教学课件-平板显示技术基础-

显示与成像技术

教材《平板显示技术基础》2013.02.22平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社主讲内容韩国LG2009横滨光电展示4.3英寸FlexibleAMOLED日本NHK和夏普开发85英寸TFT-LCDAMOLED技术液晶显示技术广视角技术薄膜晶体管技术有机发光显示技术有源矩阵有机发光显示技术3D技术触摸屏技术TFT-LCD技术新型的显示技术参考书目：平板显示应用技术手册，应根裕，电子工业出版社，2007年第1版液晶与平板显示技术，高鸿锦，北京邮电大学出版社，2007年第1版薄膜晶体管液晶显示器件的制造、测试与技术发展，王大巍，机械工业出版社，2007年第1版有机电致发光材料与器件，黄春辉，复旦大学出版社，2005年第1版OLED有机电致发光材料与器件，陈金鑫，清华大学出版社，2005年第1版，中华液晶网

，技术在线，维基百科第1章平板显示技术简介1.1显示技术的发展1.2显示技术的种类1.3显示器的性能对比1.4显示器的性能参数1.1显示技术的发展信息时代京东方110英寸全球最大尺寸的超高清显示屏集众多先进技术于一身：超大尺寸面板拼接曝光技术超大尺寸先进工艺制程技术高帧速面板设计技术超大尺寸拼接镜像同步扫描技术120Hz高频驱动技术局域动态背光技术1.1显示技术的发展信息时代1G:有声通信通话翻页发接短信2G:数字手机网页浏览音乐游戏3G:数字通信电影音乐视频会议购物未来手机钱包式电脑办公设备柔性显示1.1显示技术的发展显示技术发展的时代第一代显示——CRT显示第二代显示——LCD显示新一代显示——OLED显示未来显示——柔性显示在平板显示中，屏幕变得非常薄CRT显示平板显示在CRT显示中，电子枪距阳极很远，体积庞大三星的柔性AMOLED日商电子集团52英寸裸眼3D液晶显示器1.2显示器的种类显示器的分类按显示器显示图像的方式分：投影型、空间成像型和直视型三种。按显示器的形态分：阴极射线管显示器和平板显示器两种。按发光方式分：主动发光型和非主动发光型两种。按是否含有源器件分：无源矩阵和有源矩阵两种。屏幕透镜折射镜折射镜三片液晶屏三片分光镜光源三片式LCD投影显示空间成像型显示器——头盔显示器直视型显示器主动发光型非主动发光型阴极射线管显示器（CathodeRayTube,CRT）等离子体显示器（PlasmaDisplayPanel,PDP）场致发射显示器（FieldEmissionDisplay,FED）真空荧光显示器（VacuumFluorescenceDisplay,VFD）电致发光显示器（ElectroluminescentDisplay,ELD）发光二极管显示器（LightEmittingDiode,LED）有机发光二极管显示器（OrganicLightEmittingDiode,OLED）液晶显示器（LiquidCrystalDisplay,LCD）电致变色显示器（ElectrochromismDisplay,ECD）平板显示1.2显示器的种类显示器的分类直视型显示器是当前显示器的主流，根据显示原理和发光类型又分为很多种。CRT：由电子枪、偏转线圈、阴罩、荧光粉层和圆锥形玻壳5大部分组成。原理：由电子枪发出高能电子束，几经聚焦、调控打在荧光粉上，产生亮点。通过控制电子束的方向和强度，产生不同的颜色与亮度，并接受信号扫描后形成影像。1.2显示器的种类阴极射线管显示器(CRT)阴罩玻壳垂直偏转水平偏转电子束聚焦系统控制栅电子枪阴极荧光粉层带正电的内部金属层偏转线圈1.2显示器的种类等离子体显示器(PDP)介质层发光扫描电极MgO紫外线放电荧光粉玻璃基板玻璃基板信号电极壁障保护层扫描电极介质层信号电极玻璃基板荧光粉层（R、G、B）玻璃基板介质层等离子体显示器是利用气体放电发光激发荧光粉实现显示的一种主动发光型平板显示器。具有薄型、大屏幕、色彩丰富的特点，在大屏幕电视市场占有一席之地。优点响应速度快（<20ns）视角大、体积小、重量轻，适合大屏幕显示显示容量大、亮度高，满足高清晰度电视要求制作工艺易于批量生产，有利于产业形成应用数字电视、高清晰度电视、多媒体显示缺点显示固定画面时会存在潜像；采用障壁结构，小尺寸高分辨率困难；高驱动电压形成的高瞬时功率对集成电路是致命的。1.2显示器的种类等离子体显示器(PDP)场致发射显示（FED）场发射显示（FED）是一种是用冷阴极在高电场作用下发射电子，轰击涂覆在样机上的荧光粉，使其发光的显示器件。1.2显示器的种类尖锥基板树脂层绝缘层阴极隔垫物基板发射阵列栅极孔像素栅极聚焦栅格黑矩阵阳极FED是阵列型发生源冷阴极发射平板显示场致发射显示（FED）1.2显示器的种类隔垫物尖锥阴极基板栅极绝缘层荧光粉黑矩阵阳极+++_电子束FED显示原理：1）尖锥阴极与栅极之间加低电压，实现对阴极发射电子的调制；2）由于电极间距很小，尖锥阴极的尖端会产生很强的电场，电子在强电场下由于隧道效应从金属内部穿出进入真空中；3）上基板阳极上加高电压，电子加速获得能量轰击荧光粉，得到高亮度的发光。发光二极管显示（LED）发光二极管是一种电流注入型半导体发光器件，是pn结结构。改变所采用的半导体材料和掺入不同杂质可以发出不同颜色的可见光。PN发光二极管的材料:主要是-Ⅴ族化合物半导体材料GaAs红外光GaP:ZnO红光GaP:N绿光、黄光GaAs与GaP混晶GaAs与AlAs混晶1.2显示器的种类发光二极管显示（LED）发光二极管显示就是采用无数个小的发光二极管拼接而成。1.2显示器的种类LED的主要优点是：①主动发光，发光强度大。②工作电压低，约2V。由于是正向偏置，工作稳定，工作温度范围宽，寿命长，可达10万小时。③响应速度快。④LED是超大屏幕（≥200英寸）显示的唯一方式。缺点是：LED的主要缺点是电流大、功耗大。发光二极管显示（LED）1.2显示器的种类各种平板显示器性能的对比1.3显示器件的性能对比

类型特性CRTLCDOLEDLEDPDPVFDELFED工作电压×◎◎◎×△◎◎发光亮度○○◎△△○◎◎发光效率○○◎△△○○◎器件寿命◎○○◎△△◎○器件重量×◎◎△○△◎◎器件厚度×◎◎△○△◎◎响应时间◎△◎◎○○◎◎视角◎△◎×△○○◎色彩◎○◎△○○◎◎生产性○○○○△△×△成本◎○○○×△△×◎：非常好；○：好；△：普通；×：需要改善响应时间1.4显示器件的性能参数施加电压下降时间上升时间透过率响应时间是从显示器打开电源输入信号的反应时间，如像素由暗转到亮，再由亮转到暗的图像完全显示所用的时间。响应时间快响应时间长的托尾现象亮度1.4显示器件的性能参数背光源偏振片1偏振片2彩膜像素开口率5%~10%45%50%~80%25%~30%95%150~300cd/m23000cd/m2电极95%亮度是指在单位面积上显示器画面明亮程度。用通过画面法线方向光量的密度表示，单位是坎德拉／平方米（cd/m2）或尼特（nit）。有效的透光区100%栅极源极存储电容TFT像素电极开口率是像素的光通过部分面积与像素总面积的比例。开口率1.4显示器件的性能参数普通开口率约55%REDGRNBLURedGreenBlueGRNREDBLUGreenRedBlue

超大开口率可达80%1.4显示器件的性能参数提高开口率技术通过改变设计方案和工艺能力，缩小栅线、信号线宽度和TFT等大小可以提高开口率；采用新的设计：BMonArray设计和有机膜绝缘层设计。黑矩阵线间距ITO共用电极信号线通常的开口率阵列基板彩膜基板ITO像素电极交叠区彩膜线间距通常的设计更高的开口率黑矩阵隔离层BMonArray设计更高的开口率交叠区有机绝缘层信号线有机膜绝缘层设计1.4显示器件的性能参数BMonArray设计BMonArray设计：把黑矩阵（BM）制作在阵列基板（Array）上的一种方法。通常的设计：黑矩阵制作在彩膜基板上，起遮光作用。对盒时，为保证黑矩阵能遮挡住信号线及线间距，在像素电极上有一定交叠区，宽度为4~5μm。开口率比较小。BMonArray设计：先在阵列基板制作一层黑矩阵，光刻图形正好遮挡住线间距，并沉积隔离层。再制作TFT阵列。对盒时在像素电极上不用再交叠，开口率提高。同时，上基板也可以有黑矩阵遮挡一些散射光的影响。信号线黑矩阵线间距通常的开口率交叠区彩膜线间距通常的设计彩膜基板像素电极BMonArray设计更高的开口率黑矩阵隔离层阵列基板像素电极1.4显示器件的性能参数有机绝缘膜设计有机膜绝缘层设计：利用高介电常数的有机膜材料作为绝缘层使得信号线和像素电极层制作在不同层内。通常的设计：信号线和像素电极在同一平面，为避免短路，要刻蚀出来一定宽度的线间距。对盒时为保证能遮挡住信号线及线间距，要有一定交叠。有机膜绝缘层设计：信号线光刻后，沉积有机绝缘层，再光刻像素电极。像素电极可以制作大些，与信号线在垂直方向交叠。黑矩阵变小，开口率明显提高。黑矩阵线间距信号线通常的开口率阵列基板像素电极交叠区彩膜线间距通常的设计更高的开口率交叠区有机绝缘层信号线有机膜绝缘层设计像素电极对比度和灰度1.4显示器件的性能参数对比度：指显示器的最大亮度与最小亮度的比值，用CR表示。灰度：指在白和黑之间的亮度层次分成几个等级，表示显示亮度不同的反差。V1V2V3液晶外加电压（V）V3V2V1灰度级8级的显示液晶显示的灰度的实现方法3个电压对应的画面亮度分别是白、灰、黑分辨率1.4显示器件的性能参数分辨率是显示器能够分辨出图像最小细节的能力。平板显示的分辨率用屏幕上纵横排列点的总数来表示。分辨率也用PPI表示。PPI，Pixelsperinch，是每英寸所拥有的像素（Pixel）数目。PPI数值越高，显示图像的密度越高，画面的细节越丰富。例如：苹果的iphone4屏幕为3.5英寸，分辨率为960×640，约330ppi名称缩写分辨率长宽比QuarterCommonIntermediateFormatQCIF176×14411:9QuarterCommonIntermediateFormatPlusQCIF+176×22011:9QuarterVideoGraphicsArrayQVGA320×2404:3ColorGraphicsAdapterCGA320×20016:10EnhancedGraphicsAdapterEGA640×35064:35VideoGraphicsArrayVGA640×4804:3SuperVideoGraphicsArraySVGA800×6004:3eXtendedGraphicsArrayXGA1024×7684:3EngineeringWorkStationEWS1152×90032:25SupereXtendedGraphicsArraySXGA1280×10245:4UltraeXtendedGraphicsArrayUXGA1600×12004:3FullHighDefinitionTVFHD1920×108016:9QuadrableeXtendedGraphicsArrayQXGA2040×15364:31.4显示器件的性能参数分辨率画面尺寸及像素间距1.4显示器件的性能参数长宽比：显示画面横方向尺寸和纵方向尺寸的比。如长宽比为4:3。画面尺寸：显示区域对角线的长度。如10.4〞指显示区对角线长度为10.4英寸。像素间距：像素到像素的重复距离，即单元像素的大小。由分辨率和画面尺寸可以计算出像素间距。例如：一个10.4〞VGA（640×480像素）屏，长宽比为4:3，计算的像素间距大约为330μｍ。即：横向：（10.4×2.54×0.8）÷640＝0.03302cｍ≈330μm纵向：（10.4×2.54×0.6）÷480＝0.03302cｍ≈330μmm：画面尺寸，单位英寸c和d：长宽比数值，c:d表示

产线世代1.4显示器件的性能参数基板尺寸的大小决定了生产线使用的设备型号，决定着产线世代。第一代生产线玻璃基板尺寸是300mm×400mm，可切割10.4″显示屏2块。厂商厂址玻璃基板尺寸(mm×mm)产线世代月产能(K)投产状况备注信利汕尾400×5002.550量产2007年Q4投产龙腾光电昆山1100×13005110量产2006年Q3投产深超光电深圳1200×13005.5100量产2009年Q1投产中电熊猫南京1500×1800680量产2011年Q2投产深天马上海1100×1300592量产深天马托管成都、武汉730×9204.530量产2010年Q2投产京东方成都730×9204.530量产2009年Q3投产北京1100×1300597量产2005年Q1投产合肥1500×1800690量产2010年Q4投产北京2200×25008.590量产2011年Q3投产华星光电深圳2200×25008.5100量产2011年Q4投产三星苏州1870×22007.5100已开工待定LGD广州2160×24008120已开工待定6代线（G6）产线世代1.4显示器件的性能参数

G6玻璃基板尺寸达到了1500×1850毫米。一片G6的玻璃基板，可切割出30片15寸面板，8片32寸或6片37寸液晶电视面板。G3.5，2000年G6，2004年G7，2006年本章小结（1）显示技术的发展第一代显示是阴极射线管显示器（CRT）第二代显示是液晶显示器（LCD）第三代显示是有机发光显示器（OLED）（2）显示器的种类直视型显示器是人们生活中随处可见的，又分为很多种。按显示器的形态分，有阴极射线管显示器和平板显示器两种。按发光方式分，有主动发光型和非主动发光型两种（3）显示器的性能参数第2章液晶显示器基础主讲人：王丽娟长春工业大学2013.02.22平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社本章主要内容2.1液晶的特点2.2液晶的种类2.3液晶的物理性质2.4液晶的电光效应2.5液晶显示器的种类2.6TN模式的显示原理2.1液晶的特点液晶：在某个温度范围内，具有晶体的各向异性和液体的流动性，是不同于通常的固态、液态和气态的一种新的物质状态，又称为物质的第四态。

FriedrichReinitzer(1857–1927)1888年,奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）在研究植物中的胆固醇时，意外地发现异常的溶解现象。从组成和产生液晶态的物理条件分为热致液晶和溶致液晶两大类。在光电子技术中的显示器件方面，用到的液晶材料基本上都是热致液晶。热致液晶是某些有机物在某一限定温度范围内的状态。2.2液晶的种类液晶固体液体熔点清亮点温度热致液晶的温度范围2.2液晶的种类（a）细长棒状（b）扁平盘状细长棒状液晶根据液晶相又分为：向列相、近晶相、胆甾相。固体近晶A相向列相液体近晶B相温度熔点相变转变点清凉点典型的液晶分子结构是由刚性中心部分和柔性分子链组成。按照刚性中心部分的形状可以把液晶分成两种类型：细长棒状和扁平盘状。分成排列，层内分子长轴相互平行，垂直与层面近晶相——SmecticLCs2.2液晶的种类长轴方向平行，不分层排列，可以上下滑动丝状液晶，长径比很大向列相——NematicLCs2.2液晶的种类层状排列长轴平行排列，且平行于层面相邻层的分子取向有偏移层层叠起来呈现螺旋结构胆甾相——CholestericLCs2.2液晶的种类螺旋结构螺距介电各向异性2.3液晶的物理性质E=0（a）E+_正性液晶ε∥＞ε⊥，△ε＞0（b）E+_负性液晶ε∥＜ε⊥，△ε＜0（c）根据介电各向异性，△ε的符号，把液晶分为正性液晶和负性液晶；在未施加电场E=0时，液晶屏内的液晶分子按照一定方向排列；正性液晶，△ε＞0，在电场下，液晶分子的长轴方向n与外场E平行；负性液晶，△ε＜0，在电场下，液晶分子长轴方向n与外电场E垂直。光学各向异性2.3液晶的物理性质自然光非常光e光寻常光o光液晶具有双折射性，传播有o光和e光；光在液晶中不同的偏振方向传播速度不同；能使入射光的传播方向偏向液晶分子长轴方向；能使入射光偏振光状态或偏振方向发生改变；能使入社偏振光左旋或右旋。电导各向异性2.3液晶的物理性质液晶属绝缘体，电导率很低，在平行分子长轴与垂直分子长轴方向分量不同；平行分子长轴方向电导率大于垂直方向电导率；杂质或离子会使电导率增高，引起图像闪烁或者残像。第一次显示的画面第二次显示的理想的画面具有残像的画面离子传输影响下的画面液晶的弹性常数2.3液晶的物理性质向列相液晶在外力作用下的弹性形变(a)展曲(b)弯曲(c)扭曲展曲：尖劈形状的液晶盒，基板表面液晶分子与基板相平行，内部出现展曲形变；弯曲：尖劈形状的液晶盒，基板表面液晶分子于基板垂直，内部出现弯曲形变；扭曲：矩形液晶盒，液晶分子平行基板排列，上下成一个角度排列，内部液晶分子从上到下扭曲形变。2.3液晶的物理性质液晶显示器参数液晶材料物理性质液晶材料物理性质多路驱动能力响应时间阈值电压介电各向异性（△ε）弹性常数（K11、K22、K33）粘度（η）螺距（P）有序参数（S）光学各向异性（△n）视角对比度工作温度范围液晶材料的相变温度图像闪烁或残像电导各向异性液晶的物理性质与显示参数的关系电光效应分类2.4液晶的电光效应电控双折射效应（ECB）宾主效应（GH）铁电效应（FLC）聚合物分散型（PDLC）超扭曲向列相效应（STN）扭曲向列效应（TN）相转变效应（PC）激光写入型胆甾热变色型电光效应电场效应电流效应动态散射效应（DS）热光效应动态散射效应2.4液晶的电光效应液晶中微量杂质的带电粒子受电场作用后分别上下基板的两个电极移动，冲动液晶分子旋转，破坏了有序排列；发生紊乱，导致各部分折射率不同，几乎没有光通过液晶屏，入射光被散射掉。RCA公司Heilmeier制作的第一个液晶显示器2.4液晶的电光效应第一个液晶显示器n型液晶、垂直取向，不加电下液晶分子垂直基板排列；加电下，取向作用基板表面的液晶分子，垂直基板排列，另一方面n型液晶要垂直电场排列。双重作用下，内部的液晶分子长轴发生角度为倾斜，发生双折射，输出椭圆偏振光。2.4液晶的电光效应电控双折射效应入射光（白色）下偏振片上偏振片线偏振光线偏振光透射光（黑色）不加电压E入射光（白色）线偏振光椭圆偏振光透射光（彩色）φ加电压2.4液晶的电光效应宾主效应入射光（白色）入射光（白色）透射光（彩色）未施加电压（V=0）液晶分子施加电压（V＞VTH）透射光（无色）用二色染料作为客体，溶于特定排列的向列相液晶材料（主体）中；利用染料分子不同的吸收实现彩色显示。长轴方向和短轴方向对可见光有不同吸收的各向异性染料。2.4液晶的电光效应铁电效应

铁电液晶分子呈层状排列，具有自发极化的性质，有两个或多个可能的取向。在电场作用下取向可以改变，具有像铁磁体一样的某种双稳态，能表现出磁滞回线特性。自发极化就是在没有外电场作用下，介质的正、负电荷重心不重合呈现电偶极矩的现象。

磁滞回线特性存储效应2.5液晶显示器的种类MOSFETTFTMIM（Ta2O3）MSI（SiNx）DR（a-Si，AmorphousSilicon）BTBdiode（a-Si）Pindiode（a-Si）TN（TwistedNematic）STN（SuperTN）HTN（HighTN）FSTN（FilmSuperTN）ECB（ElectricallyControlledBirefringence）铁电液晶（chiralsmecticliquidcrystal）CdSea-Sip-SiOTFT三极管二极管有源矩阵无源矩阵LCD偏振片玻璃基板彩膜ITO像素电极取向层ITO像素电极玻璃基板偏振片2.6TN型LCD的显示原理基本结构偏振光的产生2.6TN型LCD的显示原理吸收轴光行进方向透射轴光源偏振片光轴偏振片只允许在某一个方向振动的光波通过，而其他方向振动的光将被全部或部分地被阻挡。偏振光的产生2.6TN型LCD的显示原理偏振片只允许在某一个方向振动的光波通过，而其他方向振动的光将被全部或部分地被阻挡。（a）垂直时不透光（b）平行时透光光源TN型LCD的工作原理2.6TN型LCD的显示原理不加电压下，偏振光在液晶盒内从上到下扭曲90°，到下偏振片刚好透过，为亮态。加电压下，液晶分子沿电场方向排列，偏振光透过液晶层，到下偏振片被阻挡，不透光，为暗态。偏振片取向层液晶偏振片取向层（a）未电压透光（b）加电压不透光～AC电压STN型LCD的工作原理2.6TN型LCD的显示原理30°120°液晶分子长轴方向偏振片的光轴上基板下基板（a）未电压透光（b）加电压不透光～AC电压不加电压下，液晶分子长轴方向与上偏振片光轴成30°，出射光液晶分子长轴方向与下偏振片成60°，双折射，透光

。加电压下，液晶分子垂直排列，入射光到下偏振片时，不透光，为暗态。本章小结液晶种类很多，其中热致液晶中棒状液晶的向列相是光电显示中使用最多的材料；液晶物理性质影响着显示器的各种性能参数；液晶的电光效应：动态散射、电控双折射效应、宾主效应、铁电液晶效应、扭曲向列相效应、超扭曲向列相效应等。第3章液晶显示器的广视角技术主讲人：王丽娟长春工业大学2013.02.22平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社本章主要内容3.1视角产生的原因3.2广视角技术简介3.3膜补偿技术3.4MVA技术3.5PVA技术3.6ASV技术3.7IPS技术3.8FFS技术3.9OCB技术3.1视角产生的原因视角特性：液晶显示器从不同的方向上观察，显示屏的对比度是不同的，这种视觉上的差异特性称为视角特性。把可以清楚看到不失真影像的视线与屏幕法线的角度定义为视角。视角问题：(1)色彩衰减现象(2)漏光现象3.1视角产生的原因视角产生的原因：被动发光液晶的光学性质不同方向看到的灰阶不同漏光产生的原因ⅠⅡⅢ灰阶液晶分子的短轴液晶分子的长轴在II的位置，看到中灰阶画面；在I的位置，看到低灰阶画面；在III的位置，看到高灰阶画面。3.2广视角技术简介广视角技术公司多畴垂直排列技术MVA，Multi-domainVerticalAlignment富士通、友达、奇美图案化垂直排列技术PVA，PatternedVerticalAlignment三星、索尼共面转换技术IPS，In-PlaneSwitch日立、LG、飞利浦边缘场开关模式FFS，FringeFieldSwitching京东方、现代光学补偿双折射技术OCB，OpticalCompensatedBirefringence日本松下先进的广视角技术ASV，AdvancedSuper-View夏普3.3膜补偿技术膜补偿技术：是在原有TN模式的基础上，在液晶屏外部粘贴一些各向异性的光学膜，用来补偿由于液晶分子的状态不同而产生的光学性质差异来改善视角的。液晶分子补偿膜偏振片偏振片补偿膜液晶分子双面补偿膜3.3膜补偿技术穿过透明的补偿薄膜后便有了负的相位延迟，△n2＜0。经液晶分子△n1＞0的作用，到上偏振片后总相位差为零，使光恢复到原来的偏振状态。减少了黑态下漏光，提高视角。偏振片偏振片θne1no1no2ne2补偿膜液晶屏3.4MVA技术的显示原理VA技术的特点VA技术：VerticalAlignment，垂直取向技术。1）用凸起物改善液晶分子长轴的变化幅度2）可以实现光学补偿（b）加电压（灰色）ⅠⅡⅢ凸起物（a）不加电压（黑色）液晶分子短轴方向液晶分子长轴方向AB黑色白色灰色3.4MVA技术的显示原理MVA技术的器件结构MVA技术，Multi-DomainVerticalAlignment，多畴垂直排列技术。BDACTFT基板上MVA突出沟槽CF基板上MVA突出沟槽CDAB子像素上区域子像素下区域阵列基板和彩膜基板上分别光刻凸起物V字型三角棱状分成四个畴加电压后分别朝四个方向旋转3.4MVA技术的显示原理四畴模式阵列基板上MVA凸起物彩膜基板上MVA凸起物BACDR子像素G子像素B子像素阵列基板和彩膜基板上的MVA凸起物构成四畴模式；在不同的方向都可以获得非常鲜明的色彩。3.4MVA技术的显示原理MVA技术的显示原理不加电压下，液晶分子在液晶屏内并不全部垂直基板排列；上下偏振片光轴垂直，不加电压下，不透光呈黑态；当加电压后，n型液晶分子垂直电场排列，但由于垂直取向的作用，使得液晶分子在液晶屏内倾斜排列，并趋向于水平。光可以通过各层，透光呈白态。ABAB不加电压加电压3.4MVA技术的显示原理MVA技术的工艺方案玻璃基板投入Gate电极到CELL工程MVA凸起物TFT硅岛源、漏电极钝化及过孔像素电极1次光刻5次光刻BM红色绿色蓝色ITOMVA凸起物玻璃基板PS隔垫物阵列的工艺：采用5+1次光刻的工艺。

彩膜的结构：由玻璃基板、黑矩阵（BM）膜、彩色膜（RGB）、保护膜（OC）、透明导电膜（ITO）、衬垫（PS）、MVA凸起物等7部分组成。3.4MVA技术的显示原理AMVA技术AMVA技术，AdvancedMVA，超广视角MVA技术。友达光电在AMVA技术中采用聚合物稳定取向技术（Polymer-StablizedAlignment，缩写为PSA），去掉了彩膜基板上的凸出物，大幅度地改善了暗态下的漏光。ABABABCDMVA技术和AMVA技术对比3.4MVA技术的显示原理AMVA技术的实现方案(b)取向层液晶分子(a)聚合物单体(d)(c)聚合物液晶材料中加入少许聚合物单体。不加电压，沿摩擦方向排列；加电压，取向层表面附近的液晶分子有一定的预倾角，内部的液晶分子呈现一定的扭曲排列；紫外光照射，使聚酰亚胺取向层表面的液晶分子预倾角固定，且使聚合物单体稳定；不加电压下，液晶分子有序排列，完成液晶分子的再配向。3.5PVA技术的显示原理PVA技术的器件结构PVA技术，PatternedVerticalAlignment，图像垂直排列技术。

PVA技术直接改变了液晶显示器单元像素结构，采用透明的ITO层代替MVA中的凸起物。

PVA型液晶显示器上基板的ITO电极，不再是一个完整的ITO薄膜，而是光刻出一道道平行的缝隙。液晶分子玻璃基板ITO电极偏振片玻璃基板偏振片3.5PVA技术的显示原理PVA技术的显示原理（b）加电压~（a）不加电压液晶分子玻璃基板ITO电极偏振片玻璃基板偏振片不加电压下，液晶分子长轴方向垂直基板表面，不透光呈现暗态；加电压后，液晶分子在交错的ITO电极形成的电场作用下，使液晶分子倾向于水平方向排列；由于双折射产生干涉，透光呈现亮态。3.6ASV技术的显示原理（a）不加电压（关态）（b）加电压（开态）液晶分子子像素共用电极像素电极像素电极共用电极不加电压下，液晶分子垂直基板排列；加电压形成一个对角的电场，液晶分子形成连续火焰状排列。3.7IPS技术的显示原理IPS技术的器件结构θL摩擦方向WCs共用电极像素电极信号电极和共用电极都制作在同一块基板上；利用梳妆数字电极构成单元像素；在共用电极和像素电极之间加上横向电场来控制液晶分子的排列。3.7IPS技术的显示原理p型液晶的IPS技术原理液晶分子始终在平行基板的在水平面方向排列以及旋转;下基板内的摩擦方向与电极方向平行，与上基板内部的摩擦方向垂直。在未加电压下，液晶屏内的液晶分子从上到下扭曲90°排列，不透光，呈现暗态。加电压下，液晶分子沿电场方向排列，透过上偏振片的光经过液晶分子到下偏振片后，与下偏振片的光轴平行，透光，呈现亮态。偏振片偏振片玻璃基板玻璃基板电极1电极2液晶分子未加电压入射光电极1E加电压入射光透射光电极2液晶分子3.7IPS技术的显示原理n型液晶的IPS技术原理偏振片偏振片液晶分子玻璃基板入射光不加电压下玻璃基板透过液晶的光透射光施加的电压施加电压下入射光像素电极共用电极不加电压时,呈现黑态;加电压时，液晶分子倾向与垂直电场方向排列;输出椭圆偏振光，一部分光从上偏振片光轴透出，呈现亮态。3.7IPS技术的显示原理IPS技术的特点1）避免上下基板间的交叉短路2）极好的视角特性3）有硬屏之称IPS屏触摸效果VA屏触摸效果3.8FFS技术的显示原理IPS与FFS技术对比dW像素电极TFT基板彩膜基板横向电场+——Light干扰电场信号线共用电极(金属)L干扰电场信号线共用电极(ITO)横向电场TFT基板彩膜基板像素电极+——L（a）IPS模式（b）FFS模式1）电场不同：FFS模式电极间距小，电场线呈抛物线形状。电极上方有电场，液晶分子也可以旋转，增大了开口率，提高了液晶屏的透光率。IPS模式电极上面没有电场。3.8FFS技术的显示原理IPS与FFS技术对比2）存储电容面积不同：FFS模式第一层ITO的共用电极制作成矩形，第二层像素电极ITO制作成长条形，宽度是3μm，存储电容面积大。IPS模式ITO的像素电极和金属材料的共用电极作为横向电场的正负两个电极，共用电极做成条形结构，存储电容面积小。CsCs共用电极像素电极3.8FFS技术的显示原理IPS与FFS技术对比3）交叉串扰不同：FFS模式的Cs大于IPS模式的Cs。FFS模式总电容CT更大，跳变电压△Vp更小，交叉串扰小。本章小结

广视角技术有：1）膜补偿技术在液晶盒外部粘贴一些各向异性的光学膜的技术；2）MVA技术在阵列基板和彩膜基板依次交错排列V字型三角棱状凸起物；3）PVA技术通过采用透明的ITO层，光刻出依次交错平行的缝隙，代替MVA中的凸起物；4）ASV技术利用电场下液晶分子呈放射状的连续火焰方式排列；5）IPS技术的液晶分子始终在平行基板的平面内旋转；6）FFS技术采用两层ITO薄膜，分别作为横向电场的共用电极和像素电极；7）OCB技术巧妙地排列液晶分子，实现自我补偿广视角的技术。第4章液晶显示器的制屏和模块工艺技术主讲人：王丽娟长春工业大学2013.02.22平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社本章主要内容4.1制屏工艺简介4.2PI取向工艺4.3ODF工艺4.4传统的液晶注入工艺4.5切割工艺4.6贴片工艺4.7模块工艺简介4.9COF工艺4.8COG工艺4.1制屏工艺简介保护膜彩膜偏振片黑矩阵玻璃基板存储电容液晶取向层共用电极像素电极偏振片背光源边框胶隔垫物扩散板导光板反射板分光板TFT驱动ICPCBTCPACF连接处驱动LSI液晶屏TCP背光源模块TFT阵列彩膜玻璃基板玻璃基板4.1制屏工艺简介边框胶及银点胶散布隔垫物及固着真空对盒紫外固化及加热固化切割裂条液晶注入封口再取向PI取向阵列基板彩膜基板贴片模块切割ODF液晶注入边框胶及银点胶散布隔垫物及固着液晶滴下真空对盒紫外固化及加热固化4.2PI取向PI取向的作用有两个主要的作用：液晶分子取向和形成预倾角。玻璃基板取向层液晶分子（1）预倾角为0°施加电压液晶分子旋转方向不同线状的取向缺陷玻璃基板取向层液晶分子（2）预倾角为2°朝一定方向排列施加电压4.2PI取向PI取向的工艺流程4.2PI取向PI前清洗刷洗刷洗红外线干燥紫外照射清洗冷却PI前清洗就是对需要印刷的基板进行清洗，除去污染物，避免对液晶显示器性能造成不良的影响。一般基板上的污染物，主要来源于ITO膜层、TFT阵列等制备工艺、以及玻璃基板的搬运、包装、运输、存储过程。基板流品方向4.2PI取向

刷洗利用刷子去除玻璃基板表面的污垢。超声水洗的过程红外线干燥4.2PI取向

水洗、红外线干燥、紫外线清洗紫外线照射超声水洗：用超纯水在冲击波作用、振动作用、高速喷射三种作用的共同作用下，去除附着在基板上的超微小颗粒。印刷PI基板上图案注入PI网纹辊陶瓷材质网纹辊凹槽PI展开刮刀APR版APR版上图案4.2PI取向PI印刷PI层涂布的方式是采用带有所需要的图形柔性印刷版转印的方式。4.2PI取向PI印刷设备炉体反射板空气散热层加热板玻璃基板排气盒PI预固化和主固化4.2PI取向

摩擦1.摩擦之后在玻璃表面形成沟槽2.利用分子之间的引力达到液晶取向的目的4.3ODF工艺

工艺流程和设备涂边框胶滴液晶散布隔垫物固着点银点胶真空对盒紫外固化加压固化液晶滴下基板液晶滴下机真空对盒4.3ODF工艺

散布隔垫物与固着投料口压送管N2净化的进料器隔垫物材料（a）进料器高速气流SUS配管断面（b）SUS配管（c）散布腔室BSR/G/BITOPIPIITO绝缘+钝化层BMGatePSPS高3~5μm柱形隔垫物（PS）

球形隔垫物（BS）4.3ODF工艺

边框胶及银点胶共用电极

ITO驱动IC取向层隔垫物银点胶边框胶点胶机TFT基板CF基板边框胶使TFT基板和CF基板紧密粘合，切断液晶分子与外界的接触，并维持上下玻璃基板之间的盒厚。银点胶用于连接TFT基板和CF基板的共用电极，使CF基板上ITO电极导通。边框胶＝胶液+玻璃棒（球）银点胶＝胶液+导电球边框胶银点胶辅助线4.3ODF工艺

边框胶及银点胶4.3ODF工艺

液晶滴下液晶瓶注射器喷嘴阀门（a）原点（b）填充位置（c）滴下位置（d）滴下液晶液晶滴下就是在PI涂布和摩擦结束的阵列基板或彩膜基板上指定位置滴下一定量液晶的工艺。用液晶滴下机对液晶的吐出和滴下量进行精确地控制。4.3ODF工艺

真空对盒ESC载台液晶滴边框胶基板真空区域大气压力UV固化UV光UV灯导光板掩膜板衬底载台是在真空条件下，对阵列基板和彩膜基板进行对准（Alignment）及重叠（OverLay）的。UV掩膜板边框胶部分留开口让UV光通过，掩膜板保护液晶屏显示区域不受UV光的照射4.4传统的液晶注入工艺

真空对盒基板台移动部件上基板台下基板台排气管真空腔升降对位摄像头UV固化将涂有边框胶的基板和散布有隔垫物的基板在真空中经过对位后贴合在一起。4.4传统的液晶注入工艺

划片露出的引线区上下切开作液晶注入口信号线扫描线TFT阵列基板划片裂粒液晶注入单个TFT液晶屏液晶槽4.4传统的液晶注入工艺

划片的目的在传统的液晶注入方式中，液晶面板上形成很多粒液晶屏，注入前需要通过切割工艺分离成的单个或者一列液晶盒。抽真空高真空充气常压4.4传统的液晶注入工艺

液晶注入液晶注入常见问题液晶注入是在真空的状态下将液晶利用毛细现象的原理注入到液晶盒内。气压1.加压2.UV封口胶4.UV光照射固化UV光气压气压3.减压及吸入封口胶气压4.4传统的液晶注入工艺

封口注入完液晶的液晶屏要用封口材料将注入口封堵住。1.液晶填充原理传统工艺：利用的毛细现象和内外压力差注入

ODF工艺：利用液晶滴填充2.

成盒方式传统工艺：热压时隔垫物变形量大

ODF工艺：隔垫物能够跟随着变形3.

封口和再取向传统工艺：注入后必须要进行封口

ODF工艺：不需要注入口ODF工艺和传统的液晶注入工艺对比ODF方式液晶热压方式热压（压力+温度）液晶注入加压封口传统工艺ODF工艺4.5切割工艺OLBPAD短路环基板边缘滑轮玻璃滑轮玻璃作用有：1）去除短路环；2）去除棱角处的玻璃毛边的细小裂纹，使玻璃的强度均匀；3）棱角光滑。4.6贴片工艺喷淋水洗最终冲洗风刀卸载屏传送方向CF基板偏振片滚压机TFT基板偏振片贴片工艺就是在切割后的液晶屏外面要贴上偏振片，包括清洗、贴片、加压消泡等工艺。保护膜彩膜偏振片黑矩阵玻璃基板存储电容液晶取向层共用电极像素电极偏振片背光源边框胶隔垫物扩散板导光板反射板分光板TFT驱动ICPCBTCPACF连接处驱动LSI4.7模块工艺简介液晶屏TCP背光源模块TFT阵列彩膜玻璃基板玻璃基板4.7模块工艺简介模块工艺：将液晶屏、驱动电路、柔性线路板（FPC）、印刷电路板（PCB）、背光源、结构件邦定组装在一起的工艺。可以分为：COB工艺、TAB工艺、COG工艺和COF工艺。液晶屏带有源驱动IC的TCP带有栅驱动IC的TCPPCB驱动ICPCB板采用TAB工艺的液晶显示模块COB工艺中邦定IC的PCB板4.8COG工艺液晶屏外引线放大电极焊盘左端右端驱动ICFPCPCB液晶屏液晶屏黑胶COG工艺是采用各向异性导电薄膜ACF和热压焊工艺，将精细间距的驱动IC直接邦定到液晶屏上的工艺。COG工艺流程贴ACFACF贴ACFACF（a）邦定驱动IC驱动IC液晶屏偏振片电极突起电极导电粒子IC芯片绝缘突起电极电极空隙各向异性导电胶膜（ACF）：垂直方向导电水平方向绝缘的性质4.8COG工艺COG工艺流程（e）组装背光源及铁框背光源（f）成品检测（b）邦定FPCFPCPCB（c）邦定PCB（d）检测4.8COG工艺4.9COF工艺偏振片液晶屏背光源电阻和电容驱动IC印刷电路板COF薄膜液晶屏电阻和电容驱动IC印刷电路板COF薄膜COF工艺是将驱动IC邦定到一个柔性电路板上，其他周边组件也可以高度集成的方法与驱动IC一起邦定在柔性电路板上是一种新兴技术。再用ACF将柔性电路板连接到液晶显示屏的外引线处。COF工艺的特点：轻薄短小适应于更大的分辨率线间距很细节省空间COF工艺中制作精细线路方法：减层法、半加层法、加层法。光刻胶聚酰亚胺层金属箔衬底Cr/Cu溅射曝光和显影Cu/Ni/Au蒸镀去胶刻蚀去胶刻蚀涂胶/曝光/显影图形电镀去胶刻蚀（a）减层法（b）半加层法

（c）加层法

4.9COF工艺CSTN模块a-Si(TFT)模块LTPS模块行和列驱动FPC行驱动IC列驱动IC行驱动列驱动液晶显示器模块本章小结制屏工艺：主要有ODF工艺和传统的液晶注入工艺两种。模块工艺：是将液晶屏、驱动电路、柔性线路板（FPC）、印刷电路板（PCB）、背光源等组件邦定组装在一起的工艺。可以分为：COB工艺、TAB工艺、COG工艺和COF工艺。液晶屏TCP背光源模块TFT阵列彩膜玻璃基板玻璃基板第5章有源矩阵液晶显示器的结构主讲人：王丽娟长春工业大学2013年02月10日平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社本章主要内容5.1有源矩阵液晶显示器的结构5.2CCFL背光源5.3LED背光源5.4玻璃基板5.5彩膜5.6阵列的单元像素5.7液晶显示器的驱动原理保护膜彩膜偏振片黑矩阵玻璃基板存储电容液晶取向层共用电极像素电极偏振片背光源边框胶隔垫物扩散板导光板反射板分光板TFT驱动ICPCBTCPACF连接处驱动LSI5.1有源矩阵液晶显示器的结构液晶屏TCP背光源模块TFT阵列彩膜玻璃基板玻璃基板5.2CCFL背光源棱镜组扩散板反射板灯管反射罩棱镜组导光板入射光源扩散板可见光反射器CCFL光导二层反射器反射器漫射板直下式背光源侧置式背光源5.3LED背光源概念的区分LED电视：常见的LED电视是一种采用了LED背光源的液晶电视。LED显示：是一种将数个小LED点阵拼接排列组合起来的显示系统。真LED电视：每个像素都由RGB三种颜色的LED自发光体组成的LED点阵式电视。索尼55英寸的600万个LED发光颗粒的点阵式真LED电视

5.3LED背光源LED背光源结构液晶屏驱动器LED光源橡胶连接器PCBLEDPCB镶边扩散板导光板灯架光学膜片RGB-LED结构LCD屏是高阻器件，如有离子性污染，很容易产生TFTLCD等的性能的下降。不同种类的LCD使用不同种类的玻璃。玻璃的种类有：碱玻璃、低碱玻璃、无碱玻璃。碱玻璃低碱玻璃无碱玻璃化学成分（碱含量）13.57.00软化点（℃）510535593~667热膨胀率（×10-7/k）2.492.362.49~2.78生产方法浮法浮法、拉伸法熔融法、对辊压延法、拉伸法、浮法用途无源矩阵（主要是TN）无源矩阵（主要是STN）有源矩阵（主要是TFT）5.4玻璃基板混色的方法

5.5彩膜加法混色减法混色LCD彩色显示原理

5.5彩膜彩膜阵列液晶TFT阵列背光源紅藍綠黃白紫青DATADRIVERICSCANDRIVERICTFTRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBLCD彩色显示原理

5.5彩膜LCD彩色显示原理

5.5彩膜条型三角型马赛克型ITO保护层彩色层玻璃基板黑色矩阵彩膜的基本结构

5.5彩膜彩膜的工艺流程

5.5彩膜Cr溅射黑矩阵①②Rsub-pixel③Gsub-pixel④Bsub-pixel⑤PassivationandthenITO⑥⑦形成共用电极ITO彩膜的工艺流程

5.5彩膜5.6阵列单元像素玻璃基底绝缘层A-Si:HTFT垂直电极数据线漏电极玻璃基板绝缘层a-Si:HTFT引线电极信号线漏极背光源栅极及扫描线导光板偏振片像素电极源极共用电极彩膜偏振片5.6阵列单元像素n+a-Si源极绝缘层栅线栅极信号线a-Si:H漏极TFT像素电极绝缘层邻栅线存储电容ClcCs彩膜基板TFT阵列基板液晶层液晶层电容GatelineSourcelinePixelActivedrainsourcegateTFTin3D5.6阵列单元像素5.7液晶显示器的驱动原理段码式七段式下电极和共用电极1011011开态共用电极段码电极T0+V0段码电极共用电极液晶像素段+V+V-V0开态关态静态驱动的典型波形要实现n段显示，就需要有n+1个引线电极5.7液晶显示器的驱动原理无源矩阵Y1Y2Y3Y4Y5Y6X1

X2

X3

X4

X5

X6X7一个基板的电极光刻成N行，另一基板的电极光刻成M列；形成了N×M的矩阵点阵开态T/N（N-1）T/NC1C2R1R2R3关态像素点阵驱动电压当行电极的扫描信号和列电极的数据信号在某一时刻同相时，行列交叉的像素为关态，显示白色；反相时，像素为开态，显示黑色。5.7液晶显示器的驱动原理无源矩阵无源矩阵液晶显示器的等效电路扫描电极信号电极X1﹕Xi﹕XnY1…Yj…Ym

5.7液晶显示器的驱动原理交叉串扰5.7液晶显示器的驱动原理交叉串扰不完全关态不完全开态实际驱动电压理想驱动电压（a）（b）时间延迟引起的交叉串扰（a）理想的显示状态（b）实际的显示状态5.7液晶显示器的驱动原理有源矩阵液晶显示器的驱动X1﹕Xi﹕Xn扫描电极信号电极ClcCsY1…Yj…Ym

行电极逐行选通列电极同时施加时序信号信号电压对液晶像素电容和存储电容充电存储电容放电维持画面显示完成一帧后，重复上述过程。5.7液晶显示器的驱动原理驱动波形VoffsetVsig.c△VpVpVcomVg△VpVsig写入特性保持特性0第n帧第n+1帧写入特性保持特性馈入特性5.7液晶显示器的驱动原理~

有源矩阵驱动就是采用薄膜晶体管

Thin-Film-Transistor驱动的液晶显示器。~

显示的每一个像素可以用薄膜晶体管单独控制，避免了交叉串扰。薄膜晶体管驱动的特点TFT：开关器件，当栅极加电，源漏加电，沟道之间有电流流过。5.7液晶显示器的驱动原理等效电路TFTClcCs彩膜基板TFT阵列基板液晶层液晶层电容液晶层ClcTFTCs电开关和光开关5.7液晶显示器的驱动原理电开关：TFT光开关：液晶LC像素电极ITOa-Si:HTFT漏极源极栅极绝缘层栅线栅线共用电极+-+电开关和光开关5.7液晶显示器的驱动原理有了薄膜晶体管的电开关，可以很好地避免交叉串绕，可以实现高对比度、高分辨率的显示。栅线信号线drain电流流通像素背光源透光LC+-+5.7液晶显示器的驱动原理高对比度和快速开关响应该行选通信号5.7液晶显示器的驱动原理

~低功耗~高对比度~高分辨率有源矩阵驱动5.7液晶显示器的驱动原理无源驱动法有源驱动法ScanDriverDataDriverClcCsCsCsClcClcClcCsCsCsClcClcClcCsCsCsClcClc…像素像素像素像素像素像素像素像素像素C1C2CMR1R2RN…本章小结有源矩阵液晶显示器的结构:

由阵列基板、彩膜基板、液晶屏部分、驱动IC和周边组件部分，以及背光源组成。背光源：主要有CCFL背光源和LED背光源。玻璃基板：碱玻璃、低碱玻璃、无碱玻璃。阵列基板：最常用的是非晶硅薄膜晶体管阵列，每一个像素都由栅极、绝缘层、a-Si:H有源层、n+a-Si欧姆接触层、源极、漏极、像素电极、扫描线、信号线、引线电极、存储电容组成。彩膜基板：由玻璃基板、彩色层、黑矩阵、保护层、及ITO共用电极组成。利用红、绿、蓝三色彩膜层的加法混色法获得到需要的各种色彩。液晶显示器的驱动原理：无源矩阵和有源矩阵第6章薄膜晶体管的工作原理主讲人：王丽娟长春工业大学2013年02月10日平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社本章主要内容6.1薄膜晶体管的半导体基础6.2MOS场效应晶体管6.3薄膜晶体管的工作原理6.4薄膜晶体管的直流特性6.5薄膜晶体管的主要参数本征半导体及杂质半导体能带、施主与受主载流子及散射电导现象、迁移率、电导率6.1TFT的半导体基础本征半导体自由电子空穴共价键SiSiSiSi本征半导体中自由电子和空穴的形成本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。6.1TFT的半导体基础SiSi空穴移动方向

电子移动方向

外电场方向SiSiSiSiSi本征半导体可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。6.1TFT的半导体基础n型半导体和p型半导体SiSiSiSiSiSiSiP多余价电子SiSiSiSiSiSiSiB空位B空穴价电子填补空位自由电子的数量大大增加N型半导体空穴的数量大大增加P型半导体6.1TFT的半导体基础费米能级6.1TFT的半导体基础p型半导体n型半导体本征半导体EcEvEFEiEcEvEFEiEcEvEFEi本征半导体，费米能级居于禁带中央；n型半导体，费米能级在禁带中心线之上；p型半导体，费米能级在禁带中心线之下。载流子及散射运载电荷而引起电流的是导带电子与价带空穴——称为载流子。载流子不断受到振动着的原子、杂质和缺陷等不完整性的碰撞，使得它们运动的速度发生无规则的改变，——称为散射。6.1TFT的半导体基础电导现象RI在半导体样品两端加电压，其内部则产生电场。载流子被电场所加速进行漂移运动，在半导体中引起一定电流，这就是电导现象。6.1TFT的半导体基础电导率空穴和电子的速度：

vp=pE（空穴）

vn=nE（电子）空穴和电子的电导率：p=qpp

（空穴）n=qnn

（电子）电导率：反映半导体材料导电能力的物理量。它由载流子密度和迁移率来决定。6.1TFT的半导体基础迁移率迁移率(cm2/Vs)：不仅反映导电能力的强弱，而且直接决定载流子漂移和扩散运动的快慢。载流子在电场中的漂移速度：

vd=[(±q)/m*]E=E上式表明，载流子的漂移速度与外电场平行，且成比例。比例系数通常称为载流子的迁移率。6.1TFT的半导体基础小结1.非晶硅薄膜晶体管——

2.薄膜晶体管的能带——3.主导薄膜晶体管的半导体现象——4.影响薄膜晶体管性质参数——弱n型半导体电导现象迁移率费米能级接近禁带中心在禁带中心线之上6.1TFT的半导体基础n型衬底两个p区SiO2绝缘层金属铝P型导电沟道6.2MOS场效应晶体管晶体管双极型晶体管

场效应晶体管JFETMOSFET——TFTRsRDSiO2图9n沟道MOSFET构造p+p+ntypeSi衬底栅源漏p-MOSFETp-MOSFET晶体管垂直方向——

水平方向——电导器件栅控器件dn型硅P+P+n-0P+P+p-06.2MOS场效应晶体管MOS结构相当于一个电容金属与半导体之间加电压在金属与半导体相对的两个表面上就充上等量异号的电荷在金属一侧，分布在一个原子层厚度内在半导体一侧，分布在空间电荷区金属绝缘层半导体欧姆接触dn型硅6.2MOS场效应晶体管MIS结构定义金属绝缘层半导体欧姆接触Vg＞0dn型硅Vg＜0d++++n型硅Vg<<0d++++n型硅(a)积累(b)耗尽(c)反型6.2MOS场效应晶体管MIS结构表面电荷的变化当Vs=0，Vd<0时：Vg=0，pn结反偏

Vg>0，电子积累，pn结反偏RsRDSiO2图9n沟道MOSFET构造p+p+ntypeSi衬底栅源漏-电流很小关态6.2MOS场效应晶体管MOSFET工作原理当Vs=0，Vd<0时：Vg<0，空穴反型

pn结连在一起，形成导电沟道RsRDSiO2图9n沟道MOSFET构造p+p+ntypeSi衬底栅源漏--电流很大开态6.2MOS场效应晶体管MOSFET工作原理MOSFET工作原理小结1.TFT属于半导体器件中——2.MOSFET表现开关作用依靠的电极是——3.MOSFET表现电导现象依靠的电极是——4.MOSFET导电沟道是——5.MOSFET关态作用决定于——MOS场效应晶体管栅极源、漏电极反型层导电pn结的反偏状态6.2MOS场效应晶体管6.3薄膜晶体管的工作原理TFT与MOSFET结构上的差别RsRDSiO2图9n沟道MOSFET构造p+p+ntypeSi衬底栅源漏非晶硅半导体材料的特点42131非晶硅中有大量的缺陷（1.悬键；2.弱键；3.空位；4.微孔）6.3薄膜晶体管的工作原理非晶硅半导体材料的特点扩展态局域态ECEC'E导带价带EECEVg(E)ECEVEAEBEFEg(E)(a)(b)(c)局域态扩展态扩展态扩展态6.3薄膜晶体管的工作原理TFT的工作原理VG=0VG>0glassGateInsulatora-Si:HSourceDrain++++++------glassGateInsulatora-Si:HSourceDrainVG<0glassGateInsulatora-Si:HSourceDrain------VS=0VD>06.3薄膜晶体管的工作原理饱和区夹断夹断区沟道区线性区线性区饱和区输出特性曲线6.3薄膜晶体管的工作原理线性区Gradualchannelapproximation当VDS很小时，漏源之间存在贯穿全沟道的导电的N型沟道。当VDS增加时，栅极与漏极的电位差减少，在接近漏极处，沟道电荷逐渐减少；6.4薄膜晶体管的直流特性当VDS=Vsat时，在漏极处沟道电荷为零，这时沟道开始夹断；当VDS继续增大，增加的电压将降落到夹断区上，夹断区是已耗尽空穴的空间电荷区，对沟道电流没有贡献。6.4薄膜晶体管的直流特性饱和区yxz转移特性曲线线性区饱和区亚阈值区截止区6.4薄膜晶体管的直流特性截止区亚阈值区饱和区线性区迁移率和阈值电压6.4薄膜晶体管的直流特性利用饱和区的漏极电流公式，对转移特性曲线做IDS1/2~VGS曲线，对直线段进行拟合，从外推曲线斜率可以提取出迁移率μ和阈值电压VTH。亚阈值区6.4薄膜晶体管的直流特性(V/dec)亚阈值斜率（S）可以从对数坐标下的转移特性曲线中提取。在对数坐标下，对亚阈值区进行直线拟合，拟合的直线斜率为B，亚阈值斜率S为直线斜率的倒数S参数小结迁移率

μ，从IDS1/2

对VGS

图提取;阈值电压VTH，从IDS1/2

对VGS

图提取;开关比Ion/Ioff，

从

LogIDS

对VGS

图提取;亚阈值斜率S，从LogIDS

对VGS

图提取;半导体类型，P-沟道

或

n-沟道也可以从IDS-VDSorIDS-VGS

图获得.6.4薄膜晶体管的直流特性第7章薄膜晶体管的

结构及设计长春工业大学王丽娟2013年02月10日平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社1817.1a-Si:HTFT结构概述7.2背沟道刻蚀结构的a-Si:HTFT7.3背沟道保护结构的a-Si:HTFT