发光材料与显示技术课件：11 液晶显示器件（第一章）.ppt

1、 光可以看作是由一些微小的波构成的。这些波光可以看作是由一些微小的波构成的。这些波可以在任何一个平面上振动。在一个特定的光束中，可以在任何一个平面上振动。在一个特定的光束中，有些波可以上下动，有些波左右振动，有些波则沿有些波可以上下动，有些波左右振动，有些波则沿对角方向振动。它们的波动方向可能均匀地分布在对角方向振动。它们的波动方向可能均匀地分布在所有各个方向上，没有一个振动平面占优势或者在所有各个方向上，没有一个振动平面占优势或者在光波中比其他平面占有更大的份额光波中比其他平面占有更大的份额普通的太阳普通的太阳光或电灯泡的光都是这样光或电灯泡的光都是这样。 当偏振光通过含有某种不对称分子的溶

2、液时，当偏振光通过含有某种不对称分子的溶液时，它的振动平面会被扭转一个角度。化学家根据这它的振动平面会被扭转一个角度。化学家根据这种扭转的方向和角度的大小，就能够对这种分子种扭转的方向和角度的大小，就能够对这种分子的真实结构作出许多推断，特别是对于有机化合的真实结构作出许多推断，特别是对于有机化合物的分子更是如此。正因为这样，偏振光对于化物的分子更是如此。正因为这样，偏振光对于化学理论来说，一直是极其重要的。学理论来说，一直是极其重要的。 偏振片由二向色性材料制成偏振片由二向色性材料制成. . 当光波通过偏振片当光波通过偏振片时时, , 其中正交偏振分量之一被偏振片强烈吸收其中正交偏振分量之一

3、被偏振片强烈吸收, , 而而对另一分量则吸收较弱对另一分量则吸收较弱, , 因此可以用偏振片将自然因此可以用偏振片将自然光转换为线偏振光光转换为线偏振光. . 和偏振棱镜相比和偏振棱镜相比, , 它容许入射它容许入射角大角大, , 且可以制成较大孔径且可以制成较大孔径. . 由于偏振片对能量选由于偏振片对能量选择吸收择吸收, , 因此它不能应用在大功率场合。因此它不能应用在大功率场合。 v什么是液晶？实际上是物质的一种形态，也有人称其为物质的。v液晶分为两大类：和。前者要溶解在水或有机溶剂中才显示出液晶态，后者则要在一定的温度范围内才呈现出液晶状态。v作为显示技术显示技术应用的液晶都是。v1.

4、 互变相变（可逆相变）v2. 单变相变v向列相液晶（Nematic）又称丝状液晶 向列液晶在偏光显微镜下的图。v近晶相液晶（Smectic）又称层状液晶 隧道显微镜下的近晶相层状液晶v近晶相液晶按层状排列，由棒状或条状分子呈二维有序排列组成。层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜排列。层与层之间的作用较弱，容易滑动，因此具有二维的流动特性。近晶相液晶的粘度与表面张力都较大，用手摸有似肥皂的滑涩感，对外界的电、磁、温度变化都不敏感。这种液晶光学上显示正的双折射性。 v胆甾相液晶（胆甾相液晶（Cholestevic），也称螺旋状液晶），也称螺旋状液晶 胆甾型液晶和近晶型一样具有层

5、胆甾型液晶和近晶型一样具有层状结构，但层内分子排列则与向状结构，但层内分子排列则与向列型液晶类似，分子长轴在层内列型液晶类似，分子长轴在层内是相互平行的，而在垂直这个平是相互平行的，而在垂直这个平面上，每层分子都会旋转一个角面上，每层分子都会旋转一个角度。度。 液晶整体呈螺旋结构。螺距的长液晶整体呈螺旋结构。螺距的长度是可见光波长的数量级。度是可见光波长的数量级。由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以是左旋，由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以是左旋，也可以是右旋，当螺距与某一波长接近时，会引起也可以是右旋，当螺距与某一波长接近时，会引起这个波长光的布拉格散射，呈某一种色彩。这个波长光的布拉格散

6、射，呈某一种色彩。胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强度的电胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，由于温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随由于温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随温度改变颜色。温度改变颜色。 由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性，所以具有以下光学特性： 1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转； 2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化； 3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。v液晶材料在施

7、加电场（电流）时，其光学性质会发生变化，这种效应称为液晶的电光效应液晶的电光效应。v液晶的电光效应在液晶显示器的设计中被广泛采用。目前发现的电光效应种类很多，产生电光效应的机理也较为复杂，但就其本质来讲都是液晶分子在电场作用下改变其分子排列或造成分子变形的结果。)(GH（PC）（TN）宾主效应相转变效应扭曲向列效应混合排列相畸变效应排列相畸变效应电场效应存储效应动态散射效应电流效应电光效应v属第一代液晶显示器件。它是最常见的一种液晶显示器件。v将两块涂有导电透明电极氧化锢锡In2O3-SnO2（简称ITO）薄膜的玻璃板中间夹有向列相液晶，厚度约为数微米。v玻璃基板表面做平行取向处理，即涂敷一层

8、聚酰亚胺聚合物薄膜，用摩擦的方法在表面开成方向一致的微细沟糟。在保证两块基板上沟糟方向正交的前提下，形成一个间隙为几个微米的液晶盒。v由于内表面涂有定向层膜，在盒内液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于两片玻璃内表面定向层定向处理的方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈90扭曲，这就是扭曲向列液晶器件名称的由来。 v当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在外电场作用时，由线偏光经过扭曲向列液晶的旋光特性决定，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋转了90的偏振光可以通过。因此呈透光态。v在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不

9、能得到旋转，因而在出射处不能通过检偏片，呈暗态。 图图b.标准的标准的TNLCD 当液晶层 不施任何电压降不施任何电压降 时，液晶是在它的初时，液晶是在它的初始状态，会把入射光的方向始状态，会把入射光的方向扭转扭转9090度度，因此让背光源，因此让背光源的的入射光能够通过入射光能够通过整个结构。整个结构。 当液晶层当液晶层施以某一电压差施以某一电压差，液晶会改变它的初始，液晶会改变它的初始状态，使液晶的排列状态，使液晶的排列方向不扭转方向不扭转，而不改变光的极化，而不改变光的极化方向，因此经过液晶的光会被第二层偏极片吸收而整方向，因此经过液晶的光会被第二层偏极片吸收而整个结构呈现个结构呈现不透

10、光的状态不透光的状态。用用TN-LCD制作的常用液晶显示器件制作的常用液晶显示器件v 19711971年瑞士人发明了扭曲向列型年瑞士人发明了扭曲向列型(TN)(TN)液晶显示器液晶显示器, ,日本厂日本厂家使家使TN-LCDTN-LCD技术逐步成熟，又因制造成本和价格低廉，使技术逐步成熟，又因制造成本和价格低廉，使其在七八十年代得以大量生产，从而成为主流产品。在其在七八十年代得以大量生产，从而成为主流产品。在1979 1979 年年19841984年间，其产量年均增长年间，其产量年均增长38%,38%,成本年递减成本年递减18%18%，销售额年增长销售额年增长12%12%，这使，这使LCDLC

11、D在显示器件领域的地位仅次于在显示器件领域的地位仅次于CRTCRT。LCDLCD的高速发展引起了世界电子业界的极大关注的高速发展引起了世界电子业界的极大关注, ,对对LCDLCD技术研究投入的力量和资金与日俱增。技术研究投入的力量和资金与日俱增。v TN-LCDTN-LCD的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及低路数的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及低路数（1616线以下）驱动的简单字符显示。线以下）驱动的简单字符显示。 v第二代液晶显示器件。顾名思义，第二代液晶显示器件。顾名思义，“超扭曲超扭曲”即即扭曲角大于扭曲角大于9090。 vTNTN型液晶显示器件缺点：型液晶显示器件缺点： 电光

12、响应前沿不够陡峭，电光响应前沿不够陡峭， 反应速度慢，反应速度慢， 阈值效应不明显。阈值效应不明显。 使得大量显示和视频显示等受到了限制。使得大量显示和视频显示等受到了限制。 图图TN-LCD响应速度响应速度v8080年代初，人们经过理论分析和实验发现，只要年代初，人们经过理论分析和实验发现，只要将分子的扭曲角增加到将分子的扭曲角增加到180180270270时，就可大大时，就可大大提高电光特性的响应速度。提高电光特性的响应速度。v随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达到到270270时，斜率达到无究大。时，斜率达到无究大。v曲线斜率的提高可以允许

13、多路驱动，且可获得敏曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可获得敏锐的锐度和宽的视角。锐的锐度和宽的视角。 图图STN-LCD中中间层分子的倾斜角中中间层分子的倾斜角彩色滤光片的结构彩色滤光片的结构彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色的滤片，彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素( (点点) )是由三种颜色的单元或称为子像素所组成。是由三种颜色的单元或称为子像素所组成。这也代表说，假如有一块面板的分辨率为这也代表说，假如有一块面板的分辨率为1280X10241280X1024，则它实际拥有，则它实际拥有3840X10

14、243840X1024个子像素。个子像素。v 19851985年年19901990年年,LCD,LCD销售额年均增长率达销售额年均增长率达32%32%。此阶段发。此阶段发展最快的是展最快的是STN-LCD,STN-LCD,它从发明到批量生产仅用了五年时它从发明到批量生产仅用了五年时间。间。v 由于由于STN-LCDSTN-LCD具有扫描线多、视角较宽、对比度好等特具有扫描线多、视角较宽、对比度好等特点点 , ,很快在大信息容量显示的膝上型、笔记本型、掌上很快在大信息容量显示的膝上型、笔记本型、掌上型微机及中英文打字机、图形处理机、电子翻译机及其型微机及中英文打字机、图形处理机、电子翻译机及其它

15、办公和通信设备（手机）中获得广泛应用它办公和通信设备（手机）中获得广泛应用, ,并成为该时并成为该时代的主流产品。代的主流产品。v 19901990年销售额年销售额1515亿美元亿美元, ,占整个占整个LCDLCD市场的市场的83%83%。 TFTTFT（Thin Film TransistorThin Film Transistor）即薄膜）即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。它可以的一种。它可以“主动地主动地”对屏幕上的各个对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这样可以大大提高反独立的像素进行控制，这样可以大大提高反应时间。一般应时间。一般

16、TFTTFT的反应时间比较快，约的反应时间比较快，约8080毫毫秒，而且可视角度大，一般可达到秒，而且可视角度大，一般可达到130130度左右，度左右，主要运用在高端产品。主要运用在高端产品。 图图TFT液晶显示器件的电极排布液晶显示器件的电极排布TFT彩色滤光片的结构彩色滤光片的结构彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色的滤片，彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素(点点)是由三种颜色的单元或称为子像素所组成。是由三种颜色的单元或称为子像素所组成。个个15.1吋的液晶显示器吋的液晶显示器(分辨率为分辨率为1024

17、x768)其其点距为点距为0.0118英吋英吋(0.3mm)；而；而18.1吋的液晶吋的液晶显示器显示器(分辨率为分辨率为1280 x1024)其点距为其点距为0.01英英吋吋(0.28mm)。图图一个一个TFT像素。每个子像素的左上角像素。每个子像素的左上角(灰色矩形灰色矩形)为不透为不透光的光的薄膜晶体管薄膜晶体管，彩色滤光片能产生，彩色滤光片能产生RGB三原色。三原色。显示器的点距越小，分辨率也就越高。然而，显示器的点距越小，分辨率也就越高。然而，因为显示器的可视范围有限，一旦扩展分辨率，因为显示器的可视范围有限，一旦扩展分辨率，则透光率势必降低。如一个则透光率势必降低。如一个15吋的显

18、示器吋的显示器(对角对角长度为长度为38cm)，点距为，点距为0.0118英吋英吋(0.297mm)，当分辨率增加为，当分辨率增加为1280 x1024时，则每个像素的透光量减少而变得无意义。时，则每个像素的透光量减少而变得无意义。VFD3.5%Others1.1%PDP4.4%a-TFT LCD (10)50.7%2001年年a-TFT LCD (10)61%OLED1.5%Microdisplay3.2%TN/STN LCD5.8%LTPS-TFT LCD8.1%a-TFT LCD (10)8.7%PDP10.0%Others0.3%VFD1.4%2006年年 它是多晶硅技术的一个分支。对

19、它是多晶硅技术的一个分支。对LCD显示器来说，采用多晶硅液晶显示器来说，采用多晶硅液晶材料有许多优点，如薄膜电路可以做得更薄更小、功耗更低等等。但在材料有许多优点，如薄膜电路可以做得更薄更小、功耗更低等等。但在多晶硅技术发展的初期，为了将玻璃基板从非晶硅结构（多晶硅技术发展的初期，为了将玻璃基板从非晶硅结构（a-Si）转变为）转变为多晶硅结构，就必须借助一道激光退火（多晶硅结构，就必须借助一道激光退火（Laser Anneal）的高温氧化工）的高温氧化工序，此时玻璃基板的温度将超过摄氏序，此时玻璃基板的温度将超过摄氏1000度。众所周知，普通玻璃在此度。众所周知，普通玻璃在此高温下就会软化熔融

20、，根本无法正常使用，而只有石英玻璃才能够经受高温下就会软化熔融，根本无法正常使用，而只有石英玻璃才能够经受这样的高温处理。而石英玻璃不仅价格昂贵且尺寸都较小，无法作为显这样的高温处理。而石英玻璃不仅价格昂贵且尺寸都较小，无法作为显示器的面板，厂商很自然选择了廉价的非晶硅材料（示器的面板，厂商很自然选择了廉价的非晶硅材料（a-Si）。不过，业）。不过，业界并没有因此放弃努力，发展低温多晶硅技术成为共识，在经过多年的界并没有因此放弃努力，发展低温多晶硅技术成为共识，在经过多年的努力之后，低温多晶硅终于逐步走入现实。与传统的高温多晶硅相比，努力之后，低温多晶硅终于逐步走入现实。与传统的高温多晶硅相比

21、，低温多晶硅虽然也需要激光照射工序，但它采用的是准分子激光作为热低温多晶硅虽然也需要激光照射工序，但它采用的是准分子激光作为热源，激光经过透射系统后，会产生能量均匀分布的激光束并被投射于非源，激光经过透射系统后，会产生能量均匀分布的激光束并被投射于非晶硅结构的玻璃基板上，当非晶硅结构的玻璃基板吸收准分子激光的能晶硅结构的玻璃基板上，当非晶硅结构的玻璃基板吸收准分子激光的能量后，就会转变成为多晶硅结构。由于整个处理过程是在摄氏量后，就会转变成为多晶硅结构。由于整个处理过程是在摄氏500-600度以下完成，普通的玻璃基板也可承受，这就大大降低了制造成本，将度以下完成，普通的玻璃基板也可承受，这就大

22、大降低了制造成本，将多晶硅技术引入多晶硅技术引入LCD显示器领域也就完全可行。显示器领域也就完全可行。电子移动速度电子移动速度 80 cm2/V.S 0.5cm2/V.S像素尺寸像素尺寸 50m 150mTFT与与元件面积比元件面积比 1 2驱动驱动IC电路电路 可做在玻璃基板上 外接生产优良率生产优良率 差 佳备注备注 新生技术 成熟期产品技术 薄膜晶体管的结构与制程非常复杂，包含了许多化学材料及薄膜晶体管的结构与制程非常复杂，包含了许多化学材料及非常薄的玻璃基板，所以生产的过程中发生瑕疵的机会相当大。非常薄的玻璃基板，所以生产的过程中发生瑕疵的机会相当大。非常薄的晶体管被用来控制三原色非常

23、薄的晶体管被用来控制三原色(RGB)子像素的明亮程度以显子像素的明亮程度以显示不同的色彩，故线宽必须被控制地相当精准。薄膜晶体管的量示不同的色彩，故线宽必须被控制地相当精准。薄膜晶体管的量产也与制程成品率有关。虽然产也与制程成品率有关。虽然LCD厂一直对厂一直对TFT的成品率做改善，的成品率做改善，但一个不变的定理是但一个不变的定理是: 小尺寸的液晶模块比较容易制造而且成品小尺寸的液晶模块比较容易制造而且成品率较高。所以率较高。所以LCD厂一直在思考到底是生产大尺吋厂一直在思考到底是生产大尺吋(15吋以上吋以上)的的薄膜晶体管液晶显示器或者是拿来生产笔记本电脑需要的小尺吋薄膜晶体管液晶显示器或

24、者是拿来生产笔记本电脑需要的小尺吋面板模块面板模块(12.1吋吋) 哪者会比较划算。在同一块玻璃基板上，大哪者会比较划算。在同一块玻璃基板上，大尺寸面板能切出的片数较少，成品率也低，但单价极高；小尺寸尺寸面板能切出的片数较少，成品率也低，但单价极高；小尺寸能切出较多块的面板，成品率高，但单价较低。能切出较多块的面板，成品率高，但单价较低。 对比对比 像素误差像素误差 在商场看着很好的液晶电视，为什么买回家以后看电视的效果反而觉得还不如以前的CRT电视了呢? 造成这种现象的原因在于在商场购买时，消费者看到的是播放演示碟的效果，画面肯定不会有问题，而液晶电视16:9的显示比例和普通电视信号4:3的

25、比例在纵横比上有差异，收看普通电视信号时，液晶电视一般有两种显示方法，一种是按照4:3的方式显示，那么显示屏幕上就不得不用一大段黑边来填补画面尺寸对比不同带来的差距，另外一种方式就是使用转换计算，把4:3的画面模拟转换为16:9的画面，这种做法肯定会造成我们收看时画面效果下降，所以在收看普通电视信号时，液晶电视效果不如传统CRT电视是正常的。 建物/設備9.93%其他14.90%販售經費6.39%其他C ell材2.82%偏光板7.47%人事6.4%材材料料62.82%靶材0. 70%玻璃3.07%彩色濾光片16. 60%驅動IC10.33%背光模組11.59%其他模組材料10.23%R &

26、D5.32%Highn 液晶液晶Low n 液晶液晶反射式反射式LCD用液晶用液晶Fast response time广视广视角膜角膜新偏光板新偏光板导导光板光板扩散扩散板板增亮膜增亮膜整合型光學基板整合型光學基板抗反射及防炫材料抗反射及防炫材料Inject printing高彩度材料高彩度材料彩色光阻彩色光阻剂剂光配向材料光配向材料視訊用配向材料視訊用配向材料Inject Printing製程配向製程配向材料材料无机无机配向材料及配向材料及技术技术ODF制程制程用封裝材用封裝材TAB及及COF材料材料Selant for flexible display类玻璃类玻璃材料材料ITO取代材料取代材料OLED,PLED.CNT-FED,OTFT等材料等材料中国液晶行业发展概况中国液晶行业发展概况(1999-2004)