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转 液晶显示工作原理液晶显示工作原理1.TFT-LCD液晶显示器件的基本结构1.偏振片2.玻璃基板3.公共电极4.取向层5.封框胶6.液晶7.隔垫物8.保护层9.ITO像素电极10.栅绝缘层11.存贮电容底电极12.TFT漏电极13.TFT栅电极14.有机半导体有源层15.TFT源电极及引线16.各向异性导电胶(ACF)17.TCP 18.驱动IC 19.印刷电路板(PCB)20.控制IC 21.黑矩阵(BM)22.彩膜(CF)2.液晶显示器的分类3.液晶显示原理常白TN-LCD显示原理示意：液晶在两个基板间扭曲90o，不加电时，光可以透过。加电时，光不能透过。4.液晶显示驱动方法无源驱动：Passive Matrix型显示方式是使用把电极顺序驱动的多路驱动方法，选择像素和非选择像素之间的电压差小，明暗比低下,很难显示广视角图像。有源驱动：有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)是在每个像素上分别设置一个开关元件，进行选择性的驱动矩阵中的各个像素，可以实现显示画面的高分辨率化和高画质化.5.TFT象素的基本结构液晶显示器概述1、液晶显示器件的重要事件：1971年，瑞士Hoffman la Roche的Schadt等人首次公开现在最为普遍的工作模式的TN(Twisted Nematic)模式。1987年STN液晶显示期间开始量产。1988年10.4in TFT-LCD显示器件问世；1990年笔记本PC TFT-LCD量产；1998年反射式TFT-LCD开始生产。2.液晶显示器的特点体积小及轻量化，适于便携式应用低功耗低电压，与大规模集成电路相匹配信息含量大：可实现大容量高清晰度显示被动发光显示无辐射3.LCD相关性能指标分辨率：亮度：亮度的定义是指显示器在白色画面之下明亮的程度,单位cd/对比度：对比度的定义就是屏幕的纯白色亮度和纯黑色亮度的比值响应速度：响应速度是指像素由亮转暗并由暗转亮所需的时间，单位是毫秒。反应速度分为两个部份：Rising(上升)和Falling(下降)；而表示时以两者之和为准。可视角度：可视角度就是指刚好可以看到对比度为10以上的画面的时候视线与垂直屏幕的平面的夹角。开口率：4.液晶显示器的发展趋势5.液晶显示器的应用领域电子仪器、仪表文字处理机电子手表、计算器笔记本电脑、平板电脑台式电脑监视器工业监视器摄象机、数码相机投影显示车载或便携式VCD、DVD手机屏、PDA、GPS液晶电视、高清晰度数字电视颜料细化与彩色滤光片1、综述彩色滤光片(Color filter)是液晶显示器重要组成部件，液晶显示器能呈现彩色的影像，主要依靠彩色滤光片。背光源的白光透过液晶层，照射到彩色滤光片，通过彩色滤光片对应每个象素上的红、绿、蓝三色颜料光阻，形成红、绿、蓝光，最后在人眼中混合形成彩色影像。如图1-1所示。彩色滤光片在TFT-LCD显示面板中的成本比重较大，以15in面板材料成本来看，彩色滤光片占24%左右，是占面板成本比重最大的零组件。由于用彩色滤光片实现彩色显示非常方便，而且三基色(R,G,B)彩膜在各自特定的光谱范围内具有比较理想的光谱透过率曲线，可获得相当高的色纯度和比较宽阔的彩色再现范围，因此，这种方式已成为液晶显示多色化或全色化的主要方式，尤其在便携式信息终端领域。可见，彩色滤光片的质量及其技术发展对液晶显示器的质量至关重要。1.1彩色滤光片的性能彩色层的材料和工艺决定了彩色滤光片的光谱特性、平整度及耐热、耐光和耐化学腐蚀性。对彩色滤光片性能的要求如下。色纯度和透过率反映显示器件表现色彩的能力和范围。高色纯度和高透过率是TFT-LCD显示色彩丰富逼真的高画质图象所必备的性能指标。构成彩色层的颜料和颜料光阻是影响色纯度和透过率的决定性因素。应尽可能选择谱峰比较尖锐的颜料，滤掉不必要的波长的光。R、G、B三基色的透射光谱应适中，透射波长范围不能太窄、否则彩色层的透光度太低；透射波长范围也不能太宽、否则三基色光谱将发生重迭，使滤色层的彩色还原能力变差。因此，颜料及颜料光阻的合理选型很重要。1.2颜料光阻光阻剂(Photo Resist)是一种感光材料，广泛被使用在半导体及TFT-LCD面板生产线的微影制程；主要成分包括光阻颜料、树脂、溶剂及其他添加剂。光阻剂有正负型之分，正型光阻分子键被光线照射后会断裂，因此暴露在光线照射的部分易溶于显影液中，一般被应用在TFT Array制程；而负型光阻的分子键，则会因为光线的照射而产生交联(Cross Link)而紧密结合，所以在黄光制程中，被光罩遮蔽的部分，分子间因没有产生交联作用，将被溶于显影液中洗去。目前在TFT产业中，应用于彩色滤光片的光阻属于负型光阻。表1颜料光阻的组成组份功用树脂帮助颜料的分散及对玻璃基板的附着，并提供彩色光阻的机械强度。多官能基单体36个官能基单体组成，照光后能与光起始剂迅速反应，形成Cross Link抵抗侵蚀。起始剂能快速形成自由基或者离子活性基。颜料着色剂。分散剂使颜料浸润及分散。溶剂决定涂布及成膜性质。添加剂使彩色光阻达到理想的牛顿流体1.3颜料细化彩色滤光片品质的好坏主要取决于颜料光阻的性能及其涂布工艺。而颜料光阻成分主要包括颜料、连接料和填料等。光阻颜料作为着色剂，其以粒子的形式分散于颜料光阻中，为充分发挥其着色力和鲜艳性，并取得良好的光谱特性，必须尽可能的使颜料粒子呈微细、均匀、稳定的状态分散于颜料光阻中。颜料的各种应用性能不仅取决于分子内在的化学结构，更多地是与颜料粒子的大小、粒径分布、粒子形状、比表面积、表面的极性、粒子的聚集状态、化学特性有着十分密切的关系，并将直接影响颜料的最终应用性能，如色饱和度、色纯度、透过率、耐久性和耐热性等。因此，为了充分发挥颜料的着色性和鲜艳度，颜料在光阻中的粒径必须足够小，且要求粒度分布均匀、分布带窄。由于颜料平均粒径的降低可导致着色强度的增加，因此着色力在很大程度上取决于颜料的分散水平。目前国内颜料的主要问题是粒度较大，且粒径分布太宽、无法保证TFT-LCD彩色滤光膜的光谱特性、平整度及各种理化特性(如抗热、抗光、抗化学腐蚀)等基本特征。颜料细化的目的是改进颜料的表面特性及分散性、润湿性以及与介质的兼容性。2、颜料细化工艺研究2.1颜料粒径与其性能的关系1)有机颜料粒径与着色强度、色光的关系颜料的平均粒径降低可导致其着色强度的增加，即着色力在很大程度上取决于颜料的分散水平，着色强度不仅与粒径大小有直接依赖关系，也与颗粒的形状有关，通常成薄片状或细长的粒子能够好地吸收光线，显示较高的摩尔消光系数，反之如成厚层的聚集粒子，不利于对光线的吸收。2)有机颜料粒径与透明性的关系有机颜料的透明性对于一些特定用途是十分重要的。有机颜料粒径大小是影响其透明性的重要因素，当颜料粒径大小为光线波长的一半时，即颜料颗粒直径为200500nm时，对光的散射能力最强，可导致遮盖力高的非透明性，而当颜料分散体的平均粒径小于此数值时则成透明性，着色力也高。3)有机颜料粒径与耐候性、耐溶剂性能的关系颜料在光照之下褪色过程属于气固非均相反应，其反应速度主要与化学结构有关，但也与颜料粒子大小，即与其比表面积有关，通常比表面积大，其耐候性牢度较差。粒径越小、溶解度越大，导致耐溶剂性越差。4)有机颜料粒径与光泽度的关系颜料粒径的大小对涂层膜的光泽度也有一定的影响，但光泽度与每个颜料的平均粒径不存在直接关系。2.2颜料细化颜色鲜艳、着色强度高的优质颜料都具有分散好、粒径小、分散后的颗粒长期稳定等特点。颜料细化要经过润湿、分散和稳定三个过程。1)颜料润湿颜料分散首先要进行润湿。润湿过程使用润湿剂(表面处理剂)润湿、包覆颜料表面。颜料和润湿剂接触时，接触角小，润湿剂吸附在颜料周围，然后渐渐渗透至颜料颗粒之间的孔隙，因而减低了颜料颗粒之间的吸引力，降低了破碎颜料团聚体所需的能量，使颜料容易分散细化。图1颜料润湿2)颜料分散颜料的分散是将团聚体颗粒破碎，它主要依靠颜料颗粒之间的自由运动(冲击应力)和颜料团聚体通过周围介质的应力(剪切应力)来完成。分散过程十分复杂，与众多参数有关：1)分散剂的类型和比例；2)分散工艺的确定，包括预分散工艺和研磨工艺；3)能量输入的高低；4)研磨过程中剪切力的大小，主要因素是研磨速度；5)研磨介质；6)温度的高低。图2颜料分散3)颜料细化后的稳定化由于颜料经分散细分后，粒径减小、比表面积增大，颜料表面自由能增加，造成细化后的颜料不稳定，所以当机械研磨后，如不做处理，颜料粒会再凝集起来。为此，在颜料研磨后形成新的表面时，在其表面应吸附一层包覆层，使颜料的表面能降低，当带有包覆层颜料的结合体再度碰撞就不会凝聚起来。3、小结在彩色滤光片的生产中，光阻剂是其重要的原材料，而颜料在光阻剂中作为着色剂，为充分发挥其着色力和鲜艳性，并取得良好的光谱特性，因此必须使颜料粒子呈微细、均匀、稳定的状态分散于颜料光阻中。颜料细化后获得的颜料分散体系性能优劣将对颜料光阻的光泽度、透明性、相容性、流平行以及着色强度产生直接的影响，同时良好的颜料分散体系还可以减少VOC。因此，在颜料细化过程中控制良好的细化工艺不仅直接影响到成本、产品性能和稳定性、甚至还能降低VOC，保护环境。彩色滤光片的制程与发展随着彩色显示的快速发展，LCD的彩色化无可逆转。据市场调查机构iSuppli公司的统计，到2010年，LCD彩色化比率将高达94%。彩色滤光片(color filter，简称CF)作为LCD实现彩色显示的关键零部件，其性能(主要为开口率、色纯度、色差)直接影响到液晶面板的色彩还原性、亮度、对比度。而彩色滤光片的成本也占了液晶面板总成本的25%。根据FPDisplay预测，2005-2009年全球CF产值将以年复合增长率12.37%持续成长。台湾地区2006年的彩色滤光片产业产值约新台币923.2亿元，比前一年成长23.3%。彩色滤光片的基本结构主要为玻璃基板、BM(黑矩阵)、彩色光阻、保护层(OC)、ITO、spacer(图1)。彩色滤光片的传统制程主要有染色法(Dyeing Method)、颜料分散法(Pigment Dispersed Method)、电沉积法(Electro Deposition Method)、印刷法(Printing Method)，其中以颜料分散法为主。目前很多公司也开发出了许多具有实际生产应用价值的新方法，尤其是在大尺寸彩色滤光片的生产上，比如DuPont的热多层技术(Thermal multi-layer tech.)、凸版印刷(Toppan)的反转印刷法(Reverse printing method)和大日本印刷(DNP)的喷墨打印法(Ink Jet printing)。其中，大日本印刷已经在其6代线以上采用了喷墨打印法。另外，根据结构设计的不同，彩色滤光片的新类型还有COA型、半透半反型等。1传统的彩色滤光片制程方法传统方法的四种制程，如图2所示。染色法使用染料作为着色剂，可用明胶或压克力树脂作为树脂材料。其制程主要有涂布、曝光显影、染色固化，利用该制程在BM已经图案化的玻璃基板上分三次分别制备的R、G、B三色光阻。染色法制得的CF价格便宜，色彩鲜艳，透过率高，但是耐热耐光性差，不适合高档LCD。电沉积法的树脂主要是聚酯，以颜料为着色剂。电沉积法先通过曝光显影得到图案化的ITO，然后在ITO上分别沉积R、G、B三色光阻，然后再通过涂布、曝光、显影得到BM。电沉积法制备彩色光阻只需曝光显影一次，但在成本上不占有优势。颜料分散法以颜料为着色剂，压克力为树脂树脂。其主要制程为涂布、曝光、显影，制备R、G、B三色光阻需要经过三次该制程。颜料分散法工艺相对简单，耐候性好，目前中小尺寸的彩色滤光片绝大部分采用该方法。印刷法的树脂为环氧树脂，以颜料为着色剂。其主要制程滚筒颜料附着、印刷，在BM已经图案化的玻璃基板上制得彩色光阻。印刷法制程简单，但精度不高。除以上所述的四种方法外，还有染料分散法、颜料刻蚀法，但都因工艺复杂、成本较高，很少使用。2大尺寸彩色滤光片的制程新方法随着液晶面板的不断增大，原有的传统CF制程都显得力不从心，新的制程方法也应运而生。其中主要有DuPont的热多层技术(Thermal multi-layer tech.)、凸版印刷(Toppan)的反转印刷法(Reverse printing method)和大日本印刷(DNP)的喷墨打印法(Ink Jet printing)。2.1热多层技术热多层技术是杜邦公司的独创发明，其通过激光定向加热Donor film层，使Donor film层中的颜料层脱落并转印在基板上，从而得到所需的彩色光阻。目前杜邦已经能够制备G 8的设备。该方法无需曝光、显影，工艺简单，设备占用空间也能得到很大节省。但尚无法制备BM，且激光扫描所需时间要比多于颜料分散法的曝光时间。2.2反转印刷法反转印刷法制备CF是2003年日本光村印刷和三菱重工共同发布的。2004年，日本凸版印刷取得了利用反转印刷开发七代CF的相关技术。其制程主要分为三步：第一步，将光阻涂覆于转印滚筒上；第二步，将转印滚筒在特制模板上刮除多余区域的光阻；第三步，将通过第二步图案化的光阻通过滚筒转印到基板上。该方法的优势是可以同时完成R、G、B、BM四种光阻的制作，且不需要曝光显影设备。但在大尺寸转印中，精度仍需进一步提高，且无法在VA、IPS技术中应用。2.3喷墨打印法喷墨打印法是几种新制程中最成熟的方法，由大日本印刷研发。该技术先在玻璃基板上将BM图案化，为R、G、B三色光阻预留出独立的空间，然后通过喷墨打印头，将彩色颜料光阻剂喷至所需的位置，最后固化成型。该方法工艺简单，光阻剂利用率几乎为100%，但是BM还需通过传统方式制备，且对墨水的要求较高。目前大日本印刷和凸版印刷都在G 6上采用该技术，三星也准备在G 8上采用该技术。3其他技术3.1 COA技术COA技术是将彩色光阻制备在TFT基板上的技术(见图6)，其优势主要在于可以提高像素开口率及LCD显示品质，应用于高阶产品。另外，因为无CF玻璃基板与TFT基板的对位问题，所以可以降低cell制程的难度。但是COA技术会导致基板的整体良品率下降。除此之外，为了不影响TFT的正常运作，还要求彩色光阻的介电常数小于3.5。3.2树脂型BM传统的BM用材料为Cr/CrO，但存在反射率高、污染环境等问题。因此，无机金属材料逐渐被有机的树脂型BM取代。作为负性光阻，树脂型BM的制程与彩色颜料光阻的制程相同。3.3 OLED用彩色滤光片利用白色OLED+彩色滤光片实现OLED的彩色显示也逐渐被许多研究机构和企业所关注。目前发展彩色滤光片法的厂商以TDK、三菱化学等日本厂商为主。4行业现状与展望自日本凸版印刷和大日本印刷分别于1985年和1986年开始量产彩色滤光片以来，大部分专利技术都被日系厂商掌握。但随着产业发展，台湾、韩国也通过取得授权和自主研发等方式进入到这个行业，而且液晶面板厂商也逐渐认识到，彩色滤光片的自制化是大势所趋。国内的彩色滤光片生产线少，且多为G 4.5以下。直到今年8月10号，上海的剑腾液晶显示(上海)有限公司的国内第一条G 5生产线才正式量产，预计年产量达二十五万片。相信在不远的将来，国内的彩色滤光片行业将得到巨大的发展。背光源技术简介1.背光源种类冷阴极管荧光灯(CCFL)•；高亮度•；高均一性•；能够实现大尺寸设计•；强白色光发光二极管(LED)•；直流信号驱动•；长寿命•；驱动温度范围宽•；可以实现薄型化电致发光(EL)•；超薄型•；高柔软性•；高均一性•；设计简单2.CCFL发光原理OLED显示原理OLED原理OLED(Organic Light Emitting Display)结构如图所示。在外界电压的驱动下，由阴极诸如的电子和阳极诸如的空穴分别从电子传输层和空穴传输层向有机发光层迁移，在有机层中复合，释放能量，有机发光物质分子受到激发，跃迁到激发态，受激分子从激发态回到基态时产生发光现象。OLED的技术特点与LCD相比，OLED具有主动发光，高亮度，高对比度，超薄，低成本，低功耗，快速响应，宽视角，可实现柔软显示；全固态，工作范围宽，不怕震动，适用于恶劣环境。OLED的未来应用领域OLED主要应用领域包括：3G显示终端，壁挂式电视和桌面显示器，柔软显示，军事和特殊用途。大功率LED与显示技术革命信息显示是现代人类交流的重要手段，显示的方法多种多样，数码管、灯泡、CRT、LED、LCD、EL等等，数不胜数。每个行业都有其发展的周期，未来将会向哪个方向发展，这是我们每个从业人要时刻关注的问题，它直接关系到个人或企业未来的命运。大功率LED(以下简称HB LED)出现了，这种新器件不会仅仅停留在照明领域，它正向显示领域进军。HB LED的特性与优点已经有太多资料介绍，笔者仅从未来HB LED应用技术入手，谈谈它将给显示技术带来的一场革命。合理设计HB LED驱动方式，能更好的发挥HB LED的优点国内大多数LED封装厂与灯具制造企业仅从LED的简单几个参数入手，只要有Vf、If、Vr、Power等几个参数就可以配上其它部件做LED灯具了。事实上这些还不够，通过鼎美科技公司工程人员的分析与研究发现，HB LED属于面接触型半导体器件，有分布电容较大和光滞留效应，芯片制造工艺也会影响其频率响应、光效与光衰寿命。如果能充分利用其特性合理驱动，会使HB LED优势更多的发挥出来。例如：通过分析HB LED的最大脉冲电流(Imax)、脉冲频率(f0)和占空比三者之间的立体曲线特性图，总能找到一个最佳的范围，使得HB LED在这样的驱动条件下能发挥出最大的光效潜能。据了解，最佳的效果理论上比目前直接使用纯直流驱动有三大方面的改善，发热量减少近20%(相当于每年全球用于LED散热的铝材使用量减少20%)，光效提高20%，光衰寿命延长40%。显示领域谁先变投影机、电视、电脑、数码显示屏、MP4等都具有显示功能，这些具有显示功能的产品几年后将会是什么样子?HB LED光效以每年60%速度在增加，加上合理设计其驱动方式，改善RGB光谱特性。我们当然会想到HB LED发展对它们的影响，笔者预计，这些产品中第一个被改变模样的就是投影机，理由如下：无论是主流的LCD还是DLP投影机，它们都会使用到灯泡作为主光源，灯泡的成本大约占到投影机的30%，散热问题是影响投影机综合寿命和安全的主要矛盾。用大功率LED替代普遍采用的金属卤素灯泡、UHE灯泡、UHP灯泡势不可挡，目前这些灯泡寿命在1000小时-10000小时之间，价格在1000-8000元不等，而HB LED寿命是它们的10-100倍，价格只需它们的1/10，占用空间体积仅为它们的1/100。使用HB LED改良的下一代投影机相体积将会是现在的1/3，价格也会下降近1/3，而整机寿命会提高10-100倍，功耗大幅的降低与体积的减小，使得投影机能够直接使用电池供电，如同现在的DV一样随身携带，这种新型的HB LED投影机一定会很快被用户接受，快速进入民用市场。反射式高亮度LED带动液晶投影机变革近年来，电视市场逐步转变成为数字电视、前投式电视、背投式电视类的大型电视市场。这类投射型电视的显示器使用的光源，无一例外的都是超高压水银灯，超高压水银灯在照明时，为了把蒸汽压控制在200大气压左右而使用了大量的水银。众所周知，水银的危害很大，为防止造成公害，避免使用水银，目前寻找其替代品的开发研究很多，但是水银是确保照明发光功率的必要条件，实在很难找到其它方便且适用的替代品。不过，照明时伴随电流增大造成的电极消耗，高电压和高费用，灯的使用寿命等问题又不得不解决，目前无水银灯仅限于惰性气体照明灯，和微波照明式的无电极灯。另一方面，2000年后，因为LED的功率提高，它作为小型卤素灯的替代光源受到了世人的瞩目。从2006年初开始，以发光二极管为光源的液晶投影机相继被发表，用以来代替传统超高压水银灯的R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)三色发光二极管(LED)作为光源后，业者便积极的设计出小型且以电池驱动前投式液晶投影机，而且使用发光二极管作为光源的背投式液晶投影机，色彩表现范围也超出100%的NTSC比。2006年1月，在美国拉斯韦加斯召开的CES 2006上，利用LED为光源的液晶投影机首度公开，因此，在此之前一直处于秘密研发状态的各大业者，随后便向市场陆续公开研制的发光二极管光源背投式液晶投影机。此外，为了开发出更具特色的产品，以半导体雷射为光源的液晶投影机，也在积极地进行研发中，可以预见的是，随着光源的不断变化，液晶投影机也将发生巨大变革。其实，因为发光二极管具有很多优