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01 第01章 平板显示技术简介.pptx

页数:32页文件大小:1.97 MB来源: 平板显示技术基础ppt课件

本课件为课程第1章,沿信息时代需求、显示技术代际演进与显示器分类三条主线展开,逐一讲解CRT、PDP、FED、LED等器件的结构与原理,并系统梳理响应时间、亮度、开口率、对比度与灰度、分辨率等显示器性能参数的计算与含义。

《平板显示技术基础》教材封面,标示课程名称与显示成像技术的授课主题
课程引言页,引述俞敏洪寄语并列出不要自私、抱怨、借口、自满、放弃、拖延六条学习态度
国内平板显示产业概览页,列举京东方、上海天马微电子与信利半导体,说明国内TFT-LCD产业追台赶韩超日
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第1页:平板显示技术基础封面

教材名称
《平板显示技术基础》,属显示与成像技术课程系列教材。
课程主题
围绕TFT-LCD、AMOLED与新型显示技术展开,覆盖显示原理、器件结构与工艺制程。

第2页:课程寄语:六个不要

课程开篇以俞敏洪的一段寄语勉励学生:在掌握专业知识的同时,更要保持信心与勇气。

  • 不要自私
  • 不要抱怨
  • 不要借口
  • 不要自满
  • 不要放弃
  • 不要拖延

第3页:国内TFT-LCD产业发展

本页以京东方科技集团、上海天马微电子、信利半导体等企业为例,说明国内TFT-LCD产业正在迅猛发展,呈现出追台赶韩超日的趋势。

第4页:课程主讲内容框架

主讲内容分为三大板块,并配以韩国LG 4.3英寸柔性AMOLED、日本NHK与夏普85英寸TFT-LCD等展品作为导入案例。

  • TFT-LCD技术:液晶显示技术、广视角技术、薄膜晶体管技术
  • AMOLED技术:有机发光显示技术、有源矩阵有机发光显示技术
  • 新型显示技术:3D技术、触摸屏技术

第5页:参考书目与学习资源

课程推荐教材与参考网站如下:

  • 《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、维基百科等网络资源

第6页:京东方110英寸超高清显示屏

京东方推出110英寸全球最大尺寸超高清显示屏,集多项先进技术于一身:

  • 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

第7页:通信代际与手机显示演进

信息时代移动通信代际更替,带动终端显示需求不断升级:

  • 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

第8页:四代显示技术的演进

  • 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

CRT中电子枪距阳极很远、体积庞大;进入平板显示后屏幕变得非常薄,并发展出三星柔性AMOLED、52英寸裸眼3D液晶显示器等产品。

第9页:显示器的四种分类方式

按显示图像的方式分
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。

页面同时配有三片式LCD投影显示与头盔显示器等空间成像型显示器示意图。

第10页:直视型显示器分类一览

直视型显示器是当前主流,按发光方式分为两类:

  • 主动发光型:等离子体显示器PDP、场致发射显示器FED、真空荧光显示器VFD、电致发光显示器ELD、发光二极管显示器LED、有机发光二极管显示器OLED
  • 非主动发光型:液晶显示器LCD、电致变色显示器ECD

阴极射线管显示器CRT则属于另一形态分支。

第11页:阴极射线管显示器结构与原理

CRT由电子枪、偏转线圈、阴罩、荧光粉层和圆锥形玻壳五大部分组成。

原理:电子枪发出高能电子束,经聚焦、调控后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颜色与亮度,接受信号扫描后形成影像。

第12页:等离子体显示器结构与原理

PDP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。

主要结构包括玻璃基板、扫描电极、信号电极、介质层、MgO保护层、障壁与R/G/B荧光粉层。

第13页:等离子体显示器的优缺点

  • 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

第14页:场致发射显示器结构与特点

FED是用冷阴极在高电场作用下发射电子,轰击涂覆在阳极上的荧光粉使其发光的显示器件。

  • FED是阵列型发生源
  • 冷阴极发射
  • 平板显示

器件由阴极发射阵列、栅极孔、尖锥栅极、聚焦极、隔垫物、阳极、黑矩阵等构成。

第15页:场致发射显示原理

  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,尖锥阴极尖端产生很强的电场,电子在强电场下由于隧道效应从金属内部穿出进入真空;
  3. 上基板阳极加高电压,电子加速获得能量轰击荧光粉,得到高亮度发光。

第16页:发光二极管的材料与发光色

发光二极管是一种电流注入型半导体发光器件,为pn结结构,改变半导体材料与掺入杂质可发出不同颜色的可见光。

  • GaAs:红外光
  • GaP:ZnO:红光
  • GaP:N:绿光、黄光
  • GaAs与GaP混晶
  • GaAs与AlAs混晶

说明:原文半导体族别写作“Ⅴ族化合物”,按标准表述应为“Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料”,本页已按标准值补全。

第17页:LED拼接显示方式

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。

说明:本页源文件提取到的文字极少,主体为示意图,要点已按图注概括,建议对照原图补充。

第18页:LED显示的优缺点

  • 优点:主动发光,发光强度大;工作电压低约2V,正向偏置工作稳定、工作温度范围宽、寿命可达10万小时;响应速度快;是200英寸以上超大屏幕显示的唯一方式
  • 缺点:电流大、功耗大

第19页:各类平板显示器性能对比表

各种平板显示器性能的对比:下表按十一项特性对八类器件进行评级。

各种平板显示器性能对比表
类型特性FEDELVFDPDPLEDOLEDLCDCRT
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————————

图例:◎非常好;○好;△普通;×需要改善。

说明:源文件在“成本”一行未提取到对应的评级符号,本表以“—”占位,待对照原图补充。

第20页:响应时间的定义

响应时间
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。

页面同时给出施加电压与透过率的对应曲线,标出上升时间与下降时间,并对比响应时间快与响应时间长时的拖尾现象。

第21页:亮度定义与光路损耗

亮度
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,单位为坎德拉/平方米(cd/m2)或尼特(nit)。

背光源亮度约3000cd/m2,经偏振片(45%)、彩膜、开口率(50%~80%)、ITO电极(95%)等环节逐层衰减,最终出光亮度约150~300cd/m2,其中偏振片一项损耗最大。

第22页:开口率的定义

开口率
像素的光通过部分面积与像素总面积的比例。

像素结构中包含栅极、源极、TFT、存储电容与像素电极等不透光的元件,普通开口率约55%,超大开口率可达80%。

第23页:提高开口率的两种途径

  • 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。

配图对比了通常设计与两种新设计下黑矩阵、信号线、像素电极交叠区的变化。

第24页: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,对盒时为遮挡信号线及线间距,像素电极上需保留4~5μm的交叠区,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;对盒时像素电极上不用再交叠,开口率提高,上基板也可保留黑矩阵遮挡散射光。

第25页:有机膜绝缘层设计

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,使信号线和像素电极制作在不同层内。
  • 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一定宽度的线间距,对盒时还需一定交叠;
  • 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,像素电极可制作得更大并与信号线垂直方向交叠,黑矩阵变小,开口率明显提高。

第26页:对比度与灰度级

对比度
显示器的最大亮度与最小亮度的比值,用CR表示,即CR=Lmax/Lmin。
灰度
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。

液晶显示中,三个外加电压V1、V2、V3对应的画面亮度分别是白、灰、黑,可实现8级灰度显示。

第27页:分辨率与PPI

分辨率
显示器能够分辨出图像最小细节的能力,平板显示用屏幕上纵横排列点的总数表示。
PPI
Pixels per inch,每英寸所拥有的像素数目,数值越高画面细节越丰富。

计算公式:ppi=√(行数²+列数²)÷画面尺寸(英寸)。例如苹果iPhone4屏幕为3.5英寸、分辨率960×640,约330ppi。

说明:源文件公式中的平方运算因字符转换显示异常,本页已按标准公式还原为√(行数²+列数²)÷画面尺寸。

第28页:显示分辨率规格对照表

常见显示分辨率规格:下表按分辨率由低到高排列。

显示分辨率规格对照表
长宽比分辨率缩写名称
11:9176×144QCIFQuarter Common Intermediate Format
11:9176×220QCIF+Quarter Common Intermediate Format Plus
4:3320×240QVGAQuarter Video Graphics Array
16:10320×200CGAColor Graphics Adapter
64:35640×350EGAEnhanced Graphics Adapter
4:3640×480VGAVideo Graphics Array
4:3800×600SVGASuper Video Graphics Array
4:31024×768XGAeXtended Graphics Array
32:251152×900EWSEngineering WorkStation
5:41280×1024SXGASuper eXtended Graphics Array
4:31600×1200UXGAUltra eXtended Graphics Array
16:91920×1080FHDFull High Definition TV
4:32048×1536QXGAQuadrable eXtended Graphics Array

第29页:画面尺寸与像素间距

长宽比
显示画面横方向尺寸和纵方向尺寸的比,如4:3。
画面尺寸
显示区域对角线的长度,如10.4英寸指显示区对角线长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计算得出。

计算示例:10.4英寸VGA(640×480)屏,长宽比4:3,横向与纵向像素间距均约330μm。

横向像素间距=m×2.54×c/√(c²+d²)÷横向像素数;纵向像素间距=m×2.54×d/√(c²+d²)÷纵向像素数,其中m为画面尺寸(英寸),c:d为长宽比。

第30页:国内液晶产线世代统计表

产线世代:基板尺寸的大小决定生产线使用的设备型号,也决定着产线世代。第一代生产线玻璃基板尺寸为300mm×400mm,可切割10.4英寸显示屏2块。

国内液晶面板产线世代统计表
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400×5002.5502007年Q4投产量产
龙腾光电昆山1100×130051102006年Q3投产量产
深超光电深圳1200×13005.51002009年Q1投产量产
中电熊猫南京1500×18006802011年Q2投产量产
深天马上海1100×1300592深天马托管量产
京东方成都、武汉730×9204.5302010年Q2投产量产
京东方成都730×9204.5302009年Q3投产量产
京东方北京1100×13005972005年Q1投产量产
京东方合肥1500×18006902010年Q4投产量产
京东方北京2200×25008.5902011年Q3投产量产
华星光电深圳2200×25008.51002011年Q4投产量产
三星苏州1870×22007.5100待定已开工
LGD广州2160×24008120待定已开工

说明:原文在“成都、武汉”一行未标注厂商名称,本表依据上下文(相邻行及同世代线归属)补为京东方,建议对照原图核对。

第31页:G6玻璃基板的切割能力

6代线(G6)玻璃基板尺寸达1500×1850毫米,一片G6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。

页面同时给出G3.5(2000年)、G6(2004年)、G7(2006年)的基板尺寸演进示意。

说明:本页G6基板尺寸写作1500×1850毫米,与上一页统计表中南京、合肥厂址的1500×1800毫米存在差异,两者均按原文保留,建议对照原图确认。

第32页:第1章本章小结

  • 显示技术的发展:第一代显示是阴极射线管显示器(CRT),第二代是液晶显示器(LCD),第三代是有机发光显示器(OLED)
  • 显示器的种类:直视型显示器随处可见并分为多种;按形态分有阴极射线管显示器和平板显示器;按发光方式分有主动发光型和非主动发光型
  • 显示器的性能参数:响应时间、亮度、开口率、对比度与灰度、分辨率等
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