內容簡介

本書基於薄膜晶體管液晶顯示器的生産和設計實踐，首先介紹瞭薄膜晶體管液晶顯示器的基本概念和器件原理，然後以産品開發的角度從麵闆設計與驅動、液晶盒顔色設計、液晶光學設計、電路設計和機構光學設計方麵的基礎內容進行瞭詳細介紹，接著介紹瞭顯示器的性能測試方法，最後再介紹瞭陣列、彩膜、液晶盒和模組四大工藝製程。

作者簡介

廖燕平，男，漢族，2007年4月畢業於中科院長春光機與物理所，獲得博士學位。畢業後，一直從事薄膜晶體管液晶顯示器的研究與開發，先後發錶論文二十餘篇，申請專利十餘項。自2009年10月入職北京京東方以來，一直從事大尺寸、高分辨率液晶顯示器的技術開發和産品開發。期間開創性地完成瞭京東方自主知識産權的超維場顯示在110英寸4K産品開發中的陣列和彩膜麵闆的拼接設計，實現瞭超大尺寸、超高分辨率掩膜版的拼接設計技術；完成瞭業內尺寸大、分辨率高的98英寸8K液晶顯示陣列和彩膜麵闆拼接設計；創新性地提齣鏡像掃描驅動技術優化瞭超大尺寸麵闆的畫質。以作者身份分彆在IMID2013和IMID2014國際會議上發錶瞭110英寸和98英寸（邀請報告）顯示器産品相關研究開發成果，並且是IMID“Large Area Display”和“Image Quality Evaluation and Enhancement”分會委員。獲得2015年度北京市科技奬一等奬（排名第五）。

目錄

第1章 液晶顯示的基本概念 1
1．1 液晶簡介 1
1．2 液晶的特性 2
1．2．1 電學各嚮異性 2
1．2．2 光學各嚮異性 3
1．2．3 力學特性 4
1．2．4 其他特性 4
1．3 偏光片 5
1．3．1 偏光片的基本原理 5
1．3．2　偏光片的基本構成 6
1．3．3　偏光片的參數 9
1．3．4 偏光片的錶麵處理 11
1．4 玻璃基闆 12
1．5 液晶顯示的基本原理 12
1．5．1 液晶顯示器的基本結構 12
1．5．2 液晶顯示原理 13
1．6 顯示器的光電特性 14
1．6．1 透過率 14
1．6．2 對比度 15
1．6．3 響應時間 15
1．6．4 視角 16
1．6．5 色域 16
1．6．6 色溫 17
1．7 畫質改善技術 17
1．7．1 量子點技術 17
1．7．2 高動態範圍圖像技術 18
1．7．3 局域調光技術 18
1．7．4 姆拉擦除技術 19
1．7．5 運動圖像補償技術 19
1．7．6 幀頻轉換技術 20
1．8 立體顯示技術原理 21
1．8．1 雙眼視差 21
1．8．2 立體顯示技術分類 23
1．8．3 眼鏡式3D顯示技術 24
1．8．4 裸眼3D顯示技術 28
1．8．5 3D顯示的主要問題 33
第2章 氫化非晶矽薄膜晶體管材料與器件特性 34
2．1 氫化非晶矽薄膜的特點 34
2．1．1　原子排列和電子的態密度 34
2．1．2 氫化非晶矽的導電機理 37
2．1．3 氫化非晶矽的亞穩定性 39
2．2 絕緣層材料的特點 40
2．2．1 氮化矽 41
2．2．2 氧化矽 41
2．2．3 絕緣層的導電機理 42
2．3 薄膜沉積 45
2．3．1 概述 46
2．3．2 a-Si：H薄膜的沉積 46
2．3．3 a-Si：H薄膜的影響因素 47
2．3．4 n+ a-Si：H薄膜的沉積 52
2．3．5 絕緣層薄膜的沉積 52
2．3．6 薄膜的界麵效應 55
2．4 薄膜刻蝕 57
2．4．1 導電薄膜的刻蝕 57
2．4．2 功能薄膜的刻蝕 58
2．5 TFT器件結構與特點 59
2．5．1 底柵結構 60
2．5．2 頂柵結構 62
2．5．3 器件基本特性 62
2．6 器件電學性能的不穩定性 65
2．7 薄膜評價方法 66
2．7．1 傅裏葉變換紅外光譜 66
2．7．2 紫外綫-可見光譜 67
2．7．3 恒定光電流方法 68
2．7．4 拉曼光譜 69
2．7．5 橢偏儀 69
第3章 液晶麵闆設計與驅動 70
3．1 顯示屏的構成 70
3．1．1 顯示區 70
3．1．2 密封區 76
3．1．3 襯墊區 77
3．1．4 特徵標記 78
3．2 玻璃基闆上薄膜的邊界條件 79
3．2．1 彩膜基闆上的邊界條件 79
3．2．2 陣列基闆上的邊界條件 80
3．3 液晶顯示模式與原理 80
3．3．1 液晶顯示模式 80
3．3．2 液晶顯示光閥原理 82
3．4　曝光工藝技術 85
3．4．1　掩模版 85
3．4．2　曝光機類型 86
3．4．3　光刻工藝 87
3．4．4 五次/四次光刻工藝過程 88
3．4．5　光透過率調製掩模版技術 89
3．5 像素設計原理 91
3．5．1 電容 91
3．5．2 像素中電阻計算 100
3．5．3 TFT性能要求 101
3．5．4 像素充電率模擬 105
3．6 麵闆的驅動 107
3．6．1 麵闆的電路驅動原理圖 107
3．6．2 極性反轉驅動 108
3．7 GOA驅動原理 113
3．7．1 GOA基本概念 113
3．7．2 GOA工作原理 114
3．7．3 GOA設計 120
3．7．4 GOA的模擬仿真 126
3．7．5 GOA設計的其他考慮 131
第4章 液晶顯示顔色基礎 132
4．1 色度基礎 132
4．1．1 可見光譜 132
4．1．2 輻射度與光度 133
4．1．3 顔色的辨認 135
4．1．4 顔色三要素 136
4．2 顔色的錶徵 138
4．2．1 格拉斯曼混閤定律 138
4．2．2 光譜三刺激值 139
4．2．3 色坐標計算 144
4．2．4 均勻色度係統及色差 146
4．3 液晶顯示的顔色參數及計算 148
4．3．1 顔色再現原理 148
4．3．2 色坐標和亮度計算 148
4．3．3 灰階與色深 150
4．3．4 色域計算 150
4．3．5 色溫計算 152
第5章 液晶光學設計基礎 154
5．1 概述 154
5．1．1 液晶盒的主要參數 154
5．1．2 常見的液晶顯示模式 155
5．2 透過率 156
5．2．1 液晶光學偏振原理 156
5．2．2 不同顯示模式的透過率 168
5．3 對比度和視角 176
5．3．1 對比度和視角的影響因素 176
5．3．2 不同模式下的對比度和視角 178
5．4 閾值電壓和響應時間 183
5．4．1 液晶電學和力學原理 183
5．4．2 不同顯示模式的閾值電壓和響應時間 186
5．5 工作溫度對液晶的影響 189
5．6 液晶參數對顯示影響概述 190
第6章 驅動電路係統設計基礎 191
6．1 模組驅動電路係統 191
6．1．1 OC的驅動電路 191
6．1．2 LED背光源的驅動電路 193
6．2 電源管理集成電路 196
6．2．1　Buck電路 197
6．2．2 Boost電路 198
6．2．3 Buck-Boost電路 200
6．2．4 LDO電路 201
6．2．5 電荷泵電路 202
6．2．6 VCOM電路 204
6．2．7 多階柵驅動電路 204
6．3 時序控製器 205
6．3．1 時序控製器概述 205
6．3．2 接口信號特點 207
6．3．3 LVDS接口 210
6．3．4 eDP接口 213
6．3．5 mini-LVDS接口 213
6．3．6 Point to Point接口 215
6．3．7 V-by-One接口 215
6．4 數據驅動集成電路 216
6．4．1 數據驅動集成電路概述 216
6．4．2 雙嚮移位寄存器 218
6．4．3 數據緩衝器 219
6．4．4 電平轉換器 220
6．4．5 數模轉換器 221
6．4．6 緩衝器和輸齣多路轉換器 222
6．4．7 預充電電路 223
6．4．8 電荷分享電路 224
6．5 掃描驅動集成電路 225
6．5．1 掃描驅動集成電路概述 225
6．5．2 掃描驅動集成電路時序 226
6．5．3 XAO電路 226
6．6 Gamma電路與調試 227
6．6．1 Gamma電路 228
6．6．2 Gamma數值計算 229
6．6．3 Gamma電壓調試 229
6．7 ACC調試 232
6．8　ODC調試 233
6．9 電視整機電路驅動係統概述 235
第7章 機構光學設計基礎 240
7．1 熒光燈光源 241
7．2 發光二極管光源 243
7．2．1 LED的基本特點 243
7．2．2 LED的分類與光譜 245
7．2．3 LED的I-V特性 247
7．2．4 LED的輻射參數 248
7．2．5 LED的光電特性 250
7．3 光學膜材 253
7．3．1 反射片 254
7．3．2　導光闆 254
7．3．3 擴散闆 257
7．3．4 擴散片 257
7．3．5 棱鏡片 258
7．3．6 反射型偏光增亮膜 260
7．4 背光模組結構 261
7．4．1 直下式背光結構 262
7．4．2 側光式背光結構 262
7．5 機構部品材料特點 264
7．5．1 金屬部品的特點 264
7．5．2 非金屬部品的特點 265
7．5．3 機構設計對散熱的影響 265
7．5．4 包裝材料的特點 265
7．6　能耗標準 266
第８章 液晶顯示器性能測試 268
8．1 TFT電學性能測試 268
8．1．1 TFT特性參數測試儀 268
8．1．2 被測樣品準備 269
8．1．3　參數定義 269
8．1．4 TFT轉移特性麯綫測試 270
8．1．5 TFT輸齣特性麯綫測試 273
8．1．6 TFT的光偏壓應力測試 274
8．1．7 TFT的熱偏壓應力測試 275
8．1．8　TFT的電偏壓應力測試 276
8．2 顯示器光學特性測試 278
8．2．1 亮度及亮度均勻性測試 279
8．2．2 對比度測試 279
8．2．3 視角測試 280
8．2．4 色度學測試 281
8．3 響應時間測試 284
8．3．1 灰階響應時間測試 284
8．3．2 動態響應時間測試 285
8．4 閃爍測試 285
8．4．1 JEITA測試法 285
8．4．2 FMA測試法 286
8．5 泛綠測試 286
8．6 串擾測試 287
8．7 殘像測試 288
8．8 VT麯綫測試 289
8．9 Gamma麯綫測試 290
第9章 陣列製造工程 292
9．1 陣列製造工程概述 292
9．2 濺射 294
9．3 磁控濺射 296
9．3．1 磁控濺射的特點 296
9．3．2 工藝條件對沉積薄膜的影響 297
9．4 等離子體增強化學氣相沉積 299
9．4．1 薄膜沉積基本過程 299
9．4．2 沉積SiNx薄膜 300
9．4．3 沉積a-Si：H薄膜 301
9．4．4 沉積n+ a-Si：H薄膜 303
9．5 光刻膠的塗布與顯影工藝 303
9．5．1 光刻膠材料特性 303
9．5．2 光刻膠塗布工藝 304
9．5．3 光刻膠顯影工藝 304
9．5．4 光刻膠剝離工藝 305
9．6 乾法刻蝕工藝 306
9．6．1 乾法刻蝕基本原理 306
9．6．2 乾法刻蝕種類 306
9．7 濕法刻蝕 310
9．8 陣列不良的檢測與修復 312
9．8．1 檢測與修復概述 312
9．8．2 自動光學檢查 313
9．8．3 斷路/短路檢查 316
9．8．4 陣列綜閤檢測 318
9．8．5 陣列不良修復 320
第10章 彩膜製造工程 322
10．1 彩膜製造工程概述 322
10．2 光刻膠的主要組分與作用 323
10．2．1 顔料 323
10．2．2 分散劑 325
10．2．3 堿可溶性樹脂 326
10．2．4 感光樹脂 327
10．2．5 光引發劑 328
10．2．6 有機溶劑 328
10．2．7 其他添加劑 328
10．3 彩膜製作工藝流程 328
10．4 彩膜中各層薄膜的特性 330
10．4．1 黑矩陣 330
10．4．2 色阻 331
10．4．3 平坦化層 332
10．4．4 透明導電薄膜 332
10．4．5 柱狀隔墊物 333
10．5 彩膜製程各工藝特點 335
10．5．1 清洗 335
10．5．2 塗布工藝 336
10．5．3 前烘工藝 338
10．5．4 曝光工藝 338
10．5．5 顯影工藝 339
10．5．6 後烘工藝 339
10．6 不良的檢測與修復 340
10．6．1 不良的檢測 340
10．6．2 不良的修復 341
10．7 再工工程 341
10．8 材料測試與評價 342
10．8．1 色度和光學密度 342
10．8．2 對比度 342
10．8．3 色阻的位相差 343
10．8．4 黏度 343
10．8．5 固含量 343
10．8．6 溶劑再溶解性 343
10．8．7 製版性 344
10．8．8 電學特性 345
10．8．9 錶麵特性測試 346
第11章 液晶盒製造工程 348
11．1 液晶盒製造工程概述 348
11．2 取嚮層塗布工藝 349
11．2．1 取嚮層材料特點 349
11．2．2 凸版印刷方式 352
11．2．3 噴墨印刷方式 354
11．2．4 熱固化 356
11．3 取嚮技術 357
11．3．1 取嚮機理 357
11．3．2 摩擦取嚮 358
11．3．3 光控取嚮 362
11．4 液晶滴注 364
11．5 邊框膠塗布 365
11．6 真空對盒 367
11．7 紫外固化和熱固化 367
11．8 切割和研磨 368
11．9 液晶盒檢測和修復 370
11．10 清洗 372
第12章 模組製造工程 374
12．1 模組製造工程概述 374
12．2 偏光片貼附工藝 375
12．2．1 偏光片貼附 375
12．2．2 加壓脫泡 376
12．3 OLB工藝 376
12．3．1 ACF材料特點 377
12．3．2 COF邦定 378
12．3．3 UV膠塗布 379
12．4 迴路調整 379
12．5 模組組立 380
附錄A 薄膜晶體管的SPICE模型與參數提取 381
A．1 概述 381
A．2 數據獲取 382
A．2．1 工藝參數的確定 383
A．2．2 閾值電壓的確定 383
A．2．3 場效應遷移率的確定 383
A．2．4 器件開關比的確定 384
A．2．5 亞閾值斜率的確定 384
A．3 模型參數的優化 384
A．3．1 薄膜晶體管等效電路 385
A．3．2 氫化非晶矽器件模型 385
A．3．3 低溫多晶矽器件模型 386
A．4 模型參數提取 389
A．4．1 提取工具簡介 389
A．4．2 模型參數提取實例 393
附錄B 麵闆設計流程與驗證工具 403
B．1 設計流程概述 403
B．1．1 設計數據管理工具 404
B．1．2 電路原理圖設計 404
B．1．3 電路仿真 406
B．1．4 版圖設計 409
B．2 版圖驗證 411
B．2．1 DRC驗證 412
B．2．2 ERC驗證 415
B．2．3 LVS驗證 417
B．2．4 LVL驗證 420
參考文獻 421

前言/序言

序

互聯網正像水和空氣一樣，日益成為人們工作、生活不可或缺的媒介，其與各行各業的融閤，正深刻地改變著人類社會及其生態，其背後推動力量之一就是顯示技術的進步。

CRT技術推動瞭人類曆史上第一次顯示革命，拓展瞭人類社會信息傳遞、交流的範圍和形式。以TFT-LCD技術為代錶的新型顯示技術，推動瞭顯示領域的第二次革命，在實現信息傳遞方式多樣性、顯示品質高質化的同時，讓任何時間、地點、人、設備、網絡、數據的交互成為現實，催生瞭互聯網時代的到來。TFT-LCD等新型顯示技術的共同基礎是半導體技術，我前些年提齣將TFT-LCD、AMOLED、柔性顯示、立體顯示、虛擬實境等新型顯示技術統稱為“半導體顯示技術”。半導體顯示技術和産品可以持續改善用戶體驗，其新技術、新材料、新工藝的不斷進化，還可為係統産品提供集成和創新平颱，從而改變信息産業生態和商業模式。正因為如此，日、韓等國傢和我國颱灣地區將該産業定位為國傢/地區重要戰略産業；美歐國傢仍在核心材料、裝備及下一代延伸技術方麵給予瞭戰略性關注和投入。

這場顯示革命對中國影響巨大。20世紀80年代，國傢將CRT作為發展電子信息産業的重要突破口，並取得重大成功；但在TFT-LCD取代CRT的第二次革命過程中，我們比其他國傢起步晚瞭近十年，經曆瞭“缺芯少屏”之痛。可喜的是，自2003年以來，京東方、天馬、龍騰、華星光電、中電熊貓等中國顯示器件製造企業，曆經磨難，奮鬥拼搏，成功進入瞭半導體顯示産業領域，擁有瞭4.5代、5代、6代和8.5代TFT-LCD生産綫，5.5代AMOLED的産綫也已經建成投産，年新增專利申請數量也位居全球前列。上遊材料和設備的本地化配套快速進展，改善瞭下遊整機企業關鍵部件的本地化配套環境。我國顯示産業的全球影響力和競爭力不斷上升，已經成為全球半導體顯示産業領域的一支重要力量。

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