TFT-LCD、LTPS和OLED技术课件.pptx

1、显示原理模型显示原理模型开关光源 显示原理模型显示单元由控制开关和显示光源组成。第一次变形第二次变形第三次变形第四次变形一、一、LCD显示技术显示技术开关光源显示驱动开关液晶显示单元LCD显示模型第一次变形背光源偏光片液晶彩色滤光片偏光片液晶显示单元结构偏光片原理 偏光片有个固定的偏光轴。偏光片的作用就是只允许振动方向与偏光轴方向一致的光通过，而振动方向与偏光轴垂直的光被吸收。 偏光片就像“百叶窗”，可以控制光线的通过。偏光片 液晶(扭曲向列型液晶)偏光片1、控制液晶器件上的电压，可以控制液晶分子的扭曲程度，2、光线传输方向随液晶分子一起扭转，故可以通过控制电压，从而控制液晶器件的光透过率。液

2、晶显示原理彩色滤光片原理 彩色滤光膜的R、G、B三基色按一定图案排列，并与TFT基板上的TFT子象素一一对应（注意：一个象素由三个子象素组成）。 背光源发出的白光，经滤光膜后变成相应的R、G、B色光。通过TFT阵列可以调节加在各个子象素上的电压值，从而改变各色光的透射强度。不同强度的RGB色光混合在一起，就实现了彩色显示。色料色料着色方法着色方法成膜方法成膜方法制造名称制造名称染料染色光学微影单层法(染色法)多层法染料分散光学微影蚀刻法彩色感光材料法印刷其他喷墨(Ink Jet)法颜料颜料分散光学微影蚀刻法彩色感光材料法转印法印刷凹版印刷法平版印刷法网版印刷法电镀光学微影其他电子照相法激光烧成

3、法 彩色滤光片制造方法的分类 LCD显示器结构 液晶面板由背光板，偏光片、玻璃基板、TFT、彩色滤光片、溅射板、反射板等组成。玻璃基板偏光片漫射板溅射图案偏光片玻璃基板彩色滤光片液晶TFT反射板冷阴极灯管导光板冷阴极灯管选通点(子像素)LCD内部结构无钠玻璃数据线偏光片薄膜晶体管透明显示电极透明普通电极光线过滤层无钠玻璃偏光镜存储电容扩散体LCD显示器结构二、二、OLED显示技术显示技术开关光源显示驱动开关OLED 显示光源OLED显示模型第二次变形OLED概念： OLED(Organic Light-Emitting Diode),即有机发光二极管。 OLED是指有机半导体材料和发光材料在电

4、场驱动下，通过载流子 注入和复合导致发光的现象。1947年美籍华裔教授邓青云在实验室中发现了有机发光二极体，也就是OLED，由此展开了对OLED的研究。1987年邓青云教授和Van Slyke 采用了超薄膜技术，用透明导电膜作阳极，Alq3作发光层，三芳胺作空穴传输层，Mg/Ag 合金作阴极，制成了双层有机电致发光器件。1990年Burroughes 等人发现了以共轭高分子PPV为发光层的OLED，从此在全世界范围内掀起了OLED 研究的热潮。 邓教授被称为“OLED之父”，“沃尔夫”化学奖获得者，2014与诺贝尔奖失之交臂。OLED发展史 OLED的阳极为薄而透明的铟锡氧化物(ITO)，阴极

5、为金属组合物，而将有机材料层(包括电洞传输层、发光层、电子传输层等)包夹在其中。接通电流，阳极的电洞与阴极的电荷就会在发光层结合，发出光亮。根据包夹在其中的有机材料的不同，会发出不同颜色的光。 小分子发光材料小分子发光材料(SMOLED)大分子发光材料大分子发光材料(POLED)发光效率15lm/W20lm/W加工方法真空热蒸发旋涂或喷涂(或喷墨印刷)优点容易彩色化，制作过程简单且稳定，材料合成及提纯较为容易设备成本低，器件构造简单，耐热性较好缺点设备成本较高，对湿气的抵抗性较差，蒸发效率低造成材料浪费，热稳定性与机械性能较差，驱动电压较高彩色化比较困难，科研开发进展缓慢OLED按发光材料分子

6、大小分为小分子OLED和高分子OLED。LCD和OLED结构对比背景灯偏光片玻璃板液晶玻璃板偏光片彩色滤光片背景灯发出的光线穿过/不穿过液晶体，然后由滤光片处理彩色像素。有机发光二极管能自动发光，只要向电极中输入电压，激活层就可产生所需要的彩色光。负极(金属)正极空穴传输层玻璃板光线电子传输层TFT和OLED显示效果对比性性 能能OLEDLCD发光机制自行发光，不需要背光需要背光显示亮度亮度高，可在阳光下显示亮度低，很难在阳光下使用反应速度很快，以微秒计，比LCD快1000倍很慢，以毫秒计会产生“拖影”现象显示失真很小很大，有水平和垂直视角失真视角所有方向都可超过160度有限制，尤其是垂直方向

7、厚度可以小于2mm至少1cm以上柔软性用塑料基板可以做成能够弯曲的柔性显示面板不能做成可弯曲显示面板耗电极省，40寸彩电耗电80-100瓦采用CCFL背光的40寸彩电耗电290瓦成本低，比LCD低20% 以上高寿命低，目前约5千小时寿命长，1万-5万小时OLED和LCD性能对比三、三、TFT技术技术开关光源晶体管开关第三次变形晶体管开关Transistor变成英文变薄变成薄膜薄膜Transistor变成英文Thin Film TransistorTFT薄膜晶体管 TFT概念 TFT（Thin Film Transistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来

8、驱动。薄膜晶体管是一种绝缘栅场效应晶体管。 T(Transistor)是指晶体管。晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流。 在TFT中的晶体管均为场效应晶体管，简称“场效应管”。 晶体管及TFT结构保护膜半导体层(非晶硅)漏极源极像素电极(ITO)栅极绝缘膜栅极非晶硅TFT液晶屏的基本构造硅Si(Silicon)硅（台湾、香港称矽x）是一种化学元素，它的化学符号是Si。原子序数14，相对原子质量28.0855。在单晶硅中掺入微量的第III

9、A族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型硅半导体。硅是制作半导体元件的重要材料。原子结构图分子结构图硅外观图硅的分类1、硅分为有晶体硅和非晶硅两种同素异形体。2、晶体硅分为单晶硅和多晶硅。3、多晶硅按照制程温度分为低温多晶硅和高温多晶硅。硅Si晶体硅非晶硅-Si单晶硅C-Si多晶硅P-Si低温多晶硅LTPS高温多晶硅HTPS硅分类图：a-SiP-Si非晶硅和多晶硅晶向图硅结构电子迁移率应用像素开关驱动电路存储器非晶硅TFT结构LTPS TFT结构底栅顶栅结构应用制程7层CMOS4-5层NMOS垂直结构的a-Si:H TFT LTPS工艺部分非晶硅TFT、氧化物和低温多晶硅T

10、FT对比表CellCell工程工程ModuleModule工程工程信号基板驱动IC PanelBLULCD Module连接电路保护板检查检查装配装配绑定绑定LCD Panel液晶滴下液晶滴下真空贴合真空贴合 切割切割CFTFT基板TFTTFT工程工程成成膜膜膜Glass基板PR涂布涂布曝曝光光Mask現像現像刻蚀刻蚀剥离剥离TFT基板重复Glass基板TFT面板制作流程OLED面板制作流程四、有源阵列显示技术四、有源阵列显示技术第四次变形88像素矩阵有源矩阵驱动有源矩阵驱动无源驱动法有源驱动法Scan DriverData DriverClcCsCsCsClcClcClcCsCsCsClcC

11、lcClcCsCsCsClcClc像素 像素像素像素 像素像素像素 像素像素C1C2CMR1R2RN 低功耗低功耗 高对比度高对比度 高分辨率高分辨率矩阵驱动方式有源矩阵驱动结构无源矩阵驱动结构控制信号数据线像素栅极行信号列信号玻璃基板阴极阳极发光层阴极列信号阳极单色OLED行信号uPMOLED在阴极和阳极线交叉处是OLED发光的像素区。在ITO阳极加上正电压，金属阴极上加负电压，交叉点像素就会有电流通过发光。u缺点：非选通像素上的等效电容和电极间的漏电，会引起脉冲信号在电极间的串扰，导致交叉串扰现象，显示图像失真。 无源矩阵驱动方式玻璃基板TFT像素电极电子传输层发光层空穴传输层有机层阴极封

12、装层或盖板 AMOLED是采用薄膜晶体管驱动的有机发光显示器，优点是：1）同一画面的各个像素是同时发光，发光亮度高、寿命长；2）各个像素独立控制，驱动电压也降低，耗电少，适合大面积显示；3）避免交叉串扰。有源矩阵驱动方式主动式驱动(有源驱动AMOLED) 有源驱动属于静态驱动方式，可独立控制每个像素的发光，易于实现高亮度和高分辨率。OLED驱动方式被动式驱动(无源驱动 PMOLED) 分为静态驱动电路和动态驱动电路，静态容易出现交叉效应而动态则有占空比的问题，且驱动电压高，不适合用在大尺寸与高分辨率面板上玻璃基底绝缘层A-Si:H TFT垂直电极数据线漏电极玻璃基板绝缘层a-Si:H TFT引

13、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阵列单元像素结构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阵列单元像素结构等效电路TFTClcCs彩膜基板TFT 阵列基板液晶层液晶层电容液晶层ClcTFTCs等效电路有源矩阵液晶显示器的驱动显示颜色的形成颜色颜色颜色值颜色值R(红色)0-255G(绿色)0-255B(蓝色)0-255共可现实1678万种颜色人眼可识别13-18万种颜色颜色显示模式-RGB模式人眼对空间的分辨距离约为0.1mm，而像素三原色间距小于0.1mm,故

14、可以看到三原色的混色。 动态画面的形成 人之所以可以看到连续动态的画面是利用了人的“视觉暂留”原理。人的视觉暂留时间是0.1-0.4秒，极限为0.025秒。而显示器的扫描周期周期低于0.1秒，故可以可以看到连续的画面。(电影每秒24帧，每帧1/24秒； 电视每秒60帧以上，每帧1/60秒。)tF = 16.7mstg (gate on time)G0G1G2G3+V1+V2V3offoffoffonononoffoffoffoffoffoffCst有源阵列扫描总总 结结LCD：液晶显示。液晶面板由背光板、偏光片、玻璃基板、TFT、彩色滤光片等组成。由电压控制液晶分子的扭转角度来控制液晶显示。OLED:有机发光二极管 ，显示器的另一种显示方式。由二极管发光进行显示。 TFT：薄膜晶体管。 作为像素显示的开关，组成像素控制电路。-S和LTPS：非晶硅和低温多晶硅，均为硅按照部分分类方法得到的子类。为TFT像素开关 源极和漏极之间的半导体材料。低温多晶硅的电子迁移率显著高于非晶硅。液晶显示器的驱动原理：无源矩阵和有源矩阵。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。