液晶電視機(jī)參考資料

1、 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word第一章 液晶顯示的特點(diǎn)(tdin)LCD1液晶顯示的開展(kizhn)起源(qyun)一八88年奧地利植物學(xué)家F.Reinitge首先觀察到液晶現(xiàn)象。他在測定有機(jī)熔點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)(fxin)某些有機(jī)物熔化后會(huì)經(jīng)歷一個(gè)不透明的渾濁液態(tài)階段，繼續(xù)加熱，才成為透明的各向同性液態(tài)。一八89年，德國物理學(xué)家(w l xu ji)O.Lehmann觀察到同樣的現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)呈渾濁狀液體的中間具有和晶體相似的性質(zhì)，故稱為“液晶。這是世界上首次被發(fā)現(xiàn)的一種熱致液晶：膽甾醇苯甲酸脂，在160一五的溫度下呈乳白色粘稠狀

2、液體。由于歷史條件所限，當(dāng)時(shí)并沒有引起很大重視，只是把液晶用在壓力和溫度的指示器上。液晶的開展在1961年出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折點(diǎn)。該年，美國無線電公司RCA普林斯頓研究所的一個(gè)從事微波固體元件研究已兩年的年輕技術(shù)工作者G.H.Heimeier，即將完成他的博士學(xué)位辯論。他有一個(gè)朋友正在從事有機(jī)半導(dǎo)體的研究工作，在上下班的路上向Heimeier介紹他所從事的研究工作，使他發(fā)生了濃厚的興趣。就這樣，這位電子學(xué)專家改變了自己的專業(yè)，進(jìn)入了有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，他把電子學(xué)應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)，僅一年就發(fā)表了五篇論文。他將染料與向列液晶混合，夾在兩片透明導(dǎo)電玻璃基片之間，只施加幾伏電壓，功率不到幾個(gè)微瓦每平方厘米，液晶盒就由紅

3、色變成透明態(tài)。Heimeier想到這不就是平板彩色電視嗎?興奮的小組成員日以繼夜地工作，相繼發(fā)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)散射、相變等一系列液晶的電光效應(yīng)，并且研究出一系列數(shù)字、字符顯示器件以及液晶鐘表、駕駛臺(tái)顯示器等應(yīng)用產(chǎn)品。RCA公司領(lǐng)導(dǎo)對(duì)有關(guān)液晶的創(chuàng)造極為重視，將其列為企業(yè)的重大秘密。1968年RCA公司向世界公布這些液晶創(chuàng)造。1969年2月日本NHK向國內(nèi)進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)，引起日本科技、工業(yè)界的極大重視。日本將當(dāng)時(shí)的大規(guī)模集成電路與液晶相結(jié)合，以“個(gè)人電子化市場為導(dǎo)向，很快翻開了液晶的應(yīng)用局面。所謂“個(gè)人電子化必須是袖珍式的，要求耗電越小越好。作為顯示器件，總是希望電路結(jié)構(gòu)盡可能簡單，功耗小并能實(shí)現(xiàn)集成化。而液

4、晶剛好能與低電壓、小功耗的CMOS(互補(bǔ)MOS)相配合。 日本人從液晶手表、液晶計(jì)算器等低檔產(chǎn)品起步，開展到小尺寸無源矩陣黑白電視、非晶硅有源矩陣彩色電視，直到目前多晶硅有源矩陣高分辨率彩色液晶顯示器，不但促進(jìn)了日本微電子工業(yè)的驚人開展，還一直領(lǐng)導(dǎo)著世界液晶工業(yè)的開展方向，掌握著液晶工業(yè)最前端的技術(shù)。經(jīng)過近30年的開展，液晶巳形成一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。液晶知識(shí)涉及多門學(xué)科，如化學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、微電子、精細(xì)加工、色度學(xué)、照明等。要全面、深入了解液晶顯示器件必須對(duì)上述提及的領(lǐng)域有一定的知識(shí)面。2LCD技術(shù)(jsh)的開展(kizhn)過程(guchng)自1968年第一塊液晶(yjng)顯示器

5、延生以后，LCD開展(kizhn)經(jīng)歷了5個(gè)開展階段。第一階段(19681972年)：1968年美國RCA公司研制了動(dòng)態(tài)散射型液晶顯示器，19711972年制造出動(dòng)態(tài)散射型液晶手表，LCD技術(shù)從此走向?qū)嵱没A段。 第二階段(19711984年)：1971瑞士人創(chuàng)造了扭曲向列型(TN)液晶顯示器，日本廠家使其產(chǎn)業(yè)化。由于TN-LCD制造本錢低，成為20世紀(jì)七八十年代液晶產(chǎn)品的主流。但是由于TN-LCD的信息容量小，只能用于筆段式數(shù)字顯示及簡單字符型顯示。 第三階段(19851990年)：1985年后，由于超扭曲(STN)液晶顯示器的開展及非晶硅薄膜晶體管(-Si TFT)液晶顯示技術(shù)的創(chuàng)造，使L

6、CD技術(shù)開展進(jìn)入了大容量顯示的階段，即進(jìn)人大信息容量顯示的膝上電腦、筆記本電腦、電子翻譯機(jī)等。 第四階段(19901995年：在有源矩陣液晶顯示器飛速開展的根底上，LCD技術(shù)開始進(jìn)入高畫質(zhì)液晶顯示階段。 第五階段(1996年以后)：LCD已在筆記本電腦中普及應(yīng)用。從1998年開始，TFT-LCD產(chǎn)品打入監(jiān)視器市場，長期困擾液晶的三大難題：視角、色飽和度和亮度問題已根本解決。液晶顯示器的性能在不斷提高的同時(shí)，價(jià)格以5年降價(jià)34的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律大幅度下降，使LCD技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用與推廣。 我國的液晶顯示技術(shù)研究始于1969年，根本上與世界同步，但是真正形成液晶顯示產(chǎn)業(yè)那么是在1980年以后，到目前為止

7、，大體上經(jīng)歷了4個(gè)階段。 第一階段(19801984年)：國內(nèi)先后引進(jìn)了3條l0.3cm基片玻璃的LCD生產(chǎn)線，主要用于生產(chǎn)手表、計(jì)算器和一些儀表的液晶產(chǎn)品。目前這些生產(chǎn)線巳停產(chǎn)或被改造。 第二階段(19851990年)：國內(nèi)先后引進(jìn)5條17.9cm生產(chǎn)線，目前大局部還在生產(chǎn)。 第三階段(從1989年始)：引進(jìn)(ynjn)30.6cm35.7cm、35.7cm35.7cm(40.8cm)TN-LCD生產(chǎn)線，這些(zhxi)線產(chǎn)量大，設(shè)備較先進(jìn)，成品率高，是目前主要的TN-LCD生產(chǎn)線。 與此同時(shí)，臺(tái)、港、新加坡商人(shngrn)也紛紛在廣東、福建設(shè)廠，以生產(chǎn)低檔TN-LCD為主。 第四階段(

8、從1992年始)：開始(kish)引進(jìn)35.7cm35.7cm或30.6cm35.7cm STN-LCD生產(chǎn)線，除個(gè)別廠能正常大批量生產(chǎn)外，由于技術(shù)(jsh)不過關(guān)，因此大多數(shù)生產(chǎn)廠難以大批量生產(chǎn)高檔STN-LCD產(chǎn)品。 2000年長春市從日本DTI引進(jìn)第一條小尺寸TFT生產(chǎn)線。 總的來說，目前我國是TN-LCD生產(chǎn)大國，STN-LCD生產(chǎn)量不大，TFT-LCD產(chǎn)品還是缺門。由于我們不掌握大面積TFT矩陣制造工藝，使LCD產(chǎn)品停留在較低的水平。3液晶顯示的特點(diǎn)在各類顯示器件特性比較中，液晶具有以下獨(dú)到的特點(diǎn)：1低壓、微功耗 極低的工作電壓，只要23V，工作電流只有幾個(gè)微安，即功耗只有10610

9、5Wcm2。這是任何別的顯示器件做不到的。液晶的低壓、微功耗正好與大規(guī)模集成電路的開展相適應(yīng)，使電子手表、計(jì)算器、便攜儀表、手提電腦、GSP電子圖成為可能。(2)平板結(jié)構(gòu)液晶顯示器的根本結(jié)構(gòu)是兩片導(dǎo)電玻璃，中間灌有液晶的薄形盒。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：開口率高，最有利于用作顯示窗口；顯示面積做大、做小都較容易；便于自動(dòng)化大量生產(chǎn)，生產(chǎn)本錢低；器件很薄，只有幾個(gè)毫米厚。(3)被動(dòng)顯示型液晶本身不發(fā)光，靠調(diào)制外界光到達(dá)顯示目的，即依靠對(duì)外界光的不同反射和透射形成不同比照度來到達(dá)顯示目的。 當(dāng)然，液晶在黑暗中是本能顯示的，但在自然界中，人類所獲得的視覺信息中，90以上是靠外部物體的反射光，而并非靠物體本身

10、的發(fā)光，所以被動(dòng)顯示更適合于人眼視覺，不易引起眼部疲勞。由于是被動(dòng)顯示，外光越強(qiáng)，顯示內(nèi)容(nirng)也越清晰；對(duì)于主動(dòng)顯示，那么(n me)外光越強(qiáng)，顯示(xinsh)內(nèi)容的比照(bzho)度越差，發(fā)生(fshng)“光沖刷現(xiàn)象。 (4)顯示信息量大液晶顯示中，各像素之間不用采取隔離措施或預(yù)甾隔離區(qū)，所以在同樣顯示窗口面積內(nèi)可容納更多的像素，利于制成高清晰度電視。 (5)易于彩色化 一般液晶為無色，所以可采用濾色膜很容易實(shí)現(xiàn)彩色。液晶所能重視的彩色可與CRT顯示器相媲美。 (6)長壽命只要液晶的配套件不損壞，液晶本身由于電壓低，工作電流小，所以幾乎不會(huì)劣化，壽命很長。(7)無輻射、無污染C

11、RT顯示中有X射線輻射，PDP顯示中有高頻電磁輻射，而液晶顯示中不會(huì)出現(xiàn)這類問題。液晶顯示也具有以下缺點(diǎn)： (1)顯示視角小 出于大局部液晶顯示的原理依靠液晶分子的各向異性，對(duì)不同方向的入射光，反射率是不一樣的，所以視角較小，只有30。40。，隨著視角的變大，比照度迅速變壞。 雖然己開發(fā)出一系列新工藝，可以大大改善液晶顯示的視角，但都會(huì)使制造本錢大大增加。 (2)響應(yīng)速度慢 液晶顯示大多是依靠在外加電場作用下，液晶分子的排列發(fā)生變化，所以響應(yīng)速度受材料的粘滯度影響很大，一般均為100200ms。特別在零下幾十度低溫下，就無法工作。所以一般液晶在顯示快速移動(dòng)的畫面時(shí)，質(zhì)量不好。目前已有解決的方法

12、，即減薄液晶厚度和在電路上想方法。 液晶器件不適于高寒地區(qū)軍用，也不適用于高熱地區(qū)軍用，因?yàn)楦邷貢?huì)破壞液晶的定向?qū)?，造成不可恢?fù)的損壞。 3由于是非(shfi)主動(dòng)發(fā)光，暗時(shí)看不清雖然(surn)可以用加背光源解決此問題。如亮度、比照(bzho)度到達(dá)(dod)主動(dòng)(zhdng)發(fā)光顯示器件(如CRT)程度，那么低功耗的優(yōu)點(diǎn)也就不存在了。第二章 液晶顯示的根底知識(shí)液晶顯示(Liquid Crystal Display LCD)器件是眾多平面顯示器件中開展最成熟、應(yīng)用面最廣、已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并且仍在迅猛開展著的一種顯示器件。它在顯示器件市場中的產(chǎn)值占有率超過CRT顯示器件已是指日可待，究其原因是由于液

13、晶自身的一系列無可比較的特點(diǎn)和相關(guān)配套技術(shù)的開展所決定的。 第一節(jié) 液晶的相關(guān)知識(shí)一、 液晶的概念液晶是一種幾乎完全透明的物質(zhì)。在物理學(xué)上把物質(zhì)分為三態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。通常固體加熱至熔點(diǎn)就變成透明的液體。然而有些有機(jī)材料不是直接從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，而是先要經(jīng)過一個(gè)中間狀態(tài)才能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，這種中間狀態(tài)外觀是流動(dòng)性的渾濁液體，同時(shí)又有光學(xué)各向異性晶體所特有的雙折射性。普通的無機(jī)物或有機(jī)物分子在晶格結(jié)點(diǎn)上作有規(guī)那么排列，即三維有序。這種結(jié)構(gòu)使晶體具有各向異性。在一定壓力下，晶體具有確定的熔點(diǎn)，熔點(diǎn)以上呈液態(tài)，晶體所具有的各種特征均消失，變?yōu)楦飨蛲缘囊后w。熔點(diǎn)是晶體的靈敏的特征數(shù)值，物質(zhì)純度越高

14、，固-液轉(zhuǎn)變區(qū)間越窄。上述的處于中間狀態(tài)物質(zhì)，一方面具有像液體一樣的流動(dòng)性和連續(xù)性，另一方面又具有象晶體一樣的各向異性。顯然，處于中間狀態(tài)下的物質(zhì)仍保存著晶體的某種有序性，只有這樣才會(huì)在宏觀上表現(xiàn)出物理性質(zhì)的各向異性，這種分子排列具有方向性的流體就稱為液晶。二、液晶的種類 液晶的種類很多，自然存在的和人工合成的液晶多達(dá)千種，但他們根本上都是有機(jī)化和物。按液晶相形成的條件來歸納分類，液晶可以分為熱致液晶、溶致液晶、感應(yīng)液晶及流致液晶。1、熱致液晶(yjng)熱致液晶是當(dāng)液晶物質(zhì)加熱(ji r)時(shí)，任某一溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出各向異性的熔體(rn t)。目前(mqin)，用于顯示(xinsh)的液晶材料

15、根本上都是可工作于室溫的熱致液晶。液晶分子多為長度為幾十埃，寬度為幾埃。細(xì)長形狀。熱致液晶因分子排列有序狀態(tài)不同，又分為近晶液晶(Smectic)，又稱層狀液晶；向列液晶(Nematic)，又稱絲狀液晶；膽甾相液晶(Cholesevic)，也稱螺旋狀液晶。這三種熱致液晶的分子結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。 a近晶相液晶層狀液晶 b向列相液晶絲狀液晶c膽甾相液晶螺旋狀液晶圖2-1 近晶相、向列相和膽甾相液晶(yjng)的分子排列示意圖1近晶相液晶(yjng)S型Smectic一詞由希臘語而來，因?yàn)檫@種類型的液晶在濃肥皂(fizo)水溶液中，都顯示特有的偏光顯微鏡像，因而命名為皂相。分子分層排列，有同

16、一方向，比較(bjio)接近晶體，故譯成近晶相。近晶相液晶由棒狀或條狀分子組成，分子排列成層狀，層內(nèi)分子長軸互相平行，其方向(fngxing)垂直于層面，或與層面傾斜排列。因分子排列整齊，其規(guī)整性接近晶體，具有二維有序性。分子質(zhì)心位置在層內(nèi)無序，可以自由平移，從而有流動(dòng)性，但層內(nèi)分子之間作用力大粘滯系數(shù)很大，層間分子作用力小，不能在上下層之間移動(dòng)，每層厚度約23A。因?yàn)樗母叨扔行蛐?，近晶相?jīng)常出現(xiàn)在較低溫的范例內(nèi)。近晶液晶粘度大，分子不易轉(zhuǎn)動(dòng)，即響應(yīng)速度慢，一般不宜作顯示器件，多用于光記憶材料。2向列相液晶N型Nematic也是由希臘語而來，液晶的薄層在偏光顯微鏡下觀察時(shí)，呈現(xiàn)絲狀型結(jié)構(gòu)，故

17、稱之為絲相。他子位置雜亂，但方向大致一致，故譯向列相。向列相液晶 由長、徑比很大的棒狀分子組成，分子質(zhì)心沒有長程有序性，具有類似于普通液體的流動(dòng)性，分子不能排列成層，能上下、左右、前后滑動(dòng)，只在分子長軸方向上保持相互平行或近似平行。從宏觀上看，向列液晶由于其液晶分子重心混亂無序，并可在三維范圍內(nèi)移動(dòng)，可以象液體一樣流動(dòng)，所有分子的長軸大體指向一個(gè)方向，使向列液晶具有單軸晶體的光學(xué)特性折射系數(shù)與介電常數(shù)，沿著及垂直于這個(gè)有序排列的方向而不同，而在電學(xué)上又具有明顯的介電各向異性，這樣，可以利用外加電場對(duì)具有各向異性的向列相液晶分子進(jìn)行控制，改變?cè)蟹肿拥挠行驙顟B(tài)，從而改變液晶的光學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)液晶對(duì)

18、外界光的，到達(dá)顯示的目的。向列相液晶已成為現(xiàn)代顯示器件中應(yīng)用最為廣泛的一種液晶材料。此外，與近晶相液晶相比，向列相液晶的粘度小，富于流動(dòng)性。產(chǎn)生這種流動(dòng)性的原因，主要是由于向列相液晶各個(gè)分子容易順著長軸方向自由移動(dòng)。事實(shí)上不上向列相液晶的粘滯系數(shù)只是水的粘滯系數(shù)的數(shù)倍。向列相液晶分子的排列和運(yùn)動(dòng)比較自由，對(duì)外界作用相當(dāng)敏感，因而應(yīng)用廣泛。3膽甾相液晶CH由于這種液晶最早是從膽甾醇類物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的，是膽甾醇在經(jīng)過脂化或鹵素取代后，呈現(xiàn)液晶，故稱之為膽甾相。這是一種分子成扁平狀，排列成層狀的液晶材料，層內(nèi)分子互相平行，分子長軸平行于層平面，不同層的分子長軸方向稍有變化，沿層的法線方向排列成螺旋狀結(jié)構(gòu)

19、。向列相液晶與膽甾相液晶可以互相(h xing)轉(zhuǎn)換，在向列相液晶中參加(cnji)旋光材料(cilio)，會(huì)形成膽甾相，在膽甾相液晶中參加(cnji)消旋光向列相材料(cilio)，能將膽甾相轉(zhuǎn)變成向列相。膽甾相液晶在顯示技術(shù)中很有用，TN、STN、相變(Pc)顯示都是在向列相液晶中參加不同比例的膽甾相液晶而獲得的。 2、溶致液晶溶致液晶是將一種溶質(zhì)溶于一種溶劑而形成的液晶態(tài)物質(zhì)。 溶致液晶至少由兩種成分組成，其小之一是溶劑。大多數(shù)溶致液晶可以看作是疏水性長烴基鏈一端結(jié)合有親水性極性基的兩性化合物的水溶液。肥皂水就是溶致液晶，具有雙折射特性，使肥皂泡外表具有彩虹色彩。 溶致液晶也可以是有機(jī)溶

20、液，如某些芳香類的溶劑。不過相對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)應(yīng)是另一類雙親分子。 溶致液晶廣泛存在于自然界、生物體中，與生命過程中的新陳代謝、消化、吸收、知覺、信息傳遞等現(xiàn)象密切相關(guān)。所以在生物工程、生命、醫(yī)療衛(wèi)生和人工生命等研究領(lǐng)域倍受重視。在顯示技術(shù)上溶致液晶、感應(yīng)液晶和流致液晶尚無應(yīng)用，故此處不作進(jìn)一步介紹。三、液晶的根本性質(zhì)1、邊界取向性質(zhì)當(dāng)無外場存在時(shí)，液晶分子在邊界上的取向很復(fù)雜。在最簡單的自由邊界上，液晶分子的取向會(huì)隨液晶材料的不同而不同，可以垂直、平行或者傾斜于邊界。如果邊界是一層刻有凹凸溝槽的取向膜，那么凹凸溝槽對(duì)液晶分子的取向起主導(dǎo)作用，通過摩擦，液晶分子就朝溝槽的這個(gè)方向取向。2、電氣性質(zhì)兩

21、平行極板間注入液晶，當(dāng)在上下極板之間加一電場時(shí)，電極板之間的液晶分子長軸就會(huì)沿著電場的方向排列(pili)，這就是液晶的電氣性質(zhì)，它是實(shí)現(xiàn)液晶顯示的根底(gnd)。3、旋光性質(zhì)扭曲排列的液晶具有旋光性質(zhì)，即入射光的偏振面能沿液晶的扭曲螺旋軸隨液晶排列方向(fngxing)旋轉(zhuǎn)。這種旋光性質(zhì)被應(yīng)用在具有極大市場的顯示器和光調(diào)制器上。第二節(jié) 液晶顯示的根本(gnbn)知識(shí)(zh shi)一、液晶顯示器件的工作原理與特點(diǎn)液晶顯示器的制作是將兩塊帶透明電極ITO的玻璃基板用數(shù)微米直徑的玻璃珠或塑料珠隔墊，邊緣用膠固定，注入扭曲向列相液晶，液晶在上下基板之間扭曲90度，上下基板外側(cè)附著兩片光軸互相垂直的

22、偏振片。上側(cè)的偏振片光軸與上側(cè)基板處的液晶取向平行，下側(cè)的偏振片光軸與下側(cè)基板處的液晶取向平行。自然光自上基板至下基板入射液晶屏，不加電場時(shí)光線通過第一塊偏振片變?yōu)槠叫猩匣逄幰壕∠虻钠窆?，偏振光被液晶層旋光，轉(zhuǎn)過90后正好與下基板處偏振片的光軸相平行，可以透過，作為顯示器的亮態(tài)；加電場時(shí)液晶分子沿電場方向豎起，原來的扭曲排列變?yōu)榇怪逼叫信帕?，偏振光與垂直排列的液晶不作用，透過第一塊偏振片的偏振光通過液晶層時(shí)偏振面不再發(fā)生旋轉(zhuǎn)，到達(dá)出射端的偏振片時(shí)，偏光軸與出射光的偏振方向垂直，光被截止，呈現(xiàn)暗態(tài)。如果電場不特別強(qiáng)，液晶分子處于半豎立狀態(tài)，旋光作用也處于半完全狀態(tài)，那么會(huì)有局部光透過，呈現(xiàn)

23、中間灰度。這就是液晶顯示器的工作原理。簡單來講，液晶顯示器件的工作原理就是依靠外電場(也可以是光、熱)作用于初始排列的液晶分子上，依靠液晶分子的各向異性和偶極矩的特點(diǎn)，使液晶分子的初始排列發(fā)生改變，調(diào)制通過液晶器件的外界光，使液晶器件發(fā)生明與暗、遮與透和變色等效果，到達(dá)顯示的目的。因此外加電壓，必須到達(dá)一定強(qiáng)度，即超過液晶顯示器件的閾值和維持一定時(shí)間，液晶顯示必須時(shí)刻牢記以下三個(gè)特點(diǎn)： 液晶在直流電壓作用下會(huì)發(fā)生電解作用，所以必須用交流驅(qū)動(dòng)。并且限定交流成分中的直流分量不大于幾十個(gè)毫伏； 由于液晶在電場作用下光學(xué)性能的改變是依靠液晶作為彈件連續(xù)體的彈性變形，響應(yīng)時(shí)間長，所以交變驅(qū)動(dòng)電壓的作用效

24、果不取決于其峰值，在頻率小于103Hz情況下，液晶透光率的改變只與外加電壓的有效值有關(guān)；液晶單元是容性負(fù)載，液晶的電阻在大多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)，是無極性的，即正壓和負(fù)壓的作用效果(xiogu)是一樣的。二、背光(bigung)照明系統(tǒng)液晶(yjng)本身不會(huì)發(fā)光，只會(huì)調(diào)制光，所以許多使用LCD的場合(chng h)，例如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、GPS、PDA、VCD、DVD、 、股票機(jī)等都需要背光源系統(tǒng)。按背光源的性質(zhì)有如下(rxi)分類：熱陰極型，即1.5mm或3mm小型白熾燈，在電子手表中用過，現(xiàn)在巳陸續(xù)被淘汰；場致發(fā)射發(fā)光和有機(jī)發(fā)充二極管發(fā)光從理論上講是一種不錯(cuò)的背光源，但價(jià)格昂貴，屬于大材小

25、用，不會(huì)獲得工業(yè)應(yīng)用。在背光源開展過程中，也曾使用熱陰極熒光燈和平面熒光燈(VFD)，它們已被淘汰或逐步被取代。下面對(duì)其余背光源系統(tǒng)分別予以介紹。 1發(fā)光二極管(LED)背光照明系統(tǒng) LED背光照明系統(tǒng)可分為底發(fā)光式和側(cè)發(fā)光式兩種。發(fā)光面積稍大最好采用底發(fā)光式，它由多個(gè)LED管芯均勻地分布在PCB板上，各LED為串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)。供電后，LED管芯發(fā)光，通過透明硅膠、反射腔和擴(kuò)散膜的共同作用得到高亮、均勻的平面發(fā)光效果。底發(fā)光式LED背光照明結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。但是這類背光照明系統(tǒng)厚度稍厚一些，為475mm。 當(dāng)發(fā)光面積(min j)較小時(shí)可用側(cè)發(fā)光式，它由多個(gè)LED芯片(xn pin)排成

26、排，形成線光源，置于導(dǎo)光體的側(cè)面(有單側(cè)發(fā)光(f un)和雙側(cè)發(fā)光兩種)，LED芯片排所發(fā)出的光，通過(tnggu)導(dǎo)光體和擴(kuò)散膜反射、折射和散射，最終形成均勻的發(fā)光面。目前側(cè)發(fā)光式的照明效果優(yōu)于底發(fā)光式的，并且厚度也只有0.53.5mm，被廣泛(gungfn)地采用。 2電致發(fā)光EL背光照明系統(tǒng)電致發(fā)光是一種面發(fā)光冷光源，是全固態(tài)平板結(jié)構(gòu)、耐震動(dòng)、薄形、可省掉漫反射導(dǎo)光板。封裝型電致發(fā)光板的厚度為1mm。包膜型電致發(fā)光板的厚度為0.3mm。它作為背照光源的一個(gè)好處是可以大范圍調(diào)光，環(huán)境溫度對(duì)發(fā)光影響很小。但是EL的供電和驅(qū)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜一些，并且在工作過程中亮度會(huì)逐漸下降。 粉末電致發(fā)光板生產(chǎn)技

27、術(shù)成熟，可以低本錢大量生產(chǎn)，可發(fā)綠、藍(lán)綠、橙等多種顏色，用濾色法還可實(shí)現(xiàn)白色及其他顏色。雖然亮度比熒光燈低，但是已廣泛應(yīng)用于中小型LCD器件。 3冷陰極熒光燈CCFL背光照明系統(tǒng)這是一種依靠冷陰極氣體放電，激發(fā)熒光粉面發(fā)光的光源。由于光致發(fā)光的熒光粉品種齊全，轉(zhuǎn)化率高，是一種色溫高、亮度高的理想光源。這種光源可制成準(zhǔn)確的三基色，所以曾經(jīng)是彩色液晶電視的最正確光源。 冷陰極熒光燈管背光照明系統(tǒng)也可分為反射式與側(cè)導(dǎo)光式兩種。反射式的根本結(jié)構(gòu)如圖25所示。它由數(shù)根平行排列的冷陰極熒光燈管、底反面的反射板和為實(shí)現(xiàn)外表亮度一致的漫散射板組成。目前多用于戶外需要高亮度場合，如汽車導(dǎo)航彩色TFTLCD和高亮

28、度航空儀TFTLCD (STN-LCD)顯示中?，F(xiàn)在光源已采用U形和W形燈管來取代多根燈管，但是使用量已越來越少。 大型液晶顯示器用背光照明系統(tǒng)是平板(pngbn)背光照明系統(tǒng)的主要市場，主要用于筆記本PC的液晶顯示器、臺(tái)式液晶顯示器等處。如用多支熒光燈的直下式背光(bigung)照明系統(tǒng)，厚度一般為一五20mm，重量(zhngling)大于0.5kg，功耗(n ho)約為10W，而用側(cè)導(dǎo)式單管CCFL背光(bigung)照明系統(tǒng)，厚度只有35mm，重量約為100g，功耗約為1W左右，它的結(jié)構(gòu)完全符合便攜式設(shè)備的狹框架、超薄型、重量輕和低功耗的要求，已成為大型液晶顯示設(shè)備中首選的配套產(chǎn)品。 (

29、1)側(cè)導(dǎo)光式CCFL背光照明系統(tǒng)根本結(jié)構(gòu) 側(cè)導(dǎo)光式CCFL背光照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意見圖26。根本過程為：冷陰極燈管所發(fā)射的光經(jīng)過聚光板的聚光后導(dǎo)入光導(dǎo)板，利用光在光導(dǎo)板兩面的臨界反射(全反射)將光導(dǎo)至光導(dǎo)板末端。在光導(dǎo)過程中局部光散射漏出，并射于系統(tǒng)外表。為了利用反面漏出的散射光，設(shè)置了反射板；為了緩解輝斑設(shè)置了擴(kuò)散板；為了增加正面發(fā)光強(qiáng)度，又增加了棱鏡板。它符合薄型要求，只能獲得高亮、均勻的平面光源。幾乎所有筆記本比和各種大型的LCD都使用這種方式的背光照明系統(tǒng)，已成為大型LCD器件中背光照明系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。 (2)冷陰極熒光燈(CCFL) 側(cè)導(dǎo)光式背光(bigung)照明系統(tǒng)所使用的直線型冷

30、陰極熒光燈，早期直徑為3.6mm，現(xiàn)在(xinzi)主流產(chǎn)品為直徑1.6mm、1.8mm、2mm等。直徑變細(xì)可以(ky)提高發(fā)光效率，管徑為1.8mm時(shí)，發(fā)光效率最高，所以再細(xì)就沒有必要，反而增加制造工藝(gngy)的困難。 冷陰極熒光燈通常(tngchng)使用幾十千赫茲的逆變電路，通過高頻開啟來減少陰極電極損耗，這局部占冷陰極熒光燈功率的13以上，還有改良的余地。 (3)入射光學(xué)系統(tǒng)和導(dǎo)光板 為了減輕重量，用樹脂材料制作的光導(dǎo)板被做成了楔形。為了更有效地將燈管發(fā)出的光射入光導(dǎo)板，最好將光導(dǎo)板的射入局部做厚和將聚光板做大，以減少燈管自身所遮去的光，但這與薄形、狹邊框的要求相沖突。對(duì)于直徑2.

31、6mm的燈管，采用3mm厚的光導(dǎo)板，那么射入效率為50左右。 光導(dǎo)板由高折射率的樹脂制作，利用全反射進(jìn)行光導(dǎo)。其下層光散射體是用絲網(wǎng)印刷印制的100m1mm白色的圓形、蜂窩形或正方形的圖案，其分布密度為由入射部到末端由疏漸密，具體光點(diǎn)疏密程度的分布與光導(dǎo)板側(cè)面的聚光和燈管亮度分布有關(guān)，目的是獲得均勻的亮度分布，可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行光路分析模擬，再用試驗(yàn)校正，反復(fù)幾次。最先進(jìn)的光導(dǎo)板是在下側(cè)設(shè)計(jì)了微小的凸凹光點(diǎn)將光散射出去，可以省去絲網(wǎng)印刷工序。 (4)棱鏡(lngjng)板棱鏡板是用聚脂片和聚碳酸脂制作(zhzu)，厚度為一五0230m，間距(jin j)為24ll0m。置于擴(kuò)散板之上時(shí)作為雙凸透鏡

32、，可以會(huì)聚并定向性給出照明光線，以提高光源正面(zhngmin)亮度。單片棱鏡板可使光源的面發(fā)光亮度改善1.6倍左右，兩片棱鏡板可以(ky)改善2倍以上。4. 液晶電視RGB-LED背光系統(tǒng)2022年下半年在國外各大液晶電視巨頭廠商發(fā)布的新品中，RGB-LED(三色LED背光，不同與我們平時(shí)所說的白色LED)背光系統(tǒng)憑借耗電低、色度純、壽命長、體積小、響應(yīng)時(shí)間快等多項(xiàng)優(yōu)勢幾乎已被全數(shù)應(yīng)用這些廠商的新品中。順應(yīng)平板電視輕薄化、大屏幕化、高畫質(zhì)化的開展趨勢， RGB-LED背光系統(tǒng)結(jié)合自身的諸多優(yōu)勢勢必逐步將傳統(tǒng)CCFL背光系統(tǒng)從液晶電視中替代。 回憶國內(nèi)市場，最先與大家見面的RGB-LED背機(jī)型

33、只有索尼和三星兩家的70英寸機(jī)型，高昂的價(jià)格只能讓消費(fèi)者更多地去敬仰這些產(chǎn)品，而無法通過實(shí)際的使用去體會(huì)到RGB-LED背光系統(tǒng)為液晶電視縮帶來的一股全新技術(shù)變革。鑒于全新的RGB-LED背光系統(tǒng)將在以后逐步成為引領(lǐng)液晶電視市場開展的主要技術(shù)，在此向大家揭示一下LED背光系統(tǒng)對(duì)于液晶電視開展所起到的重要作用。 LED開展回眸一瞬：從筆記本電腦起家QualiaTV太超前的觀念即將結(jié)束 “在LED背光技術(shù)開展之初，該技術(shù)的本錢及優(yōu)勢還在經(jīng)受LCDTV和顯示器制造商權(quán)衡時(shí)，LED的優(yōu)勢尚有許多不確定之處。這也是報(bào)告中對(duì)LED背光源市場預(yù)測保守的主要原因。DisplaySearch顯示技術(shù)部門負(fù)責(zé)人S

34、teveJurichich解釋說。 索尼2004年推出極高端LED背光QualiaTV而遭遇滑鐵盧的教訓(xùn)讓制造商們行動(dòng)更加謹(jǐn)慎。畢竟這一擁有450顆單個(gè)RGB-LED的Qualia電視太超前了，也太昂貴了。也就從那時(shí)起，白色LED背光模組的市場被大大局限在筆記本電腦和便攜式PC上，白色LED在這些應(yīng)用中占有非常明顯的優(yōu)勢。如耗能低，在長距離飛行中可大大延長筆記本電腦的工作時(shí)間。 從2005年起，包括索尼11英寸的VAIO、Fujitsu-Siemens10.6英寸的handheld，以及東芝的Libretto U100(首款LED屏筆記本)在內(nèi)的筆記本電腦LED屏獲得了比QualiaTV更大的

35、成功。 而通過(tnggu)近兩三年的快速開展(kizhn)，LED背光(bigung)技術(shù)是目前條件下，可以大幅度改良(giling)液晶電視成像質(zhì)量的一種突破性技術(shù)手段。雖然(surn)這項(xiàng)技術(shù)在2007年還屬于起步階段，但是由于索尼和三星的積極努力，目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了真正商用化的成品RGB-LED背光電視，而它們表現(xiàn)出來的強(qiáng)大性能，不僅讓任何一款現(xiàn)有的液晶電視臣服，也給廣闊消費(fèi)者帶來了對(duì)未來美好的憧憬和向往。 在TV應(yīng)用中，RGB-LED與CCFL背光源相比，最主要的優(yōu)勢為顯色性，尤以紅色為甚。這是由于CCFL發(fā)出的紅光比綠、藍(lán)光要弱。當(dāng)然，CCFL制造商并未坐以待斃，而是在積極改良C

36、CFL技術(shù)，并已獲得性能突破。 LED背光液晶的出現(xiàn)，和液晶電視的顯示原理息息相關(guān)。從結(jié)構(gòu)上看，液晶電視的核心部件液晶面板是由多層部件組成，主要由位于最底層的背光源、中間的液態(tài)晶體層和最外側(cè)RGB濾光膜組成。由于液態(tài)晶體層本身并沒有任何發(fā)光能力，所以液晶電視表現(xiàn)出的色彩其實(shí)主要取決于液晶面板最后側(cè)背光源系統(tǒng)的性能。 索尼70X300A上使用的RGB-LED背光單元放大圖，每一組由2個(gè)綠光、1個(gè)紅光和1個(gè)藍(lán)光LED元件組成，而被稱之為第四代照明技術(shù)的LED光源，是繼白熾燈、熒光燈之后的一代發(fā)光技術(shù)，具有耗電低、亮度純、壽命長、體積小、響應(yīng)時(shí)間快的特點(diǎn)，因此用在液晶電視上后，可以大大改善液晶電視的

37、色域范圍小、比照度低、使用壽命短的問題，把液晶電視的整體性能提升到一個(gè)全新的高度。 1更為精準(zhǔn)的區(qū)域亮度控制 采用LED背光時(shí)，過去存在一個(gè)如何使屏幕的亮度均勻的問題，通過采用區(qū)域亮度控制不但能夠解決 亮度均勻的問題，而且還可進(jìn)一步降低背光功耗。這是因?yàn)閷?shí)際的圖像在每個(gè)具體部位的亮度是不一樣的，可能有的區(qū)域較亮、有的區(qū)域較暗，所以完全沒有必要在整個(gè)屏幕采用均勻亮度的背光，可以采用根據(jù)圖象內(nèi)容決定的區(qū)域亮度控制。實(shí)現(xiàn)方法是：將整個(gè)屏幕分隔為例如20個(gè)等份，根據(jù)圖象內(nèi)容測出其最高亮度，確決該區(qū)域所需的背光亮度，然后對(duì)該區(qū)域的背光LED亮度利用PWM技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。在采用背光的

38、區(qū)域亮度控制以后，該區(qū)域的圖象信號(hào)也應(yīng)加以相應(yīng)的補(bǔ)償，以免產(chǎn)生亮度失真。 顯然，CCFL背光是不可能實(shí)現(xiàn)這種區(qū)域亮度控制的，一方面是因?yàn)镃CFL的形狀是長條形，根本無法按屏幕分成20個(gè)等份的區(qū)域;另一方面那么是因?yàn)樗牧炼纫膊豢赡馨凑請(qǐng)D象的內(nèi)容進(jìn)行快速調(diào)整。不過，在采用LED作為區(qū)域亮度控制時(shí)，只能采用直下式背光，而不能采用側(cè)射式。 2制造(zhzo)本錢(bn qin)的有效(yuxio)較低是RGB-LED普及(pj)的關(guān)鍵 RGB-LED的另一優(yōu)勢(yush)那么為快速開關(guān)同時(shí)傳送高質(zhì)量圖像，無需彩色濾光片。而這將是LED大受歡送的決定性因素，因?yàn)闉V光片是除背光源之外最貴的元件。以40英

39、寸屏為例，濾光片占元件總本錢的19%。盡管RGB-LED技術(shù)仍需要更多時(shí)間加以全面改良，其優(yōu)勢最終將推動(dòng)LED在液晶電視市場全面開花. 無濾色片的背光系統(tǒng)如何工作? 采用了RGB-LED背光源的液晶電視，可以通過采用合理的場序(FieldSequential)技術(shù)，利用人類的視覺暫停效應(yīng)，直接利用RGB三色光源實(shí)現(xiàn)最終混色，到達(dá)全彩顯示的效果。而通過對(duì)一副完整彩色畫面中紅綠、紅藍(lán)色彩的交替顯示技術(shù)，能防止藍(lán)綠像素干擾的問題，進(jìn)一步提高電視的色域范圍，到達(dá)接近122%等比NTSC色域的標(biāo)準(zhǔn)。 想要直接用RGB的LED來取代濾色片看上去好似很簡單，其實(shí)是不可能的。因?yàn)闉V色片是把每一個(gè)像素都分成三種

40、不同顏色的子像素，如果直接用三種顏色的LED來取代濾色片，就必須采用小到和子像素尺寸一樣大的LED來照射每一個(gè)子像素，才不會(huì)使紅光照到綠光的子像素上。這樣，LED的個(gè)數(shù)就要幾百萬個(gè)之多。為維持像素?cái)?shù)不變，唯一的方法是重復(fù)使用這些像素，也就是采用時(shí)分復(fù)用制。這樣只要順序地發(fā)射出紅光、綠光、藍(lán)光，同時(shí)控制每個(gè)像素的薄膜晶體管(TFT)，使其相應(yīng)地按照該像素在這種顏色時(shí)所應(yīng)當(dāng)具有的的強(qiáng)度來開啟液晶光閥。但是，要順序地發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種顏色，并能形成一個(gè)彩色的視頻圖象，就必須利用人眼的視覺殘留作用。只要這三種顏色順序重復(fù)的周期小于人眼的視覺殘留時(shí)間，就可以在人們的大腦中形成一個(gè)彩色的圖象。視覺殘留時(shí)間

41、實(shí)際上就是電視的場頻周期，在PAL制中為五十分之一秒。這也就要求在五十分之一秒的時(shí)間內(nèi)必須完成紅、綠、藍(lán)三個(gè)圖象的顯示。因此，這種方式被稱為“場順序體制，也有人稱之為“色順序體制。 3沒有濾色片能帶來更高的光利用率 首先，這種方法省去了彩色濾色片，而濾色片是光能的主要吸收者，它會(huì)損失光能70%以上。以下圖說明了光能從光源出發(fā)以后所受到的損失。 拿掉濾色片以后，不但能免除了濾色片70%的光能損失，而且還可以節(jié)省濾色片的本錢。濾色片的本錢在總本錢中占19%，是相當(dāng)可觀的一局部。實(shí)際上，省去濾色片以后，還可以提高成品率，減少生產(chǎn)時(shí)間，這些無形的改良都十分重要。 4RGB-LED綜合(zngh)優(yōu)勢明

42、顯 其中(qzhng)背光源的25%本錢(bn qin)是基于(jy)CCFL的數(shù)據(jù)，如果(rgu)采用LED作為背光源，它所占的本錢將大大超過這個(gè)比例，大約要占到50%的本錢。采用場順序制以后，拿掉了濾色片就相當(dāng)于發(fā)光效率提高了70%，這是非?？捎^的。這意味著LED的數(shù)量可以減少70%，LED的本錢就可以減少70%。而且LED數(shù)量減少70%以后，其發(fā)熱量可以減少70%，耗電也可以減少70%。 夏普即將在全球同步發(fā)行的AQUOSXS1已成為目前液晶電視界最大的焦點(diǎn)。該系列液晶電視采用了夏普新一代液晶面板，由新開發(fā)的RGB-LED背光源替代了傳統(tǒng)的RGB-LED背光源，色域表現(xiàn)到達(dá)了驚人的一五0

43、%(NTSC色域比)，動(dòng)態(tài)比照度到達(dá)100萬:1，可以將黑色表現(xiàn)到極致，平均亮度450流明。該系列上市之初將有65與52兩個(gè)尺寸型號(hào)，由于新搭載的RGB-LED背光系統(tǒng)，有效降低了XS1系列液晶電視的背光系統(tǒng)體積，該機(jī)型最薄處僅2.28cm，最厚處也只有6.04cm。同時(shí)，搭載的LED單元到達(dá)1000 個(gè)以上，能更為精準(zhǔn)地控制畫面中每一局部的亮度。 尤其出色之處是XS1系列擁有更廣闊的色彩再現(xiàn)范圍，大幅提高了在光線較暗的視聽環(huán)境下的色彩再現(xiàn)度，盡顯更加鮮艷靈動(dòng)的色彩。XS1系列液晶電視采用了超薄外觀設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)身最薄處僅為為1英寸(2.3cm)，并且四緣采用了現(xiàn)代風(fēng)格高級(jí)加工的金屬材質(zhì)，內(nèi)置

44、了由先鋒提供技術(shù)支持、5個(gè)喇叭組成的2.1 的音響系統(tǒng)，音頻效果突破了以往超薄平板電視的極限。此外，這兩款電視的電力消耗也比普通液晶電視減少了26%。 采用LED作為液晶電視的背光已經(jīng)是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。根據(jù)InsightMedia在2006年作出的估計(jì)， 用LED背光的LCDTV將在2022年超過CCFL背光的液晶電視機(jī)。雖然現(xiàn)階段LED相對(duì)于CCFL還不能算是完美無缺，最大問題在于發(fā)光效率偏低，CCFL通常在80100流明/瓦，而LED的發(fā)光效率只有6080流明/瓦。 但由于CCFL是圓柱形，它所發(fā)出的光是無方向性的。當(dāng)它放在LCD屏幕下方時(shí)，盡管采用半圓形反光鏡，但可以認(rèn)為仍然有相當(dāng)多的一

45、局部光被浪費(fèi)掉了。而LED通常采用側(cè)光輻射，它的光可以比較有效地利用。 另外，即將在液晶電視中規(guī)模化應(yīng)用的RGBLED背光系統(tǒng)，相對(duì)傳統(tǒng)白色LED背光系統(tǒng)省去濾色片后， 在大幅提高整體光源利用率的前提下，即使LED的發(fā)光最大值略低于CCFL，但CCFL系統(tǒng)可憐的光利用率，致使RGBLED系統(tǒng)總體光利用率仍然比CCFL高，而且LED的本身發(fā)光效率還在逐年提高。背光源決定(judng)了顯示屏的亮度，對(duì)STNLCD屏透過(tu u)率為一五20，彩色(cis)屏只有3。當(dāng)屏的亮度(lingd)要求為100cdm2時(shí)，那么(n me)背光源外表亮度要高達(dá)104cdm2。因此，對(duì)背光源的亮度要求是較高

46、的。它在液晶顯示器件總消耗功率中往往占23以上，所以提高照明光源的效率是減少液晶顯示器和液晶電視機(jī)功耗的有效途徑。三、彩色濾色膜CF在全世界液晶行業(yè)里，黑白液晶顯示器的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的90以上，而產(chǎn)值不到總產(chǎn)值的10。美國是世界上開展LCD最早的國家，由于沒有重視彩色LCD的開展，被日本占了先機(jī)。彩色濾色膜(CF)的本錢占整個(gè)彩色LCD器件本錢為：在TFTLCD模塊銷售價(jià)格中占18110；在普通矩陣驅(qū)動(dòng)LCD模塊銷售價(jià)格中約占1/3。所以CF在彩色LCD模塊中起到舉足輕重的地位，它的生產(chǎn)本錢直接影響到彩色LCD產(chǎn)品的售價(jià)和競爭力。 對(duì)彩色濾色膜的要求如下： R、G、B三基色有高飽和度和高透明度、

47、白平衡好。各顏色光譜鋒利，濾掉不需要的波長的光，保存下必要的光。 高比照度。對(duì)于高色純度和高清晰度的畫面而言，必須要有高比照度。高比照度必定要求CF低反射率，因此對(duì)黑底提出了嚴(yán)格要求。 平整度好、起伏要求小于0.1m；空間精度好，對(duì)于200300m的彩色像素含RGB，精度10m，必須與TFT完全匹配。 高熱學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。 在后續(xù)工序中有250高溫，所以不能因熱變形，色度也不能改變；用背光源進(jìn)行照射時(shí)，CF露在帶紫外濾光器的汞一氙下，照射兩百萬勒克斯小時(shí)。經(jīng)過照射后，不能發(fā)生褪色現(xiàn)象；在LC制造工藝中要用到許多酸、堿等化學(xué)溶劑，所以LC的化學(xué)穩(wěn)定性也是十分重要的。第三節(jié) 有源

48、矩陣(j zhn)液晶顯示器件AM-LCD普通(ptng)矩陣液晶顯示器件(指TN類型(lixng)的電光特性(txng)很難滿足高質(zhì)量圖像，特別是視頻活動(dòng)圖像的顯示。高分辨率圖像要求高的掃描行數(shù)N，這就導(dǎo)致兩個(gè)(lin )嚴(yán)重問題： 驅(qū)動(dòng)路數(shù)的寬容度隨N的增加而迅速下降，如圖27所示。因?yàn)椋?當(dāng)N300、400、500、600行時(shí)，相應(yīng)的max1.06、1.053、1.046、10.42，即顯示態(tài)電壓與未顯示態(tài)電壓之間的差異只有46。這在工藝上和電源上以及液晶的溫度特性上都是無法保證的，必須設(shè)法完全消除交叉效應(yīng)。 當(dāng)N上升時(shí)，每個(gè)像素工作的占空比1N也隨之下降，這一方面需提高驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)要

49、求更亮的背光源工作于透射狀態(tài)時(shí)。因此希望設(shè)計(jì)一個(gè)非線性的有源器件，使每個(gè)像素可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，從而克服交叉效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多路視頻畫面。如果該非線性有源器件還具有存儲(chǔ)性，那么還可以解決由于占空比變小所帶來的種種問題。有源矩陣(j zhn)英文名為Active Matrix，縮寫成AM。有源矩陣液晶顯示器件根據(jù)有源器件的種類可以分成(fn chn)如下多種類型：三端有源方式由于掃描輸人與尋址輸人可以分別優(yōu)化處理，所以圖像質(zhì)量好，但工藝制作復(fù)雜，投資額度大，以十億美元為單位。二端有源方式，工藝相對(duì)簡單、開口(ki ku)率較大，投資額度小，不少廠家，特別是袖珍式電視產(chǎn)品生產(chǎn)廠對(duì)它看好，但圖像質(zhì)量比三端有源的

50、略差。 在三端(sn dun)有源方式中以TFT為主。TFT即薄膜晶體管，是英文名Thin Film Transisitor的縮寫(suxi)。在TFT中CdSe TFT是最早開發(fā)的，是20世紀(jì)80年代末有產(chǎn)品，但由于在制造過程中，怕水氣，必須在同一容器中進(jìn)行各種工藝，現(xiàn)在已被淘汰。Te TFT研制過，但一直未實(shí)用化。所以在三端有源方式中以-Si和P-Si為主流。單晶MOSFET是利用集成電路成熟的硅工藝制作在單晶硅片上。由于單晶硅片價(jià)格昂貴，特別不適合于制作大畫面顯示屏，在早期興旺過一陣后進(jìn)入低潮。隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，亞微米工藝也不是難事。這樣，在1英寸，甚至更小的芯片上也能獲得優(yōu)于10

51、00行的分辨率。因此近年來在投影式液晶顯示器中很受重視，稱為LCOS，即英文名Liquid Crystal on Silicon的縮寫，它是投影電視中三大主流器件之一。在二端有源方式中以MIM，即金同一絕緣體一金屬二極管方式最為實(shí)用。二端有源器件在這里就不詳細(xì)介紹了，我們著重講一下三端有源器件。TFT-LCD使液晶顯示器件進(jìn)入高畫質(zhì)、真彩色顯示的新階段，所有高檔的液晶顯示器件中都毫無例外地使用TFT-LCD有源矩陣。目前TFT-LCD產(chǎn)值占LCD的市場比例已超過90，是電子產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長熱點(diǎn)。全世界共有50多條TFT-LCD生產(chǎn)線，其中日本32條，韓國、臺(tái)灣各7條，中國大陸只有1條。所以

52、可以說不掌握TFT-LCD大生產(chǎn)技術(shù)，在LCD顯示領(lǐng)域中就不可能有什么地位。作為三端有源矩陣，在開展歷史中曾出現(xiàn)過如表3.1中所列的多樣品種，但現(xiàn)在真正被應(yīng)用的是-Si TFT與P-Si TFT兩種，它們都是基于場效應(yīng)管工作原理。一、三端(sn dun)有源矩陣液晶顯示器件工作原理 同一般(ybn)液晶顯示器件類似，-Si TFT液晶顯示器件也是在兩塊玻璃(b l)之間封入液晶，并且是普通TN型工作方式(fngsh)。但是玻璃基板那么(n me)與普通液晶顯示器不一樣，在下基板上要光刻出行掃描線和列尋址線，構(gòu)成一個(gè)矩陣，在其交點(diǎn)上制作出TFT有源器件和像素電極，其工作原理如圖28所示。同一行中

53、與各像素串聯(lián)的場效應(yīng)管(FET)的柵極是連在一起的，故行電極X也稱柵極母錢。而信號(hào)電極Y將同一列中各FET的漏極連在一起，故列電極也稱漏極母線。而FET的源極那么與液晶的像素電極相連。為了增加液晶象素的馳豫時(shí)間，還對(duì)液晶像素并聯(lián)上一個(gè)適宜的電容。 當(dāng)掃描到某一行(yxng)時(shí)，掃描脈沖使該行上的全部FET導(dǎo)通。同時(shí)各列將信號(hào)電壓(diny)施加到液晶像素上，即對(duì)并聯(lián)的電容器充電。這一行掃描(somio)過后，各FET處于開路狀態(tài)，不管以后(yhu)列上信號(hào)如何變化，對(duì)未掃描行上的像素都無影響，即信號(hào)電壓可在液晶像素上保持接近一幀時(shí)間，使占空比到達(dá)(dod)百分之百，而與掃描行數(shù)N無關(guān)。這樣就徹

54、底解決了普通矩陣中交叉效應(yīng)與占空比隨N增加而變小的問題。 由上述TFT矩陣工作原理可對(duì)三端有源矩陣中TFT提出如下要求： 設(shè)Ron與Roff分別為TFT的導(dǎo)通和開路時(shí)的電阻，CLC為液晶等效電容(包括并聯(lián)電容)，T1為行掃描時(shí)間，T2為幀掃描時(shí)間。那么在TFT導(dǎo)通的T1時(shí)間內(nèi)應(yīng)將99的信號(hào)輸入到CLC上，而在TFT截止的一幀時(shí)間T2內(nèi)，CLC上的信號(hào)損失應(yīng)小于5，于是有： T14.6 Ron CLC T20.05 1Roff CLC對(duì)于(duy)PAL制式(zh sh)電視，那么(n me)T164s，T220ms，假設(shè)(jish)設(shè)CLC1pF，代入可得： Ron16106，Roff4101

55、1 即TFT的通斷比一般(ybn)應(yīng)在5個(gè)數(shù)量級(jí)以上?？紤]到溫度增加時(shí)Roff會(huì)下降，這個(gè)比值應(yīng)擴(kuò)大到7個(gè)數(shù)量級(jí)以上。 二、非晶硅半導(dǎo)體場效應(yīng)器件1979年P(guān).G.Le Comber等首次使用-Si場效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)了液晶顯示器，開展至今已成為有源矩陣中的首選的三端器件。-SiFET所以受到廣泛重視在于以下三點(diǎn)： 因?yàn)椴粨诫s或輕摻雜的-Si具有很高的電阻率，故器件不需p-n結(jié)構(gòu)的特別隔離工藝，可以采用簡單的結(jié)構(gòu)； -SiFET具有非常高的開態(tài)與關(guān)態(tài)電流比； 器件的所有制作過程可以用傳統(tǒng)的光刻工藝，所以可能實(shí)現(xiàn)高集成度； 器件在低于350的低溫過程中制造，因此可以采用大面積、廉價(jià)的平板玻璃作襯底。

56、 第條也許是最關(guān)鍵的，大面積液晶顯示屏如果必須采用昂貴的硅單晶片或耐高溫的平板石英玻璃作為基板，那么顯示器的本錢不可能降下來，就得不到推廣。 下面描述一下-Si FET的工作原理。 -Si FET是一種利用外表效應(yīng)的絕緣柵場效應(yīng)晶體管，它通常由不摻雜或均勻輕摻雜的高阻半導(dǎo)體-Si與其一側(cè)外表相接觸的絕緣層組成，有三個(gè)電極。與半導(dǎo)體直接接觸的一對(duì)歐姆電極分別叫源極和漏極，與絕緣層接觸并隔著絕緣層正對(duì)源極和漏極間隙的叫柵極。工作時(shí)需在源極和漏極之間加一個(gè)恒定電壓，稱為源漏電壓，相應(yīng)的電流稱源漏電流，也稱溝通電流，因?yàn)樗幌拗圃谠礃O和漏極之間導(dǎo)電溝道之中，其大小由溝道中的多數(shù)載流子的密度和遷移率來決

57、定。加在柵極上的可變直流電壓叫柵壓，柵壓的作用就是在半導(dǎo)體外表引入一個(gè)垂直電場，使能帶在此按多數(shù)載流子密度升高的方式彎曲，形成導(dǎo)電溝道。溝道的產(chǎn)生和消失，以及溝道中載流子密度的上下都由柵壓來控制。 下面(xi mian)以M0S二極管來說明(shumng)溝道的成因(參見(cnjin)圖2-9)。如果(rgu)半導(dǎo)體為P型，那么(n me)源、漏極處為n型，源、漏極之間相當(dāng)于兩個(gè)背一背pn結(jié)串聯(lián)，是不導(dǎo)電的。在柵極上加正電壓，半導(dǎo)體與絕緣層界面處能帶下彎，少子(電子)在界面處堆積，形成n型溝道，源漏間導(dǎo)通；如果半導(dǎo)體為n型，那么源漏極處為p型，源、漏極之間仍相當(dāng)于兩個(gè)背一背pn結(jié)串聯(lián)，相當(dāng)于源

58、漏間開路。在柵極上加以負(fù)電壓，界面處能帶上彎，少子(空穴)在界面處堆積，形成p型溝道，源漏導(dǎo)通。如果半導(dǎo)體為高阻不摻雜-Si，那么源、漏處只要是歐姆電極即可，因?yàn)椴粨诫s-Si薄層本身的電阻率很高。這樣，當(dāng)柵極上加正壓時(shí)，形成n溝通，加負(fù)壓時(shí)形成p溝道。但是在-Si中電子遷移率比空穴遷移率高一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以總是工作于柵極加正電壓形成n溝道的電子導(dǎo)電情況下。 三、多晶硅薄膜晶體管有源矩陣-Si TFT的主要缺點(diǎn)是遷移率低，原因是薄膜中硅粒很小，并且晶粒結(jié)構(gòu)是隨機(jī)的。如果使-Si TFT薄膜中的硅粒在高溫下再結(jié)晶，使晶粒長大到微米以上量級(jí)，允許電子更加自由地流動(dòng)，稱為多晶硅P-Si，它的e為-Si的

59、100倍。 以處理(chl)時(shí)基片承受的溫度不同，可將P-Si分為(fn wi)高溫多晶硅(HTPS)和低溫(dwn)多晶硅(LTPS)。 (1)高溫(gown)多晶硅(HTPS) HTPS要求(yoqi)特殊的基片材料，以防止在約1000處理溫度下熔化，通常采用昂貴的石英晶體，所以目前HTPS只應(yīng)用于小于3英寸以下，如照相記錄儀中的取景器、數(shù)字靜物照相機(jī)和數(shù)據(jù)投影儀等少數(shù)顯示設(shè)備中。 HTPS在開展過程中曾出現(xiàn)過多種方案，現(xiàn)介紹如下： 激光退火。首先在石英襯底上用低壓CVD方法，在襯底溫度為620左右生長一層約數(shù)百納米厚的小晶粒P-Si。然后，將P-Si層光刻成小方塊，每塊面積略大于實(shí)際TF

60、T的溝道面積。由于Si的熱膨脹系數(shù)是3.6106 ，而石英為0.4106 ，兩者相差很大，為了在Si再結(jié)晶后不出現(xiàn)裂縫，因此這個(gè)工藝是必要的。最后在P-Si上面熱生長一層SiO2，溫度約為1000。 將連續(xù)譜Ar離子激光束聚焦在P-Si層上掃描，同時(shí)保持襯底溫度為350500，小方塊上沿寬度方向所有的P-Si同時(shí)熔化了，隨著激光束向前掃描，熔化區(qū)的前沿逐步延伸，這就是激光退火。經(jīng)過激光退火，Si晶粒的平均尺寸可以到達(dá)幾個(gè)微米，電子遷移率可以高達(dá)300cm2V.s，且使每個(gè)P-Si孤島在激光束掃描離開的邊緣會(huì)有堆積物生成。為了解決這個(gè)問題，將各P-Si孤島沿掃描方向兩側(cè)光刻成菱形，并且互相連接上