第01章 平板显示技术简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,显示与成像技术,教材,平板显示技术基础,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,一种永远坚持的刻苦精神,知识，在大家四年的生活中，已经装了满腹，那么我要给大家的是信心和勇气。坚持做到六个不要：,不要自私,不要抱怨,不要借口,不要自满,不要放弃,不要拖延,新东方教育科技集团总裁 俞敏洪,一颗永远超越的心,京东方科技集团股份有限公司,上海天马微电子有限公司,信利半导体有限公司,国内的,TFT-LCD,产业迅猛发展，,追台赶韩超日,的趋势越发明显。,国内产业人士为此感到振奋！,主讲内容,韩国,LG2009,横滨光电展示,4.3,英寸,Flexible AMOLED,日本,NHK,和夏普开发,85,英寸,TFT-LCD,AMOLED,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,http:/,，技术在线,http:/en.wikipedia.org,，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（,Cathode Ray Tube, CRT,）,等离子体显示器（,Plasma Display Panel, PDP,）,场致发射显示器（,Field Emission Display, FED,）,真空荧光显示器（,Vacuum Fluorescence Display, VFD,）,电致发光显示器（,Electroluminescent Display, ELD,）,发光二极管显示器（,Light Emitting Diode, LED,）,有机发光二极管显示器（,Organic Light Emitting Diode, OLED,）,液晶显示器（,Liquid Crystal Display, LCD,）,电致变色显示器（,Electrochromism,Display, 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。,P,N,发光二极管的材料,:,主要是,-,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：,主动发光，发光强度大。,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。,响应速度快。,LED,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,CRT,LCD,OLED,LED,PDP,VFD,EL,FED,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%,150300cd/m,2,3000cd/m,2,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/m,2,）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%,RED,GRN,BLU,Red,Green,Blue,GRN,RED,BLU,Green,Red,Blue,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：,BM on Array,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,BM on Array,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,BM on Array,设计,BM on Array,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,45m,。开口率比较小。,BM on Array,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,BM on Array,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。,V,1,V,2,V,3,液晶外加电压（,V,）,V,3,V,2,V,1,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,，,Pixels per inch,，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,960640,，约,330ppi,名称,缩写,分辨率,长宽比,Quarter Common Intermediate Format,QCIF,176144,11:9,Quarter Common Intermediate Format Plus,QCIF+,176220,11:9,Quarter Video Graphics Array,QVGA,320240,4:3,Color Graphics Adapter,CGA,320200,16:10,Enhanced Graphics Adapter,EGA,640350,64:35,Video Graphics Array,VGA,640480,4:3,Super Video Graphics Array,SVGA,800600,4:3,eXtended,Graphics Array,XGA,1024768,4:3,Engineering Work Station,EWS,1152900,32:25,Super,eXtended,Graphics Array,SXGA,12801024,5:4,Ultra,eXtended,Graphics Array,UXGA,16001200,4:3,Full High Definition TV,FHD,19201080,16:9,Quadrable,eXtended,Graphics Array,QXGA,20401536,4:3,1.4,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,10.4VGA,（,640480,像素）屏，长宽比为,4:3,，计算的像素间距大约为,330,。即：,横向：（,10.42. 540.8,）, 640,0.03302 c,330m,纵向：（,10.42. 540.6,）, 480,0.03302 c,330m,m,：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,300mm400mm,，可切割,10.4,显示屏,2,块。,厂商,厂址,玻璃基板尺寸,(,mmmm,),产线世代,月产能,(K),投产状况,备注,信利,汕尾,400500,2.5,50,量产,2007,年,Q4,投产,龙腾光电,昆山,11001300,5,110,量产,2006,年,Q3,投产,深超光电,深圳,12001300,5.5,100,量产,2009,年,Q1,投产,中电熊猫,南京,15001800,6,80,量产,2011,年,Q2,投产,深天马,上海,11001300,5,92,量产,深天马托管,成都、武汉,730920,4.5,30,量产,2010,年,Q2,投产,京东方,成都,730920,4.5,30,量产,2009,年,Q3,投产,北京,11001300,5,97,量产,2005,年,Q1,投产,合肥,15001800,6,90,量产,2010,年,Q4,投产,北京,22002500,8.5,90,量产,2011,年,Q3,投产,华星光电,深圳,22002500,8.5,100,量产,2011,年,Q4,投产,三星,苏州,18702200,7.5,100,已开工,待定,LGD,广州,21602400,8,120,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,150,0,1850,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,