험을 실시하여 결합의 내구성을 평가합니다.
        5.조립 후 에이징
        조립된 모듈은 장기적인 신뢰성을 보장하기 위해 전원을 인가한 상태로 에이징 공정을 거칩니다.
        6.포장 및 배송
        모듈이 모든 검사와 시험을 통과하면 포장되어 고객 또는 다음 생산 단계로 배송됩니다.

         

        이 단계들은 개별 부품 조립에서부터 모듈이 유통 준비가 되기 전의 최종 검사에 이르기까지 TFT 디스플레이 모듈의 기능성과 신뢰성을 종합적으로 보장합니다.

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