液晶电视机参考资料

1、 可修改 欢送下载 精品 Word 可修改 欢送下载 精品 Word 可修改 欢送下载 精品 Word第一章 液晶显示的特点(tdin)LCD1液晶显示的开展(kizhn)起源(qyun)一八88年奥地利植物学家F.Reinitge首先观察到液晶现象。他在测定有机熔点时，发现(fxin)某些有机物熔化后会经历一个不透明的浑浊液态阶段，继续加热，才成为透明的各向同性液态。一八89年，德国物理学家(w l xu ji)O.Lehmann观察到同样的现象，并发现呈浑浊状液体的中间具有和晶体相似的性质，故称为“液晶。这是世界上首次被发现的一种热致液晶：胆甾醇苯甲酸脂，在160一五的温度下呈乳白色粘稠状

2、液体。由于历史条件所限，当时并没有引起很大重视，只是把液晶用在压力和温度的指示器上。液晶的开展在1961年出现了转折点。该年，美国无线电公司RCA普林斯顿研究所的一个从事微波固体元件研究已两年的年轻技术工作者G.H.Heimeier，即将完成他的博士学位辩论。他有一个朋友正在从事有机半导体的研究工作，在上下班的路上向Heimeier介绍他所从事的研究工作，使他发生了浓厚的兴趣。就这样，这位电子学专家改变了自己的专业，进入了有机化学领域，他把电子学应用于有机化学，仅一年就发表了五篇论文。他将染料与向列液晶混合，夹在两片透明导电玻璃基片之间，只施加几伏电压，功率不到几个微瓦每平方厘米，液晶盒就由红

3、色变成透明态。Heimeier想到这不就是平板彩色电视吗?兴奋的小组成员日以继夜地工作，相继发现了动态散射、相变等一系列液晶的电光效应，并且研究出一系列数字、字符显示器件以及液晶钟表、驾驶台显示器等应用产品。RCA公司领导对有关液晶的创造极为重视，将其列为企业的重大秘密。1968年RCA公司向世界公布这些液晶创造。1969年2月日本NHK向国内进行了报导，引起日本科技、工业界的极大重视。日本将当时的大规模集成电路与液晶相结合，以“个人电子化市场为导向，很快翻开了液晶的应用局面。所谓“个人电子化必须是袖珍式的，要求耗电越小越好。作为显示器件，总是希望电路结构尽可能简单，功耗小并能实现集成化。而液

4、晶刚好能与低电压、小功耗的CMOS(互补MOS)相配合。 日本人从液晶手表、液晶计算器等低档产品起步，开展到小尺寸无源矩阵黑白电视、非晶硅有源矩阵彩色电视，直到目前多晶硅有源矩阵高分辨率彩色液晶显示器，不但促进了日本微电子工业的惊人开展，还一直领导着世界液晶工业的开展方向，掌握着液晶工业最前端的技术。经过近30年的开展，液晶巳形成一个独立的学科。液晶知识涉及多门学科，如化学、电子学、光学、计算机、微电子、精细加工、色度学、照明等。要全面、深入了解液晶显示器件必须对上述提及的领域有一定的知识面。2LCD技术(jsh)的开展(kizhn)过程(guchng)自1968年第一块液晶(yjng)显示器

5、延生以后，LCD开展(kizhn)经历了5个开展阶段。第一阶段(19681972年)：1968年美国RCA公司研制了动态散射型液晶显示器，19711972年制造出动态散射型液晶手表，LCD技术从此走向实用化阶段。 第二阶段(19711984年)：1971瑞士人创造了扭曲向列型(TN)液晶显示器，日本厂家使其产业化。由于TN-LCD制造本钱低，成为20世纪七八十年代液晶产品的主流。但是由于TN-LCD的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及简单字符型显示。 第三阶段(19851990年)：1985年后，由于超扭曲(STN)液晶显示器的开展及非晶硅薄膜晶体管(-Si TFT)液晶显示技术的创造，使L

6、CD技术开展进入了大容量显示的阶段，即进人大信息容量显示的膝上电脑、笔记本电脑、电子翻译机等。 第四阶段(19901995年：在有源矩阵液晶显示器飞速开展的根底上，LCD技术开始进入高画质液晶显示阶段。 第五阶段(1996年以后)：LCD已在笔记本电脑中普及应用。从1998年开始，TFT-LCD产品打入监视器市场，长期困扰液晶的三大难题：视角、色饱和度和亮度问题已根本解决。液晶显示器的性能在不断提高的同时，价格以5年降价34的经验规律大幅度下降，使LCD技术得到广泛的应用与推广。 我国的液晶显示技术研究始于1969年，根本上与世界同步，但是真正形成液晶显示产业那么是在1980年以后，到目前为止

7、，大体上经历了4个阶段。 第一阶段(19801984年)：国内先后引进了3条l0.3cm基片玻璃的LCD生产线，主要用于生产手表、计算器和一些仪表的液晶产品。目前这些生产线巳停产或被改造。 第二阶段(19851990年)：国内先后引进5条17.9cm生产线，目前大局部还在生产。 第三阶段(从1989年始)：引进(ynjn)30.6cm35.7cm、35.7cm35.7cm(40.8cm)TN-LCD生产线，这些(zhxi)线产量大，设备较先进，成品率高，是目前主要的TN-LCD生产线。 与此同时，台、港、新加坡商人(shngrn)也纷纷在广东、福建设厂，以生产低档TN-LCD为主。 第四阶段(

8、从1992年始)：开始(kish)引进35.7cm35.7cm或30.6cm35.7cm STN-LCD生产线，除个别厂能正常大批量生产外，由于技术(jsh)不过关，因此大多数生产厂难以大批量生产高档STN-LCD产品。 2000年长春市从日本DTI引进第一条小尺寸TFT生产线。 总的来说，目前我国是TN-LCD生产大国，STN-LCD生产量不大，TFT-LCD产品还是缺门。由于我们不掌握大面积TFT矩阵制造工艺，使LCD产品停留在较低的水平。3液晶显示的特点在各类显示器件特性比较中，液晶具有以下独到的特点：1低压、微功耗 极低的工作电压，只要23V，工作电流只有几个微安，即功耗只有10610

9、5Wcm2。这是任何别的显示器件做不到的。液晶的低压、微功耗正好与大规模集成电路的开展相适应，使电子手表、计算器、便携仪表、手提电脑、GSP电子图成为可能。(2)平板结构液晶显示器的根本结构是两片导电玻璃，中间灌有液晶的薄形盒。这种结构的优点是：开口率高，最有利于用作显示窗口；显示面积做大、做小都较容易；便于自动化大量生产，生产本钱低；器件很薄，只有几个毫米厚。(3)被动显示型液晶本身不发光，靠调制外界光到达显示目的，即依靠对外界光的不同反射和透射形成不同比照度来到达显示目的。 当然，液晶在黑暗中是本能显示的，但在自然界中，人类所获得的视觉信息中，90以上是靠外部物体的反射光，而并非靠物体本身

10、的发光，所以被动显示更适合于人眼视觉，不易引起眼部疲劳。由于是被动显示，外光越强，显示内容(nirng)也越清晰；对于主动显示，那么(n me)外光越强，显示(xinsh)内容的比照(bzho)度越差，发生(fshng)“光冲刷现象。 (4)显示信息量大液晶显示中，各像素之间不用采取隔离措施或预甾隔离区，所以在同样显示窗口面积内可容纳更多的像素，利于制成高清晰度电视。 (5)易于彩色化 一般液晶为无色，所以可采用滤色膜很容易实现彩色。液晶所能重视的彩色可与CRT显示器相媲美。 (6)长寿命只要液晶的配套件不损坏，液晶本身由于电压低，工作电流小，所以几乎不会劣化，寿命很长。(7)无辐射、无污染C

11、RT显示中有X射线辐射，PDP显示中有高频电磁辐射，而液晶显示中不会出现这类问题。液晶显示也具有以下缺点： (1)显示视角小 出于大局部液晶显示的原理依靠液晶分子的各向异性，对不同方向的入射光，反射率是不一样的，所以视角较小，只有30。40。，随着视角的变大，比照度迅速变坏。 虽然己开发出一系列新工艺，可以大大改善液晶显示的视角，但都会使制造本钱大大增加。 (2)响应速度慢 液晶显示大多是依靠在外加电场作用下，液晶分子的排列发生变化，所以响应速度受材料的粘滞度影响很大，一般均为100200ms。特别在零下几十度低温下，就无法工作。所以一般液晶在显示快速移动的画面时，质量不好。目前已有解决的方法

12、，即减薄液晶厚度和在电路上想方法。 液晶器件不适于高寒地区军用，也不适用于高热地区军用，因为高温会破坏液晶的定向层，造成不可恢复的损坏。 3由于是非(shfi)主动发光，暗时看不清虽然(surn)可以用加背光源解决此问题。如亮度、比照(bzho)度到达(dod)主动(zhdng)发光显示器件(如CRT)程度，那么低功耗的优点也就不存在了。第二章 液晶显示的根底知识液晶显示(Liquid Crystal Display LCD)器件是众多平面显示器件中开展最成熟、应用面最广、已经产业化并且仍在迅猛开展着的一种显示器件。它在显示器件市场中的产值占有率超过CRT显示器件已是指日可待，究其原因是由于液

13、晶自身的一系列无可比较的特点和相关配套技术的开展所决定的。 第一节 液晶的相关知识一、 液晶的概念液晶是一种几乎完全透明的物质。在物理学上把物质分为三态，即固态、液态和气态。通常固体加热至熔点就变成透明的液体。然而有些有机材料不是直接从固体转变为液体，而是先要经过一个中间状态才能转变为液体，这种中间状态外观是流动性的浑浊液体，同时又有光学各向异性晶体所特有的双折射性。普通的无机物或有机物分子在晶格结点上作有规那么排列，即三维有序。这种结构使晶体具有各向异性。在一定压力下，晶体具有确定的熔点，熔点以上呈液态，晶体所具有的各种特征均消失，变为各向同性的液体。熔点是晶体的灵敏的特征数值，物质纯度越高

14、，固-液转变区间越窄。上述的处于中间状态物质，一方面具有像液体一样的流动性和连续性，另一方面又具有象晶体一样的各向异性。显然，处于中间状态下的物质仍保存着晶体的某种有序性，只有这样才会在宏观上表现出物理性质的各向异性，这种分子排列具有方向性的流体就称为液晶。二、液晶的种类 液晶的种类很多，自然存在的和人工合成的液晶多达千种，但他们根本上都是有机化和物。按液晶相形成的条件来归纳分类，液晶可以分为热致液晶、溶致液晶、感应液晶及流致液晶。1、热致液晶(yjng)热致液晶是当液晶物质加热(ji r)时，任某一温度范围内呈现出各向异性的熔体(rn t)。目前(mqin)，用于显示(xinsh)的液晶材料

15、根本上都是可工作于室温的热致液晶。液晶分子多为长度为几十埃，宽度为几埃。细长形状。热致液晶因分子排列有序状态不同，又分为近晶液晶(Smectic)，又称层状液晶；向列液晶(Nematic)，又称丝状液晶；胆甾相液晶(Cholesevic)，也称螺旋状液晶。这三种热致液晶的分子结构示意图如图2-1所示。 a近晶相液晶层状液晶 b向列相液晶丝状液晶c胆甾相液晶螺旋状液晶图2-1 近晶相、向列相和胆甾相液晶(yjng)的分子排列示意图1近晶相液晶(yjng)S型Smectic一词由希腊语而来，因为这种类型的液晶在浓肥皂(fizo)水溶液中，都显示特有的偏光显微镜像，因而命名为皂相。分子分层排列，有同

16、一方向，比较(bjio)接近晶体，故译成近晶相。近晶相液晶由棒状或条状分子组成，分子排列成层状，层内分子长轴互相平行，其方向(fngxing)垂直于层面，或与层面倾斜排列。因分子排列整齐，其规整性接近晶体，具有二维有序性。分子质心位置在层内无序，可以自由平移，从而有流动性，但层内分子之间作用力大粘滞系数很大，层间分子作用力小，不能在上下层之间移动，每层厚度约23A。因为它的高度有序性，近晶相经常出现在较低温的范例内。近晶液晶粘度大，分子不易转动，即响应速度慢，一般不宜作显示器件，多用于光记忆材料。2向列相液晶N型Nematic也是由希腊语而来，液晶的薄层在偏光显微镜下观察时，呈现丝状型结构，故

17、称之为丝相。他子位置杂乱，但方向大致一致，故译向列相。向列相液晶 由长、径比很大的棒状分子组成，分子质心没有长程有序性，具有类似于普通液体的流动性，分子不能排列成层，能上下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近似平行。从宏观上看，向列液晶由于其液晶分子重心混乱无序，并可在三维范围内移动，可以象液体一样流动，所有分子的长轴大体指向一个方向，使向列液晶具有单轴晶体的光学特性折射系数与介电常数，沿着及垂直于这个有序排列的方向而不同，而在电学上又具有明显的介电各向异性，这样，可以利用外加电场对具有各向异性的向列相液晶分子进行控制，改变原有分子的有序状态，从而改变液晶的光学性能，实现液晶对

18、外界光的，到达显示的目的。向列相液晶已成为现代显示器件中应用最为广泛的一种液晶材料。此外，与近晶相液晶相比，向列相液晶的粘度小，富于流动性。产生这种流动性的原因，主要是由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动。事实上不上向列相液晶的粘滞系数只是水的粘滞系数的数倍。向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界作用相当敏感，因而应用广泛。3胆甾相液晶CH由于这种液晶最早是从胆甾醇类物质中发现的，是胆甾醇在经过脂化或卤素取代后，呈现液晶，故称之为胆甾相。这是一种分子成扁平状，排列成层状的液晶材料，层内分子互相平行，分子长轴平行于层平面，不同层的分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构

19、。向列相液晶与胆甾相液晶可以互相(h xing)转换，在向列相液晶中参加(cnji)旋光材料(cilio)，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中参加(cnji)消旋光向列相材料(cilio)，能将胆甾相转变成向列相。胆甾相液晶在显示技术中很有用，TN、STN、相变(Pc)显示都是在向列相液晶中参加不同比例的胆甾相液晶而获得的。 2、溶致液晶溶致液晶是将一种溶质溶于一种溶剂而形成的液晶态物质。 溶致液晶至少由两种成分组成，其小之一是溶剂。大多数溶致液晶可以看作是疏水性长烃基链一端结合有亲水性极性基的两性化合物的水溶液。肥皂水就是溶致液晶，具有双折射特性，使肥皂泡外表具有彩虹色彩。 溶致液晶也可以是有机溶

20、液，如某些芳香类的溶剂。不过相对应的溶质应是另一类双亲分子。 溶致液晶广泛存在于自然界、生物体中，与生命过程中的新陈代谢、消化、吸收、知觉、信息传递等现象密切相关。所以在生物工程、生命、医疗卫生和人工生命等研究领域倍受重视。在显示技术上溶致液晶、感应液晶和流致液晶尚无应用，故此处不作进一步介绍。三、液晶的根本性质1、边界取向性质当无外场存在时，液晶分子在边界上的取向很复杂。在最简单的自由边界上，液晶分子的取向会随液晶材料的不同而不同，可以垂直、平行或者倾斜于边界。如果边界是一层刻有凹凸沟槽的取向膜，那么凹凸沟槽对液晶分子的取向起主导作用，通过摩擦，液晶分子就朝沟槽的这个方向取向。2、电气性质两

21、平行极板间注入液晶，当在上下极板之间加一电场时，电极板之间的液晶分子长轴就会沿着电场的方向排列(pili)，这就是液晶的电气性质，它是实现液晶显示的根底(gnd)。3、旋光性质扭曲排列的液晶具有旋光性质，即入射光的偏振面能沿液晶的扭曲螺旋轴随液晶排列方向(fngxing)旋转。这种旋光性质被应用在具有极大市场的显示器和光调制器上。第二节 液晶显示的根本(gnbn)知识(zh shi)一、液晶显示器件的工作原理与特点液晶显示器的制作是将两块带透明电极ITO的玻璃基板用数微米直径的玻璃珠或塑料珠隔垫，边缘用胶固定，注入扭曲向列相液晶，液晶在上下基板之间扭曲90度，上下基板外侧附着两片光轴互相垂直的

22、偏振片。上侧的偏振片光轴与上侧基板处的液晶取向平行，下侧的偏振片光轴与下侧基板处的液晶取向平行。自然光自上基板至下基板入射液晶屏，不加电场时光线通过第一块偏振片变为平行上基板处液晶取向的偏振光，偏振光被液晶层旋光，转过90后正好与下基板处偏振片的光轴相平行，可以透过，作为显示器的亮态；加电场时液晶分子沿电场方向竖起，原来的扭曲排列变为垂直平行排列，偏振光与垂直排列的液晶不作用，透过第一块偏振片的偏振光通过液晶层时偏振面不再发生旋转，到达出射端的偏振片时，偏光轴与出射光的偏振方向垂直，光被截止，呈现暗态。如果电场不特别强，液晶分子处于半竖立状态，旋光作用也处于半完全状态，那么会有局部光透过，呈现

23、中间灰度。这就是液晶显示器的工作原理。简单来讲，液晶显示器件的工作原理就是依靠外电场(也可以是光、热)作用于初始排列的液晶分子上，依靠液晶分子的各向异性和偶极矩的特点，使液晶分子的初始排列发生改变，调制通过液晶器件的外界光，使液晶器件发生明与暗、遮与透和变色等效果，到达显示的目的。因此外加电压，必须到达一定强度，即超过液晶显示器件的阈值和维持一定时间，液晶显示必须时刻牢记以下三个特点： 液晶在直流电压作用下会发生电解作用，所以必须用交流驱动。并且限定交流成分中的直流分量不大于几十个毫伏； 由于液晶在电场作用下光学性能的改变是依靠液晶作为弹件连续体的弹性变形，响应时间长，所以交变驱动电压的作用效

24、果不取决于其峰值，在频率小于103Hz情况下，液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关；液晶单元是容性负载，液晶的电阻在大多数情况下可以忽略不计，是无极性的，即正压和负压的作用效果(xiogu)是一样的。二、背光(bigung)照明系统液晶(yjng)本身不会发光，只会调制光，所以许多使用LCD的场合(chng h)，例如电视机、计算机、GPS、PDA、VCD、DVD、 、股票机等都需要背光源系统。按背光源的性质有如下(rxi)分类：热阴极型，即1.5mm或3mm小型白炽灯，在电子手表中用过，现在巳陆续被淘汰；场致发射发光和有机发充二极管发光从理论上讲是一种不错的背光源，但价格昂贵，属于大材小

25、用，不会获得工业应用。在背光源开展过程中，也曾使用热阴极荧光灯和平面荧光灯(VFD)，它们已被淘汰或逐步被取代。下面对其余背光源系统分别予以介绍。 1发光二极管(LED)背光照明系统 LED背光照明系统可分为底发光式和侧发光式两种。发光面积稍大最好采用底发光式，它由多个LED管芯均匀地分布在PCB板上，各LED为串联、并联或串并联。供电后，LED管芯发光，通过透明硅胶、反射腔和扩散膜的共同作用得到高亮、均匀的平面发光效果。底发光式LED背光照明结构如图2-4所示。但是这类背光照明系统厚度稍厚一些，为475mm。 当发光面积(min j)较小时可用侧发光式，它由多个LED芯片(xn pin)排成

26、排，形成线光源，置于导光体的侧面(有单侧发光(f un)和双侧发光两种)，LED芯片排所发出的光，通过(tnggu)导光体和扩散膜反射、折射和散射，最终形成均匀的发光面。目前侧发光式的照明效果优于底发光式的，并且厚度也只有0.53.5mm，被广泛(gungfn)地采用。 2电致发光EL背光照明系统电致发光是一种面发光冷光源，是全固态平板结构、耐震动、薄形、可省掉漫反射导光板。封装型电致发光板的厚度为1mm。包膜型电致发光板的厚度为0.3mm。它作为背照光源的一个好处是可以大范围调光，环境温度对发光影响很小。但是EL的供电和驱动相对复杂一些，并且在工作过程中亮度会逐渐下降。 粉末电致发光板生产技

27、术成熟，可以低本钱大量生产，可发绿、蓝绿、橙等多种颜色，用滤色法还可实现白色及其他颜色。虽然亮度比荧光灯低，但是已广泛应用于中小型LCD器件。 3冷阴极荧光灯CCFL背光照明系统这是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉面发光的光源。由于光致发光的荧光粉品种齐全，转化率高，是一种色温高、亮度高的理想光源。这种光源可制成准确的三基色，所以曾经是彩色液晶电视的最正确光源。 冷阴极荧光灯管背光照明系统也可分为反射式与侧导光式两种。反射式的根本结构如图25所示。它由数根平行排列的冷阴极荧光灯管、底反面的反射板和为实现外表亮度一致的漫散射板组成。目前多用于户外需要高亮度场合，如汽车导航彩色TFTLCD和高亮

28、度航空仪TFTLCD (STN-LCD)显示中。现在光源已采用U形和W形灯管来取代多根灯管，但是使用量已越来越少。 大型液晶显示器用背光照明系统是平板(pngbn)背光照明系统的主要市场，主要用于笔记本PC的液晶显示器、台式液晶显示器等处。如用多支荧光灯的直下式背光(bigung)照明系统，厚度一般为一五20mm，重量(zhngling)大于0.5kg，功耗(n ho)约为10W，而用侧导式单管CCFL背光(bigung)照明系统，厚度只有35mm，重量约为100g，功耗约为1W左右，它的结构完全符合便携式设备的狭框架、超薄型、重量轻和低功耗的要求，已成为大型液晶显示设备中首选的配套产品。 (

29、1)侧导光式CCFL背光照明系统根本结构 侧导光式CCFL背光照明系统的结构示意见图26。根本过程为：冷阴极灯管所发射的光经过聚光板的聚光后导入光导板，利用光在光导板两面的临界反射(全反射)将光导至光导板末端。在光导过程中局部光散射漏出，并射于系统外表。为了利用反面漏出的散射光，设置了反射板；为了缓解辉斑设置了扩散板；为了增加正面发光强度，又增加了棱镜板。它符合薄型要求，只能获得高亮、均匀的平面光源。几乎所有笔记本比和各种大型的LCD都使用这种方式的背光照明系统，已成为大型LCD器件中背光照明系统的主流产品。 (2)冷阴极荧光灯(CCFL) 侧导光式背光(bigung)照明系统所使用的直线型冷

30、阴极荧光灯，早期直径为3.6mm，现在(xinzi)主流产品为直径1.6mm、1.8mm、2mm等。直径变细可以(ky)提高发光效率，管径为1.8mm时，发光效率最高，所以再细就没有必要，反而增加制造工艺(gngy)的困难。 冷阴极荧光灯通常(tngchng)使用几十千赫兹的逆变电路，通过高频开启来减少阴极电极损耗，这局部占冷阴极荧光灯功率的13以上，还有改良的余地。 (3)入射光学系统和导光板 为了减轻重量，用树脂材料制作的光导板被做成了楔形。为了更有效地将灯管发出的光射入光导板，最好将光导板的射入局部做厚和将聚光板做大，以减少灯管自身所遮去的光，但这与薄形、狭边框的要求相冲突。对于直径2.

31、6mm的灯管，采用3mm厚的光导板，那么射入效率为50左右。 光导板由高折射率的树脂制作，利用全反射进行光导。其下层光散射体是用丝网印刷印制的100m1mm白色的圆形、蜂窝形或正方形的图案，其分布密度为由入射部到末端由疏渐密，具体光点疏密程度的分布与光导板侧面的聚光和灯管亮度分布有关，目的是获得均匀的亮度分布，可用计算机进行光路分析模拟，再用试验校正，反复几次。最先进的光导板是在下侧设计了微小的凸凹光点将光散射出去，可以省去丝网印刷工序。 (4)棱镜(lngjng)板棱镜板是用聚脂片和聚碳酸脂制作(zhzu)，厚度为一五0230m，间距(jin j)为24ll0m。置于扩散板之上时作为双凸透镜

32、，可以会聚并定向性给出照明光线，以提高光源正面(zhngmin)亮度。单片棱镜板可使光源的面发光亮度改善1.6倍左右，两片棱镜板可以(ky)改善2倍以上。4. 液晶电视RGB-LED背光系统2022年下半年在国外各大液晶电视巨头厂商发布的新品中，RGB-LED(三色LED背光，不同与我们平时所说的白色LED)背光系统凭借耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快等多项优势几乎已被全数应用这些厂商的新品中。顺应平板电视轻薄化、大屏幕化、高画质化的开展趋势， RGB-LED背光系统结合自身的诸多优势势必逐步将传统CCFL背光系统从液晶电视中替代。 回忆国内市场，最先与大家见面的RGB-LED背机型

33、只有索尼和三星两家的70英寸机型，高昂的价格只能让消费者更多地去敬仰这些产品，而无法通过实际的使用去体会到RGB-LED背光系统为液晶电视缩带来的一股全新技术变革。鉴于全新的RGB-LED背光系统将在以后逐步成为引领液晶电视市场开展的主要技术，在此向大家揭示一下LED背光系统对于液晶电视开展所起到的重要作用。 LED开展回眸一瞬：从笔记本电脑起家QualiaTV太超前的观念即将结束 “在LED背光技术开展之初，该技术的本钱及优势还在经受LCDTV和显示器制造商权衡时，LED的优势尚有许多不确定之处。这也是报告中对LED背光源市场预测保守的主要原因。DisplaySearch显示技术部门负责人S

34、teveJurichich解释说。 索尼2004年推出极高端LED背光QualiaTV而遭遇滑铁卢的教训让制造商们行动更加谨慎。毕竟这一拥有450颗单个RGB-LED的Qualia电视太超前了，也太昂贵了。也就从那时起，白色LED背光模组的市场被大大局限在笔记本电脑和便携式PC上，白色LED在这些应用中占有非常明显的优势。如耗能低，在长距离飞行中可大大延长笔记本电脑的工作时间。 从2005年起，包括索尼11英寸的VAIO、Fujitsu-Siemens10.6英寸的handheld，以及东芝的Libretto U100(首款LED屏笔记本)在内的笔记本电脑LED屏获得了比QualiaTV更大的

35、成功。 而通过(tnggu)近两三年的快速开展(kizhn)，LED背光(bigung)技术是目前条件下，可以大幅度改良(giling)液晶电视成像质量的一种突破性技术手段。虽然(surn)这项技术在2007年还属于起步阶段，但是由于索尼和三星的积极努力，目前市面上已经出现了真正商用化的成品RGB-LED背光电视，而它们表现出来的强大性能，不仅让任何一款现有的液晶电视臣服，也给广阔消费者带来了对未来美好的憧憬和向往。 在TV应用中，RGB-LED与CCFL背光源相比，最主要的优势为显色性，尤以红色为甚。这是由于CCFL发出的红光比绿、蓝光要弱。当然，CCFL制造商并未坐以待毙，而是在积极改良C

36、CFL技术，并已获得性能突破。 LED背光液晶的出现，和液晶电视的显示原理息息相关。从结构上看，液晶电视的核心部件液晶面板是由多层部件组成，主要由位于最底层的背光源、中间的液态晶体层和最外侧RGB滤光膜组成。由于液态晶体层本身并没有任何发光能力，所以液晶电视表现出的色彩其实主要取决于液晶面板最后侧背光源系统的性能。 索尼70X300A上使用的RGB-LED背光单元放大图，每一组由2个绿光、1个红光和1个蓝光LED元件组成，而被称之为第四代照明技术的LED光源，是继白炽灯、荧光灯之后的一代发光技术，具有耗电低、亮度纯、寿命长、体积小、响应时间快的特点，因此用在液晶电视上后，可以大大改善液晶电视的

37、色域范围小、比照度低、使用寿命短的问题，把液晶电视的整体性能提升到一个全新的高度。 1更为精准的区域亮度控制 采用LED背光时，过去存在一个如何使屏幕的亮度均匀的问题，通过采用区域亮度控制不但能够解决 亮度均匀的问题，而且还可进一步降低背光功耗。这是因为实际的图像在每个具体部位的亮度是不一样的，可能有的区域较亮、有的区域较暗，所以完全没有必要在整个屏幕采用均匀亮度的背光，可以采用根据图象内容决定的区域亮度控制。实现方法是：将整个屏幕分隔为例如20个等份，根据图象内容测出其最高亮度，确决该区域所需的背光亮度，然后对该区域的背光LED亮度利用PWM技术进行实时控制，从而实现节能的目的。在采用背光的

38、区域亮度控制以后，该区域的图象信号也应加以相应的补偿，以免产生亮度失真。 显然，CCFL背光是不可能实现这种区域亮度控制的，一方面是因为CCFL的形状是长条形，根本无法按屏幕分成20个等份的区域;另一方面那么是因为它的亮度也不可能按照图象的内容进行快速调整。不过，在采用LED作为区域亮度控制时，只能采用直下式背光，而不能采用侧射式。 2制造(zhzo)本钱(bn qin)的有效(yuxio)较低是RGB-LED普及(pj)的关键 RGB-LED的另一优势(yush)那么为快速开关同时传送高质量图像，无需彩色滤光片。而这将是LED大受欢送的决定性因素，因为滤光片是除背光源之外最贵的元件。以40英

39、寸屏为例，滤光片占元件总本钱的19%。尽管RGB-LED技术仍需要更多时间加以全面改良，其优势最终将推动LED在液晶电视市场全面开花. 无滤色片的背光系统如何工作? 采用了RGB-LED背光源的液晶电视，可以通过采用合理的场序(FieldSequential)技术，利用人类的视觉暂停效应，直接利用RGB三色光源实现最终混色，到达全彩显示的效果。而通过对一副完整彩色画面中红绿、红蓝色彩的交替显示技术，能防止蓝绿像素干扰的问题，进一步提高电视的色域范围，到达接近122%等比NTSC色域的标准。 想要直接用RGB的LED来取代滤色片看上去好似很简单，其实是不可能的。因为滤色片是把每一个像素都分成三种

40、不同颜色的子像素，如果直接用三种颜色的LED来取代滤色片，就必须采用小到和子像素尺寸一样大的LED来照射每一个子像素，才不会使红光照到绿光的子像素上。这样，LED的个数就要几百万个之多。为维持像素数不变，唯一的方法是重复使用这些像素，也就是采用时分复用制。这样只要顺序地发射出红光、绿光、蓝光，同时控制每个像素的薄膜晶体管(TFT)，使其相应地按照该像素在这种颜色时所应当具有的的强度来开启液晶光阀。但是，要顺序地发出红、绿、蓝三种颜色，并能形成一个彩色的视频图象，就必须利用人眼的视觉残留作用。只要这三种颜色顺序重复的周期小于人眼的视觉残留时间，就可以在人们的大脑中形成一个彩色的图象。视觉残留时间

41、实际上就是电视的场频周期，在PAL制中为五十分之一秒。这也就要求在五十分之一秒的时间内必须完成红、绿、蓝三个图象的显示。因此，这种方式被称为“场顺序体制，也有人称之为“色顺序体制。 3没有滤色片能带来更高的光利用率 首先，这种方法省去了彩色滤色片，而滤色片是光能的主要吸收者，它会损失光能70%以上。以下图说明了光能从光源出发以后所受到的损失。 拿掉滤色片以后，不但能免除了滤色片70%的光能损失，而且还可以节省滤色片的本钱。滤色片的本钱在总本钱中占19%，是相当可观的一局部。实际上，省去滤色片以后，还可以提高成品率，减少生产时间，这些无形的改良都十分重要。 4RGB-LED综合(zngh)优势明

42、显 其中(qzhng)背光源的25%本钱(bn qin)是基于(jy)CCFL的数据，如果(rgu)采用LED作为背光源，它所占的本钱将大大超过这个比例，大约要占到50%的本钱。采用场顺序制以后，拿掉了滤色片就相当于发光效率提高了70%，这是非常可观的。这意味着LED的数量可以减少70%，LED的本钱就可以减少70%。而且LED数量减少70%以后，其发热量可以减少70%，耗电也可以减少70%。 夏普即将在全球同步发行的AQUOSXS1已成为目前液晶电视界最大的焦点。该系列液晶电视采用了夏普新一代液晶面板，由新开发的RGB-LED背光源替代了传统的RGB-LED背光源，色域表现到达了惊人的一五0

43、%(NTSC色域比)，动态比照度到达100万:1，可以将黑色表现到极致，平均亮度450流明。该系列上市之初将有65与52两个尺寸型号，由于新搭载的RGB-LED背光系统，有效降低了XS1系列液晶电视的背光系统体积，该机型最薄处仅2.28cm，最厚处也只有6.04cm。同时，搭载的LED单元到达1000 个以上，能更为精准地控制画面中每一局部的亮度。 尤其出色之处是XS1系列拥有更广阔的色彩再现范围，大幅提高了在光线较暗的视听环境下的色彩再现度，尽显更加鲜艳灵动的色彩。XS1系列液晶电视采用了超薄外观设计，实现了机身最薄处仅为为1英寸(2.3cm)，并且四缘采用了现代风格高级加工的金属材质，内置

44、了由先锋提供技术支持、5个喇叭组成的2.1 的音响系统，音频效果突破了以往超薄平板电视的极限。此外，这两款电视的电力消耗也比普通液晶电视减少了26%。 采用LED作为液晶电视的背光已经是不可逆转的潮流。根据InsightMedia在2006年作出的估计， 用LED背光的LCDTV将在2022年超过CCFL背光的液晶电视机。虽然现阶段LED相对于CCFL还不能算是完美无缺，最大问题在于发光效率偏低，CCFL通常在80100流明/瓦，而LED的发光效率只有6080流明/瓦。 但由于CCFL是圆柱形，它所发出的光是无方向性的。当它放在LCD屏幕下方时，尽管采用半圆形反光镜，但可以认为仍然有相当多的一

45、局部光被浪费掉了。而LED通常采用侧光辐射，它的光可以比较有效地利用。 另外，即将在液晶电视中规模化应用的RGBLED背光系统，相对传统白色LED背光系统省去滤色片后， 在大幅提高整体光源利用率的前提下，即使LED的发光最大值略低于CCFL，但CCFL系统可怜的光利用率，致使RGBLED系统总体光利用率仍然比CCFL高，而且LED的本身发光效率还在逐年提高。背光源决定(judng)了显示屏的亮度，对STNLCD屏透过(tu u)率为一五20，彩色(cis)屏只有3。当屏的亮度(lingd)要求为100cdm2时，那么(n me)背光源外表亮度要高达104cdm2。因此，对背光源的亮度要求是较高

46、的。它在液晶显示器件总消耗功率中往往占23以上，所以提高照明光源的效率是减少液晶显示器和液晶电视机功耗的有效途径。三、彩色滤色膜CF在全世界液晶行业里，黑白液晶显示器的产量占总产量的90以上，而产值不到总产值的10。美国是世界上开展LCD最早的国家，由于没有重视彩色LCD的开展，被日本占了先机。彩色滤色膜(CF)的本钱占整个彩色LCD器件本钱为：在TFTLCD模块销售价格中占18110；在普通矩阵驱动LCD模块销售价格中约占1/3。所以CF在彩色LCD模块中起到举足轻重的地位，它的生产本钱直接影响到彩色LCD产品的售价和竞争力。 对彩色滤色膜的要求如下： R、G、B三基色有高饱和度和高透明度、

47、白平衡好。各颜色光谱锋利，滤掉不需要的波长的光，保存下必要的光。 高比照度。对于高色纯度和高清晰度的画面而言，必须要有高比照度。高比照度必定要求CF低反射率，因此对黑底提出了严格要求。 平整度好、起伏要求小于0.1m；空间精度好，对于200300m的彩色像素含RGB，精度10m，必须与TFT完全匹配。 高热学稳定性、光学稳定性和化学稳定性。 在后续工序中有250高温，所以不能因热变形，色度也不能改变；用背光源进行照射时，CF露在带紫外滤光器的汞一氙下，照射两百万勒克斯小时。经过照射后，不能发生褪色现象；在LC制造工艺中要用到许多酸、碱等化学溶剂，所以LC的化学稳定性也是十分重要的。第三节 有源

48、矩阵(j zhn)液晶显示器件AM-LCD普通(ptng)矩阵液晶显示器件(指TN类型(lixng)的电光特性(txng)很难满足高质量图像，特别是视频活动图像的显示。高分辨率图像要求高的扫描行数N，这就导致两个(lin )严重问题： 驱动路数的宽容度随N的增加而迅速下降，如图27所示。因为： 当N300、400、500、600行时，相应的max1.06、1.053、1.046、10.42，即显示态电压与未显示态电压之间的差异只有46。这在工艺上和电源上以及液晶的温度特性上都是无法保证的，必须设法完全消除交叉效应。 当N上升时，每个像素工作的占空比1N也随之下降，这一方面需提高驱动电压，同时要

49、求更亮的背光源工作于透射状态时。因此希望设计一个非线性的有源器件，使每个像素可以独立驱动，从而克服交叉效应，实现多路视频画面。如果该非线性有源器件还具有存储性，那么还可以解决由于占空比变小所带来的种种问题。有源矩阵(j zhn)英文名为Active Matrix，缩写成AM。有源矩阵液晶显示器件根据有源器件的种类可以分成(fn chn)如下多种类型：三端有源方式由于扫描输人与寻址输人可以分别优化处理，所以图像质量好，但工艺制作复杂，投资额度大，以十亿美元为单位。二端有源方式，工艺相对简单、开口(ki ku)率较大，投资额度小，不少厂家，特别是袖珍式电视产品生产厂对它看好，但图像质量比三端有源的

50、略差。 在三端(sn dun)有源方式中以TFT为主。TFT即薄膜晶体管，是英文名Thin Film Transisitor的缩写(suxi)。在TFT中CdSe TFT是最早开发的，是20世纪80年代末有产品，但由于在制造过程中，怕水气，必须在同一容器中进行各种工艺，现在已被淘汰。Te TFT研制过，但一直未实用化。所以在三端有源方式中以-Si和P-Si为主流。单晶MOSFET是利用集成电路成熟的硅工艺制作在单晶硅片上。由于单晶硅片价格昂贵，特别不适合于制作大画面显示屏，在早期兴旺过一阵后进入低潮。随着集成电路技术的进步，亚微米工艺也不是难事。这样，在1英寸，甚至更小的芯片上也能获得优于10

51、00行的分辨率。因此近年来在投影式液晶显示器中很受重视，称为LCOS，即英文名Liquid Crystal on Silicon的缩写，它是投影电视中三大主流器件之一。在二端有源方式中以MIM，即金同一绝缘体一金属二极管方式最为实用。二端有源器件在这里就不详细介绍了，我们着重讲一下三端有源器件。TFT-LCD使液晶显示器件进入高画质、真彩色显示的新阶段，所有高档的液晶显示器件中都毫无例外地使用TFT-LCD有源矩阵。目前TFT-LCD产值占LCD的市场比例已超过90，是电子产业中的一个经济增长热点。全世界共有50多条TFT-LCD生产线，其中日本32条，韩国、台湾各7条，中国大陆只有1条。所以

52、可以说不掌握TFT-LCD大生产技术，在LCD显示领域中就不可能有什么地位。作为三端有源矩阵，在开展历史中曾出现过如表3.1中所列的多样品种，但现在真正被应用的是-Si TFT与P-Si TFT两种，它们都是基于场效应管工作原理。一、三端(sn dun)有源矩阵液晶显示器件工作原理 同一般(ybn)液晶显示器件类似，-Si TFT液晶显示器件也是在两块玻璃(b l)之间封入液晶，并且是普通TN型工作方式(fngsh)。但是玻璃基板那么(n me)与普通液晶显示器不一样，在下基板上要光刻出行扫描线和列寻址线，构成一个矩阵，在其交点上制作出TFT有源器件和像素电极，其工作原理如图28所示。同一行中

53、与各像素串联的场效应管(FET)的栅极是连在一起的，故行电极X也称栅极母钱。而信号电极Y将同一列中各FET的漏极连在一起，故列电极也称漏极母线。而FET的源极那么与液晶的像素电极相连。为了增加液晶象素的驰豫时间，还对液晶像素并联上一个适宜的电容。 当扫描到某一行(yxng)时，扫描脉冲使该行上的全部FET导通。同时各列将信号电压(diny)施加到液晶像素上，即对并联的电容器充电。这一行扫描(somio)过后，各FET处于开路状态，不管以后(yhu)列上信号如何变化，对未扫描行上的像素都无影响，即信号电压可在液晶像素上保持接近一帧时间，使占空比到达(dod)百分之百，而与扫描行数N无关。这样就彻

54、底解决了普通矩阵中交叉效应与占空比随N增加而变小的问题。 由上述TFT矩阵工作原理可对三端有源矩阵中TFT提出如下要求： 设Ron与Roff分别为TFT的导通和开路时的电阻，CLC为液晶等效电容(包括并联电容)，T1为行扫描时间，T2为帧扫描时间。那么在TFT导通的T1时间内应将99的信号输入到CLC上，而在TFT截止的一帧时间T2内，CLC上的信号损失应小于5，于是有： T14.6 Ron CLC T20.05 1Roff CLC对于(duy)PAL制式(zh sh)电视，那么(n me)T164s，T220ms，假设(jish)设CLC1pF，代入可得： Ron16106，Roff4101

55、1 即TFT的通断比一般(ybn)应在5个数量级以上。考虑到温度增加时Roff会下降，这个比值应扩大到7个数量级以上。 二、非晶硅半导体场效应器件1979年P.G.Le Comber等首次使用-Si场效应晶体管驱动了液晶显示器，开展至今已成为有源矩阵中的首选的三端器件。-SiFET所以受到广泛重视在于以下三点： 因为不掺杂或轻掺杂的-Si具有很高的电阻率，故器件不需p-n结构的特别隔离工艺，可以采用简单的结构； -SiFET具有非常高的开态与关态电流比； 器件的所有制作过程可以用传统的光刻工艺，所以可能实现高集成度； 器件在低于350的低温过程中制造，因此可以采用大面积、廉价的平板玻璃作衬底。

56、 第条也许是最关键的，大面积液晶显示屏如果必须采用昂贵的硅单晶片或耐高温的平板石英玻璃作为基板，那么显示器的本钱不可能降下来，就得不到推广。 下面描述一下-Si FET的工作原理。 -Si FET是一种利用外表效应的绝缘栅场效应晶体管，它通常由不掺杂或均匀轻掺杂的高阻半导体-Si与其一侧外表相接触的绝缘层组成，有三个电极。与半导体直接接触的一对欧姆电极分别叫源极和漏极，与绝缘层接触并隔着绝缘层正对源极和漏极间隙的叫栅极。工作时需在源极和漏极之间加一个恒定电压，称为源漏电压，相应的电流称源漏电流，也称沟通电流，因为它被限制在源极和漏极之间导电沟道之中，其大小由沟道中的多数载流子的密度和迁移率来决

57、定。加在栅极上的可变直流电压叫栅压，栅压的作用就是在半导体外表引入一个垂直电场，使能带在此按多数载流子密度升高的方式弯曲，形成导电沟道。沟道的产生和消失，以及沟道中载流子密度的上下都由栅压来控制。 下面(xi mian)以M0S二极管来说明(shumng)沟道的成因(参见(cnjin)图2-9)。如果(rgu)半导体为P型，那么(n me)源、漏极处为n型，源、漏极之间相当于两个背一背pn结串联，是不导电的。在栅极上加正电压，半导体与绝缘层界面处能带下弯，少子(电子)在界面处堆积，形成n型沟道，源漏间导通；如果半导体为n型，那么源漏极处为p型，源、漏极之间仍相当于两个背一背pn结串联，相当于源

58、漏间开路。在栅极上加以负电压，界面处能带上弯，少子(空穴)在界面处堆积，形成p型沟道，源漏导通。如果半导体为高阻不掺杂-Si，那么源、漏处只要是欧姆电极即可，因为不掺杂-Si薄层本身的电阻率很高。这样，当栅极上加正压时，形成n沟通，加负压时形成p沟道。但是在-Si中电子迁移率比空穴迁移率高一个数量级，所以总是工作于栅极加正电压形成n沟道的电子导电情况下。 三、多晶硅薄膜晶体管有源矩阵-Si TFT的主要缺点是迁移率低，原因是薄膜中硅粒很小，并且晶粒结构是随机的。如果使-Si TFT薄膜中的硅粒在高温下再结晶，使晶粒长大到微米以上量级，允许电子更加自由地流动，称为多晶硅P-Si，它的e为-Si的

59、100倍。 以处理(chl)时基片承受的温度不同，可将P-Si分为(fn wi)高温多晶硅(HTPS)和低温(dwn)多晶硅(LTPS)。 (1)高温(gown)多晶硅(HTPS) HTPS要求(yoqi)特殊的基片材料，以防止在约1000处理温度下熔化，通常采用昂贵的石英晶体，所以目前HTPS只应用于小于3英寸以下，如照相记录仪中的取景器、数字静物照相机和数据投影仪等少数显示设备中。 HTPS在开展过程中曾出现过多种方案，现介绍如下： 激光退火。首先在石英衬底上用低压CVD方法，在衬底温度为620左右生长一层约数百纳米厚的小晶粒P-Si。然后，将P-Si层光刻成小方块，每块面积略大于实际TF

60、T的沟道面积。由于Si的热膨胀系数是3.6106 ，而石英为0.4106 ，两者相差很大，为了在Si再结晶后不出现裂缝，因此这个工艺是必要的。最后在P-Si上面热生长一层SiO2，温度约为1000。 将连续谱Ar离子激光束聚焦在P-Si层上扫描，同时保持衬底温度为350500，小方块上沿宽度方向所有的P-Si同时熔化了，随着激光束向前扫描，熔化区的前沿逐步延伸，这就是激光退火。经过激光退火，Si晶粒的平均尺寸可以到达几个微米，电子迁移率可以高达300cm2V.s，且使每个P-Si孤岛在激光束扫描离开的边缘会有堆积物生成。为了解决这个问题，将各P-Si孤岛沿扫描方向两侧光刻成菱形，并且互相连接上