UV紫外线灯及其在LCD制造过程中的作用

 一、紫外线

 

紫外线光是一种波长范围为1360×10-10m~3900×10-10m的不可见光线。

按波长范围可分为A、B、C三波段和真空紫外线：

①A波段320nm~400nm；

②B波段275~320nm；

③C波段200nm~275nm；

④V波段---真空紫外线100~200nm。

各种波长范围的紫外线光的作用是不同的，有些是用来杀菌的、有些是用来清洗的、有些是用来光刻的、有些是用来固化的。紫外线灯按照启动与工作方式可以分为瞬间启动型、冷阴极型、热阴极型，而对于同样耗电的情况，瞬间启动型的照射功率最强。另外，灯的照射功率还随周围及管壁的温度而变化，因此必须控制好紫外线灯周围及管壁的温度，以使紫外灯发挥最佳的效果。

 

二、LCD制造过程中UV紫外线的作用

 

在整个液晶显示器LCD的制造过程中，可以说离不开紫外线光，没有紫外线光的使用，液晶显示器就无法进行生产。下面将对其在LCD生产过程中所起的作用进行详述。

1、在光刻方面：

 

（1）、图形制作：利用365~405nm波长（A波段）的紫外线光对涂有光刻胶的ITO玻璃进行一定时间的照射后，由于光刻胶吸收了一定的光能量，发生了光化学反应，使光刻胶的性能发生改变，受光部分经过显影液能溶解掉，露出ITO膜，然后用蚀刻液将露出的ITO膜蚀刻掉，从而得到与掩模版完全一致的ITO图形。

 

（2）、取向膜涂覆版的制作：

取向膜涂覆版通常称为APR胶版，下面是一层橡胶基板，基板上有一层一定厚度的感光材料，上、下贴附一层塑料保护膜。

制版前先将APR版的上、下保护膜撕掉，将菲林版贴在APR胶版的感光材料面上，并使用真空吸附的方法将菲林与APR胶版紧紧贴合在一起，然后利用365nm波长的紫外光进行一定时间的照射。由于紫外光的作用，受紫外光照射的感光材料层发生变化，当用特定的冲洗液进行冲洗后，没受感光部分的感光材料就被洗出，从而制作出APR胶版。

 

2、光固化方面:

 

（1）、UV固化胶的固化

    光固化目前主要是在液晶显示器的后制程中得到广泛应用，用于液晶盒的封口和固定PIN管脚。这主要是利用紫外线光照射紫外固化胶，使胶发生化学交联和聚合作用，达到固化，从而形成牢固的封口及将PIN管脚牢固地固定。目前使用的紫外光波长主要是365nm。由于UV固化胶具有固化时间快、接着力强、耐热、耐湿等优点，目前已经推广应用到前制程的封边框上。

 

（2）、TOP的UV固化

    在STN-ITO玻璃上涂覆绝缘膜SiTi并进行预固化后，TOP层的物质形态为以离子形式存在的层状疏松结构，硬度很低。采用UV固化装置对ITO玻璃上的绝缘膜TOP层进行良好的紫外光照射，使绝缘膜上含有的聚合体、单体、光聚合剂等感光性材料吸收了高能量的紫外光后，发生"光集合交联反应"，使离子之间发生交联，TOP层的物质形态变成网状紧密结构，再经过后固化后，其硬度就大大增加，达到降低后固化的温度和提高表面硬度的目的。

 

3、光清洗与光改质

（1）UV光清洗

    在液晶显示器的制造过程中，对ITO玻璃上的洁净度要求是非常之高的，要生产线间距和线宽为10μm的产品，并且保证成品率，对曝光前的涂膜要求是相当之高。要提高涂膜的效果，首先要保证玻璃是洁净的。在以往的清洗技术（化学清洗和物理清洗）中，经常很难达到这种洁净度要求。

 

    如何提高玻璃表面的洁净度，提高敷膜的效果呢？目前国外得到广泛使用的是UV紫外光清洗，它一方面能避免由于使用有机溶剂造成的污染，同时能够将清洗过程缩短。其工作原理是利用紫外光子对有机物质所起的光敏氧化作用以达到清洗粘附在物体表面上的有机化合物（碳氢化合物）的目的。

 

    在实际应用中，通常是利用一种能产生两种波长的紫外灯，这种UV灯能够产生波长为254nm、185nm的紫外光（通常185nm波长的仅为254nm波长光的20%）。其工作过程是：大多数有机化合物对其中254nm波长的紫外光有较强的吸收能力，它们在吸收了紫外光之后，分解为离子、游离态原子、受激分子和中性分子，这即光敏作用。而大气中的氧气在吸收了波长为185nm的紫外光子后产生臭氧O3和原子氧O，产生的O3对254nm波长的紫外光又具有强烈的吸收作用，在光子的作用下，臭氧又会分解为氧气和原子氧O，由于原子氧极其活泼，物体表面上的碳和氢化合物的光敏分解物在它的氧化作用下化合成可挥发性气体：二氧化碳、氮气和水蒸气等逸出物体表面，从而达到彻底清除粘附在物体表面上的顽固有机物质的目的。

 

    在这里，配套使用了反射板，其作用是将UV灯发出的UV光反射到玻璃基板上，从而加强玻璃基板受光照的强度。而在设备实现上，有三项很重要的因素必须注意与控制，这就是：一、要保持玻璃基板到UV灯在一个较小的距离，通常这一间隙须小于10mm，其意义在于能够提供足够的光照强度，并且可以避免出现光照盲区。二、要保持清洗机内腔体适当的O3浓度，过多过少均不利于达到清洗的最终效果，通常O3浓度是控制在100-130ppm范围内。三、炉腔的温度不能太高，因此必须注意冷却，控制好炉腔的工作温度，以防止紫外光灯因过热而变形或紫外线照射功率的减损。

 

    有关的实验证明，经过化学和物理清洗后，玻璃表面的接触角（衡量物体表面洁净度的主要参数，是用定量的纯水滴到物体表面，水滴形成的角度）只能在50度左右，这对于STN产品来说是远远不够的，而再经过紫外光清洗后，接触角可下降到20度以下，能够满足STN产品的工艺要求。

 

（2）、紫外光改质

    UV改质（紫外光表面质变）是在紫外光清洗的基础上演变过来的，基本原理相同，但又有差别。其工作原理是利用紫外光照射有机表面，在将有机物分解的同时，254nm波长的紫外光被物体表面吸收后，将表层的化学结构切断，而大气中的氧气在吸收了波长为185nm的紫外光子后产生臭氧O3和原子氧O，产生的O3对254nm波长的紫外光又具有强烈的吸收作用，在光子的作用下，臭氧又会分解为氧气和原子氧O，由于原子氧极其活泼，这些原子氧会与被切断的表层分子结合，并将之变换成具有高度亲水性的官能基（如-OH，-CHO，-COOH），从而提高表面的可湿性。由于物体表面上具有这些亲水性的官能基作为中间层，光刻胶、取向膜等材料通过这些官能基与物体表面接触，发生化学的结合反应，提高了光刻胶、取向膜等材料与物体表面的结合力。

 

    UV改质工艺实现过程与UV紫外光清洗基本一样。目前在液晶显示器STN的生产过程中，主要是用在膜处理技术上，对于改善膜与膜之间的密接是非常有效的，如ITO膜与感光胶膜层，TOP涂层与PI涂层等等。

 

三、总结

 

    从上面可以看到，液晶显示器的制造过程，与其他行业如半导体、光盘的制造过程相比较，是一个绝对需要利用紫外线光的产业，并且目前正在进一步研究，使得它得到更广泛的应用，同时也推动LCD制造业的发展。可以说，目前日本的一些紫外灯生产厂家在这方面已经做出了许多贡献，并且正在积极地研究利用紫外光解决液晶显示器制造过程中存在的一些问题。下面是液晶显示器制造过程中正在使用紫外光和将可能使用的作业点。